《船舶管理》-第九章 第三节 任务一

第九章防污染设备的管理第三节压载水处理装置任务一压载水处理装置一、压载水处理系统实例2016年9月8日，《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》(以下简称《压载水公约》)达到了生效条件，并于2017年9月8日正式生效。根据公约的要求，船舶需要安装压载水处理装置。从长远来看D-1标准只是一个过渡性的标准，最终所有船舶压载水的排放都必须达到D-2标准。例如：Pureballast压载水处理系统和BalClorBWMS型压载水处理系统。Pureballast压载水处理系统Pureballast是由AlfaLaval公司与WalleniusWaterAB公司联合研制、共同开发的一套压载水处理系统。2007年7月，该系统获得IMO组织活性物质最终审核。该系统采用先进的氧化技术(AOT),具有不使用化学药品、对环境影响小、可自动处理、操作简单、内置自净系统、使用及维护费用低、适用范围广(设计处理能力为250~5000m³/h)等特点。1)Pureballast的工作原理Pureballast压载水处理过程可分为两个阶段：预处理和最终处理。如图9-8所示，压载水泵通过海底门吸入压载水，首先使压载水通过孔径50μm的过滤器，以去除大于50μm的生物，随后送入BenradAOTPuerifer。小于50μm的生物在压载水通过光触媒装置时被杀灭。在光触媒装置中，紫外线照射二氧化钛(（TiO₂)产生羟基（-OH），利用该基团夺取微生物等细胞膜内的氢元素（H），从而杀灭微生物。经过AOT处理的压载水，通过管路送入各压载舱。此外，过滤器还能清除压载舱中积聚的沉淀物。每次装载压载水结束后，过滤器需用海水反冲清洗，所有清洗过滤器的反冲水均在压载水装载地点直接返回海洋，因此过滤器中的沉积物不会随船到达下一个港口，避免造成有害污染。图9-8Pureballast压载状态管路系统图在最终处理阶段，即排出压载水时（如图9-9所示），压载水将再次流经光触媒单元，以消灭航行期间在船舱内滋生的微生物。为防止过滤器反冲引发二次污染，压载水排出过程中不再经过过滤器。整个流程无需任何前期准备或化学药剂投放，实现完全自动化。操作员可实时监控报警情况，并能执行本地或远程操作，仅需按下按钮即可控制系统的启动或停止。图9-9Pureballast排放状态管路系统图2)Pureballast的系统组成Pureballast系统主要由多组光触媒WalleniusAOT单元(根据处理压载水的多少，增减WalleniusAOT单元组数)、CIP单元、过滤器和流量计等组成，其系统组成如图9-10所示。图9-10Pureballast系统组成图(1)光触媒WalleniusAOT单元光触媒WalleniusAOT单元中，二氧化钛(TiO₂)作为催化剂，在紫外线的照射下，产生羟基(—OH)。系统产生的羟自由基(一OH)具有极强的氧化性，其氧化能力是H₂O₂、O₃的106~109倍。在羟自由基(—OH)的作用下，几乎所有的有机污染物都会经过一系列过氧自由基链反应被氧化降解为CO₂和H₂O。这种在温和反应条件下进行的羟自由基(一OH)强氧化过程被称为高级氧化过程。光触媒二氧化钛TiO₂在紫外线的照射下产生自由羟基场，当有机微生物在水流的带动下通过羟基场时，生命周期仅为几毫秒的自由羟基夺取微生物等的细胞膜内的氢元素(H),分解微生物的细胞薄膜，从而杀死微生物，而不同于超声波的原理是破坏细胞DNA。在实际应用中，光催化效率是一个非常重要的指标。影响TiO2光催化效率的因素很多，不仅与TiO2自身的晶体结构、表面缺陷等有关，而且一些外界因素如光强、温度、溶液和pH值、溶液中的杂质以及氧含量等，都会影响其光催化率。(2)CIP单元CIP单元是一种防护设施，为密闭的、固定不动的容器一类的物体，依靠热能、物理能、化学能，依靠一定的作用时间，来完成清洗、杀菌的工作。它具有以下的特点：①不需拆卸设备和管道，即可对其清洗；②清洗程序可实现自动化；③可以最少的劳动量、清洗量，最短的劳动时间来获取最佳效果和最大利润。Pureballast压载水处理系统中的CIP单元，就是根据装置使用需要，为防止海水在光触媒WalleniusAOT单元积结水垢而设置的自动清洗设施。作为光触媒装置的洗涤剂使用了从水果中提取的一种酸，不会对环境产生破坏作用。影响CIP清洗效果的因素主要有：清洗液的温度、清洗剂的浓度、清洗液体的压力和清洗时间。CIP系统控制是由设计人员按要求来设置能够调节的流量、温度、浓度、压力、时间等参数仪器和仪表对CIP系统进行自动控制，并且按设定的清洗工艺，以最少的时间、工作量、耗能完成清洗的目的。(3)过滤器在压载操作期间，使用一个精度为50μm过滤器，不仅可以阻止较大的有机物伴随压载水进入压载舱，而且可以大大减少压载舱内的沉积物。压载水排出操作时，过滤器通过旁通阀旁通，以防过滤器自动反冲清洗时，其中可能的残存污染物污染压载水排放场所。过滤器每年检查一次。(4)流量计流量计指示Pureballast压载水处理系统中的流量在额定范围之内，以确保压载水的处理质量。同时流量计向装置主控系统提供已经吸入或排出压载水多时的有用数据。BalClorBWMS型压载水处理系统是由青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司生产的压载水处理系统。该系统对压载水处理过程分为过滤、灭活和中和三个过程。1)BalClorBWMS型压载水处理系统的工作原理BalClorBWMS型压载水处理系统管路布置图如图9-11所示。船舶在进行压载操作时，首先让压载水全部通过孔径50μm的过滤器，以除去大于50μm的海生物和固体杂质。经过滤后的海水从过滤器后的海水主管路引一支管进入电解单元电解，电解后的海水又会注回压载水主管路，并随主管路海水进入压载舱，对细菌及微生物进行灭活，残余的活性物质会在压载舱内存在一定时间，以抑制航行过程中细菌和微生物的生长。船舶在进行排载操作时，海水无须进入电解单元和过滤单元，可直接排出舷外，排载口的TRO传感器会即时监测排载水中TRO浓度(总残余氧化剂浓度),如果TRO浓度大于0.1ppm,系统会自动启动中和单元向海水管中注入中和剂，中和残余的氧化剂，如果TRO浓度小于0.1ppm,中和单元不会启动，排载海水可直接排放。图9-11BalClorBWMS型压载水处理系统管路布置图2)BalClorBWMS型压载水处理系统的系统组成(1)过滤单元AFU压载时，利用过滤精度50um的自动反冲洗过滤器对所有压载水进行过滤，过滤掉尺寸大于50um的大部分的海生物及固体颗粒。当过滤器进出口压差到一定值时，过滤器启动自动反冲洗。反冲洗过程中，过滤器排污阀打开，排污泵开启，过滤器电机开始旋转冲洗。为了保证过滤器反冲洗效果，会自动调节滤器出口阀门，保证过滤器出口有2bar压力。(2)电解单元EDU通过海水升压泵从压载水主管路取一个小流量的海水流过电解装置，电解产生高浓度的次氯酸钠溶液，该溶液经过除气后，再通过加药泵将产生的高浓度次氯酸钠注入压载主管路进压载舱。(3)中和单元ANU中和单元用于中和排载水中残余的氧化剂，由中和罐和计量泵组成。①中和罐：这是一个容积为1m³的容器，用于配置中和剂（中和剂有效期为3个月）。中和剂采用硫代硫酸钠，它与次氯酸钠反应生成无毒产物。配药方法如下：先注入淡水至中和罐液位达到总高度的一半，然后加入固体硫代硫酸钠（每立方米需加入290kg），再重新注入淡水至满。接着开启搅拌器，连续搅拌20分钟。②计量泵：计量泵用于泵出一定量的中和物，与残余氧化物反应，确保TRO（总残余氧化物）水平不超过IMO颁布的关于活性物质排放的标准。泵速根据实际需要调节。据TRO值和所排放压载水的流量计算出来的，所需中和液的数量可通过PLC来调节。(4)TRO余氯监测装置余氯分析仪主要在压载过程中对电解单元电解海水进行氯离子含量检测，系统在正常压载运行中，TRO读数5~9.5mg/L。排载过程中，对管路海水进行余氯检测，TRO读数小于0.1mg/L。3)日常操作与维护(1)在设备进行压载/排载运行前，务必确认相关阀门处于正确的开启/关闭状态。注意：若船舶即将进入淡水区域或低盐度海水区域进行压载，需预先在艉尖舱压载一定量的高盐度海水，以备电解海水之用。(2)确认TRO的试剂（包括缓冲剂和指示剂）已正确配置并妥善放置于TRO上，同时确保试剂注入管路畅通无阻。(TRO指示剂配置后的有效期为3个月，缓冲剂的有效期为1年。(3)进行排压操作时，确认中和单元的中和液已配置妥当，且液位高于报警值（20cm）。(4)设备停止运行后，关闭相关管路阀门和设备气源，并将TRO指示剂取出，进行冷藏保存。(5)压载作业结束前，至少需手动反冲洗过滤器5~6次，以彻底清洁过滤器。作业结束后，建议用淡水冲洗过滤器8~16次，以置换滤器内的海水；若淡水不足，也需至少用淡水将滤器注满。(6)开始排载后，前10分钟内管路流量可能不稳定，TRO将持续显示测试值，10分钟后方显示正常数值。(7)TRO每2分钟取样一次，整流器电流依据每4次取样动作一次。(8)投药泵出口压力需达到或超过0.2MPa，以确保电解液能完全注入压载管路。二、船舶对压载水的管理及操作（一）两种原理;要求：应在深海、公海和尽可能远离海岸处进行。方法：（1）排空—注入法要求全部排空前不得吸入新水，在满负荷压载情况下，由于大的负荷变化，会影响船舶的稳性，强度，吃水等。（2）溢流法由舱底泵入压载水，使旧压载水从上部溢流。（二）过滤及旋流分离：过滤法对环境的危害最小，包括快速沙滤、筛漏、布质筛漏过滤器和一系列的膜过滤器，能够有效去除压载水中的微生物和病原体。然而，由于病毒和细菌的直径较小，难以完全滤除。此外，滤网数目越多，所需的过滤压力就越大，并且由于脏堵问题，需要频繁进行反冲洗。旋流分离法则是利用水流在管路中高速流动产生的分离作用，将液体水与固体生物及病原体有效分离开。（三）化学处理方法：该方法主要利用杀虫剂来消灭水生生物。所使用的杀虫剂分为氧化杀虫剂和非氧化杀虫剂两大类。目前常用的氧化杀虫剂主要包括氯、二氧化氯、臭氧和过氧化氢等。而非氧化杀虫剂则通过影响生物的繁殖、神经系统或新陈代谢功能来发挥其作用。（四）加热处理：目前可以用于航行中处理的方法