船舶壓載水處理系統研究報告

謝浩武 中遠海運特種運輸股份有限公司

1.《壓載水公約》的有關要件

1.1 公約發展概況

隨著海運貿易的發展，由壓載水帶來的生態入侵被全球環境基金組織(GEF)確認為當前危害海洋的四大威脅之一。

1992年聯合國環境與發展大會(UNCED)和2002年世界可持續發展峰會(WSSD)要求IMO制定具有法律約束性的《壓載水公約》。

壓載水公約(包括文本、規則、導則)于2004年在IMO外交會議上最終通過。

2015年，基于公約生效前存在的取樣等問題，IMO決定對壓載水公約引入“經驗積累期”，決定在公約生效后的一段時間內，主管機關不應基于壓載水取樣結果進行處罰。

2016.9.8 《壓載水公約》締約國商船總噸位所占比例為35.14%，加上芬蘭的加入，使本公約達到生效條件的國家數量達到52個(總噸位所占比例超過35%，超過30個國家)將在1年后正式生效。

2017.7，MEPC71將現有船舶壓載水排放標準（D-2）的實施時間推遲兩年。

2017.9.8，壓載水公約生效。我國還沒有加入，不能享受公約的優惠原則。

2018.10，中國遞交文書，公約將于2019.1.22對我國生效。屆時，按照《壓載水公約》，我國海事機構可以開展檢查。我國《壓載水公約》的“經驗積累期”為2019.1.22-2023.12.31。在經驗積累期內，不因試驗目的的取樣超標進行處罰。

1.2 D-1 壓載水置換標準

《公約》對更換壓載水的標準作了明確規定，即D-1標準：換水量達到壓載水量的95%、排水量3倍的200海里/200米水深或指定區域(《公約》生效前和生效后是船舶安裝壓載水管理系統BW M S前應采用的壓載水處理標準)；本條標準的船舶壓載水體積交換效率應至少為95%，每座壓載水艙容積應大于3 倍，采用泵透（含溢流法Flow-throughmethod和稀釋法Dilutionmethod）換裝壓載水的船舶，如船舶能證明達到95%的體積交換也可接受。開始強制實施D-2標準之前，將有一段只要求符合D-1標準的過渡期。

1.3 D-2 壓載水處理標準

《公約》明確規定壓載水的（D-2標準），即規定了可以在水中生存的生物種類和數量。D-2標準解讀見表1。

表1 D-2標準

1.4 D-2標準生效日的詮釋

《壓載水公約》中對船舶的要求是必須滿足D2標準才能排放經過處理的壓載水，而D2標準的生效并不以《公約》生效為前提。這是因為雖然公約的生效日期是不確定的，但是公約中D2標準的生效日是明確規定了各種類型的船舶，并且該條款具有可追溯性，這就意味著船舶安裝滿足D2標準壓載水管理系統的要求是強制性的，因此船舶，特別是新造船舶在設計船舶時必須考慮這一要求，無論該公約是否生效，無論締約國是否生效。

IMO標準下，不同建造年份和壓載艙容積的船舶相適用情況，如表2所示。

表2 不同建造年份和壓載艙容積的船舶相適用情況

各類型船舶相對于IMO標準的適用情況的解釋如下：①2009年建造的最遲于2011年12月31日達到D-2標準的壓載艙容積小于5000M3的船舶。②2016年以前，在滿足D-1標準的條件下，特定建造年限和壓載艙尺寸的船舶，允許在一定期限內以等效的壓載水處理方式更換壓載水。③2016年以后適用于全部公約的船舶，必須滿足D-2標準。

2.典型壓載水系統（BWMS）

2.1 概述

典型處理系統（BW MS）的組成，如表3所示。

表3 處理系統(BWMS)的典型零部件

各處理系統各有特點，如淡水壓載水不能使用電解海水法處理裝置；濁度大的壓載水不能使用紫外線法處理；采用化學殺滅劑和脫氧法通常受泵流率的影響并不太大，而主要是讓壓載水在艙內保存時間達到預計殺滅率，這種方法可能不適用于航程較短的船舶。

綜合以上種種原因，目前能適用于所有船只的處理系統幾乎沒有。許多處理系統是將兩種或更多的技術組合在一起，以便更好地發揮各種壓載水處理技術的優點，避免缺點。

各壓載水處理系統都有其基本特性，即在一定程度上影響了處理系統的應用范圍。基本的處理方法和技術可分為：機械法(過濾或分離)，物理消毒法(紫外線照射，氣穴現象，脫氧等)，化學處理法(抗微生物劑和藥劑)。各技術的自身特性對某一具體船舶的適用性都會產生影響。大多數的加工系統是為了克服單一技術的不足而采用上述技術組合而成的。

1）機械法：要求在濾清器、旋轉器或其它分離器上流過所有的壓載水。大流量的壓載水處理對設備的尺寸要求是相對較大的。若用于壓載水外排，船內必須保留大量濾渣，會加重船舶負擔。

2）物理殺菌法：通常在壓載水被打進排出時進行紫外線處理，水的濁度會影響光線的穿透能力，而水的濁度又會影響其有效性。

3）化學處理：加藥量要適量，作用時間短，但過量的藥物會殘留在壓載艙內，所以為了保證不對排放環境造成傷害，通常需要中和處理水中的藥物。此外，如果藥物在壓艙內濃度過高，也有可能對壓艙壁產生腐蝕作用。

2.2 預處理設備優缺點對比（見表4）

表4 預處理設備優缺點

不同船型所使用的壓載水處理裝置的制造廠家不同，所使用的預處理設備也不同，因預處理可以有效地減少沉積物，其優點如下：①防止沉積物堆積在壓載艙內；②減少機艙堆積物，提高載重量；③降低油耗。

2.3 殺菌設備優缺點對比

除菌設備優劣對比，見表5。

表5 殺菌設備優缺點

2.4 壓載水處理系統類型

壓載水處理系統可根據壓載水安裝、貯存、排放過程中處理階段的不同，將其分為前部分處理(壓載水安裝時處理)、中間部分處理(壓載艙內處理)、后部處理(排放時處理)和這幾種處理方式相結合的處理方式。壓載水的過濾措施幾乎所有的處理系統都是首先采用的，但一般只能通過過濾去除大的有機物和雜質，對水生物不能起到殺滅作用，所以過濾對于壓載水處理系統來說只能是一種常見的輔助手段。

2.5 處理方式的分類

經IMO認可的有7種處理方法：

1）過濾法。將棲息在海水中的微生物等用過濾器過濾掉，這是最常規的一種處理手段。浮游生物等微生物如濾網較小也可除去，但也會引起濾網堵塞，清潔工作需要經常進行。此外，若使用過小的濾網，會對水流速度造成影響，所以限制了網眼的尺寸。目前在大型海洋生物去除的前期處理工作中，大多采用過濾器的方法來處理剛被吸收的海水。

2）空氣氣泡及流體壓強。這種方法和過濾處理法一樣，都是在管路中設置過濾裝置，但不同的是，它安裝的是板狀過濾裝置，板與板之間有一個微小的空隙，會將經過空隙的海洋生物剪斷或壓碎。雖然由于是在管路中設置影響流速的設備，因此需要加大將海水送至壓載水艙的壓力，所以并不會造成堵塞現象。

3）機械加工方式。這種方法是先預處理剛吸收的壓載水，在水中放入凝結劑或磁粉，使微生物凝結成直徑約1mm的微粒，再經過磁鐵過濾或濾網(magnetic)進行處理。該方法可以看作是一種由于需要經過機械處理過程，因此需要一定的設備空間，因此從過濾處理方法演化而來的方法。此外，細菌在凝結過程中，不需要注入化學試劑殺滅病原體，但微生物除外，細菌也會凝結成顆粒。

4）紫外線處理方法。被紫外線直接照射的生物或細菌會使DNA遭到破壞而死亡。利用這一點，通過紫外線照射可以消除水中的微生物、致病菌等。

5）氯化法處理方法。利用氯化物具有與紫外線同樣的殺菌作用。其中二氧化氯、次氯酸鈉、次氯酸鈣等都是可以利用的氯化物。但在使用氯化物殺菌處理壓載水時會有殘留物，在排放時需要將水中氯含量降至安全范圍內，否則就會出現二次污染的問題。

6）臭氧處理法。這種方法是將水中的微生物、病原體等利用臭氧的強氧化特性進行殺滅。若配備有臭氧生成裝置，則無需將化學試劑投入壓載水中，可繼續處理壓載水。但臭氧不僅對人體有害，而且對整個壓載水系統鏈都有腐蝕的可能，包括壓載水艙都會受到危害，因此一定要有相應的保護措施。

7）加熱的方法。基本上所有的生物都會在高溫下滅絕，所以加熱法對去除水中的微生物和致病菌可以說是非常有效的方法。但大量的載水量要加熱并在短時間內維持一定的溫度，這在大型船舶使用時是非常困難的。

歸納以上7種處理方法，大致可分為：物理處理法；機械處理法；化學處理法；加熱法。

2.6 壓載水處理裝置處理方式優劣比較

物理性固體—液體分離處理方法優缺點對比見表6，消毒—化學性與物理性處理方法優缺點對比見表7。

表6 物理性固態-液態分離處理法優劣對比

表7 消毒—化學性與物理性處理方法優缺點

3.壓載水處理系統常見故障

表8所示是壓載水處理系統常見故障（根據大量船舶實際經驗使用收集）。

表8 常見故障

4.管理的注意事項

（1）壓載艙及管系腐蝕：對于可能改變壓載水中化學成分或壓載艙中大氣成分的某些壓載水處理技術，若操作不當，會對壓載艙涂層造成破壞，使壓載艙及管系腐蝕加速。

（2）危險化學品的儲存：某些種類的壓載水處理系統使用了影響船上作業人員健康和安全風險的化學抗生物劑和活性物質，如臭氧、雙氧水、二氧化氯和過氧乙酸等化學物質。經常在敏感區域航行的船只要重視，經處理后的壓載水應符合船舶到達作業區的相關規定。因為給操作人員增加了有害物質管理的負擔，操作人員的技能和訓練以及處理安全風險的能力也要考慮進去。

（3）處理系統壓降：基本全部壓載水處理系統都會造成壓載水流量減少，壓力降低。如某些自動沖洗濾鏡或旋轉器，可能會使壓頭損失約10%；采用UV除菌技術的處理系統，會使壓載水流全部經過處理系統，同時使泵的流量受到背壓增加的影響，從而在消耗更多動力的同時導致壓載運行時間延長。

5.船舶壓載水處理裝置的保養及各部件的生命周期

（1）通過對壓載水處理裝置各系統的零部件的維護保養周期和備件的生命周期的大量數據統計和收集研究，結合廠家推薦的數據得出，機械模塊每六月進行檢查，2年進行更換；電器模塊每月進行檢查，2年進行更換。

（2）通過對壓載水處理系統各系統的統計，歸納總結，建議常備備件如下所示：

①機械方面：防塵圈，單筒濾器每二年建議更換1只，多筒根據濾芯數量配備＊1；密封圈，單筒濾器每二年建議更換2只，多筒根據濾芯數量配備＊2；吸污裝置(吸嘴），建議備用一套濾器備件，建議每次塢修周期更換；各部密封膠圈，建議備用一套濾器檢修包備件；壓差變松器，建議備用1只；濾器濾芯，備用1只。

②電氣方面：系統控制箱內繼電器，建議配備1只備用，備件箱內有一只；系統控制箱內模塊，建議配備1個模擬量輸入輸出模塊；保險柜內的保險絲，保險柜內裝有3只；鎮流器，備用2只。

③紫外反應器方面：壓力傳感器，備用1只；溫度傳感器，備用1只；光強傳感器，備用1只；紫外燈管，備用數量根據實際設備而定，使用大約3OOO小時建議更換；石英套管，備用數量根據實際設備而定。

④其他：排污泵機械水封，建議每臺泵配1只。

以上備件是每臺搭配的建議數量，如果船上安裝多臺設備，可以在建議數量的基礎上翻倍。實際船存數量請考慮真實運用的實際情況。

6.結論和論述

壓載水處理裝置可對生物污垢的形成和增加進行控制和管理，有助于降低入侵水生物種轉移所帶來的風險，是提高船舶能源利用效率和減少排放的有效工具。

不同的處理系統的組合能讓壓載水處理裝置的處理方式更安全、環保、高效。適用于不同的工作環境，能更好得達到處理效果。所以對不同系統的不同設備的管理就需要形成清單化，零部件的生命周期到期前盡量更換完成，保證系統隨時可用，是此文章的主要目的。

作為新開發的船舶應用技術，壓載水處量系統的可靠性相對較低，因為缺乏使用經驗，經常會出現：過濾器、UV燈區、化學品投放系統、生成系統的氯或其他化學品等各種故障。因為處理系統是由不同的系統組合而成，相對來說會影響到它的可靠性。所以對系統的維護保養就極其重要，需要嚴格按照操作手冊執行，再結合具體船舶的特性進行改進，按照零部件的生命周期更換易損件。不僅可以減輕操作人員保養負擔，設備的使用故障率也會降低。