壓載水處理系統研究進展

張 楷，方振東，楊 琴，馮云霄

(中國人民解放軍后勤工程學院營房管理與環(huán)境工程系，重慶 401311)

為減輕壓載水排放對生態(tài)環(huán)境的影響，IMO(International Maritime Organization，國際海事組織)于2004年2月頒布了《國際壓載水沉積物控制與管理公約》［1］，要求2009年起新造船舶必須安裝壓載水處理設備，并對現有船舶實施追溯，到2016年所有遠洋船舶必須安裝壓載水處理設備［2］。鑒于此，世界各國尤其是航運發(fā)達國家，廣泛開展了壓載水處理系統研發(fā)。據統計，截止2010年8月，已有16個國家研發(fā)出46套壓載水處理系統［3］，其中24套壓載水處理系統已獲IMO初步批準和最終批準。

1 國外壓載水處理系統介紹

1.1 德國

1.1.1 Clean Ballast處理系統

Clean Ballast處理系統不使用任何活性物質，采用圓盤式過濾［4］和電解消毒［5］工藝，處理流程如圖1所示。壓載水經圓盤式過濾后，懸浮固體顆粒在高沉淀狀態(tài)下被清除，電解消毒裝置利用高壓電極產生羥基自由基 (·OH)深度處理，·OH標準氧化電位達2.8eV，攻擊能力強，能有效滅殺細菌、病毒、藻類和原生動物［6］。電解消毒后的水作為圓盤式過濾裝置的反沖洗用水，經排泄管排入污水艙或舷外。

1.1.2 SENDA處理系統

SENDA處理系統［7］是世界上第一個獲得IMO最終批準并得到德國船級社頒發(fā)型式認可證書的系統。系統使用的活性物質是Peraclean Ocean［8］，其主要成分為:PAA(15%)，H2O2(14.3%)，CH3COOH(26.5%)，H2O(40%)和少量的穩(wěn)定劑。PAA(CH3COOOH)這種生物滅殺劑，溶解后迅速分解為CH3COOH和O2，能殺死細菌、藻類、病毒甚至孢子，降解快，產物對環(huán)境無害［9］。SENDA系統處理壓載水時分為三個步驟:①旋流分離器去除水中沉積物;②自動反沖洗過濾器去除＞50μm的固體顆粒;③濃度為150ppm的 Peraclean Ocean滅殺殘留微生物。

1.2 美國

1.2.1 VOS處理系統

VOS(Venturi Oxygen Stripping) 處理系統［10］采用文丘里管脫氧技術在線處理壓載水，如圖2所示。船舶低硫燃料燃燒產生的廢氣，主要是N2和CO2，凈化后通入文丘里管形成微泡環(huán)境，使管內溶解氧濃度10s內降低95%［11］，CO2使海水pH值降至5.5～6。實驗表明，99%的浮游動物48h內被殺死，100h后，厭氧菌、病毒、病原體等所有生物存活率為0。VOS處理系統使壓載艙腐蝕速率降低10%，每年節(jié)約80000美元的維護費用。

1.2.2 Hyde Guardian 處理系統

Hyde Guardian 處理系統［13－14］采用 “過濾 + 紫外輻射”的處理工藝。過濾分離盤去除壓載水中50μm以上微生物，紫外消毒滅殺細菌、浮游植物和病原體，減壓載時，再次經紫外輻射滅殺壓載艙中生長繁殖的微生物［15］。

1.3 韓國

1.3.1 Electro－CleenTM處理系統

Electro－CleenTM處理系統由多個電解模塊組成，如圖3所示。海水中的Clˉ電解生成ClOˉ和少量的·OH，這些強氧化性的陰離子和自由基能有效去除有機物和滅殺微生物，抽樣檢測，滿足G8－D2標準［16］。為控制壓載管道Clˉ濃度，用CLC快速測定儀在線監(jiān)測［17］;為控制排放時總殘留氯量 (TRC)，用紫外分光光度計監(jiān)測;監(jiān)測結果中的TRC如果超過IMO限值，用硫代硫酸鈉中和。船上測試表明，5d后壓載艙中TRC＜2mg/L［18］，但電解海水對壓載水管道的腐蝕速率是天然海水的1.3～1.7倍［19］。

1.3.2 NK－O3Blue Ballast處理系統

NK－O3Blue Ballast處理系統基于臭氧處理技術。臭氧具有不穩(wěn)定性和強氧化性，能將海水中有機物不飽和鍵斷裂，有效滅殺海水中的細菌、病毒和藻類。NK－O3Blue Ballast處理系統［20］由空氣側流注入裝置和臭氧發(fā)生器組成，生成的臭氧通入壓載艙后，減少了沉積物生成和微生物數量，抑制海水對壓載艙的腐蝕速率。

1.4 挪威

1.4.1 Optimarin Ballast處理系統

Optimarin Ballast處理系統采用“膜技術+紫外輻射”處理工藝。壓載水經BSF平面氣態(tài)膜［21］分離50μm以上的微生物后，用可連續(xù)調節(jié)的高壓紫外線反應器Mikrokill UV［22］深度處理殘留浮游動物、藻類和細菌，壓載水排放時，再次經Mikrokill UV處理。

1.4.2 Ocean Saver處理系統

Ocean Saver處理系統采用“過濾+電滲析+氣穴”處理工藝。海水經過濾器去除50μm以上微生物，其中的小部分壓載水 (約占處理系統流量的5%)電滲析分離后通入船上提煉的N2，進入氣穴發(fā)生裝置，形成低氧環(huán)境滅殺微生物。

1.5 瑞典

瑞典的PurBallast處理系統采用“過濾+高級氧化 (advancedoxidationtreatment)”處理 工藝［24～25］，如圖 4。系統有三大處理單元: 濾器、AOT單元、CIP單元。處理過程:①壓載水通過50μm濾器去除水中較大微生物，反沖洗水舷外排放，減少了壓載艙沉積物的生成;②過濾海水進入AOT單元深度處理，AOT單元是TiO2在紫外線照射下產生·OH單元，減壓載時再次通過AOT單元滅殺最初AOT單元未處理的微生物以及航行過程中生長繁殖的微生物，此時濾器被隔離，防止微生物污水回流堵塞;③CIP單元定期對AOT單元清洗，防止結垢。

1.6 日本

Clear Ballast處理系統［23］采用“絮凝+磁分離+過濾”處理工藝。絮凝池投加磁粉形成絮體后由磁分離盤分離，去除大量的病原體、浮游動物、藻類和細菌，殘留絮體在簡單濾池中截留，最后經緩沖池進入壓載艙。

1.7 荷蘭

Greenship Sedinox處理系統采用“旋流分離+電解”處理工藝［26］。處理過程:①水力旋流器去除大顆粒泥沙和懸浮物，對20μm顆粒去除率為100%，10μm顆粒去除率為80%，有效減少了沉積物生成。②Termanox［27］單元通過電解海水產生氯，破壞壓載水生物群落。

表1 國內外壓載水處理系統介紹

2 我國壓載水處理系統介紹

2.1 BalclorTM處理系統

BalclorTM處理系統［28］采用“過濾+電解海水”處理工藝，如圖5。壓載水經自動反沖洗過濾器去除50μm以上的固體顆粒和微生物后，從壓載水主管中引出一條支流 (占壓載水量的1%～2%)進入電解槽電解，除氫后形成高濃度的NaClO溶液，回注入壓載水管路中滅殺50μm以下的微生物。當排放的壓載水中TRO低于IMO規(guī)定值時，系統不啟動中和單元，壓載水直接舷外排放;當壓載水中TRO高于IMO規(guī)定值時，啟動中和單元。

2.2 Ocean Guard處理系統

Ocean Guard處理系統采用“過濾+超聲波”處理工藝。過濾去除50μm以上大個體生物，超聲波產生·OH，滅殺細菌、病毒、藻類和孢子等。

3 結論與建議

在46套壓載水處理系統中，28套系統使用活性物質，30套系統采用過濾處理，16套系統沒有預處理，15套系統采用紫外輻射，15套系統采用氯處理，12套系統采用電解海水產生氯處理，7套系統采用臭氧處理，5套系統采用旋流分離處理，4套系統采用脫氧處理。

壓載水處理系統的一般工藝流程可大致歸納為如圖6所示的工藝流程。壓載時，物理處理分離壓載水中懸浮固體顆粒，化學處理滅殺水中微生物;減壓載時，再次經化學處理，滅殺殘留微生物和航行過程中生長繁殖的微生物。一般由壓載和減壓載處理后，可滿足G8－D2標準。

物理處理主要是去除特定尺寸以上的生物體，G8－D2標準是按照水中一定尺寸微生物數量來規(guī)定的，物理處理就是分離特定尺寸的生物體。處理方法以過濾和旋流分離最為常用。過濾有自動反沖洗過濾和固定篩過濾。自動反沖洗過濾的反沖洗水直接排海，不會引起生物入侵;固定篩有10μm和50μm孔徑，對大型藻類、細菌、病毒分離效果都很明顯。旋流分離依靠內部切向加壓產生強旋轉剪切湍流運動分離固體顆粒，分離效率決定于顆粒密度、入口方向等。

化學處理包括兩類:一類是利用各類輻射產生自由基破壞微生物細胞結構;二是利用化學消毒劑滅殺微生物。輻射處理以紫外線最為常用，普通紫外燈管功率低，能耗小，被廣泛采用，但紫外線處理受海水濁度影響較大，一般需經預處理降低濁度?；瘜W消毒劑中氯處理是適用、安全、廉價的處理方法。氯的產生包括電解海水和人工加氯，電解海水可產生大量氯化物，當電解受海水鹽度限制時，采用人工加氯，成本為0.3～0.5元/t。此外，化學 消 毒 劑 如 Seakleen、Mexel432/336、Vibrex［29～30］等已被用于壓載水處理。

IMO要求在2010～2015年間，對現有船舶安裝壓載水處理系統，我國壓載水處理起步較晚，僅有3套壓載水處理系統獲得IMO批準。因此，筆者認為:①我國應加快壓載水處理系統自主產業(yè)化研發(fā)力度，利用知識產權法規(guī)，規(guī)范國內壓載水處理系統市場。②按照國際普遍認可的標準化質量管理體系進行岸基試驗、海上試驗和毒性試驗，對使用活性物質的壓載水處理系統有效劑量和安全排放劑量深入研究，選擇合適評價模式衡量對環(huán)境和人類健康的影響。③借鑒國外已經獲得IMO批準的壓載水處理系統的申報材料，確保材料完整性和有效性，使我國壓載水處理系統獲得廣泛的市場。

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