1、水力空化處理壓載水技術(shù)摘要:針對水力空化技術(shù)進行了全方位的闡述，包括空化的產(chǎn)生、發(fā)展及潰滅的 過程，以及空化產(chǎn)生的機理及其應用，并設計制作了一套用于處理船舶壓載水的 水力空化發(fā)生裝置。關(guān)鍵詞:空化；空泡；孔板3一.壓載水船舶空載時為了保持穩(wěn)定性，在起航時要將一定量的海水抽進壓載艙以增強 抗風浪能力，到港裝貨時再將水排出，這部分海水稱為船舶壓載水。油輪卸油后在回程途中，為保證規(guī)定的適航性，避免砰擊現(xiàn)象或空船振蕩， 必須加裝壓載水。沿海油輪所需壓載水量為總載油量的20%-25%，遠洋油輪為 35%-40%，惡劣天氣為40%-50%，特殊情況下高達50%-60%4。目前，壓載水處理系統(tǒng)采用的處理方法

2、主要有：機械法利用離心、過濾等方法去除有害生物，一般機械法和其它方法配合使 用。物理法利用紫外線直接殺毒，利用脫氧法去除艙室和海水的氧氣使微生物死 亡?；瘜W法在水中生成強氧化性物質(zhì)，殺死水中的微生物。電解產(chǎn)生次氯酸鈉，化學藥劑產(chǎn)生的過氧化氫都是屬于這種類型。2二.水力空化原理三遠洋船舶壓載水可能造成的危害人們對船舶產(chǎn)生的油污染、柴油機排放造成的空氣污染等環(huán)保問題已達成共 識,但對船舶壓載水造成污染還缺乏足夠重視。船舶裝載壓載水是船舶離岸時攜 帶用于船舶穩(wěn)定平衡的壓載物，許多種細菌、植物、動物存活于壓載水及其沉淀 物中，會不可避免地吸入水生微生物，其中一些是有毒害的。且其它一些微生物 當從它們本

3、地生態(tài)系統(tǒng)進入另外一個不同生態(tài)系統(tǒng)時會出現(xiàn)潛在的危害性。這不 僅污染當?shù)氐乃颦h(huán)境，也危及人類健康。據(jù)估計，全球所有海上運輸船舶所攜帶的壓載水數(shù)量，每年大約有120億噸， 每天存在于船舶壓載水中隨船周游世界的生物達7000種。如此，從一個國家港 口加裝的壓載水所含的水生物，就會在船舶到達另一個國家港口裝貨時隨壓載水 被排放到改過的水域中，其中某些生物可能會造成經(jīng)濟和環(huán)境方面的災難性后 果。有關(guān)方面在對大連港口船舶壓載水入侵生物現(xiàn)狀的調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，4種甲藻 等有毒藻類是通過船舶壓載水傳播到我國的，并造成大面積的赤潮災害。隨著經(jīng)濟全球化和世界貿(mào)易的發(fā)展，船舶越來越大，船速也越快。不幸的是， 船速的加

4、快導致船舶兩港航行時間的縮短，也增加了外來有害水生物存活和轉(zhuǎn)移 的可能性。1四.國際海事組織對壓載水處理要求為了盡可能地降低壓載水排放帶來的危害，IMO組織把船舶壓載水的排放標 準分兩步實施。D-1標準是利用加入深海的海水對壓載水進行稀釋處理，但它不 能完全消除壓載水排放的各種危害，是壓載水處理技術(shù)發(fā)展過程中的一種過渡性 的排放標準：D-2標準是船舶壓載水排放控制的最終標準，使壓載水的排放安全、 衛(wèi)生、無公害。5國際海事組織（IMO）的D-2壓載水性能標準規(guī)定，進行壓載水管理的船只 排放必須符合： 低于10個活菌/每立方米 低于10個活菌/毫升（50微米） 有毒霍亂弧菌低于1 cfu/100毫

5、升 大腸桿菌低于250 cfu/100毫升腸道腸球菌低于100 cfu/100毫升五.目前船舶壓載水處理比較成熟的處理方法為了防止海洋污染，對船舶的含油壓載水，必須經(jīng)過處理，符合排放標準才 能排放入大海，目前國際上正在研究的船舶壓載水處理方法很多，主要有機械法、 物理法和化學法三大類。而研究較多的是通過化學法處理壓載水，如氯化法、電 解法、臭氧、過氧化氫、強電離放電治理法等。以下是幾種處理船舶壓載水的方 法及其應用。中澆陶N壓載水處瞿力此常、機披此方在成凡孫方法的 專成.機械法過濾。過濾是一種物理處理方法。過濾法可直接濾去外來生物，通過選 擇合適的網(wǎng)目，可以有效的去除不同的生物種群。但是該法也

6、存在缺點。主要是 因為壓載水，尤其是沿岸打入的壓載水中，含有大量的絮狀物，容易阻塞濾網(wǎng)， 需要經(jīng)常對濾網(wǎng)進行反沖洗，既耗能又花費太多的時間。此外，這種方法在有重 力過濾系統(tǒng)使用時不宜使用。過濾法被認為是一種對環(huán)境危害最小的壓載水處理 法8，但很難用于處理大量的壓載水。旋流分離法。利用水流在管路中高速流動產(chǎn)生的分離作用，將液體的水 和固體的生物和病原體分離開。這種方法可以除去大多數(shù)多細胞動物和植物、卵、 幼蟲、胞子(包括進入到淤泥中的有害藻類的休眠期胞子)和有害的病原體細菌。 例如，安裝在“豪華公主”上的OptiMar旋流分離器，以200m3/h流量運行濾除40pm以上的微生物7。稀釋法。稀釋法

7、是指在海上用3倍于艙容的水量從壓載艙頂部泵入海水， 以相同的速率從艙底排出的壓載水更換法。從原理上講，稀釋法比較安全，在整 個壓載水更換過程中，船舶整體的受力狀況基本上不變，船舶不會喪穩(wěn)性，船體 也不會遭受額外的剪切力矩和扭轉(zhuǎn)力矩。但也存在著以下缺點：無法全面徹底 的更換壓載水。更換時間長，消耗能源較多，對管路、壓載泵等設備有一定要 求。其最大的優(yōu)勢是不必等壓載艙裝滿水，就可以使海水連續(xù)流過壓載艙。該法 稀釋壓載水的海水用量很大，其數(shù)學模型表明，至少要更換三倍于壓載艙體積的 海水才能達到預期的效果。.物理法加熱處理。從目前所進行的研究來看，溫度在3850C，加熱持續(xù)2 4h,可殺滅大部分生物，

8、但如果生物以休眠抱子形式存在的話，可能忍受這樣的 處理，并在合適的條件下萌發(fā)生長，這樣就需要更高的溫度才能殺滅。加熱壓載 水有3種途徑：將水蒸氣通入壓載水、用船引擎余熱或采用微波法。Geoff Rigby、 張碩慧等進行了加熱處理壓載水的研究，得出了以下結(jié)論：壓載水中的新月 菱形藻，在水溫38C時，2h后致死；中肋骨藻在水溫45C時，4h后致死；原生 動物在水溫50C時，2h后才致死。說明不同的生物對溫度的反應不同。此法雖 然被認為是一種具有潛在吸引力的方法，但存在處理時間長、能耗過高、熱應力 影響船舶航行安全等難以解決的問題。紫外線照射。研究表明，紫外線處理在很大程度上依賴于微生物的大小 和

9、形狀。在240260nm處，尤其在253.7nm處對壓載水中的生物和病原體有很 好的殺滅作用。該方法的主要問題是：沿岸水中含有大量的懸浮物質(zhì)會阻擋紫外 線對生物病原體的照射，含有的另一種“黃色物質(zhì)”溶解性有機物，對紫外線中 I=254nm的波長有強烈的吸收作用，這會影響處理效果。此外處理運行費用也 較高。.化學法（1）氯化法。氯化法處理船舶壓載水以去除浮游植物和原生動物以及細菌是 可行的，但對不同的目標生物所需的氯含量不同。一般的少量氯對殺死壓載水中 的細菌有明顯效果；而對于浮游藻類，因為耐受性強，需要較高的有效氯含量進 行處理，如對于扁藻在氯化處理中有效氯含量高達40 mg/L,仍不能達到去

10、除的 目的。（2）加熱一電解法。將海水加熱到38C45C大多數(shù)藻類和原生動物都不能 存活。利用電解海水產(chǎn)生的氯。可殺滅全部海生物和細菌。天然海水中的某些藻 類能忍受510mg/L有效氯處理，原生動物對氯化物處理的耐受性很差，5mg/L 有效氯處理即可滅除。經(jīng)20mg/L以上有效氯處理后，便不再有藻類生長繁殖。 有效氯為5mg/L處理海水能殺滅其中99.85%的異常細菌，100%的弧菌和88.5% 的大腸菌群，有效氯為20mg/L處理海水能殺滅海水中幾乎所有的細菌。在壓載 水系統(tǒng)中安裝電解海水裝置，使其產(chǎn)生CL來殺滅壓載水中的細菌，其方法有兩 種。一種從主海水管抽出一部分海水送人電解裝置，電解成

11、所需含氯濃度（5 20mg/L）的海水再送人壓載水主管路。壓載水中的有害生物全部殺滅后，殘留 氯的濃度控制在0.1mg/L以下。這樣對管路腐蝕基本沒有什么影響，也不會造 成二次污染。另一種是直接將電餌裝置裝在壓載系統(tǒng)中，所有海水都要經(jīng)過電解 裝置，該方法氯濃度難以控制且耗電量大。對電解滅殺海生物后會產(chǎn)生一種致癌 物質(zhì)氯仿（THM） 10,通過氯的分解實驗和抽樣檢測，也說明有效氯會在較短 的時間內(nèi)分解，對環(huán)境的污染影響不大，電解處理后的水樣檢測，也表明氯有機 物是微量的。（3）臭氧（。3）處理。臭氧是一種強氧化劑，氧化還原電位高達2.07V，足 以致死壓載水中的入侵微生物，而且不存在二次污染問題

12、。文獻中報道，質(zhì)量分 數(shù)為4 X10-6的臭氧能致死單細胞生物和一些抵抗力強的無脊椎動物；質(zhì)量分數(shù) 為10 X10-6的臭氧可以滅活胞囊9。但臭氧會加快壓載艙的腐蝕，而且難于保持 一定的殘留殺菌濃度。并且投加量不易調(diào)節(jié)，需要具有較高的技術(shù)水平進行管理 和維護，不適應船舶的環(huán)境空間和技術(shù)力量。因此臭氧法并不適于船上壓載水處 理。（4）過氧化氫（H2O2）。與其他化學品相比，其主要優(yōu)點是：殘余物很容易 分解成水及氧，因此從環(huán)境上講比較合理。其主要缺點是當壓載水中有機物質(zhì)過 多時，將會因有機物質(zhì)的氧化而效果降低。但雙氧水與其他方式（如紫外線照射） 合用，即使?jié)舛忍鸵部赡苡行А５珘狠d水中有機物含量增

13、高時，處理效果還會 下降9。（5）強電離放電治理法大連海事大學環(huán)境工程研究所白希堯教授5等研究 人員研究出“強電離放電治理船舶壓載水有害微生物人侵傳播”手段，為有效防 止船舶壓載水傳播有害生物提供了新的方法。據(jù)介紹，羥基自由基屬強氧化劑， 它的還原電位與氟的氧化還原電位基本相當，具有極強的殺滅微生物特性。羥基 促使微生物氨基酸的活性集團氧化物分解，導致蛋白質(zhì)的化學損傷以及入侵生物 的死亡；羥基與脫氧核糖核酸作用后形成的加合物會造成不可修復的化學損傷， 羥基攻擊細胞膜的磷脂多烯脂肪酸的側(cè)鏈，導致多烯脂肪酸迅速降解，致使細胞 結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷而死亡。另外，羥基與人侵微生物的反應屬于游離基反應。其殺滅 微生物的化學反應速度極快，在壓載水輸送過程中就可以殺死微生物，具有廣譜 致死特性。但目前該技術(shù)還停留在實驗室階段，有待推廣。參考文獻：1余育聰.船舶壓載水及沉積物的控制和管理J.江蘇船舶，2005,22 (5): 35.2許寒冰，馬勇.壓載水處理技術(shù)現(xiàn)狀J船舶設計通訊，2009,1(1) ： 45.3劉亮，陳黃騫，呂偉.水力空化技術(shù)及其對壓載水的預處理J船舶，2011,22(4): 38.4林曉芬.船舶壓載水處理方法綜述J船舶節(jié)能，2012,1：35.5王帥軍，孫永明，呂偉，馬玉麟.船舶壓載水處理系統(tǒng)的現(xiàn)狀研究J工業(yè)技術(shù)， 2012,(7): 94.6宋永欣，黨