第八章1船舶大气污染

1、第八章 船舶大气污染 所谓空气污染，根据国际标准化组织（ISO） 做出的定义：“通常是指由于人类活动和自然过程 引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达 到足够的时间，并因此而危害了人体健康，舒适感 或环境”。 一、船舶在营运过程中会出 现一些特殊的大气环境污染 问题，通常表现为： （1）运输散装货物的船舶 在港口储存和转运过程中易 产生粉尘和石油及化学品蒸 气，从而对港口附近局部区 域大气环境产生明显不利的 影响； (2)船舶发动机以及锅炉等设备燃烧燃料后的废气 排放污染，该污染物质的长期排放造成的大气污 染后果严重，随船舶的航行自然而然的形成了了 流动的污染源; (3)船舶目前使用的含

2、氯氟烃（氟利昂CFCs）及 其它卤化物的制冷剂和灭火剂，由于技术性或事 故性的泄漏而对大气环境的长期危害； （4）船舶所承运的有毒有害气体泄漏扩散而 造成的大气污染。 二、船舶对大气污染的危害 船舶排放的废气主要由NOX、SOX、COX、 VOC（挥发性有机化合物volatile organic compounds)等，其中NOX与SOX对环境和人类 的影响最大。特别是SO2排放后，在大气中的 氧化过程，并于云中的水雾结合形成的酸雨， 对植物的生长将产生严重的危害。而NOX排放 的主要成分是NO，它亦会在大气中氧化而形 成酸雨，对人类及动物产成的危害和影响是极 其严重的。NO是无色并且具有轻度

3、刺激性的 气体，它在浓度低时对人体健康无明显影响， 高浓度时会造成人与动物中枢神经系统障碍 尽管NO的直接危害性不大，但NO在大气中可以 被臭氧氧化成具有剧毒的NO2 ，NO2吸入人体后 会造成血液的输氧能力下降，在NO2含量超过一 定标准的环境中停留时间过长的话，还会使人因 肺气肿而死亡。同时，氮氧化物还是形成光化学 烟雾的起因物质之一。 据挪威向国际海事组织提供的资料表明，船舶每 年排放NOX达602万吨，占世界排放总量的7； SOX达634万吨，约占世界排放总量的4，船舶 大气污染应经到了不容忽视的地步，特别是在港 口、海峡和一些航线密集、船舶流量大的海区， 船舶排放废气甚至成为该地区的

4、主要污染源。 COX主要成分是CO和CO2， CO2作为全球温 室气体（GHG）中的主要成分，主要会 造成全球温室效应。 CO无色、无味，但有毒，与血红蛋 白结合，使人慢性中毒。主要表现为中枢 神经受损，造成记忆力下降等。 HC：主要包括未燃或未完全燃烧的燃油、 润滑油及其裂变产物，简称未燃烃。 危害：使造血机能破坏，造成贫血、神经 衰弱，并会降低肺对传染病的抵抗力。 HC与NOx在阳光紫外线作用下，经光化学 反应产生光化学烟雾。 PM：柴油机排气微粒，对人体健康危害性与其 粒径有关，粒径越小，停滞于人体肺部、支气管 的比例越大，对人体危害越大。 VOC的主要成分有：烃类、卤代烃、氧烃和氮烃，

5、 它包括：苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有 机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等。 通常所说的墙面漆中对人体有害的化学物质（重 金属除外）就是指VOC。这些挥发性有机化合物 包括甲醛、氨、乙二醇、酯类等物质。当房间里 VOC达到一定浓度时，会引起头痛、恶心、呕吐、 乏力等症状，严重时甚至引发抽搐、昏迷，伤害 肝脏、肾脏、大脑和神经系统，造成记忆力减退 等严重后果。 三、船载液体货物蒸汽污染 船舶运输的三大液体散货是：石油、化学 品、液化气，其中石油包括有原油、成品油（ 汽油、煤油、柴油）和油渣等，其运输量占整 个液态散货的70%以上：液化气是指在常温常 压下为气态需要加压或冷却而转变为液

6、态储运 的化学品。目前，我国海运散装化学品的品种 已大数十种。 液体散货运输中存在的大气污染问题主要是：在 货物转运和存储过程中，产生石油、成品油及各 类液体化学品蒸气，其扩散会对港口大气环境造 成一次及二次污染。近年来随着石油储运量的大 幅提高，一些大型油港大气环境中烃类指标逐年 上升，其中，单船装卸作业范围内空气中油气浓 度大大超过劳动安全卫生标准，作业高峰期港区 周围大气环境中烃类浓度数倍于环境允许浓度标 准。在化学品码头，当储运货种为光化学反应活 性较高的烃类时（如甲苯），光化学污染较为严 重。 此外，液体散货在水上运输和岸边储存过程 中的溢出、泄漏事故存在潜在的污染风险。许多 液体散

7、货在溢出、泄漏后，因暴露于空气中而挥 发。以石油为例，在2-3天内的挥发率可达20%- 70%。假定一个中型溢油事故的溢油量为200吨， 则挥发进入空气的速率很有可能大于100kg/h。 泄漏事故中的蒸气扩散将有可能造成短时期的空 气污染与生态损害。因此，坚强防止各类事故发 生的措施，加强污染监测和模拟预测，制定相应 的应急反应计划，加强事故预防和应急反应能力， 完善水上安全监督管理体制，是避免事故发生或 事故发生后减轻污染损害的重要防治对策。 第二节公约及法规关于防止船舶大气污染的要求 为了有效控制和防止船舶对大气环境所造成 的污染，国际海事组织（IMO）在1995年9月召 开的IMO 第3

8、7次环保会（MPEC37）上，在 MARPOL73/78国际公约原有的5个附则的基础上， 又增加了附则防止船舶大气污染规则，并于 1997年正式通过。 该附则是任选附则，其生效条件是要有不少 于15个国家参加，该15国所拥有的商船队的总吨 位之和不少于世界商船总吨位的50%。 按IMO秘书长提供,萨摩亚于2004年5月18 日加入MARPOL 73/78的1997年议定书(附则大 气规则)。该议定书、附则达到生效条件,即 2005年5月19日后,议定书生效，2006年8月23日 在我国生效。 我国大气污染物综合排放标准也于1997 年开始实施。严格履行国际公约中所规定的义务， 贯彻和落实国家的

9、有关政策法规，加强船舶营运 环境的规划和管理，研究适合我国具体情况的技 术和对策，是防止和控制船舶造成大气污染的坚 强保证。 ， 氮氧化物，排量限制： 第级：2000年1月1日至2011年1月1日前建 造的船舶:（1）17.0g/（KWh），n130rpm （2）45.0 X n-0.2，130rpm n 2000 rpm （3）9.8g/(KWh), n2000 rpm 第级：2011年1月1日或以后建造的船舶： （1）14.4g/（KWh），n130rpm （2）44.0 X n-0.2 /（KWh）， 130rpm n 2000 rpm （3）7.7g /（KWh）， n2000 rpm

10、 第级：2016年1月1日或以后建造的船舶： （1）3.4g/（KWh），n130rpm （2）9.0 X n-0.2 /（KWh）， 130rpm n 2000 rpm（3）2.0g /（KWh）， n2000 rpm 硫氧化物（SOx） 2012年1月1日以前：4.5%m/m 2012年1月1日以后：3.5%m/m 2020年1月1日以后：0.5%m/m 船舶在硫排放控制区域内： 2010年7月1日以前：1.5%m/m 2010年7月1日以后：1.0%m/m 2015年1月1日以后：0.1%m/m 第三节 船舶废气排放与污染控制技术 （一） 控制SO2 排放量的措施 目前， 减少SO2 排

11、放量的主要方法有： （1）使用低硫燃料；（2）石油脱硫；（3） 排烟脱硫。方法（1）受到了地球资源的限 制，人类可以积极采取的对策便是（2）、 （3）两种方法。而现今大多数船舶一般采 用的控制措施为使用低硫燃油和脱硫燃油。 船舶排烟脱硫处理必将是今后船舶环境下防 止SO2 污染大气的主要发展方向。 1.石油的脱硫技术 主要采用的是氢化法，利用触媒(钴-钼、镍 -钨)在高温高压的条件下，使石油中的硫分与氢 反应形成硫化氢来脱硫的。 2.排烟脱硫技术 排烟脱硫法分为湿式法和干式法两种。湿式 法又包括：石灰石膏法、氢氧化镁法、碱性水溶 液法等。 干式法指的是活性炭法。湿式法大约 占90，其中大容量的

12、火力发电用石灰石膏法， 而其它行业用氢氧化镁法占据主流。与湿式法相 比，干式法中的活性炭法因活性炭的价格高，导 致其经济性差，使用受到限制。 二 船舶NOX排放控制技术 NOX包括NO、NO2、N2O2等，其中对环境 危害最大的是NO和NO2。通常所提及的氮氧 化物的污染，即指NO及NO2污染。在柴油机 的排气中，NO2的浓度仅占5%，而N2O2的浓度 更低，因此主要研究的便是氮氧化物NO。 高温、富氧和氮与氧在高温环境中长时 间停留，是柴油机燃烧过程中促进NO生成的 三要素。 船舶柴油机NOX排放的控制措施大体可分为燃 料预处理、工作过程处理和排气后处理三类。 其中预处理可分为：采用低氮燃油

13、或甲烷等 低氮燃料、燃油乳化等；过程处理包括：废 气再循环、喷油定时延迟、改变喷油器参数 及燃油-水分层喷射；后处理包括：废气再 燃烧处理和催化还原法处理。 下面对目前船用柴油机常用的控制NOX排放的措施 加以重点说明。 1.燃油乳化 燃油掺水乳化能较大幅度地减少NOX。标准 设计的发动机满负荷时可以加入20%的水。使用 乳化后的燃油将对NOX的生成量和燃油的消耗率 产生一定的影响，其影响程度随机器型号的不同 而不同，但在一般情况下，增加一个百分点的水 将减少一个百分点的NOX。 局限性：水和重质燃油的乳化比较容易进行，也 比较稳定，但水与柴油、轻质柴油的乳化比较困 难，沿海航行需要强制采用低

14、硫燃油时，如果要 采用燃油掺水技术，就需要设置专门的乳化装置 2.废气再循环 废气再循环EGR（ Exhaust Gas Re- circulation ）是指让发动机的一部分排气引回 进气管，与新鲜空气混合后作为工质参加气缸内 的热循环。EGR作为控制NOX排放的一项有效措施， 越来越受到重视。 废气再循环能使排气中NOX的浓度下降的原 因是： （1）废气能使燃烧时反映混合物中的氧含量显著 降低。 （2）废气中含有较多的水蒸气和二氧化碳，二者 的比热比空气大，会使燃烧过程所达到的火焰温 度降低。 引入再循环的废气均需要冷却处理，使其温度降 低到大约160-180范围后，再经过过滤等清 洁处理

15、，方允许引入气缸再循环使用。 优点：废气净化效率高，能有效降低NOX的排放 ，结构简单，处理经济，便于使用；操作方便， 易于控制。 缺点：如果使用不当，会招致冒烟和其它有害污 染物的增加；另外，循环废气会造成润滑油的污 染及发动机的磨损。 3.延迟喷油定时 延迟喷油定时是在燃烧过程中降低NOX发生 量的简便、有效的改进方法。延迟喷油定时的作 用主要是使燃料燃烧所形成的温度颠峰值降低， 但会使油耗率略有增加。 通过调整喷油规律，减少上止点前喷入气缸 的燃油量；或者调整气阀正时，降低最高燃烧温 度和压力； 另外，改进喷油器结构，如减小喷油器压力 室容积，改动喷油嘴喷孔数目、孔径和长度等。 4.燃油

16、-水分层喷射 燃油-水分层喷射SFWI（Stratified Fuel- Water Injection）系统，它与燃油掺水乳化来 加水的方法不同，在柴油机的喷油阶段，该系统 将水送至喷油器，使油和水分层喷入气缸，以降 低火焰温度。 该系统给水量是由一个控制器根据发动机的 负载和NOX所需削减水平来控制的，船舶环境下， 造水机的容量要相对增大，同时由于不能加入任 何防锈剂，所以必须对供水系统的防锈问题加以 充分考虑。 5.选择性催化还原法SRC(Selective Catalytic Reduction) 用氨作还原剂对含NOX的气体进行催化还原 处理，使氨能有选择地和气体中的NOX进行反应，

17、 而不和氧发生反应，称为选择性催化还原法。 优点：效果好，可除去高达95的 NOX，部 分烟气和碳氢化合物亦会被SCR中的反应器的氧 化作用除去。 缺点：SCR系统装置尺寸大、初投资成本稍 高、运行费用高，在负荷变化时难以适当地控制 喷入量，另外，在船舶环境下，还原剂的装卸、 储存和安全方面都是不容忽视的问题。 第六节 粉尘污染及其防治措施 一 、粉尘污染情况 散装船舶在装卸转运储存过程中而产生 的、易于粉尘散发的主要物质是：煤炭、散粮、 矿石、散盐、散化肥、砂石、散木材等。 其中煤炭、散粮、矿石是主要的三大固体散 货，由此产生的粉尘污染问题比较严重，主要是 发生在船舶的装卸港口，污染严重时会

18、造成港口 附近局部区域空气混浊、能见度下降。 港内最易产生粉尘的环节有： （1）各种装卸机械联合作业转接处高差落料细 微颗粒随风飘扬； （2）装卸机械在舱口处抓斗抓放、起吊提升、 漏斗落料、皮带机转接输送； （3）斗轮机堆料取料，皮带机入库或下放装船 （4）堆场堆料表面随风扬尘； （5）残留物清扫扬尘。 粉尘的扩散速率与气流脉动速度、空气稳定 度、悬浮高度、粒径大小、比重、湿度、货种、 地表状况、装卸工艺设备、作业情况等多种因素 有关。 煤炭、矿石港口的装卸工艺大多为露天装 卸和堆存，因此装卸存储方式、工艺设计环境保 护水平、物料特性（如：粒度分布，含水量等） 和气象因素是决定粉尘污染程度的关

19、键因素。目 前的港口设计一般能够做到：在皮带机转接处加 以局部半密封，皮带输送机加防尘罩。散粮装卸 工艺大多为密闭装卸和筒仓储存。当设备密封性 差、吸尘系统出现故障时，由于粮食粉尘含水量 低、比重轻，所形成的积尘极易构成二次扬尘。 二 防止粉尘污染的措施 目前防止港口粉尘污染一般有以下几种形式： （一） 湿法防尘 湿法防尘主要是对堆场喷水已达到防尘目的。 煤炭和矿石表面若含水率高、湿度大，则起尘率 减少。当表面含水率超过6%时，可保证基本不起 尘;其次，喷水水雾与扬尘结合，增加了粉尘重 量和微粒相互间的粘结，促使扬尘迅速沉降。由 于具有控制起尘和抑制扬尘双重作用，因此喷水 除尘的除尘率一般可达

20、80%。 为提高喷水降尘效率，一般要求水雾液滴与 粉尘颗粒粒径相等或接近，这样更利于他们之间 的粘结。水滴太大，比表面过小，则与粉尘结合 率小；水滴太小则易于蒸发而起不到降尘作用。 喷水除尘优点：简单易行，投资少，效果好，维 修使用方便。 喷水降尘缺点：用水量大，海港均由城市供水管 网供应生活用水，因此单靠生活用水难以满足要 求。其次，北方港口冬季无法解决防冻问题，因 此将近3个月喷水设备不能运行和使用，达不到 要求。此外，喷水防尘易使排水变黑，形成二次 污染，而且也会不同程度地造成物料流失。 近年来在喷水降尘基础上，发展出各种各样 的除尘方式，均比常规除尘效率高。 1 磁化水除尘 把水通过强度为2200奥斯特的强磁场后，使 水磁化，可提高喷水降尘效率。磁化水流速为 0.30.5m/s,降尘效率最高。对煤炭粉尘可以提 高降尘效率2.8倍，对矿石粉尘可提高23倍。 2.湿润剂除尘 湿法作业主要用水除尘，但粉尘都有不同程 度的疏水性，且不易被水湿润，因而降低了除尘 率。添加剂的使用使得物料表面张力减小，湿度 增大，起尘量减小。对港口供水不足或当气象条 件受到限制时，采用加入添加剂具有突出意义。 这是目前国外煤炭转运港常用的防尘系统， 它的使用寿命长，防尘效率一般