船舶压载水处理技术.pdf 4页

'第30卷第4期2013年08月江苏船舶JIANGSUSHIPV01．30No．4Aug．2013船舶压载水处理技术金星，黄红梅，黄国卫(江苏南极机械有限责任公司，江苏泰兴225400)摘要：介绍了国际海事组织(IMO)颁布的国际船舶压载水及沉积物控制和管理公约、排放标准要求，以及目前主要的压载水处理技术及其特点，过滤+膜分离+充氮去氧处理工艺系统的组成、处理流程、试验结果等。关键词：压载水公约；过滤；紫外线；电解；膜分离；充氮去氧中图分类号：U664．9文献标识码：BU引吾据统计，每年船舶携带的压载水约有100亿t，每天有几千种浮游生物随压载水传播到世界各地。这些生物一旦入侵新的适宜生存区域，能够不可控制地进行疯狂繁殖，掠夺本地生物作为食物，使得有害寄生虫和病原体大面积迅速传播，导致流行病的传播，威胁港口国公众的健康。目前，人们保护海洋环境的意识不断增强。自1973年起，加拿大、澳大利亚、巴西等国就一直推动国际海事组织(IMO)制定能被世界各国广泛接受的国际公约，以加强对压载水的管控，防止外来物种的入侵。直至2004年，IMO通过了《国际船舶压载水及沉积物控制和管理公约》，要求在国际水域间航行的营运船舶，根据建造时间、压载水容量，分阶段将压载水由“交换”方式过渡到“处理”方式。“交换”即D一1规则，容许用深海海水在进港前置换舱内压载水后再排放；“处理”即D．2规则，压载水需处理达标才能排放。1压载水处理的特点当船舶将成千上万吨的压载水泵入压载舱时，只要能通过船舶压载泵进口的任何物种都有可能自然地混入其中，对其处理具有以下几个特点：(1)处理水量大，每小时有几百吨甚至几千吨的处理量。(2)处理对象是去除压载水中的浮游植物、浮游动物，这些生物形态各异，耐受性不尽相同。(3)去除对象除压载水中生物外，还有沉积物，要尽量减少其在舱内的沉积量。收稿日期：2012一lO一22作者简介：金星(1975一)，男，工程师，从事船舶防污染设备设计、研发。(4)处理工艺除满足当前排放指标外，还应在满足现有船舶运行条件的前提下，具有升级空间，以满足不断提高的排放标准。2现阶段压载水处理技术压载水公约除规定了压载水的排放指标外，还要求不管新、老船舶都必须安装压载水管理系统。据统计，公约生效后，全球约有68000艘船舶加装压载水管理系统。面对如此大的市场容量，各国众多厂商纷纷投入压载水管理系统的研发，处理工艺主要分为如下几类：(1)过滤+紫外线：压载水经50“m滤器过滤后，利用波长范围200～280nm的C波紫外线照射到液体，破坏微生物细胞组织中的DNA、RNA。存在着处理效果受限于微生物的大小和形态，压载水浊度，灯管结垢，某些微生物具有光修复能力等多方面因素，耗电量较大，且不能彻底解决沉积物问题。经研究表明，压载水在25％、100％剂量紫外线照射下，存放3天后，生物密度呈逐步恢复、上升的趋势，只有在400％剂量紫外线照射下，生物密度才维持在较低的水平，但这将会增加大量电耗。(2)过滤+电解：压载水经50斗m滤器过滤后，利用海水电解产生次氯酸杀灭微生物。存在着处理效果受限于微生物的耐药性，海水盐度，航程长、短等因素；产生的药剂对舱壁具有腐蚀性，耗电量较大，不能彻底解决沉积物问题。排放时，需加药中和，防止超标排放电解产生的药剂对环境造成影响。(3)过滤+电催化：压载水经50灿m滤器过滤后，利用电催化产生羟基自由基瞬时杀菌，出现羟基存在时间太短杀灭不彻底，耗电量较大，不能彻底解决沉积物等问题。排放时，还需加药中和，防止超标 第4期金星等：船舶压载水处理技术21排放电解产生的药剂对环境造成影响。3机械过滤+膜分离+充氮去氧处理工艺设计针对当前紫外线照射法、电解法、电催法处理工艺存在不足之处，作者所在的研发团队提出了采用过滤+膜分离+充氮去氧的技术路线。该工艺除氮气外，不添加任何化学物质，避免造成二次污染，膜分离即能保证出水水质，还能减少压载舱内沉积物，可为船东节约清舱费用；充氮去氧既能防止生物的生长和繁殖，还能减少舱壁的腐蚀，可为船东节约防腐费用；耗能部件仅为反冲泵，节能省电。3．1处理流程系统主要由滤器单元、膜分离单元、制氮装置、控制单元组成，其处理流程如下。3．1．1压载压载流程示意图如图l所示。舱外压载水经海水滤器、压载泵、滤器单元、膜分离单元后进入压载舱，同时充人氮气。滤器单元和膜分离单元用于去除压载水中不同粒径范围内的固体颗粒、微生物甚至细菌，反冲洗水直接排至舷外。图1、图2中的粗线表示操作流程图。图1压载流程示意图3．1．2卸载卸载流程示意图如图2所示。压载泵将舱内压载水直接排至舷外。图2卸载流程不意图3．2滤器单元采用楔形过滤网作为过滤器的核心元件去除50Ixm以上的有机物，并自动利用其自身过滤水进行反冲洗。单个反冲洗单元10s内即可以完成，对设备流量无明显的影响。压载水由滤芯内侧向外侧过滤时，水中悬浮物杂质被V型缝隙孔拦截在滤芯内表面并附着在缝隙平面周围，滤过水通过滤芯缝隙向外流出。当滤芯缝隙孑L被悬浮物大量阻塞时，滤器进、出口压差增大。达到设定值时，反冲洗机构自动启动，滤芯外侧滤过水变为反冲洗水，在大的压差作用下迅速由滤芯外侧向内侧冲刷。由于缝隙是V型的，反冲洗水从滤芯外侧进入内侧时流速将大大提高，进而对缝隙形成很大的冲刷清洗作用。这种V型端面的滤芯具有优异的流体特性，保证冲洗效果，从而确保了滤器单元长期稳定的工作。3．3膜分离单元采用微滤膜元件作为膜组件的核心元件去除10Ixm以上的微生物。压载水通过膜元件时，微生物被拦截在膜元件表面，过滤水排出。膜孔阻塞时，膜组件进、出口压差会增大。当达到压差设定值时，反冲程序启动，采用多种组合方式对膜元件进行反冲，再辅助以系统停机期间浸泡处理，保证了膜通量，确保处理量满足要求。如图3所示，膜分离机理主要分为机械截留，吸附截留、桥架截留3种方式。在桥架截留的作用下，也可去除10斗m以下的微生物，为排放指标的提高奠定了基础。图3膜分离机理／ji总图3．4制氦装置当前，制氮方法主要有3种方式：(1)燃烧法：采用燃烧后的尾气产生浓度较高的氮气。但其中含有CO：、SO：等气体，与压载水接触后会产生一些酸性物质，对压载舱舱壁具有一定的腐蚀性。(2)膜分离法：采用膜将空气中的氮与氧分离。但由于膜易老化，产气量小，不能适用于大规模制氮的要求。(3)分子筛分离法：如图4所示，装置配置2组吸附罐，内置无需更换的陶瓷分子筛，在一定压力下，利用氮与氧分子直径的大小不同，分子筛将氧吸附，而氮能自由通过，从而制配成浓度较高的氮气。2组吸附罐，1组制氮、1组释放氧，交替进行。根据压载水处理的特点，本系统采用了分子筛分离法制配氮气，既保证了氮气产量，又保证了氮气浓度，且不产生任何有害物质。3．5试验系统的建立及验证 江苏船舶第30卷3．5．1试验系统为了对处理工艺进行验证，组建了处理量为200t／h的试验系统，包括500t配料舱、250t处理舱、250t对照舱、处理系统、取样口、压载泵等。压载水试验系统如图5所示。N、图5压载水试验糸统(1)配料舱：配制满足试验要求的试验水。(2)压载泵：将配料舱内试验水泵人处理系统，再流人处理舱或直接泵至对照舱。(3)处理系统：处理配料舱内试验水。(4)处理舱：贮存经处理后的试验水，5．5天后排出。(5)对照舱：贮存未经处理后的试验水，5．5天后排出，以便与处理舱内水质指标进行对比。(6)取样口：本系统共设置5个取样口，S1为处理系统前取样，s2为进对照舱前取样，s3为处理系统后取样，S4为排放处理舱取样，S5为排放对照舱取样。3．5．2试验水配制配料舱内添加浮游动物、浮游植物，异氧菌，配制成500t的试验水。其中大于50Ixm生物密度达到105个／m3，10～50“m生物密度达到109个／m3，细菌密度达到104cfu／ml。试验中采用了2种盐度的试验水进行了试验，分别是淡水和海水。海水中添加的生物主要包括：原生动物门(盾纤毛虫、百乐拟铃虫、夜光虫)；轮虫动物门(褶皱臂尾轮虫)、节肢动物门(卤虫、中华哲水蚤、近缘大眼剑水蚤、拟长腹剑水蚤、钩虾)；毛鄂动物门(强壮箭虫)。淡水中添加的生物主要包括：原生动物门(尾草履虫、棘尾虫)；纤毛门(红色伪角毛虫)；轮虫动物门(褶皱臂尾轮虫)、节肢动物门(卤虫)。3．5．3试验过程配制500t试验水，经检测符合要求后，启动试验系统。将配料舱内250t试验水经处理系统处理后贮存于处理舱，并在S1、S3取样点取样，5．5天后排放，在s4取样点取样；将配料舱内另250t试验水泵入对照舱，并在S2取样点取样，5．5天后排放，在S5取样点取样。3．5．4检测项目及结果3．5．4．1微生物检测经测试得知，生物的去除效率高达99．95％以上，特别是对于粒径稍大的浮游生物的去除效果非常显著，可满足压载水处理的要求。3．5．4．2化学物质检测和毒性试验为了检测在充氮情况下，处理舱内的处理水中是否会产生化学物质，分别取试验水。处理舱排放水、对照舱排放水进行了三氯甲烷、二溴一氯甲烷、一溴一氯甲烷、三溴乙酸、二氯乙酸、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮含量的检测，结果表明没有产生有害的活性物质和化学物质。同时取充氮后的处理水进行了黑褐新糠虾急性、慢性毒性试验，裸项栉虾虎鱼急性、慢性毒性试验，青岛大扁藻生长抑制试验，试验结果表明，排放水未有任何毒性，对排放水域和生态环境不会造成任何危害。3．5．4．3腐蚀试验取充氮后的处理水和不充氮的试验水分别进行了6个月的腐蚀试验。试验表明，放置于充氮处理水中的挂片腐蚀率仅为0．013mm／年，腐蚀量是不充氮的1／20，可有效保护压载舱舱壁。4结论随着外来物种入侵事件不断(下转第41页) 第4期房云祥等：铺管船的锚绞机选型安装及调试研究41不大于1．4mm，角度偏差小于0．3。，参见示意图3。同时还需达到锚机底座的下平面，(即调整垫片的上平面)，高度偏差不大于1mm。3．5调整垫片根据所测得各调整垫片的厚度要求加工各调整垫片，调整垫片的厚度约为25mm。对于大的那块(有5只qb51mm螺孔的)，可以改成2块。调整垫片的配制按常规要求。图3牙嵌式习轴器安装精度要求3．6其他工作(1)钻孔：每台锚机配钻螺孔中51mm，16只；中44mm螺孔，12只。(2)固定螺栓：安装固定螺栓，螺栓的收紧力矩应根据厂家的预紧力矩要求进行。(3)止推座：焊接各止推座，焊缝的高度约为12mm，敲紧各止推的活动契块，并点焊固定。(4)对称安装右舷锚机：按上述步骤要求有序安装右舷锚绞机。4试验4．1空载运转试验液压锚机进行正、倒车空载连续全速运转30min。试验时每隔5～10rain正、倒车变换1次，观察传动装置及各运动有无异常发热及敲击现象，(上接第22页)增多，人类环境保护意识的增强以及IMO《国际船舶压载水及沉积物控制和管理公约》的生效日期日益临近，船舶压载水的管理与控制会越来越受到重视，排放标准也会逐渐严格，压载水管理系统的装船也势在必行。随着船舶压载水技术的发展，船舶压载水的排放会变的更加安全、可靠。过滤+膜分离+充氮去氧处理工艺压载水管理系统无疑为压载水并检查液压马达、液压油泵及液压系统阀件的工作情况。4．2效用试验将锚分别抛出，同时用制动器刹车2次，然后用锚机将锚收起，检查离合器操纵的方便性、刹车装置工作的可靠性，锚链和卸扣通过锚链筒、止链器和链轮的情况，锚链在链轮上应无跳链和扭曲情况；并检查止链器位置是否正确以及锚收上时锚爪与锚穴的安放情况，同时检查锚链冲水装置的工作情况。将每根锚链装入时，检查锚链标记、根部固定情况并做弃锚装置脱钩试验，然后再收起，检查锚链在锚链舱内的堆放情况。4．3试验记录液压锚机试验时，应对液压油泵工作压力、油泵及马达的转速进行记录。的管理与控制提供了一种更好的选择。参考文献：[1]党坤，宋永欣，朱晓峰．船舶压载水电解处理时余氯衰减的动力学模型[J]．大连海事大学学报，2005，(2)：68—71．[2]林火平．压载水管理——有害水生物的危害及防止[J]．世界海运，2001，(3)：40—41．[3]沈欣军，白希尧，汤红，王宁．船舶压载水携带外来物种及其对水域生态环境的影响[J]．生态学杂志，2004，(1)：125—128．习野邑稳罱焉三'