船舶压载水处理技术发展现状及应用

2020-11-27徐飞，徐欢，沈翔

舰船科学技术 2020年6期

徐飞，徐欢，沈翔

（上海江南造船有限责任公司江南研究院，上海 201913）

0 引言

所谓“船舶压载水”，主要是指加装于船舶内的水或者悬浮物质，用以对船舶应力、吃水、纵倾以及横倾等进行控制。压载水内包含很多的生物，主要有微生物、浮游生物以及细菌等，这些生物在船舶行驶时由于难以适应盐度、温度等外部环境的改变而出现死亡，然而有些仍可存活下来，最后就会进入到全新的水环境中，从而导致物种入侵问题[1]。

1 船舶压载水处理要求

2004 年2 月，IMO 发布了《关于船舶压载水及其沉积物管理和控制的国际公约》（以下简称“《公约》”），使得船舶压载水处理及管理可“有据可依”。现阶段，船舶压载水管理常见形式有压载水处理及压载水置换。从《公约》角度来看，压载水置换属于过渡性的管理方式，而最后应对将要加装于船舶内的压载水加以处理同时满足“D-2 标准”以后，才能够向外排放。当前，实现此目标的重要渠道是在船舶中加装BWMS 系统，用以对压载水实施处理。BWMS 型式认可应经主管机关按照IMO 制定的《压载水管理系统认可导则》（G8 导则）进行。如果BWMS 是使用活性物质进行生物灭杀，则还应获得IMO 基于《使用活性物质的压载水管理系统的认可程序》（G9 导则）的最后批准。按照相关数据可知，截止2014 年底，全球共计有44 个国家认可《公约》，在全球商船总吨位中所占的比重为32.86%；有30 多个国家还未满足生效要求。

2 船舶压载水处理技术发展现状

船舶压载水的重要功能在于确保船舶航行的安全性及稳定性，其目标主要包括：对船体形变进行控制，大大降低船体震动的幅度；对船舶的重心进行控制；加强船舶空舱的适航性。根据对海洋环境污染程度的不同，船舶压载水主要有货舱压载水与油罐压载水2 种不同的形式。货舱或者压载水向外排出的洗涤水有一定毒性，其主要是由化学船舶造成的。被排放于海洋内的有毒物质在化学与物理性质方面有着很大的不同，其所造成的影响也完全不同[2]。压载水排放出的物质部分会悬浮于水面上，部分会沉落在海底；部分快速消失在海中，部分极易与海水当中的物质产生反应。根据《公约》可知，对于船舶压载水的处置应当严格遵守“效率、安全、经济、环保、可操作”的基本原则。现阶段，全球各个国家已经成功研发出60 余种不同的系统，主要有韩国的“Techcross E1ectro Clean 系统”、瑞典的“Alfa Laval Pure 压载系统”以及日本的“日立Clear 压载系统”等。我国在压载水处理系统方面的探索、实践起步相对较迟，当前国内从事此项研发的企事业单位主要有大连海事大学、清华大学、中远集团、青岛双瑞公司以及青岛海德威等。除此以外，国内部分造船企业正抓紧对压载水处理系统的研制及调试，在国际竞争中保持优势。当前，船舶压载水造成的物种入侵问题已引起全球各个国家的高度重视；与此同时，全球各国在船舶压载水处理设备及技术方面均投入了巨大的物力、人力等资源。即使当前我国大连海事大学、上海海事大学等科研组织同样在对压载水处理系统实施研制，然而依然处在方法研究及技术选取的最初阶段。目前，全球可用于对船舶压载水进行处理的技术主要有30 余种，主要包含机械法、化学法以及物理法等。

3 船舶压载水处理技术的应用

3.1 物理法

1）过滤法

此方法是采用过滤设备将海水当中的微生物以及其他污染物过滤掉。过滤法能够直接过滤去除部分物质，使用合理的网目，能够高效过滤各式各样的生物种群。现阶段，已研制投用的过滤方式主要有纳滤、超滤等相关膜件。过滤法具有机理简单、成本较低以及安装便利等诸多优势。过滤法被业界视作对环境影响最小的压载水处理技术，然而在大型结构船舶当中难以对大量的压载水进行处理，其处理效果十分有限，很难单独对船舶压载水进行处理。

2）旋流分离法

此方法是运用水流在管道中快速流通形成的分离力，将液体当中的水与固体物质相互区分开。此类方法能够排除压载水中大部分的植物、细胞动物、幼虫、卵以及有毒害作用的病原体细菌，然而很难去除比重与海水较为类似的生物，大大影响最后的处理效果。

3）加热法

此方法主要是将海水的温度加热至38℃～45℃，同时维持相应的时间，能够消灭压载水中大多数的水生物。通过柴油机冷却水的余热对压载水进行加温，从而实现消灭水中有害生物的目标，还能够科学使用能量，并不会导致重复污染。然而，此方法的应用受压载水总量、航行路程以及温度等各类因素的影响，同时在海水温度超过50℃后，则会析出很多盐分，产生积垢对船舱造成腐蚀。

3.2 化学法

1）氯化法

其主要是向压载水当中加入氯气、次氯酸以及二氧化氯等包含氯的药物用以对压载水中的微生物进行灭杀。各类海洋生物对含氯药物有着差异化的耐受程度，浓度为20%的含氯药物基本上可以消灭所有的细菌，针对耐受性较强的浮游类生物，则需更高的浓度才可将其灭杀。

2）电解法

电解法的主要机理如下：经过电解反应在阳极上发生氯化反应、在阴极上发生还原反应，从而将有害物质转变成无害物质。此方法能够消灭船舶压载水当中大部分的病原体微生物、水生物以及细菌等。然而，在电解环节形成的HCLO、CLO-以及其他的氯化副产物能够与船舱的金属材料产生电化学反应，进而导致船舱的严重腐蚀。

3）磁化法

其主要是在通电线圈或者永磁设备的作用下形成相应通量的磁场，从而使得水的盐度、酸碱度等特征发生变化，限制水内贝类、海藻以及鱼类等有害物质的发育、生长；磁场还能够使得生物本身的组分发生变化，有利于杀灭有害生物，特别是在杀灭斑马贝等钙质类动物时效果显著。磁化法具有成本费用低廉、运行能源消耗较小、设备维保快捷便利，可以实现对船舶压载水“安全、无害”的处理[3]。

3.3 压载水处理设备的应用

伴随《公约》的全面贯彻、执行，船舶制造企业不仅需要在新造船舶中安装压载水处理系统，同时应分批次对现有旧船开展压载水处理设备的加装，然而任何压载水处理设备的安装使用都应通过相应船级社的认可及IMO 的批准。现阶段，我国只有1 家单位得到了船级社型式认可证书以及IMO的最终批准；在世界上总共大约50 家研制单位中，只有10家单位获得了IMO 的最终批准，被许可进行市场。从船舶制造企业角度来看，需要着重关注以下几个方面的问题：①设备应确保紧凑易于安装；②对船舶已有结构不得做较大的调整，在设备安装过程中尽量少的涉及到其他系统；③尽可能确保设备运作的平稳性；④设备应便于安装、检测以及调试等。其中，最为关键的是对压载水系统的管系布置有着更加高的需求，应结合压载水总量的实际情况以选取对应的压载水处理设备排量，寻找合理的空间以组装压载水处理设备，同时尽可能选择总管式，以实现设备的共用性，并且管系布置应在充分结合无压载水处理需求的基础上注重压载水的日常注排效用，为压载水处理设备安排专门的旁通管路。所以，对于压载水处理设备的选择、使用，应当全面考虑船舶本身的特征及其功能诉求，整体分析加装压载水处理设备或许会对船舶综合设计造成的影响，同时采用对应的手段，不仅有利于实现船舶环境保护的要求，同时还能够将其对船舶稳定运行造成的影响控制在最低水平。