船舶压载水对海洋环境的污染及处理方法

船舶压载水对海洋环境的污染及处理方法

摘要：伴随全球经济一体化进程，全球贸易量增加，而海运业承担了80%的运输任务，大量的船舶在海洋中航行过程中其压载水水的排放对海洋环境造成极大的破坏，船舶压载水成了微生物在全球传播的重要途径之一，本文阐述了船舶压载水的排放对海洋环境的污染以及船舶压载水的处理方法。

一、前言

船舶空载时为了保持稳定，在起航时要将一定量的海水泵进舱底以增强抗风浪能力，到载货时再将水放出，这部分海水称为船舶压载水。船舶压载水的作用是对全船压载舱进行注入和排出,以调整船舶吃水和稳性,减少船体变形,减少船体阻力,降低船体振动,改善船舶的适航性等。船舶如果装入了含有有害的水生物或病原体的压载水，并将这些压载水携带并排放到其他港口水域，就会对当地海洋生态环境、经济及人类的健康产生危害。由船舶压载水造成的海洋物种对海洋环境的侵害，已被全球环境基金组织（Global Environment Facility简称GEF）确认为危害海洋的四大威胁之一，并引国际海事组织和各国政府的高度重视，积极参与和研究如何处理压载水这一课题。

二、船舶压载水对海洋环境的污染

船舶压载水可以分为两大类：一类是油舱压载水，其对海洋的污染包括货油舱和燃油舱的油性污染。有些油轮没有专用的清洁压载舱，而是用经过原油洗舱后的货仓装压载水，这些货仓里残留的油渣等油类物质会随着压载水的排放而进入其他国家的海域；第二类是普通船舶的货仓压载水，里面含有有毒液体物质、有害物质和来自疫区的含病毒、病菌等。估计每年有110亿吨的压载水在全球转移,这些压载水主要是取自于船舶卸货港口及其附近水域,每天在压载水中全球转移的生物就有3 000~4 000种,虽然,大部分水生物无法忍受压载舱内无光、缺氧、含铁高等恶劣环境而在旅途中死亡,但是少数生命力强的水生物却能顺利到达排放压载水水域,并能在当地水域立足繁殖,成为入侵者,这种外来生物的入侵会造成港口国水域生态平衡的破坏,给当地经济带来损失。船舶压载水还可能携带具有严重地域流行特点的病原体,导致流行病的传播,威胁港口国公众的健康。2006年国家环保总局公布:我国由于生物入侵造成的直接经济损失高达574亿元,其中海洋生物入侵是主要成因之一。

三、船舶压载水的治理措施

为了防止船舶压载水污染海洋环境，目前国际上研究的压载水处理方法也较多。主要有机械法、物理法和化学法三大类。而研究较多的是通过化学法处理压载水，如氯化法、电解法、臭氧、过氧化氢、强电离放电治理法等。以下是几种处理船舶压载水的方法及其应用。

1.在航深海更换压载水

深海更换压载水的科学依据是:淡水、河口以及沿海中的水生物一般无法在深海环境中生存,反之,深海中的海洋生物也无法在沿海环境中生存,而且深海水域几乎没有导致人类疾病的病原体,该方法要求船舶在航行途中,在水深超过200m,离岸超过200海里(或航行超过48h)的深海处更换压载水,根据操作方法的不同,更换压载水又分为排空法,溢流法和稀释法三种。

(1)排空法:就是将压载舱里的沿海港口压载水排空,并清洗舱底的沉积物,然后注入深海海水。这种方法可以做到100%更换压载水,被认为是目前最有效,最具实用性的防止有害水生物和病原体传播的方法。考虑到更换压载水的过程会使船舶的装载状况发生很大变化,因此必须事先计算船舶在每个更换步骤的稳性、吃水差、强度等情况,使之保持在安全范围内。在恶劣的天气条件下,为了保证船舶强度和稳性,保证船舶安全航行,排空法不适用。

(2)溢流法:即从底部向已经满舱的压载舱打入深海海水,使原来的沿海压载水从甲板的透气孔溢出,溢流法需要3倍于舱容的水量才能达到更换90%原压载水的程度。此方法不改变船

舶的稳性强度和吃水差,因此可在相对较恶劣的天气条件下进行。由于压载水

无法彻底更换,该方法显然受到了有效性的挑战。另外,压载舱的过压、冬季甲板结冰等问题也使其安全性大打折扣,特别是一些老龄船。

(3)稀释法:这是最近巴西提出的一种新的更换压载水的方法,它采用3倍于舱容的深海海水从顶边舱注入,同时从压载舱底部引出旧的压载水。稀释法的安全性优于溢流法,但都同样存在有效性不足的问题。

2.物理法

（1）加热处理。从目前所进行的研究来看，温度在38～50℃，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。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）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。但是为了实现比较安全的过滤,还需要做一些更为细致的工作。因为压载水注入和排

出时的高流速和高流量,对处理设备提出了很高的要求。并且,当需从压载水除去的生物和颗粒尺寸变小时,过滤系统的复杂程度和成本也会相应提高。过滤出来的物质可以集中储存在船上再用岸上设备进行进一步处理,如果规则允许,也可以排回水中。过滤系统可选用网状过滤器或较厚介质的过滤器。

（3）紫外线照射。研究表明，紫外线处理在很大程度上依赖于微生物的大小和形状。在240～260nm 处，尤其在253.7nm 处对压载水中的生物和病原体有很好的杀灭作用。该方法的主要问题是：沿岸水中含有大量的悬浮物质会阻挡紫外线对生物病原体的照射，含有的另一种“黄色物质”溶解性有机物，对紫外线中波长为254nm 波有强烈的吸收作用，这会影响处理效果。因此紫外线照射法和过滤法结合使用会收到较好效果。此外紫外线照射方法的处理运行费用也较高。

3.化学法

（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）加热—电解法。将海水加热到38℃～45℃大多数藻类和原生动物都不能存活。利用电解海水产生的氯。可杀灭全部海生物和细菌。天然海水中的某些藻类能忍受5～10mg/L 有效氯处理，原生动物对氯化物处理的耐受性很差，5mg/L 有效氯处理即可灭除。经20mg/L 以上有效氯处理后，便不再有藻类生长繁殖。有效氯为5mg/L 处理海水能杀灭其中99.85%的异常细菌，100%的弧菌和88.5%的大肠菌群，有效氯为20mg/L 处理海水能杀灭海水中几乎所有的细菌。在压载水系统中安装电解海水装置，使其产生氯来杀灭压载水中的细菌，其方法有两种。一种从主海水管抽出一部分海水送入电解装置，电解成所需含氯浓度（5～20mg/L）的海水再送入压载水主管路。压载水中的有害生物全部杀灭后，残留氯的浓度控制在0.1mg/L 以下。这样对管路腐蚀基本没有什么影响，也不会造成二次污染。另一种是直接将电饵装置装在压载系统中，所有海水都要经过电解装置，该方法氯浓度难以控制且耗电量大。对电解灭杀海生物后会产生一种致癌物质氯仿（THM），通过氯的分解实验和抽样检测，也说明有效氯会在较短的时间内分解，对环境的污染影响不大，电解处理后的水样检测，也表明氯有机物是微量的。

（3）强电离放电治理法

大连海事大学环境工程研究所研究出“强电离放电治理船舶压载水有害微生物人侵传播”手段，为有效防止船舶压载水传播有害生物提供了新的方法。据介绍，羟基自由基属强氧化剂，它的还原电位与氟的氧化还原电位基本相当，具有极强的杀灭微生物特性。羟基促使微生物氨基酸的活性集团氧化物分解，导致蛋白质的化学损伤以及入侵生物的死亡；羟基与脱氧核糖核酸作用后形成的加合物会造成不可修复的化学损伤，羟基攻击细胞膜的磷脂多烯脂肪酸的侧链，导致多烯脂肪酸迅速降解，致使细胞结构出现损伤而死亡。另外，羟基与人侵微生物的反应属于游离基反应。其杀灭微生物的化学反应速度极快，在压载水输送过程中就可以杀死微生物，具有广谱致死特性。但目前该技术还停留在实验室阶段，有待推广，一旦被IMO认可，该方法将会成为治理压载水污染的有效方法。

四、结语

以MARPOL公约的出台为标记，海洋环境保护已经越来越为国际社会重视，而,防止船舶压载水造成污染,也是其中一个重要的课题。压载水处理是一个复杂的问题，要求安全、可靠、有效、经济。在航深海更换压载水是目前最有效,最具实用性的防止船舶压载水污染的方法。但其对船舶操作存在安全隐患。本文介绍的其他方法虽然理论上可行，但在实施过程中会有一些不足，实用性差。因此研制更实用、更经济的防止压载水污染的处理方法势在必行。另一方面，有些船舶虽然装有压载水系统，但是为了经济性，平时也不使用，只是在PSC检查时才会使用，这就需要国际上建立一套可行的监督机制。从法津上和监督程序上确保船舶在每个压载航次都使用其压舱水处理系统,确保处理系统正常工作,有效地去除或灭活压舱水中的生物体,达到消毒压舱水的目的。