船舶壓載水對海洋環(huán)境的污染及處理方法

1、船舶壓載水對海洋環(huán)境的污染及處理方法摘要：伴隨全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程，全球貿(mào)易量增加，而海運業(yè)承擔(dān)了80%的運輸任務(wù)，大量的船舶在海洋中航行過程中其壓載水水的排放對海洋環(huán)境造成極大的破壞，船舶壓載水成了微生物在全球傳播的重要途徑之一，本文闡述了船舶壓載水的排放對海洋環(huán)境的污染以及船舶壓載水的處理方法。一、 前言船舶空載時為了保持穩(wěn)定，在起航時要將一定量的海水泵進(jìn)艙底以增強抗風(fēng)浪能力，到載貨時再將水放出，這部分海水稱為船舶壓載水。船舶壓載水的作用是對全船壓載艙進(jìn)行注入和排出,以調(diào)整船舶吃水和穩(wěn)性,減少船體變形,減少船體阻力,降低船體振動,改善船舶的適航性等。船舶如果裝入了含有有害的水生物或病原體的壓

2、載水，并將這些壓載水?dāng)y帶并排放到其他港口水域，就會對當(dāng)?shù)睾Ｑ笊鷳B(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)及人類的健康產(chǎn)生危害。由船舶壓載水造成的海洋物種對海洋環(huán)境的侵害，已被全球環(huán)境基金組織（Global Environment Facility簡稱 GEF）確認(rèn)為危害海洋的四大威脅之一，并引國際海事組織和各國政府的高度重視，積極參與和研究如何處理壓載水這一課題。二、船舶壓載水對海洋環(huán)境的污染船舶壓載水可以分為兩大類：一類是油艙壓載水，其對海洋的污染包括貨油艙和燃油艙的油性污染。有些油輪沒有專用的清潔壓載艙，而是用經(jīng)過原油洗艙后的貨倉裝壓載水，這些貨倉里殘留的油渣等油類物質(zhì)會隨著壓載水的排放而進(jìn)入其他國家的海域；第二類是普

3、通船舶的貨倉壓載水，里面含有有毒液體物質(zhì)、有害物質(zhì)和來自疫區(qū)的含病毒、病菌等。估計每年有110億噸的壓載水在全球轉(zhuǎn)移,這些壓載水主要是取自于船舶卸貨港口及其附近水域,每天在壓載水中全球轉(zhuǎn)移的生物就有3 0004 000種,雖然,大部分水生物無法忍受壓載艙內(nèi)無光、缺氧、含鐵高等惡劣環(huán)境而在旅途中死亡,但是少數(shù)生命力強的水生物卻能順利到達(dá)排放壓載水水域,并能在當(dāng)?shù)厮蛄⒆惴敝?成為入侵者,這種外來生物的入侵會造成港口國水域生態(tài)平衡的破壞,給當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)帶來損失。船舶壓載水還可能攜帶具有嚴(yán)重地域流行特點的病原體,導(dǎo)致流行病的傳播,威脅港口國公眾的健康。2006年國家環(huán)?？偩止?我國由于生物入侵造成的直

4、接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)574億元,其中海洋生物入侵是主要成因之一。三、船舶壓載水的治理措施為了防止船舶壓載水污染海洋環(huán)境，目前國際上研究的壓載水處理方法也較多。主要有機械法、物理法和化學(xué)法三大類。而研究較多的是通過化學(xué)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(yīng)用。1. 在航深海更換壓載水深海更換壓載水的科學(xué)依據(jù)是:淡水、河口以及沿海中的水生物一般無法在深海環(huán)境中生存,反之,深海中的海洋生物也無法在沿海環(huán)境中生存,而且深海水域幾乎沒有導(dǎo)致人類疾病的病原體,該方法要求船舶在航行途中,在水深超過200m,離岸超過200海里(或航行超過48h)的深

5、海處更換壓載水,根據(jù)操作方法的不同,更換壓載水又分為排空法,溢流法和稀釋法三種。(1)排空法:就是將壓載艙里的沿海港口壓載水排空,并清洗艙底的沉積物,然后注入深海海水。這種方法可以做到100%更換壓載水,被認(rèn)為是目前最有效,最具實用性的防止有害水生物和病原體傳播的方法?？紤]到更換壓載水的過程會使船舶的裝載狀況發(fā)生很大變化, 因此必須事先計算船舶在每個更換步驟的穩(wěn)性、吃水差、強度等情況,使之保持在安全范圍內(nèi)。在惡劣的天氣條件下,為了保證船舶強度和穩(wěn)性,保證船舶安全航行,排空法不適用。(2)溢流法:即從底部向已經(jīng)滿艙的壓載艙打入深海海水,使原來的沿海壓載水從甲板的透氣孔溢出,溢流法需要3倍于艙容的

6、水量才能達(dá)到更換90%原壓載水的程度。此方法不改變船舶的穩(wěn)性強度和吃水差,因此可在相對較惡劣的天氣條件下進(jìn)行。由于壓載水無法徹底更換,該方法顯然受到了有效性的挑戰(zhàn)。另外,壓載艙的過壓、冬季甲板結(jié)冰等問題也使其安全性大打折扣,特別是一些老齡船。(3)稀釋法:這是最近巴西提出的一種新的更換壓載水的方法,它采用3倍于艙容的深海海水從頂邊艙注入,同時從壓載艙底部引出舊的壓載水。稀釋法的安全性優(yōu)于溢流法,但都同樣存在有效性不足的問題。2.物理法（1）加熱處理。從目前所進(jìn)行的研究來看，溫度在 3850，加熱持續(xù) 24h，可殺滅大部分生物，但如果生物以休眠孢子形式存在的話，可能忍受這樣的處理，并在合適的條件

7、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。此法雖然被認(rèn)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(yīng)力影響船舶航行安全等難以解決的問題。（2）過濾法。在壓載操作過程中可以通過使用船上的過濾系統(tǒng)把一定大小的生物從壓載水中分離出來,從而起到防止和減少有害生物吸入的作用,省去了壓載水更換和進(jìn)一步的各種處理。但是為了實現(xiàn)比較安全的過濾,還需要做一些更為細(xì)致的工作。因為壓載水注入和排出時的高流速和高流量,對處理設(shè)備提出了很高的要求。并且,當(dāng)需從壓載水除去的生物和顆粒尺寸變小時,過濾系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本也會相應(yīng)提高。過

8、濾出來的物質(zhì)可以集中儲存在船上再用岸上設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步處理,如果規(guī)則允許,也可以排回水中。過濾系統(tǒng)可選用網(wǎng)狀過濾器或較厚介質(zhì)的過濾器。（3）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，對紫外線中波長為254nm 波有強烈的吸收作用，這會影響處理效果。因此紫外線照射法和過濾法結(jié)合使用會收到較好效果。此外紫外線照射方法的處理運行費用也較高。3.化學(xué)法（1）氯化法。氯化法

9、處理船舶壓載水以去除浮游植物和原生動物以及細(xì)菌是可行的，但對不同的目標(biāo)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(xì)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(jìn)行處理，如對于扁藻在氯化處理中有效氯含量高達(dá) 40mg/L，仍不能達(dá)到去除的目的。（2）加熱電解法。將海水加熱到 3845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?？蓺缛亢Ｉ锖图?xì)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

10、殺滅其中 99.85%的異常細(xì)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(xì)菌。在壓載水系統(tǒng)中安裝電解海水裝置，使其產(chǎn)生 氯來殺滅壓載水中的細(xì)菌，其方法有兩種。一種從主海水管抽出一部分海水送入電解裝置，電解成所需含氯濃度（520mg/L）的海水再送入壓載水主管路。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），通過氯的分

11、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）強電離放電治理法大連海事大學(xué)環(huán)境工程研究所研究出“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(dāng)，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(tuán)氧化物分解，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的化學(xué)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(fù)的化學(xué)損傷，羥基攻擊細(xì)胞膜的磷脂多烯脂肪酸的側(cè)鏈，導(dǎo)致多烯脂肪酸迅速降解，致使細(xì)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(yīng)屬于游離基反應(yīng)。其殺滅微生物的化學(xué)反應(yīng)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，一旦被IMO認(rèn)可，該方法將會成為治理壓載水污染的有效方法。四、 結(jié)語以MARPOL公約的出臺為標(biāo)記，海洋環(huán)境保護(hù)已經(jīng)越來越為國際社會重視，而,防止船舶壓載水造成污染,也是其中一個重要的課題。壓載水處理是一個復(fù)雜的問題，要求安全、可靠、有效、經(jīng)濟(jì)。在航深海更換壓載水是目前最有效,最具實用性的防止船舶壓載水污染的方法。但其對船舶操作存在安全隱患。本文介紹的其他方法雖然理論上可行