壓載水處理系統的原理與特征

□ 張 斌

湖南常德達門船舶有限公司 湖南常德 415001

1 壓載水概述

船舶對世界貿易而言至關重要,必須使用壓載水,以保證操作的有效性和安全性[1]。然而,船舶在港口或港口附近加裝的壓載水中可能包含多種生物體,到達港口為裝貨而排出壓載水時,這些生物體會被排放到新的水環境中,在新的水環境中定居下來,可能會對生態環境產生有害影響,從而造成生物入侵。對此,通過控制和管理船舶壓載水的排放,減輕并最終消除由壓載水排放帶來的有害水生物入侵問題,得到國際社會的廣泛關注和研究。

壓載水通常指船舶為控制吃水、縱傾、橫傾、穩性、應力而裝載在船上的水,壓載水中有懸浮物。壓載水通常裝載在船舶的壓載艙中,壓載艙根據船舶結構以各種形式分布在船體的各個位置,主要的目的是保證船舶能夠有效安全操作,使船舶保持平衡運行[2]。

壓載水在船舶中的分布取決于船舶設計的標準、尺寸和強度[3]。根據船舶大小和用途的不同,一艘船可以攜帶幾百千克至十幾萬千克的壓載水。因此,如果船舶沒有裝貨,或已經在某一港口卸下一部分貨物,并準備開往下一港口,那么必須進行壓載處理,使船舶處于有效和安全的狀態,從而避免因為質心偏離而給船舶的操作和安全帶來影響[4]。

海洋微生物種類繁多,船舶壓載水可能攜帶幾千種海洋微生物,這些微生物隨著壓載水從世界的一個地方轉移到另一個地方,可能會打破自然生態系統的平衡,甚至導致環境、經濟、公共衛生、居民健康問題,產生嚴重影響[5]。對此,世界上許多國家已經采取措施,限制和管理壓載水的轉移。由此,壓載水處理系統在船舶工程中得到廣泛應用。

2 壓載水處理系統原理

船舶需要通過加裝壓載水處理系統對攝入和排放的壓載水進行滅活處理,微生物滅活是壓載水管理的重要組成部分。對壓載水中的微生物滅活,除技術本身可靠性影響外,還受海水鹽度、溫度、濁度的影響。常用的處理技術為過濾+紫外線殺菌燈+脫氧處理[6-7],將壓載水中活體的微生物量控制在公約要求的范圍內,從而使壓載水達到排放標準。

2.1 生物消毒技術

壓載水常用的處理工藝是生物消毒,具有整體高效、占地空間管理方便、功率高等特點,采用直列式結構設計,使壓載水處理系統適用于所有船舶。直列式結構中的主要部件過濾器和殺菌器被集成到壓載水管道中。殺菌器的直徑略大于管道直徑,使系統更具靈活性,占用空間小。

生物消毒工藝由加強型紫外線殺菌器完成。殺菌器內部優化壓載水流速,能確保壓載水較高的紊流強度和充分的紫外線照射。殺菌器中的中壓紫外燈采用特殊設計的人造石英燈套,這些獨特的燈套能支持更寬波長譜傳輸,在消毒過程中可以提供更多的紫外線照射。結合殺菌器的內部設計,確保最優化的紫外線強度和較低的能耗。

當微生物受到紫外線照射時,會吸收紫外線的能量,引起脫氧核糖核酸損傷,破壞脫氧核糖核酸的分子鏈,使脫氧核糖核酸失去復制能力或失去活性直至死亡,從而達到滅菌的效果。另一方面,在紫外線的照射下可以產生自由基,引起光電離,使微生物不能復制繁殖,導致微生物自然死亡,不會對水環境和人體造成危害,從而達到殺菌的目的。

2.2 過濾技術

微生物消毒的前一道工藝流程是過濾[8],目的是在微生物消毒前去除壓載水中的較大生物體與顆粒物。過濾裝置提高了壓載水的水體質量,確保后續紫外線殺菌工藝能夠充分發揮作用,被過濾器攔截而形成的污泥排回原海域。過濾器作為大多數壓載水處理系統的前處理設備,其性能對壓載水處理系統起至關重要的作用。

在船舶壓載過程中,壓載水經過壓載泵進入壓載水處理系統,先后經過過濾器和紫外線殺菌器,然后進入壓載艙。在船舶卸載過程中,壓載水直接由壓載艙輸入紫外線殺菌器,然后直接排海,這一過程不需要經過過濾器處理。

3 壓載水處理系統特征

壓載水處理系統的選配由配套使用的壓載泵流量決定。通過對殺菌器和過濾器進行配置,使壓載水處理系統與船舶的排放需求和所需的壓載水流量相匹配[9-10],實現優化配置。一般而言,壓載水處理系統的流量為32～3 000 m3/h。

壓載水處理系統具有結構簡單、可靠性高、布置緊湊等特征。系統采用模塊化設計方案,不僅使結構緊湊,而且因管道工程的縮減使安裝更加簡單。模塊化裝置所占空間小,適用于空間受限的小型船舶,零部件可靠性程度高,故障率低。壓載水處理系統采用紫外線殺菌器,相比化學處理工藝,對船舶自身不會造成污染和腐蝕,在很大程度上有利于船舶的日常保養和維護。

4 結束語

《船舶壓載水和沉積物控制與管理規則》強制要求船舶配備壓載水處理系統,市場需求成為壓載水處理系統生產廠商加快研發和擴大產能的動力,進而促進壓載水處理系統在技術方面不斷進步。各國履行《船舶壓載水和沉積物控制與管理規則》,可以有效防止外來有害水生物通過船舶壓載水轉移造成生態危機,從而避免外來有害水生物對沿海海洋生態環境造成不可逆轉的損害。船舶壓載水是外來有害水生物轉移的一個重要途徑,因此各國應該采取應對措施,做好預防工作。壓載水處理系統在這樣的背景下得到快速發展,同時也存在一些問題,如船上發電機負荷不足、船舶操控性能受到影響等。可見,壓載水處理系統在船舶工業中取得成績和進步的同時,仍然面臨著眾多技術上的挑戰。壓載水處理系統在船舶工程中的應用任重而道遠,需要造船人繼續孜孜不倦的努力。