船舶压载水处理技术进展现状

船舶压载水处理技术进展现状

摘 要：船舶压载水所造成的生物入侵问题已经成为世界性的难题，随着压载水公约生效期的逐步靠近，越来越多的压载水处理设备进入了市场。文章首先简单介绍了压载水公约的概况，讲述了压载水处理的基本方法，然后重点介绍了国内外主流船舶压载水处理技术和国内外常见的几种压载水处理系统。

关键词：船舶压载水；公约；处理系统；技术分析与比较

一、船舶压载水作用及危害

远洋船舶在航行中，普遍使用压载水来调整船舶的吃水和重心的平衡，以保证航行的安全。但船舶在加装压载水的同时，海水中的一些生物也随之被加入到压载舱中，直至航程结束才被排放到目的海域。压载水跟随船舶从一地到了另一地，引起了有害水生物和病原体的恶性传播。压载水的排放控制不当可能会对海洋生态系统、公众健康和社会经济造成严重危害。全球环保基金组织已经把压载水引起的外来物种入侵问题列为海洋四大危害之一。

二、船舶压载水公约概述 1．压载水公约生效条件

为了更有效的控制压载水传播的有害水生物和病原体，国际海事组织（IMO）于 2004 年 2 月通过了《国际船舶压载水和沉积物控制和管理公约》，以下简称公约。规定公约将会在获得 30 个国家批准并占全球商船总吨位35%的 12 个月之后生效。截止到 2014 年 12 月，签署公约的国际海事组织的成员国的数量已经达到 42 个，而这些国家占世界总登记吨位的 32.54%。已经很接近生公约效条件，所以公约 2015 年达标，2016 年生效可能性很大。

2．船舶压载水性能标准

为了尽可能地降低压载水排放所带来的严重危害，国际海事组织把船舶压载水的排放标准分两步来实施，即把压载水的排放从“交换”方式逐步过渡到“处理”方式。

3．压载水公约的生效日期

按照船舶压载水水量的不同，规定自 2009 年开始，部分新建的船舶必须先安装压载水处理装置，并对现有的船舶追溯实施。规定截止 2016 年年底，全部现有的远洋船舶都须安装完成。并规定安装在船上的压载水处理装置必须获得 IMO 的认可或相关主管机关的型式认可。2009年新建造的船舶应满足 D-2 标准（第二阶段，即处理标准）的要求，并规定到

2016 年所有的远洋船舶都应满足 D-2标准。如果公约生效，未满足要求的船舶就不能随便进出IMO 成员国港口，若违反规定，将受到严厉的制裁或惩罚。

三、国内外主流船舶压载水处理技术分析 3.1物理处理法

物理处理方法是目前使用较多，且对环境污染较小的一种方法主要有加热处理、紫外线照射、超声波、氮气、高压电场灭火、Y射线磁化等方法，但它们大多存在处理效率低能耗大等问题，一般作为预处理措施使用。

加热法是通过将压载水加热的方法杀死水中生物，这种方法虽然能杀死主要生物，但是对于处于体眠状态的饱子仍然不能达到目的。这种方法需要安装加热装置，并且由于环境不同、水温不同所需能源量也不同。冬季寒冷地区处理效果不佳。此方法的另一问题就是压载水排放的水温问题，如果在没有达到标准水温时即排放，则可能对停泊海域生物造成损害。

在物理处理法中值得一提的是空化技术。空化技术的基本原理是当船舶水通过孔板时，将受到阻碍，使得压力骤减，流速剧增，当压力降至空化初生压(一般为相应温度下的饱和蒸汽压)时就会产生大量的空化泡。随后液体喷射扩张，压力值逐步恢复，空化泡瞬间破灭，从而产生空化。在液体中，当压强降低到某一临界压强以下时，就会产生空化泡，这些空化泡在正压作用下溃灭，其溃灭过程仅持续几微秒，从而在该点产生瞬间高温高压，该点即所谓热点。热点处的有机物可能直接热解，也可能与水热解生成的经基自由基反应。

空化技术的优点是绿色无污染，设备简单，投人低能耗低，操作方便，维护容易。但是此技术也有些不足之处，主要是空泡对于管路腐蚀作用较大，另外其效果将会因船舶水物理化学性质的不同而差别很大。

22化学处理法

化学处理法一般是通过向压载水中施加化学试剂，或者通过改变压载水中部分物质的化学结构，从而抑制了压载水中微生物的生长，达到处理效果。这些化学试剂主要有氯或氯化物臭氧过氧化氢经基自由基等，它们对压载水中微生物具有很强的杀伤作用，但大多会造成二次污染，并且目前研究还不是很成熟。此方法通常是能过化学注射泵直接输送到主压载水泵，并与压载水混合，以达到相应效果。

化学处理法的优点是机械结构简单易用;成本低;低能耗。化学处理法虽然在应用中简单且效果不错，但是也存在一些问题。对于海洋微生物来说，不同的微生物需要不同的化学物质来处理。而要想达到很好的效果，则可能需要添加多种化学物质，而这些化学物质在

运输、存储的过程都存在着潜在的风险。另外，处理后的船舶压载水残留在管路上、船体上、水舱中，由于存有大量化学药品，可能会对以上部件造成腐蚀，从而影响船舶的性能。最后，排到海中的处理后压载水中的化学药品，还会对周边海水产生破坏，影响海水安全。

2.3机械分离法

机械分离方法，一般作为深度处理的预处理方法使用，其操作简单，处理量大主要包括过滤气旋分离稀释浮选和沉降高流速等，这些方法对环境危害最小，操作方便，但存在处理量小所需动力成本大等问题。

3.}其他处理方法与措施 2.4.1生物工程技术

该技术目前还只是理论研究，对压载水中微生物的影响还不很清楚，而且存在新加人物种的转移和释放问题。

2.4.2岸上处理

把压载水排至岸上污水处理厂处理，但存在处理量大时间长占地面积大设备利用低等问题。

2.4.3公海笠换

该方法被认为是减少压载水外来生物人侵最可行的方法之一但是存在舱底沉积污泥难于处理，能量消耗高，操作时间过长，和存在安全隐患的问题。

2.4.4不桃放石载水

该法减少船舶货物载运量，运输成本增加。 2.4.5证明石载水无害

在排放港口取压载水水样交当地检验部门，验证水中不含人侵生物。

四、船舶压载水处理系统的研发进展 1．压载水处理的基本方法

目前，压载水处理技术十几种之多。有深海更换、清洁压载、岸上处理等，根据处理技术理化特性的不同，又可分为如下三类:机械处理法、物理处理法和化学处理法。 机械处理法主要采用的是过滤或离心分离等技术将有害的水生物及颗粒滤除掉。它一般和其他方法配合使用。

物理处理法包括紫外线照射、超声波、加热处理等。紫外线照射对灭杀海洋细菌、微生物非常有效，但对外来有害水生物效果不一定好，加热处理的温度一般可控制在38~50℃，持续 2~4h，可灭杀大部分生物，但存在处理时间长、能耗过高、热应力大影响航行安全等

问题。

化学式处理法主要采用的是化学方法或各种化学试剂，常见的有臭氧处理、氯化法、羟基自由法、过氧化氢和电解法等。此法在世界范围内被广泛接受。但是化学药剂无论对人体还是环境或多或少有一定的危害，所以有时必须对其残余的化学药剂进行附加处理。 从目前世界上压载水处理的市场状况来看，主流的压载水处理装置都不是单一的方法，而是将多种处理方法组合起来使用，以达到理想的处理效果。

2．船舶压载水处理系统介绍 （1）国产压载水处理系统介绍

随着压载水公约生效日期的临近，船舶配置符合要求的压载水处理装置摆在了每一位船东面前。截止目前，世界上已经有 51 种压载水处理装置获得型式认可，其中获得IMO 最终批准的有 36 种。在这一领域我国目前有 16 家企业涉足，其中获得船级社认证的压载水处理装置厂家有 11家，但只有 3 家取得了 IMO 的最终认可。国产压载水处理装置的技术方法主要有电解技术、紫外线技术、超声波技术等。下面介绍两套我国自主研发的压载水处理装置。

1）青岛“海洋卫士”压载水处理装置（BWMS） “海洋卫士”压载水处理装置是哈尔滨工程大学与青岛海德威科技有限公司联合研发的。此系统于 2010 年 10月获得 IMO 的最终认可，截止到 2014 年 2 月，该装置已获得如中国船级社（CCS）、挪威船级社（DNV）、法国船级社(BV)、美国海岸警卫队 USCG-AMS 等全系列型式认可共九项权威型式认可，技术及设备已经相当成熟。上市五年多，海洋卫士压载水处理系统远销接近 20 个国家和地区，连续三年荣膺国内压载水处理系统出口桂冠，安装的实例及订单涵盖各种船型。 “海洋卫士”压载水处理装置的核心技术采用目前独有的电催化高级氧化技术，加上高精度过滤、高智能控制共三大关键技术。因为核心技术的节能，系统的运行成本很低，处理量为 1000m3/h 的设备，功耗仅 17kw，约为紫外线处理技术的 1/5，具有很大的优势。系统的关键部

件有过滤器、控制单元和 EUT 处理单元，其中 EUT 处理单元是整个系统的核心，又分为催化单元和超声波单元两部分。在催化单元中使用电子来激发特殊的半导体材料来产生大量的羟基自由基。羟基自由基灭菌迅速、彻底，无复活，灭菌方式更节能（通过破坏微生物的细胞膜来杀死的微生物、病毒及细菌），只需几纳秒就可以完全杀灭水中的活性生物。控制单元负责各类检测传感信号的采集，以及对报警信号进行处理并对系统启动和关闭进行控制。

2）BalClor 压载水处理系统 BalClor 压载水处理系统由中国船级社与青岛双瑞公司联合研制。在 2010 年 8 月，此系统获得国际海事组织的最终批准，这是中国第一家。随后，BalClor 又陆续获得 CCS、BV、DNV、NK 的型式认可，并于 2013 年 4月通过 USCG 的 AMS 临时认可。BalClor 压载水处理过程包括过滤、电解和中和三步。 “过滤”—船舶压载时通过自动反冲滤器对压载水进行过滤，该步骤可以完全过滤掉尺寸大于 50μm 的海洋生物及固体颗粒，压头损失小，冲洗时不断流。系统适用于恶劣条件下海水的过滤，并可实现压差、时间和手动控制。 “电解”—装置从过滤后的压载水主管路中抽取 1%～

2%左右的海水进入电解装置，制取氢气和次氯酸钠溶液，同时通过除气装置将电解产生的氢气稀释到安全界限以下，排出舷外。总反应式为：NaCl+H2O→NaOCl+H2↑。 浓的次氯酸钠溶液重新回注到压载水的主管路，形成能有效杀灭经过滤后残余的浮游海生物、病原体及其幼虫或孢子的次氯酸钠溶液能。该技术已经在医学灭菌、自来水厂等水处理行业应用多年。电解单元的核心部件是电解槽，它的寿命可达船舶的全寿期。 “中和”— 在压载水排放时，如果其余氯浓度小于IMO 的规定值，中和系统就不会启动，压载水直接排放至舷外；否则，中和系统就会自动启动，立即向排水管中注入合适剂量中和药剂，中和残余的 TRO。 BalClor 压载水处理系统由过滤、电解和中和三个单元组成，如图 2。采用模块化设计，对于新船，可以整体模块化设计，结构紧凑，节省大量空间；而对于旧船改造，可以根据船舶实际组装成 3-7 个模块，合理利用船舶空间，解决了空间限制的问题。另外本系统的运行成本和维修费用都处于较低水平。另外，中国船舶工业集团自行研制生产的“海博士”（Ocean Doctor）压载水处理装置也于 2013 年 5 月通过了 IMO 的最终批准和 CCS 的型式认可。它采用了“过滤+紫外线照射+光催化氧化”的协同技术。

（2）国外压载水处理系统简介及技术比较

从上面的表格可见，目前世界各国的压载水处理装置大都采用两种更多的技术以达到 IMO的压载水排放标准，，其中过滤作为一种经济、实用、成熟的处理技术被广泛采用。在核心技术方面，有越来越多的水处理技术运用到船舶压载水处理中来，例如电解、紫外线、空化、臭氧、生物灭杀、凝结和磁分离技术等，但在这中间占主导地位的仍是利用紫外线和电解产生强氧化物的方法。例如青岛双瑞公司的BalClor 压载水处理装置、日本的 Hybrid Ballast Water System 和挪威的 Ocean Saver System都采用了电解技术。而韩国的 GloEn PatrolTM、瑞典的Pure ballast System 和美国的Hyde Guardian 压载水处理装置都采用了紫

外线处理技术。电解和紫外线技术占据主导地位一方面是因为电解技术在目前船舶海水的处理中已经取得了广泛的应用，而紫外线技术则被认为是目前最为环保、安全的杀菌技术。据有关海事专家的估计，在接下来几年的船舶压载水处理设备的市场份额中，紫外线技术和电解技术的压载水处理系统将会占到市场总份额的 45%和 35%，而其他技术只占约 20%。 世界上出现的压载水处理系统品种繁多，价格差距也较大，安装和运行成本也有很大的差距。从压载水处理装

置公司的订单情况和市场占有率来看，现在的竞争格局比较混乱，欧美、韩国、日本以及中国的公司展开激烈的竞争。瑞典的 Alfa-Laval 公司是世界上最先研制出压载水处理装置并且率先获得一系列认证的公司，所以一直处于压载水处理的领先地位；美国 Hyde Gold BWTS 因为它的紧凑尺寸是改装船的理想选择，深受众多船东和运营商的欢迎，截止 2014 年底已获得突破 400 套订单；韩国的PANASIA Co．Ltd 和 Techcross Ltd 因为起步较早也具有很好的业绩；中国的“海洋卫士”以及 BalClor 压载水处理系统因为在经济性方面具有较大的优势，发展极为迅速，也有着较大的市场份额。

五、结束语

船舶压载水处理技术与设备作为一种新发展和应用的环保技术和装备，正在相关国际环保公约的逐步实施背景下飞速发展。一旦压载水公约正式投入实施，会带来更大的市场需求。预计在 2016~2022 年，全球将有约 7.5 万艘船舶要安装压载水处理装置，压载水处理系统的更新改装将成为全球修船企业发展新引擎，而用于购买这些装置的费用将达到惊人的 1,000 亿美元。2016 年，在国际海事界将会出现一个安装压载水处理装置的高潮。估计随着市场需求的迅速增加，压载水处理装置的价格也会水涨船高，这对于国内压载水处理设备厂商来说是极好的发展机遇。

六、参考文献

[1] 刘万鹤，赵春生.船舶压载水处理系统的研发进展[J].船 舶工程，2014，（5）：14-17.

[2] 邱力强.船舶压载水处理设备及应用技术研究进展[J]. 青岛远洋船员职业学院，2012，（4）：29-31.

[3] 王文成.船舶压载水处理综述[J].上海船舶运输科学研 究所学报，2013，（12）：11-13.

外线处理技术。电解和紫外线技术占据主导地位一方面是因为电解技术在目前船舶海水的处理中已经取得了广泛的应用，而紫外线技术则被认为是目前最为环保、安全的杀菌技术。据有关海事专家的估计，在接下来几年的船舶压载水处理设备的市场份额中，紫外线技术和电解技术的压载水处理系统将会占到市场总份额的 45%和 35%，而其他技术只占约 20%。 世界上出现的压载水处理系统品种繁多，价格差距也较大，安装和运行成本也有很大的差距。从压载水处理装

置公司的订单情况和市场占有率来看，现在的竞争格局比较混乱，欧美、韩国、日本以及中国的公司展开激烈的竞争。瑞典的 Alfa-Laval 公司是世界上最先研制出压载水处理装置并且率先获得一系列认证的公司，所以一直处于压载水处理的领先地位；美国 Hyde Gold BWTS 因为它的紧凑尺寸是改装船的理想选择，深受众多船东和运营商的欢迎，截止 2014 年底已获得突破 400 套订单；韩国的PANASIA Co．Ltd 和 Techcross Ltd 因为起步较早也具有很好的业绩；中国的“海洋卫士”以及 BalClor 压载水处理系统因为在经济性方面具有较大的优势，发展极为迅速，也有着较大的市场份额。

五、结束语

船舶压载水处理技术与设备作为一种新发展和应用的环保技术和装备，正在相关国际环保公约的逐步实施背景下飞速发展。一旦压载水公约正式投入实施，会带来更大的市场需求。预计在 2016~2022 年，全球将有约 7.5 万艘船舶要安装压载水处理装置，压载水处理系统的更新改装将成为全球修船企业发展新引擎，而用于购买这些装置的费用将达到惊人的 1,000 亿美元。2016 年，在国际海事界将会出现一个安装压载水处理装置的高潮。估计随着市场需求的迅速增加，压载水处理装置的价格也会水涨船高，这对于国内压载水处理设备厂商来说是极好的发展机遇。

六、参考文献

[1] 刘万鹤，赵春生.船舶压载水处理系统的研发进展[J].船 舶工程，2014，（5）：14-17.

[2] 邱力强.船舶压载水处理设备及应用技术研究进展[J]. 青岛远洋船员职业学院，2012，（4）：29-31.

[3] 王文成.船舶压载水处理综述[J].上海船舶运输科学研 究所学报，2013，（12）：11-13.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0m4p.html