《船舶压载水管理系统灭活生物效能设计与生物性能测试检测及系统使用效能评判规范》编制说明

《船舶压载水管理系统灭活生物效能设计与生物性能测试检测及

系统使用效能评判规范》编制说明

一、标准制定的必要性

贸易的全球化带来了全球航运业的发展，我国一带一路建设发展的战略推进，也带动了船舶制造

业、航运业与港口建设的发展。我国已形成五大沿海港口群，主要港口正在向引领世界港口发展的一

流港口迈进，对区域经济协调发展的辐射和带动作用正显著增强，作为世界经贸大国的地位逐渐凸显，

并已成为港口大国，港口规模连续多年来稳居世界第一，拥有万吨级以上泊位2444个。在全球货物

吞吐量和集装箱吞吐量十大港口中，中国均占有七席。

统计显示，90%的全球外贸运输都是依赖于航运完成的。世界范围内，航运业正逐渐成为各国国

民经济的先导型产业，远洋运输船舶作为航运业最重要的运输载体，在创造巨大经济效益的同时，也

给我国沿海、沿江地区的湿地与海洋生态环境带来了外来物种入侵的严重污染风险。

贸易发展带来的全球航运发展，也造成了每年约100亿吨不同海域间的海水因船舶航行安全（配

载与稳性调节）的需要，而在各到岸国港口间的迁移，由此带来了不同海域间生物的相互入侵，给船

舶港口到岸国带来巨大的损失。

据联合国环境规划署（UNEP）统计，大约有500种物种被确认是由压载水传播的。入侵水生生物

传播已被公认为对生态环境、人类健康、当地养殖业造成损害。国际海事组织（IMO）对船舶压载水

引发的海洋环境问题极为重视，早在上世纪90年代初就将解决压载水问题纳入了其海上环境保护委

员会就相关问题进行讨论。2004年2月英国伦敦召开的外交大会上通过了《国际船舶压载水及沉淀

物控制与管理公约》，公约于2016年9月8日达到生效条件，2017年9月8日正式生效。我国于2018

年12月加入公约，并于2019年1月22日起对我国正式生效。此外，我国于2017年11月4日颁布

的《中华人民共和国海洋环境保护法》第六十二条中规定了“在中华人民共和国管辖海域，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。……”。

2020年12月26日第十三届全国人民代表大会常务委员会第二十四次会议通过的《中华人民共和国

长江保护法》第八十五条中规定了“违反本法规定，在长江流域开放水域养殖、投放外来物种或者其

他非本地物种种质资源的，……”。随着船舶压载水系统装置的实施与普及，2018年10月22日至

26日海洋环境保护委员会（MEPC）在其第七十三届会议上又批准了压载水管理系统的调试测试指南，

2020年11月20日又核准了2020年2月21日编写的2020年压载水管理系统试运行测试指南。

根据交通运输部水运科学研究院数据统计，我国出入境船舶压载水的输入量和输出量巨大，2016

年出入境船舶排放到我国港口海域的压载水达到3.46亿吨，排放到境外海域的压载水达9.57亿吨，

呈逐年增长趋势。但是我国在船舶压载水领域起步较晚，系统灭活生物效能设计与生物性能测试检测

及系统使用效能评判规范空白，目前我国和压载水相关标准包括：SN/T1757-2006《入出境船舶压舱

水卫生监测规程》、SN/T1875-2007《入出境船舶压舱水微生物学检测规程》、SN/T1343-2003《入出

境船舶压舱水消毒规程》、SN/T3553-2013《国际航行船舶压舱水重金属及农药残留检测规程》和

SN/T3564-2013《国际航行船舶压舱水样本采集规程》。这5个标准仅针对进境船舶进行压载水采样、

检测和消毒，没有针对船舶压载舱沉积物进行相关监管标准，亦无针对船舶压载水可存活生物检测计

数的标准。除此之外《海洋监测规范第七部分：近海污染生态调查和生物监测》（GB17378.7-2007/10.1）

和《水和废水监测分析方法》（第四版）中分别针对海洋和淡水中浮游微生物计数方法有相关规范，

但是对于可存活的浮游生物并未进行描述，且并非是针对压载水。由此对压载水管理系统的设计、调

试、靠港装卸作业的系统灭活效能、系统运行中生物灭活关键部件的衰减、失效以及船舶靠港系统运

行的测试方法都提出了严格的要求。

为此，开展《船舶压载水管理系统灭活生物效能设计与生物性能测试检测及系统使用效能评判规

范》的建设将能有效保障我国设备制造企业产品在船舶运行中的权益；其次，能够保障我国口岸船舶

靠港的水域安全，保障我国的内水环境的生态安全建设。

从2009年至2020年，历时11年，陈宁教授团队在企业和镇江市新兴产业项目（项目编号：

CY2010019）、江苏省科技厅前瞻性联合项目（项目编号：BY2015065-10）、江苏省科技厅省重点产

业化项目（项目编号：BA2013065）等科研项目资助下，先后与浙江鹰鹏船舶设备有限公司、无锡蓝

天电子股份有限公司、汉盛（上海）海洋装备技术股份有限公司等对满足国际海事组织MEPC174（58）

-G8认可导则的压载水管理系统开发理论与工程实现方法进行了持续、深入的系统研究，获PCT专利

授权1件，授权发明专利11件，出版专著2部，教材1部，发表论文20余篇，取得了多项高水平的

研究成果，其中项目产品获得江苏省首台套和高新技术产品认证，获得无锡市科技进步二等奖1项，

无锡市专精特新产品1项。项目实施期间产品通过了美国超声波CG、法国BV、英国LR、中国CCS等

7家船级社认证。项目研究“紫外C+超声的船舶压载水处理系统节能关键技术研究”系统功耗比同类

产品降低了20％，杀菌效能提高100倍。获2018年江苏省教育厅高校自然科学研究类三等奖。“高

效能复合式物理处理船舶压载水处理装置的研发及产业化”获2020年中华人民共和国教育部科学技

术二等奖。“高效能复合式物理处理船舶压载水处理装备”获2021年江苏省人民政府科技进步三等

奖。

在自然科学基金面上项目、交通部科技项目、总署海关科研项目、江阴市、南京海关等政府项

目的资助下江阴海关国家压载水检测重点实验室徐金祥主任、教授级高工，田雯高级农艺师、博士团

队先后完成了“典型外来生物入侵灾害发生机理、生态环境安全影响和演变趋势研究”（项目编号：

2017YFC1404601）；“港口本底生态环境特征动态数据库、主要贸易国相关水域有毒有害生物数据库

建立”（项目编号：2017YFC1404602）；“船舶压载水外来生物便携与在线快速检测成套技术与装备

研发”（项目编号：2017YFC1404603）；“船舶压载水外来生物实验室标准检测技术与装置研发”（项

目编号：2017YFC1404604）；“有害藻华种类休眠胞囊通过压舱水底泥入侵中国海域风险的实证性评

估”（项目编号：41976134）；“压载水公约经验积累起实验室采样与数据分析”（项目编号：2019026

危（1）号）；“船舶压载水浮游动植物指示性分析方法的研究”（项目编号：2021HK157）；“船舶

压载水浮游生物取样及检测关键技术研发”（项目编号：2020HK148）；“进境国际船舶压载舱沉积

物中外来生物及有毒有害生物监测与风险分析”（项目编号：JYKJ3157）；“口岸进境国际船舶压载

水沉积物管理及无害化处理技术研究”（项目编号：JY0603A02021180024PB）；“检验检疫应对《压

载水公约》”（项目编号：2017KJ37）；“进境船舶压载水中浮游植物鉴定分析及数据库构建的研究”

（项目编号：2018KJ54）；“国际航行船舶压载水监管和检测体系研究”（项目编号：2019KH01）；

“进境船舶压舱水公共风险因子的高通量筛查研究”（项目编号：2021KJ28）和“船舶压载水取样富

集与指示性分析方法的研究”（项目编号：2021KJ42）等15项科研项目，为把好我国的国门，防止

外来水生物种的入侵提供重要科技支撑。完成了高被引论文3篇，参编形成了《船舶压载水和沉积物

管理监督管理办法（试行）》、《船舶压载水指示性取样分析与检测技术要求》、《外来物种入侵》、

《压载水符合性监测设备测试认证程序》等行业规范、办法。

二、标准编制原则及依据

1.按照GB/T1.1－2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》要求进

行编写。

2.参照相关法律、法规和规定，在编制过程中着重考虑了科学性、适用性和可操作性。

三、第一部分“船舶压载水管理系统灭活生物效能设计”原则

四、“船舶压载水管理系统一次过滤器效能设计”的原则。

船舶压载水经通海滤器进入船舶内部，在进行压载水处理前需通过过滤作为第一级处理，去除

压载水中尺寸大于50μm的固体颗粒和微生物，以达到MEPC174（58）D-2排放标准所规定。为此，

目前压载水防海生物管理系统第一级过滤处理采用两种过滤方式，其一采用具有0.5μm孔径滤网的

反冲洗滤器，其二采用具有特定锥度的旋流过滤器，使经过过滤的待处理压载水内大于0.5μm的颗

粒物均被有效过滤。

1、“船舶压载水管理系统紫外杀菌器效能设计”的原则

紫外杀菌器主要由杀菌器腔体、紫外灯管和石英防护套管、套管清洗机构等组成。紫外杀菌器

处理压载水的过程分为进水、杀菌和出水三个阶段，即压载水经入口流入杀菌器腔体，腔体内的紫外

灯管辐射出强紫外线对水流进行均匀照射，使待处理水流经腔体内停留的时间“最长”，所获得的紫

外辐照剂量“最大”，杀灭微生物的效果最佳。

2、“船舶压载水管理系统超声波辅助杀菌器效能设计”的原则

超声波辅助杀菌器是指有超声波参与并在其作用下发生反应的容器，主要由超声换能器、超声

波发生器和处理器腔体组成，其设计原则是控制超声功率和超声频率，尽可能使被处理压载水在处理

腔内接受较长的辐照时间。利用超声波的机械效应和空化效应对微生物细胞进行瞬间处理。破环微生

物细胞膜和击碎孢子壳。

4、“船舶压载水管理系统二次过滤器效能设计”原则

满足MEPC174（58）D-2排放标准所规定，对经流一次过滤、超声波辅助杀菌和紫外杀菌器处

理后的压载水中可能出现的微生物残渣进一步拦截过滤，使大于50μm的固体颗粒和微生物。

5、“船舶压载水管理系统惰性气体杀菌舱内压力维持设计”原则

满足MEPC174（58）D-2排放标准所规定，二次过滤采用微滤膜去除粒径大于10μm的微生物

甚至细菌，同时充入利用PSA分子筛制备纯度达99.99%，压力0.05Mpa的惰性气体—氮气，利用气

体溶解总压定律与分压定律，使压载水中的溶解氧溢出，再通过压载舱呼吸阀，将溢出的溶解氧释放

出舱外，呼吸阀应满足当压载舱内气室空间压力大于等于0.05Mpa时，阀芯能够被顶起，使溢出的氧

气等释放出舱外，当压载舱内气室空间压力低于0.05Mpa时，阀芯能够封闭住阀口，阻止外部空气进

入压载舱。

6、“船舶压载水管理系统次氯酸杀菌电解器及药剂箱设计”原则

满足MEPC174（58）D-2排放标准所规定,通过直流电源电解海水，产生次氯酸钠，按海水总管

中压载水的流量逆流注入氯酸钠，杀灭一次过滤预处理后的压载海水里的微生物。在船舶进入内河淡

水流域时，船舶需自备海盐，配置海水产生次氯酸；次氯酸钠发生器负极端应配有离心风机，将产生

的氢气排放到甲板之上，排出舷外；对于采用药剂箱的压载水处理系统，需配置药剂稀释柜。压载水

系统卸载时，需利用中和剂硫代硫酸钠中和压载水中次氯酸钠。中和剂释放的剂量需通过TRO次氯酸

钠监测传感器控制，中和剂释放口与来流呈逆流方向布置。

7、“船舶压载水管理系统灭活微生物效能药剂定量供应控制”原则

船舶压载水管理系统灭活微生物效能药剂定量供应采用隔膜泵，依据总管流量计的来流压载水

量，使电解海水形成的有效氯含量13%次氯酸钠（ml）的溶液逆流混入压载水中，使氯酸钠在压载水

中的浓度达到7.5-9.5ppm。

8、“船舶压载水G9规范管理系统排放药剂中和缓释剂控制”原则

当船舶压载水G9规范管理系统压载水卸载时，系统通过隔膜泵向卸载压载水总管中逆流注入硫

代硫酸钠，中和效果通过泄放口处的TRO余氯含量检测传感器，测量信号反馈控制隔膜泵向卸载压载

水总管中注入硫代硫酸钠中和剂的量。

9、“船舶压载水管理系统操作、控制与船岸协同操作数据管理”原则

船舶压载水管理系统操作、控制应简单有效。具有一个控制系统，自动监测和记录足够的数据以

验证系统的正确操作。控制和监测设备应记录压载水管理系统正常工作或故障情况，并在控制设备中

保存至少24个月。其设计和构造应使其在进行清洗、校准或维修等操作时，其视觉报警应处于开启

状态，任何旁通都将激活警报；船岸协同操作数据管理通过卫星和无线电通信，其通信的措施应和服

务商合作，应考虑如何防止非法接入到船上系统。连接终端，应配备防火墙和专用连接，确保数据安

全。使用VPN时，应当加密，需要在服务器与计算机接入网络前设置防火墙。应遵循通信分销商的建

议，选择适合此类连接的路由和连接方式。船东和通信分销商应考虑VPN连接的岸基过滤。无线接入

控制应限定在合适的、授权的设备，并使用定期更新的强密码保护。恶意软件检测，用于自动检测和

识别恶意软件的查杀软件，应定期更新。船上计算机与岸上计算机保护等级应一致，对于所有工作相

关的计算机，防病毒和放恶意软件的软件应安装、维护和更新。软硬件的安全设置，仅授权的高级船

员可以进行管理员配置，以便管理和安装及变更用户权限，用户权限应设定在仅供所需使用的范围，

不允许其变更系统或安装和运行新程序。应用软件升级关键安全补丁，其升级应及时和正确的完成，

及早恢复系统中的安全漏洞。

第二部分船舶压载水管理系统生物性能测试检测规范

1、“船舶压载水管理系统生物性能测试取样”原则

取样拟基于MEPC.173（58）、BWM.2/Circ.42/Rev.1决议中推荐的压载水取样方式，尽可能的让

样品具有代表性。采取从取样口收集样品的水流速度与主压载管中的速度相等的取样方式，按照采样

规程，至少提前24小时获取船舶压载水报告单，根据压载水来源、置换情况决定是否进行样品采集。

选用适当的现场采样工具，登轮后进行船舶情况调查，按照要求完整填写船舶压载水采集记录表。样

品采集中，工作人员根据现场情况使用必要的保护措施和用品，在船方人员陪同下到相应位置使用合

适工具进行样品采集。样品采集完毕后，装入相应的容器，测量记录相应数值后，按照检测项目要求

进行必要的预处理，密封包装，填写标签，在规定时间内及时送检。水样收集后应尽快检测。在运送

到实验室期间，水样品在2℃-8℃的温度下冷藏。水样收集和开始检测之间不要超过24小时。

2、“船舶压载水管理系统生物性能测试菌落总数检测”原则

压载水样品经过一定的设备和材料在培养基和试剂处理后，在一定条件下（如培养基、培养温度

和培养时间等）培养后，所得每mL检样中形成的微生物菌落总数。采用平板计数法，根据测试液稀

释倍数和取样接种量，换算出样品中的菌落总数和通过滤膜法，直接计数滤膜上的菌落数，计算出每

100mL压载水样中所含的菌落总数。

3、“船舶压载水管理系统生物性能测试耐热大肠菌群检测”原则

耐热大肠菌群，是指在44.5℃培养24h～48h能发酵乳糖、产酸产气的需氧和兼性厌氧革兰

氏阴性无芽胞杆菌。检测要求：1.检测项目列项耐热大肠菌群检测应符合GB19489中BSL-2的规定；

2.检验人员应经过专业技术和实验室生物安全培训，并取得资格证书；3.采样设备和用品应满足检测

项目和方法的要求，保证在无菌状态下使用。采用多管发酵法和耐热大肠菌群滤膜法进行耐热大肠菌

群的检测。

“船舶压载水管理系统生物性能测试大肠埃希氏菌检测”原则

大肠埃希氏菌又称大肠杆菌，是广泛存在于人和温血动物的肠道中，需氧及兼性厌氧，44.5℃生

长，IMViC（靛基质、甲基红、VP实验、柠檬酸盐）生化试验++--或-+--的革兰氏阴性杆菌。检测要

求：1.检测项目列项耐热大肠菌群检测应符合GB19489中BSL-2的规定；2.检验人员应经过专业技

术和实验室生物安全培训，并取得资格证书；3.采样设备和用品应满足检测项目和方法的要求，保证

在无菌状态下使用。采用大肠埃希氏菌MPN法（参照GB4789.38食品微生物学检验，大肠埃希氏菌

计数），大肠埃希氏菌平板计数法（参照GB4789.38食品微生物学检验，大肠埃希氏菌计数）进行

大肠埃希氏菌检测。

“船舶压载水管理系统生物性能测试肠道球菌检测”原则

船舶压载水管理系统生物性能测试肠道球菌检测依据GB19489实验室生物安全通用要求；SN/T

1343入出境船舶压载水消毒规程；ISO7899-2：2000，水质—肠球菌的检测和计数第2部分：膜过

滤方法、ISO6887-1：1999，食品和动物饲料微生物学—微生物检验的样品、初始悬浮液和十倍系列

稀释液的制备—部分：初始悬浮液和十倍系列稀释液的制备一般规则；ISO8199：1988，水质—微生

物培养计数通用指南。取样后最好立即开始检测。如果样品在环境温度下保存，应在取样后6小时内

开始检测。在特殊情况下，允许样品检验前在5℃±3℃保存不超过24小时。如果样品需要稀释，

按照ISO8199准备这些稀释液。过滤和培养使用无菌量筒进行稀释，设置至少3个梯度，每个梯度

2-3个重复。将培养后所有凸起的、菌落的中心或整体呈红色、栗色或粉红色的菌落记为典型菌落。

如果有典型菌落，用无菌镊子将膜和菌落不翻转地转移到预热至44℃的胆汁-七叶苷-叠氮化物琼脂

平板上。在44℃±0.5℃下培养2h，立即读取平板。

3、“船舶压载水管理系统生物性能测试有毒霍乱弧菌检测”原则

船舶压载水管理系统生物性能测试有毒霍乱弧菌检测依据GB19489实验室生物安全通用要

求；SN/T1239国境口岸霍乱检验规程检测项目列项O1群霍乱弧菌及其肠毒素、O139群霍乱弧菌

及其肠毒素的检测应符合GB19489中BSL-3的规定。通过样品的制备、分离、鉴定分离、菌株复核

完成有毒霍乱弧菌检测。

第三部分船舶压载水管理系统使用效能评判规范

1、“船舶压载水管理系统过滤器过滤效能评判及滤网强制更换”原则

船舶压载水管理系统过滤器是处理船舶压载水的第一道防线，但过滤器内外腔压差过大且经过反

复反冲清洗后仍然内外腔压差过大，过滤器仍在堵塞报警，说明过滤网已被严重堵塞，需要更换；如

果船舶压载水域水质浑浊，但过滤器内外腔压差过持续正常，打开过滤器取样口观察，处理后的压载

水依然浑浊，说明过滤网已破损，需要更换。

2、“船舶压载水管理系统杀菌器传感器定期检测标定”原则

定期船舶压载水管理系统杀菌器传感器定期检测标定是对紫外杀菌器的紫外杀菌剂量评价的一

种方法，由于紫外杀菌器所用的紫外线波长200～275nm的紫外线光谱，因此，应定期对紫外杀菌器

上安装的紫外线传感器进行检测标定，将该传感器拆下，安装在标定箱上，标定箱内安装有标定紫外

灯管及清水，且处于密闭状态，防止紫外光外溢伤人。紫外线传感器的标定依据标定箱内安装的标定

紫外灯光功率，换算成紫外线传感器输出的光强电流，该电流与传感器出厂参数比较，确定是否更换。

3、“船舶压载水管理系统紫外杀菌器光衰特性与紫外灯光管及附件强制更换检测”原则

定期利用标准紫外线传感器对杀菌器在清水环境下进行紫外线辐照光强的检测，如检测不达标，

手动开启紫外杀菌器石英护套清洁机构，进行清洗，如清洗后仍无法测得供应商提供的紫外光照强度

参数，则需对紫外杀菌器紫外灯管进行更换，更换时，操作人员需做好防护措施，戴好防护手套和呼

吸罩，在现场设置好放置紫外灯管的箱桶，防止灯管破碎水银蒸汽泄漏。

4、“船舶压载水管理系统超声辅助杀菌器声压衰减与超声发生器及附件强制更换”原则

定期用肉眼和兆欧表结合检查，换能器振子陶瓷材料是否碎裂；用兆欧表检查与换能器相连接的

插头，要求绝缘电阻大于5兆欧以上。如果达不到这个绝缘电阻值，评定换能器受潮，可把换能器整

体放进烘箱设定100℃左右烘干3小时或者使用电吹风去潮至阻值正常为止。在海上情况下，为保证

换能器满负荷正常工作振动面不出现穿孔情况，换能器使用5年后需更换。更换超声波换能器时，需

对所需胶接的超声波换能器、缸体进行喷沙处理，喷沙胶接面应尽量毛，喷沙用30目的金刚沙，并

必须保持干燥，喷沙时压缩空气经除湿处理，压力应≥6KG。喷好沙的缸体和超声波换能器需进行清

洗，换能器先利用甲醇进行清洗，把表面沙子等灰尘除掉，再用丙酮漂洗；超声处理器腔壁先用水冲、

再用酸洗后冲洗干净，凉干后再用甲醇和丙酮各进行一次漂洗。超声处理器腔壁和超声波换能器温度

在40℃左右时进行胶接，胶接时分别在超声处理器腔壁和超声波换能器上均匀涂上胶水，中间放上

网布，然后用力压紧，胶接速度要快，每次配置胶水后胶接时间不要超过10分钟。把胶好的超声处

理器腔放入无尘烘箱进行固化，固化温度一次加温为40～50℃固化30分钟后，二次加温到60～70℃

固化30分钟后再三次加温到80℃固化2小时后自然固化24小时后检测连线。对固化好的超声波换

能器进行检测，每个换能器的胶接阻抗约在250Ω左右，不能超过300Ω。

5、“船舶压载水管理系统药剂制备与定量输送设备输送计量准确度检测与强制更换”原则

定期对剂量泵的驱动端和液体端进行故障，驱动端的故障情况相对液体端少，此部分最为关键的

是机件的润滑，以减少各转动部件的磨损。在日常作业中，主要出现的故障为：（1）曲轴箱温度过

高；（2）振动大、有杂音。驱动端故障的产生原因为：曲轴箱油温过高。主要原因为油位过高或过

低导致润滑不良，另外轴承及传动机构的异常磨损也会导致油温的上升。驱动端振动、噪音的增大。

一般的原因是由于轴承磨损，或者曲柄和十字头销的磨损导致十字头处间隙增大。填隙片调节不当等

原因所致；液压端故障较多，但最终均在流量以及出口压力上表现出来。主要有：（1）流量及压力

波动大；（2）过计量；（3）无流量排量少；（4）计量精度降低等。如在定期检查时发现上述情况，

需将计量泵拆下校验和检查，更换相应零部件。

五、项目背景及工作情况

（一）任务来源

江苏省政策引导类计划（产学研合作）—前瞻性联合研究项目项目“紫外线+超声波的船舶压

载水处理系统节能关键技术研究”（项目编号：BY2015065-10）,江苏省专项资金成果项目—面上项

目“高效能复合式物理处理船舶压载水处理装置的研发及及产业化”（项目编号：BY2013065），国

家重点研发计划项目——“海洋环境安全保障”重点专项“我国近海典型外来生物入侵灾害风险防控

技术和装备研发”-“港口外来生物入侵监测及船舶压载水外来生物风险评估预警技术与方法研究”

（项目编号：2017YFC1404602），交通运输部海事科技项目—“中韩船舶压载水管理免除和交换水域

指定研究”（项目编号：61762），交通运输行业重点科技项目—“船舶压载水数据采集及分析关键

技术研究”（项目编号：2019-MS6-124），交通运输标准化计划制修订项目—《船舶压载水指示性取

样分析与检测技术要求》（项目编号：JT/T1393-2021），南京海关科研项目—《检验检疫应对压载

水公约的研究》（项目编号：2017KJ37），南京海关科研项目——《国际航行船舶压载水监管和检测

体系研究》（项目编号：2019KJ01）。

（二）标准起草单位

本标准的主要起草单位是江苏科技大学、无锡蓝天电子股份有限公司、汉盛（上海）海洋装备

技术股份有限公司、南京海关动植物与食品检测中心、江苏南极机械有限责任公司、江阴海关国家压

载水检测重点实验室、CCS青岛中心。

本标准的主要起草人员：陈宁、刘炜、王军、袁志飞、王之民、陈冠宇、杨鹏、邓祥元、袁野、

徐金祥、田雯、封振、韩阳春、吴曙东、王林兴、陈恩德、顾国标、董涛、倪吉林、金星、曹晓琨、

徐凤麒。

（三）标准研制过程及相关工作计划

从2010年以来，陈宁教授团队在系列江苏省和镇江市以及企业委托项目的资助下，围绕IMO

第20届大会上，MPEC以A.868（20）号决议通过的《如何控制和管理船舶压载水以减少有害生物和

病原体迁移的指南》和2004年的IMO会议上正式颁布了《国际船舶压载水及沉积物管理与控制公约》

对船舶压载水防海生物处理装置及系统进行了持续、深入、系统研究，获得了系列的创新成果，研究

成果师范应用取得了显著的经济效益和社会效益。随着公约生效，自2017起，江阴海关国家压载水

检测重点实验室徐金祥主任、教授级高工，田雯高级农艺师、博士团队在国家重点研发计划和交通部、

南京海关等科研项目的资助下，围绕MEPC在其第七十三届会议上批准的《压载水管理系统的调试测

试指南》和2020年11月20日核准的《压载水管理系统试运行测试指南》展开了有关压载水防海生

物装置系统的系列调试测试和运行测试研究工作，形成了船舶交付达标测试和船舶靠泊检验测试的系

列操作规范。为了更好地发挥研究成果服务国民经济建设作用，助推“一带一路”，打破国外在压载

水防海生物领域的技术壁垒，为国家《生物安全法》的出台实施保驾护航，编制本技术规范，有重要

实用价值。

规范编制过程中，深入系统梳理了团队先进的研究成果，提取了技术比较成熟、先进、示范应

用价值较大的新技术新方法，用于编制该技术规范。

规范编制中，主编陈宁教授首先拟定编制纲要，成立规范编制专家组，线上线下相结合，讨论

规范编制提纲，并分头开始撰写规范初稿。

规范初稿完成后，主编对初稿进行了整体完善，把握编制原则，形成规范的统一初稿。

编制专家组对规范同一处高进行了多次研讨，形成了“送审稿”。

六、标准制定的基本原则

压载水防海生物装置系统开发共识原则，使开发的船舶压载水防海生物装置系统处理后的海水

达到以下标准：

（1）压载水在处理后，要求每立方米最多允许含有10个大于50微米的生物活体。

（2）压载水在处理后，每毫升最多只允许含有10个小于50微米和大于10微米的生物活体。

（3）指标微生物的排放不应超过规定的浓度。作为一种人体健康标准，指标微生物应包括：

①有毒霍乱弧菌：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；

②大肠杆菌：少于每100毫升250个cfu；

③肠道球菌：少于每100毫升100个cfu。

检测达标原则：对即将交付或到港靠泊船舶的压载水防海生物装置系统按“船舶压载水管理系

统生物性能测试指示性微生物检测规程”进行检测，对未达标的交付船舶通知设备供应商进行整改；

对靠泊到港船舶，发出禁止排放压载水指令，令其整改，经检测达标后，方能进行压载水排放作业。

强制部件更换原则：定期对船舶压载水防海生物装置系统杀菌的关键部件及传感检测部件进行

检测，对衰减失效的部件按“船舶压载水管理系统生物性能测试指示性微生物检测规程”检测达标的

要求，通知设备供应商对已性能衰减的部件进行更换，并在更换中遵循安全、环保的原则。

七、标准主要内容

1总则

1.0.1船舶压载水管理系统灭活生物效能设计与生物性能测试检测及系统使用效能评判，遵循

国际海事组织2004年2月颁布，2017年9月8日生效的《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》

（以下简称《压载水公约》）及其修正案要求，设计和开发的船舶压载水防海生物处理系统及装置。

1.0.2船舶压载水管理系统灭活生物效能设计与生物性能测试检测及系统使用效能评判，依据

MEPC.173（58）、BWM.2/Circ.42/Rev.1决议中推荐的压载水取样方式及微生物操作无菌要求，引用

了ISO6222:1999《Waterquality-enumerationofculturablemicroorganismscolonycountby

inoculationinanutrientagarculturemedium》、美国试验与材料学会（ASTM）ASTMD5392–

2014《StandardTestMethodforIsolationandEnumerationofEscherichiaColiinWaterby

theTwo-StepMembraneFilterProcedure》、GB4789.38《食品微生物学检验大肠埃希氏菌计数》、

GB5750.12-2004《生活饮用水标准检验方法微生物指标》，ISO7899-2：2000《Waterquality-Detection

andenumerationofintestinalenterococci-Part2:Membranefiltrationmethod》，摘录翻译

原文中的检测原理及试剂配制内容，结合压载水该种水体的多种因素，对检测方法进行补充。

1.0.3船舶压载水管理系统灭活生物效能设计与生物性能测试检测及系统使用效能评判，结合

上述规则和标准对供应商提供的压载水防海生物处理装置系统的关键部件进行效能检测，对性能衰减

的关键部件提出强制更换要求。

2术语、符号

（略）

3基本规定

3.1“船舶压载水管理系统灭活生物效能设计”原则

3.1.1“船舶压载水管理系统一次过滤器效能设计”的原则。

船舶压载水经通海滤器进入船舶内部，在进行压载水处理前需通过过滤作为第一级处理，去除

压载水中尺寸大于50μm的固体颗粒和微生物，以达到MEPC174（58）D-2排放标准所规定。为此，

目前压载水防海生物管理系统第一级过滤处理采用两种过滤方式，其一采用具有0.5μm孔径滤网的

反冲洗滤器，其二采用具有特定锥度的旋流过滤器，使经过过滤的待处理压载水内大于0.5μm的颗

粒物均被有效过滤。

（1）吸污式自清洗滤器效能设计

吸污式自清洗过滤器的基本结构包括：筒体、封头、吸污器、滤网、丝杠轴、驱动装置、压载

水进出口、排污阀等。材料选用316L不锈钢，滤网选用复合烧结不锈钢金属丝网，进出口流速不低

于2.43m/s，具有时间或持续压差检测控制，连续冲洗和全自动智能控制、故障报警功能。吸污式自

清洗过滤器如图1所示。

图1吸污式自清洗过滤器

压载水管道内的水流速一般在2.5m/s～3m/s之间，过滤器的过滤速度小于压载水在管道内的流

速。初步选择过滤速度=1.5m/s。

有效过滤面积的确定

流量、有效过滤面积和过滤速度的关系为：

3

Q3.610fA（1）

式中Q——过滤器的设计流量（m3/h）；

A——过滤器的实际过滤面积（m2）；

——过滤速度（m/s）；

f——滤网的净面积系数。

孔径50μm的滤网有效面积率为14.6%，即f=0.146，考虑到过滤介质为多层烧结网有效过滤面

积会有所减少，故计算过滤面积时适当取较小的净面积系数。选择滤网的净面积系数f=0.1。滤网结

构如图2所示。

D

图2滤网结构

过滤器的实际过滤面积为：

Q

2

A3555556mm

3.610fv（2）

滤网尺寸确定

吸污式自清洗过滤器的滤网采用圆筒形，过滤面积是指滤网的内表面积。

ADL（3）

式中A——过滤器的实际过滤面积（m2）；

D——过滤元件内径（m）；

L——过滤元件的有效长度（m）。

从受力和稳定角度考虑元件的细长比λ（L/D）一般在1到5左右为宜。λ=L/D=2

（4）

由式（2）、式（3）和式（4）可得：D，L。

过滤器筒体设计

自清洗过滤器的圆筒和封头属于薄壁回转壳体，需按照压力容器设计规范设计。

1、过滤器技术参数的确定

压力容器设计技术参数主要有设计压力、设计温度、筒体材料等。工作压力

pw10bar1MPa，设计压力p=1.1pw1.1MPa，计算压力pcp1.1MPa；设计温度

t=80℃；筒体材料为316L不锈钢。

2、圆筒内直径计算

过滤器滤网与壳体之间的面积应该满足这样的要求，即水流通过该面积的速度应等于或小于过

VVAA

滤元件内部纵向水流速度，即要求筒元。意味着筒元，筒身直径如图3所示，过滤器

筒体的总面积为：

A体A筒A元2A元（5）

而A体D体/4，A元D/4，将二式代入式（5）可得：

D体2D（6）

取D体1.5D1.5300450mm

图3筒身直径

压力容器筒体的内径应符合容器公称直径的规定。由于容器的筒体要与法兰、支座相配，因此

筒体制定了公称直径系列法兰、支座标准是按容器的公称直径系列制定的。

对于用钢板卷焊的筒体，规定用筒体的内径作为公称直径，其系列尺寸如表1所示。

表1压力容器内径系列

（mm）

300350400450500550600650

100110

700750800850900950

00

120130140150160170180190

00000000

200210220230240250260270

00000000

280290300

000

填料密封设计

填料密封根据《密封设计手册》及相关标准设计。

传动部件设计

电动机与减速机的设计选型及丝杆设计校核根据《机械零件设计手册》和《常用机电设备选型

设计实用手册》

过滤器压降计算

1、滤网压降

1dVBP

u

利用达西定律AdtL(7)

式中A——过滤介质总表面积(m3)；

dV

dt——体积流量(m3/s)；

u——流体通过过滤介质的平均线速度(m/s)；

——流体粘度(Pa·s)；

B——过滤介质(滤网)的特定透过度(m3)；

P——流体通过过滤介质的总压降(Pa）；

L——过滤介质的厚度(m/s）。

滤网的特定透过度B与它的结构的几何形状的关系可以通过科泽尼-卡曼方程来描述。

uL13

B

22

PK0S0(1)(8)

式中——过滤介质的孔隙度；

S0——过滤介质比面；

K0——科泽尼系数。

滤网的孔隙度=14.6%。

滤网的经纬线可以看作光滑的直径为d的圆柱。S0可以定义为单位体积内的表面积，则：

Sd14

S

0d

V()21d

2(9)

将S0带入式（8）得：

d23

B

2

16K0(1)(10)

S0和之间的关系为：

43

3

K00.5[156(1)]

(1)(11)

由式（10）和式（11）带入式(8)得：

64uL

1.53

P2(1)[156(1)]

d(12)

可得滤网内外表面的压差为：P滤网0.012MPa。

2、滤饼的压降计算

以达西定律为基础，适当简化假设，得到了可压缩滤饼两端的压差计算公式：

KCV2

P2

2At(13)

式中P——流体通过滤饼的总压降(Pa)；

C——响应参数；

A——垂直于液体流向的滤饼表面积(m2)；

K——透过度；

V——时间t内滤饼内流动的滤液体积(m3)；

——流体粘度(Pa·s)；

t——滤饼过滤时间(s)。

透过度为：

K''(1)2S2

Kavp

3

av(14)

式中K''——数值常数；

1

Sp——微粒的比面积(m)；

av——滤饼的平均孔隙度。

2

S颗粒4r351

Sp=1.210m

V颗粒43r

r

一般取K''=5，av=0.807，3带入式(14)得：

K5.1109

c

Cf

(1av)sfc(15)

式中c——悬浮液中固体含量百分比；

f——悬浮液密度；

——滤饼孔隙度；

s——过滤固体的密度。

(1)

c0.05sav0.016

31.3g/cm3

取s2.5g/cm，f，则(1av)savf

将参数带入到式（15）和式（13）可得单位时间（1h）内滤饼两端的压降为：P滤饼0.035MPa。

过滤器总压降

过滤器总压降为滤网压降和滤饼压降之和，即P总P滤网+P滤饼=0.047MPa，现有吸污式自

清洗过滤器的压差一般为0.03~0.05MPa，海水过滤时可将0.047MPa作为压差控制器的初始设定压差。

滤网堵塞后，过滤器中压差逐渐增大，当压差达到初始设定压差0.047MPa以上时，差压控制器发出

信号开始自清洗，压差降到0.012MPa时完成自清洗。

（2）旋流过滤器效能设计

水力旋流器需要设计的主要参数有主直径D，入口直径Di，溢流口直径Do，底流口直径Du，锥

角θ，溢流管插入深度H，和柱段长度Hc等，如图4所示。

图4水力旋流器主要参数

主直径由庞学诗的导出的计算公式为：

（16）

式中——主直径（cm）

——给矿压力(MPa),在此处；

——处理量（m³/h）；

——沙粒密度（kg/m³）；

——沙粒质量浓度（%），在此处=12.24%

主直径的确定：系统给水压力由离心泵提供，在设计初定的泵的扬程20米以上，所以在这里的

给水压力设为0.2Mpa，带入已知参数得到D

入口直径的确定：根据庞学诗的研究确定最佳入口直径范围为（0.15-0.25）D。这里

取0.25D，所以得到Di，并取整，设计采用矩形切向入口，根据等面积换算，获得矩形截面尺寸。为

减小进口沿程阻力和紊流，采用阿基米德螺旋线给水降低能耗，提高分离效率，如图5所示。

图5水力旋流器进口结构

旋流器柱段长度的确定：柱段部分是一个有效的离心沉降区，=（0.2-1.5）D。这里选

取1D。

溢流口直径的确定：溢流压力与溢流直径成反比，为了降低压力选取大直径=

（1.25-1.50），并取整。

底流口直径的确定：底流口直径要小于溢流口，两者之比要合理选择，一般取0.15-1。

溢流管插入深度的确定：H=（0.3-1.0）D，并取整。

溢流管壁厚的确定：增加壁厚可提高旋流器的分离效率，减少内部损失，一般根据需要设定。

旋流器锥角θ的确定：锥角决定分离时间，选取5°—20°，由于船舶压载水中含有的颗粒杂

质比较小，在这里设定为15°。

3.1.2“船舶压载水管理系统紫外杀菌器效能设计”的原则

紫外杀菌主要主要是：让核酸发生突变，进而阻止其复制、转录等一系列繁殖活动；直接损害

细胞，抑制细胞的活性；在水中通过辐照产生自由基，直接杀死细菌。紫外杀菌器的主要结构包括：

杀菌器筒体、紫外灯管和套管、清洗机构、动力结构等部分组成。在处理压载水的过程中，水的流程

可以分为三个阶段：进水、杀菌和出水。按照该处理过程的特点应将紫外杀菌的形式定为过流式。

紫外线穿越石英套管进入水中时，其照射强度随光源辐照半径的增加而减弱。其衰减满足指数

衰减规律，即朗伯定律：

wd

II0e(17)

式中：I0—初始辐照强度(W/cm2)；

w—光的吸收系数(cm－1)；

d—水层厚度(cm)。

紫外线穿透能力随在水中的辐照半径增加而下降。

紫外线杀菌动力学实质是光化学反应。但是，当紫外线杀菌过后，微生物还会有一系列的光复

活或者暗复活的反应，这又属于生化学反应。二者比较来说光化学反应占了主导。

n

紫外线杀菌的反应速率方程为：rA(dNA/dt)kNA

两边取对数可得到：lg[(dNA/dt)]lgknlgNA

其中：n—反应级数；

k—反应速率常数。

紫外线杀菌一般都是一级反应，所以n=1，由此便可得到紫外线杀菌满足一级反应的动力学模

型：

kItkD

NN0eN0e(18)

式中：N—经紫外线照射后菌体浓度(个/l00ml)；

N0—初始菌体浓度(个/l00ml)；

k—速率常数(cm2/W·S)，美国EPA设计手册推荐值为0.067－0.38；

D—紫外辐照剂量(J/cm2)；

I—紫外线灯的辐照强度(W/cm2)；

t—辐照时间(s)。

由此可得出，紫外线对微生物的杀灭效果与微生物的初始浓度有着密切的联系，同时与紫外灯

管的照射剂量成指数关系。继续对上是进行相应的数学变换可得到：

N

lgkItkD

N0(19)

经过大量的实验，一级反应公式对病毒杀灭率的适用性可达99.999％(也称5个lg)，对细菌杀

灭率的适用性也可达到3个lg。

杀菌器紫外线灯管的布置选用：径向辐射(Radial)模型和点源加和(PointSourceSummation，

PSS)模型。

径向辐射模型假设：把紫外线灯看成一个能量均布的直线型光源，在计算时，假设如下。

①紫外线灯所辐射的能量沿灯管轴向均匀分布；

②紫外线光线垂直于灯管轴线和石英套管外壁，以圆柱面的形式向外辐射能量；

③只考虑水中污染物对紫外线的吸收，不计空气、石英和水界面的折射以及水中污染物的散射

和反射。

点源加和模型假设：将紫外线灯看成由无数相互独立的点光源组成，且以球面的形式向外均匀

辐射，在计算时，假设如下。

①紫外线灯是由无数个各向同性的点光源组成；

②每个点光源相互独立，并以球面的形式向外辐射能量；

③只考虑水中污染物对紫外线的吸收，不计空气、石英和水界面的折射以及水中污染物的散射

和反射。

根据目标产品的特点以及要求，径向辐射模型更适合本装置的设计计算。

由于所设计的杀菌器的筒体为圆柱形，灯管沿筒体轴向布置，因此设定坐标的形式为：筒体的

轴线为x轴，且杀菌器有效部分的中心为原点，过原点且与x轴相垂直的平面为yoz平面，选择过原

点且相互垂直的两个半径方向分别定为y轴和z轴。

若杀菌器内只有一根紫外线灯管，其轴线位置与杀菌器轴线相重合。根据径向辐射的假设条件

可得到杀菌器内部任意半径圆柱面上的任意一点的紫外线辐照强度：

P

I0

2rL(20)

式中：P—紫外线灯管的输入功率，W；

—紫外线灯对紫外线的转化效率；

L—紫外线灯的有效长度，m；

r—沿灯管轴线的任意柱面半径。

由于紫外线灯在正常的工作的时候不能与水直接接触，需要石英套管的保护，因此当紫外线穿

过石英套管的时候还会有一部分功率损失，损失的大小与石英套管的吸收率q有关。紫外线经过石

英套管后，便进入水中，而在水中的传播规律满足前面所述的朗伯定律。故可以得到紫外线在水中传

播辐照强度I的数学表达式：

P

wdwqwdw

II0qee

2rL(21)

式中：q—紫外线对石英套管的穿透率；

dw—水层的厚度，m。

drRR

wq，r是沿灯管轴线的任意柱面半径，q是石英套管的外半径。

由式(21)可知，Imin将会出现在距离灯管轴线最远的圆柱面上，对于单根灯管来说，Imin的

具体位置是反应器的内壁圆柱面。

I

对于其平均辐照强度，由径向辐射模型的假设条件可知，沿x轴的任意平面上的平均辐照强

度都是相等的。因此，整个杀菌器的平均辐照强度就等于任意x截面上的平均辐照强度，即I(x)。

由于紫外线杀菌器轴向任意截面为中心对称图形，故求截面的平均光强的时候，只需要计算1/8

的圆环即可。将直角坐标变换为柱坐标，即xx，yrcos，zrsin，根据辐照功率等

于光强与面的乘积可得：

p

I(x,r,)dAqe(rRq)rdrd

2rL(22)

对式(22)两边积分得：

2r2p

I(x)Adqe(rRq)rdr

1r12rL(23)

22

A(RRq)(0,)

根据以上边界条件可知，8，4，r(Rq,R)，R为反应器的内壁半

径。带入式(23)可得：

8Rp(rR)p1(RR)

4qqqq

I(x)22derdr22[1e]

0Rq

(RRq)2rL(RRq)L0.2326(24)

式(24)即为单根紫外线灯管杀菌器的平均辐照强度，如图6所示。

图6紫外线灯管分布图

为了保证杀菌器的杀菌效果，所设计的杀菌器平均杀菌剂量要在250000μJ/cm2以上。

3.1.3“船舶压载水管理系统超声波辅助杀菌器效能设计”的原则

超声波气穴净化器就是利用超声波对被处理的压载水进行超声震荡，使其在液体介质内产生机

械剪切力和空化效应。超声波的声强即为超声波功率，用单位辐照面积上的功率密度来(W/cm2)衡量，

超声波杀灭浮游生物的声强范围在1～100W/cm2。频率范围在20～750kHz之间。超声波气穴净化器

设计应满足船舶压载水的过流面积，并竟可能使过流压载水在超声波气穴净化器中有足够时间，超声

波气穴净化器结构如图