浅谈船舶压载水处理系统

2023/03/01

2004年，国际海事组织(IMO)通过了《船舶压载水和沉积物控制和管理国际公约》，旨在达成国际上的一致，“通过控制和管理船舶压载水和沉积物来防止、减少和最终消除有害水生物和病原体的传播”。压载水排放可能扰乱生态平衡，为了应对由此造成的对全球环境的威胁，需要配置得到IMO认可的处理系统。按照公约的要求，如果在2009年1月1日以后建成的新船，必须安装专门的处理设备；从2012年起所有的新船均应装设压载水处理系统，而全部现有船舶则应在2016年底之前配备此项技术装置。

随着2009年的临近，距离公约正式生效的日子已经不远，目前有多少压载水处理系统已经研制成功并得到IMO批准呢？

1国外主要的压载水处理系统介绍

1.1NEI公司的文氏管脱氧方式压载水处理系统(Venturi Oxygen Stripping——VOS)

NEI公司从2002年开始致力于研制VOS系统来解决水栖有害生物问题，同时保护压载舱不被腐蚀。该系统使用氮气在船舶压载舱内制造一个低氧的环境，该环境限制了含氧量，避免了氧化铁或锈的形成；同时，该低氧环境极大降低了随压载水带来的水栖生物的生存率。该项技术已在船舶实验中得到证明，完全符合IMO的压载水排放标准。图1为VOS系统流程图。




VOS系统与船舶现有的压载系统相结合，当吸入的压载水流经安装在压载管路上的文氏管喷射器时，将会发生空化现象；同时在其中喷入由制氮装置产生的氮气，使其达到过饱和。经过这一过程，压载水中的含氧量将在l0s内减少95％。当压载水排出压载舱时，VOS系统将通过甲板管路向空舱中注入氮气，以使压载舱中保持低氧的环境。

此脱氧过程可参见图2。




该系统通过了美国船级社的技术审查，获得了利比里亚船级社的形式认可，具备装船条件。

1.2OceanSaver公司的OceanSaver系统

OceanSaver的工作原理，是分两个阶段使压载水中氮气过饱和。

压载水经由船舶的海水吸人箱抽吸到船上，先经过滤清、再进入C3-T空化室，承受极高压力脉冲的作用；紧接着空化作用之后，在船上利用膜板型氮气发生器生产的氮，在一个两级处理过程中喷入水流。有一部分水从主水流中分出，利用混合装置与氮气混合或实现过饱和。然后这部分水流立刻被重新喷射到主水流中，在此与来自C2-E系统的活化水合流。

一小部分压载水(小于规定的系统流量的0.5％)在过滤以后被送入C2-E系统，在此受到电渗析处理，然后与氮气一同被重新喷射入水流中，对压载水进行消毒。C2-E系统的组成包括给水和喷射管路、恒定电流电源装置及电渗析单元组件。


水过滤之后，经过空化和过饱和的处理后，成含氧量低的水，此时即进入压载舱。水舱配备有压力／真空控制系统，用以防止氮气从水舱内泄漏出来，并防止水舱受空气污染，这样便抑制了水生物再生的可能性，水舱壁表面的氧化(由此引起的腐蚀和涂层的老化)也明显减少。

水在排放时，借助空气充入过程来恢复水中的气体平衡，这样便可避免排出缺氧的水。

与常规的空化装置(zhi)(zhi)不同，该系(xi)统(tong)的效率被认(ren)为(wei)较高(gao)，可创造出(chu)高(gao)达(da)l000bar(1×108Pa)的内(nei)向*****压力(li)，内(nei)爆频率在100kHz以上。C3-T装置(zhi)(zhi)的概念可确保(bao)系(xi)统(tong)各个表(biao)面、颗粒物(wu)(wu)和有机(ji)物(wu)(wu)与内(nei)爆气泡的能量(liang)区(qu)之间充分(fen)接(jie)近。这代表(biao)着一个重要优点，即释放的能量(liang)可能向其(qi)(qi)特定目标，用(yong)于摧(cui)毁有机(ji)物(wu)(wu)。图4为(wei)C3-T处理(li)装置(zhi)(zhi)及(ji)其(qi)(qi)内(nei)部(bu)的鱼雷形(xing)导罩。

1.3 Alfa Laval公司(si)Pureballast系统

Alfa Laval公司着重强调其Pureballast系统(tong)可(ke)提供不使(shi)用化学制剂的(de)(de)压(ya)载水处理方式(shi)，其设计也是模块(kuai)式(shi)的(de)(de)，这(zhei)样(yang)便(bian)能安装在机舱(cang)周围现(xian)有的(de)(de)管路(lu)之间(jian)(jian)。Pureballast系统(tong)通过了(le)50mm以上的(de)(de)有机物试样(yang)9种(zhong)，10mm～50mm之间(jian)(jian)的(de)(de)有机物试样(yang)9种(zhong)，以及21种(zhong)不同的(de)(de)细菌闪试。实验表(biao)明Pureballast系统(tong)能够满足(zu)IMO的(de)(de)排放标准要求。

图(tu)5为Pureballast系统流程图(tu)。




除了过滤(lv)作用外，Pureballast系(xi)统还采用了一(yi)种(zhong)Alfa Laval与(yu)Wallenius Water公(gong)司合(he)作开(kai)发的(de)先进的(de)氧(yang)化(hua)技(ji)术(AOT)，见图(tu)6。此项技(ji)术利用光(guang)(guang)源(yuan)和催(cui)化(hua)剂(ji)(ji)两者(zhe)的(de)作用创造出(chu)自(zi)(zi)由基，以摧(cui)毁压(ya)载水(shui)中有(you)机物(wu)的(de)细(xi)胞膜。当(dang)光(guang)(guang)线照射(she)到(dao)装置的(de)催(cui)化(hua)剂(ji)(ji)表面时，便产生(sheng)出(chu)自(zi)(zi)由基。紫外线可(ke)杀(sha)死(si)有(you)机物(wu)，而该系(xi)统则(ze)利用另(ling)一(yi)种(zhong)波长束杀(sha)死(si)其DNA。换句话(hua)说，Pureballast装置含有(you)钛的(de)二氧(yang)化(hua)物(wu)催(cui)化(hua)剂(ji)(ji)，它受到(dao)光(guang)(guang)照射(she)时便产生(sheng)出(chu)自(zi)(zi)由基。这些自(zi)(zi)由基的(de)寿命(ming)仅有(you)若干毫(hao)秒(miao)，他们(men)可(ke)以破坏微生(sheng)物(wu)的(de)细(xi)胞膜，而不必使用化(hua)学制剂(ji)(ji)或(huo)生(sheng)成有(you)害的(de)残留物(wu)。




压载水在进入或排除(chu)压载舱的过程(cheng)中都要进行处理，以便(bian)对付水舱内(nei)停留和重新生长的有机物。

迄今为止，Pureballast系统经历过(guo)3次迭代，并(bing)于2003年在Wallenius公司的(de)汽车运输船“DonQuijote”号上安装了(le)一台样(yang)机。

以(yi)上3种船舶压载水处(chu)理系(xi)统均无需化学添加剂，而前两种系(xi)统中经处(chu)理后的压载水为(wei)低(di)含氧量(liang)的压载水，不仅满足(zu)IMO对压载水排放(fang)的要求，还可以(yi)极(ji)大的降低(di)压载舱的腐蚀。其(qi)中，尤以(yi)NEI公(gong)司的VOS系(xi)统结构最简(jian)单，下面就以(yi)VOS系(xi)统为(wei)例(li)，介绍其(qi)在压载水微(wei)生(sheng)物处(chu)理、压载舱腐蚀控制(zhi)及(ji)降低(di)船舶生(sheng)命周期(qi)成本方面的优势。

2采用VOS系统防止水生(sheng)物(wu)入侵(qin)、船(chuan)舶腐(fu)蚀的评(ping)估及(ji)船(chuan)舶生(sheng)命周期成本

2.1生物处理(li)

当压载(zai)舱充满脱氧水的时候，生(sheng)物(wu)处理(li)马上就开始了。

通过生(sheng)物测试试验证明，经过VOS系(xi)统处理(li)后的(de)(de)(de)压载水(shui)在4天后，其中的(de)(de)(de)浮(fu)游动物、浮(fu)游植物和细菌的(de)(de)(de)数量均(jun)达到IMO标(biao)准的(de)(de)(de)要求，参见图7。




2.2腐(fu)蚀(shi)保护

VOS系(xi)统的(de)压(ya)载(zai)舱(cang)脱氧(yang)系(xi)统的(de)设(she)计使压(ya)载(zai)舱(cang)壁(bi)始终处于惰(duo)性气体的(de)保护之中，其腐蚀程度(du)降低达90％，可以使船舶压(ya)载(zai)舱(cang)在整个生命周期中都保持“良好(hao)”评级而不(bu)需要涂层修复(fu)或者钢材(cai)翻新。参见图(tu)(tu)8、图(tu)(tu)9。