船舶压载水排放处理技术研究

船舶压载水排放处理技术研究摘要本文通过分析现阶段在建船舶压载水处理的常用方法，对照IMO组织的《国际船舶压载水和沉淀物控制与管理公约》对船舶压载水管理的规定，结合当前船舶压载水处理技术的最新研究成果，通过对部分已获IMO组织认可的压载水处理设备分析对比，找出适合船厂及船公司在近期及远期满足压载水管理公约的最佳应对方案，结合本公司实际选择1700集装箱船的压载水技术方案。本论文主要工作和成果：1、对照IMO组织的《国际船舶压载水和沉淀物控制与管理公约》分析现阶段船舶压载水处理技术上采用的一些常用方法，跟踪船舶压载水处理技术的最新研究成果；对部分已通过IMO组织认可的压载水处理设备的进行分析对比；2、通过综合分析比较找出船厂及船公司在近期及远期满足压载水管理公约的最佳应对方案。3、结合本公司成熟船型1700集装箱船的实际情况,使公司以最低成本选择压载水处理技术方案。关键词：船舶压载水排放国际公约环境保护IMO组织TheStudyofTechnologyfordischargeofshipballastwaterABSTRACTThisarticleaimstofindoutthereasonabletechnologyfordischargeofshipballastwaterthroughwhichshipyardandship’sownercanmeettherequirementsofInternationalconventionforthecontrolandmanagementofships'ballastwaterandsediments,andchooseballastwatertechnicssuitforourcompany.AccordingtocollectingandanalyzingnormalTechnologyfordischargeofshipballastwaterduringshipbuildingandinaccordancewithrulesofInternationalconventionforthecontrolandmanagementofships'ballastwaterandsedimentsissuedbyIMO.cashing.andfollowupthenewtechnologyfordischargeofshipballastwater;andanalysetheequipmentsforballastwaterapprovedbyIMO.Thepapermakestheconclusion:1.ToanalysesomenormalmethodoftechnologyfordischargeofshipballastwaterduringshipbuildinginaccordancewithrulesofInternationalconventionforthecontrolandmanagementofships'ballastwaterandsediments,issuedbyIMO,andfollowupthenewtechnicfortechnologyfordischargeofshipballastwater;andanalysetheequipmentsforballastwaterapprovedbyIMO.2.TofindthereasonabletechnologythroughwhichourcompanycanmeettherequirementsofInternationalconventionforthecontrolandmanagementofships'ballastwaterandsedimentsandowner,andchooseballastwatertechnicssuitforourcompany.3.Tochoosetechnologyfordischargeofshipballastwaterof1700TEUwhichiseconomyforourcompany.Keywords:dischargeofshipballastwater;Internationalconvention;environmentprotection;InternationalMaritimeOrganization目录第一章概述………………………11-1本文研究的背景和意义…………………11-2本文的主要研究内容…………………2第二章IMO组织对压载水管理的国际公约…………………32-1《船舶压载水管理国际公约》制定的目的…………32-2《船舶压载水管理国际公约》的适用范围……………32-3《船舶压载水管理国际公约》的时效性………………42-4压载水管理国际公约中船期国的管理…………………62-5压载水管理国际公约下港口国的管理………………82-6压载水国际公约下船公司的规范管理………………10第三章现阶段压载水处理的常用方法及研究成果…………133-1船舶压载水更换的三个阶段…………133-2现阶段船舶压载水处理的常用方法……133-3现阶段压载水处理技术研究成果……20第四章已通过IMO最终认可的一些压载水处理设备……244-1Cleanballast系统……………………244-2PurBHeallast系统…………………264-3Venturioxygenstrippingtmballast系统…………30第五章船厂及船东对压载水处理设备的选择……………345-1各压载水处理设备的特点分析………345-2船厂和船公司对压载水处理技术的要求……………355-3新造1700TEU集装箱压载水处理技术方案………36第六章总结与技术展望…………416-1论文主要工作…………416-2压载水排放处理技术展望………………41参考文献…………42致谢………………44已发表论文………………………45上海交通大学工程硕士论文船舶压载水排放处理技术研究PAGE45 -- 概述 水面航行的船舶，船体露出水面的面积很大，容易受到风浪的袭击，如果重心过高，船舶不但摇晃厉害，严重的甚至可能颠覆。为保持其行使平稳，必须增加船舶吃水，降低重心，使船舶处于适航状态。在古代船舶常用石头、砂子或者重金属如铅块、铁块等来压舱。到20世纪初随着水泵的出现，水的摄取及排放变的非常方便、快捷，水就取代了固体压舱物成为船舶压载的主要载体。由于船舶在运输过程中装载的货物重量发生变化，压载水量需要根据不同的装载重量进行适当调节，这样就给本地带来了其它水域的水，从而导致本地水资源的污染。1-1本文研究的背景和意义近年来随着科学技术的进步和世界经济贸易的蓬勃发展，每年新增船舶数量及装载量的进一步飙升。全球80%的货物由船舶转运，全球每年运转的压载水大约有100亿吨左右。每天有3000~4000种生物物种随船舶压载水在全球范围内传播。压载水排放不仅携带引起人类身体健康的有害细菌，如：霍乱菌、大肠杆菌、肠球菌等；部分生物种类甚至会引起当地生态带严重危害甚至引发当地物种灭绝。80年代，中国的蛤侵入了加州的旧金山湾，不久就布满了这个巨大河口的底层，并摄取了水中绝大部分的浮游植物，而后者正是水体食物链的基础；在同一时期，欧亚斑马贝也侵入了北美洲，成为了美国和加拿大最主要的淡水附着生物，导致了数亿美元的损失，并引起了深刻的生态学变化；与此同时，一种美国梳水母也在黑海和亚速海定居下来，极大地改变了生态系统，消耗了大量浮游生物，引起渔业的崩溃；同是在80年代，一类能引起赤潮的日本甲藻在南澳大利亚出现，对当地商业水母的收获产生极大影响。因此船舶压载水的排放被全球环境基金组织确认为危害海洋的四大威胁之一。近几十年来，各港口国对海洋环境越来越重视，纷纷加强了对船舶压载水的监控。国际海事组织(IMO)对由船舶压载水引发的海洋环境问题也给予了高度重视，自二十世纪八十年代初就将解决船舶压载水问题纳入其海上环境保护委员会的议程，进行全面的研究。《1982年联合国海洋法公约》（UNCLOS）第196（1）条：“各国应采取一切必要措施以防止、减少和控制由于在其管辖或控制下使用技术而造成的海洋环境污染，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。”十多年来，IMO组织相继通过了多个指导性文件或大会决议案，以指导船舶压载水的控制和管理：1991年《关于防止船舶压载水引进有害水生物和病原体的指南》；1992年《生物多样性公约》；1997年《关于控制和管理船舶压载水，减少有害水生物和病原体传播的指南》；1998年《关于外来物种对生态系统、栖息地和物种的威胁》[1]。至2004年2月14日IMO组织通过了《船舶压载水和沉淀物控制与管理国际公约》，该公约对船舶压载水的排放技术标准有了明确的规定。公约共分为5个部分[14]:A部分为一般规定,包括定义、适用性、例外和免除的具体规定;B部分为对船舶的管理和控制要求,包括压载水管理计划、压载水记录簿、船舶压载水管理、压载水更换、沉积物管理、高级船员和普通船员的职责;C部分为对若干区域的特殊要求,包括附加措施、加装压载水的警告和有关的船旗国措施以及信息通报;D部分为压载水更换标准、压载水性能标准、压载水管理系统的认可要求、原型压载水处理技术及IMO对标准的审议;E部分为检查、证书颁发或签注、证书的格式和期限等方面的具体规定。我国最早就被IMO组织与UNDP（联合国发展计划署）、GEF（全球环保基金）选择为全球压载水项目管理的六个实施国之一。CCS船级社在2006年也出台了《船舶压载水管理计划编制指南》。远洋船舶压载水的物理净化处理技术已作为“十一五”国家科技支撑计划重点项目[11]。目前船舶压载水处理技术的研发已取得突破，一些压载水处理设备已得到IMO组织的最终认可。《船舶压载水和沉淀物控制与管理国际公约》将全面进入实施阶段，因此对压载水处理技术的进一步了解和研究，将是船舶设计研究院、造船及修船厂、船级社、船舶配套厂商、船舶营运公司等船舶相关行业的重要课题。1-2本文的主要研究内容解析IMO组织的2004年《船舶压载水和沉淀物控制与管理国际公约》对船舶压载水管理的规定；分析现阶段船舶压载水处理技术上采用的一些常用方法跟踪船舶压载水处理技术的最新研究成果；对部分已通过IMO组织认可的压载水处理设备的进行分析对比；通过综合分析比较，找出船厂及船公司在近期及远期满足压载水管理公约的最佳应对方案。结合本公司的成熟船型1700集装箱船，在船厂最低的生产设计成本下，选择适当的压载水处理技术方案。第二章IMO组织对压载水管理的国际公约2－1《船舶压载水管理国际公约》制定的目的由于国际船舶运输的全球性和海水的流动性，船舶压载水的排放并不是某个或几个船舶当事国能控制的。它必须对所有在国际航线上的船舶进行有效约束才能达到预期效果。IMO组织经过多年酝酿和各当事国充分的讨论，在2004年2月14日通过了《船舶压载水和沉淀物控制与管理国际公约》。它对于船舶压载水排放的控制具有深远的意义，它翻开了船舶压载水处理的新篇章。在公约中明确说明了制定该公约的目的：在进一步认识到一些国家已采取单边行动以防止、减少和最终消除通过进入其港口船舶而引入有害水生物和病原体的风险，在此广为关注的问题上，需要采取行动制订在全球范围适用的规则及使其有效实施和统一解释的导则，希望继续发展更安全和有效的压载水管理方法以不断地防止、减少并最终消除有害水生物和病原体的传播，决心通过控制和管理船舶压载水和沉积物以防止、减少和最终消除因有害水生物和病原体的传播而致的环境、人类健康、财产及资源方面的风险，并避免此种控制的有害副作用和鼓励相关知识和技术的发展，认为缔结《控制和管理船舶压载水和沉积物国际公约》可以最好地实现这些目标[1]。公约的最终目的是为了消除船舶压载水中的有害水生物和病原体的传播。2－2《船舶压载水管理国际公约》的适用范围《船舶压载水和沉淀物控制与管理国际公约》第三条规定了公约的适用范围[1]：1、除本公约另有明确规定，本公约适用于：(1)有权悬挂当事国船旗的船舶；(2)无权悬挂当事国船旗，但在该当事国的管辖下运营的船舶。2、本公约不适用于：(1)非设计和建造携带压载水的船舶；(2)专门运营于一当事国管辖水域内的该当事国的船舶，除非当事国认为该船的压载水排放将损害或破坏毗邻或其他国家的环境、公民健康、财产或资源；(3)根据一当事国的免除授权专门运营于其管辖的水域内的另一当事国船舶。如果此种做法将损害或破坏毗邻或其他国家的环境、公民健康、财产或资源，当事国不应予以授权。任何未同意此种授权的当事国应通知有关船舶的主管机关本公约适用于此类船舶；(4)除根据（3）未被授权的船舶外，专门运营于一当事国管辖的水域内或公海上的船舶，除非当事国认为该船的压载水排放将损害或破坏毗邻或其他国家的环境、公民健康、财产或资源；(5)本公约不适用于任何军舰、军用辅助船舶或当事国所拥有和营运的到目前为止只用于政府非商业服务目的的其它船舶。但是，各当事国须通过采取不妨碍其所拥有和营运此类船舶的操作性能的适当措施，保证此类船舶在合理和可行时符合本公约。3、对于本公约非当事国的船舶，各当事国须在必要时适用本公约的要求，以保证不给予此类船舶更优惠的待遇。从以上条款中可以了解到除非得到另一当事国的授权在且同一海域航行的船舶，所有国际航线上的民用运输船舶都适用于该公约。2－3《船舶压载水管理国际公约》的时效性由于船舶压载水处理技术在2004年还不能完全满足《国际船舶压载水和沉淀物控制与管理公约》，因此公约第18条中规定[1]：本公约应在其合计商船队不少于世界商船总吨位百分之三十五的至少三十个国家签署了公约并对批准、接受或核准无保留或按第十七条交存了必要的批准、接受、核准或加入文件之日起十二个月后生效。虽然船舶压载水处理技术在当时仍不成熟，但由于世界贸易的蓬勃发展，船舶压载水的排放已对海洋环境造成了严重危害，为了尽可能地降低船舶压载水排放带来的危害，IMO组织采取分步控制的方法,在附则《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》中把船舶压载水的排放控制标准分两步实施，即D-1标准、D-2标准：●D-1压载水更换标准[1]：（1）船舶按本条进行压载水更换，其压载水容积更换率应至少为百分之九十五。（2）对于使用泵入-排出方法交换压载水的船舶，泵入-排出三倍于每一压载水舱容积应视为达到第1款所述标准。泵入-排出少于压载舱容积三倍，如船舶能证明达到了至少百分之九十五容积的更换，则也可被接受。●D-2压载水性能标准[1]：（1）按本条进行压载水管理的船舶的排放，应达到每立方米中最小尺寸大于或等于50微米的可生存生物少于10个，每毫升中最小尺寸小于50微米但大于或等于10微米的可生存生物少于10个；并且，指示微生物的排放不应超过第2款中所述的规定浓度。（2）作为一种人体健康标准，指示微生物应包括：a)有毒霍乱弧菌（O1和O139）：少于每100毫升1个菌落形成单位（cfu）或小于每一克（湿重）浮游动物样品1个cfu；b)大肠杆菌：少于每100毫升250个cfu。从附则条款中看出D-1标准船舶压载水排放标准是通过加入深海海水对船舶压载水进行稀释处理的方法，它只是将因船舶压载水排放带来的危害降低到一定程度，还不能完全消除船舶压载水排放的种种危害，是船舶压载水处理技术发展过程中的一种过渡性的压载水排放标准；D-2标准则是船舶压载水排放控制的最终标准，它完全可以消除因船舶压载水排放带来的危害消除，使船舶压载水的排放安全、卫生。鉴于当时公约通过时船舶压载水处理技术的滞后性，IMO组织对于这两个标准的具体实施日期在附则B-3进行了明确规定[1]：1、2009年前建造的船舶：（1）压载水容量为1,500至5,000立方米（包括1,500和5,000立方米）时，2014年以前应进行至少符合D-1标准或D-2标准所述的压载水管理标准，此后应至少符合D-2标准所述；（2）压载水容量小于1,500立方米或大于5,000立方米时，2016年以前应进行至少符合D-1标准或D-2标准所述的压载水管理标准，此后应至少符合D-2标准所述。2、第1款适用的船舶，应在不迟于该船应符合其适用标准当年的该船交付周年日后的第一个中间或换证检验时符合第1款，以早者为准。3、在2009年或以后建造的、压载水容量小于5,000立方米的船舶，应进行至少符合D-2标准所述的压载水管理。4、在2009年或以后但在2012年以前建造的、压载水容量等于或大于5,000立方米的船舶，应按第1.2款进行压载水管理。5、在2012年或以后建造的、压载水容量等于或大于5,000立方米的船舶，应进行至少符合D-2标准所述的压载水管理。从B-3附则中知道2009年前建造的船舶只需满足压载水排放D-1标准，其后根据船舶的大小，要分别在2014年或2016年后完成满足压载水排放D-2标准的改装；对2009年后建造的压载水容量小于5,000立方米的船舶，要满足压载水排放D-2标准，压载水容量等于或大于5,000立方米的新造船舶，要在2012年满足压载水排放D-2标准。2－4压载水管理国际公约中船期国的管理[8]根据压载水公约的规定,除了基本义务之外,船旗国管理的具体职责主要体现在四个方面:压载水管理系统的型式认可；原型压载水处理技术项目的审批；船舶压载水管理计划的审批；对船舶的检验和发证。1、压载水管理系统的型式认可（1）一般压载水管理系统的型式认可。《压载水管理系统认可导则》(G8)[1]为压载水管理系统的性能评估建立了一个整体的框架,旨在为主管机关和生产商提供用于评估压载水管理系统是否满足压载水公约的压载水性能标准(D-2标准)的方法,包括压载水管理系统、处理设备和监控设备的技术规定,对认可程序需要提交的文件的一般要求,认可和发证程序,安装要求以及安装检验和委托程序等；并且在附则部分列出了压载水管理系统测试和性能的具体规定。主要从操作的安全性、有效性以及维护和检修的便捷性等方面作出了规定,包括对危险性物质的使用限制、监视压载水管理系统是否正常工作的报警装置的安装、易磨损部件的位置和维护、对系统工作性能的校验等。压载水处理设备和监控设备是压载水管理系统重要的组成部分。G8要求压载水处理设备应当坚固耐用并适应船上工作环境,其操作和控制应当简单有效,符合安全规定。对监控设备的要求则主要体现在其对压载水处理量或处理强度的监视和调整等方面,还包括对压载水记录簿中所要求的关于压载水管理系统运行状况数据的记录、存储和读取功能。（2）型式认可和发证程序为了得到型式认可,申请者必须向主管机关提交充分的文件,以证明其申请认可的压载水管理系统已经准备就绪,并提出了合理、可行的测试要求和程序。要求提交的文件主要包括压载水管理系统技术手册、压载水管理系统图纸、与压载水管理计划相关的信息以及对环境和人体健康的影响等。经过文件评估后,压载水管理系统应根据G8附录第二部分《压载水管理系统认可的测试和性能规定》进行船上和岸基测试,这两者的先后顺序由主管机关决定。此外,压载水管理系统的电子电路部分还应当根据G8附录第三部分《压载水管理系统认可的环境测试规定》进行工作环境测试,以确保电子和电气设备的可靠性。对于一个在各方面都满足导则要求的压载水管理系统,主管机关可以对其签发型式认可证书。型式认可证书应当按照特定的格式签发,注明压载水管理系统的主要特征和限制条件,并且包括全面的性能测试备忘录和原始测试结果备份文件。主管机关也可以依据其他主管机关已经作出的型式认可签发型式认可证书。对于这种证书,应当注明实际实施型式认可测试的主管机关,并将原始测试测试结果的备份文件附后。涉及活性物质的压载水管理系统型式认可程序。有些压载水管理系统涉及活性物质或者含有一种或者多种活性物质的制剂,这类系统的型式认可程序与上述一般认可程序有所不同,还需要由IMO对其使用的活性物质或制剂的可接受性及其在压载水管理系统中的应用作出批准。《使用活性物质的压载水管理系统的批准程序导则》(G9)[1]规定了此类系统的批准程序。2、对原型压载水处理技术项目的审批根据《原型压载水处理技术项目批准和监督导则》(G10)[1]2.1条,“原型压载水处理技术”指依据压载水管理公约D-4条参与测试和评估,可能达到或者超过D-2压载水性能标准的综合系统。实际上,原型压载水处理技术是完整的压载水管理系统的雏形或样本,在压载水管理系统得到型式认可之前,生产商一般都需要对这种原型技术进行船上测试。为了给这种具有前景的原型压载水处理技术的研发和船上测试提供机会,附则D-4[1]允许参与此类项目的公约适用船舶延缓或暂停对D-2标准的适用。G10为主管机关提供了批准或者拒绝此类项目的指导以及在监督项目执行方面的职责。原型压载水处理技术项目的申请人应当向主管机关提交一份原型技术描述和项目实施计划。此外,还应提交原型技术可能达到或者超过公约D-2标准的证据。如果原型技术涉及活性物质或者含有一种或多种活性物质的制剂,则该活性物质或制剂应当按照G9规定的程序得到初步批准。主管机关对申请者提交的文件进行评估,并对符合导则要求的技术项目予以批准。得到批准的原型技术安装到船上后还应当经过安装检验。对于经检验符合批准要求的项目,主管机关依据压载水管理公约D-4签发《原型压载水处理技术符合声明》。3、《压载水管理计划》的审批《压载水管理计划》(以下简称《计划》)是指针对特定船舶编制的经过主管机关批准后存放于船上并能够为船上人员安全操作压载水管理系统提供指导的文书。制定《计划》的目的在于指导船上人员安全、合理地进行压载水管理和操作,确保船舶的压载水管理符合公约规定的管理标准。为了达到预期目的,所制定的《计划》必须实际、可行并易于操作;能够使船舶管理人员(包括船上和岸基人员)易于理解,并予以定期评审和更新;与船舶营运压载要求相一致。压载水管理计划的批准为了帮助各国政府、相关主管机关、船舶经营人、船东等在保证船舶安全的同时实施压载水公约,防止、减小并从根本上消除船舶压载水和沉积物引入有害水生生物和病原体的风险。4、对船舶的检验和发证根据附则E-1[1],压载水公约规定的船舶检验应由主管机关的官员进行。主管机关可以将该检验委托给指定的验船师或经认可的组织,并将被委托方的具体职责和授权条件通知IMO,以便IMO将该信息分发给其他当事国。船舶检验包括初次检验、换证检验、中间检验、年度检验以及附加检验。其中,中间检验、年度检验和附加检验都需要在证书上签注。主管机关在对船舶成功完成E-1条规定的检验之后应向其颁发《国际压载水管理证书》。应主管机关的请求,另一当事国也可以对船舶进行检验并对符合公约要求的船舶颁发(或授权颁发)证书并在适当时按公约要求对证书作出(或授权作出)签注。不能向有权悬挂非当事国国旗的船舶颁发该证书。证书的有效期一般不超过五年,但在以下两者情况下可以对证书进行展期:如果证书失效时船舶不在应进行检验的港口,为了使船舶完成驶往其检验港的航行,主管机关可以延展证书的有效期。任何证书的展期不得超过三个月,短途航行船舶的证书展期不得超过一个月;如果换证检验已经完成,但却无法在现有证书失效期前送到船上,则主管机关应当在现有证书上签注。此种证书从其失效日算起不超过五个月的新期限内被视为有效。对于换证检验,根据检验完成日期的不同新证书的有效期也有所不同。此外,即使证书还在有效期内,如果出现以下任何一种情况,证书也视为失效:对符合公约所必须的结构、设备、系统、配件、装置和材料作出改变、更换或者重大修理但未按附则对证书作出签注;船旗变更;未在E-1.1规定的期限内完成相关检验;未按E-1.1对证书作出签注。2－5压载水管理国际公约下港口国的管理[9]根据压载水管理公约港口国有权进行以下内容的管理：1、检查船舶证书和文件按压载水管理公约9.1规定,公约适用的船舶在另一当事国的港口或装卸站时,该港口国正式授权的官员有权检查船舶的证书和压载水记录簿;按公约B-1[1],每艘船舶都应备有经主管机关批准的压载水管理计划。2、压载水取样和检测分析按压载水管理公约9.1规定,港口国正式授权的官员有权根据相关导则对船舶压载水采样,同时也规定对样品分析需要的时间不能对船舶造成不当的延误。为了实施公约的这一规定,IMO正在制定压载水取样导则(G2)。该导则是针对压载水取样和分析为港口国监督提供的指导性文件。3、违章的调查和处理按压载水管理公约9.2规定,如果船舶未持有有效的证书或有确凿的证据表明船舶的实际情况或设备不符合证书内容,或船上人员不熟悉船上压载水管理的基本程序、或未实施该程序,则可以进行具体检查。如果船舶被查出违反本公约,港口国有权予以禁止,并采取警告、滞留或驱逐等措施。同时应将违章证据和采取的行动向船旗国提交报告。但在不对环境、人类健康、财产及资源构成有害影响情况下,港口国应允许船舶离开港口和装卸站实施压载水更换或驶往就近的修船厂或可用的接收设施。4、指定压载水更换区域按压载水管理公约B-4.2的规定,当船舶经过的水域不能满足更换压载水海域条件时,通过与相邻的或其他当事国协商,港口国应根据指定压载水更换区域导则(G14)的要求,指定船舶进行压载水置换的适当区域。拟指定压载水更换区域的港口国须根据国际法规定的权利和义务来指定压载水更换区域,在指定压载水更换区域时,当事国应尽量考虑和避免对国内或国际法律保护的水域,以及其他重要水资源包括具有经济和生态重要性的资源的潜在不利影响;还要考虑避免对船舶航行带来不利的影响。5、免除目的的风险评估按压载水管理公约A-4条规定,港口国可以在管辖水域给予该公约规定外的压载水管理(B3)或附加措施(C1)的免除,但应由船方申请并满足以下条件:●船舶航行在特定港口之间单个或多个航程;●有效期不超过5年、且应在该期间内审议;●船上没有混合其他来源地的压载水;●根据压载水风险评估导则进行了风险评估。港口国针对船舶的这种免除应不影响或损害毗邻的国家或其他国家,而且应在压载水记录簿上予以记载。6、包括紧急情况下的附加措施的提出按压载水管理公约C1规定,如果一个当事国单独或与其他当事国联合,认为有必要采取B部分以外的附加措施,来防止、减少或消除船舶压载水和沉积物传播有害生物和病原体,则该港口国可以根据国际法原则,对船舶提出附加措施的要求。紧急情况下采取附加措施的导则(G13)[1]为港口国提供了在采取附加措施时应遵循的原则。附加措施分为两种:在符合国际法原则下只要通知IMO;如果不符合国际法原则,应报IMO批准。7、要求压载舱清洗和维修港提供沉积物处理设施按压载水管理公约的规定,当事国承诺保证,根据IMO制定的导则,在压载舱清洗和维修的港口和码头,提供船舶沉积物接收设施。这种接收设施的操作不应造成船舶的不当延误,并对沉积物实施安全的处理,保证不影响或损害环境、人类健康、财产和资源。该条款还要求当事国应将设备不足的情况通知IMO,并由IMO转告有关的当事国。为使有一个全球一致的沉积物接收设施建造标准和与船舶的接口,IMO制定了沉积物接收设施导则(G1)[1]。按压载水管理公约B-5的规定,要求船舶根据压载水管理计划对压载舱内的沉积物进行清除和处理。8、操作性要求按压载水管理公约B-6的规定,高级船员和船员应熟悉压载水管理计划和在船上实施压载水管理中的职责。9、对于非当事国的船舶按压载水管理公约3.3条的规定,港口国应保证不给予有权悬挂非缔约国国旗的船舶比有权悬挂缔约国国旗的船舶更为优惠的待遇。10、例外和其他与环境保护有关的公约一样,压载水管理公约也规定了相应的免除条款。按压载水管理公约A-3条规定,在紧急情况下出于船舶安全和人命救助的目的,为避免或减少船舶和设备损坏以及船舶污染事故发生,对船舶免除压载水管理公约2.3条和C部分压载水管理的要求。2－6压载水管理国际公约下船公司的规范管理《船舶压载水和沉淀物控制与管理国际公约》通过后，中国CCS船级社在2006年出版了《船舶压载水管理计划编制指南》用于指导船公司船舶加强压载水管理计划的实施。《船舶压载水管理计划编制指南》是根据《国际船舶压载水和沉淀物控制与管理公约》制定的详细的、可进行实际操作的船舶压载水管理计划指引，它从船舶需配备的资料、船员的职责及培训、实施压载水管理的具体操作步骤及注意事项、安全评估、压载水管理报告的格及记录保存要求等全方位进行规范要求。该指南把船舶压载水管理作为一个单独的项目来进行控制和管理。使船舶压载水管理计划编制标准化，制定了统一的船舶压载水管理计划格式。使得船舶压载水管理既能很好地满足国际公约，又能方便各港口国的检查机构进行检查、验证。船公司方面在压载水管理中的具体规范要求如下[2]：1、船舶主要参数至少应收入以下详情：船名；船旗；船籍港；总吨位；IMO编号；船长（BP）；船宽；国际呼号；最深压载吃水（正常和恶劣天气）；船舶总压载容量（以立方米和船舶适用的其他单位计）；船上所用主要压载水管理方法简述；所任命负责压载水管理的高级船员身份（职级）。2、目录应有各节的目录以供查找该计划的相应内容。3、目的该部分应向船员就压载水管理目的和意义作一简介，说明需要进行压载水管理和需要保持记录的重要性。4、压载水系统图应附上压载水系统图。5、压载系统描述对本船的压载系统作一描述。6、压载水取样点指示管路和压载水舱取样点及出入点的清单和/或图表。注明压载水取样主要是授权机关的事情，除授权检查官明确要求并在其监督下外，不大可能需要船员取样。7、压载水管理系统的操作详细说明船上所用（各）压载水管理系统的操作。可引用产品使用计划。一般压载水管理预防方式资料。8、船舶和船员安全程序所用压载水管理系统的具体安全问题细节。9、操作或安全限制具体操作或安全限制细节，包括与管理系统有关且影响到船舶和/或船员的限制，并有压载水舱安全进入程序索引。11、船上所用压载水管理和沉积物控制方法说明船上所用压载水管理和沉积物控制方法细节及操作步骤。12、沉积物处置程序在海上和向岸上处置掉沉积物的程序。13、沟通方法在沿海国水域排放压载水的协调程序细节。14、负责压载水管理的高级船员职责指定高级船员的职责概述。15、记录要求每艘船舶均应备有压载水记录簿,并详细记录压载水摄入、排放和交换的时间、地点和数量。该记录簿所记录的事项应在船上保存至少2年,并在此后移交船公司控制至少3年。它可以用一种电子方式,也可以纳入其他的记录簿或系统中。在按规定排放或发生意外排放或异常排放时,应将排放的情况和理由记录在案。压载水记录簿应在所有合理时间随时可供检查;对于被拖带的无人船舶,可放在拖船上保存。每一压载水作业均应及时在压载水记录簿中作出充分记录。每一记录均应由负责有关作业的高级船员签字,船长应在填好的每一页上签字。记录簿中所记载的事项应用船舶的工作语文写成,如果使用的语文不是英文、法文或西班牙文,则应包括其中之一种文字的译本。如使用船旗国的官方语文填写记录,在发生争议或有不一致时,则应以该记录事项为准。当船舶在缔约国港口或离开码头时,经缔约国正式授权的官员,可在船上检查压载水记录簿,并可将经船长证实的副本留作诉讼时的证据。这种检查和取证应在不对船舶造成不适当延误的情况下从速进行。16、船员培训和所应熟知事项关于船员培训和所应熟知事项规定的资料。17、免除船舶按压载水管理A-4条获准的任何免除的细节。18、批准机构批准机构的情况和印章。第三章现阶段压载水处理的常用方法3-1船舶压载水更换的三个阶段[10]压载水的处理可在压载操作的三个阶段进行:1、离港前注入压载水时；2、到港后排出压载水时；3、在航行途中。不同阶段压载水处理方式不同。在第1、2阶段,大量压载水需在短时间内处理,因此流量相当大。在第3阶段，压载水储存在压载舱中,处理时间较充裕，处理系统的压载水流量可以低一些。1、离港前如果在港口内离开码头前进行压载水操作时处理压载水,必须考虑以下几点:(1)船舶操作时的安全性；(2)压载操作的时间和地点；(3)所涉及到的其它一些实际问题。如果在某些情况下不装、卸压载水也能保证船舶安全、高效地操作,那么就尽可能可以不装、卸压载水。2、到港后船舶到港后有时需要排放压载水,装、卸货时的压载操作则对压载水处理提出了严格的限制条件。串联处理设备既要满足流量要求，又要满足对它的空间和动力要求。除了要适应高速和大流量外,压载水处理系统还必须随时保持备用状态。因为在港内压载操作过程中,系统有时需要周期性的启动和停止,以使压载操作和卸货过程保持协调。3、航行途中根据船舶航线、下一航次港口及装卸货情况、船舶安全等各方面情况，在航行的途中进行压载水的调整来满足船舶的适航要求。这个阶段处理时间相对较长，但是要结合海况和天气情况来实施船舶压载水的调整。3-2现阶段船舶压载水处理的常用方法现阶段建造的船舶，压载水排放大部分采用的是压载水置换法，即在船舶到达特定区域或深海后对船舶的压载水进行置换，它的原理是：生活在淡水、河口的绝大多数的浅海生物是不可能在深海的环境下生存的，反之亦然；其次被排入到深海中存活的生物被其它船舶再吸入的可能性也很小。压载水置换法常用的方法有：顺序法、溢流法、稀释法。1、采用压载水更换法进行压载水处理时应尽量减少压载水造成的污染，在进行作业时应考虑：（1）在深海更换压载水,它是目前最可行和有效的方法。（2）尽量压入清洁的压载水,避免在浅水区域、夜间水底浮游生物往往向上游升压入压载水。（3）避免非必要的加载压载水和非必要的压载水排放。（4）要对压载水进行过滤,过滤掉体积较大的水生物。（5）对压载水中沉积物进行处理,延长沉积物悬浮时间,便于更换过程中排出,经常清洗压载舱底沉积物。（6）对压载水进行各种消毒处理。（7）将压载水保留在船上或接人岸上专用接收设备。（8）船长应向当地港口的船舶代理或相关部门了解该港口有害水生物和病原体蔓延区域、流行浮游生物开花的区域、附近的污水排放口、附近的疏浚作业、潮汐流变浑浊的时间、潮汐涌人较差的区域。2、顺序法（empty/re-fillmethod）又称排空法或逐一更换法[4]，是指先将用于装载压载水的压载舱抽空，然后用替换的压载水重新注满的过程，以达到置换率至少为压载水体积的95%。图3-1顺序法置换压载水示意图（Figure3-1diagramofempty/re-fillmethod）（1）采用该方法进行压载水更换操作时，要注意以下事项：a)采用顺序法的压载水交换过程要求在船舶动态状况下排出并注入大量的压载水。该压载水交换程序，因在海上附加载荷，取决于海况，可能同时影响船舶结构。b）压载水交换顺序应至少证实取自于批准的稳性手册的载荷的下列典型工况：●正常压载工况和重压载工况；●包括船上最大压载水容量的装载工况；●具有良好安全极限的典型压载装载工况；●具有临界稳性、进水位置和/或强度的船上压载装载工况。C)压载水交换顺序应为每个步骤概述每一步骤开始和结束的下列信息：●每个压载舱的压载水容量；●涉及的泵；●估计的时间范围●在可允许值范围内的强度值；●考虑注入或排出过程中自由液面影响的稳性资料；●船首和船尾的吃水值；●其他资料。d)建议在每进行对应的交换步骤后，恢复原状态。通过考虑船舶位置、气象预报、机器性能和船员疲劳程度后，决定是否进行下一个步骤。如果认为任何一个因数存在不利影响，压载水交换过程应予以中止或暂停。e)由于不对称的排空或注入，应考虑横倾影响，以使所有步骤能使船舶处于正浮状态。实际操作必须予以控制，以使在抽吸过程中不发展倾侧。f)步骤必须符合纵倾和吃水的要求，以避免在压载水交换过程中出现砰击和螺旋桨出水现象，并保持驾驶台可视距离在允许的极限范围内。g)如同注入时应避免超压状态一样，由于排空，应避免压载舱内过度的真空状态。h)每一步骤应核查船舶强度和最小稳性要求的符合性。(2)在进行顺序法更换船舶压载水时要遵循以下程序：a)制定严格的置换计划首先根据压载水管理的要求,依据装载仪和稳性手册预先制定出更换压载水的计划。该计划要分步骤进行,在每一步的置换过程中要严格满足船舶的稳性并注意自由液面对稳性的影响。每一步置换计划所产生的弯矩、剪力值不能太大,最大不超过80%。对于老旧船,更应该将弯矩、剪力值控制在较小的范围内。b)控制船舶吃水差在压载水置换过程中,要注意控制船舶保持适度的吃水差,让螺旋桨完全浸没在水中,防止发生飞车现象,使得压载水的置换不影响船舶的航行。同时也要使得驾驶台盲区符合要求。螺旋桨的沉深率和驾驶台盲区是一对矛盾的因素:要想有较好的沉深,则驾驶台盲区就可能超出范围;如果要使驾驶台盲区较小,则螺旋桨就有可能露出水面。故两者应协调考虑,保持适当的吃水差,使两者适中。c)宜采用对称更换对于各个压载舱的置换,配载软件计算的总纵强度是船舶静止状态下水平和垂直的剪力、弯矩值,所以换水时应该对称更换,即将某一舱压载水左右一起排空或注入。而不能为了满足所谓的船舶强度,而采取诸如排1舱左和5舱右,这时看起来弯矩、剪力满足要求,但对船体产生的扭矩会损伤船舶,而又无数据显示其大小,故不能采取。另外,不能同时操作太多的舱室,也不能对不同的舱室采用排出和注入同时进行的方法。d)禁止在大风浪中置换压载水在压载水置换过程中,应注意天气的影响,禁止在大风浪中更换压载水,风暴舱压载水的更换更应在风浪小时进行。大风浪产生较大的波峰和波谷,使得船舶在海水中的受力点变得不确定,容易造成船舶较大的中拱和中垂现象。如果在这个时候置换压载水,容易使中拱和中垂现象加剧,对船舶的损伤是非常严重的。e)谨慎操作风暴舱压载水的置换一般装载手册中都有对风暴舱进行压载的简要说明,大部分船舶的风暴舱禁止压载20%～90%,最好压满。所以在压载水置换过程中,应先将风暴舱压载水排至20%以下,再将其相对应的原空着的上下边柜压满(因为当风暴舱压满水时,其对应的上下边柜一般是空的,如果不空,则船舶的总纵强度可能超出范围),之后再将风暴舱彻底排净,更换干净的压载水。压水过程与排水过程相反,即先将风暴舱压至20%以下,再将其相对应的上下边柜排空,之后再将风暴舱彻底压满。这样操作一般不会使弯矩、剪力值太大,且满足要求。而如果将风暴舱一次性排空,大多数船舶的弯矩、剪力值都会超出范围。(3)顺序法的特点：由于排放压载水能够改变船舶的吃水差以及船舶的稳性，同时对船舶的固有剪力和弯矩也会产生影响，因此它的每个压载水舱舱容不能太大，这势必要增加压载水舱的数量；它还需要仔细计划和监控，做好精确的计算，确保每一步都能够保证船舶整体和局部强度，稳性和吃水差维持在允许的范围内；并且需要考虑动态负荷影响，要考虑吃水差的变化是否会造成船上货物移位。a)优点：能够比较彻底地对压载水进行有效置换，在三种置换方法中该方法是更换最彻底的一种，完成的压载水置换的时间较短。b)缺点：由于受自由液面的影响和排空过程船体重心的变化,均会导致船体稳性减少,同时还会引起吃水差的变化。不利的吃水和吃水差对船舶的操纵性、抗风浪性等均会造成不利影响。另外,在船舶压载舱的泵人和排空过程中,由于船体载荷的变化而导致船体受力变化,船体总纵弯矩和剪切力有可能超过船体强度的允许值或产生扭转力矩,使船体产生剪切与弯曲、扭曲变形。还有,当海况恶劣,船体纵横摇剧烈时,这些泵人或排出的不满舱压载水,对压载舱内部构件产生很大的冲击,使压载舱内部结构变形,甚至损坏。特别对老龄船和船体结构差的船舶来说,在恶劣天气使用此种方法的危险性是相当大的。2、溢流法（flow-throughmethod）又称注入顶出法，是将替换的压载水泵入用于装载压载水的压载舱，而允许水从溢流口或其他装置流出的过程。采用该方法时，在深海由泵向已注满的压载水舱注水，让水溢流，至少应以3倍该舱容积的水量流经该舱。图3-2溢流法置换压载水流程示意图（Figure3-2diagramofflow-throughmethod）(1)采用该方法进行压载水更换操作时应遵循以下原则[5]：a）最大泵速/流速限制，以确保压载舱承受的压力不超过设计值；b）各舱同时更换可减小溢流阻力，避免压载舱内压力过高，但需保证各压载舱均能达到3倍的、交换体积；c）压载管路和溢流管口的布置须考虑压载水更换的效率；d）允许的天气条件；e）每个舱完成压载水置换的时间或置换的适当顺序；f）应当连续监测压载水操作，包括泵、舱内水位、管路和泵的压力等；g）压载水置换期间可能要打开的水密门和风雨密门（例如人孔），应当重新密封；h）压载水置换引起的船体振动；i）人员安全，包括晚上、恶劣天气下、压载水溢流到甲板上和结冰条件下需要人员在甲板上作业时，可能需要的防范。(2)采用溢流法进行压载水更换的船舶在设计需考虑以下方面的改进：a）压载水舷旁排出口和压载水吸入口应远离，防止对吸入的压载水造成污染。b）压载水舱内部布置，包括压载水进口及排出口布置，应能使压载水被彻底交换，并有利于沉积c）压载舱空气管面积应不小于压载水注入管面积的1.25倍。当在空气管内设置压载水取样管时，应将取样管的面积扣除。d）压载水溢流管面积通常应不小于上述要求的空气管的面积。e）在压载水停滞现象比较严重的双层底压载水舱和首尾尖舱，必要时应铺设额外的管路，以提高压载水的交换效率。f）除非经过特别批准，带有自动关闭装置的空气管头不适合作为压载水溢流使用。应避免压载水溢流到甲板上。g）由于溢流法还可能造成压载舱出现溢流阻力，因此还必需进行溢流阻力计算。(3)进行溢流法更换压载水时要注意以下事项：a)检查溢流孔是否开启目前船上压载水更换大多采用通过甲板人孔或小舱盖溢流,且其溢流阻力小。在进行该方法操作时,要仔细检查一遍这些溢流孔是否打开,否则会带来严重的后果。b)满足泵入3倍舱容的水量应根据泵的工作量,计算出压载水泵需要工作多长时间才能够满足泵入3倍舱容的水量,这3倍的水量需要从舱底部注入,而从舱顶部流出。c)注意减小对压载舱壁产生的压力在压载水置换过程中,应注意泵入的海水对于压载舱壁产生的压力影响。为尽量减小压力影响,在无确切数据可供参考时,尽量用1台压载泵,并将相应压载舱的人孔全部打开,以减小对舱壁的压力。d)注意及时关闭溢流孔在压载水更换完毕后,尽快将开启的人孔和小舱盖重新紧闭,防止船员失足跌下去,也防止外界因素污染压载水。e)避免在大风浪或冰冻天气条件下置换尽量避免在大风浪或冰冻条件下进行置换,因为船舶的颠簸会对泵系造成很大的负荷。冰冻天气甲板上容易结冰,带来操作上的难度和危险。(4)溢流法的特点：a))优点：由于不改变船舶的吃水差和稳性，对船舶的局部强度和总纵强度影响不大，同时也不会产生货物移位等不良后果；在使用该方法进行压载水置换时，不用进行周密的计算，也便于船员的操作；同时该方法在恶劣天气下也可进行操作；并且船舶的压载水管系也不用作大的修改。b)缺点：在使用溢流法置换时泵和管系的压力较大，很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。基于溢流法的种种优点，该压载水置换方法是目前船舶应用最普及的一种压载水置换方法。3、稀释法（dilutionmethod）是指替换的压载水从用于装载压载水的压载水舱顶部注入并同时以相同流速从底部排出的过程，舱内水位在压载水更换作业全过程中保持不变的方法。(1)在进行稀释法更换压载水时要遵循以下规则：a）保证泵入泵出速率一致，避免压载水置换中的压载舱产生压力；b）各舱同时更换时，需保证各压载舱均能达到3倍的交换体积；c）压载管路和溢流管口的布置须考虑压载水更换的效率；d）每个舱完成压载水置换的时间或置换的适当顺序；e）应当连续监测压载水操作，包括泵、舱内水位、管路和泵的压力等；f）压载水置换引起的船体振动。图3-3稀释法置换压载水管路系统示意图（Figure3-3pipsystemdiagramofdilutionmethod）(2)对于用稀释法更换压载水的船舶在设计时要注意以下事项：a）对于需要改造的系统，须在安全评估中给出改造方案和图纸供批准。b）应确保泵入和泵出压载水的速率一致，为此应设有液位测量、监控和液位高低报警装置。c）压载水舷旁排出口和压载水吸入口应远离，防止对吸入的压载水造成污染。d）压载水舱内部布置，包括压载水进口及排出口布置，应能使压载水被彻底交换，并有利于沉积物清除。e)压载舱空气管面积应不小于压载水注入管面积的1.25倍。当在空气管内设置压载水取样管时，应将该面积扣除。f）在压载水停滞现象比较严重的双层底压载水舱和首尾尖舱，必要时应该铺设额外的管路，以提高压载水的交换效率。g）多舱同时交换时，需单独计算出每个舱的流量和时间。(3)稀释法特点：该方法和溢流法比较,它的压载水的注入和排出都是主动进行的,置换压载水更有效,但是它的管路系统更复杂。稀释法因涉及船舶设备、管路的改进或添置，故仅在新船上设置使用。3-3现阶段压载水处理技术研究成果由于压载水置换法不能满足D-2标准，为此国内外的科研人员采用机械、物理、化学等多种途径进行压载水处理技术研究1、机械处理（1）过滤过滤是一种物理处理方法。过滤法可直接滤去外来生物，通过选择合适的网目，可以有效的去除不同的生物种群。但是该法也存在缺点。主要是因为压载水，尤其是沿岸打入的压载水中，含有大量的絮状物，容易阻塞滤网，需要经常对滤网进行反冲洗，既耗能又花费太多的时间。此外，这种方法在有重力过滤系统使用时不宜使用。过滤法被认为是一种对环境危害最小的压载水处理法，但很难用于处理大量的压载水。（2）旋流分离旋流分离是利用水流在管路中高速流动产生的分离作用，将液体的水和固体的生物和病原体分离开来的一种除去大的微粒和生物体的方法。这种方法可以除去大多数多细胞动物和植物、卵、幼虫、胞子(包括进入到淤泥中的有害藻类的休眠期胞子)和有害的病原体细菌。据相关资料显示，一个重3000kg的分离器就可以处理2900m3/h流量的压载水。这种方法具有操作简单、成本合理等优点，但是在处理与海水比重相近的生物(水母jellyfish,毛颚类动物chaetognaths)2、物理处理[3]（1）加热处理从目前所进行的研究来看，温度在38～50OC，加热持续2～4h，可杀灭大部分生物，但如果生物以休眠孢子形式存在的话，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。张硕慧等进行了加热处理压载水的研究，得出了以下结论：压载水中的新月菱形藻，在水温38OC时，2h后致死；中肋骨藻在水温45OC时，4h后致死；原生动物在水温50OC时，2h后才致死。说明不同的生物对温度的反应不同。此法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。（2）紫外线照射研究表明，紫外线处理装置对杀灭海洋细菌、微生物非常有效；但对杀灭外来有害水生物效果不一定很好。因此，在使用紫外线处理装置的同时，还应考虑如何杀灭外来有害水生物。此外处理运行费用也较高。例如处理量总计为1000m3/h的3～4套紫外线灭菌装置的初投资费用大约在98000～134400（3）超声波法它可以产生热量、压力波的偏向，形成半真空或半真空状态从而脱氧导致浮游生物的死亡。但可能有一些目前未知的健康方面的问题。气蚀过程还会造成水舱表面或结构的破坏。3、化学处理（1）氯化法氯化法处理船舶压载水以去除浮游植物和原生动物以及细菌是可行的，但对不同的目标生物所需的氯含量不同。一般的少量氯对杀死压载水中的细菌有明显效果；而对于浮游藻类，因为耐受性强，需要较高的有效氯含量进行处理，如对于扁藻在氯化处理中有效氯含量高达40mg/L，仍不能达到去除的目的。（2）电解法电解法处理船舶压载水中的有害水生物和病原体是一种非常有前途的处理技术，并获得了国际海事组织的资助，在一定的条件下能杀灭压载水中绝大多数的有害水生物和病原体。但是，介质中的ClO-及HClO必然会与金属试样发生电化学反应，从而造成试样的腐蚀。压载水的电解处理技术会影响压载舱金属的腐蚀，而腐蚀速度随有效余氯浓度以及腐蚀时间等参数的变化而不同。（3）臭氧(O3)处理臭氧是一种强氧化剂，氧化还原电位高达2.07V，足以致死压载水中的入侵微生物，而且不存在二次污染问题。文献中报道，质量分数为4×10-6的臭氧能致死单细胞生物和一些抵抗力强的无脊椎动物；质量分数为10×10-6的臭氧可以灭活胞囊。但臭氧会加快压载舱的腐蚀，而且难于保持一定的残留杀菌浓度。并且投加量不易调节，需要具有较高的技术水平进行管理和维护，不适应船舶的环境空间和技术力量。因此臭氧法并不适于船上压载水处理。（4）过氧化氢(H2O2)与其他化学品相比，其主要优点是：残余物很容易分解成水及氧，因此从环境上讲比较合理。其主要缺点是当压载水中有机物质过多时，将会因有机物质的氧化而效果降低。但双氧水与其他方式（如紫外线照射）合用，即使浓度太低也可能有效。但压载水中有机物含量增高时，处理效果还会下降。（5）羟基自由法羟基具有极强的氧化能力，与氟的氧化能力相当，参与反应属于游离基反应，反应速度快，能很容易地氧化分解各种有机物和无机物，最终生成物是CO2和H2O，无剩余污染。羟基自由基(OH)是最活泼的一种活性分子，也是进攻性最强的化学物质之一，它几乎能和所有的生物大分子、有机物或无机物发生各种不同类型的化学反应，并有非常高的反应速率常数和负电荷的亲电性。白希尧等利用高气压强电离气体放电方法制取高比值浓度羟基溶液，进行了处理压载水的研究，并取得了显著成果。4、排岸处理[12]是指利用岸基压载水处理装置来接受船舶压载水。相对来说岸基设备的开发限制少，比较容易达到公约规定的D-2标准。但它增加了港口方面的负担，由于其在船舶装卸货物时进行压载水的排放，对于一些要求装卸速度快的船舶，可能会影响其船期。5、生物清除处理生物清除，目前对使用生物技术来去除或减少压载水和沉积物中水生物的研究还只是停留在理论上。加入新的物种对压载水中可能存在的多种多样的微生物和植物也许不会有太大效果。而且新加入物种的转移和释放也是一个问题。基因工程也同样如此。第四章已通过IMO最终认可的一些压载水处理设备从长远来看D-1标准只是一个过渡性的标准，最终所有船舶压载水的排放都必须达到D-2标准。近几年对于压载水处理技术的研究取得了巨大进展，一些压载水处理的技术设备已取得了IMO组织的最终批准，具有实船应用价值。4-1Cleanballast系统该压载水处理系统是由德国RWO公司研制。是最早取得得了IMO组织压载水处理技术基本认可的四家公司之一,该系统在2007年底获得了IMO组织的最终认可。该系统采用分步处理对压载水进行处理：首先通过带自动反清洁功能的圆盘式过滤装置把固体颗粒、沉积物及大的水生生物过滤除掉；然后通过电解消毒装置把微小的水生物杀灭；最后在压载水处理后的出口安装有监视检测装置，保证排出的压载水符合IMO组织要求的D-2排放标准。由于在船舶航行期间压载水舱内的水生物仍可繁殖，为此在下一次排放压载水时仍需要再进行电解消毒以便杀灭繁殖的水生物。该系统的圆盘式过滤装置是一种高流速、低流量的过滤装置。它能很好地把大于50μm的固体颗粒及水生物清除；它的滤芯是采用高分子材料通过压缩空气压缩而成，清洗时卸压后高分子材料膨胀，使得冲洗简单有效，并且在进行自清洁的过程中不需要停止该系统的正常运行。电解消毒装置是安装在压载水管系上的并且和压载水管系的通径相同的在线消毒杀灭微生物的装置，它利用电解水制造出多种不同功用杀灭水中微生物的杀菌剂，比单一的化学剂效果更好。它进行在线杀菌时不需要停顿，并且不会产生有害的化学物质。监视检测装置是专利产品，它能连续实时从压载水管路中检测出需排放的压载水是否满足IMO组织要求的D-2标准。电解消毒装置自清圆盘式过滤装置电解消毒装置自清圆盘式过滤装置图4-1Cleanballast示意图（Figure4-1DiagramOfCleanballast）1、系统圆盘式过滤装置主要参数如下：每套设备额定处理流量：350m³/h每套设备分离筒数量：4个可过滤物质的大小：50µm工作压力：1.5bar最大操作压力：6.0bar工作温度：max.55°C每套滤器反冲需要时间：约10秒控制空气压力：min.6bar系统压力损失：0．8bar海水系统管径：DN250mm到DIN2673mm（法兰直径）每套过滤装置外形尺寸：5200mm（长）╳2000mm（宽）╳每套过滤装置重量：12002、冲洗泵的主要参数：反冲流量：300m³功率：110kW重量：1,230kg直径：约550mm高度：约2,000mm3、控制箱参数：绝缘等级：IP55控制箱外形尺寸：1000mm（长）╳2000mm（宽）╳控制箱重量：7004、电解消毒装置主要参数：最大流量：350m³消耗功率：20-40kW最大工作压力：6bar电解消毒装置外形尺寸：1000mm（直径）╳1000电解消毒装置重量：480整套装置都是使用三相440V电源最大使用功率为：130-150kW.该系统使用PLC控制，操作维护简便，所有参数记录保留24个月，还可以把报警及参数接入到集控室的监视报警系统中，方便船员监控。该系统结构简图见下图示：DiskFiltrationDiskFiltrationDisinfectionEctoSys®BallastTanksDischargeoverboardBallastWaterPumpSludgeLineFlushingpumpDe-BallastLineSeaChestAlgaeMonitorEmergencyBypassBypassAirVentDrainBallasttanks图4-2CleanBallast系统结构简图（Figure4-2BlockDiagramCleanBallastSystem）（Figure4-2BlockDiagramCleanBallastSystem）PureBallast系统PureBallast是由AlfaLaval公司与WalleniusWaterAB公司联合研制并于2006年12月正式推出的压载水处理系统。2007年7月，该系统获得IMO组织活性物质最终审核。该系统具有不使用化学药品、对环境影响小、可自动处理、操作简单、内置自净系统、使用及维护费用低、适用范围广（设计处理能力为250-5000m3/h1、工作原理关PureBallast压载水处理过程可分为两个阶段：预处理和最终处理。关泵泵关开开开开关AOT单元滤器海水箱海水箱图4-3PureBallast压载状态管路系统图（Figure4-3DiagramOfPureBallastballasting）如图4-3所示。压载水泵通过海底门吸入压载水，首先让压载水通过孔径50μm的过滤器以除去大于50μm的生物，然后送入BenradAOTPuerifer。小于50μm的生物在压舱水通过光触媒装置时被杀死。在光触媒装置中，用紫外线照射二氧化钛（TiO2）产生羟基（-OH），利用该基团夺取微生物等细胞膜内的氢元素（H），从而杀死微生物。经过AOT处理过的压载水，通过管路送入各压载舱。其中，过滤器还可以消除压载舱中积聚的沉淀物，每次装压载水结束，过滤器要用海水反冲清洗，所有清洗过滤器的反冲水都在压载水装载地点直接返回海洋，所以过滤器中的沉积物不会随船到达下一个港口而造成有害污染。泵泵关关开开开AOT单元滤器关关海水箱海水箱图4-4PureBallast排放状态管路系统图（Figure4-4DiagramOfPureBallastdeballasting）在最终处理阶段，即排出压载水时，压载水再次通过光触媒单元，消灭航行期间在船舱中滋生的微生物。为了避免过滤器反冲造成二次污染，压载水排出时不再通过过滤器。整个过程无需任何准备工作或化学剂投放，完全自动化。操作员可以监控报警并可执行本地或遥控操作，一个按钮即可控制系统的启动或停止。2、系统分析[7]AOT单元CIP单元控制箱滤器流量计AOT单元CIP单元控制箱滤器流量计图4-5PureBallast系统图（Figure4-5DiagramOfPureBallastSystem）如图4-5所示，PureBallast压载水处理系统主要由多组光触媒WalleniusAOT单元（根据处理压载水的多少，增减WalleniusAOT单元组数）、CIP单元、过滤器和流量计等组成。（1）光触媒WalleniusAOT单元在光触媒WalleniusAOT单元中，二氧化钛（TiO2）作为催化剂，在紫外线的照射下，产生羟基(-OH)。系统产生的羟自由基(-OH)具有极强的氧化性，其氧化能力是H2O2、O3的106～109倍。在羟自由基(-OH)的作用下，几乎所有的有机污染物都会经过一系列过氧自由基链反应被氧化降解为CO2和H2O。这种在温和反应条件下进行的羟自由基(-OH)强氧化过程被称为高级氧化过程。光触媒二氧化硅TiO2在紫外线的照射下产生自由羟基场，当有机微生物在水流的带动下通过羟基场时，生命周期仅为几毫秒的自由羟基夺取微生物等的细胞膜内的氢元素（H），分解微生物的细胞薄膜，从而杀死微生物，而不同于超声波是破坏细胞DNA。在实际应用中，光催化效率是一个非常重要的指标。影响TiO2光催化效率的因素很多，不仅与TiO2自身的晶体结构、表面缺陷等有关，而且一些外界因素如光强、温度、溶液和pH值、溶液中的杂质以及氧含量等，都会影响其光催化率。（2）CIP单元CIP单元是一种防护设施。含义为对密闭的、固定不动的容器一类的物体，依靠热能、物理能、化学能，依靠一定的作用时间，来完成清洗、杀菌的工作。它具有以下的特点：a)不需拆卸设备和管道，即可对其清洗；b)清洗程序可实现自动化；c)可以最少的劳动量、时间、清洗量来获取最佳效果和最大利润。PureBallast压载水处理系统中的CIP单元，就是根据装置使用需要，为防止海水在光触媒WalleniusAOT单元积结水垢而设置的自动清洗设施。作为光触媒装置的洗涤剂使用了从水果中提取的一种酸，不会对环境产生破坏作用。影响CIP清洗效果的因素主要有：清洗液的温度、清洗剂的浓度、清洗液体的压力和清洗时间。CIP系统控制是由设计人员按要求来设置能够调节的流量、温度、浓度、压力、时间等参数仪器和仪表对CIP系统进行自动控制，并且按设定的清洗工艺，以最少的时间、工作量、耗能完成清洗的目的。（3）过滤器在压载操作期间，使用一个精度为50µm过滤器，不仅可以阻止较大的有机物伴随压载水进入压载舱，而且可以大大减少压载舱内的沉积物。压载水排出操作时，过滤器通过旁通阀旁通，以防过滤器自动反冲清洗时，其中可能的残存污染物污染压载水排放场所。过滤器每年检查一次。（4）流量计流量计指示PureBallast压载水处理系统中的流量在额定范围之内，以确保压载水的处理质量。同时流量计向装置主控系统提供已经吸入或排出载水多时的有用数据。3、PureBallast压载水处理系统操作(1)软起动（Softstart）所谓的软起动是指将机舱的海水冷却系统中的海水，在排出船舷外之前，引入PureBallast压载水处理系统中的光触媒WalleniusAOT单元。目的有两个，其一是防止在装置起动期间海水压力峰值可能对紫外线灯泡或者其他元部件的损伤，其二是在装置起动期间允许对灯泡冷却。压载（Ballasting）压载期间，压载水通过一个50μm的过滤器，去除所有较大的微粒或有机生物。这样有助于减少压载舱中沉积垃圾。通过过滤器的有机微生物，经过光触媒WalleniusAOT单元时被其产生的自由羟基杀死。排出压载水（Deballasting）排出压载水期间，压载水第二次通过WalleniusAOT单元，再次被处理。过滤器被旁通，不会产生或不需要任何反冲洗水清洗，减少了存在污染的危险。(4)自动清洗Cleaning-in-Place(CIP)每次操作之后，就要进行一次自动清洗循环。在清洗循环期间，CIP装置循环一种果酸溶液，通过WalleniusAOT单元，清除海水结垢，以保证系统的最高性能。这个清洗过程需要每个WalleniusAOT单元15分钟。4-3Venturioxygenstrippingtmballast系统该系统是采用物理方法处理压载水，该系统的原理是使用惰性气体在船舶压载水舱中制造了一个低氧（含氧量低的）的环境，该环境限制了含氧量，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。压载水通过文氏管脱氧tm系统会发生三个变化：1、混合的空化现象；2、溶解在水中的氧减少95%；3、PH值降低至6.0。避免了氧化铁或锈的形成。同时，低氧环境极大降低了随压载水带来的水生生物的生存率。下图示为通过文氏管脱氧tm技术处理的压载水舱生物生存率变化情况：图4-6文氏管脱氧tm技术处理的压载水舱生物生存率变化图（Figure4-6DiagramOfbiologysurviveratebyuseVenturioxygenstrippingtm）该系统处理压载水分两步进行：1、在海水通过压载水管系进入压载舱前对压载水进行处理，压载水通过文氏管脱氧tm时会在一侧产生真空，使惰性气体混入压载水