壓載水處理系統(tǒng)在艦船上的應(yīng)用分析

趙 楠，韓 健

· （1.海軍駐上海地區(qū)艦艇設(shè)計(jì)研究軍事代表室，上海 200011；2.中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院，上海 200011）

壓載水處理系統(tǒng)在艦船上的應(yīng)用分析

趙 楠1，韓 健2

· （1.海軍駐上海地區(qū)艦艇設(shè)計(jì)研究軍事代表室，上海 200011；2.中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院，上海 200011）

船舶壓載水?dāng)y帶的外來入侵生物給海洋生態(tài)環(huán)境和人類健康帶來的危害已受到國際社會(huì)的廣泛關(guān)注，為填補(bǔ)國內(nèi)軍用艦船壓載水處理系統(tǒng)應(yīng)用的空白，本文重點(diǎn)從現(xiàn)有壓載水處理技術(shù)及艦船本身因素兩方面著手，對(duì)民用壓載水處理系統(tǒng)裝艦適用性進(jìn)行分析。結(jié)果表明：機(jī)械過濾與低壓紫外燈結(jié)合的壓載水處理方法對(duì)壓載水依賴性較高且排水量較大的艦船較為適用。

國際公約；壓載水；處理系統(tǒng)

0 引言

船舶運(yùn)輸已成為全球貿(mào)易中貨物流通的重要途徑，其承擔(dān)著約90%的貨物流通任務(wù)[1]。壓載水對(duì)現(xiàn)代船舶的安全航行是絕對(duì)必要的，它保證了船舶的平衡與穩(wěn)定。全世界每年船舶壓載水的壓排量已超過100億噸[2]。據(jù)估計(jì)，每天約7000余種生物通過壓載水在全世界范圍內(nèi)遷徙[1]。若無壓載水處理措施，這些外來生物物種的入侵性傳播，必將破壞近海和沿海的生態(tài)系統(tǒng)，威脅當(dāng)?shù)匚锓N的生存，甚至危害當(dāng)?shù)鼐用竦慕】怠＝?jīng)確認(rèn)，已有約500多種生物物種是隨船舶壓載水裝卸入侵傳播的[3]。船舶壓載水造成的海洋物種對(duì)海洋環(huán)境的侵害，已被全球環(huán)境基金組織(Global Environment Facility)確認(rèn)為危害海洋的四大威脅之一。

目前，國內(nèi)外研究了多種有效的壓載水處理技術(shù)。依托壓載水處理技術(shù)形成的壓載水處理系統(tǒng)已在民用船舶上陸續(xù)應(yīng)用，而對(duì)于軍用艦船，尚未開始使用。本文對(duì)民用壓載水處理系統(tǒng)進(jìn)行研究探討，對(duì)其裝艦的適用性進(jìn)行分析，為該項(xiàng)民用技術(shù)在軍用艦船上的轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供支撐。

1 壓載水管理

國際海事組織于2004年2月通過了《2004年國際船舶壓載水及沉積物控制和管理公約》(以下簡稱“國際公約”)，旨在通過船舶壓載水和沉積物的控制和管理來防止、減少并最終消除有害水生物和病原體的轉(zhuǎn)移對(duì)環(huán)境、人體健康、財(cái)產(chǎn)和資源引起的風(fēng)險(xiǎn)。

“國際公約”中壓載水的管理主要包括壓載水置換和壓載水處理兩種方式。壓載水置換是指要求在深海中將在港口內(nèi)裝載的壓載水置換成深海中的水，其對(duì)應(yīng)D-1標(biāo)準(zhǔn)；壓載水處理則是指對(duì)加裝上船的壓載水在排放到另一水域內(nèi)前必須對(duì)其中的水生物進(jìn)行殺滅處理，使得其在壓載水中的存活率達(dá)到一定的限定標(biāo)準(zhǔn)而不再會(huì)對(duì)接收港水域造成不利影響，其對(duì)應(yīng)D-2標(biāo)準(zhǔn)。就IMO“國際公約”而言，壓載水置換要求僅是一種過渡性管理措施，而最終的壓載水管理目標(biāo)是必須對(duì)加裝到船上的壓載水進(jìn)行處理達(dá)到D-2標(biāo)準(zhǔn)后，才允許排放。目前實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要手段是通過船舶安裝獲得型式認(rèn)可的壓載水處理系統(tǒng)(BWMS)，對(duì)壓載水進(jìn)行處理來滿足。目前，雖然“國際公約”尚未達(dá)到生效條件，但“國際公約”中明確規(guī)定了不同年限建造船舶符合D-2標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間表。

對(duì)于壓載水的排放要求除了上述“國際公約”有統(tǒng)一規(guī)定外，各國(地區(qū))為保護(hù)本國(地區(qū))海域的安全，還在“國際公約”的基礎(chǔ)上，各自制定了另外的相關(guān)規(guī)則，適用于在其國家港口?？康拇?。如美國海岸警衛(wèi)隊(duì)(USCG)于2012年3月23日發(fā)布的“美國水域船舶壓載水活生物體排放標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)則，澳大利亞、新西蘭、以色列聯(lián)合發(fā)表的MarineNatices1532、1662等。我國目前沒有批準(zhǔn)上述“國際公約”，也沒有其它關(guān)于防止船舶壓載水污染的統(tǒng)一立法或規(guī)定，只有對(duì)來自疫區(qū)船舶的檢疫控制，以及部分港口要求壓載水的排放申請。

2 設(shè)備研制情況及發(fā)展趨勢

2.1 國內(nèi)外設(shè)備研制情況

隨著IMO壓載水管理法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制執(zhí)行日期的臨近，推動(dòng)和加速了壓載水處理巨大的需求市場，經(jīng)濟(jì)前景將極為可觀，世界各國的相關(guān)企業(yè)和研究單位紛紛投入到壓載水處理系統(tǒng)設(shè)備的研發(fā)。但由于壓載水處理行業(yè)的特殊性以及技術(shù)門檻較高且具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，目前世界各國已有多個(gè)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)致力于開發(fā)船舶壓載水處理技術(shù)及裝備。

目前獲型式認(rèn)可的壓載水處理系統(tǒng)，日本有5個(gè)，韓國有9個(gè)，歐洲各國總共有14個(gè)，美國3個(gè)，中國10個(gè)，其他國家1個(gè)。國外主要壓載水處理管理系統(tǒng)有美國制造商N(yùn)EI的Venturi壓載水處理系統(tǒng)、德國制造商Hamann AG的 SEDNA250壓載水管理系統(tǒng)、瑞典制造商 Alfa Laval/Wallenius Water AB的 Pure Ballast壓載水管理系統(tǒng)等[4]；國內(nèi)主要壓載水處理管理系統(tǒng)有中遠(yuǎn)造船工業(yè)的BOS05系列、青島雙瑞B(yǎng)alClor、青島海德威Oceanguard、江蘇南極機(jī)械的倪氏壓載水處理系統(tǒng)、704所的BALWAT、無錫藍(lán)天電子的壓載水處理系統(tǒng)、九江精密測試技術(shù)研究所的海博士系列等。

2.2 發(fā)展趨勢

從目前已經(jīng)投入市場的產(chǎn)品分析，基于物理處理法與化學(xué)處理法的壓載水處理設(shè)備逐漸成為壓載水管理與處理技術(shù)發(fā)展的主流。單獨(dú)使用處理效果不佳的過濾方法普遍被作為一種壓載水的預(yù)處理手段，通過過濾去除部分難以處理的較大體積微生物與其他雜質(zhì)物質(zhì)，從而緩解后續(xù)進(jìn)一步處理的技術(shù)難度，提高設(shè)備的處理效果。

壓載水處理設(shè)備作為一種輔助性環(huán)保設(shè)備，其總體空間資源的需求還是過大，設(shè)備的操作、維護(hù)較為復(fù)雜。因此，在保障設(shè)備處理能力的情況下，簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備的自動(dòng)化程度，減小人工維護(hù)需求，對(duì)提高壓載水處理技術(shù)水平將起推動(dòng)作用。

3 民用壓載水處理系統(tǒng)裝艦技術(shù)途徑分析

如前所述，對(duì)于民用船舶，壓載水處理系統(tǒng)已具有一定廣泛的應(yīng)用，而對(duì)于軍用艦船，尚未開展。由于軍用艦船類型眾多，任務(wù)及其任務(wù)海域各異，其對(duì)壓載水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求也不同，因此，若要在軍用艦船上采用壓載水處理系統(tǒng)，需對(duì)目前已有的民用設(shè)備進(jìn)行總結(jié)，以對(duì)其裝艦的適用性進(jìn)行分析。

壓載水處理系統(tǒng)的選用和安裝是一項(xiàng)綜合性的工程，在選擇壓載水處理系統(tǒng)時(shí)應(yīng)綜合考慮如下幾方面的因素：

3.1 艦船船型及其壓載需求的因素

在大多數(shù)情況下，艦船類型將成為選擇合適處理系統(tǒng)的決定因素。不同類型艦船的壓載能力和壓載泵流量差別很大，而艦船總壓載能力、在任一港口所要求的壓載水排放量和裝載量亦大不相同。不同的船型亦對(duì)壓載水的依賴性不同，壓載依賴性高的艦船，通常在交替裝載時(shí)要求全壓載或全排空航行。而壓載依賴性低的艦船，通常具有相對(duì)小的壓載能力且?guī)缀醪贿M(jìn)行完全壓載航行，其壓載水操作很有限，往往是調(diào)駁，而不必在一定的時(shí)間內(nèi)打進(jìn)或排出全部壓載水，有些艦艇甚至不需要壓載。

3.2 艦船航行區(qū)域的因素

艦船航行區(qū)域也是選擇壓載水處理裝置的重要因素之一。目前，部分國家或地區(qū)對(duì)壓載水管理采取了高于IMO標(biāo)準(zhǔn)的單邊行動(dòng)，對(duì)可能靠泊有單邊排放要求的港口的艦船，應(yīng)考慮符合其相關(guān)要求；對(duì)于不靠泊那些國家或地區(qū)的艦船，就不必選用更高處理能力的壓載水處理系統(tǒng)；而對(duì)于較少執(zhí)行前往特殊排放要求區(qū)域的艦船，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，則可考慮通過壓載水管理手段避免排放或者利用岸上設(shè)施。另外，航行區(qū)域內(nèi)的水濁度、鹽度和泥沙含量對(duì)一些處理技術(shù)的功效或者維護(hù)均有一定影響。

3.3 處理系統(tǒng)特點(diǎn)的因素

各種壓載水處理系統(tǒng)都有其基本特性，這些特性可能會(huì)對(duì)特定類型、航線或壓載水流量的艦船有一定影響，也即對(duì)處理系統(tǒng)的適用性有一定影響?；咎幚矸椒ê图夹g(shù)可分為：機(jī)械法(過濾或分離)、物理消毒法(紫外線照射、氣穴現(xiàn)象、脫氧等)、化學(xué)處理法(抗微生物劑和藥劑)[5]。

機(jī)械法：該方法要求將全部壓載水流經(jīng)濾器、旋分器或者其它分離器。對(duì)于大流量壓載水的情況，設(shè)備的尺寸可能會(huì)帶來問題。如果設(shè)備是在壓載水排放時(shí)使用，大量濾出物必須保留在船，會(huì)增加儲(chǔ)存負(fù)擔(dān)。

物理消毒法：紫外線處理通常是在壓載水打進(jìn)和排放時(shí)進(jìn)行，由于水的濁度會(huì)影響光線的穿透能力，使其有效性受到水的濁度的影響。脫氧處理可能需要幾天的時(shí)間才能保證對(duì)水生物的殺傷率。

化學(xué)處理法：采用加藥的方法將水中生物殺滅，合適的加藥量通常能在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)達(dá)到對(duì)水中生物的殺滅率，但壓載水排放時(shí)可能還殘留過量的藥物，因此通常需要對(duì)水中藥物進(jìn)行中和處理，以確保對(duì)排放環(huán)境無害。另外，如果壓載艙中藥物濃度過高，還有可能腐蝕壓載艙壁。

對(duì)于壓載水處理系統(tǒng)而言，作為一種新產(chǎn)品，壓載水處理技術(shù)正處于發(fā)展中，盡管已有部分壓載水處理系統(tǒng)投入使用，但迄今獲得經(jīng)驗(yàn)還很有限，每種處理技術(shù)都有其自身特點(diǎn)，從而會(huì)影響對(duì)某條特定船舶適用性。目前大多數(shù)處理系統(tǒng)都是采取上述技術(shù)的組合，以克服某一技術(shù)的缺點(diǎn)。

3.4 布置和維護(hù)的因素

在綜合上述艦船和處理系統(tǒng)的相關(guān)因素基礎(chǔ)上，處理系統(tǒng)在實(shí)船上的布置及后續(xù)維護(hù)要求亦是選用壓載水處理系統(tǒng)必須考慮的重要因素。特別是對(duì)海軍艦艇來說，處理系統(tǒng)的布置空間可能是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。因此在選用壓載水處理系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)保證將來能順利地在艦船上安裝，同時(shí)亦應(yīng)考慮其后續(xù)的維護(hù)保養(yǎng)?？梢钥紤]將處理系統(tǒng)各組成部分分解成獨(dú)立的模塊安裝在壓載水系統(tǒng)中。若壓載水處理設(shè)備用于處理來自閃點(diǎn)不超過60℃的油船氣體危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的壓載水，其所在艙室應(yīng)視為等效于閃點(diǎn)不超過

60℃液貨船上服務(wù)于上述區(qū)域的壓載泵艙。倘若壓載水處理中將使用或產(chǎn)生活性物質(zhì)，活性物質(zhì)的使用和貯存應(yīng)考慮IMO通函BWM.2/Circ.20《確保用于處理壓載水的活性物質(zhì)的安全處理和貯存以及來自于處理過程對(duì)船舶和船員造成危險(xiǎn)的安全程序制訂導(dǎo)則》的相關(guān)要求。艙室的布置(如位置、分隔、通道等)應(yīng)符合《散裝運(yùn)輸危險(xiǎn)化學(xué)品船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范》中對(duì)貨泵艙的相關(guān)要求。

3.5 其他

對(duì)壓載艙及管系的腐蝕因素。對(duì)于某些壓載水處理技術(shù)可能會(huì)改變壓載水中化學(xué)成分或者壓載艙中大氣成分，如果設(shè)計(jì)和操作不當(dāng)，會(huì)破壞壓載艙涂層，加速壓載艙和管系的腐蝕。

危險(xiǎn)化學(xué)品的儲(chǔ)存。壓載水處理系統(tǒng)使用的活性物質(zhì)包括臭氧、過氧化氫、二氧化氯和過氧乙酸等化學(xué)品，這些化學(xué)抗生物劑和活性物質(zhì)的使用提高了對(duì)船上操作人員的健康和安全風(fēng)險(xiǎn)，包括對(duì)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。

系統(tǒng)購置和維護(hù)成本因素。除考慮購置成本外，還應(yīng)考慮操作成本。操作成本包括，能量消耗、儲(chǔ)存的化學(xué)品(活性物質(zhì))消耗、備件消耗以及培訓(xùn)成本等。

壓載水處理系統(tǒng)的選用涉及面廣泛。就具體艦船而言，其與艦船的運(yùn)行特點(diǎn)、壓載水的處理要求、可布置處理設(shè)備艙室的空間、壓載艙的總?cè)萘?、壓載泵的排量、動(dòng)力供給、與艦船其他系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和操作要求等等，均直接或間接相關(guān)。目前，幾乎沒有一個(gè)處理系統(tǒng)能對(duì)所有艦船都很好適用。

4 結(jié)論

通過對(duì)民用壓載水處理系統(tǒng)裝艦技術(shù)途徑的分析梳理，可得出以下結(jié)論：

(1)適宜裝設(shè)壓載水處理系統(tǒng)的艦船類型

適宜裝設(shè)壓載水處理系統(tǒng)的艦船，首先應(yīng)是對(duì)壓載水的依賴性高的艦船，而且是必須在外國港口進(jìn)行壓載水操作的艦船；其次，艦船排水量較大，具有安裝壓載水處理設(shè)備的空間。

(2)艦船壓載水處理系統(tǒng)的技術(shù)方案

通過對(duì)現(xiàn)有壓載水處理系統(tǒng)技術(shù)途徑的分析，機(jī)械過濾+低壓紫外燈的方法采用純物理工藝，處理過程中不添加其他有毒有害物質(zhì)，結(jié)構(gòu)緊湊，能耗較低，使用壽命較長，安裝方式靈活，自動(dòng)化程度高，且維護(hù)保養(yǎng)簡便，可作為艦船壓載水處理系統(tǒng)的主要方向。

(3)另外，如按 CCS規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)的艦船，可直接采用民用產(chǎn)品；按國軍標(biāo)設(shè)計(jì)的艦船，應(yīng)對(duì)壓載水處理裝置進(jìn)行適裝性修改，使其相關(guān)性能指標(biāo)滿足有關(guān)軍用要求等。

[1]David M,Perkovic M.Ballast water vampling as a critical component of biological invasion risk management[J].Marine pollution Bulletin,2004,49:313-318.

[2]楊海軍.淺析壓載水系統(tǒng)防污染措施 [J].中國水運(yùn),2010,10 (1):22-23.

[3]Holmes,J M,Minchin D.Two exotic copepods imported into Ireland with the pacific oyster Crassostrea gigas(Thunberg).Ir Nat J,1995,25:17-20.

[4]張碩慧,劉乒,張爽,等.《船舶壓載水及沉積物控制和管理國際公約》履行面臨的問題及對(duì)策[J].水運(yùn)管理,2009,31 (1):29-33.

[5]朱麗楠,王永軍,任芝軍,等.船舶壓載水及沉積物的處理技術(shù)[J].中國水運(yùn),2010,10(4):22-23.

Analysis on Applicability of Ballast Water Treatment System for Naval Ship

ZHAO Nan1,HAN Jian2
(1.Navy Representative Room of Ship Design and Research Stationed in Shanghai,Shanghai 200011,China; 2.Marine Design & Research Institute of China,Shanghai 200011,China)

Invasive alien biology brought by ship’s ballast water can cause damage to the globe’s ocean environment and the people’s health,which has received extensive attention of the international community.In order to fill the blank of ballast water treatment system for naval ship ,the applicability of civilian ballast water treatment system for naval ship is done,which focuses on the ballast water treatment technology and the navy ship own factors.The results show that:the combination treatment method of mechanical filter and ultraviolet irradiation with low pressure is more applicable for the navy ship which have larger displacement and higher dependence on the ballast water.

international convention; ballast water; treatment system

U664.8

A

趙楠（1978-）， ，工程師，研究方向：船舶動(dòng)力工程。