（环境工程专业论文）船舶洁净压载水外来生物调查及灭活工程设计.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 船舶压载水引发的生态影响问题已经得到了广泛的重视，建设压载水外来生物处理 工程已势在必行。本文对大连新港海域外籍油轮排放压载水所含外来生物进行了采样调 查，分析了这些外来生物对大连新港海域生态环境的影响。经过比选，选择了生物灭活 工程的技术工艺。结合新港实际，确定了洁净压载水的最优收集方式和处理方案，并以 此为基础提出了新港外来生物灭活工程的设计思路。 对所采集水样从种类组成、生物多样性、浮游生物的细胞丰度及其生物量四个方面， 进行了分析检测。结果表明，大连新港海域排放的洁净压载水中存在大连附近海域未发 现的微生物，并存在某些数量异常的微生物，证实了建设岸上生物灭活处理设施的必要 性。 通过调查，并以新港地区油船类型和油品吞吐量为依据，预测了洁净压载水的年排 放量为3 0 万m 3 a ，单船最大排放量为3 3 0 0 0 m 3 ，排放速度控制在1 5 0 0m 3 h 以内；对多 种外来生物灭活技术工艺进行比较，选择安全、高效的二氧化氯作为灭活剂，并通过实 验确定了二氧化氯的最佳投药浓度为l o m g l ，为灭活工程提供了基本的设计依据。 本研究对大连新港洁净压载水的收集及灭活处理工艺方案进行了全面分析、论证， 确定了最大限度利用新港已有设施建设灭活工程的设计思路。 论证了利用既有含油压载水管线收集洁净压载水方式的可行性。洁净压载水冲刷既 有含油压载水管道产生的油污水，进入含油压载水处理系统先进行除油之后将洁净压载 水切换进入生物灭活系统处理。并指出既有含油压载水中如含有外来生物( 冲洗甲板污 水等) ，也需进行生物灭活的必要性。 提出了两种生物灭活处理方案，经过综合分析，确定了利用原有构筑物的处理方案。 指出了保证处理可靠性的关键因素提高生物滤池的处理能力，并分析了现有生物滤 池处理效率低的原因，提出了投加营养盐、改变布水方式等提高处理效率的措施。 从压载水的收集与切换、调节池改造、污水提升及生物灭活系统、生物处理改造四 个单元工艺部分对工程进行了设计，并给出了工程总造价和运行费用，分别为9 9 2 2 9 9 5 万元和0 1 9 元m 3 。 经过灭活后的洁净压载水中的外来生物可以被有效控制，同时也消除了既有含油压 载水中的外来生物入侵漏洞；本研究提出的设计思路最大限度地利用了已有设施，为建 设方节省了近千万的建设投资，而且运行管理方便。 关键词：船舶洁净压载水；外来生物；调查；灭活工程；二氧化氯 船舶洁净压载水外来生物调查及灭活工程设计 i n v e s t i g a t i o no nt h ee x o t i co r g a n i s m so fc l e a nb a l l a s tw a t e ra n dd e s i g no f i t si n a c t i v a t i n ge n g i n e e r i n g a b s t r a c t w i d ea t t e n t i o n sh a v eb e e np a i dt oe c o l o g i c a li m p a c tp r o b l e mo fc l e a nb a l l a s tw a t e r ，s o t h ec o n s t r u c t i o no fe x o t i co r g a n i s m s t r e a t m e n te n g i n e e r i n gi si m p e r a t i v e i nt h i sp a p e r , e x o t i c o r g a n i s m si nb a l l a s tw a t e ro fd a l i a nn e w p o r tw e r es a m p l e da n di n v e s t i g a t e d ，a n de c o l o g i c a l i m p a c to ft h e mw a sa n a l y z e d d i s c h a r g eo fb a l l a s tw a t e rw a si n v e s t i g a t e da n dp r e d i c t e d t e c h n o l o g yo fo r g a n i s m si n a c t i v a t i n ge n g i n e e r i n gw a sc h o s e na f t e rc o m p a r i s o n a c c o r d i n gt o t h ep r a c t i c eo fn e w p o r t ，o p t i m a lw a yo fc o l l e c t i n ga n dt r e a t m e n ts c h e m eo fc l e a nb a l l a s t w a t e rw a se n s u r e d t h e n , d e s i g ni d e ao fe n g i n e e r i n gw a sp u tf o r w a r do nt h eb a s i so ft h a t f r o ms e v e r a la s p e c t s ，w h i c ha r ec o m p o s i t i o no fk i n d s ，b i o d i v e r s i t y ，c e l la b u n d a n c eo f p l a n k t o na n di t sb i o m a s s ，c o l l e c t i n gw a t e rs a m p l e sw e r ea n a l y z e da n dm e n s u r a t e d t h er e s u l t s s h o w e dt 1 1 a t ，m i c r o o r g a n i s m st h a tr a r e l ya p p e a ri nd a l i a na n di t sa d j a c e n ts e aa r e ae x i s t e di n c l e a nb a l l a s tw a t e r ；m e a n w h i l e ，s o m em i c r o o r g a n i s m st h a ta r ea b n o r m a li nn u m b e ra l s oe x i s t t h er e s u l t sc o n f i r m e dt h en e e do fc o n s t r u c t i n gs u p r a l i t t o r a lo r g a n i s m si n a c t i v a t i n gf a c i l i t i e s a c c o r d i n gt oi n v e s t i g a t i o n ，k i n d so fo i ls h i p si nn e w p o r ta r e aa n di t s o i l p r o d u c t t h r o u g h p u t ，a n n u a ld i s c h a r g eo fc l e a nb a l l a s tw a t e rw a se n s u r e dt o3 0 0 ，0 0 0 m s a ；m a x i m u m d i s c h a r g eq u a n t i t yo fs i n g l es h i pi s3 3 ，0 0 0m j ；d i s c h a r g ev e l o c i t ys h o u l db el i m i t e dt ol e s s t h a n1 , 5 0 0 m h a f t e rc o m p a r a t i o no fs o m eo r g a n i s m si n a c t i v a t i n gt e c h n o l o g i e s ，c 1 0 2w h i c h i ss a f e ，h i g h e f f i c i e n c yw a sc h o s e nt os e r v ea si n a c t i v a t o r , a n di t so p t i m a ld o s a g ew a se n s u r e d t o10 m g lt h r o u g he x p e r i m e n t a l la b o v ep a r a m e t e r sp r o v i d e se s s e n t i a lb a s i st od e s i g no f e n g i n e e r i n g i nt h i ss t u d y ，c o l l e c t i n gm o d ea n di n a c t i v a t i n gt r e a t m e n tt e c h n o l o g ys c h e m eo fd a l i a n n e w p o r tc l e a nb a l l a s tw a t e rw e r ec o m p r e h e n s i v ea n a l y z e da n dd e m o n s t r a t e d t h ed e s i g ni d e a 也a tu t i l i z e so r i g i n a lf a c i l i t i e so fn e w p o r tt oc o n s t r u c ti n a c t i v a t i n ge n g i n e e r i n gw a se n s u r e d f e a s i b i l i t yo fu t i l i z i n gc r u d eo i lb a l l a s tw a t e rp i p e l i n et oc o l l e c tc l e a nb a l l a s tw a t e rw a s d e m o n s t r a t e d o i l yw a s t e w a t e rc a u s e db ys c o u r i n go i lp i p e l i n e ，f i r s t l y ，s h o u l de n t e ro i lb a l l a s t w a t e rt r e a t m e n ts y s t e mt or e m o v a lo i l ，t h e n ，p r o c e s so r g a n i s m si n a c t i v a t i o n a f t e rt h a t ，c l e a n b a l l a s tw a t e rw a ss w i t c h e dt oo r g a n i s m si n a c t i v a t e ds y s t - e m tt ob e e n t r e a t e d i fo i lb a l l a s tw a t e r h a se x o t i co r g a n i s m s ( f o re x a m p l e ，w a s h i n gd e c kw a s t e w a t e r ) ，t h en e c e s s a r yo fi t so r g a n i s m s i n a c t i v a t i o nw a sp o i n t e do u t 大连理工大学专业学位硕士学位论文 t w oo r g a n i s mi n a c t i v a t i n gt r e a t m e n ts c h e m e sw e r ep r o p o s e d a f t e rc o m p r e h e n s i v e a n a l y s i s ，t r e a t m e n ts c h e m eo fu t i l i z i n go r i g i n a ls t r u c t u r e sw a se n s u r e d t h ek e yf a c t o ro f g u a r a n t e e i n gr e l i a b i l i t yo ft r e a t m e n tw a sp o i n t e do u t , t h a ti se n h a n c i n gt r e a t m e n ta b i l i t yo f b i o f i l t e r a l s o ，r e a s o n so fc u r r e n tb i o f i l t e r l o wt r e a t m e n te f f i c i e n c yw e r ea n a l y z e d t h e n ， a d d i n gn u t r i e n ts a l t sa n dc h a n g i n gw a t e rd i s t r i b u t i o nm o d e t h a tc a n i m p r o v et h ee f f i c i e n c yo f b i o f i l t e rw e r ep r o p o s e d f r o ms e v e r a la s p e c t so fu n i tt e c h n o l o g y ，t h a ta r ec o l l e c t i n ga n ds w i t c h i n go fb a l l a s t w a t e r ，r e c o n s t r u c t i o no fa d j u s t i v ep o o l ，l i f t i n ga n do r g a n i s mi n a c t i v a t i o ns y s t e mo fc l e a n b a l l a s tw a t e r ，r e c o n s t r u c t i o no fb i o l o g i c a lt r e a t m e n t , t h ee n g i n e e r i n gw a sd e s i g n e d m e a n w h i l e ，t o t a lc o s to fe n g i n e e r i n ga n dn m n i n gc o s tw e r ep o i n t e do u t , t h a ta r e9 , 9 2 2 ，9 9 5 y u a na n do 19y u a np e rt o n sw a t e r ，r e s p e c t i v e l y 氏氨既b e e ni n a c t i v a t e d 。e x o t i co r g a n i s m si nc l e a nb a l l a s tw a t e rc a i lb ec o n t r o l l e d e f f e c t i v e l y a tt h es a l t l et i m e 。l e a ko fo nb a l l a s tw a t e rt r e a t m e n ts y s t e mt h a tm a yr e s u l t si n e v e n to fb i o i n v a s i o ni se l i m i n a t e d d e s i g ni d e ao ft h i ss t u d yu t i l i z e so r i g i n a lf a c i l i t i e si nt h e u t m o s te x t e n t ，a n ds a v en e a r l yt e nm i l l i o no fc o n s t r u c t i o ni n v e s t m e n tf o rc o n s t r u c t i o nu n i t f u r t h e r m o r e ，i ti sc o n v e n i e n tf o ro p e r a t i o nm a n a g e m e n t k e yw o r d s ：c l e a nb a l l a s tw a t e r ；e x o t i co r g a n i s m s ；i n v e s t i g a t i o n ；i n a c t i v a t i n ge n g i n e e r i n g ； c h l o r i n ed i o x i d e 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目： ：墼趱渲垒压萤盎处塞生堑迥查丞丕适王猩遮i 土 作者签名：三主张一 日期：2 ：! l 年竺月上皇日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题卧 作者签名： 导师签名： 莎乞 洁净压载水外来生物调查及灭活工 1 5 1 期：至! 堕年上三月丛日 日期： 呈堡年三月且，一日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1绪论 1 1船舶洁净压载水中外来生物的危害 1 1 1 压载水问题的由来 远洋船舶( 主要是油轮) 空载离岸时，必须灌注一定量的水( 淡水、河海混合水或 海水) ，以确保船舶稳定性和航行安全，这被称作压载水【l 】。世界上9 0 以上的进出口 商品是通过船舶运输的。由于原料和成品运输需求的不断增长，船舶也变的更大更快。 大部分的船舶都使用压载水来调整吃水，改变纵倾，调节稳性，或保持合适的应力。船 舶装载时为了空出吨位，就得将压载水排入到岸国的海域中，某些生物也随之进入当地 海域，导致某些生物入侵事件的发生。这就是压载水排放所引发的问题 2 - 4 1 。 据相关资料显示，全球每年排放的压载水大约有3 0 - - 5 0 亿m 3 左右，每天有7 0 0 0 多种生物随压载水传播【5 】。现在，压载水已被确认为是在世界范围内传播外来海洋生物 的主要因素之一。 1 1 2 压载水外来生物的危害 压载水对环境带来的危害在于它会把一个地域或水域的生物( 有些是有害生物甚至 病原体) 带到另外一个水域，如果当地自然条件合适，这些生物就可能迅速繁衍，对当 地生态环境造成冲击甚至带来灾难性后果，影响当地渔业资源、珍稀物种并损害当地经 济发展。随着船舶营运速度的加快，这些压载水携带生物在运载过程中存活的几率越来 越高。压载水造成的危害，主要包括以下三个方面【6 j ： ( 1 ) 对生态环境的影响 某些随船舶压载水排放到新地点的水生物，虽然本身没有毒害性，但由于其数量的 迅速增长和其固有的生存能力和习性会影响当地水生物的生存环境，导致当地生态环境 和生物多样性的破坏。据估计全球每9 周就有一种海洋生物被传播到新的环境中，并大 量繁殖，对当地生态产生危害。 ( 2 ) 对当地经济的影响 一旦有新的有害海洋生物大量繁殖，就有可能会严重影响到当地的渔业、海洋工业 和其他商业活动。例如，有害生物的入侵每年都会给美国带来1 3 8 0 亿美元的经济损失。 ( 3 ) 对公众健康的影响 船舶洁净压载水外来生物调查及灭活工程设计 如果船舶在河口、浅水区和临近污水排放处加装压载水，很可能含有一些致病的细 菌和病毒。这些病菌和病原体能够直接危害人们的健康，也有可能进入并存活于某些水 生物中，人吃了也有发病的可能，特别是在一些医疗保健条件差的地区。 从保护海洋生态环境的长远观点来看，压载水运送有害水生物及病原体引致的危害 比其他形式的污染更为严重。全球环境基金组织( g l o b a le n v i r o n m e n tf a c i l i 妒g e f ) 把船 舶通过压载水将有害生物引入新环境并对其产生影响，和来自陆源的海洋污染、海洋生 物资源的过度开发、海洋栖息地的物理性改变和破坏同列为海洋的四大危害【7 】。 1 1 2 压载水外来生物入侵典型事件 近十年来，船舶排放压载水造成生态侵害、有害水生物和病原体传播，对港口国水 域的生态平衡和居民健康造成了巨大危害，这种现象已引起了各国政府的高度关注。目 前许多国家和地区都有压载水携带的有害生物破坏当地生态，引发生物入侵事件的记录 【3 1 l 】： ( 1 ) 黑海 北美水母( c o m bj e l l ”大约在本世纪7 0 代经由压载水带入黑海，这种水母嗜食浮游 生物鱼卵及幼鱼，由于在当地水域缺乏天敌，且周边国家日益严重的工业废水排放所滋 生的浮游生物提供了最佳的繁衍环境，水母数量急剧增加给黑海的凤尾鱼和鲱鱼养殖业 带来了灭顶之灾。 ( 2 ) 澳大利亚 2 0 世纪8 0 年代，每年大约有6 0 0 0 万吨压载水被排入澳大利亚海域，到9 0 年代末， 平均每年有1 5 亿吨来自国外的压载水被排在澳大利亚的6 4 个国际港口，另有3 4 0 0 万 m 3 由国内运输船舶排放。至1 9 9 7 年，澳大利亚检疫及检查服务处( a u s t r a l i a nq u a r a n t i n e a n di n s p e c t i o ns e r v i c e a q i s ) 估计超过1 7 0 种水生物已由国外引入澳大利亚水域i l2 1 。其中 对澳洲水域危害最大的是一些称为腰鞭毛虫的原生单细胞生物。腰鞭毛虫的聚集物就是 海藻，现已证实有一种有毒腰鞭毛虫通过贝壳类水生物进入人类食物链从而威胁人类健 康；另一些腰鞭毛虫的大量繁殖引发的赤潮，则使澳大利亚东南部的水产养殖业每年不 得不中断相当长的一段时间。 ( 3 ) 北美五大湖 至1 9 9 6 年己确认有1 3 0 余种非本土水生物是由压载水带入美国和加拿大交界的五 大湖i l 引。其中，原产于黑海的欧洲斑纹蚝( z e b r am u s s e l ) 自8 0 年代经由压载水传入后， 到2 0 0 0 年已给两国造成约5 0 亿美元的经济损失。斑纹蚝在水底的大量繁殖不仅迫使美 加政府耗巨资清除被堵赛的水底管道、排水管及水下设施，而且其以浮游生物为食，使 大连理工大学专业学位硕士学位论文 本地鱼类因食物缺乏数量大减。此外，欧洲的圆虾虎鱼也造成了五大湖地区原生物种群 减少了近5 0 。 ( 4 ) 地中海 热带绿海藻大约在8 0 年代初被带进地中海并马上以疯狂的速度扩展，1 9 8 4 年当它 们在地中海被发现时，不过占据了摩洛哥沿岸大约l m 2 的水域，到1 9 9 0 年这个数字变 成了3 万m 2 ，1 9 9 6 年则是3 0 0 0 万m 2 。如今，这种海藻遍及法国、西班牙、意大利及 克罗地亚沿岸，取代了当地原有的海草并剥夺了许多幼鱼和软体动物的生存空间。 ( 5 ) 南美洲西岸 霍乱菌由亚洲传入并使该地区成为现在世界上霍乱的主要传染源，目前普遍认为压 载水是传播该地区霍乱菌的罪魁祸首。研究表明，霍乱弧菌可在海水中存活5 0 天。此 外，霍乱弧菌的存活和一些海洋生物的壳质外骨骼的“殖民有关，这表明压载水起到 的作用可能与转运中问宿主，以及游离细胞有关。 ( 6 ) 英国 2 0 0 2 年，已有8 1 种外来水生动植物被传播到英国北海，其中中华绒鳌蟹在英伦三 岛大面积泛滥，它们破坏河岸和防洪堤坝，吃掉鱼类，给当地生态平衡和经济造成了严 重破坏。 ( 7 ) 中国 据调查，国际自然资源保护联合会公布世界上1 0 0 种最危险的外来生物物种约有一 半入侵到我国【1 4 】。例如，我国是赤潮多发区，船舶压载水会造成赤潮生物的传播。9 0 年代以来，我国近海赤潮发生频率增高、规模加大，1 0 年间累计发现2 0 0 余起，平均每 年达2 0 起：2 0 0 1 年至2 0 0 5 年全海域共发生赤潮4 5 3 次。赤潮灾害如此蔓延，其重要原 因之一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：洞刺角刺藻、新月园柱藻、方格直链藻等1 6 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，就可能爆发赤潮，导致海洋生态系统的结构与功能 几乎彻底崩溃。2 0 0 5 年3 月，国家环保总局公布，我国由于生物入侵造成的直接经济损 失高达5 7 4 亿元，其中海洋入侵生物是主要成因之一【1 5 】。 国际海事组织( i m o ) 列出了全球九种主要入侵生物及其产生的危害，见表1 1 。 船舶洁净压载水外来生物调查及灭活工程设计 表1 1i m o 列出的九种主要入侵生物 t a b 1 1 n i n em a j o ri n v a d e dc r e a t u r e s1 i s to u tb yi m o 1 2国际社会对船舶压载水外来生物的控制对策 船舶压载水携带外来生物种群的入侵在较长时期内没有引起足够的重视，但随着近 年来船舶压载水危害性的日益显现，国际社会特别是i m o ( 国际海事组织，i n t e r n a t i o n a l m a r i t i m eo r g a n i z a t i o n ) 对船舶压载水携带外来有害生物引起生物入侵的问题作出了积极 的反应，在政策层次上应对压载水问题，制定并出台了一系列的管理措施。 1 2 1国际压载水和沉积物控制与管理公约 早在1 9 7 3 年，国际环境污染大会就通过了决议：“研究排放含传染病菌压载水的 影响 。要求i m o 及世界卫生组织对各国政府为此问题提出的证据及提案进行研究，i m o 一4 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 下属之海上环境保护委员会( m a r i n ee n v i r o n m e n tp r o t e c t i o nc o m m i t t e e - - m e p c ) 艮p 是负 责这一问题的机构。1 9 8 2 年联合国海洋公约第1 9 6 条规定，各国应采取一切必要的措施， 以防止、减少和控制由在其管辖或控制下使用技术而造成海洋环境污染，或由于故意或 偶然在海洋环境某一特定部分引进外来的或新的物种致使海洋环境可能发生重大和有 害的变化。1 9 9 1 年m e p c 第3 1 次会议以m f p c 5 0 ( 3 1 ) 决议的形式通过了“关于防止船 舶压载水及沉积物的排放传播有害的水生物及病原体国际指南 。该指南提出了船舶压 载水排放的管理措施，旨在向港口国当局和主管机关提供关于制定减少船舶压载水及沉 积物传播有害水生生物和病原体危害的程序导则。1 9 9 3 年1 1 月，i m o 召开的第1 8 次大 会以a 7 7 4 ( 1 8 ) 决议的形式，通过了m e p c 提交的指南，并向所有成员国发放。此后， m e p c 一直致力于制定具有强制性的法律文件，并从技术上协助指南的有效实施【1 6 1 。 2 0 0 4 年2 月在英国伦敦召开的关于船舶压载水管理的外交大会，最终通过了具有法 律约束性的国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约。其将在获得代表全球商船吨 位3 5 的3 0 个国家批准的1 2 个月之后生效。 1 2 2 各国对船舶压载水危害的应对措施 ( 1 ) 澳大利亚 澳大利亚政府历来严格限制澳洲大陆与外界的任何形式的物种交流。1 9 9 0 年，澳大 利亚政府即发布了非强制性的船舶压载水管理导则，旨在敦促所有挂靠澳大利亚港口的 船舶在大洋中更换压载水1 1 7 1 。 1 9 9 7 年1 1 月i m o 通过a 8 6 8 ( 2 0 ) 号决议后，澳大利亚政府迅速颁布规定，对1 9 9 8 年8 月1 日起进入澳大利亚港口的船舶强制要求填报压载水申报表 并在进港前的1 2 2 4 小时期间内通过传真让代理呈交a q i s 。在大洋中更换压载水虽说非强制，但如未更 换则需说明原因，到港后a q i s 会派人调查，实际上也等于是强制要求。a q i s 还会随 机抽查到港船舶，如被发现恶意虚报资料将被处于罚款1 万澳元和或入狱5 年的刑罚。 一般而言，船舶在热带深海更换掉船上每一个压载水舱中9 0 以上的压载水即符合要 求。 ( 2 ) 新西兰 执行与澳大利亚相似的压载水管理规定，并从1 9 9 2 年起实施自愿压载水管理规则。 船舶应提供初始压载证明和压载水不含有毒腰鞭毛虫的证明；或压载水在海上更换证 明；或压载水已经过消毒证明【1 8 】。 船舶洁净压载水外来生物调查及灭活工程设计 ( 3 ) 美国 1 9 9 3 年5 月，美国强制要求所有进入圣劳伦斯水道( 五大湖入海口) 及华盛顿桥以 北的哈得孙河水域的船舶在专属经济区以外( 离岸至少2 0 0 海里) 水深大于2 0 0 0 m ( 盐 度大于3 o ) 的大洋中更换压载水。 1 9 9 9 年5 月，美国海岸警卫队规定自1 9 9 9 年7 月1 日起由外国进入美国港口及航 行于美国东西岸的船舶到港时递交“船舶压载水清单”并自愿进行压载水更换。对违反 规定的船舶将受到严厉处罚。 另外，美国加州于1 9 9 9 年l o 月6 日公布了压载水管理及控制外来物种的新规： 从美国专属经济区外进入加州水域的船舶，必须在进入之前至少对所装水域采取以下措 施之一： 在美国专属经济区外水深在2 0 0 0 m 以上的水域换装压载水； 将压载水留在船上： 采用加州土地委员会在船舶开航前批准的符合环保标准的压载水管理方案； 将压载水排至指定的接收设施； 在特殊情况下，在加州土地委员会认可的时问和区域换装压载水。此规定对 船舶压载水的报告内容、收费及违规罚款等也作了说明。 ( 4 ) 加拿大 该国于1 9 8 9 年5 月1 日把压载水管理强制化，并规定驶往i s s e v e n 岛和圣劳伦斯 河的船舶应采取与驶往澳大利亚相似的措施。 ( 5 ) 以色列 所有计划到达以色列港口的船舶必须远海( 大陆架或淡水流影响区域以外) 更换压载 水，所有抵达埃拉特港的船舶必须在红海以外更换压载水，所有抵达地中海港口的船舶 必须在大西洋更换压载水。 ( 6 ) 智利 根据19 9 1 年7 月生效的智利海岸警卫规则的要求，所有进入智利港日的船舶 都应遵守下列规定【1 9 】： 至少在智利海岸1 2 海里外换装压载水； 换装压载水的日期、地点、数量及其所占总压载水数量的百分比等都要记入航海 日志和轮机日志； 大连理工大学专业学位硕士学位论文 若换装压载水的事情无记录，船舶进港前要等候2 4 小时，并按每吨压载水1 0 0 克的比例投入次氯酸钠或按每吨压载水1 4 克的比例投入漂白粉。该措施应在智利海岸。 警卫队的指导下完成。 ( 7 ) 巴拿马运河 巴拿马运河内禁止任何排放。 ( 8 ) 阿根廷 从9 0 年代早期，彼嗒斯亚耳斯港口当局对到港船舶压载水施行氯化处理，氯气通 过透气管加入压载舱。 1 2 3 中国的压载水管理措施与发展预测 我国主管机关对船舶压载水的管理主要是从防止海洋环境污染的角度出发，中华 人民共和国海洋环境保护法第六十二条明确规定口o 】：“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。 到港船舶排放压载水之前向海事行政主管部门递交排放申请，海事 行政主管部门对排放的压载水地点、数量、压载舱、压载管系以及压载水是否含有污染 物进行检查，查看管系图有无共同管线，检查压载泵及压载管系的使用情况，检查出水 孔周围有无油花、油迹等异常情况。所有这些监督检查要求都是防止排放船舶压载水污 染海洋环境。 中华人民共和国国境卫生检疫法第十三条明确规定【2 1 1 ，来自检疫传染病疫区的 交通工具，应当实施消毒等检疫处理中华人民共和国进出境动植物检疫法第十八条 规定，国境卫生检疫机关对出入境的交通工具实施卫生检疫，其中包括监督和检查垃圾、 废物、污水、粪便和压载水的处理；第二条规定，来自动植物疫区的运输工具，依照本 法实施检疫。 随着经济全球化的加速，我国沿岸各港口的货物吞吐量持续增高，在我国海域排放 的外来压载水也不断增加。因此，压载水管理和控制已成为我国所面临的刻不容缓的议 题。 鉴于我国压载水排放量逐年递增和其中外来生物的危害性，近年来，我国不少港口 相继开展了压载水中外来生物的调查与研究工作，如厦门、青岛、珠海、湛江等，逐步 认清了各自海域压载水外来生物的危害与特点，正在积极寻求岸上生物灭活处理等措施 【2 2 】。 船舶洁净压载水外来生物调查及灭活工程设计 1 。3 压载水外来生物灭活处理技术 目前针对外来生物入侵唯一有效、可靠而又经济的处理措施就是生物灭活处理。 i m o 提出了防范生物入侵，进行生物灭活的五项标准，即安全、实用、经济、有效且环 境容许。船舶压载水的生物灭活处理技术分为物理处理技术、化学处理技术、其他处理 技术三类，具体见图1 1 。而研究较多的是通过化学法处理压载水，如氯化技术、臭氧、 过氧化氢、羟基自由基法等方法因】。 加海l - 热： 处更 理换 法压 载 水 过 氧 化 氢 处 理 法 脱 氧 处 理 法 图1 1 船舶压载水处理技术 f i g 11 t r e a t m e n tt e c h n o l o g i e so fs h i pb a l l a s tw a t e r 羟 基 自 由 基 法 生 物 技 术 法 金 属 离 子 法 防 腐 镀 层 法 1 3 1物理处理技术 ( 1 ) 海上更换压载水 海上更换压载水处理的基本形式是以深海海水来更换注入的压载海水 2 4 - 2 6 】。深海海 洋生物一般来说与第一次装入压载水的近海生物大不相同。试验表明，生活在深海的水 生物在沿海浅水区一般难以存活，而生活在沿海浅水区的水生物在深海中也难以获得生 存的机会。这样就可以将浅水区适合生存的有害生物与深海生物进行交换，防止了有害 生物随着压载水的传播。这成为海上更换压载水的理论基础。现在海上更换压载水的方 法有排空法、溢流法和稀释法三种方法。 臭氧技术氯化技术 超生波法 紫外线照射法高速流损伤法 磁化处理法放电处理法气旋分离法 过滤法 大连理工大学专业学位硕士学位论文 排空法 这种方法是逐舱把在河口或近海水域中注入的压载水全部排出，直到把压载水排空 为止，然后用深海海水重新加满，即用新鲜的深海水更换大量初始压载水。 溢流法 这种方法是把深海海水从压载舱底泵入使压载水从舱顶连续不断的溢出，直到更换 掉足够的压载水量以减少仍停留在舱中的目标生物数目。根据i m 0 1 9 9 3 的规定，在深 海更换的压载水量应为压载水舱容积的3 倍。 稀释法 这种方法对是由巴西的研究人员提出的，他们对现有船舶进行管路改进，从船压载 舱项部进水，下部排水。排空法由于是在海上逐舱排空和注满，所以对船舶稳性和操纵 等带来不利影响，同时船体还会遭受额外的剪切力矩和扭转力矩，影响船舶安全。 ( 2 ) 过滤法 在压载操作过程中可以通过使用船上的过滤系统把一定大小的生物从压载水中分 离出来，从而起到防止和减少有害生物吸入的作用，省去了压载水更换和进一步的各种 处理弘7 1 。因为压载水注入和排出时的高流速和高流量，对处理设备的要求较高，过滤系 统的复杂程度和成本也会相应提高。而且当需从压载水除去的生物和颗粒尺寸变小时， 就需要有大面积的滤网来保证水流的畅通，并且应设置备用设备来保证处理的连续性。 这种方法依赖于生物的体积大小，对于海洋动物的处理效果可以达到9 6 甚至更高，但 对于细菌等微小生物的处理效果不好。 ( 3 ) 气旋分离法 这种方法是使液体和颗粒切向进入分离单元，形成一股环流。这些液体和颗粒接着 就从切向楔形槽流出并且加速进入分离器【2 8 】。离心作用使颗粒比液体更加靠近分离室的 外边界。这些固体颗粒就会慢慢地由边界处落下，聚集在分离单元的收集室，剩下的液 体由漩流的形式通过分离单元的上部出口流出，收集的固体物质k 期从分离单元清除或 连续的从分离器中流出，这样就达到了分离有害生物的目的。这种处法不仅可以破坏大 部分的多细胞动植物的幼虫和杀死压载水中大部分的有害微生物，而且还可以去除压载 水中舱底的大部分淤泥。旋流式分离法已被认为是一种相对简单，价格低廉的去除压载 水中较大颗粒和生物的方法。但是，当微生物的比重与海水相接近时，旋流分离法受到 限制。 ( 4 ) 放电处理法 一9 一 船舶洁净压载水外来生物调查及灭活工程设计 这种方法是使压载水在两个金属电极间通过，电极间产生一个l m s l o k w 的电子脉 冲放电电流可以对压载水中的微小生物造成严重的物理破坏。这种发法存在电能消耗过 大，存在电腐蚀等缺点f 矧。 ( 5 ) 磁化处理 磁场处理【3 0 就是使被处理的水通过一个由铁磁设备或电磁设备产生的特定通量的 磁场，改变生物的有机和无机组分，杀死有害生物。这种处理方法对杀死钙质类无脊椎 动物比较有效，尤其是斑纹蚝。美国已把它应用在五大湖区的斑纹蚝处理上。 ( 6 ) 高流速损伤法 高流速损伤法是在压载水装入和排放时，使用高速的压载水泵可对大的生物造成机 械损伤并降低其存活率口1 1 。需要安装额外的动力设备，增加了成本。 ( 7 ) 紫外线照射法 这种方法是用波长为2 5 3 7 n m 的紫外线对压载水照射进行。水中微生物一旦受到紫 外线照射，核酸将吸收紫外线照射的能量，致使d n a 分子发生变异，从而引起微生物 体内蛋白质和酶的合成障碍，从而导致细胞死亡1 3 2 。研究显示，大多数细菌、病毒仅接 收相对较低强度的紫外线照射，当照射强度达到1 0 0 0 0 w ( e m 2 s ) 的剂量时，细胞便会被 不同程度破坏而死亡。由于穿透力较弱，仅能处理较薄的水层，而且受船舶压载水的色 度、浊度、有机物和盐类等参数的限制，不适合大规模的船舶压载水处理，只能应用于 小型船舶的压载水处理。 ( 8 ) 超声波法 超声波可产生热量、压力波的偏向，形成半真空或半真空状态，声波在气泡存在的 条件下产生强烈的剪切压力，从而可以杀死压载水中的微生物。由于超声波处理量有限， 能耗很大，至今还没人做过可行性试验【3 3 】。 ( 9 ) 加热处理 从最新的研究来看，4 0 c 4 5 c 通常可以杀死或抑活压载水中有害水生物【3 4 】。低温 长时间比高温短时间更有效。温度在3 8 * ( 2 5 0 c 时，加热持续时间为2 - - - 4 小时，可杀 灭大部分生物，但是如果生物是以休眠孢子的形式存在的话，可能忍受这样的处理，并 在合适的条件下萌发生长，这样就需要更高的温度才能杀灭。加热压载水有3 种途径： 将水蒸气通入压载水、用船引擎余热或采用微波法。加热处理压载水的研究，有以下结 论：压载水中的新月菱形藻，在水温3 8 c 时，2 h 后致死；中肋骨藻在水温4 5 c 时，4 h 后致死；原生动物在水温5 0 c 时，2 h 后才致死；不同的生物对温度的反应不同。此法 大连理工大学专业学位硕士学位论文 虽然被认为是一种具有潜在吸引力的方法，但存在处理时间长、能耗过高、热应力影响 船舶航行安全等难以解决的问题。 1 3 2 化学处理技术 ( 1 ) 氯气 在水溶液中，卤素( 包括氯、溴、碘) 是非常高效的消毒剂，其中氯气在污水消毒 中应用最为广泛1 3 5 1 。 氯气溶于水时，与水反应生成次氯酸，次氯酸可以快速进入细胞膜，破坏细胞组织， 从而杀灭细菌等微生物。氯气作为一种强氧化性消毒剂，由于其杀菌力强、成本低、使 用简单，是目前自来水、污水消毒中应用最广泛的消毒剂，已经积累了大量的实践经验。 但随着水质分析技术的发展和完善，发现液氯消毒也有以下缺点：氯会与水中腐植酸类 物质反应形成致癌物( 卤代物) ；氯会与酚类反应形成具有怪味的氯酚；氯与水中氨反 应形成消毒力低的氯氨，排入水体后对鱼类有危害；同时氯气属于化学危险品，其运输、 储存、使用的安全管理要求较高，需配备事故应急预警措施。 ( 2 ) 二氧化氯 二氧化氯是一种黄绿色到橙色的气体，具有与氯气相似的刺激性气味。易溶于水， 溶解度约为氯气的5 倍。纯二氧化氯的液体与气体性质及不稳定，在空气中的浓度超过 1 0 时有爆炸的危险性，因此二氧化氯不能象液氯一样装瓶运输，需在现场现制现用【3 6 1 。 通常按照原料与制取规模的不同，制备方法有电解法、氯酸钠法、亚氯酸钠法。用于污 水消毒的制备方法一般采用亚氯酸钠法。与其它消毒剂相比，二氧化氯消毒的优点很多， 如：二氧化氯能直接氧化水中的腐殖酸类物质，不与其形成三卤甲烷等氯化物，大大减 少消毒后水中的副产物含量；二氧化氯在水中不发生水解，不与水中的氨氮反应，杀菌 效力不受水中p h 值和氨氮浓度的影响；二氧化氯发生器已形成商品化装置，以盐酸和 亚氯酸钠为原料，现场使用现场制备，使用非常安全1 3 7 1 。 ( 3 ) 臭氧 臭氧是一种氧化性非常强但不稳定的氧化剂，氧化还原电位高达2 0 7 v ，它能快速 杀灭病毒和细菌，包括孢子，且不存在二次污染问题。0 3 很快分解为氧，当水温2 0 时，其在水中能存在时间小于3 0 分钟。这个过程依赖于0 3 的现场产生，通