压载水处理（精选11篇）
压载水处理 篇1
船舶的安全航行离不开压载水, 船舶在航行过程中需要压载水来调节船舶姿态以保证其安全航行。随着全球贸易的发展船舶运输也越来越频繁, 每年由于船舶运输而携带的压载水超过100 亿t。由此也带来了一系列的环境问题。据统计每天压载水携带的生物有3000 到4000 种, 并且已经确定全球有500 种左右的生物污染由船舶压在水进行传播所致。随着人们对环境问题的重视, 国际社会对船舶压载水的污染问题也越来越重视。为了降低压载水的污染, 了解压载水的置换过程和置换方法很有必要。本文对船舶压载水的作用, 置换方法以及处理方式进行了论述, 并提出了自己的一些建议。
船舶压载水
压载水的作用
船舶压载水是船舶不可或缺的一部分, 在船舶的航行和营运过程中起着很重要的作用如:用于调节船舶的吃水和船体纵、横向的平衡及安全的稳性高度;调整总纵强度和局部强度, 以避免船体发生变形和较大应力, 最终保证船舶安全航行。
船舶在航行营运过程中需要经常调整船舶压载水, 调节方式主要是靠压载水的排放和加载。其作用主要有三个。第一, 满足国际公约的强制要求。国际压载水公约中明确规定, 压载水在船舶滞留时间不得超过3 个月。第二, 使船舶更加安全高效的航行。为了船舶航行时降低阻力以及增加或降低船舶稳性, 船舶需要吸入或排除船舶压载水从而调节船舶至相对应的姿态;第三, 实现船舶营运的最大利益。船舶在营运过程中为了更大限度的载货增加船舶的载货量, 需要将必要的压载水排除船体以增加额外浮力。
压载水的置换
压载水置换要求
国际海事组织于2000 年正式通过了船舶压载水管理公约, 也就是《船舶压载水及其沉积物控制和管理国际公约》。根据该公约的要求, 船舶在运营过程中, 需要更换压载水时应该尽可能远离陆地, 更换水域应为深海以及水域开阔地带。由于近岸水域海生物种类较为复杂, 所以公约规定排放压载水时距岸距离不能少于200 海里。该方法虽然应用较多, 但船舶在实施过程中如果出现失误很容易造成事故。
置换压载水的方法
对于置换方法当今国际上较为推荐的主要有三种, 分别是溢流法、顺序法和稀释法。
溢流法:顾名思义也就是将新的压载水灌入已经盛有压载水的压载舱中, 同时多余压载水从溢水口不断流出的方法。用这种方法进行置换时, 需要泵入压载舱的水量约为舱室容量的300%。另外这种方法对船舶的管路和水舱的要求较高, 并且在置换过程中无法做到完全置换的问题。在寒冷地区很容易出现船舶甲板结冰的现象。
顺序法:该方法主要分为两步, 第一步将需要置换的压载水舱室抽空。第二部将新的压载水源注入压载舱中。目前而言这种方法不仅压载水的置换率较高而且对于防止微生物污染方面的效果最佳。其缺点在于在置换过程中会出现自由液面, 自由液面必然会降低船舶稳性, 在大风浪条件下较为容易出现事故。
稀释法:该方法的具体操作是将新的压载水源由压载舱室的顶部注入, 同时旧的压载水从底部以相同的流量排除, 在这个过程中船舶的压载舱中压载水水位基本不发生变化。该方法的置换率也比较高, 而且相对安全。
置换压载水时的防污染处理
目前也经常采用机械法、化学物理法等处理压载水以减少其生态污染。下表列出了这几种方法的作用原理和主要特点。
置换压载水所致的环境危害
由于船舶压载水在置换过程中难免会携带海洋生物, 对于外来物种而言由于缺乏天敌, 所以其一旦进入一个适宜生存的新的水域很容易大面积繁殖, 从而危及当地生物, 甚至导致当地水域生态系统的彻底混乱。另外也很容易危及当地水域的海洋水产经济。
置换压载水对海洋生态的危害
即便随着船舶压载水由一个水域载到另一个水域的生物本身并没有毒性, 可是由于生物学上的适者生存的原理, 在适应新环境, 同时又没有天敌的情况下, 新物种会大量繁殖, 入侵前期数量成指数型爆发, 从而危害当地的生态环境, 破坏当地的物种关系。据不完全统计每两个月世界就会发生一次生物入侵的事件。
另一方面, 随着生态系统中相互影响的外来物种的不断增加, 会对当地雾中进行排挤, 到了入侵后期会取代原来的物种, 从而改变了原有的生物链, 使当地的生物多样性降低, 甚至将当地的生态系统严重破坏。
置换压载水对渔业经济的影响
自上个世纪80 年代, 由于压载水所携带的入侵生物对当地海洋渔业带来了严重的负面影响, 最终引起国际相关海事部门和渔业部门的重视。现列举一些历史上具有代表性海洋生物入侵的例子:上个世纪70 年代左右, 黑海的凤尾鱼和鲜鱼的养殖产业由于来自北美的水母的入侵遭到的巨大的打击, 致使当地渔业经济受到很大损失;20世纪90 年代末期, 澳大利亚当局声明有大约170 多种生物进入澳大利亚水域, 绝大部分由有船舶排放压载水所致, 不仅致使其渔业经济损失上亿美元, 还损害了当地人们的身体健康, 渔业产业接近崩溃;中华绒鳌蟹在20 世纪从中国传到欧洲等地, 尤其在荷兰和德国等地, 它们迅速繁殖发展大量猎捕当地鱼类, 对当地水域的生态环境造成了很恶劣的影响。由于船舶压载水而导致的生物污染事件数不胜数, 它们对当地的渔业经济, 生态环境造成了严重的影响, 甚至危及人类健康。
船舶压载水的控制
船舶压载水的污染问题已经上升成为一个全球问题, 其需要各个国家联合起来进行治理, 仅仅靠个别国家进行管制很难解决污染的问题。只有各个国家都严格遵守国际压载水公约, 上到政府机关下到每艘船舶每个船员都恪守公约要求, 才有可能降低压载水对海洋的污染。
另外部分船员环境保护意识差。船员以及公司对压载水的排放重视不够, 据不完全了解, 现今有许多船舶为了自身的方便快捷, 通常不按规定进行排放压载水, 偷排、乱排压载水的现象时有发生, 这使得压载水的控制更加艰难。
国际上对压载水的管理
美国对压载水的管理要求
根据美国的联邦法典的相关规定, 如果船舶在圣劳伦斯或者大湖区航行的话, 船舶的压载水排放应有政府强制管理。船舶在处理自身压载水时应按照以下措施之一实施。 (1) 对于需要在大湖区水域排放压载水的船舶, 应该及时在水深满足200m以上的美国经济区水域更换压载水, 从而确保船舶压载水的盐都不低于百分之三。 (2) 如果没有更换压载水计划, 港方要求船方关闭船舶所有排水阀门。 (3) 在进入以上水域以前船方需要及时向有关部门申请, 在获得批准后才可进入相关水域。
美国加州在20 世纪末颁布了压载水管理的新规定, 规定从2000 年正式执行, 该规定对来往船舶压载水的管理方面又提出了新的规定。该新规定对有美国专属经济区驶往加州水域的船舶进行了规定, 要求其必须采取以下措施之一, 主要包括 (1) 更换压在水时水生不可低于200 米。 (2) 只进行压载水加载不进行排放。 (3) 排放的压载水排放至官方指定的容器之内。 (4) 在某些特殊情况下可以在经过政府批准和认可的时间以及地点进行压载水的排放。
另外该规定也对船舶不按制度更换压载水所应接受的处罚做了相应规定。
我国对压载水的管理要求
为了改善海洋生态环境, 减少由于船舶压载水的问题而带来的海洋生态污染, 我国的《中华人民共和国海洋环境保护法》第六十二条明确规定:“在中华人民共和国管辖水域, 任何船舶及相关作业不得违反本法规定向海洋排放污染物、废弃物和压载水、船舶垃圾及其他有害物质。”对于需要更换压载水的船舶都应该提前向海事相关部门进行申请, 海事部门在接受申请后会对船舶压载水的各项指标, 和排放水域的选择, 排放速度的设定等等因素进行检查, 在通过所有检查以后船舶才可安全要就进行压载水的排放或者加载。 另外根据《中华人民共和国进出境动植物检疫法》相关条例也对船舶的卫生检验检疫做出了相关规定, 其中明确规定来自动物疫区的船舶应该严格根据本法进行检查, 尤其对于船舶所排出的生活污水进行严格的检查, 以防止病毒的跨区域传播, 危及我国的海洋生态环境。
以上两部法律虽然都对出船舶压载水的消毒有所要求, 但缺乏对压载水的检疫要求。因此国内立法在对排放压载水会导致的生物入侵方面并未提出明确的要求, 在这方面的管理和监督并未引起当事人的足够重视。
处理压载水时船方应注意的问题
虽然船舶在浅水区更换压载水相对较为方便和安全, 但是还是应该尽力避免, 在水域选择方面也应该尽可能选择水生物相对较少的水域进行压载水的更换, 根据某些微生物的活跃度的日变化选择不同时段进行置换, 如有条件进两选择岸上经消毒水作为压载水。
在实际操作中, 由于船员环保意识、业务能力不强, 很多时候为了操作方便, 随意置换、排放压载水, 从而导致船舶事故发生。所以在船舶管理方面应该做到建立沿海水域船舶压载水防污染的监测、监视机制, 完善监控手段;加强对船员的业务能力的培训和检查, 防止由于船员本身因素导致事故的发生; 在立法建设方面, 尤其海事方面应该予以加强, 应该给予海事智能部门更高的执法权力, 从而加强其执法力度和效果;提高相关人员的环保意识, 强化相关人员的责任心, 让其从心里更加重视。
小结
绝大多数的船舶都需要压载水, 压载水是船舶不可缺少的一部分。由于各方面的原因, 使船舶压载水不仅给船舶安全航行带来的隐患和灾难, 而且还导致的全球海洋生物的大量入侵, 给生态环境和人类的健康带来了严重的危害。因此, 正确对待压载水, 严格遵守压载水相关的公约和有关规定, 不仅有利于船舶本身的安全, 更有利于海洋环境的保护和人类自身的不断向前发展。
压载水处理 篇2
应用臭氧氧化技术深度处理油船含油压载水的实验研究
油船含油压载水大量排放入海会对海洋生态环境产生较大的危害.在研究中,通过强电离放电技术制取高浓度臭氧,应用臭氧氧化方法来深度处理含油压载水,模拟实验表明在臭氧投加浓度达到120 mg/L,在较短的接触时间(2min)内,臭氧对不同浓度的含油压载水中的.油去除率可达到50%以上,同时使芳香族类物质显著减少,降低含油污水的生物毒性,处理方法具有可观的应用前景.
作 者：熊德琪 汪梅华 白希尧 作者单位：大连海事大学环境工程学院,大连,116026刊 名：环境污染治理技术与设备 ISTIC PKU英文刊名：TECHNIQUES AND EQUIPMENT FOR ENVIRONMENTAL POLLUTION CONTROL年，卷(期)：20056(2)分类号：关键词：臭氧氧化 除油 压载水 油船
压载水管理解读及现状公约 篇3
为了控制和防止船舶压载水传播有害水生物和病原体，国际海事组织（IMO）于2004年2月9日至13日在英国伦敦IMO总部召开了船舶压载水管理国际大会。大会以IMO A.868（20）决议通过了《船舶压载水及沉积物控制和管理国际公约》（INTERNATIONAL CONVENTION FOR THE CONTROL AND MANAGEMENT OF SHIPS' BALLAST WATER AND SEDIMENTS, 2004），简称2004压载水管理公约。该公约规定的生效条件是，合计占世界商船总吨位不少于35％的至少30个国家批准1年后生效。
2压载水管理公约的主要构成
《压载水管理公约》由22条正文和1个附则组成，附则作为公约的技术要求分为5部分。
2.1 公约正文内容包括：定义，一般义务，适用范围，控制有害水生生物和病原体通过船舶压载水和沉积物转移，沉积物接收设施，科学技术研究和检测，检验和发证，对违反事件的处理，船舶检查，对违反事件的调查和对船舶的监督，检查并采取行动的通知，避免对船舶的不当延误，技术援助、合作与区域协作，信息交流，争端的解决，与国际法和其他法律文件的关系，签署和批准，生效，修正程序和退出等。
2.2 公约的附则《控制和管理船舶压载水和沉积物以防止、减少和消除有害水生物和病原体转移规则》包括总则（A部分）、船舶压载水管理和控制要求（B部分）、某些区域的特殊要求（C部分）、压载水管理的标准（D部分）和检验发证要求（E部分）等5部分内容。
2.3 为使《压载水管理公约》能统一实施，IMO通过制定一系列技术导则提出具体要求。截至2008年10月召开的MEPC（58）会议，14个导则都已经完成，还对其中两个进行了修改（见表1）。
3 压载水管理公约的要求简述和技术导则
3.1 公约生效后，船舶应备有一份经批准的压载水管理计划和压载水记录薄。压载水管理计划的制定应参照IMO 以MEPC.127(53)决议通过的压载水管理和制定压载水管理计划导则（G4 导则）。
3.2 船舶压载水的排放应分阶段符合下述标准：压载水置换标准（D-1 标准）或压载水性能标准（D-2 标准）。表2为实施该标准的时间期限：
注：*上述提及的“压载水容量”系指船上用于承载、装填或排放压载水的任何液舱、处所或舱室，包括被设计成允许承载压载水的任何多用途液舱、处所或舱室的总体积容量。
** 对于2009 年前建造的船舶，和2009 年及以后但在2012 年前建造的压载水容量≥5000 m3 的船舶，上表“D-2 标准强制实施日期”栏中注明的“2014 年”和“2016 年”为：该船舶应在不迟于其2014 年或2016 年的交船周年日之后的首次期间或换证检验（取早者）时满足D-2 标准的要求。
*** 考虑到压载水处理技术及经型式认可的系统的可获得性，IMO 在A25 大会上通过了A.1005(25)决议，对2009及以后年建造的压载水容量小于5000m3 的船舶，推迟安装压载水管理系统：根据主管机关决定，对2009 年间建造的船舶，在其第二个年度检验但不迟于2011 年12 月31 日前，将不要求一定安装压载水管理系统。
3.2.1D-1 标准要求
进行压载水交换的船舶，应满足公约第D-1 条的压载水交换标准。压载水容积的交换率应至少为95%；或对每个压载舱应注入并排出3倍容积的压载水量。
3.2.2D-2 标准要求
（1）每立方米中最小尺寸大于或等于50μm的可生存生物少于10 个 ；
（2）每毫升中最小尺寸小于50μm但大于或等于10 μm的可生存生物少于10 个 ；
（3）排放的指示微生物不应超过如下规定的浓度：
① 每100 ml小于1cfu 的有毒霍乱弧菌（O1 和O139）（cfu=菌落形成单位）或小于1 cfu 1 g的浮游动物样品（湿重）
② 每100 ml 250 cfu 的大肠杆菌
③ 每100 ml 100 cfu 的肠道球菌
4 船舶压载水管理现状、监控和履约要求
4.1 船舶在航更换压载水作为压载水管理的过渡性措施，是压载水处理技术还未达到成熟情况下的权宜之计。《压载水管理公约》规定，在2016年以前对某些适用D-1标准的船舶可以使用更换压载水的方法。实际上，现在一些国家的单边立法已经要求船舶在到港之前更换压载水。按G6规定，船舶可以采用直流法、逐一更换法和稀释法更换压载水。《压载水管理公约》规定，凡可能时，均应在距最近陆地至少200 n mile、水深至少为200m的水域进行更换。 当不能按照上述进行更换时，应在尽可能远离陆地的水域，并在所有情况下距最近陆地至少50 n mile、水深至少为200m的水域进行更换。船长必须注意到，港口国可指定船舶进行压载水更换的水域，船舶应严格遵守。在航更换压载水除了存在船舶稳性、船体应力、局部强度的危险外，某些航线(如中日和中韩之间)还存在距离和水深不能满足要求且航程短没有足够时间更换压载水等问题。
4.2 压载水管理系统。为满足D-2标准，船舶需要安装压载水管理系统。压载水处理系统的研发既是公约生效进程的主要限制因素，又是公约实施的关键。压载水处理系统按是否使用或产生活性物质分为两类，一类是不使用或不产生活性物质的压载水处理系统，由各成员国主管机关按G8进行型式认可；另一类是使用或产生活性物质的压载水处理系统。由于对环境存在潜在有害影响，该压载水处理系统在主管机关进行型式认可之前先由IMO初步批准，在颁发型式认可证书之前还要获得IMO的最终批准。
4.3 国际压载水管理证书。适用于《压载水管理公约》400总吨及以上的船舶(不包括浮动平台，浮式储存装置与浮式生产、储存和卸货装置)应持有有效的《国际压载水管理证书》。证书应按《压载水管理公约》附录I的格式，用发证国官方文字写成。如果所用的文字既非英文、法文，又非西班牙文，则该文本中还应有上述3种文字中其中一种的译文，经过主管机关的初次检验或换证检验颁发证书。证书期限不超过5年，在有效期内应完成有关检验，如期间检验、年度检验以及附加检验等。证书内容包括：船舶信息、压载水管理方法信息、压载水管理方法满足的标准(D-1和D-2)、有效期和签署地及发证官员签名等。
4.4 压载水管理计划。船舶压载水管理计划系指《压载水管理公约》所述且存放于船上的用于描述特定船舶压载水管理过程和实施程序的文件。按规定，每艘船舶应备有根据《压载水管理公约》G4编制、经主管机关批准的压载水管理计划。
4.5 压载水记录簿。每艘船舶都应备有压载水记录簿(可以是电子记录系统或者其他记录簿或系统的一部分)，该记录簿中应至少包含《压载水管理公约》附录Ⅱ所要求的信息。压载水记录簿应在完成最后一项记录后在船上至少保留2年，并且此后由船公司至少保管3年。
5 对策及注意事项
5.1 为符合D-2 标准，船舶须安装由主管机关依据IMO 制定的《压载水管理系统批准导则》（G8 导则）（MEPC 174（58））认可的压载水管理系统。
5.2 在压载水公约生效前，公约中规定的D-2 标准实施日期（上述表2）不具强制性。但应注意到，一旦公约生效，凡实施时间表中规定的适用船舶必须追溯安装压载水管理系统。例如，在2009 年建造的压载舱容量小于5000 m3 的船舶，虽然A.1005(25)决议允许主管机关根据情况推迟安装压载水管理系统，但仍要求不迟于2011 年12 月31 日前安装，这就有可能造成这些船舶需专门安排一次进坞以安装压载水管理系统。
5.3 无论是新造船或现有船，如建造时船上主发电设备的容量未考虑压载水处理设备的电力负荷，安装压载水处理设备后，有可能导致主发电设备的容量不能满足SOLAS 公约的要求。因此船东和船公司对此应尽早安排、准备。
5.4《压载水管理公约》B6条规定，高级和普通船员应熟知其在供职船舶实施具体压载水管理方面的职责，并应熟知与其职责相应的船舶压载水管理计划。为使《压载水管理公约》有效实施，船公司应组织船员学习公约及相关导则，明确履约要求。以往的防污染公约规定，船舶在PSC检查中，仅限于核实船上持有的有效证书和检查记录簿，当有明显的理由时才作进一步检查。但新的防污染公约和压载水等有关公约，把取样核实作为与证书检查平行的方法。
6 有些国家和地区的特殊要求
虽然目前公约还未达到生效条件，但一些国家为保护本国水域环境，已经采取单边行动通过本国立法控制船舶压载水的排放，就船舶压载水置换问题开始进行控制，并要求进港船舶必须持有经批准的“压载水管理计划”。例如美国、澳大利亚、加拿大等一些发达国家在IMO通过决议之前，已经制定了有关的法律。
6.1 2007年7月，在MEPC 56上以MEPC.163（56）决议的形式通过了“南极海域压载水更换指南”，该决议作为公约生效前在南极水域实施压载水更换作业船舶的通用指南。要求在压载水处理技术成熟前，南极航行的船舶实施更换压载水作为临时措施，同时要求更换压载水时应尽可能排空压载舱。更换压载水的水域应距最近陆地至少200n mile、水深至少200m。如不可行，应在距岸至少50n mile、水深至少200m处更换压载水。指南还要求船舶根据压载水公约第13.3条持有南极区域压载水管理计划；应记录压载水作业情况，重点考虑在寒冷环境的南极区域压载水更换问题。此外，在南极水域不允许排放清洗压载舱的沉积物。如果船舶要在南极营运较长时间，要求在进入南极之前排放压载水沉积物并清洗压载舱。
6.2 从1999年5月开始，澳大利亚检疫和检查局（AQIS）对跨赤道航行到澳大利亚港口的船舶压载水记录和报告实行强制规定；从2001年7月1日AQIS对船舶实施强制压载水管理，禁止来自澳大利亚12n mile领海以外的船舶向澳大利亚领海排放“高风险”压载水。只有在海上使用批准的方法更换了压载水的船舶在澳大利亚水域排放压载水是允许的。但同时要求船舶必须持有压载水记录簿并保存所有的压载水记录，并在港口国检查官要求时出示该记录簿。
6.3 阿根廷于1998年出台的规定要求，通过PLATE河进入阿根廷的所有装有压载水的外国船舶，进入指定的区域前排放或更换的压载水强制使用1.5 —2.5 PPM氯化物进行处理，而且该处理必须向阿根廷主管机关报告。在到达和进入PLATE河之前的72小时应完成压载水报告并提交。到达时，船舶压载水排放阀应处于关闭和铅封状态，在卫生检查和主管机关打开铅封之前，船舶确保没有在港口需要排放的压载水。在PLATE河航行的船舶不能排放压载水，只有航行到河的界限以外方可排放。船舶航行到PLATE河的入口，应通过无线电就以下信息和有关部门联系：船位（经纬度）、最近压载作业的日期和时间、压载水排放或更换的数量（m3或t）、排放的压载水来源、作业的压载舱和压载容量（包括应急压载舱）、留存在船上的压载水数量、所在的压载舱、完成最后压载作业的船位（经纬度）、日期和时间、压载水更换方法（下列之一）：逐一更换法、直流法、溢流法（即稀释法）。
6.4 百慕大群岛(Bermuda (Territorial Sea) Order in Council 1988)规定，除了船舶、环保和人命安全的原因，任何船舶在百慕大12n mile领水内不能排放压载水。
6.5 2005年10月15日开始，巴西NORMAN20规定生效，该规定要求所有船舶在进入巴西港口或海上装卸站之前实施压载水更换。压载水更换应使用认可的方法，在距岸200 n mile以外、水深200m以上的区域；在不可行的情况下，距岸50n mile、水深200m以上的区域更换压载水是可以接受的。来自国际航线船舶在进入亚马逊河或Para河之前要求在指定区域第二次更换压载水。从2006年6月30日开始，船上必须持有船旗国主管机关批准的压载水管理计划；对于未配备经批准的压载水管理计划的非缔约国船舶必须持有船级社的“符合证明”。船舶应按NORMAN20附件B的规定，在抵达港口24小时之前，向港口提交压载水报告表。该表的复印件应保留在船上以备港口国主管机关检查。除非由于安全、航行限制或规定特别指定的免除，不实施压载水管理的船舶将面临处罚。
6.6 1989年加拿大对进入大湖区的船舶实施自愿的压载水更换要求。2000年加拿大航运联盟提出了压载水管理的规则。为了尽可能与国际公约和美国USCG的要求一致，从2006年6月8日加拿大政府在管辖水域内实施了新的规定。新规定要求在加拿大以外加装了压载水的船舶必须：在距岸200n mile以外、水深2000m以上更换压载水，或对于航线上不满足距岸200n mile以外、水深2000m，至少在50n mile以外、水深至少500m处更换压载水。压载水更换体积量要求应达到95%，如果在距岸不足50n mile处更换压载水，至少盐度应满足30‰。如果船舶由于稳性和安全问题不能更换压载水，必须在进入加拿大水域96小时之前向主管机关报告，在指定替代的区域更换压载水或要求船舶不排放压载水。加拿大还要求所有船舶按“加拿大管辖水域船舶压载水排放控制指南（TP13617）”填写压载水报告表并提交给加拿大主管机关，报告应留存船上2年。所有船舶应配备压载水管理计划（BWMP）。
6.7 智利从1995年8月10日开始实施强制性压载水深海更换要求，并要求将更换的细节记录在航海日志和轮机日志中，内容有：更换海域的地理位置、置换的数量和所占总压载水量的百分数。压载水更换可接受的替换方法是在舱内按每吨压载水加入100g次氯酸钠粉末或14g次氯酸钙粉末，并充分混合，处理后的压载水保存24小时后方可排放。
6.8 从2007年9月1日起，克罗地亚要求船舶持有经船旗国主管机关批准的压载水管理计划；对船舶压载水应实施深海更换或压载水处理；船舶应在抵港的48小时之前完成并提交压载水报告表。克罗地亚港口当局有权取样检查拟排放的压载水是否含有在特定物种清单中列入的物种。
6.9 埃及Alexandria(亚历山大港)的港口当局要求，要排放压载水的船舶船长提交一封信函。该信函详细说明将要排放的压载水压载舱数量、每个舱的压载水量、拟排放的压载水数量，同时提交一份声明说明压载水已经在地中海进行了更换。船舶在排放压载水之前应获得港口当局的批准并对压载舱取样。
6.10 从1996年7月19日开始，以色列要求船舶的船长向船舶检查官提交压载水更换报告。对于没有在开放海域更换的压载水必须在大陆架或淡水水系之外的开放水域更换。前往Eilat（以色列港口埃拉特）的船舶尽可能在红海之外更换压载水；前往地中海港口的船舶尽可能在大西洋更换压载水。
6.11 纳米比亚港口当局有权因为安全、环保、秩序和高效的港口作业做出有关压载水管理的决定。船舶应在到达港口前的48小时向港口当局提交压载水申报单。除了港口当局允许外，在港口内不允许加载或排放压载水。
6.12 船舶必须在到达新喀里多尼亚岛前的24小时提交填写完整的压载水报告表并提交给港口机构。船舶排放的压载水必须是经过最小2000m水深、使用逐一更换或直流法更换的压载水，其中逐一更换法须满足压载舱泵空并重新加载压载水的要求；直流法须满足压载水同时加载和排放、且泵排量至少满足3倍压载舱容的要求。
6.13 1993年新西兰颁布的生物安全法要求，船舶排放压载水前须获得许可。2004年4月1日实施的规定要求船舶在距岸200n mile以外的深海更换压载水；而且禁止通过压载舱和锚链舱清洗向新西兰领海水域排放沉积物，任何沉积物必须通过经批准的陆地填埋方法处理。新西兰于2005年6月对相关的规定进行了修改。需要排放压载水的船舶必须在航海日志上记录所装的压载水体积、压载水更换位置和日期。所有装载压载水的船舶在进入新西兰之前必须完成新西兰压载水申报表（第1部分），并与到达的预先通知单一起提交给新西兰的船代；如果船舶需要排放压载水还必须填写压载水申报表的第2部分，并将该部分与第1部分一起在抵达之前提交给新西兰农业和森林部检疫机构（MAFQS）。港口国检查官批准排放申请并签署“压载水排放许可证”，并将该证送交船上。在获得排放许可后船舶压载水方可排放。船舶停靠在新西兰港口期间，经签署的压载水申报表正本必须保留在船上，该表在驶离新西兰最后一个港口之前由MAFQS收回。如果压载水更换危及船舶安全，新西兰当局将豁免更换要求，但在高风险区，包括澳大利亚的塔斯马尼亚、维多利亚州的飞利浦湾加装的压载水不能获得这种豁免。
6.14 2009年7月7日，挪威通过了新的压载水管理规定，该规定于2010年1月1日生效。该规定实施了压载水公约的要求，但不包括安装压载水管理系统以满足处理标准的要求。主要内容是船舶应满足以下要求：根据压载水公约B1条，压载水管理计划的实施；持有压载水记录簿，并按压载水公约B2条的要求记载；在挪威内水和港口，船舶拟排放的压载水必须是在挪威水域之外进行过更换的压载水，且更换操作符合压载水公约B4条的要求；规定目前只有挪威语版本，在以英语版本发布之前还需修订。
6.15 西北欧地区赫尔辛基委员会（简称HELCOM）和保护东北大西洋海洋环境委员会（简称OSPAR）所属的国家通过了在东北大西洋和波罗的海“自愿适用压载水更换标准D-1的临时通用指南”。该指南从2008年4月1日起自愿应用。该指南也反映了欧共体的意愿，并且一旦压载水公约生效，要求船舶按D-2标准处理压载水，该指南的要求将逐步退出。该指南的措施包括：船舶应持有符合IMO的G4导则要求的压载水管理计划并对所有的压载水作业予以记载。船舶应按D-1标准更换所有压载舱的压载水。如果更换作业不是在距最近陆地200n mile以外，至少应在东北大西洋200m水深处。指南特别指明适用的船舶是从跨大西洋航线和穿越西非航线进入OSPAR海域的船舶，从地中海进入该区域的船舶不适用。东北大西洋或波罗的海范围的海岸线200n mile内，不允许在压载舱清洗过程中排放沉积物。为减少在OSPAR和HELCOM区域内港口之间作业船舶的压载水转移外来生物的风险应采取的补充措施、相关的规定正在起草中。
6.16 2009年11月1日起，在海洋环境保护地区组海域（RSA）实施压载水管理新规。从RSA 以外水域接受压载水、驶向ROMPE成员国水域的船舶，应在航行途中、距离最近陆地至少200 n mile且水深至少200m以上的海域进行压载水置换。ROPME：由巴林、伊朗、伊拉克、科威特、阿曼、卡塔尔、沙特阿拉伯以及阿拉伯联合酋长国等8个海湾地区国家组成的海洋环境保护地区组织。RSA：指由ROPME各会员国海岸线及以下5点地理座标所围成的封闭海域。
6.17 美国在1993年5月就开始要求所有进入圣劳伦斯及华盛顿桥以北的哈得逊河水域的船舶，必须在专属经济区以外且水深超过2000m的海域更换压载水。美国纽约州计划在2012年初，将推出一套异常严厉的压载水处理规则，该规则要比IMO 2004年通过的压载水公约严厉百倍，但现在全面实现这套方案的技术能力还有待进一步的完善。实施纽约州规则的第二阶段将从2013年1月1日起，届时，比IMO公约严格一千倍的标准将出台。表3为IMO执行标准与美国各州及USCG的比较。
7 总结
至今，只有27个国家批准了压载水管理公约（BMW），船队规模占世界船队的25.3%，虽未达到公约规定的生效条件，但在今后几年一定会生效。目前航运业的压载水处理系统越来越多，实施压载水处理系统的主要障碍已经扫除，但前提是需要批准公约，在IMO散装液体和气体分委会（BLG）将考虑根据BMW公约，压载水取样和分析方法及压载水管理系统筛选拟定草案的提议性指南文件，起草关于批准压载水管理其它方法的导则，最终确定的拟定草案将使IMO分委会能够完成制定PSC导则的工作。
压载水公约中要求船舶上的压载水处理技术必须提交IMO环保会下的海洋科学专家组（GESAMP-BWWG）评估后，再经环保会批准。目前世界上已推出的压载水处理系统：瑞典的Alfa Laval公司的PureBallast系统，中国海德威公司的OceanGuard系统和青岛双瑞公司的BalClor系统及中远-海盾系统，挪威的OceanSaver公司的OceanSaver系统，德国供应商Hamann的SEDNA系统，美国NEI公司的VOS系统，韩国的Techcross公司的ECS系统，这些处理系统采用不同的技术，有光催化技术、电催化技术、臭氧灭菌技术、电解海水技术、脱氧技术等。
船舶压载水处理方法综述 篇4
船舶压载水具有较强的流动性,是物种空间转移的主要途径。正是这种便利的随船运动方式使得外来生物在到达水域很快地繁衍生长,进而侵占本地物种的生长水域或直接破坏其生存环境,从而导致本地物种的消失和减弱,使港口的渔业遭受致命的打击,给当地造成巨大的经济损失[3]。
船舶压载水带来的生物入侵问题给人类造成巨大的经济损失,它已被世界环保基金会(GEF)认定为海洋面临的四大威胁之一[4]。
1999年,国际海事组织(IMO)、联合国发展计划署(UNDP)和全球环保基金会(GEF)合作实施《压载水管理项目》。目前,许多国际组织和科研机构正在研究治理压载水入侵生物传播的有效方法。
2004年2月13日,国际海事组织在伦敦通过了《国际船舶压载水和沉积物管理与控制公约》,以更好地管理和控制压载水的取排,具有国际法律约束力。《公约》旨在防止船舶压载水排放引起的外来物种入侵,病原体传播导致的环境、人类健康、财产及资源方面损害。
我国控制海洋生物入侵性传播研究已引起交通部、海事局等部门的极大关注,并于2002年成立了中国项目研究实施小组[5]。
1 压载水的定义
船舶空载时为了保持稳定性,在起航时要将一定量的海水抽进压载舱以增强抗风浪能力,到港装货时再将水排出,这部分海水称为船舶压载水。
油轮卸油后在回程途中,为保证规定的适航性,避免砰击现象或空船振荡,必须加装压载水。沿海油轮所需压载水量为总载油量的20%～25%,远洋油轮为35%～40%,恶劣天气为40%～50%,特殊情况下高达50%～60%。
2 压载水携带的有害水生物
压载水沉积物系指从船舶压载水中沉淀的物质,主要指压载含有的生物碎片、颗粒状有机物、生物胞囊、不溶性硅酸沿如粘土等悬浮物。压载水中的生物主要有:浮游生物、浮游动物、细菌和病原体等低等生物和一些鱼类。
2.1 藻类
我国沿海赤潮越来越严重,其重要原因之是外来生存能力较强的赤潮生物的危害。通过船舶压载水带来的外来赤潮生物主要有:洞刺角赤藻、新月园柱藻、方格直链藻等16种藻类。这些外来赤潮生物对生态适应性强、分布广,只要环境适宜,就可爆发赤潮,导致海洋生态系统的机构与功能几乎彻底崩溃。
2.2 斑马纹贻贝
原产于欧洲东部(黑海)的斑马纹贻贝随船舶压载水被引入欧洲西部和北部直至半个北美东部。它是一种表面有硬壳的生物,单体的斑马纹贻贝会聚集在一起成为大团,并沉积在所有可以依附的硬质表面。它取代了本地水生生物并改变了栖息地的生态系统和食物链,引起严重的底层构造和船舶沉积问题,阻塞了吸水管的入口、水闸和灌溉堤防。美国在1989～2000年间,为了从工业设备上清除斑马纹贻贝,造成了7.5～10亿美元的损失。
2.3 水母
1990年,美国的栉水母侵入黑海,吞噬了那里大量的浮游生物,使黑海的鱼苗几乎枯竭,不久这种水母又侵入了地中海。
3 在航船舶压载水的处理方法[6,7,8,9,10]
3.1 压载水深海置换
根据《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》,进行压载水置换的船舶应在距离最近陆地至少200 n mile(nautical mile海里)和水深至少200 m以上的地点进行。如果船舶不能根据以上要求置换时则应尽可能远离最近陆地,并在任何情况下距离最近陆地至少50 n mile和水深至少200 m,港口国可指定区域让船舶进行压载水置换。
研究表明,沿海附近的有机物释放到深海,或者深海的有机物释放到沿海水域一般不会继续生存。
压载水深海置换又可分为排空法、溢流法、稀释法。
3.1.1 排空法
排空法又称为逐一更换法。指将船舶压载水用泵排放干净,清洗船舶舱底的沉积物,然后注入洁净深海海水。
这种方法的优点是:能够比较彻底地对压载水进行有效置换,三种置换方法中置换最为彻底的一种,并且完成压载水置换的时间也比较短。
该法的缺点是:由于排放压载水能够改变船舶的吃水差以及船舶的稳性,对船舶的固有剪力和弯矩也会产生影响,因此每个压载舱不能太大,这就会增加压载水舱的数量。排空的过程中,要进行仔细的计划和监控,维持船舶的稳定性和吃水差。在恶劣的天气条件下,为了保证船舶的安全航行,不适宜采用排空法。
3.1.2 溢流法
溢流法又称为注入顶出法。从压载舱底部泵入清洁深海海水,使原来压载水通过溢流孔从顶部排出的方法。
该法的优点是:不改变船舶的稳定性和吃水差,对船舶局部强度影响不大,不会产生货物移动位置的不良后果;使用该方法时,不需要进行周密的计算,船员的操作较简单;在恶劣天气条件下也可进行操作;对船舶的压载水管系不用作大的修改。
该法的缺点是:置换过程中泵和管系的压力增大,容易造成对管系的破坏;置换过程中压载舱压力增大同样也存在着危险;采用这种方法的船舶顶部要设计溢流的端口。目前,溢流法是在船舶上应用的最普及的一种压载水置换方法。
3.1.3 稀释法
稀释法是通过管路的设计,将清洁的海水从压载舱顶部注入同时从底部排出的方法。稀释法因涉及船舶设备、管路的改进或添置,因此仅仅在新船上使用。
3.2 机械法
3.2.1 过滤法
过滤法可直接滤去外来生物。通过选择合适网目的滤网,可以去除不同的生物种群。一般来说,50 um滤网可滤掉浮游生物,20 um的滤网能滤去大部分浮游藻类。但是压载水中含有大量的絮状物,容易堵塞滤网,因此对滤网要进行反复冲洗,比较耗能和浪费时间。因此过滤法通常用于压载水的预处理。
3.2.2 超声波法
理论上,超声波可以在局部产生数百度的高温和数百大气压的高压,从而将海生物杀死并粉碎。超声波功率在水体中的空化效应所产生的高压、冲击波、声流和剪切力能够有效地破坏藻类的细胞结构,抑制叶绿素的合成。有实验表明,当超声波的功率在500 W、作用时间为5 min时,能杀死水中100%的扁藻和金藻。
3.3 物理法
3.3.1 加热法
将海水加热到38～45℃,并保持一段时间,可杀灭大部分的水生物。利用船舶柴油机冷却水的余热加热压载水,达到杀灭有害水生物的目的,还可以合理利用能量,不会造成二次污染。不过该方法受到航线长短、压载水数量、环境温度等的影响。并且当海水温度达到50～55℃时,会引起大量盐分析出,形成积垢,腐蚀金属舱壁。
3.3.2 紫外线照射法
紫外线会导致微生物组成的部分如核酸(DNA和RNA)发生光化学反应。这种方法对于小的生物体比较有效,但是对于大的生物体比如浮游动物没什么效果。因此,这种方法的使用一般都是在过滤去除较大的微生物之后。
用紫外线照射压载水,可以杀灭水中细菌和其他微生物,处理过程不会产生二次污染,装置操作管理简便,运行成本低。该方法不能杀死所有有害生物,当海水浑浊度较大时,其效果会受影响。该方法与过滤法联合使用效果较好。
3.3.3 N2填充法
实验研究表明,由N2形成的惰性气体保护层能够对压载水中的生物的生长起到明显的抑制和部分致死的效果。N2能够抑制部分藻类的生长,降低藻类的繁衍速度并且可导致藻类形态的畸形变化。这种抑制效应对于小球藻和盐藻的表现要优于扁藻。N2填充的保持时间长有利于抑制作用的表现。
3.4 化学法
3.4.1 臭氧法
臭氧O3是一种强氧化剂,在环境中产生氧原子(O),能迅速杀死压载水中的微生物和病原体,而且不存在二次污染问题。臭氧处于一种高度不稳定状态,只能通过臭氧发生设备现场制备,费用较高,需要较高的管理维护水平,不适合用于船上压载水的处理。
3.4.2 氯化法
该法利用漂白粉、氯气及其衍生物杀灭水中的微生物。实验表明,氯浓度达到5 mg/l时能杀灭海水中99.85%的异养细菌、100%的弧菌和85.2%的粪大肠菌群;氯浓度达到20 mg/l时能杀灭海水中几乎所有的细菌。该方法在陆地被广泛使用,缺点是会加快舱壁的腐蚀,并放出氯臭味。
3.4.3 强电离放电法
大连海事大学白希尧教授利用强电离放电法进行压载水的处理研究。其基本原理是:采用强电场电离氧、水分子,使H2O、O2发生电离、分解电离和电荷交换反应,在分子层次上加工成羟基溶液,再把它加入压载水主输送管道内,在较低的浓度下就能有效杀灭压载水中的原生动物、藻类、胞囊、细菌等微生物。剩余的羟基药物和微生物尸体会分解为无害物质水、二氧化碳、氧以及微量无机盐,大幅度地净化了压载水水质,而且加工羟基药剂设备小,操作方便,运行成本低于航行更换压载水的费用。
4 已获得IMO认可的压载水处理设备[11,12,13]
近几年对压载水的处理技术的研究已经取得了巨大的进展,一些压载水处理的技术设备已经取得了IMO组织的最终批准,具有实船应用的价值。
截止到2010年,全世界共有8个压载水处理系统通过了IMO的最终审批,它们分别是:日本日立公司的“Clear Ballast”系统;韩国Techcross公司的“Electro-Clean”系统;挪威OceanSaver公司的“OceanSaver”系统;德国Hamann Evonik Degussa公司的“SEDNA”系统;瑞典Alfa Laval公司的“Pure Ballast”系统;芬兰Green Ship公司的“Sedinox”系统;韩国NK-O3公司的“Blue Ballast”系统;德国RWO海水处理技术公司的“Clean Ballast”系统。
这些压载水设备处理的基本原则都是进行分步处理:先把大的水生生物分离出来,再通过物理或化学的方法把微小的水生物去除。
4.1 Pure Ballast系统
瑞典Alfa Laval公司生产的压载水处理(Pure Ballast)系统研发起步较早,且已通过最终认可,在市场上使用相对较多。Pure Ballast系统采用了固液分离及紫外线消毒两种技术,不使用任何化学药剂。
它的主要工作原理是:进舱时,首先,压载水流经50 μm的滤器,滤器能去除海水中较大的杂质及生物,有效减少压载水舱沉积物的数量。然后,压载水流过AOT单元(Advanced Oxidation Technology深度氧化技术)。AOT利用紫外线结合二氧化钛(TiO2)光催化过程,在紫外线直接杀死生物的同时,产生大量羟自由基(-OH),破坏生物的细胞膜,达到消毒的目的。同时,这些自由基的寿命只有几毫秒,不会产生任何化学污染。AOT单元能有效杀灭那些未被滤器过滤的微生物。出舱时,按照进舱时同样的步骤再处理一次,保证进舱处理时存活下来的生物也被杀死。
经过测试,实验数据表明该系统处理的压载水完全能够满足IMO的压载水排放要求。
4.2 clean ballast系统
德国RWO海水处理技术公司生产的Clean Ballast系统,于2009年7月17日获得IMO的最后型批。它是一款无化学物质的压载水处理系统。该系统通常供船舶与港内停泊期间的使用。
它采用二级清洁的方法:开始用分离盘把一些大的生物清除;接着对细小的生物进行在线消毒。它不需要添加任何化学物质,因此不会对环境造成二次污染。
5 结论
船舶压载水的排放是目前海洋有害水生物入侵的主要途径。压载水携带的有害生物主要有藻类、水母、斑马贝等。
在航压载水处理方法主要有深海置换法、机械法、物理法、化学法。深海置换方法主要有排空法、溢流法和稀释法;其中排空法置换压载水最彻底,操作比较复杂;溢流法和稀释法的置换效果有限;目前使用的最为广泛是溢流法。机械法有过滤法、超声波法;物理法有加热法、紫外线照射法、N2填充法;化学法有臭氧法、氯化法、强电离放电法。
摘要：船舶压载水是船舶造成水污染的主要途径。船舶压载水含有的有害水生物主要有水藻、水母、斑马纹贻贝等。目前在航压载水常用的处理方法有的深海置换法、机械法、物理法、化学法。其中深海置换法包括排空法、溢流法和稀释法三种。
压载水处理 篇5
压载水管理履约及我国应对措施研究
由船舶排放压载水引发的外来生物入侵问题,已经给各大航运国造成严重的损害,正成为一个世界性难题.文章结合我国现有立法及压载水管理现状,对我国加入<国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约>的履约措施进行深入分析,并提出有关履约建议.
作 者：郑启波 Zheng Qibo 作者单位：天津海事局,东疆海事机构,300456刊 名：天津航海英文刊名：TIANJIN OF NAVIGATION年，卷(期)：2009“”(2)分类号：U6关键词：压载水 生物 危害 履约 应对措施 研究
压载水处理 篇6
关键词：UtermAKo¨hl；浮游生物；浓缩；抽真空；设备
中图分类号：U664.9；X736.3文献标志码：A文章编号：16717953(2009)03000703
1压载水藻类溶液浓缩问题
随着国际贸易的提高，从事于国际运输的船舶数量激增，其携带的船舶压载水给当地生物带来了破坏性的影响。所以对于船舶压载水的处理和检验成为了具有海域国家在进行物种入侵研究和保护时的重点。《国际船舶压载水及沉淀物控制与管理公约》中对压载水排放性能标准所规定的≥50μm的微生物要少于10个/m3 ，浓度非常低，远低于检测极限，所以需要对样品进行浓缩。 对于大部分的船舶，特别是集装箱船，由于港口装卸设备和船舶集装箱的标准化，使得其装卸货时间十分的短暂，这时又要满足船舶关于压载水的检测，快速性也就成了船舶检验压载水的瓶颈。压载水的快速浓缩是利用外力在不破坏生物活性的同时达到快速检测的效果，其研究一直是一个人们关注又相对比较难以解决的问题。
2实验的设想及创新
本实验设备是基于国际上较流行采用自然沉降的方法进行样本浓缩的UtermAKo方法和T. Lovegrove发表的《用倒置显微镜观测的沉降设备的一种改进方法》以及受到南澳的佛林德斯大学的Rosemary Paxinos 和 James G.Mitchell通过在标准的UtermAKo方法上，运用活塞式压缩藻类溶液使沉降的时间缩短的启发，但是国际上通用的UtermAKo方法其准确性虽已得到了认可，但是其试验的时间超过24个小时；南澳佛林德斯大学的Rosemary Paxinos 和 James G.Mitchell的压缩改进式UtermAKo¨hl方法其在时间上缩短为2个小时，但由于多次的转移样品，造成了检测中需要仪器准确性和操作人员素质要求高的需求，同时由于活塞环为了防止溶液的通过，使得产生了较大的压缩压力，对于某些藻类将可能致死或变形。
本实验利用负压法快速抽取上清液的方法来达到快速浓缩的目的，同时由于本实验结合了可拆卸的底部装置(如图一中a和b通过凡士林涂沫连接，若用正压压缩，将破坏连接)，必须使用负压真空法浓缩。从而达到大幅度的缩短样品的浓缩时间又不破坏样品，并且能使实验结果准确的目的。其中运用T. Lovegrove发表的《用倒置显微镜观测的沉降设备的一种改进方法》的主体部分，图一为未修改过的主体部分，a为一个有机玻璃管嵌入在一块有机玻璃板的中心位置，并且保证它们结合处的密封及使其底部平齐；b为一块中心开孔，孔径的尺寸为有机玻璃管内径的尺寸，并且在底部用载玻片连接，形成一个小沉降聚集室。并且具有个凸台，底部还用氯仿连接两块支撑台；c为操作底部。整套机体的操作过程是在a底面涂上凡士林，在用力使a和b结合在一起，形成良好的密封；并把它们放入c中；再将需要沉降液体倒入管中，通过长时间的静置沉降，最后使得需沉降物聚集在b中所形成的小室的载玻片上；通过移除a部分，在把b取出，放入倒置显微镜下观测，通过计数，得到最后的数据和结果。本试验通过改进，使得b中薄板的厚度变为0.1cm，这样通过固定剂固定的藻类溶液，可以沉淀在b的底部。同时把b底部连接的载玻片改为合适的计数框；然后通过正置的显微镜就可以观测到并且计数。图二和图三是在实际设计过程中，主体的正视图以及左视图。
其中抽真空的部分采用的是类似活塞的形式，其材质为不锈钢。活塞头部拥有两道活塞环，第一道用于保证活塞的密封效果，由于是抽真空，所以第一道环可以根据需要，用内部缠绕玻璃带的方式调节松紧的效果。第二道环主要是为了保证良好的对中效果而设计的。在抽真空活塞的上部，拥有一个可以调节的卡环，其目的是为了在控制活塞头部下行的距离，使得b中浓缩的液体不会被抽走。活塞头部设计有可拆卸的卡片，其上有6-8个孔，它的主要作用是把带有纱布的过滤薄膜固定，并且能让上清液从小孔中通过，起到过滤得效果。其整体的效果图，用正视图表示，如图三。
3实验
3.1操作过程
本试验选择的藻为异湾藻，主要是由于它活性在同类藻中是较强的；培养液为f/2；选用孔径10μm过滤膜。操作的过程为：先在a的底部涂抹凡士林，然后和b中的孔进行对中，在轻轻用力，使a和b得到良好的密封效果；其次把结合的a和b部分放入底座c中，再在有机玻璃管中倒入需要浓缩的藻类液体，把已调整好的抽真空活塞部分放入有机玻璃管中，(已调整好的意思是卡环7调整道具活塞头顶部的位置与有机玻璃管一样的长度，然后锁紧；同时活塞环的松紧度已经通过抽水试验调整合适；并且，带有纱布支撑的过滤薄膜已经由活塞头卡片8固定)；再次，在抽真空橡胶管结合口处用橡胶管连接到三通阀上，再将三通阀连接到抽真空机上。最后，通过三通阀调整真空度，以进行抽真空浓缩的时间调节，达到缓慢匀速，并且尽可能不破坏细胞的活性。当活塞下行至卡环卡在有机玻璃管边缘时，即关闭真空机，缓慢的移出a部分，并且取出b部分进行观测计数。
3.2试验结果
先对培养藻类的液体进行计数，使用血细胞计数框(选用容量为1ml的)，先取样品进行计数，其计数通过对血细胞计数框四个中格进行读数，同时通过进行三次对同一样品进行读数，取其和值。然后再取出2ml样品在培养液中稀释成为20ml，在进行抽真空试验，本次试验活塞头缓慢移动浓缩的时间为30分钟，主要是为了让溶液中的藻细胞能尽量少得依附在膜及活塞头卡片上，同时保证细胞的活性。然后取其浓缩后的样本进行读数，同时也对同种样本进行三次读数，取其和值。通过对比两个值得到，相似度的数据。设原样品的计数和值为a，单位为个；浓缩后的样品计数和值为b单位为个；相似度为c。
公式：(浓缩后的样品计数和值÷2)÷原样品的计数和值=相似度FL)
4结论
本检测设备通过在同种条件(藻类的种类，培养的天数，温度等)下，对比UtermAKo方法和本实验的数据结果，试验时间总体缩短为1-1.5个小时，相似程度达到80-85%，基本达到了本试验预定的效果。同时这种装置设计简单，可操作性强，由于b部分底部采用了特别制作的计数框，就可以不通过移动液体，从而减少了试验中的误差，并且在真空度调节上也能针对不同的藻类样品进行相应的调节，以达到不破坏藻细胞和试验准确的最优化效果。
应指出本实验存在下列问题：实验精度存在误差，包括人为操作误差；取样误差；实验设备的不规范引起的误差，计数误差，实验本身所具有的误差(如细胞会产生挂壁等)。所以对于需要高精度检测时，必须改进设备的材料及设备的精度，以及通过大量实验总结，引入一些修正系数，来进一步减小误差。
参考文献
［1］ ZK(#T LOVEGROVE. An Improved Form of Sedimentation Apparatus for Use with an Inverted. Microscope Applied Environment［J］.Microbiol.1994，60(7).
［2］ ROSEMARY PAXINOS ，JAMES G.MITCHELL. A rapid UtermAKo¨hl method for estimating algal numbers［J］.Journal of Plankton Research 2000，22(12)：2255-2262.
压载水处理 篇7
关键词：压载水,低压紫外,紫外强度仿真
1 引言
在所有的货物运输中,船舶运输起到了至关重要的作用。据统计,全球大概有70%的货物是通过水路运输[1]。在船舶航行过程中,为了保证船舶在行驶途中的安全,船舶在空船航行的起航港通过压载系统向压载舱中压入海水。当船舶要到预定港口运输货物时,需在港口附近将压载水排放后再进行装货,因为船舶的压载水来自船舶航行经过的各个港口及途经的各个水域,压载水中所含的生物多样性、生物密度、细菌密度、细菌种类会因压载地点不同有差异。据统计,全球每年的压载水大约有120亿t左右,而每天船舶压载水所携带的水生物就有7000多种[2]。由于有来自全球各地的船舶的停泊,港口附近海水的差异性会比其他区域更小,因而外来的入侵物种更容易在该区域生存。这些入侵物种的存在将对当地港口的生态环境产生严重的破坏。在美国大湖区欧洲斑马贝的大批滋生曾给美国当地带来了严重的经济危害。在澳大利亚,由于生长在亚洲北部的藻类的入侵并疯狂生长,使其迅速取代本地海床生物群落,带来诸多生态问题。我国沿海区域的赤潮越来越严重,其重要原因之一也是由于外来生存能力较强的赤潮生物的入侵。
因此,国际海事组织在2004年2月13日通过了《国际船舶压载水和沉积物管理与控制公约》(简称《公约》),根据船舶建造年份和压载水量的不同制定了不同的船舶压载水管理标准,并将压载水的处理达标排放作为最终要求[3]。
为了达到《公约》要求,世界各国的科研人员提出了很多压载水处理技术,如电解法、深海置换法、过滤法、化学试剂法、紫外法、脱氧法、强氧化法等。根据对2011国际海事展会参展厂商的调研结果,目前市场上商用的处理系统均采用两级处理综合的方法,首先是前置过滤,将压载水中大尺寸的物质进行过滤,然后对压载水中小尺寸微生物进行杀灭。本文采用了前置过滤+紫外处理技术、设计处理量为20m3/h的压载水处理装置。
2 紫外处理单元设计及紫外光强仿真校验
2.1 工作原理
根据2005年7月MEPC(126)53决议通过《关于压载水管理系统认可的导则》(G8)及《对于压载水管理和制定压载水管理计划的导则》的压载水排放要求,压载水排放标准(D-2)应满足如下要求:
(1)每立方米水中最小尺寸不小于50μm可再生有机体不超过10个;
(2)每毫升水中介于10~50μm的可再生有机体不超过10个;
(3)根据人类健康标准,低于以下的微生物密度:(a)微生物样品中有毒物质霍乱弧菌(一种S形霍乱菌)(血清O1和O139)低于1CFU(Colony Forming Unit)/100m L或者1CFU/g;(b)大肠杆菌低于250CFU/100m L;(c)肠球菌低于100CFU/100m L。
紫外线(UV)是波长介于可见光400nm与X射线100nm之间的电磁波。紫外线杀菌是通过紫外线的照射,破坏及改变微生物的DNA(脱氧核糖核酸)结构,使细菌当即死亡或不能繁殖后代,达到杀菌的目的。波长为254nm紫外线对生物和病原体最具有杀灭力。紫外线处理技术已经和氯化处理技术一样广泛应用于岸上的水源处理、过程水处理和污水处理,同时这一技术也逐渐广泛应用在压载水处理技术中。
船舶压载水处理装置紫外处理单元设计的一个核心问题就是确定辐照剂量及强度。辐照剂量的大小取决于紫外杀菌灯的输出功率、灯与微生物之间的距离,以及辐照时间、水的色度、温度、电压、含铁量等。表1为常见微生物的被灭活的紫外辐射剂量[4]。
/s
2.2 主要元件选用及参数
根据市场现有紫外灯情况,本处理系统采用低压紫外灯作为紫外光源,具体参数见表2,紫外灯形状见图1。
为保证紫外灯管正常工作,避免水流直接冲击灯管,降低玻璃对紫外光谱的吸收,装置采用石英套管将灯管与海水隔离。石英套管采用专用接口安装于反应器上,能够固定灯管并起到良好的密封作用。
根据系统需要,压载水处理管道流速在2m/s左右,管道最大允许压力为1.0MPa,流量为20m3/h,根据公式
压载水处理主管道直径应大于59.4mm,参考GB/T3091-2008标准,选用公称直径为DN65的管路及法兰作为主管道较为合适。由式(1)可知,管道理论流速为1.67m/s,满足设计要求。
紫外处理单元是整套处理系统的核心单元,处理单元内压载水须接受相对充分均匀的紫外辐射强度,避免在反应腔体内部存在辐射弱区,以保证微生物杀灭的均匀性。同时,处理单元还应有经济合理的辐射时间,辐射时间太长会导致反应腔体体积增大,灯管数量增加,间接提高反应腔体制造成本及设备运行成本。因压载水流入水水质条件较复杂,可将紫外处理单元处理腔内紫外辐射剂量及时间适当放大。
结合上述因素,根据紫外灯安装形式及尺寸,设计图2所示紫外灯截面布局方式。紫外处理单元结构简图见图3。
2.3 紫外光强仿真分析
根据紫外线反应器形状的设计特点,采用截面平均流速法计算紫外线对空间点的辐射剂量。
首先根据以下公式计算压载水在反应腔内的平均辐射时间t:
其中:I0为灯管表面的辐射强度;a为水的吸收系数。
假设紫外线能量在灯管与石英管间空气中的衰减暂时不计,灯管发出的紫外线能量达到水中微生物个体的过程中仍会被石英套管和套管外的水层吸收,故在计算水层中的紫外强度分布情况的时候要综合考虑上述两种衰减。若令石英玻璃管和水对紫外线的吸收率分别为αq和αw,石英套管的厚度为d1,水层厚度为dw,那么根据朗伯定律可知,流道内任意一点处的紫外强度I′可表示为:
在实际情况中,紫外线能量在灯管与石英管间空气中的衰减是客观存在的,其衰减系统一般为0.99。此外还考虑两种衰减:一是紫外灯管在使用过程中的光源衰减,其衰减系数一般为0.90;二是灯管外壁起垢引起的衰减,其衰减系数一般在0.7~0.78之间(本计算中取0.7)。根据石英套管厂家提供的石英套管对紫外线的吸收系数取e-ad=0.8;水对紫外线的吸收系数αw=23.26。所以有:
紫外线剂量=辐射强度×平均辐射时间,即:
对于初始紫外强度I0,根据光能在灯管外壁上均匀分布的假设,令腔体的有效长度为H,在反应器腔体内选择任意一点F(x,y,z),忽略空气对紫外能量吸收的条件下,与光源等距离的任意点上的紫外线的辐射强度相等,由此推出:
对某一灯管而言,距该灯管轴心为L的地方,其紫外线辐射强度为:
则该点受到的这根紫外灯管的紫外线辐射剂量Dose为:
对N根灯管而言,该点受到的总紫外线辐射剂量T_Dose为各个紫外灯对该点的紫外辐射量之和,即:
根据上述计算方法,采用MATLAB软件对反应腔的紫外光强及剂量进行仿真计算,得到的仿真结果如图4、图5所示。
由图4仿真结果可知,紫外辐射剂量及强度在紫外处理单元的四周分布相对较低。在处理单元的中心由于各紫外灯的辐射叠加,紫外辐射强度较高。同时因石英套管管壁离紫外辐射灯管较近,紫外衰减少,故紫外辐射强度也较高。由图5可知,压载水在刚进入处理单元时,接受辐射剂量相对较低,在向出口流动的过程,接受的辐射剂量不断增加,当压载水流入到处理单元的上部时,接受的辐射剂量达到一个较高的数值。
紫外仿真参数及具体数值见表3。
3 紫外处理单元实验验证
根据压载水管理系统要求,设计了压载水处理系统对装置进行试验(图6)。
在试验过程中,在压载水中加入新月菱形藻、硅藻、大扁藻、小球藻、大肠杆菌、霍乱弧菌对装置进行检测,将原水池中的大于10μm但小于50μm的生物浓度控制在103~104个/m L区间,然后用水泵将压载水分别压入对比桶及处理桶中。在对处理桶中进行压载的过程中,过滤器用来将压载水中尺寸大于50μm的微生物滤除,只允许小于50μm的微生物通过。阀门对进入处理装置的水流量进行控制,使水流量保持在20m3/h。试验结束后,分别采样对比桶及处理桶中的水样进行分析,未在处理桶中检出菌类,而尺寸在10~50μm藻类的存在个数均小于10个/m L,达到了国际海事组织关于压载水排放公约的要求。
4 结论
根据市场上现有低压紫外灯的情况,设计处理量为20m3/h的压载水处理装置,然后利用MATLAB软件进行紫外剂量仿真计算,通过试验验证处理装置的处理能力及效果后,证明紫外处理技术能够对船舶压载水进行处理,根据上述设计的低压紫外处理单元的结构布局可以满足国际海事组织对压载水的处理要求。
参考文献
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[6]张曼霞.MPCF&UV法处理船舶压载水技术可行性研究[D].大连:大连海事大学,2009.
压载水处理 篇8
关键词：成品油轮,压载水处理系统,过滤法,氯化法
0引言
随着全球船舶行业的发展及人类保护海洋环境意识的提高,船舶压载水的污染问题日趋突出,国际海事组织于2004年2月颁布了《国际船舶压载水和沉淀物控制与管理公约》,规定载有压载水的每艘船舶应备有控制与减少有害水生物和病原体传播的压载水管理计划,因此,压载水处理系统的重要性不言而喻,在船舶行业的应用势在必行。
1压载水处理装置分类及特点
压载水处理装置可杀灭水中的各种生物和病原体,有多种处理方法,各方法的目的是一致的,各有优缺点,实际中需要选择配合使用:
(1)过滤处理法:吸入的海水经过高密度滤器进行过滤,把海水中的大部分大颗粒生物过滤掉。如果过滤器的滤网比较密的话,微生物也可过滤,同时滤网也容易堵塞,需要经常清洗滤器。现在过滤处理法主要配合其他处理方法使用,过滤法用于去除海洋生物的前期工作。
(2)空泡和流体压力:在压载管上安装板状过滤装置,板与板之间有微小间隙,海水流过间隙时海洋生物会被切断或者受到压力而粉碎。该方法与过滤法相似,同时又有不会引起堵塞的优点。
(3)机械处理法:将凝结剂或磁粉投入压载水中,使微生物凝结成直径约1 mm大小的颗粒,再用磁铁或过滤器过滤处理。
(4)紫外线处理法:用紫外线直接照射压载水,破坏海生物或细菌的DNA导致其死亡,达到处理要求。
(5)氯化法:氯化物与紫外线处理相似,利用氯化物对压载水进行杀菌处理,缺点是残留物会对压载水有二次污染的问题,在排放时需投入中和剂,将水中的氯含量降低到安全的范围内。
(6)臭氧处理法:利用臭氧的强氧化特性杀灭压载水中的微生物和病原体,但是臭氧对人体有危害,同时对包括压载水舱在内的整个压载水系统都有腐蚀危害的可能性,所以必须有相应的防护措施。
(7)加热法:原则上所有生物在足够的高温下都会死亡,所以加热法是十分有效的杀灭水中的各种生物和病原体的方法。缺点是压载水的量比较大,要在短时间内把压载水加热到高温并保温直到杀死各种海生物,能耗会很大,而且基本是不可行的。
2过滤法和氯化法综合应用实例
本文主要以11万t成品油轮“铜林湾”为例,浅析过滤法和氯化法综合应用的基本布置及技术要求。
2.1过滤及氯化法压载水处理系统原理和基本组成
机舱区压载基本原理如图1所示,货舱区压载基本原理如图2所示。
1—电解槽2—除氢单元3—整流控制柜4—计量泵5—中和罐
2.2物理处理压载水的基本步骤
第1步:压载水的过滤。在船舶进行压载时,海水先经过高效的滤器进行过滤。此种滤器的滤网精度可达50μm,可以滤掉直径大于50μm的海生物、泥沙等其他体积较大的物体,完成压载水处理的前期工作。由于滤网存在经常堵塞的问题,为避免人工清洗,推荐使用具有自动反冲洗功能的反冲洗滤器。
第2步:杀菌灭活。从过滤后的压载水中取少量海水流入电解槽,以电解产生高浓度杀菌溶液(主要成分为次氯酸钠溶液),随后,该水流重新注入压载水主管路中,同主管路内压载水均匀混合,达到灭活目的。次氯酸钠溶液作为一种非常有效的杀菌剂可以在压载水中保持一定时间,并迅速有效地杀灭压载水中的浮游生物、孢子、幼虫及病原体。
第3步:中和。经处理后的压载水在压载舱内保存一段时间排放时,仍会含有少量的TRO残留,通过中和装置向压载水排放管路加入中和剂,使排出压载水中TRO浓度在0.1 mg/L以下,以符合排放标准。
2.3压载水排放指标
压载水排放时生物指标达到D2标准:排放压载水中TRO浓度小于0.1 mg/L。
2.4技术要求
2.4.1设备使用条件
压载水管理系统在以下条件下能够正常运行:湿度范围为0～90%(机舱内);空气为含盐空气;环境温度为0～55℃;海水温度为0～35℃;倾斜、摇摆静态所有方向≤15°,动态所有方向≤22.5°。
2.4.2压载过程
在压载过程中,压载水处理系统一直处于待机状态,直到安在压载水主管路上的流量计检测到压载水的流量从而启动系统。压载水首先通过安装在主管路上的过滤器,经过滤的压载水中少量水流进入电解槽电解,电解后的氧化剂再注入到压载水主管路中进行混合。副产物氢气直接通过通风管道被鼓风机稀释排放到船外空气中,不会进入到压载水管道或者压载舱中。为了保证安全,安装了2个冗余的鼓风机,确保空气中氢气的含量少于1%。
2.4.3排载过程
当排载启动时,中和单元的计量泵将中和药剂注入压载泵前的管路中,随着中和剂的注入以及压载泵的搅拌作用,中和剂很容易与氧化剂充分反应。设置在压载水排出口附近的TRO分析仪对排出的压载水中TRO浓度进行检测,一旦排出水中的TRO浓度高于规定值,控制面板将显示排出口TRO高的报警信号,压载泵停止。压载水主管路靠近排舷出口的位置设置取样口,以便压载水检查化验。
3结语
压载水处理 篇9
船舶压载水无控制排放带来的生物入侵对海洋生态环境的破坏,已被世界环保基金会(GEF)认定为海洋面临的四大威胁之一。电解海水制氯技术安全可靠、经济长效,已成为处理船舶压载水经济可行的方法之一。金属氧化物阳极具有良好的析氯活性与稳定性,是电解海水制氯行业中最有前景的阳极[1]。
金属氧化物阳极表面涂覆同等质量的Ir O2和Ru O2时,前者的阳极寿命是后者的20倍[2],对Ti/Ir-Ta阳极的研究发现,加入Ta2O5使Ir O2相趋于稳定,阳极的稳定性更好[3,4],对Ti/Ru-Ir-Sn阳极的研究发现,Sn O2具有较好的化学稳定性[5],且与基体的粘结性能良好、不易脱落[6,7]。对Sn O2+Sb Ox固溶体形成过程中的能量变化进行理论分析发现,氧化锑的掺杂及纳米Sn O2本身的小尺寸效应使固溶体的生长活化能较低[8]。采用Ti/Ru-Ir-Sn阳极对低温和低盐的海水进行电解发现,低温和低盐时阳极的析氯活性与稳定性均降低[9,10]。Ir O2作为活性组分时,在存在Cl-的环境中会优先发生析氯反应,且铱系氧化物阳极更耐氧蚀[11]。远洋船舶航行活动范围广,船舶会航行到低温或者低盐的海水港口,此时船舶压载水处理系统中的金属氧化物阳极析氯电流效率较低。目前关于如何提高阳极在低温低盐环境中的性能研究较少。本工作研制了在低温和低盐环境中仍具有良好电化学性能的金属氧化物阳极Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5,并测试了其在低温低盐环境中的性能。
1 试验
1.1 氧化物阳极的制备
基体选用200.0 mm×100.0 mm×1.5 mm的TA2钛板,喷砂处理后,在80℃的8%(质量分数)的Na2CO3∶Na3PO4∶Na OH=45∶25∶4(质量比)混合溶液中碱洗1 h,之后用微沸的10%(质量分数)草酸溶液刻蚀2 h,按摩尔比Ir∶Ta∶Sn∶Sb=5∶1∶1∶3配制Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极涂层溶液。采用烧结法制备阳极:在基体上刷涂阳极涂层溶液,在120℃下烘10 min,在500℃下烧结10 min,再重复涂刷5遍,总共6次,最后一次烧结2 h,最终得到载涂量为6 g/m2的氧化物阳极。将Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极切割成尺寸20 mm×10 mm和10 mm×10 mm,前者用于强化电解寿命测试,后者用于电化学性能检测。
1.2 测试分析
(1)循环伏安(CV)曲线采用PAR2273电化学工作站测试CV曲线,辅助电极为铂电极,参比电极为饱和甘汞电极(SCE),电解液为3.5%(质量分数)Na Cl溶液。CV曲线扫描电位区间为0.1~1.1 V,扫描速率20 m V/s,扫描圈数20圈。
(2)析氯电位参照GB/T 22839-2010,采用三电极系统测试析氯电位,电解液为饱和Na Cl溶液,测试温度为0,5,10,15,20,25℃,鲁金毛细管靠近阳极表面,调整直流电源,使阳极电流密度为2 000 A/m2,电解反应10 min后,测得电位最低值即为析氯电位。
(3)电流效率参照GB/T 22839-2010,实测有效氯浓度与理论有效氯浓度的比值,即为电流效率。辅助电极选用铂电极,电流密度为2 000 A/m2,电解液分别为不同温度(0,5,10,15,20,25℃)和不同盐度(1.0%,1.5%,2.0%,2.5%,3.2%)的海水。重复试验3次后求得电流效率的平均值。电流效率计算公式为:
式中ηA———电流效率,%
ρm———实测有效氯浓度,mg/L
ρt———理论有效氯浓度,mg/L
C———硫代硫酸钠滴定液浓度,mol/L
V1———硫代硫酸钠滴定液用量,m L
35.45———氯原子的摩尔质量,g/mol
V2———被测量水样体积,m L
I———电解电流,A
t———电解时间,s
V———电解溶液总体积,m L
F———法拉第常数,96 485 C/mol
(4)涂层表面使用场发射扫描电镜(SEM)观察氧化物阳极表面形貌,工作电压20 k V,用其自带的能谱仪分析试样失效后的组分。
(5)强化电解寿命采用强化电解寿命评价电极的稳定性。在40℃,0.5 mol/L H2SO4溶液中电解,涂层试样作阳极,工作面积为2 cm2,钛板为对电极,极间距为0.5 cm,电解的恒定电流密度为20 000 A/m2,当电解槽电压迅速大幅度上升时停止试验。
2 结果与讨论
2.1 CV曲线
图1为Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极与商用钌系阳极在3.5%Na Cl溶液中的CV曲线,根据CV曲线计算积分电量Q,Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极的为52.9μC/cm2,商用钌系阳极的为27.0μC/cm2。CV电量Q与氧化物阳极的活性面积正相关[12,13],由此可见,Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极的活性面积大于商用钌系阳极。
2.2 析氯电位
Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极与商用钌系阳极在不同温度下的析氯电位见表1。从表1可以看出:在0~25℃内,2种阳极的析氯电位随着温度升高而下降,10℃之后,析氯电位降低缓慢;相同温度下,Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极的析氯电位比商用钌系阳极的低。析氯电位低,有利于氯的析出。
V
2.3 电流效率
电流效率是检验氧化物阳极性能的重要指标。电解海水时阳极发生的反应如下[10,14]:
温度是影响阳极电流效率的一个重要因素。图2为Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极与商用钌系阳极在不同温度、盐度为3.2%的海水中的电流效率。
由图2可见:在0~10℃,2种阳极的电流效率都随着温度升高而升高;在10~25℃时,Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极电流效率基本稳定在88%左右,商用钌系阳极稳定在80%左右;Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极的电流效率高于商用钌系阳极。
结合阳极在不同温度下的析氯电位可知,在10~25℃范围内,氧化物阳极的析氯催化活性较好,析氯反应占主导地位;在0~10℃范围内,氧化物阳极的析氯活性下降较快,这是由于低温使式(4)的析氯反应速率降低的缘故,符合阿伦尼乌斯公式的基本规律,同时,在低温条件下氯离子扩散更加困难[9,10,11,12,13,14,15],故在低温条件下,阳极的析氯效率降低。
盐度是影响阳极电流效率的另一个重要因素。图3为Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极与商用钌系阳极在20℃时不同盐度海水中的电流效率曲线。由图3可以看出,电流效率随海水盐度的升高而升高。从物质传递控制角度分析,海水盐度大,Cl-浓度大,有利于反应(4)向右进行。盐度越低,阳极表面与溶液的化学势梯度越小,扩散到阳极表面的氯离子越少,式(4)中析氯反应的产氯量越少,而析氧反应基本不受盐度的影响,副反应(5)、(6)、(7)越多[16],生成的氧气越多,使得析氯效率更低。由于Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极比商用钌系阳极具有更低的过电位,导致其电流效率在不同盐度时都高于商用钌系阳极。
综上,相同条件下,Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极的电流效率高于商用钌系阳极,主要是因为该阳极比商用阳极具有更大的活性面积和更低的过电位。
2.4 涂层表面形貌
图4为Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极和商用钌系阳极的SEM形貌。由图4可知:Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极表面呈蜂窝裂纹状,裂纹细小,文献[15]指出Ta比Ir先氧化从而抑制了Ir O2的生长,掺杂Ta能细化Ir O2的晶粒,Sn、Sb和Ta一样均比Ir更容易氧化,故在相同的烧结温度下先形成的Sn O2、Sb2O5也会占据Ir O2生长空间,抑制Ir O2晶粒的长大,从而细化晶粒;商用钌系阳极表面呈现龟裂纹状,裂纹较大,且互相连通导致裂纹区涂层呈“岛状”,这一方面使氧化物涂层在强烈析氧条件下容易受氧气冲刷而导致局部剥落,另一方面也使电解质溶液容易渗透到钛基体的表面促进钝化膜的生成,从而使氧化物阳极失活[15]。
相比于商用钌系阳极,Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极的表面形状不仅增加了阳极的表面积,而且增加了涂层间的结合力,且Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极的裂纹较细小,在苛刻条件下,长时间电解海水时更耐气泡的冲刷[17]。所以Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极的电流效率、强化电解寿命都比商用钌系阳极好。
2.5 强化电解寿命
强化电解寿命测试时,电解槽电压开始时基本保持不变,随着时间的推移,电解槽电压开始显著升高,此时即认为阳极失效[18]。Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极与商用钌系阳极的强化电解寿命测试结果见图5。由图5可见:在540 h,Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极的电解槽电压开始显著升高;在360 h商用钌系阳极的电解槽电压开始显著升高,即前者的强化电解寿命为540 h,后者的为360 h。
图6为电解槽电压刚开始显著上升时Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极表面及涂层脱落区域边缘与中心的SEM形貌。相比于图4a,图6a中涂层的裂纹明显增宽,裂纹附近涂层的底部边缘镂空,可见强化电解时,一旦裂纹处的涂层溶解,由于气泡的冲刷作用,就很容易使附近的涂层脱落。从图6看出,阳极涂层的失效是从局部位置开始,在涂层的溶解与气泡冲刷作用下,最后仅剩基体。一旦基体表面与溶液连通,钛基体就会发生钝化作用生成Ti O2,Ti O2是典型的宽禁带N型半导体,其电导率高达10 S/cm。因此电极界面上一旦形成了Ti O2绝缘层,电极的电阻将显著升高,从而使得槽压大幅度提高。对失效后阳极涂层脱落区(图6d)进行EDS测试,发现表面仅有Ti和O元素,说明氧化物阳极涂层完全失效。
3 结论
(1)制备的Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极与商用钌系阳极的析氯电流效率在0~10℃内随温度升高而升高,在10~25℃内,温度对氧化物阳极析氯反应的影响较小,二者的析氯电流效率分别稳定在88%、80%左右。0~10℃,低温抑制了氧化物阳极的析氯反应速率,使氧化物阳极的析氯电流效率较低。
(2)随着海水盐度的降低,Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极与商用钌系阳极的析氯电流效率降低,Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极具有较低的析氯过电位,因而具有较高的析氯电流效率。
(3)在0~25℃范围内,相同温度下Ti/Ir O2-Ta2O5-Sn O2-Sb2O5阳极的析氯电位低于商用钌系阳极,更易发生析氯反应,而且析氯电位随温度升高而降低,最后基本稳定。
船舶压载水防治措施探讨 篇10
关键词：船舶压载水,有害生物,生物入侵,处理方法
国际海事组织统计，全球船舶每年携带的压载水约有120亿吨，每天随着船舶压载水周游世界的生物多达7000种。当压载水排放时，所携带的生物也进入水体，因脱离原生态系统的束缚，可能大量繁衍，导致生态污染，危害当地生态、经济、人类的健康，被世界环保基金组织(GEF)列为危害海洋的四大威胁之一。2004年，我国由生物入侵造成的直接经济损失高达574亿元[1]，海洋生物入侵是主要原因，压载水的排放是海洋生物入侵的一个重要途径。我国拥有占世界总吨位3.4%的庞大船队，如何有效的处理压载水的问题值得探讨。
1 船舶压载水的管理
1.1 制度建设
压载水的管理法制先行，早在20世纪，美国、澳大利亚、加拿大等发达国家采用单边行动通过本国立法对压载水实施控制和管理。2004年2月，国际海事组织(IMO)召开的压载水管理国际会议通过《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》，为全球海运界管理和控制船舶压载水提供了第一个全球性的统一的法定管理依据。巴西从2006年12月30开始，对所有抵达巴西港口的船舶要求必须配备经船级社或船旗国当局批准的《压载水管理计划》，否则将被罚以巨款和(或)面临延误。
我国对压载水的管理没有比较系统的法律规定，《中华人民共和国海洋环境保护法》、《中华人民共和国国境卫生检疫法》、《中华共和国进出境动植物检疫法》主要针对含油物质和来自疫区的压载水实施管理和控制，管理范畴有明显的局限性。作为远洋航运大国、国际海事组织的A类理事国，我国更应该以法律形式规定船舶压载水的行政管理、技术管理、技术标准控制等，确保压载水管理有法、有序地实施。
1.2 检验监督
(1)采样方法的优化：由于生物种类、生存环境、生长发育阶段以及对环境的适应性等因素的影响，活性生物个体的生命力各不相同，这就要求在采样的过程中，对不同的压载舱以及同一压载舱的不同位置进行系统的优化，从而促进对压载水中目标生物的客观识别。
(2)生物检测新技术的应用：生物监测必须能够准确、快速、随时、随地对生物做出定性和定量的判断，而传统的测试方法(如恢复培养法、计数法等)却很难达到这一目的。有资料显示[2]，荧光素2荧光素酶测定法、ATP+荧光素+O2荧光素酶氧化荧光素+AMP+PPi+光方法和SeaWiFS法是目前检测微生物较快的方法;Flow cytometry、FISH(fluorescence in situ hybridization)、(rRNA)FISH等仪器能较快和较准确的测定压载水中的细菌。
(3)目标生物的确定：整合海事部门、海洋研究所、环保部门、高校等的技术力量，对国内各港口水域生物基线(生物多样性)进行调查，了解海洋生物种类、特征、分布等详细资料，形成数据库，并通过理论分析和实验检验的方法，对压载水中物种进行生物学特征和生态影响的研究，最终确定港口海域应防范的目标生物。并在港口敏感水域设置监测站，对水质及生物进行例行监测，及时掌握水质变化和生物群落变化，对可能产生的海洋生态危害采取及时的措施，将损失减少到最低程度。
(4)海洋生物地理信息系统(OBIS)的开发应用：海洋生物地理信息系统是一个用于考查生物多样性、分布及数量，跨越时间和空间变化的海洋生物和环境数据库，是加强海洋综合管理，保护好海洋生态环境，预防海洋生态灾害(如压载水危害、赤潮等)，维护国家海洋权益有效方法。海洋生物地理信息系统在压载水管理上的作用表现在以下方面：一是根据船舶压载水的来源，预测其携带的生物类型，筛选目标组分，进行有针对性的处理;二是通过例行监测适时掌握港口水域生态变化，评估其潜在生态危害，并采取有效措施。2000年，为期10年的“国际海洋生物普查计划”正式实施，该计划在全球尺度上评估和解释了海洋生物分布、丰度和多样性，并将普查结果建成了海洋生物地理信息系统供海洋学界免费查阅。于子江等[3]开发研究的“河北海洋环境保护地理信息系统”是海洋生物地理信息系统在国内的一次有益尝试。如何将海洋生物地理信息系统与压载水的管理进一步有效结合起来是一个值得探讨的课题。
1.3 人员培训
(1)加强海事主管机关、航运公司和船员(特别是大副、三管轮等船舶压载水管理和操作人员)的制度培训，全面了解压载水管理公约和规则。
(2)加强船员压载水置换、处理、检测的技术培训，并将其作为海员上岗培训、考核的操作技能。
(3)加强执法人员相关法规、技术的培训，提高自身的执法能力。同时，还应逐步建立和完善压载水监管的技术手段，提高压载水监管的有效性。
2 船舶压载水的处理
为了更有效地控制船舶压载水传播外来生物，国际海事组织(IMO)和一些海洋国家科研机构开展了船舶压载水处理方法的研究。就目前而言，压载水的处理主要有以下两种方式：一是船上进行压载水的深海置换或无害化处理;二是在目的地港口进行岸上压载水集中回收处理。但后者存在当地政府投资及港口设施维护管理等问题，故从长远角度看，前者更具有优势。
2.1 深海更换压载水
深海更换压载水要求船舶在航行途中，在水深超过500 m、离岸超过200 n mile(或航行超过48 h)的深海处更换压载水，且压载水容积置换率必须达到95%。目前比较成熟的压载水置换方法有排空法、溢流法、稀释法。压载水置换能减少有害水生物和病原体传播，但作业受船舶结构，如船舶稳性、船体应力、谐振、纵倾、螺旋桨浸水深度等的限制[4]，且存在能耗过高、操纵性操纵运行时间长等问题。有学者认为，公海交换压载水只是一个暂时的措施，从长远角度看，最好的方法是在船上无害化处理压载水[5]。
2.2 船上无害化处理压载水
国际上在船舶处理压载水的方法主要有两种：一种是非活动性物质处理方法，主要利用固─液分离去除压载水中的水生物和其它颗粒物质，典型的有过滤法;另一种是采用活性物质处理方法，即灭活压载水水生物和微生物，典型的有加热法、紫外照射法、化学氧化法(如臭氧氧化法、氯氧化法、电解海水法、羟基自由基法)。常见方法见表1。
由表1可知，这些方法一定程度上缓解了压载水污染问题，但从单一方法出发，其合理性和可行性都存在一定的问题，很难同时满足IMO提出的安全性、有效性、环保性、可操作性和经济性五方面要求。目前，针对压载水的研究体现在以下两个方面：
(1)对有关技术进行论证、改进或参数优化，提高其处理效率，降低其负面影响。以电解法为例，国际上对电解法处理船舶压载水存在较大的争议：一是可能造成二次污染;二是船体金属的腐蚀问题。针对电解法引起二次污染问题，曾晓燕[6]进行了验证试验，发现采用高性能的电极电解压载水具有可行性，产物中有一定的氯仿产生，但对环境的影响不大。针对电解法对压载舱金属腐蚀问题，宋永欣等[7]研究发现该法对压载舱金属腐蚀有一定的影响，但影响不大，且受余氯浓度和腐蚀时间的影响;党坤等[8]采用原生海水模拟压载水进行电解处理，以初始余氯为4.0 mg/L时，能杀死99.99%的细菌和72%的藻类及部分原生动物，并通过“保持低余氯”和“充氮脱氧后排放时电解”两种方案有效解决了金属的腐蚀问题，在初始余氯小于5.0 mg/L的情况下，其运行费用小于3.5美元/(1000m3)。
(2)通过两种或两种以上的方法联合处理，相互补充，以中远集团承担的国家科技支撑项目——《远洋船舶压载水物理净化处理技术课题》为例，其研究成果采用过滤(预进气式气体辅助液体反冲过滤器自清洗技术)和紫外灭活相结合技术，达到国际领先水平。
3 新型环保船的研究
近年来，有人把目光集中在无压载水船舶的设计制造上。比较典型设计方案有美国密歇根大学米希尔·帕森斯博士提出的V型船身无压载水水舱船舶、贯通流系统船身无压载水水舱船舶、单一结构船身无压载水水舱船舶，日本造船研究中心(SRCJ)提出的无压载船(NOBS:no-bal-lastwatership)。纵观这四种设计，其原理不外乎以下几种：(1)增加船舶水下深度;(2)改变船体底部结构，即将原封闭式压载舱改为开放贯流式;(3)加宽船体，增加船体水平面积来提高稳性。目前部分设计已用于实践，如荷兰代尔夫特大学(Delft University)利用单一结构船身原理试造了一艘载重量4,000t，船速14节的无压载舱船舶。从其试航检测的各种设计参数来看，其效果基本上达到所谓真正无压载水舱船舶的标准。
无压载水船舶的设计一定程度上可以减少了压载水的排放，特别是风平浪静的海况下航行时，可以实现压载水的零排放，但在恶劣海况下航行时还是须在备用水舱中打进一定量的压载水，增强其船体的安全稳性。故通过无压载水船舶的设计，彻底解决压载水污染问题，还必须经过广大科研工作者的努力。
4 结语
综上所述船舶压载水的防治应以防为主，防治结合，重在管理。
(1)立法是压载水管理的基础，并采取行之有效技术手段，从根源杜绝压载水污染事故的发生。
(2)无害化处理是压载水管理的必要手段，通过现有技术的优化或技术组合或新技术的开发，使其接近甚至真正实现安全性、有效性、环保性、可操作性和经济性。
(3)无压载舱船舶的设计是压载水管理的有力补充，将环保性能作为船舶设计的重要理念，从源头减少压载水的使用，实现压载水的少排放甚至零排放。
参考文献
[1]吴春杰,杨玉峰,俞健康.浅析船舶压载水的污染及对策.中国水运[J].2007,07(4):27-28.
[2]孙雪景,张硕慧.压载水处理技术有效性分析.中国海事[J].2006,(10):34-38.
[3]于子江,等.河北海洋环境保护地理信息系统.海洋环境科学[J],2006,25(增刊1):83-86.
[4]刘富斌.关于船舶压载水系统防污染的探讨.船舶[J].2006,(4):20-24.
[5]依成武,等.治理压载水微生物入侵性传播方法的研究进展.海洋科学[J].2004,28(3):55-58.
[6]曾晓燕.电解法处理船舶压载水的可行性研究.中国航海[J].2006,67(2):83-85.
[7]宋永欣,等.电解法处理船舶压载水对压载舱金属腐蚀的影响.大连海事大学学报[J].2005,31(3):45-46.
压载水处理 篇11
船舶液体舱在海洋环境下,金属结构暴露于海水、高盐分、高湿、高温以及干湿交替等环境中,往往要遭到严重的腐蚀。在海洋环境中服役的船舶,各种液体舱的腐蚀破坏严重影响船舶寿命及安全性,而其中以压载舱的腐蚀最为严重。压载舱的服役特点是干湿交替,结构相对复杂,涂层失效快。为了有效控制压载水舱的腐蚀,通常采用涂层与牺牲阳极阴极保护结合的保护技术。
阴极保护方案设计一般根据保护电位、保护电流计算牺牲阳极的用量[1],然后根据结构进行均匀布置。牺牲阳极安装完毕后进行测量评价。这种设计方法已经应用多年,但现场评价时往往采用取几点保护电位测试值为依据进行评价,不能全面反映被保护结构的表面状况。如果存在欠保护区域,而又没有测量到,往往会在欠保护区域发生腐蚀损伤[2,3]。
为此,本工作针对某船的压载水舱,采用通常的设计方法进行阴极保护设计,然后采用边界元设计为基础的BEASY软件进行保护效果预测,判断整体是否达到完全保护。
1 阴极保护的设计
压载舱的结构尺寸:底部43 200 mm×19 200 mm×2 400 mm,侧面43 200 mm×24 000 mm×2 400 mm,压载舱材料为Q235B,涂层为改性环氧漆涂层,压载率为50%,保护寿命为10 a。
1.1 阴极保护电流
按下式计算全浸时所需的阴极保护电流:
I =J ·S
式中 J—— 阴极保护电流密度,mA/m2。针对表面涂层工况及保护期,取J = 15 mA/m2
S——被保护面积,m2。约为9 000 m2。
经计算阴极保护电流为46.68 A。
1.2 牺牲阳极规格、型号及发生电流
选用Al-Zn-In-Cd铝合金牺牲阳极,规格为500 mm×(105,135)mm×130 mm。每块阳极净重为23 kg。其发生电流经计算为1 690 mA/块。
1.3 阳极数量
按下式计算阳极数量:
N=I/ If
式中 N——阳极数量,块
I——保护电流,A
If——阳极发生电流,A
经计算需要牺牲阳极80块,底部牺牲阳极数量为45块,布置方式为9×5;侧面牺牲阳极数量为35块,布置方式为7×5。
2 阴极保护的保护效果预测
2.1 边界条件
BEASY软件准确评价被保护结构物的保护效果需要准确的边界条件,一般包括牺牲阳极和被保护结构材料的极化特性、涂层状态、海水电导率以及被保护结构的网格划分方法等。为此采用试验室模拟测试方法得到边界条件为:海水的电导率为4 S/m,压载舱的网格数为1 600,牺牲阳极的网格数为320,牺牲阳极和Q235B钢的极化曲线见图1。
2.2 数值模拟分析
改性环氧漆涂层破损率为2%时,压载舱保护效果的模拟结果见图2。
在牺牲阳极周围如右侧所示的颜色梯度代表保护电位范围,与图中左侧所示颜色一一对应,将图中左侧所示的颜色与图右侧的标示码相对照,即可知道压载舱各个区域的保护电位,从计算结果可知,压载舱的整体保护电位范围在-827~-943 mV。从图可见,采用这种牺牲阳极的安装方式,底部地位较负,在-943~-900 mV,而侧壁,未安装牺牲阳极的一侧,电位在-827~-910 mV。在交界处,即拐角区域,保护电位相对较正,在-827~-850 mV。由此可见,该种阴极保护的薄弱点在交界处和侧壁未安装牺牲阳极的区域。如果阴极保护失效首先是这些区域首先达到欠保护。
根据阴极保护准则,被保护钢结构物极化至-795~-1 045 mV,可以判断为腐蚀基本得到抑制。从图2可知,根据常规设计选用的牺牲阳极对压载水舱进行阴极保护后,压载舱表面电位分布范围为-827~-943 mV,由此可见,采用BEASY软件的模拟计算结果证明阴极保护设计后的压载水舱可以处于完全保护状态,证明设计和布置方法可靠。
3 结 论
(1)阴极保护采用铝合金牺牲阳极,规格为500 mm×(115,135) mm×130 mm,重量为23 kg,数量为80块,其中底部牺牲阳极数量为45块,布置方式为9×5;侧面牺牲阳极数量为35块,布置方式为7×5。
(2)BEASY软件采用边界元技术数值模拟结果表明压载舱保护电位处于-827~-943 mV之间,达到完全保护。
(3)数值模拟结果证明压载舱的阴极保护设计方案基本合理,牺牲阳极的布置方式可行。
参考文献
[1]胡仕信,阴极保护设计手册[K].北京:化学工业出版社,1990.
[2]DeGiorgi V G,Thomas E D,Lucas K E.Scale effects andverification of modeling of ship cathodic protection systems[J].Eng.Anal.Bound.Elements,22:1998,41~49.