第八章1船舶大气污染

1、第八章,船舶大气污染,所谓空气污染，根据国际标准化组织（,ISO,）,做出的定义：“通常是指由于人类活动和自然过程,引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达,到足够的时间，并因此而危害了人体健康，舒适感,或环境”。,一、船舶在营运过程中会出,现一些特殊的大气环境污染,问题，通常表现为：,（,1,）运输散装货物的船舶,在港口储存和转运过程中易,产生粉尘和石油及化学品蒸,气，从而对港口附近局部区,域大气环境产生明显不利的,影响；,?,(2),船舶发动机以及锅炉等设备燃烧燃料后的废气,排放污染，该污染物质的长期排放造成的大气污,染后果严重，随船舶的航行自然而然的形成了了,流动的污染源,;,?,(

2、3),船舶目前使用的含氯氟烃（氟利昂,CFCs,）及,其它卤化物的制冷剂和灭火剂，由于技术性或事,故性的泄漏而对大气环境的长期危害；,?,（,4,）船舶所承运的有毒有害气体泄漏扩散而,造成的大气污染。,二、船舶对大气污染的危害,船舶排放的废气主要由,NO,X,、,SO,X,、,CO,X,、,VOC,（挥发性有机化合物,volatile organic,compounds),等，其中,NO,X,与,SO,X,对环境和人类,的影响最大。特别是,SO,2,排放后，在大气中的,氧化过程，并于云中的水雾结合形成的酸雨，,对植物的生长将产生严重的危害。而,NO,X,排放,的主要成分是,NO,，它亦会在大气

3、中氧化而形,成酸雨，对人类及动物产成的危害和影响是极,其严重的。,NO,是无色并且具有轻度刺激性的,气体，它在浓度低时对人体健康无明显影响，,高浓度时会造成人与动物中枢神经系统障碍,?,尽管,NO,的直接危害性不大，但,NO,在大气中可以,被臭氧氧化成具有剧毒的,NO2,，,NO2,吸入人体后,会造成血液的输氧能力下降，在,NO2,含量超过一,定标准的环境中停留时间过长的话，还会使人因,肺气肿而死亡。同时，氮氧化物还是形成光化学,烟雾的起因物质之一。,?,据挪威向国际海事组织提供的资料表明，船舶每,年排放,NOX,达,602,万吨，占世界排放总量的,7,；,SOX,达,634,万吨，约占世界排

4、放总量的,4,，船舶,大气污染应经到了不容忽视的地步，特别是在港,口、海峡和一些航线密集、船舶流量大的海区，,船舶排放废气甚至成为该地区的主要污染源。,CO,X,主要成分是,CO,和,CO,2,，,CO,2,作为全球温,室气体（,GHG,）中的主要成分，主要会,造成全球温室效应。,CO,无色、无味，但有毒，与血红蛋,白结合，使人慢性中毒。主要表现为中枢,神经受损，造成记忆力下降等。,HC,：主要包括未燃或未完全燃烧的燃油、,润滑油及其裂变产物，简称未燃烃。,危害：使造血机能破坏，造成贫血、神经,衰弱，并会降低肺对传染病的抵抗力。,HC,与,NO,x,在阳光紫外线作用下，经光化学,反应产生光化学

5、烟雾。,?,PM,：柴油机排气微粒，对人体健康危害性与其,粒径有关，粒径越小，停滞于人体肺部、支气管,的比例越大，对人体危害越大。,VOC,的主要成分有：烃类、卤代烃、氧烃和氮烃，,它包括：苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有,机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等。,通常所说的墙面漆中对人体有害的化学物质（重,金属除外）就是指,VOC,。这些挥发性有机化合物,包括甲醛、氨、乙二醇、酯类等物质。当房间里,VOC,达到一定浓度时，会引起头痛、恶心、呕吐、,乏力等症状，严重时甚至引发抽搐、昏迷，伤害,肝脏、肾脏、大脑和神经系统，造成记忆力减退,等严重后果。,三、船载液体货物蒸汽污染,船舶运输的三大

6、液体散货是：石油、化学,品、液化气，其中石油包括有原油、成品油（,汽油、煤油、柴油）和油渣等，其运输量占整,个液态散货的,70%,以上：液化气是指在常温常,压下为气态需要加压或冷却而转变为液态储运,的化学品。目前，我国海运散装化学品的品种,已大数十种。,液体散货运输中存在的大气污染问题主要是：在,货物转运和存储过程中，产生石油、成品油及各,类液体化学品蒸气，其扩散会对港口大气环境造,成一次及二次污染。近年来随着石油储运量的大,幅提高，一些大型油港大气环境中烃类指标逐年,上升，其中，单船装卸作业范围内空气中油气浓,度大大超过劳动安全卫生标准，作业高峰期港区,周围大气环境中烃类浓度数倍于环境允许浓

7、度标,准。在化学品码头，当储运货种为光化学反应活,性较高的烃类时（如甲苯），光化学污染较为严,重。,此外，液体散货在水上运输和岸边储存过程,中的溢出、泄漏事故存在潜在的污染风险。许多,液体散货在溢出、泄漏后，因暴露于空气中而挥,发。以石油为例，在,2-3,天内的挥发率可达,20%-,70%,。假定一个中型溢油事故的溢油量为,200,吨，,则挥发进入空气的速率很有可能大于,100kg/h,。,泄漏事故中的蒸气扩散将有可能造成短时期的空,气污染与生态损害。因此，坚强防止各类事故发,生的措施，加强污染监测和模拟预测，制定相应,的应急反应计划，加强事故预防和应急反应能力，,完善水上安全监督管理体制，是

8、避免事故发生或,事故发生后减轻污染损害的重要防治对策。,第二节公约及法规关于防止船舶大气污染的要求,为了有效控制和防止船舶对大气环境所造成,的污染，国际海事组织（,IMO,）在,1995,年,9,月召,开的,IMO,第,37,次环保会（,MPEC37,）上，在,MARPOL73,/,78,国际公约原有的,5,个附则的基础上，,又增加了附则,防止船舶大气污染规则，并于,1997,年正式通过。,该附则是任选附则，其生效条件是要有不少,于,15,个国家参加，该,15,国所拥有的商船队的总吨,位之和不少于世界商船总吨位的,50%,。,按,IMO,秘书长提供,萨摩亚于,2004,年,5,月,18,日加入

9、,MARPOL 73/78,的,1997,年议定书,(,附则大,气规则,),。该议定书、附则达到生效条件,即,2005,年,5,月,19,日后,议定书生效，,2006,年,8,月,23,日,在我国生效。,我国大气污染物综合排放标准也于,1997,年开始实施。严格履行国际公约中所规定的义务，,贯彻和落实国家的有关政策法规，加强船舶营运,环境的规划和管理，研究适合我国具体情况的技,术和对策，是防止和控制船舶造成大气污染的坚,强保证。,，,?,氮氧化物，排量限制：,?,第级：,2000,年,1,月,1,日至,2011,年,1,月,1,日前建,造的船舶,:,（,1,）,17.0g/,（,KW,h,），

10、,n,130rpm,?,（,2,）,45.0 X n,-0.2,，,130rpm n,2000 rpm,?,（,3,）,9.8g/(KWh), n,2000 rpm,?,第级：,2011,年,1,月,1,日或以后建造的船舶：,?,（,1,）,14.4g/,（,KW,h,），,n,130rpm,-0.2,?,（,2,）,44.0 X n,/,（,KW,h,），,130rpm n,2000 rpm,?,（,3,）,7.7g /,（,KW,h,），,n,2000 rpm,?,第级：,2016,年,1,月,1,日或以后建造的船舶：,?,（,1,）,3.4g/,（,KW,h,），,n,130rpm,?,

11、（,2,）,9.0 X n,-0.2,/,（,KW,h,），,130rpm n,2000,rpm,（,3,）,2.0g /,（,KW,h,），,n,2000 rpm,?,硫氧化物（,SOx,）,?,2012,年,1,月,1,日以前：,4.5%m/m,?,2012,年,1,月,1,日以后：,3.5%m/m,?,2020,年,1,月,1,日以后：,0.5%m/m,?,船舶在硫排放控制区域内：,?,2010,年,7,月,1,日以前：,1.5%m/m,?,2010,年,7,月,1,日以后：,1.0%m/m,?,2015,年,1,月,1,日以后：,0.1%m/m,?,第三节,船舶废气排放与污染控制技术,

12、?,（一）,控制,SO,2,排放量的措施,目前，,减少,SO,2,排放量的主要方法有：,（,1,）使用低硫燃料；（,2,）石油脱硫；（,3,）,排烟脱硫。方法（,1,）受到了地球资源的限,制，人类可以积极采取的对策便是（,2,）、,（,3,）两种方法。而现今大多数船舶一般采,用的控制措施为使用低硫燃油和脱硫燃油。,船舶排烟脱硫处理必将是今后船舶环境下防,止,SO,2,污染大气的主要发展方向。,?,1.,石油的脱硫技术,主要采用的是氢化法，利用触媒,(,钴,-,钼、镍,-,钨,),在高温高压的条件下，使石油中的硫分与氢,反应形成硫化氢来脱硫的。,2.,排烟脱硫技术,排烟脱硫法分为湿式法和干式法两

13、种。湿式,法又包括：石灰石膏法、氢氧化镁法、碱性水溶,液法等。,干式法指的是活性炭法。湿式法大约,占,90,，其中大容量的火力发电用石灰石膏法，,而其它行业用氢氧化镁法占据主流。与湿式法相,比，干式法中的活性炭法因活性炭的价格高，导,致其经济性差，使用受到限制。,?,二,船舶,NO,X,排放控制技术,NO,X,包括,NO,、,NO,2,、,N,2,O,2,等，其中对环境,危害最大的是,NO,和,NO,2,。通常所提及的氮氧,化物的污染，即指,NO,及,NO,2,污染。在柴油机,的排气中，,NO,2,的浓度仅占,5%,，而,N,2,O,2,的浓度,更低，因此主要研究的便是氮氧化物,NO,。,高温

14、、富氧和氮与氧在高温环境中长时,间停留，是柴油机燃烧过程中促进,NO,生成的,三要素。,?,船舶柴油机,NO,X,排放的控制措施大体可分为燃,料预处理、工作过程处理和排气后处理三类。,其中预处理可分为：采用低氮燃油或甲烷等,低氮燃料、燃油乳化等；过程处理包括：废,气再循环、喷油定时延迟、改变喷油器参数,及燃油,-,水分层喷射；后处理包括：废气再,燃烧处理和催化还原法处理。,下面对目前船用柴油机常用的控制,NO,X,排放的措施,加以重点说明。,?,1.,燃油乳化,燃油掺水乳化能较大幅度地减少,NO,X,。标准,设计的发动机满负荷时可以加入,20%,的水。使用,乳化后的燃油将对,NO,X,的生成量

15、和燃油的消耗率,产生一定的影响，其影响程度随机器型号的不同,而不同，但在一般情况下，增加一个百分点的水,将减少一个百分点的,NO,X,。,局限性：水和重质燃油的乳化比较容易进行，也,比较稳定，但水与柴油、轻质柴油的乳化比较困,难，沿海航行需要强制采用低硫燃油时，如果要,采用燃油掺水技术，就需要设置专门的乳化装置,?,2.,废气再循环,废气再循环,EGR,（,Exhaust Gas Re-,circulation,）是指让发动机的一部分排气引回,进气管，与新鲜空气混合后作为工质参加气缸内,的热循环。,EGR,作为控制,NO,X,排放的一项有效措施，,越来越受到重视。,废气再循环能使排气中,NO,

16、X,的浓度下降的原,因是：,（,1,）废气能使燃烧时反映混合物中的氧含量显著,降低。,（,2,）废气中含有较多的水蒸气和二氧化碳，二者,的比热比空气大，会使燃烧过程所达到的火焰温,度降低。,?,引入再循环的废气均需要冷却处理，使其温度降,低到大约,160,-180,范围后，再经过过滤等清,洁处理，方允许引入气缸再循环使用。,?,优点：废气净化效率高，能有效降低,NO,X,的排放,，结构简单，处理经济，便于使用；操作方便，,易于控制。,?,缺点：如果使用不当，会招致冒烟和其它有害污,染物的增加；另外，循环废气会造成润滑油的污,染及发动机的磨损。,?,3.,延迟喷油定时,延迟喷油定时是在燃烧过程中

17、降低,NO,X,发生,量的简便、有效的改进方法。延迟喷油定时的作,用主要是使燃料燃烧所形成的温度颠峰值降低，,但会使油耗率略有增加。,通过调整喷油规律，减少上止点前喷入气缸,的燃油量；或者调整气阀正时，降低最高燃烧温,度和压力；,另外，改进喷油器结构，如减小喷油器压力,室容积，改动喷油嘴喷孔数目、孔径和长度等。,?,4.,燃油,-,水分层喷射,燃油,-,水分层喷射,SFWI,（,Stratified Fuel-,Water Injection,）系统，它与燃油掺水乳化来,加水的方法不同，在柴油机的喷油阶段，该系统,将水送至喷油器，使油和水分层喷入气缸，以降,低火焰温度。,该系统给水量是由一个控

18、制器根据发动机的,负载和,NO,X,所需削减水平来控制的，船舶环境下，,造水机的容量要相对增大，同时由于不能加入任,何防锈剂，所以必须对供水系统的防锈问题加以,充分考虑。,?,5.,选择性催化还原法,SRC(Selective Catalytic,Reduction),用氨作还原剂对含,NO,X,的气体进行催化还原,处理，使氨能有选择地和气体中的,NO,X,进行反应，,而不和氧发生反应，称为选择性催化还原法。,优点：效果好，可除去高达,95,的,NO,X,，部,分烟气和碳氢化合物亦会被,SCR,中的反应器的氧,化作用除去。,缺点：,SCR,系统装置尺寸大、初投资成本稍,高、运行费用高，在负荷变

19、化时难以适当地控制,喷入量，另外，在船舶环境下，还原剂的装卸、,储存和安全方面都是不容忽视的问题。,?,第六节,粉尘污染及其防治措施,一,、粉尘污染情况,散装船舶在装卸,转运,储存过程中而产生,的、易于粉尘散发的主要物质是：煤炭、散粮、,矿石、散盐、散化肥、砂石、散木材等。,其中煤炭、散粮、矿石是主要的三大固体散,货，由此产生的粉尘污染问题比较严重，主要是,发生在船舶的装卸港口，污染严重时会造成港口,附近局部区域空气混浊、能见度下降。,?,港内最易产生粉尘的环节有：,?,（,1,）各种装卸机械联合作业转接处高差落料细,微颗粒随风飘扬；,?,（,2,）装卸机械在舱口处抓斗抓放、起吊提升、,漏斗落

20、料、皮带机转接输送；,?,（,3,）斗轮机堆料取料，皮带机入库或下放装船,?,（,4,）堆场堆料表面随风扬尘；,?,（,5,）残留物清扫扬尘。,?,粉尘的扩散速率与气流脉动速度、空气稳定,度、悬浮高度、粒径大小、比重、湿度、货种、,地表状况、装卸工艺设备、作业情况等多种因素,有关。,?,煤炭、矿石港口的装卸工艺大多为露天装,卸和堆存，因此装卸存储方式、工艺设计环境保,护水平、物料特性（如：粒度分布，含水量等）,和气象因素是决定粉尘污染程度的关键因素。目,前的港口设计一般能够做到：在皮带机转接处加,以局部半密封，皮带输送机加防尘罩。散粮装卸,工艺大多为密闭装卸和筒仓储存。当设备密封性,差、吸尘系

21、统出现故障时，由于粮食粉尘含水量,低、比重轻，所形成的积尘极易构成二次扬尘。,二,防止粉尘污染的措施,目前防止港口粉尘污染一般有以下几种形式：,?,（一）,湿法防尘,湿法防尘主要是对堆场喷水已达到防尘目的。,煤炭和矿石表面若含水率高、湿度大，则起尘率,减少。当表面含水率超过,6%,时，可保证基本不起,尘,;,其次，喷水水雾与扬尘结合，增加了粉尘重,量和微粒相互间的粘结，促使扬尘迅速沉降。由,于具有控制起尘和抑制扬尘双重作用，因此喷水,除尘的除尘率一般可达,80%,。,为提高喷水降尘效率，一般要求水雾液滴与,粉尘颗粒粒径相等或接近，这样更利于他们之间,的粘结。水滴太大，比表面过小，则与粉尘结合,

22、率小；水滴太小则易于蒸发而起不到降尘作用。,?,喷水除尘优点：简单易行，投资少，效果好，维,修使用方便。,?,喷水降尘缺点：用水量大，海港均由城市供水管,网供应生活用水，因此单靠生活用水难以满足要,求。其次，北方港口冬季无法解决防冻问题，因,此将近,3,个月喷水设备不能运行和使用，达不到,要求。此外，喷水防尘易使排水变黑，形成二次,污染，而且也会不同程度地造成物料流失。,近年来在喷水降尘基础上，发展出各种各样,的除尘方式，均比常规除尘效率高。,?,1,磁化水除尘,把水通过强度为,2200,奥斯特的强磁场后，使,水磁化，可提高喷水降尘效率。磁化水流速为,0.3,0.5m/s,降尘效率最高。对煤炭粉尘可以提,高降尘效率,2.8,倍，对矿石粉尘可提高,2,3,倍。,2.,湿润剂除尘,湿法作业主要用水除尘，但粉尘都有不同程,度的疏水性，且不易被水湿润，因而降低了除尘,率。添加剂的使用使得物料表面张力减小，湿度,增大，起尘量减小。对港口供水不足或当气象条,件受到限制时，采用加入添加剂具有突出意义。,