1、压舱水概念压舱水的危害压舱水处理几种技术的原理压舱水处理的法规和机遇国内外主要压舱水处理的公司拟采用压舱水处理技术上和经济上的优势船舶压舱水是为了保证船舶的安全性，平衡和船体完好而充填的海水或淡水。运送时会有7000多种生物被同时移走，不仅对人类健康不利而且在经济和生态方面造成巨大损失。 压舱水被认为是危害世界海洋的4大威胁之一。 据国际海事组织(IMO)的数字，全年有100亿吨压舱水随着船只在不同港口装卸货物而进行抽取及排放。每日，有超过3000种的海洋植物和动物随着压舱水被转移离原生地。以万吨的散货船通常需要万吨压舱水来推算，每年全球航行船舶携带的压舱水已超过亿吨，而全球船舶压舱水含有各种
2、细菌、不同生物的卵、胞和幼虫等生物达种，平均每立方米有浮游动植物.亿个。 外来物种的入侵对本土物种及生态系统构成威胁，更有可能造成本土物种灭绝，所造成的破坏可耗资达数百亿美元。IMO的研究指外来物种一旦植根，便极难根除，世界有许多地区正受入侵物种的极大破坏。例如：把栉水母引入黑海和亚述海，导致该海域鳀鱼和鲱鱼濒临灭绝；把斑马青口引入北美大湖，结果需数十亿美元的控制和清理湖底的天然气管道和结构。船舶压舱水排放已经成为困扰国际海运业可持续发展的一道难题。近年来，国外的洞刺角刺藻等被带到了中国沿海，引发了赤潮的频频发生，而中国的金蚌则被带往了南美。国际航行船舶压舱水排放引发了外来生物入侵，已受到各国
3、公众的指责，被联合国全球环保基金组织（）列为海洋面临的“四大危害”之一。 1973 年研究人员首次证实压舱水可作为活海洋生物的转运载体。据报道,澳大利亚境内现有的170 余种外来海洋生物中, 可能有24 %33 %是通过压舱水输入的;而每1d 通过船舶在世界各地转运的生物物种数则可能超过3 000 种。斑马贻贝中华绒鳌蟹目前为止没有开发出符合成本效益处理技术 臭氧（ ozone）是带有刺激性气味的无色气体，可以在大气中自然生成，不稳定，很容易分解成氧气分子。将空气中的氮气去除后取得高浓度的氧气，再将其通过高电压或高频电场，就可以获得高浓度的臭氧气体。臭氧系统可以在任何船舶上设置，由臭氧发生部和
4、臭氧注入部两部分组成，可以根据船舶的空间情况灵活安装。在压舱水泵出口一侧设置的臭氧注入装置会向海水中注入臭氧，不溶于海水的臭氧会通过催化破坏机在向大气环境中排放之前转化成氧气。注入到压舱水中的臭氧依靠其强大的酸化力直接将外来海洋侵入物种杀灭。海水中其他化学物质发生反应生成HOBr会将残留的外来海洋侵入物种杀灭。臭氧的半衰期很短（5秒之内）不会残留在处理过的水中。处理水中存在的极少量的HOBr等化学物质不会对处理水排放的周边水域构成污染。 目前已提出了两种方法来战胜这个问题：船上压舱水处理和压舱水置换。1. 压舱水处理主要是在排放之前处理压舱水；2. 压舱水置换则是在进入港口和沿海水域之前，在开
5、放海域中抽放压舱水。此开放水域交换不是最理想的解决方案，因为存在潜在的安全隐患，并且可能使船舶不稳定。同时，由于现有的压舱水置换系统，无法完全排放出水箱中的水，沉淀物和一部分水会存留下来，使非本土的物种排放到目的港口。压舱水置换除了不彻底以外，开放水域压舱水置换也难以管理和监控，而事实上很多船舶操作员根本就不进行管理和监控。 全球工业联盟(GIA)由IMO、联合国开发计划署(UNDP)和全球环境基金(GEF)合组的“全球压舱水伙伴”倡议创立，与航运业界结成联盟，利用专业的不同技能和专门知识，制定具体措施以解决外来物种入侵的全球性海洋环境灾难。目前，环球4个主要私营航运企业已加入GIA，包括美国
6、总统轮船、英国石油运输、韩国大宇造船及海洋工程，和迪拜油轮公司维拉国际海洋。 第一份是防止船舶污染国际公约（MARPOL），是针对从船舶中排放出来的废物和废水（于2003年生效）；第二份是国际压舱水管理公约（BWM），是用以控制外来物种的蔓延（于2009年生效）。根据BWM公约，船舶上的压舱水必须进行处理，每立方水中尺寸在50 m或以上的活的微生物在10个以下。 在美加二国的Ballast Water Management (BWM)是一个更严厉的压舱水条例，比IMO的标准严100倍，到时候，IMO这个标准可能会失去国际公信力。2004年获16个会员国认可。不过根据该公约第18条，要在取得不少
7、于30个国家的认可后1年，公约才会正式生效。海事环境保护委员会促请其它国家尽快同意公约。 目前就阿发拉法已通过了IMO的验证。三井、JFE、日立等都在申请中，中国海兰信、海德威等公司也在申请中。现在该设备的问题是：要达到IMO的新标准非常困难，IMO之所以延迟强制要求安装也是因为现在能达到该要求的设备还不能被生产。美国及欧盟的部分成员国可能会率先强制要求该标准。阿法拉伐的Pure Ballast压舱水处理系统采用了无化学药剂的专利技术，它利用光线对二氧化钛的催化，使之发生高级氧化反应，从而分解微生物的细胞薄膜，阻止生物体的生长。用这种技术处理压舱水，无需使用任何化学药剂，也不会产生有害的残留物
8、，生物去除率达到99.99%。 应用在20000吨船上，120万欧元。 Chlorine Dioxide 方法已由美国 Ecochlor公司发明,生产并在 Matson 航运公司的 “Moku Pahu” 轮上开始试用。Hanovia公司的与领先的系统集成专家合作，设计出一个紫外线消毒系统。此系统联合一个过滤装置，可以杀死或消除压舱水中存在的几乎所有的微生物；此集成系统包含有一个高强度中压紫外线消毒单元，以及一个自动逆流过滤器。在压舱水流经过过滤器以消除大型生物之后，会流过紫外线处理腔来杀死较小的生物。在排放压舱水时，水会绕过过滤器，再次流经紫外线舱，以便进一步杀死水中任何残留的微生物。 美国
9、 NEI处理系统公司专业提供船舶压舱水处理系统 ，http:/www.nei-。 请联系: 美国驻上海总领事馆商务处 陆颖 女士 电话：(86-21)6279-7630 转 6142 NK的压舱水处理系统可以有效的解决从外来海洋侵入生物钟的问题。提高了杀菌装置效率的全处理装置是可以自动逆势的过滤器，能够有选择地供应。臭氧，电解和UV等杀菌装备可以根据船舶的设计和运转情况来设置最佳的系统。NK的压舱水处理系统实现了模块化，现场装配和运转很简便，压力损失低，不使用化学物质，不仅可以降低运转费用而且有效地控制和监控。 型号型号供应商供应商原理原理技术特点技术特点Electro-Clean Syste
10、m韩国科泰罗斯公司在电解水过程中的电化学反应灭杀压载水中的生物体系统模块组件数量较多，单个模块尺寸较小，布置较为灵活Hyde GuardianSystem美国Hyde公司物理过滤与紫外线杀毒结合处理整体模块化设计，综合尺寸与重量较小，耗电量不高SEDNA systemHamanm AG旋转物理分离与绿化学杀毒压载水处理彻底，但涉及处理组件较多，设备尺寸较大EN-BallastKWang San物理过滤与电解结合设备集成紧凑，安装空间需求小Gloen-Patrol韩国Panalsa物理过滤与紫外线杀毒结合处理结构紧凑，但设备耗电量较高海洋卫士青岛海德威羟基自由基氧化处理方法正在申请IMO认证UV
11、法2009年4月29日,美国Hyde Marine公司生产的Hyde GUARDIAN压载水处理设备获得英国认证挪威Opti Marine公司生产的Opti Mar的压载水处理系统于2009年11月12日获得认证2009年12月4日,韩国PANASIA公司的GloEn-Patrol处理系统在经过IMO初步批准和最终批准之后,获得韩国政府的型式认可中国远洋运输(集团)公司与清华大学作研发的Blue Ocean Shield系统,采用UV和过滤方法(或是旋流分离+过滤+UV),处理压载水能力250m7h,己经于MEPC60次会议上通过了 IMO的初步批准UV法利弊比较容易获得IMO认证批准和型式认
12、可,主要是由于不使用活性物质,因而不需通过G9认可申请批准明显的缺陷:(1)紫外线穿透力差,有效距离6-12 cm;当海水中含有较高的无机溶解物、浊度较高或气泡影响时,杀死生物的效果会大大降低。(2)紫外方法杀灭时间长,在线处理效率较低。(3)紫外灯管易沉积结垢,需要定期清理,容易爆裂。(4)部分藻类海生物对紫外线有抗性,尽管强光照仍难以达到杀灭效果,所以对杀灭的藻类有局限性。电解法2008年12月31日,韩国最大生活用水处理企业Techcross公司Electro-Clean system (ECS)获得型式认可,韩国Hyundai重工公司产品HiBallast系统及韩国Kwang San有
13、限公司En-Ballast系统在MEPC60次会议通过2009年4月8日,挪威Ocean Saver AS公司研制的Ocean Saver处理系统获得挪威船级社(DNV)的型式认可南非Resource Ballast Tec南非Resource Ballast Technologies公司已经通过了 G9程序的最终批准德国SIEMENS公司以过滤辅助NaClO为处理技术的SiCURE BMW System、 Severn Trent De Nora公司以过滤联合电解为主要处理工艺的BalPure系统；不莱梅船用废水处理系统供应商RWO公司采用预过滤和海水电解为基础研制的Clean Ballas
14、t压载水处理系统,在MEPC59会议上通过荷兰Greenship公司的GreenshipS Ballast Water Management System以离心分离和电解(氯离子)合用的方法,也获得M0关于G9的最终批准。中国双瑞公司的BalClor系统是我国目前唯一获得船舶压载水处理系统IMO最终批准的研发商电解法利弊(1)能耗高,大大增加处理成本;(2)河口等地的低盐水,盐度大大低于正常的海水,电解效率降低,应用范围受到影响;(3)电解方法不可避免的要产生一定量的H2,存在安全隐患;(4)处理时间长0. 5-1.5 h,只适合在船舱杀灭,无法在线应用(5)电极在海水易损耗,表面易形成沉积,
15、更换次数频繁;(6)该方法处理过的压载水腐蚀性强,严重破坏船舶涂层;(7)处理后的压载水排放后可能会对排放地环境带来不利影响,且处理后的压载水中可能会产生致癌物质。先进的羟基自由基氧化技术，整个工艺过程不使用任何化学药剂，防止任何微生物的生长，不会产生有害的残留物，船舶无需存放化学药剂，为海洋环境和船员提供保护。要求集成系统体积小，可以安装在任何角落，便于在船舶设备室内有限的空间中进行安装。在安装之后，此系统仅需要船员进行简单操作。它可以由一个主控PLC单元控制，此单元也可以并入船舶的机械自动化网络中。应配备全自动在线清洗装置，使之始终保持洁净，船员唯一需要进行的维护工作，是进行一些非经常性的
16、预防性保养工作。 需要通过大量独立的生物学性能试验证实其环保上的性能。制取.0H的高级氧化技术存在的问题(1)制取.OH的浓度和产生量小,只能在小范围内进行实验与应用研究;(2)制取. 0H时需外加大量的药剂及催化剂如H202、 03、 Ti02、 Fe2-等,另外大多是以H202、 03,作为反应主体,存在治理成本高以及化学药品安全等问题;(3)化学反应速率常数低于3 L/mol.s,完成化学反应时间在20-90 min;(4)有的技术为提高反应速率和处理效率需外加高效鼓泡塔反应器、旋转填料床反应器、流化床光催化反应器、撞击流反应器等庞大设备,一次性投资较大技术上存在问题鉴于目前还没有哪一种
17、方法能同时满足IMO关于压载水处理的五个方面的要求,即安全、有效、环保、可操作及经济(运行费用、舱容方面)的要求。但标准已经成熟。标准2004年2月，IMO通过了国际船舶压舱水及沉淀物控制和管理国际公约，并制定了严格的压舱水排放标准，要求新造船必须满足压舱水处理标准。按照IMO规定，所有压舱水处理方案或产品须经过其审批，通常要用一年时间组织专家进行各项指标的测试、审理，方能得到认可并应用到船舶。设立门槛，规范排放，关键在于寻求有效解决方案，实现根本性突破。 压载水管理强制性规则IMO在2004年2月9日-13日召开的外交大会上通过了船舶压载水及沉积物控制和管理国际公约(Internationa
18、l Convention for the Control and Management of ships Ballast water and sediments) ，通过控制和管理船舶压载水和沉积物来防止、减少和最终消除有害水生物和病原体的传播,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法定管理依据。生物学性能试验的要求(D-2标准)1.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以下所述的规定浓度.2.指示微生物应包括:a有毒霍
19、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;c肠球菌:少于每100毫升100个cfu.推迟D2标准实施压载水管理系统的研发进度一直没有达到预期的成果,且由于批准程序和生产能力的原因,2007年12月召开的25次缔约国大会决议,决定2009年建造的压载水容量小于5000m3的船舶,应在其第2个年度检验日前,最迟到2011年12月31日安装压载水管理系统。压载水处理设备关系最为紧密的是压载水管理系统认可的导则G8和使用活性物质的压载水管理系统批准的程序G9导则。一种压载水处理技术如果要在
20、市场上得到应用,就必须先通过G8和G9的认可批准，否则即使是再好的技术也无法在船运市场推广，这是强制性的。压载水管理系统认可的导则G8G8所规定的系统批准导则是需满足D一2标准的压载水管理系统的最基本的批准程序，该导则首先对压载水处理系统的实验用海水做出了具体要求,包括水质参数标准、水生生物个体种类和浓度，具体点说,一次有效的实验必须在标准下进行,否则IMO不会予以承认。G8还对每一组有效实验的循环周期做出了要求,即至少5天以上，同时该导则也规定,实验进行的同时需要监测的压载水水质环境参数,例如海水温度(Temperature, T)、pH值、盐度(salinity)、总悬浮固体(Total
21、suspended solids, Tss)、浊度(Turbidity)、溶解氧(Dissolved Oxygen, DO)、颗粒有机碳(Particulate Organic Carbon, POC)和溶解有机碳(Dissolved Organic Carbon, DOC)等。使用活性物质的压载水管理系统批准的程序G9若一种压载水处理技术不使用活性物质,那么就不涉及到G9;若系统使用活性物质或其制剂,那么就必须通过G9申请认可批准。G9是使用活性物质的压载水处理设备通过IMO初步申请批准的指导程序，所谓活性物质(Active substances)就是指一种对有害水生物和病原体具有一般或特定
22、有利或不利作用的物质或生物，而在使用活性物质处理压载水过程中或接收环境中产生的转换或反应产物统称为相关化学物质(Relevant chemicals)处理船舶压载水的岸基实验按G8压载水处理设备规定，要求至少设计10吨压载水模拟处理系统实验装置。杀菌有物理和化学杀菌两大类。现代杀菌趋向于物理杀菌人为或自然产生的实验生物实验生物可以是水中自然产生的,也可以是培养后加入的,应包括:1、在总密度为每立方米最好106但不少于105的个体中,应有体长50m的实验生物,并至少3个不同门类的至少5个种;2、在总密度为每毫升最好104但不少于103的个体中,应有10m体长50m的实验生物,并至少3个不同门/类
23、的至少5个种;3、在密度为每毫升至少104个活性细菌中应有异养菌。监测和取样要求1确定生物成分的样品分析方法;2直接在压载水处理前!处理后和排放时采集样品;3采集样品同时监测环境参数,如pH、温度、盐度、DO、TSS、POC、DOC和浊度等;4样品应在6小时内分析。微波杀菌原理1. 微波能的热效应:在一定强度微波场的作用下，海水中的虫类和菌体会因分子极化现象，吸收微波能升温，从而使其蛋白质变性，失去生物活性。微波的热效应主要起快速升温杀菌作用；2.微波能的非热效应: 高频的电场也使其膜电位、极性分子结构发生改变；使微生物体内蛋白质和生理活性物质发生变异，而丧失活力或死亡。在灭菌中起到了常规物理
24、灭菌所没有的特殊作用，也是造成细菌死亡原因之一。微波对细菌膜断面的电位分布影响细胞膜周围电子和离子浓度，从而改变细胞膜的通透性能，细菌因此营养不良，不能正常新陈代谢，生长发育受阻碍死亡。从生化角度来看，细菌正常生长和繁殖的核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）是由若干氢键紧密连接而成的卷曲大分子，微波导致氢键松弛、断裂和重组，从而诱发遗传基因或染色体畸变，甚至断裂。微波杀菌正是利用电磁场效应和生物效应起到对微生物的杀灭作用微波杀菌的好处间接作用不腐蚀电极，与海水盐度无关间接作用不腐蚀电极，与海水盐度无关节约能源节约能源 常规热力杀菌往往在环境及设备上常规热力杀菌往往在环境及设备上存在热损失，而
25、微波是直接对细菌或藻类进行作存在热损失，而微波是直接对细菌或藻类进行作用处理，也不需要传热的媒介，因而没有额外的用处理，也不需要传热的媒介，因而没有额外的热能损耗。所需温度低，其电能到微波能的转换热能损耗。所需温度低，其电能到微波能的转换效率在效率在70-80%70-80%，一般可节电，一般可节电50%50%以上以上由于微波具有穿透作用，对海水进行整体处理时由于微波具有穿透作用，对海水进行整体处理时，表面和内部都同时受到作用，细菌或藻类中的，表面和内部都同时受到作用，细菌或藻类中的脂肪、核酸等成分对微波具有选择吸收性，所以脂肪、核酸等成分对微波具有选择吸收性，所以消毒杀菌均匀、彻底。消毒杀菌均
26、匀、彻底。 微波废水处理技术应用存在的误区微波废水处理技术应用存在的误区只注重微波的热效应，少数还注意到其非热效应，但由于没有理论指导，无法应用其非热效应。将微波应用扩大化，大量在目前已有成熟技术的领域如生活废水等。微波的磁控管多为700W的家用管，虽然价格便宜，但无法长时间工作。且多个微波发生器共同作用，会有相当部分的微波能相互抵消。微波能不能集中，如能在谐振腔(仅与波长有关)内反应则更好发生和促进微波化学反应。43连续配套装置连续配套装置微波源微波源44连续配套装置连续配套装置循环管装置循环管装置微波产生自由基氧化海水的机理微波产生自由基氧化海水的机理在微波的作用下，铁屑和活性炭共同作用下
27、，会发生“打火”产生具有强氧化性的自由基（如羟基自由基）。用加入无水乙醇方式来间接证明，无水乙醇消耗了自由基（如OH），导致催化氧化偶氮键断裂的自由基团减少，脱色率降低。从实验开始时加入1 mL无水乙醇，染料废水的脱色率只能达到33%， 目前研究领域存在的问题目前研究领域存在的问题缺乏能够使微波诱导氧化技术连续进行的配缺乏能够使微波诱导氧化技术连续进行的配套装置套装置微波诱导氧化技术在废水处理中反应的机理微波诱导氧化技术在废水处理中反应的机理有待完善，特别是难降解有机物的降解机理有待完善，特别是难降解有机物的降解机理还处于实验室研究中，实际生产不成熟还处于实验室研究中，实际生产不成熟实际应用成
28、本还是过高，有待降低成本。实际应用成本还是过高，有待降低成本。大功率微波设备中谐振腔的加工。大功率微波设备中谐振腔的加工。47基于上述的分析，可将本技基于上述的分析，可将本技术直接应用于中试术直接应用于中试，可以可以利利用微波频率为用微波频率为915 MHz915 MHz、功率、功率为为20 kW20 kW的处理装置。的处理装置。小试试验取得明显效果，针小试试验取得明显效果，针对压载水中的藻类和细菌，对压载水中的藻类和细菌，处理效果将更好处理效果将更好后期中试展望后期中试展望本本小小试试所用微波频率为所用微波频率为2450 MHz，而其配套石英管的直径与微波的频率相关，在，而其配套石英管的直径
29、与微波的频率相关，在2450 MHz的微波频率下，石英管直径最大只能为的微波频率下，石英管直径最大只能为20 mm。若再放大则会影响微波的。若再放大则会影响微波的产生与稳定，因此，本系统对于压载水的处理能力是有限的，只停留在实验室产生与稳定，因此，本系统对于压载水的处理能力是有限的，只停留在实验室小试小试阶段；阶段；915 MHz、功率为20 kW的处理装置48展望展望与其他工艺组合。与其他工艺组合。 微波协同活性炭氧化处理压载水。充分利用微波直接作用于微生物的特点微波协同活性炭氧化处理压载水。充分利用微波直接作用于微生物的特点，协同活性炭产生，协同活性炭产生羟基自由基羟基自由基.OH.OH与
30、海水发生氧化降解反应与海水发生氧化降解反应，这样的组，这样的组合工艺有着很好的应用价值；合工艺有着很好的应用价值；磁化法。磁化法处理压载水是利用处理时磁化法。磁化法处理压载水是利用处理时压载水通过特定设备产生的强磁场，水体里面的生物体内无机和有压载水通过特定设备产生的强磁场，水体里面的生物体内无机和有机组分在强磁场作用下被改变，进而被杀灭。现有的研究表明，此机组分在强磁场作用下被改变，进而被杀灭。现有的研究表明，此法对钙质类无脊椎动物的杀死比较有效，在美国磁化法已应用于斑法对钙质类无脊椎动物的杀死比较有效，在美国磁化法已应用于斑马贝处理。马贝处理。处理装置一次投资有望降低处理装置一次投资有望降
31、低由于目前微波技术在国内应用基本上处于研究阶段，工业化方面上并不是很广由于目前微波技术在国内应用基本上处于研究阶段，工业化方面上并不是很广泛，因此造价相对比较高，尤其是微波装置的核心部件泛，因此造价相对比较高，尤其是微波装置的核心部件大功率工业磁控管大功率工业磁控管的价格相对比较昂贵。不过随着国内外对该技术的逐渐推广和应用，市场价格的价格相对比较昂贵。不过随着国内外对该技术的逐渐推广和应用，市场价格也会像家用微波炉一样大幅降低也会像家用微波炉一样大幅降低；展 望脉冲微波杀菌能利用较低的温度、较小的温升对食品进行杀菌，这是其他杀菌方法所没有的优势，有十分广阔的研究和应用前景。a.脉冲电场产生非热生物效应的机理主要是由于细胞膜在脉冲电场的作用下，在气双脂层上形成穿孔，发生所谓的“电穿孔”效应，使细胞膜的通透性异常增加。在低强场情况下，电穿孔效应是可逆的，并能自行修复，但在高强场的作用下，膜的破坏是长期的、不可逆的，导致膜的不可逆击穿；b.在脉冲微波的作用下，在细上将在原有静电位的基础上产生跨膜电位，这使嵌入膜中的大分子受到这个膜电位的影响。成千上万的大分子保持着带电的组团，在跨膜电位的作用下，发生少量的构形变化，造成细胞功能的改变。
