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淺談船舶壓載水處理系統

[日期:2011-09-14] 來源:  作者: [字體: ]

2004年,國際海事組織(IMO)通過了《船舶壓載水和沉積物控制和管理國際公約》,旨在達成國際上的一致,“通過控制和管理船舶壓載水和沉積物來防止、減少和最終消除有害水生物和病原體的傳播”。壓載水排放可能擾亂生態平衡,為了應對由此造成的對全球環境的威脅,需要配置得到IMO認可的處理系統。按照公約的要求,如果在2009年1月1日以后建成的新船,必須安裝專門的處理設備;從2012年起所有的新船均應裝設壓載水處理系統,而全部現有船舶則應在2016年底之前配備此項技術裝置。

隨著2009年的臨近,距離公約正式生效的日子已經不遠,目前有多少壓載水處理系統已經研制成功并得到IMO批準呢?

1國外主要的壓載水處理系統介紹

1.1NEI公司的文氏管脫氧方式壓載水處理系統(Venturi Oxygen Stripping——VOS)

NEI公司從2002年開始致力于研制VOS系統來解決水棲有害生物問題,同時保護壓載艙不被腐蝕。該系統使用氮氣在船舶壓載艙內制造一個低氧的環境,該環境限制了含氧量,避免了氧化鐵或銹的形成;同時,該低氧環境極大降低了隨壓載水帶來的水棲生物的生存率。該項技術已在船舶實驗中得到證明,完全符合IMO的壓載水排放標準。圖1為VOS系統流程圖。




VOS系統與船舶現有的壓載系統相結合,當吸入的壓載水流經安裝在壓載管路上的文氏管噴射器時,將會發生空化現象;同時在其中噴入由制氮裝置產生的氮氣,使其達到過飽和。經過這一過程,壓載水中的含氧量將在l0s內減少95%。當壓載水排出壓載艙時,VOS系統將通過甲板管路向空艙中注入氮氣,以使壓載艙中保持低氧的環境。

此脫氧過程可參見圖2。




該系統通過了美國船級社的技術審查,獲得了利比里亞船級社的形式認可,具備裝船條件。

1.2OceanSaver公司的OceanSaver系統

OceanSaver的工作原理,是分兩個階段使壓載水中氮氣過飽和。

壓載水經由船舶的海水吸人箱抽吸到船上,先經過濾清、再進入C3-T空化室,承受極高壓力脈沖的作用;緊接著空化作用之后,在船上利用膜板型氮氣發生器生產的氮,在一個兩級處理過程中噴入水流。有一部分水從主水流中分出,利用混合裝置與氮氣混合或實現過飽和。然后這部分水流立刻被重新噴射到主水流中,在此與來自C2-E系統的活化水合流。

一小部分壓載水(小于規定的系統流量的0.5%)在過濾以后被送入C2-E系統,在此受到電滲析處理,然后與氮氣一同被重新噴射入水流中,對壓載水進行消毒。C2-E系統的組成包括給水和噴射管路、恒定電流電源裝置及電滲析單元組件。


水過濾之后,經過空化和過飽和的處理后,成含氧量低的水,此時即進入壓載艙。水艙配備有壓力/真空控制系統,用以防止氮氣從水艙內泄漏出來,并防止水艙受空氣污染,這樣便抑制了水生物再生的可能性,水艙壁表面的氧化(由此引起的腐蝕和涂層的老化)也明顯減少。

水在排放時,借助空氣充入過程來恢復水中的氣體平衡,這樣便可避免排出缺氧的水。

與常規的空化裝置不同,該系統的效率被認為較高,可創造出高達l000bar(1×108Pa)的內向*****壓力,內爆頻率在100kHz以上。C3-T裝置的概念可確保系統各個表面、顆粒物和有機物與內爆氣泡的能量區之間充分接近。這代表著一個重要優點,即釋放的能量可能向其特定目標,用于摧毀有機物。圖4為C3-T處理裝置及其內部的魚雷形導罩。






1.3 Alfa Laval公司Pureballast系統

Alfa Laval公司著重強調其Pureballast系統可提供不使用化學制劑的壓載水處理方式,其設計也是模塊式的,這樣便能安裝在機艙周圍現有的管路之間。Pureballast系統通過了50mm以上的有機物試樣9種,10mm~50mm之間的有機物試樣9種,以及21種不同的細菌閃試。實驗表明Pureballast系統能夠滿足IMO的排放標準要求。

圖5為Pureballast系統流程圖。




除了過濾作用外,Pureballast系統還采用了一種Alfa Laval與Wallenius Water公司合作開發的先進的氧化技術(AOT),見圖6。此項技術利用光源和催化劑兩者的作用創造出自由基,以摧毀壓載水中有機物的細胞膜。當光線照射到裝置的催化劑表面時,便產生出自由基。紫外線可殺死有機物,而該系統則利用另一種波長束殺死其DNA。換句話說,Pureballast裝置含有鈦的二氧化物催化劑,它受到光照射時便產生出自由基。這些自由基的壽命僅有若干毫秒,他們可以破壞微生物的細胞膜,而不必使用化學制劑或生成有害的殘留物。




壓載水在進入或排除壓載艙的過程中都要進行處理,以便對付水艙內停留和重新生長的有機物。

迄今為止,Pureballast系統經歷過3次迭代,并于2003年在Wallenius公司的汽車運輸船“DonQuijote”號上安裝了一臺樣機。

以上3種船舶壓載水處理系統均無需化學添加劑,而前兩種系統中經處理后的壓載水為低含氧量的壓載水,不僅滿足IMO對壓載水排放的要求,還可以極大的降低壓載艙的腐蝕。其中,尤以NEI公司的VOS系統結構最簡單,下面就以VOS系統為例,介紹其在壓載水微生物處理、壓載艙腐蝕控制及降低船舶生命周期成本方面的優勢。

2采用VOS系統防止水生物入侵、船舶腐蝕的評估及船舶生命周期成本

2.1生物處理

當壓載艙充滿脫氧水的時候,生物處理馬上就開始了。

通過生物測試試驗證明,經過VOS系統處理后的壓載水在4天后,其中的浮游動物、浮游植物和細菌的數量均達到IMO標準的要求,參見圖7。




2.2腐蝕保護

VOS系統的壓載艙脫氧系統的設計使壓載艙壁始終處于惰性氣體的保護之中,其腐蝕程度降低達90%,可以使船舶壓載艙在整個生命周期中都保持“良好”評級而不需要涂層修復或者鋼材翻新。參見圖8、圖9。



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