船舶壓載水處理系統(tǒng)選型研究與技術(shù)分析

青島海洋經(jīng)濟(jì)團(tuán)體聯(lián)合會(huì)專家組 梁 輝

眾所周知，2022年將是壓載水處理系統(tǒng)安裝的高峰期。多家權(quán)威船級(jí)社表示，要使船舶符合《國(guó)際船舶壓載水和沉積物控制與管理公約》，必須考慮諸多參數(shù)與影響因素。對(duì)于很多船舶管理運(yùn)營(yíng)者來(lái)說，在IOPP換證前選裝合法、合規(guī)、性能可靠的壓載水處理系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫。

青島海洋經(jīng)濟(jì)團(tuán)體聯(lián)合會(huì)專家委員會(huì)針對(duì)目前市場(chǎng)上推出的多種已經(jīng)獲得IMO型式認(rèn)可或船級(jí)社證書，并已實(shí)船應(yīng)用的多種技術(shù)路線不同的船舶壓載水處理系統(tǒng)進(jìn)行研究，組織召開了《船舶壓載水處理系統(tǒng)選型研究與技術(shù)分析》專題研討會(huì)。大家認(rèn)為，經(jīng)過十余年的優(yōu)勝劣汰，壓載水處理系統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，對(duì)于如何選擇與船舶類型、船舶空間、船舶航線和航程相匹配且性價(jià)比合理的壓載水處理系統(tǒng)，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)形成了一套行之有效的方法，現(xiàn)總結(jié)整理如下，供廣大有意或正在趕壓載水處理系統(tǒng)“末班車”的同仁們參考。

壓載水處理系統(tǒng)的合規(guī)性

《國(guó)際船舶壓載水和沉積物控制與管理公約》從受到關(guān)注，提上日程，再到頒布生效以及后續(xù)的完善升級(jí)，到現(xiàn)在已經(jīng)過去了二十余年。這期間，國(guó)際海事組織（IMO）等主管機(jī)關(guān)的法規(guī)規(guī)范逐步完善，生物指標(biāo)的檢測(cè)方法和檢驗(yàn)流程不斷規(guī)范，壓載水處理系統(tǒng)也在不斷優(yōu)化。表面來(lái)看，壓載水處理系統(tǒng)的市場(chǎng)似乎已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全球統(tǒng)一的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，但實(shí)際上并非如此。

2020年10月28日，IMO新G8規(guī)則正式生效。截至目前，行業(yè)內(nèi)僅有二十余個(gè)壓載水處理系統(tǒng)品牌具有滿足新G8規(guī)則的型式認(rèn)可證書。雖然，公約明確要求不允許安裝不具備新G8認(rèn)證的系統(tǒng)，但仍有部分廠家以保函、優(yōu)惠等方式試探船東底線，推銷不合規(guī)范的產(chǎn)品。

此外，近年來(lái)有多個(gè)港口國(guó)開始起草各自專屬的壓載水管理規(guī)范，而符合這些標(biāo)準(zhǔn)的壓載水處理系統(tǒng)將在競(jìng)爭(zhēng)中更具優(yōu)勢(shì)，能夠在更大程度上降低違規(guī)風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)證書及報(bào)告的審核

日前，IMO MEPC 75屆會(huì)議正式通過了針對(duì)壓載水處理系統(tǒng)調(diào)試取樣檢測(cè)（Commissioning Test）的指南，要求系統(tǒng)在交付前須經(jīng)由第三方檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行生物有效性檢測(cè)。在此指南正式出臺(tái)之前，已有數(shù)個(gè)成員國(guó)強(qiáng)制要求執(zhí)行調(diào)試取樣檢測(cè)。但是，由于當(dāng)時(shí)相關(guān)指南規(guī)范不完善，缺少對(duì)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)獨(dú)立性的要求，在過去的實(shí)踐中，部分壓載水處理系統(tǒng)廠家選擇了“先自己取樣再送檢”的捷徑。比如，對(duì)于在水質(zhì)渾濁、水中藻類生物量大的水域調(diào)試的船舶，一些廠家為了避免因過濾器堵塞導(dǎo)致的報(bào)驗(yàn)失敗，會(huì)采取以大于五十微米的粗精度濾芯，代替陸基試驗(yàn)認(rèn)證使用的細(xì)精度濾芯的辦法，以求“蒙混過關(guān)”，通過試運(yùn)行。

而這些不合格的壓載水處理系統(tǒng)，在后續(xù)的港口國(guó)抽檢中，很可能使船舶運(yùn)營(yíng)者面臨罰款、船期延誤，以及額外的處理費(fèi)支出等問題。更有消息稱，部分港口國(guó)正在起草用于限制壓載水不合格船舶的黑名單制度，計(jì)劃禁止壓載水處理不達(dá)標(biāo)的船舶靠泊。

針對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)，建議規(guī)避方式如下：

◎ 對(duì)新證書的確認(rèn)：確認(rèn)產(chǎn)品是否持有符合G8規(guī)則與USCG型式認(rèn)可證書。

◎ 選擇第三方獨(dú)立機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)試取樣檢測(cè)：在安裝完成壓載水處理系統(tǒng)時(shí)，選擇第三方實(shí)驗(yàn)室對(duì)經(jīng)過處理后的水樣進(jìn)行立即檢測(cè)，是非常必要的。目前，能夠覆蓋國(guó)內(nèi)各大港口的第三方獨(dú)立檢測(cè)機(jī)構(gòu)有SGS、青島科瑞思、上海海洋大學(xué)等。如果選擇其他實(shí)驗(yàn)室，要提前確認(rèn)實(shí)驗(yàn)室資質(zhì)是否獲得船級(jí)社的認(rèn)可。

◎ 對(duì)試驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行檢查：以USCG標(biāo)準(zhǔn)為例，要求壓載水處理系統(tǒng)認(rèn)證試驗(yàn)的原水必須代表“最糟的情況”，而“最糟”的定義則由實(shí)驗(yàn)室把控。例如，標(biāo)準(zhǔn)要求原水10～50微米的生物量不小于1,000個(gè)/ml，實(shí)驗(yàn)室可以提供生物量為2,000個(gè)/ml的原水，也可以提供生物量為20,000個(gè)/ml的原水。顯而易見，只有通過更惡劣水質(zhì)測(cè)試的設(shè)備，其在不同海域的生物有效性也更加可信，對(duì)于這點(diǎn)，可以通過索要廠家的陸基試驗(yàn)報(bào)告來(lái)進(jìn)行評(píng)判。

表 不同額定流量下過濾器可濾除泥沙的重量

壓載水處理系統(tǒng)的過濾器

自壓載水處理系統(tǒng)誕生至今，過濾器一直是備受船舶運(yùn)營(yíng)者們關(guān)注的重要系統(tǒng)組件之一。結(jié)合多年的對(duì)比研究，筆者認(rèn)為，建議船舶運(yùn)營(yíng)者在選擇過濾器時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1、過濾器的必要性

最近，“無(wú)過濾器（Filter-less）”壓載水處理系統(tǒng)再次引發(fā)關(guān)注。據(jù)了解，至2021年，已經(jīng)先后有兩個(gè)品牌的無(wú)濾器壓載水處理系統(tǒng)獲得了型式認(rèn)可證書。

但是，沒有配備過濾器的壓載水處理系統(tǒng)如何避免大量沉積物（尤其是泥沙）進(jìn)入壓載艙，仍然是需要深入關(guān)注的問題。另外，未經(jīng)有效過濾的壓載水中會(huì)混有大量雜質(zhì)，這些雜質(zhì)將會(huì)嚴(yán)重消耗處理系統(tǒng)的滅活物質(zhì)，并進(jìn)一步導(dǎo)致能耗提高、藥劑投放量增大等問題。

筆者了解到，有實(shí)驗(yàn)室使用額定流量為300m3/h并配有過濾器（精度50微米）的某壓載水處理系統(tǒng)，在泥沙較多的舟山海域，對(duì)過濾前后的水樣進(jìn)行了多次檢測(cè)，并以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，得出在該水域環(huán)境下，每立方海水通過該過濾器平均可過濾泥沙7.61kg。據(jù)此，我們可以推算出在不同額定流量下，該過濾器可濾除泥沙的重量（見上表）。

進(jìn)一步推算，如果一艘壓載艙總?cè)莘e為9.6萬(wàn)立方米的VLCC，使用帶濾器的壓載水處理系統(tǒng)在舟山水域全流量壓載一次，可以阻止約730噸泥沙進(jìn)入壓載艙。按照一年10個(gè)航次計(jì)算，將阻止超過7000噸泥沙進(jìn)入壓載艙。

2、濾芯強(qiáng)度

目前，大多數(shù)濾器是依靠過濾后的水進(jìn)行反沖洗。但是，在水的濁度高、生物密度大的水域，部分設(shè)計(jì)強(qiáng)度不夠的濾芯，容易被瞬間的張力沖至變形甚至撕裂，或者因出現(xiàn)虹吸現(xiàn)象而導(dǎo)致其被吸扁。在這種情況下，如無(wú)備件更換，過濾器乃至整套壓載水處理系統(tǒng)也將完全失效。

建議船舶管理者在選擇壓載水處理系統(tǒng)時(shí)，要充分考量過濾器濾芯能承受的最大瞬間壓力，而不是待壓差達(dá)到設(shè)定值時(shí)才被迫通過緊急停機(jī)來(lái)保護(hù)濾芯不被破壞。

3、有效過濾面積

在惡劣的水質(zhì)下，對(duì)于同等精度的過濾器來(lái)說，更大的有效過濾面積必然帶來(lái)更穩(wěn)定的通流效果。而大部分體積小的緊湊型過濾器，其本質(zhì)是以犧牲有效過濾面積為前提的，它們?cè)趷毫铀|(zhì)下需要將流量降低，有時(shí)甚至需要降低至一半或更低，才能保證設(shè)備有效運(yùn)行。

4、維護(hù)頻率與難度

過濾器在嚴(yán)重堵塞后，一套標(biāo)準(zhǔn)的拆解、浸泡、沖洗、安裝流程往往需要十幾甚至二十幾個(gè)小時(shí)。在惡劣水質(zhì)下需要降低過濾器流量時(shí)，也需要老軌根據(jù)經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)節(jié)閥門與壓載泵。這些工作不僅影響船舶的裝卸貨效率，還會(huì)增加船員的工作負(fù)擔(dān)。目前，在壓載水處理系統(tǒng)市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了無(wú)需人工拆洗的過濾器，這種過濾器即使出現(xiàn)堵塞，也可以在幾分鐘內(nèi)完成自動(dòng)清洗，而且操作簡(jiǎn)單，能夠大大減少船員的工作量。

關(guān)注滅菌單元的結(jié)垢及功耗

目前，市面上的壓載水處理系統(tǒng)主要采用全流量電解滅菌、支路電解注入滅菌、紫外線照射滅菌等技術(shù)。由于水中含有豐富的鈣鎂離子，設(shè)備運(yùn)行時(shí)極易在滅菌單元形成結(jié)垢，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成不良影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐蓽缇鷨卧亩氯⑹蛊涔β恃杆僭龃螅瑥亩鴮?dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行功率超標(biāo)，大大降低系統(tǒng)滅活生物的能力。因此，對(duì)于各系統(tǒng)滅菌單元如何抑制結(jié)垢和除垢，需要格外關(guān)注。

目前行業(yè)廣泛采用的除垢方法有化學(xué)藥劑清洗、人工拆解清洗、系統(tǒng)自帶機(jī)械刮擦清洗以及超聲清洗等。

采用化學(xué)藥劑清洗，需要船員對(duì)藥劑的注意事項(xiàng)進(jìn)行充分了解并做好防護(hù)，注意藥劑的儲(chǔ)存環(huán)境，同時(shí)要遵守港口國(guó)海事主管機(jī)關(guān)、船級(jí)社等對(duì)于清洗液的排放要求，避免對(duì)人員、設(shè)備和環(huán)境造成危害。

此外，對(duì)于壓載水處理系統(tǒng)的功耗也需要重點(diǎn)關(guān)注。系統(tǒng)功耗直接影響船舶發(fā)電機(jī)的工作負(fù)荷，如果負(fù)荷過大，會(huì)對(duì)全船供電安全造成一定的隱患。低功耗的壓載水處理系統(tǒng)，可以降低系統(tǒng)安裝成本和運(yùn)行成本，減輕船舶發(fā)電系統(tǒng)負(fù)荷，提升船舶能效指數(shù)（EEXI）。

目前壓載水處理系統(tǒng)的主流技術(shù)包括全流量電解，支路電解和紫外線殺菌三種類型。實(shí)踐中選擇不同的設(shè)備并對(duì)比運(yùn)行功率，不同技術(shù)路線的功率差別還是很大的。同一種技術(shù)路線里面的不同廠家因?yàn)楦髯援a(chǎn)品專利和核心部件設(shè)計(jì)的不同，功率也會(huì)有明顯差異。

熟知系統(tǒng)的限制條件

船舶運(yùn)營(yíng)者在對(duì)壓載水處理系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)評(píng)估時(shí)，一定要重點(diǎn)考量系統(tǒng)的限制條件，否則會(huì)給日后的使用帶來(lái)不便甚至隱患。主要限制條件包括：

1、水域限制

有些壓載水處理系統(tǒng)無(wú)法應(yīng)對(duì)高泥沙含量的水質(zhì)。比如，在高泥沙水域旁通壓載水處理系統(tǒng)，直接壓載，會(huì)導(dǎo)致大量泥沙進(jìn)入壓載艙，因此在設(shè)備交付調(diào)試時(shí)，廠家會(huì)要求船舶航行至指定水域進(jìn)行設(shè)備調(diào)試。

2、流量限制

前文提到，部分壓載水處理系統(tǒng)在相對(duì)較差的水質(zhì)下，需要大幅提高功耗，并將處理流量降低至額定的一半以下，以保證設(shè)備正常運(yùn)行。而相關(guān)數(shù)據(jù)在系統(tǒng)的型式認(rèn)可證書中均有詳細(xì)規(guī)定，但由于部分廠家會(huì)不遵守該限制條件，因此這里提醒船舶運(yùn)營(yíng)者務(wù)必重視證書中相關(guān)規(guī)定。

3、管路布局

通常情況下，船舶運(yùn)營(yíng)者為了縮減船舶進(jìn)塢改裝壓載水處理系統(tǒng)的時(shí)間，可以要求廠家提前進(jìn)行安裝的設(shè)計(jì)工作并出具詳細(xì)的安裝圖紙。

圖 波羅的海區(qū)域的鹽度情況

在進(jìn)行技術(shù)評(píng)估時(shí)，安裝設(shè)計(jì)圖紙出具的詳細(xì)程度，以及不同技術(shù)路線對(duì)管路布置的要求，會(huì)對(duì)船舶壓載水處理系統(tǒng)改裝周期產(chǎn)生很大的影響。比如，部分處理系統(tǒng)需要大量小于DN25的管路，這些小管路布置工作會(huì)增加安裝成本和工期。

4、溫度限制

部分壓載水處理系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，對(duì)水的溫度有一定要求。比如，部分電解系統(tǒng)規(guī)定電解時(shí)溫度不能太低，否則會(huì)影響壓載水的處理效果。因此，這類壓載水處理系統(tǒng)在使用時(shí)需增加加熱海水的環(huán)節(jié)，以使水溫達(dá)到限定值后再進(jìn)行處理。

結(jié)合實(shí)際使用情況選擇產(chǎn)品

全球水域的水質(zhì)千差萬(wàn)別，對(duì)于船舶運(yùn)營(yíng)者來(lái)說，根據(jù)船舶航線有針對(duì)性地選擇壓載水處理系統(tǒng)尤為必要。

舉個(gè)例子來(lái)說，有的船東認(rèn)為，采用電化學(xué)滅活方式的壓載水處理系統(tǒng)，只有在內(nèi)河航線才需要注入海水提高鹽度。但是，在船舶經(jīng)常?？康母劭谥?，有超過100個(gè)海港鹽度處在1～15PSU之間，而純淡水港（鹽度小于1PSU）卻幾乎沒有。因此，在選擇壓載水處理系統(tǒng)時(shí)，有必要根據(jù)經(jīng)常?？扛劭诘柠}度情況進(jìn)行謹(jǐn)慎選擇。

此外，部分低鹽度水域的濁度較高，水中摻雜有大量會(huì)消耗紫外線強(qiáng)度（UVI）和活性物質(zhì)的成分。在此類環(huán)境下，壓載水處理系統(tǒng)需要大幅降低流量以保證正常工作。

系統(tǒng)方案選擇

壓載水處理系統(tǒng)是一套復(fù)雜的系統(tǒng)集成設(shè)備，系統(tǒng)中的每一個(gè)單元，無(wú)論是泵、閥、流量計(jì)，乃至所有相關(guān)的傳感器，都對(duì)設(shè)備的正常工作產(chǎn)生著至關(guān)重要的影響，任何一個(gè)關(guān)鍵部件的失效將直接導(dǎo)致壓載水處理系統(tǒng)無(wú)法工作。鑒于設(shè)備和各地水域的復(fù)雜性，建議船舶運(yùn)營(yíng)者在設(shè)備選擇的時(shí)候盡量選擇“一備一用”的方案，增加系統(tǒng)的冗余能力，會(huì)有效避免一些不必要的風(fēng)險(xiǎn)。

選擇系統(tǒng)的時(shí)候，供應(yīng)商的售后響應(yīng)時(shí)間和全球服務(wù)能力也至關(guān)重要。特別是疫情以來(lái)，除了必備的遠(yuǎn)程技術(shù)支持服務(wù)，廠家只有具備遍布全球主要港口的售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)與備件庫(kù)，才能保障設(shè)備的正常運(yùn)行和維護(hù)。在國(guó)外主要的修船區(qū)域，如荷蘭、波蘭、土耳其等地，因?yàn)闄z疫政策，也只有當(dāng)?shù)氐姆?wù)工程師才能順利實(shí)現(xiàn)登輪，對(duì)壓載水處理系統(tǒng)進(jìn)行維修、改裝指導(dǎo)或者調(diào)試。另外，面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，行業(yè)早有預(yù)測(cè)，全球能夠長(zhǎng)時(shí)間存續(xù)的壓載水處理系統(tǒng)廠家可能不會(huì)超過10家。安裝案例少、產(chǎn)品線低級(jí)且單一的廠家，必然無(wú)法在市場(chǎng)高峰過后維持全球性的技術(shù)支持與服務(wù)團(tuán)隊(duì)。

因此建議船舶管理者在選擇系統(tǒng)時(shí)，需要考慮清楚該廠家是否具有持續(xù)提供售后服務(wù)與技術(shù)支持的能力，更不建議因?yàn)槎唐诶娑谶@個(gè)問題上讓步。一旦這種技術(shù)支持與服務(wù)無(wú)法維系，將會(huì)對(duì)船舶的運(yùn)營(yíng)帶來(lái)極大影響。是否有能力應(yīng)對(duì)這種影響，是船舶管理者不得不面對(duì)和考慮的問題。壓載水處理系統(tǒng)涉及生物、化學(xué)、機(jī)械、電子以及軟件控制等諸多方面的專業(yè)知識(shí)。其作為一個(gè)新興產(chǎn)品，它的用戶群體仍然對(duì)其缺乏深入了解。本文提到的各類評(píng)價(jià)參數(shù)是業(yè)內(nèi)多年經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的總結(jié)，期望能為船舶管理者、運(yùn)營(yíng)者和所有者，在為船隊(duì)尤其是營(yíng)運(yùn)船隊(duì)配備壓載水處理系統(tǒng)時(shí)提供一些參考。