船舶压载水处理技术研究[论文+开题+综述]

开题报告

轮机工程

船舶压载水处理技术研究

一、选题的背景与意义

随着对海洋环境保护意识的日益提高，人们已经意识到船舶压载水的随意排放是造成海洋间有害水生物和病原体传播的最主要途径，破坏了全球海洋生物物种的多样性。每年全球船舶携带的压载水有100多亿吨，全球每天在压载水中携带的生物3000～4000种。到目前为止，全球已确认有500种左右的外来生物物种是由船舶压载水传播的。因压载水引起的外来生物入侵，已成为海洋面临的“四大危害”之一。

压载水的大量排放，使海洋环境日趋恶化，海洋生态环境被破坏，尤其是一些沿岸及河口水域已遭到严重的污染损害，也危害到人类的健康，为了人类的健康，也为子孙后代创造一个良好的生态环境，使人类社会可持续发展，必需严格控制对海洋的污染，船舶污染物的控制是目前航运界主要考虑的问题之一。压载水本身无害，但是泵入压载舱后，只要能通过压载泵入口的任何物质都有可能自然地混入其中。若压载舱种水域的含盐量，温度及含氧量等与原水域很相似，这些生物就很可能得以立足，所以，人们对压载水的处理问题越来越引起人们的重视，隔离或者减少外来生物进入海洋使海洋环境得以保护在当今也显得任重道远。

二、研究的基本内容与拟解决的主要问题：

1．压载水污染带来的危害及后果

在中国，据有关方面对渤海湾船舶压载水入侵生物现状调查发现，4种有毒藻类通过船舶压载水传播到我国，并造成大面积的赤潮灾害。据国家环保官方记载，2008年我国由于生物入侵造成的直接经济损失高达574亿元，海洋生物入侵是主要成因之一。近年来，我国海岸赤潮越来越严重，其原因是生存能力较强的赤潮生物的危害。

而在国外，海洋外来生物也对各国海岸大势施虐。1990年，美国的栉水母侵入黑海，吞噬了那里大量的浮游生物，致使黑海鱼苗几乎枯竭。1996年侵入美国和加拿大交界五大湖生物就有139种，而侵入的斑马贝大量繁殖，阻塞水下结构和管路，给当地造成的经济损失已达到数十亿美元。因为外来的海洋生物不能为海洋清除、吸收，这些生物一旦被引进，事实上也不可能被消灭掉，甚至还可能造成巨大的经济损失，导致巨大的灾难。

2．压载水处理的现有技术，各种处理技术的原理、方法、优缺点（存在问题）。

2.1 机械法

2.1.1 过滤法

过滤法是通过选择合适网目的滤网，除去不同的生物种群，可直接过滤掉外来生物。用于其它方法的预处理，很难用于处理大量压载水，是一种对环境危害最小的压载水处理方法。过滤法的主要问题在于近海打入的压载水含有大量的絮状物，容易阻塞滤网，需要经常对滤网进行反冲洗，既耗能又花费很多的时间。

2.1.2 更换压载水

是目前有效，也很有前途的一种压载水处理技术，尤其在深海中更换压载水，将有效的防止有害生物和病原体的传播。具体的方法：船舶在航行途中的水深500m 以上或距岸超过200海里或离航行超过48h的航程处，对在港口或沿海加人的压载水通过全部更换或3倍于舱容量水量的注人，将舱内的水更换成大洋海水。但其不能完全除去水中的有害生物，存在操作、运行时间过长，能耗高的问题，且在恶劣天气和海况下，不利于船舶的航行安全。

2.2 物理法

2.2.1 加热法

利用高温热力效应使压载水中的有害生物、病菌的细胞蛋白质受热变性凝固而死亡。加热法不产生化学副产物和残余物造成二次污染，是一种极具发展潜力的处理方法，但也存在处理时间长、能耗高、热应力影响船舶航行安全的问题。

一系列的制约因素使加热法的应用受到某些限制:1)航程时间。航线过短则不能把水加热到所需温度或不能保持所需时间。2)处理压载水时所需的流量。余热热源所能提供的能量是有限的。这样，处理压载水时的流量就有所限制。3)平均水温。如果在寒带或冬季水温较低时，加热处理所需热量输入就会增加。还需考虑高温压载水通过舱壁向外散热，这会消耗大量热量，使得在特殊情况下有可能能源供应不足，不能使压载水加热到所需温度，这样效率会大大降低。所以减少热量的大量流失，是研究加热处理法亟待要解决的问题。

2.2.2 紫外线照射法

紫外线照射能使细胞核酸产生光化学反应。使DNA 不能正常复制，生物组织不能进行细胞分裂，对于短生命期的微生物经过处理后将会大量减少，若时间够长将可以杀死全部生物。且在处理过程中不存在二次污染，管理简便，成本低。但当海水污浊或灯管被沉积物污染时，受影响较大。

2.2.3 电子脉冲和等离子脉冲技术

对生物的破坏就是基于由电子脉冲和等离子脉冲技术所产生的X 射线和高能紫外线放

射而产生的水和电子的反应，由此产生的穴蚀也可杀死生物。它们不产生有毒化学残余物，但会产生气态分解产物二氧化碳。电子脉冲和等离子脉冲技术用在船上的话，其费用会比较高。

2.3 化学法

2.3.1 臭氧法

臭氧(0 )是一种强氧化剂，在环境中产生氧原子(O)，能迅速杀死压载水中的微生物和病原体，而且不存在二次污染问题。但臭氧处于高处不稳定状态，只能现场制备，费用高且投加量不易调节，需较高的管理和维护技术。

2.3.2 氯化法

利用漂白粉、氯气及其衍生物杀灭水中的微生物，在陆地被广泛采用。即时调节性较强，只要针对不同海域含不同生物的海水，相应的调整氯的浓度即可；不足在于会加快舱壁的腐蚀，并放出氯臭。

2.3.3 强电离放电法

羟基自由基(·OH 或HO-)是已知氧化性最强的氧自由基，会氧化分解入侵生物的氨

基酸、损伤其脱氧核糖核酸等，达到生物灭活的目的。大连海事大学白希尧等采用强电场电离氧、水分子，在分子层次上按羟基物质结构加工成羟基溶液，再把它加入压载水主输送管道内，直接在压载水输送管道中杀灭浮游植物、细菌。该方法在低浓度下能100 oA杀灭浮游植物、细菌，且不存在任何残留药剂。

2.3.4 脱氧处理

当水中的溶解氧浓度较低时(

2.4 其他方法

2.4.1 生物技术

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。

2.4.2防污镀层

现在人们并不认为使用防污镀层是控制外来生物入侵的合适的方法。因为压载舱表面及其附着物只是问题的一小部分。压载水是生物的悬浮液，为防止船舶外来生物，必须对压载

水进行处理。镀层可能是毒性很大的材料，会向水中排出致命的化学物质。这种镀层寿命很短，处理过的压载水可能有毒，因此在排放前还需进行处理。

三、研究的方法与技术路线：

1. 压载水在排放中微生物的生成、转移及造成的危害

2. 影响压载水处理的因素及控制措施分析

3. 通过各种压载水的比较分析，及船舶航行状况对压载水加热处理进行分析和改善

三、计划进度：

2010.11.19-2010.12.5确定论文题目，师生互选

2010.12.6-2010.12.24 查阅资料，外文翻译，撰写文献综述，开题报告

2010.12.25-2011.2.20 撰写论文初稿

2011.2.21-2011.320 开始实习，论文二稿

2011.3.21-2011.4.10 论文三稿，确定并上传终稿;上交毕业实习相关材料等

2011.4.11-2011.4.30 准备答辩论文，完成论文答辩

四、主要参考文献：

[1]李福海.船舶压载水的处理与进展[J].青岛远洋船员学院学报，2008年第4期

[2]李春峰，施健，郑志敏.压载水管理系统的探讨[J].沪东中华技术情报，2010，（1）：

20-22,15

[3]刘瑀，韩敏，宋成文，靳亚.远洋船舶压载水处理措施的研究进展[J].环境科学技术，2009,32（6）：139-143

[4] 李迪阳，姜氏倩，王俊英.船舶压载水中有害的管理与控制[J].海岸工程，2001,20（3）：47-53

[5]胡国芳.船舶压载水对生态影响及处理技术[J].中国水运，2008.9

[6]余运茂，关先锋.船舶压载水处理的探讨[J].中国水运（理论版）.2006.3

[7]宋永欣，党坤，宋家慧，殷佩海.船舶压载水处理方法[J].世界海运，2002.4（2）

[8]陈爱玲.船舶压载水处理方法[J].青岛远洋船员学院学报，2003年第1期

[9]采用羟基自由基快速致死海洋有害生物的压载水处理[J].航海技术，2010,4

[10]郑忠，徐鑫.船舶压载水处理规则在船舶设计中的分析[J].江苏船舶，2009.4

[11]李艇.船舶压载水处理系统[J].船舶，2008.12（6）

[12]李成玉.船舶压载水处理系统的最新成果[J].青岛远洋船员学院学报，2007第4期

[13]饶建荣.船舶压载水排放处理技术初探[J].广东造船，2008,10,25

[14]刘富斌.关于船舶压载水系统防污染的探讨[J].船舶，2006,8

[15]党坤，殷佩海，孙培廷.国内外船舶压载水处理技术现状[J].航海技术，2004第2期

[16]陈汝军，郭苹，梁超雄.海船压载水处理设备研发的重要性分析[J].船海工程，2007,1

[17]李世信.面对IMO环保会的任务海事界应采取的对策[J].航海技术，2003，第3期

[18]谷建龙，张芝涛，胡吉敏，张江华.气液射入压载水排放管中混合过程的数值模拟[J].应用基础与工程科学学报，2009,10

[19]赵桥生，张铮铮.无压载水船舶的研究进展[J].舰船科学技术，2009,7

[20]许寒冰，马勇.压载水的处理现状[J].船舶设计通讯，2009,1

[21]孙雪景，张硕慧.压载水处理技术[J].海事研究，2006第10期

[22]王民，刘福生.压载水管理公约的动向和对策[J].航海技术，2004第1期

[23]张硕慧，陈轩，公维民，王倩，王琦，张宏磊.异噻唑啉的灭藻效应及其生物毒性试验[J].海洋环境科学，2004,11

[24]Zhijian Tang,Michael A.Butkus,Yuefeng F,Xie. Crumb rubber filtration:A potential technology for ballast water treatment[J].Marine Environmental Research.2006,61:410-423

[25]David M．Perkovic M. Ballast water vampling as a critical componen t of biological invasion risk management[J]．Marine Pollution Bulletin．2004，49：3l3-318．

毕业论文文献综述

轮机工程

船舶压载水处理技术研究

一、研究背景及意义

当今世界，全球压载水的不合理排放对海洋环境的污染愈加恶化。根据文献[2]记载，从1973年起，IMO就开始制定国际防止船舶造成污染公约，直至今日，公约越来越严格。IMO 已经把压载水造成的污染视为造成海洋污染的四大威胁之一。2004年2月召开的“舶压载水管理会议”上已经接受“船舶压载水及沉积物控制和管理国际公约” (Interna—tional Convention for the Control and Management ofShips Ballast Water and Sediments)。因为船东及航运公司的反对，未能满足公约生效的条件而导致生效时问一再推迟。2008年在香港召开的会议，IMO重新明确了公约的生效时问，虽然目前取消订单，推迟交船的现象时有出现，导致需求有所降低，但压载水处理课题不可避免摆在了眼前。由压载水的排放而带进的外来生物是对海洋环境污染的主要成因之一。

外来生物的与日俱增，使得世界面临着经济与环境保护的双重压力，以及环保意识的不断增强，压载水的排放污染已引起国际社会的广泛关注。随之，世界各国对压载水的合理排放的法规变得愈来愈严格，例如，在45届环保会上，压载水工作组按照压载水管理的双层机制要求对《船舶压载水和沉淀物控制和管理国际公约》草案文本进行了修改，对压载水的完善管理和控制进行了有针对性的讨论。2004年，国际海事组织船舶压载水管理国际大会近日在英国伦敦召开，大会审议通过了船舶压载水管理方面的国际公约，旨在对船舶携带的压载水进行有效的管理和控制，防止船舶压载水中可能携带的外来物种影响和破坏本地海洋生态环境，其核心内容是要求各国对所管辖的船舶采取有效控制措施，以控制和管理船舶的压载水操作，并对违反公约的情况予以制裁和处罚。因此，更加有效的分析压载水处理技术的有效性，减少外来生物入侵的风险，都有待于我们去提高。

二、国内压载水处理技术研究现状

全世界约有80%的货运通过海运来完成，由此造成每年约有100亿吨的压载水在全球转移，每天约有3000至4000余种水生物通过压载水在世界范围内迁移。预计到2013年，随着海运货量的翻倍，船舶运载的压载水量理论上也将是目前的两倍。因此，如何解决由压载水带来的外来物种入侵问题，防止压载水造成有害水生物的传播，保护生态环境和公众健康，是当前全球航运亟待解决的问题。目前IMO和有关国际组织及机构，正在致力于压载水处理方

法和设施的研究，以求制定出一个压载水处理方式和统一标准。预计这样一个符合标准的、全球推广的系统，将拥有20亿美元的潜在市场。

当前，有关压载水的处理方法，不下几十余种，主要分三大类：

1、机械处理法

利用离心、过滤等方法去除有害生物，一般机械法和其他方法配合使用。

1.1过滤

根据宋永欣[7]文献，分自清洁过滤、微过滤和粒子过滤3种。压载水过滤从环境上讲比较合理，而且，滤除尺寸}匕过滤元件尺寸大的微粒的效率在95％~98％。此外，部分较小的颗粒也被滤除，使用这种方法的另一个好处是在压载水吸入过程中过滤，因此，反向冲洗(滤器清洁)的水可立即返回港口，而压载水又从港口吸入而不经任何处理。过滤处理经美国国家研究委员会的海洋分委员会认定，认为其是比较有前景的方法之一.

1.2 置换压载水法

根据李福海[1]文献，更换压载水的方法有两种，一种是先将压载舱里的沿海港口压载水排空，然后注入深海海水。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，这种方法不适用。另一种方法是直接向已经满舱的压载舱泵人深海海水，使原来的沿海压载水从甲板的透气孔溢出。此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。是公认的目前最有效、最实用的压载水处理法。

2.物理处理法

利用紫外线直接杀毒，利用脱离法去除舱室和海水的氧气使微生物死亡。

2.1 加热处理

根据文献[5], 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。

2.2 紫外线照射法

根据文献[13]记载，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；但紫

外线处理在很大程度上依赖微生物的大小和形态。紫外线辐射会导致微生物组成的部分如核酸（DNA和RNA）发生光化学反应。

党坤文献[15]记载，在240-260nm处，尤其在253．7nm处对压载水中的生物和病原体有杀灭的作用。该方法应用的主要问题是，因为沿岸水中因含有大量的悬浮物质会阻挡紫外线对生物和病原体的照射，含有的另一种“黄色物质” (即溶解性有机物)，对紫外线中1=254nm 的波长有强烈的吸收作用，这两者都会影响处理效果。另外，如果含铁量高的话，会沉积在石英灯管上，也影响处理效果。

2.3 脱氧处理法

根据刘璃文献[3]记载，当水中的溶解氧浓度较低时(

3.化学处理法

3.1 氯化法

根据宋永欣文献[7]记载，因为氯是一种强氧化剂，它通过对细胞壁的破坏，或对细胞内细胞膜的输送通道期破坏作用，达到杀灭微生物的目的。氯可通过船上的加氯器，在压载水的吸入过程中通过喷射加入。为保证杀灭的效果，必须计算氯的使用量，超量使用在排放含氯压载水时将对海洋环境产生负面影响。

刘瑀文献[3]记载，次氯酸钠在水里浓度为mg／L级时．几乎完全水解成次氯酸，不仅可作用于细胞壁、病毒外壳，还可渗透入菌(病毒)体内与菌(病毒)体蛋白、核酸、和酶等发生氧化反应，从而杀死病原微生物。

3.2 羟基自由基法

文献[9]记载，．采用羟基自由基快速致死的绿色技术路线，实现了在船上排放压载水时的输送过程中快速致死海洋有害生物和病原体，杀灭时间不多于6秒，杀灭效率达100％；处理成本仅为3分钱／吨水。极大地改善了船舶压载水的水质，可有效保护近岸海域生物多样性，为我国开创了具有自主知识产权的压载水治理技术和装备。

3.3 臭氧法

根据李福海文献[1]记载，由于臭氧是一种强氧化剂，在环境中产生的氧原子（O），能迅速杀死压在水中的微生物和病原体，而且不存在二次污染，这些说明臭氧法较于氯化法更完善。但是由于臭氧处于高处的不稳定状态，只能通过臭氧发生设备现场制备，费用较高，

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，且臭氧会加快压载舱的腐蚀，因此臭氧法并不适于船上压载水处理。

3.4 电解法

根据文献[16]记载，①如果直接电解原生海水以4．0ppm 的初始余氯处理，可杀灭18种藻种的4种，藻类的总杀灭率可达72％，细菌的杀灭率为99．99％，并可立即杀死海水中的纤毛虫Euciliata。

②用电解法处理卤虫密度为2～6个／ml的海水，以4．0ppm的初始余氯氯处理，接触48小时后杀灭率超过95％。

③平均活体个数为2个／ml的海水用电解处理，以8．0ppm初始余氯氯开始接触24小时后杀灭率可达95％，以15．0ppm初始余氯氯开始接触12小时后杀灭率可达99．99％。

④直接电解处理含单种藻(新月菱形藻／叉边金藻／塔胞藻)的海水，用5ppm的初始余氯处理足以将海水中浓度为10 ／ml的藻类杀灭。

压载水处理技术研究的前景和最新发展

IMO于2004年通过了《国际船舶压载水和沉积物管理和控制公约》后，各国都出于商业利益的考虑，将逐渐着手于开发实用性较强的压载水处理设备，有些技术已经进入到实船测试阶段。因此，《公约》的尺度会因为增加了技术的可选择性，且随着技术逐渐的成熟和规范化而变得比较严格，另一些技术产品也将被淘汰。随着对排放管理的范围的逐步增加，市场将进一步扩大。将形成几个标准性的企业满足全球压载水处理市场的需求。这些企业也会通过设置技术门槛和专利布局，来限制其他企业的介入。

压载水处理系统作为一种新的船舶配套技术产品，有两个主要的市场需求：在航船舶的改造和新船舶的配套。根据《公约》的时间表，在航船舶的压载水处理设备需求集中在2009—2014年期间，其市场容量取决于在航远洋船舶的总体规模。而2009年之后新建船舶的市场需求取决于当年新建船舶的规模。未来一个时期，世界远洋航运业正在并将继续经历30年不遇的市场高峰期，在航运力和交船量的增长势头强劲，为压载水处理设备提供了一个良好的市场需求背景。

三、研究内容

2.1 压载水排放污染的特点

2.2 压载水处理的方法及优缺点

2.2.1 机械处理法

2.2.2物理法

2.2.3化学法

2.2.4 其他方法

2.3 压载水处理的现状和未来发展

四、参考文献：

[1]李福海.船舶压载水的处理与进展[J].青岛远洋船员学院学报，2008年第4期

[2]李春峰，施健，郑志敏.压载水管理系统的探讨[J].沪东中华技术情报，2010，（1）：20-22,15

[3]刘瑀，韩敏，宋成文，靳亚.远洋船舶压载水处理措施的研究进展[J].环境科学技术，2009,32（6）：139-143

[4] 李迪阳，姜氏倩，王俊英.船舶压载水中有害的管理与控制[J].海岸工程，2001,20（3）：47-53

[5]胡国芳.船舶压载水对生态影响及处理技术[J].中国水运，2008.9

[6]余运茂，关先锋.船舶压载水处理的探讨[J].中国水运（理论版）.2006.3

[7]宋永欣，党坤，宋家慧，殷佩海.船舶压载水处理方法[J].世界海运，2002.4（2）

[8]陈爱玲.船舶压载水处理方法[J].青岛远洋船员学院学报，2003年第1期

[9]采用羟基自由基快速致死海洋有害生物的压载水处理[J].航海技术，2010,4

[10]郑忠，徐鑫.船舶压载水处理规则在船舶设计中的分析[J].江苏船舶，2009.4

[11]李艇.船舶压载水处理系统[J].船舶，2008.12（6）

[12]李成玉.船舶压载水处理系统的最新成果[J].青岛远洋船员学院学报，2007第4期

[13]饶建荣.船舶压载水排放处理技术初探[J].广东造船，2008,10,25

[14]刘富斌.关于船舶压载水系统防污染的探讨[J].船舶，2006,8

[15]党坤，殷佩海，孙培廷.国内外船舶压载水处理技术现状[J].航海技术，2004第2期

[16]陈汝军，郭苹，梁超雄.海船压载水处理设备研发的重要性分析[J].船海工程，2007,1

[17]李世信.面对IMO环保会的任务海事界应采取的对策[J].航海技术，2003，第3期

[18]谷建龙，张芝涛，胡吉敏，张江华.气液射入压载水排放管中混合过程的数值模拟[J].应用基础与工程科学学报，2009,10

[19]赵桥生，张铮铮.无压载水船舶的研究进展[J].舰船科学技术，2009,7

[20]许寒冰，马勇.压载水的处理现状[J].船舶设计通讯，2009,1

[21]孙雪景，张硕慧.压载水处理技术[J].海事研究，2006第10期

[22]王民，刘福生.压载水管理公约的动向和对策[J].航海技术，2004第1期

[23]张硕慧，陈轩，公维民，王倩，王琦，张宏磊.异噻唑啉的灭藻效应及其生物毒性试验[J].海洋环境科学，2004,11

[24]Zhijian Tang,Michael A.Butkus,Yuefeng F,Xie. Crumb rubber filtration:A potential technology for ballast water treatment[J].Marine Environmental Research.2006,61:410-423

[25]David M．Perkovic M. Ballast water vampling as a critical component of biolo gical invasion risk management[J]．Marine Pollution Bulletin．2004，49：3l3-318．

本科毕业论文

（20 届）

船舶压载水处理技术研究

目录

目录 ............................................................................. III

摘要 ............................................................................. IV 0引言 (4)

1绪论 (1)

1.1压载水任意排放导致外来生物入侵的危害 (1)

1.2压载水的处理现状 (2)

2.压载水处理的置换方法 (3)

2.1置换法 (3)

2.1.1 排空法 (4)

2.2.2 溢流法 (5)

2.2.3 稀释法 (5)

3压载水的处理技术 (8)

3.1物理法 (8)

3.1.1加热法 (8)

3.1.2离心分离 (9)

3.1.3紫外线辐射 (9)

3.1.4超声波法 (9)

3.1.5过滤法 (9)

3.2化学法 (9)

3.2.1臭氧法 (9)

3.2.2氯化法 (10)

3.2.3电解法 (10)

3.3其他方法 (10)

3.3.1生物法 (10)

3.3.2防污镀层 (10)

4 总结 (11)

致谢 (12)

参考文献 (13)

附录.............................................................................

(14)

摘要：压载水的的任意排放是外来生物入侵的主要途径，因此对压载水处理技术的要求就极为的严格。介绍了外来生物的特点，包括它的危害、控制压载水的有效途径及对它的管理现状。对现在的压载水处理技术进行分析，包括各种技术的基本原理、优缺点及运用场合，其中对置换法进行了重点分析，分析了它的排空法，溢流法，稀释法，置换法因具有能置换大量压载水的特点，而最具前景。

关键词：压载水；外来生物；处理方法；加热法；置换法

ABSTRACT：Arbitrary emissions ballast water is the main way of alien biological invasion, so the ballast water processing technology request is extremely strict.The characteristics of alien biological are introduced，including the harmless,the effective way to control and management status of ballast water; The present technologies of ballast water treatment were analyzed in this paper, including the basic principles of various techniques, advantages, disadvantages and application of occasions. And then a focus analysis on displacement method, which includes the emptying method, the overflow method and the dilution method. Due to the characteristics of the large replacement of ballast water, displacement method was considered the most promising.

KEYWORDS：Ballast water; Alien biological; Control technology; Heating; Substitution.

0引言

压载是指用以压重或平衡某一物体的任何物质，例如，常规的热气球上装载着沙袋，它们可被丢弃而减轻汽球的载荷使其升高[i]。船舶使用像石头、沙子和金属这类固体压载物已经有数千年的历史了[ii]。在现代，船舶常使用水作为压载，这使船舶装上和卸下压载时容易了许多，而且比使用固体压载经济而效率又高。当船空载时，注入压载来保持其平衡、稳性和结构完整性。当船载货时，压载水又可以排掉。由此，当压载水含有海洋生物时，就出现了所关注的问题。现已被国际海事组织和国际环境监督部门列为全球海洋生态环境安全的四大危害之一[2-3]。

在美国五大湖，“欧洲斑马贝”多态体已蔓延到40%以上的内陆水域，而自1989年以来用于此方面控制措施的费用估计超过1O亿美元[1-4]；在英国水域已有53种大型的外来生物，德国水域有100种外来生物，爱尔兰的科克港口也发现了24种外来生物，沿瑞典海岸线则发现近70余种外来生物[5]；在澳洲南部，一种北亚藻类“昆布羽状半裂体”正在迅速地侵入到新的区域，并取代当地海底群落[1-6]；在有些国家．一种来自其他区域的微生物“赤潮”藻(有毒腰鞭毛目)已经被一些水生贝壳类动物(如牡蛎)吸入体内，当人们食用这种受污染的贝类时，就可能造成麻痹甚至死亡[5]。国外海洋环境不容乐观，除上述事例之外，某些海域污染状况严重，如波罗的海、地中海、北海、亚速海等[7]。而我国近海的海水污染状况也比较严峻，港口附近由于生活污染情况相对严重，水质状况更加严重，见表1[8]

表1全海域海水水质评价结果 (2006年)

单位：万平方公里

严重污染中度污染轻度污染较清洁海区

海域面积海域面积海域面积海域面积

南海0.171 0.247 0.960 0.467

渤海0.277 0.175 0.737 0.819

黄海0.923 0.484 1.206 1.730

东海 1.466 0.838 2.311 2.086

全国 2.837 1.744 5.214 5.102

类似的事件还有很多，数以百计的对生态、经济和人类健康有重要影响的事例已遍

及全球，这已是人类不能忽视的问题。

1绪论

1.1压载水任意排放导致外来生物入侵的危害

自从19世纪8O年代以来，人们开始普遍使用水作为压载物质，由此避免了采用固体物压载时因装船而带来的时间消耗和在航行中由于固体压载物位移动而导致的丧失船舶稳性的潜在危险[12]。某些船舶需要相当多数量的压载水(主要是在空载航行时)，这类船舶包括：散装运输船、矿石运输船、油船、液化气船、油矿石两用运输船。据悉，每年全球船舶携带的压载水大约有100亿t，一艘载重1O万t货船携带的压载水量达到5～6万t，平均每立方米压载水有浮游动植物1.1亿个，舱底的沉积物中每立方厘米有2.25万个浮游植物孢子。每天全球在压载水中携带的生物就有3000—4000种，到目前为止被确认约有500种生物物种是由船舶压载水传播入侵的[9-12]。外来生物入侵的途径多样，传播速度快，繁殖力强。其可能造成的危害主要有以下几方面：（1）与当地物种争夺食物及生存空间，影响当地物种的生存能力，有些甚至还会与亲缘接近的物种杂交，造成当地物种的遗传基因混杂。（2）入侵物种极易形成大面积的单优群落，从而降低生物多样性，使依赖于当地物种多样性生存的其他物种没有适宜的栖息环境，同时还破坏景观的自然性和完整性。（3）入侵物种可能会带来病原生物和寄生虫，给当地物种造成毁灭性打击，同时人如果食用了相关的生物，可能会影响到人类的健康。（4）入侵物种影响当地的物种结构和食物网结构，会造成生态系统的失衡。

外来生物的危害在早期并不受到人们所重视，一直到20世纪70年代科学家们才真正开始研究这个问题并认识到在可能含有传染性病菌的水域加装的压载水排放后可能会使其他国家或地区受到病菌的危害。但当时各国政府的主要精神都集中在如何防止船舶造成的油污

上，压载水尚未引起人们的关注。但是到了80年代，随着海运事业的迅速发展，随船舶压载水传播的水生物越来越多，更出现了美国、加拿大和澳大利亚成为面临外来有害生物入侵问题最严重的国家，这问题才越来越引起各国的注意[13]。其中最著名的事例北美五大湖区所受的斑马贝、圆虾虎鱼的危害，自80年代来，美国在防护这项措施中耗资超过10亿[1-4]；黑海的渔业由于美洲栉水母的惊人繁殖而彻底崩溃，改变了黑海的生态系统等[14]。这些都说明了外来生物进入适宜它几乎不受生长限制的生长环境中，可以带来人们不可预见的生态和经济影响。

1.2 压载水的处理现状

随着海洋的开发和航运业的迅速发展，海洋环境的污染也日益严重。而IMO制定的防止船舶造成污染的公约也愈加严格。压载水造成的污染已经被IMO视为海洋污染的的四大危害之一。2004年2月召开的“船舶压载水管理会议”上已经接受《船舶压载水及沉积物控制和管理国际公约》 (International Convention for the Control and Management of Ships Ballast Water and Sediments)，并计划2016年实施[9]，表2即为压载水管理公约的有效时间。可见，压载水处理课题不可避免摆在了眼前。

IM0对压载水管理的要求有D一1和D一2两个标准：

D一1一关于压载水置换：

（1）至少在离岸200海里、200米深的海域进行压载水置换；

（2）应用排空式更换法要求压载水的置换量至少在95%；

（3）应用溢流法或稀释法更换法要求水泵注入与排出的海水量为压载舱舱容的3倍。

D一2一关于压载水处理：

（1）压载水中的生物体排放要求

大于等于50μm的生物存活体，每立方米必须少于10个；

小于50μm、大于等于lOμm的生物存活体，每毫升必须少于1O个。

（2）压载水中的微生物体排放要求

大肠杆菌必须小于250cfu/lOOml；

肠道球菌素必须小于lOOcfu/lOOml；

霍乱弧菌必须小于1cfu/lOOml (cfu为菌落组成单位)；

如满足公约生效条件(占载重量35%的船舶和30个国家接受该公约后12个月)则公约生效时间见表2[15-16]

表2 压载水管理公约生效时间

虽然压载水处理已经成为海洋环境的四大危害之一，我们也知道压载水处理技术的重要性和必需性，但是真正掌握压载水处理技术的国家并不多。IMO组织2004年于伦敦颁布了《国际船舶压载水及沉淀物控制和管理公约》，该公约要求部分新造船舶在2009年达到船上压载水处理的卫生和生物标准，并计划在2016年实施[10]。世界各国已采用和正在研究的压载水处理技术有许多种，主要有置换法、物理法、化学法及其他方法等。多数方法在理论上及试验室中是可行的，但因产品需要经过IMO规定的试验流程检测才能进行认证，所以研究压载水处理系统技术难度较大，研发人员及资金投入费用也比较高。其研发及认证费用高，同时研发及试验周期比较长。由于不同海域海水微生物的含量和种类差异很大，所以仅依靠单一的针对某海域的压载水处理技术显然不能适应船舶的流动性，也不能满足规范的要求。从目前公布的成果可知，全球只有美国、德国、日本、挪威等少数国家的少数企业真正掌握了压载水处理的技术，满足现有规范的要求[11]。相对于国外火热的开发与应用热潮，中国的压载水处理技术开发与应用起步都比较晚，是近几年才开始相关研究，已有一些技术开发取得进展，也有几项设备取得IMO与船级社的认可，而且也颁布了一些防止压载水中有害生物污染的统一规定或立法，总之，针对压载水的处理，不管是在技术还是法规上，我国都在循序的研发当中。

外来生物的入侵给人类的健康的海洋环境的安全带来了重大的危害，各国政府都纷纷提出应对压载水处理的法规和技术；同时，在2004年颁布的公约中，也提出了压载水处理的两个标准；再者，通过对国内外压载水的处理现状的介绍，认识到在压载水处理问题正在受到各国的重视，压载水的处理技术也愈加成熟，但要使处理问题更加完美的得到解决，各国政府还需更大量的研发和实验。

2.压载水处理的置换方法

2.1置换法

根据《国际船舶压载水和沉积物管理与控制公约》的规定，船舶进行压载水的更换，一般情况下均应在距最近陆地至少200海里、水深超过200米的水域进行[22]。船舶进行压载水置换应达到其所载压载水量的95%的置换量。对于通过注入法置换压载水的船舶，如能排出压载舱容积3倍的水量，应被视为满足所述的标准。如果能证明至少满足了95% 的置换量，注入排出少于3倍压载舱容积的水量也可以被接受[23]。由于大洋海水与沿岸海水相比，无论是生物种类还是盐度、浊度等环境因子，都存在着一定的差别。即使其中的生物进入沿海国港口水域也很难存活。因此，采用更换船舶压载水的方法可以在一定程度上防止压载水中的外来水生物及病原件对海域的污染。下面看置换压载水的三种比较可用的三种方法：

2.1.1 排空法

排空法又称“逐一更换法”，其原理很简单，就是把在港口、河口或近海水域中注入的

压载水全部排出，直到把压载水排空为止。然后用深海海水重新加满。该方法有以下优点：

①可以有效去除及压载舱内船舶构件表面的沉积物与淤泥中的水生生物与病原体。

②所需水量少，更换时间短。

③几乎去除所有的有害水生物。

但是，由于目前一些营运的船舶压载管系设计建造不合理，只注重于管路的布置，压载泵大小的选择，而很少注意舱室的内部结构和排出口的位置等，不利于压载水的有效排放。故实用排空法也有自己的缺点：

①在排放作业中，重量的增减，吃水变化，重心高度变化及自由液面影响的变化，导致初稳性高度降低，甚至失稳。

②在恶劣环境中航行的船舶，使用排空法会使压载舱遭受冲击，使压载舱的局部强度受损。

③压载水的排空、注入过程中，船舶重量的变化会引起吃水和吃水差的改变，而不适当的吃水差会对船舶的操纵性、快速性、适航性和抗风浪性形成不利影响。

当然这些问题也不是不可克服的，相信通过适当的改进，排空法仍将是最有前途的。例如那文浓度更换法就是以排空法为基础给改进而来的，基本原理就是根据浓度情况，确定新的压载水注入的位置。如果海水浓度低于舱内原有的压载水浓度，海水从顶部加入；反之则从底部加入。它对排空法的上述不足进行大量的改善，其中对船体及管路也有了一定的改进，就是允许海水从压载舱的底部和顶部装入（图1[8]）。管路与压载舱原有的压载水泵相连，同时冷却水系统接入，可以提高系统效率。

图1 系统管路图

这种方法在一定程度优化了船舶的设计，但是考虑到普通的压载舱存在理论上会造成紊流和混合发生的物理阻力，排空法还是有大量的空间进行改善的。

2.2.2 溢流法

和排空法相似，溢流法也是为了提高船舶在海上的安全性而设计的。其原理是向已经满舱的压载舱继续注入海水，以海水的溢出而带走原来的压载水，所需的水量达3倍压载舱容[10]。此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，而且，溢流法不能有效排出舱底及压载舱内船舶构件表面的沉积物及淤泥中的生物与病原体。船舱的构造使死角的更换率很低。但是在原理上看，溢流法只能杀死95%的有害水生物，而且和排空法相比，该法存在着更换水量大、有效性差的特点；并且因为要进行三次满舱换水，换水的时间较长，消耗的能源多[24]。同时压载舱可能承受较大的内部压力；此外，在更换压载水操作过程中，船上操作人员有可能与不洁压载水接触而对其安全和健康形成威胁。

2.2.3 稀释法

稀释法也称“巴西稀释法”，其原理是从舱顶部注入清洁压载水，同时，以相同的流量将原舱中的压载水排出舷外（图2[25]），维持液位不变，也应泵入3倍舱容积的水量[26]。稀释法具有排空法和溢流法所不具有的一些优点，尤其是在安全性方面。因为以相同的速率打