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1、浅析船舶压载水污染以及相关处理措施与建议2010年6月内容摘要【摘要】船舶空载时为了保持稳定，在起航时要将一定量的海水抽进舱底以增强抗风浪能力，到载货时再将水放出，这部分海水称为船舶压载水。船舶如果装入了含有有害的水生物或病原体的压载水，并将这些压载水排放到港口国水域，就会对当地生态环境、经济及人类的健康产生威胁，并且这些威胁是长期的。由于全球性海运货物周转量在过去的50年间翻了 10倍，加上世界上 90%物资靠海路运输，初步估算，每年货运约需使用 110亿吨压载水，在压载水里最多时会潜藏着 7000种外来生物种，使得水生贝类淡菜等水生动植物悠然自得地走南闯北。船舶压载水中外来物种的入侵对全球
2、性的海洋健康造成巨大危害，对海域原有生物群落和生态系统的稳定性构成极大威胁。随船舶压载水造成的海洋物种对海洋环境的侵害，已被全球环境基金组织（Global Environment Facility简称 GEF）确认为危害海洋的四大威胁之一，国际海事组织指出：“这些外来物种的入侵是对全球性的海洋健康造成致命性威胁的元凶之一。”引起各国政府及相关单位的高度重视和世界海事组织的积极参与和研究。本文阐述了船舶压载水的排放对海洋环境的污染；以如何治理船舶压载水排放问题为出发点，论述压载水管理的重要性和紧迫性，阐述了国内外船舶压载水的处理技术的研究进展，探讨了各种措施并进行了比较各自方法的优缺点，并展望了
3、各种方法的研究前景，提出加强压载水管理的方法。【关键词】：船舶压载水；海洋污染；治理措施Abstract Water pollution from sewage aboard ships is too severe with the rapid development of marine industry to be ignored. As a big country with ocean, shiping, sailors and harbors and shipbuilding, it is necessary to study and carry on the pollution con
4、trol from sewage aboard ships. It is a important research topic to solve the flowing pollution source, to protect ocean and rivers, to realize the sustainable development of shiping,and also to meet with requirement of the world shippingenvironmental protection. Through small scale test on land, pro
5、duction test aboard ship and survey at home and abroad, pollution characteristics of sewage from ship, impact assessment mode of water area pollution, affecting factors of sewage treatment aboard ships, law control and management measures, research direction of treatment technology were studied, the
6、 integrated measures were given to solve pollution of sewage from ships. The research results would offer theoretic basis and measures to control pollution of sewage from ships in China. 目 录1.船舶压载水的作用、分类及对海洋环境的污染.61.1船舶压载水作用.61.2压载水的分类及对海洋环境的污染.62.船舶压载水管理的难点及现状.62.1船舶压载水管理的难点.62.2全球船舶压载水管理体系.72.3我国船
7、舶压载水管理.73.控制船舶压载水污染的措施.73.1不排放压载水.73.2在深海或在港口国指定的区域更换压载水.83.3其他通过物理与化学的处理方法及其优缺点.93.3.1过滤.93.3.2旋流分离法.93.3.3加热处理.93.3.4紫外线照射.93.3.5电解氯化法.93.3.7臭氧（O3）处理.103.3.8过氧化氢（H2O2）.103.3.9强电离放电治理法 .104.船舶压载水防污染的管理建议.115.总结.12浅析船舶压载水污染以及相关处理措施与建议1船舶压载水的作用、分类及对海洋环境的污染1.1船舶压载水作用长期以来，船舶一直使用压载水来保证稳性和航行安全。根据船舶营运的需要，
8、对全船压载舱注入或排出舷外水，以达到下述目的：（1）调整船舶的吃水和船体纵、横向的平稳及安全的稳心高度；（2）减少船体变形，以免引起过大的弯曲力矩和剪切力，降低船体振动；（3）改善空舱适航性。1.2压载水的分类及对海洋环境的污染 船舶压载水可以分为两大类：（1）油舱压载水。油舱压载水有两种，其一为油船的货油舱和燃油舱压载水，其二为货船的燃油舱压载水。（2）货舱压载水。货舱压载水对海洋的污染包括有毒液体物质、有害物质和来自疫区的含病毒、病菌压载水等非油性污染。有毒液体物质主要来源于货舱内排出的压载水和洗舱水，而且大多是化学品船舶所造成。排入海中的有毒物质其物理化学性质的差别很大，所以对海洋环境的
9、影响和表现形式也各不相同，或沉入海中或漂浮于海面，有的容易与海水中物质起化学反应，有的在水中迅速消散，其危害也大不相同。船舶压载水是船舶安全航行所必须的，而压载水携带有害水生物和病原体破坏海洋生态环境，危害公众健康。为控制船舶压载水污染，国际组织制定了防止压载水污染的国际公约，一些国家也制定了压载水管理方法。大部分海洋船舶为保证船舶空载航行的稳定性，都有庞大的压载水系统，装有数量巨大压载海水。随着世界贸易和经济全球化的发展，船舶吨位和船速不断加大，船速的加快使船舶航行时间缩短，从而增加了船舶压载水中外来有害水生物存活和转移的可能性，从一个国家港口加装的压载水中所含的水生物就会在船舶到达另一个国
10、家港口装货时随压载水被排放到该国的水域中，直接引发了很多预料不到的灾难性后果。据统计，现在全世界每年转运大约100 亿t压载水中已被确认约有500 种生物物种。这些生物一旦入侵新的适宜生存区域，就能不可控制地进行疯狂繁殖，掠夺本地生物作为食物，使得有害寄生虫和病原体大面积迅猛传播，严重破坏当地的海洋生态平衡。2. 船舶压载水管理的难点及现状2.1船舶压载水管理的难点 船舶压载水是全球性的问题，仅靠少数几个国家自身的政策法规解决问题显然不是长远之计。船舶压载水具有较强的流动性，是物种空间转移的主要途径。正是这种便利的随船运动方式使得外来生物在到达水域很快地繁衍生长，进而侵占本地物种的生长水域或直
11、接破坏其生存环境，从而导致本地物种的消失和减弱，使港口周边的渔业遭受致命打击，给当地造成巨大的经济损失。压载水水生生物一旦入侵和落户于当地水域，就能发生不可控制的雪崩式大量繁殖，疯狂地掠夺当地生物的食物，造成有害寄生虫和病原体的大面积迅猛传播，甚至引发本地物种灭绝。我国沿海赤潮越来越严重，其重要原因之一是外来生存能力较强的赤潮生物的危害。通过船舶压载水带来的外来赤潮生物主要有：洞刺角刺藻、新月园柱藻、方格直链藻等 16种藻类。这些外来赤潮生物对生态适应性强、分布广，只要环境适宜，就可爆发赤潮，导致海洋生态系统的结构与功能几乎彻底崩溃。 2.2 全球船舶压载水管理体系 由于世界各国经济发展的不平
12、衡，各国在实际执行船舶压载水及沉淀物控制和管理国际公约时都遇到了很大困难。根据该公约规定，若到港船舶不符合压载水排放标准，就有可在锚地滞留很长时间，将给船方和港方带来巨大的经济损失。对于这样的现状，由全球环保基金组织、联合国发展计划署和国际海事组织联合发起的全球船舶压载水管理项目已进入新阶段, 该新计划命名为全球船舶压载水管理伙伴。全球船舶压载水管理伙伴计划制定的主要目的是援助部分欠发达国家或地区制定、完善法律和政策，以满足船舶压载水及其沉积物控制和管理国际公约的要求。为此，最早是国际海事组织（IMO）在 18届大会以 A.774（18）号决议通过了一个指南，其中提到在设计中要考虑压载水的更换
13、，以便保证不携带外来的微生物。1996年 11月，美国通过了国家外来生物法案，规定进入美国水域 200海里的外经济区的船舶要更换压载水。在澳大利亚、新西兰和以色列联合发表的 Marine Notices 1532，1662中，规定了在其国家港口停靠的船舶必须进行压载水的排放控制。有害水生物的控制问题自 1990年提到IMOMEPC议程以来，历经 10多年的努力，在 MEPC49次会议上完成了该公约草稿，并于 2004年 2月召开了国际压载水管理外交大会，通过了国际船舶压载水和沉积物控制和管理公约，成为 IMO又一新的防污染公约。但目前对于压载水处理系统的认可导则尚在制定中，IMO鼓励各国政府加
14、紧研究压载水处理技术。公约要求船舶必须备有压载水管理计划和压载水管理记录簿，400总吨及以上的船舶须进行检验和签发国际压载水管理证书。 2.3我国船舶压载水管理我国是全球船舶压载水管理项目的6个示范国之一，项目示范地设在大连。辽宁海事局是全球船舶压载水管理项目中国项目实施小组的成员单位。目前已成立了由交通部、国家环境保护总局、国家海洋局和农业部等有关部门参加的国家项目实施指导小组，将初步进行船舶压载水化学处理实验、油船电磁加热处理压载水装置的研制，以及建立船舶航行赤潮发生区的信息报告制度等。3.控制船舶压载水污染的措施3.1不排放压载水 防止船舶压载水和沉积物传播有害生物和病原体最有效的方法，
15、就是不排放压载水。这一控制方法的有效性就在于由于不排放压载水，压载水中的任何成分也不会进入港口国水域，但可行性上存在一定的问题，如果不排放压载水，装货量要减少，对船东营运收入带来影响，这种情况下，船舶不会采用这样的控制措施。但国际上正在探讨的防止这一污染的长远策略中，包括改变船舶结构和设备的其中一个出发点就是用专用压载舱的办法来防止这种污染的发生。该方法使用很简单，对到港船舶的压载舱实施铅封即可。但对船舶来说，需要考虑压载舱位置和舱容的选择，因为这一压载水控制方法就意味着不能通过排放该部分压载水来调整满足航行安全需要的参数。3.2在深海或在港口国指定的区域更换压载水 在缺乏更好的控制方法的情况
16、下，该方法是限制淡水和沿海有害生物和病原体随压载水传播的有效而又可行的方法之一。该方法的具体要求是，船舶在航行途中，在水深2000m以上的深海或公海更换压载水。如果船舶航行区域的水深无法达到 2000m以上，应在远海、或港口国指定的海域更换压载水，因为沉积物经常是有害生物胞子存在的场所，而且生物在压载舱这样不良环境中更容易形成休眠胞子，所以在应用更换压载水这一方法时，应注意彻底冲洗压载舱、锚链舱的底部和可能聚积淤泥的其它处所，以尽可能清除沉积物。美国是最早要求须在美国水域内排放压载水的船舶应在大洋上更换压载水的国家之一，经过多年的理论研究与实践努力，开创了在大洋中更换压载水的两种方法：排空/重
17、压法更换和冲淡法更换。这两种方法的缺点是：由于在大洋中更换压载水，受到很多客观条件的约束，且在整个操作过程中要求操作人员具有很高的技术水平和团队合作精神，才能在保证船舶稳性、总纵强度等前提下实现压载水的更换。如果船舶航行中经历淡水（装入压载水）一海水（更换压载水）一淡水（排放压载水），应用这样的控制方法最为有效。但当更换压载水的海域与排放压载水的海域盐度相差较小时，使用该方法的有效性要差些。另外，这一方法的应用，不需要改建船舶或增加设备，也并不增加营运成本，只是操作上复杂些。所以，这是目前所有推荐的控制方法中，也是 “国际指南极力推崇该方法的原因。应该注意的是，船长在应用该方法对压载水进行处理
18、时，必须考虑，在海上，尤其海况恶劣时，更换压载水这一操作会对船舶稳性、应力、结构强度等方面带来的影响。为此，国际指南规定，如果在执行这一规定时使船舶或其船上人员处于危险的境地，那么这一规定将是无效的。 只要对压载水进行及时的更换，就可以保证其中的微生物含量较少。或者在规定的海域内更换压载水，以便满足各个国家和地区港口的要求，这是一种行之有效的办法。我们知道，更换压载水不能一次性排空压载舱再注入新的压载水。即使可以做到，也将出现船舶稳性不够，纵向应力过大以及注入液体时产生晃动和液击危害等问题。所以只能进行定水位，循环式更换，称之为径流式更换法，即新水注入和旧水排出是同时进行的，这样经过一段时间后
19、可以达到全部更换的目的。实验表明，连续更换压载水，当注入新压载水的总量为压载水舱容的 3倍时，就可以达到比较满意的效果。如图 1所示，进行 3次后，已将95%的压载水进行了更换，效果是明显的。一般，更换时间也不会太长。压载水更换效果占压载水柜容积的百分比 100 90 80 70 60 1 2 3 4 （次数）图1 压载水连续更换效果3.3其他通过物理与化学的处理方法及其优缺点3.3.1过滤过滤是一种物理处理方法。过滤法可直接滤去外来生物，通过选择合适的网目，可以有效的去除不同的生物种群。但是该法也存在缺点。主要是因为压载水，尤其是沿岸打入的压载水中，含有大量的絮状物，容易阻塞滤网，需要经常对
20、滤网进行反冲洗，既耗能又花费太多的时间。此外，这种方法在有重力过滤系统使用时不宜使用。过滤法被认为是一种对环境危害最小的压载水处理法，但很难用于处理大量的压载水。 3.3.2旋流分离法利用水流在管路中高速流动产生的分离作用，将液体的水和固体的生物和病原体分离开。这种方法可以除去大多数多细胞动物和植物、卵、幼虫、胞子（包括进入到淤泥中的有害藻类的休眠期胞子）和有害的病原体细菌。例如，安装在“豪华公主”上的 OptiMar旋流分离器，以 200m 3/h流量运行滤除 40m以上的微生物。3.3.3加热处理从目前所进行的研究来看，温度在 3850，加热持续 24h，可杀灭大部分生物，但如果生物以休眠
21、孢子形式存在的话，可能忍受这样的处理，并在合适的条件下萌发生长，这样就需要更高的温度才能杀灭。加热压载水有 3种途径：将水蒸气通入压载水、用船引擎余热或采用微波法。Geoff Rigby、张硕慧等进行了加热处理压载水的研究，得出了以下结论：压载水中的新月菱形藻，在水温 38时，2h后致死；中肋骨藻在水温 45时，4h后致死；原生动物在水温 50时，2h后才致死。说明不同的生物对温度的反应不同。此法虽然被认为是一种具有潜在吸引力的方法，但存在处理时间长、能耗过高、热应力影响船舶航行安全等难以解决的问题。3.3.4紫外线照射研究表明，紫外线处理在很大程度上依赖于微生物的大小和形状。在 240260
22、nm处，尤其在253.7nm处对压载水中的生物和病原体有很好的杀灭作用。该方法的主要问题是：沿岸水中含有大量的悬浮物质会阻挡紫外线对生物病原体的照射，含有的另一种“黄色物质”溶解性有机物，对紫外线中254nm的波长有强烈的吸收作用，这会影响处理效果。此外处理运行费用也较高。3.3.5电解氯化法将海水加热到 3845大多数藻类和原生动物都不能存活。利用电解海水产生的氯。可杀灭全部海生物和细菌。天然海水中的某些藻类能忍受 510mg/L有效氯处理，原生动物对氯化物处理的耐受性很差，5mg/L有效氯处理即可灭除。经 20mg/L以上有效氯处理后，便不再有藻类生长繁殖。有效氯为 5mg/L处理海水能杀
23、灭其中 99.85%的异常细菌，100%的弧菌和 88.5%的大肠菌群，有效氯为 20mg/L处理海水能杀灭海水中几乎所有的细菌。在压载水系统中安装电解海水装置，使其产生 CL来杀灭压载水中的细菌，其方法有两种。一种从主海水管抽出一部分海水送人电解装置，电解成所需含氯浓度（520mg/L）的海水再送人压载水主管路。压载水中的有害生物全部杀灭后，残留氯的浓度控制在 0.1mg/L以下。这样对管路腐蚀基本没有什么影响，也不会造成二次污染。另一种是直接将电饵装置装在压载系统中，所有海水都要经过电解装置，该方法氯浓度难以控制且耗电量大。对电解灭杀海生物后会产生一种致癌物质氯仿（THM） ，通过氯的分解
24、实验和抽样检测，也说明有效氯会在较短的时间内分解，对环境的污染影响不大，电解处理后的水样检测，也表明氯有机物是微量的。3.3.7臭氧处理臭氧是一种强氧化剂，氧化还原电位高达 2.07V，足以致死压载水中的入侵微生物，而且不存在二次污染问题。文献中报道，质量分数为 410-6的臭氧能致死单细胞生物和一些抵抗力强的无脊椎动物；质量分数为1010-6的臭氧可以灭活胞囊 。但臭氧会加快压载舱的腐蚀，而且难于保持一定的残留杀菌浓度。并且投加量不易调节，需要具有较高的技术水平进行管理和维护，不适应船舶的环境空间和技术力量。因此臭氧法并不适于船上压载水处理。3.3.8过氧化氢处理与其他化学品相比，其主要优点
25、是：残余物很容易分解成水及氧，因此从环境上讲比较合理。其主要缺点是当压载水中有机物质过多时，将会因有机物质的氧化而效果降低。但双氧水与其他方式（如紫外线照射）合用，即使浓度太低也可能有效。但压载水中有机物含量增高时，处理效果还会下降。3.3.9强电离放电治理法 我学环境工程研究所白希尧教授等研究人员研究出“强电离放电治理船舶压载水有害微生物人侵传播”手段，为有效防止船舶压载水传播有害生物提供了新的方法。据介绍，羟基自由基属强氧化剂，它的还原电位与氟的氧化还原电位基本相当，具有极强的杀灭微生物特性。羟基促使微生物氨基酸的活性集团氧化物分解，导致蛋白质的化学损伤以及入侵生物的死亡；羟基与脱氧核糖核
26、酸作用后形成的加合物会造成不可修复的化学损伤，羟基攻击细胞膜的磷脂多烯脂肪酸的侧链，导致多烯脂肪酸迅速降解，致使细胞结构出现损伤而死亡。另外，羟基与人侵微生物的反应属于游离基反应。其杀灭微生物的化学反应速度极快，在压载水输送过程中就可以杀死微生物，具有广谱致死特性。但目前该技术还停留在实验室阶段，有待推广。4.船舶压载水防污染的管理建议在压载操作中防止和减少有害生物和病原体吸入的压载水管理主要措施：（1）开始不加压载水； （2）避免在浅水区域或在正在进行疏浚工程的水域附近装载压载水；（3）尽可能不在已知有病毒蔓延或在双鞭毛甲藻繁盛的水域装载压载水；（4）只在白天加载压载水（一些物种在白天潜入深
27、海）；（5）用城市自来水作为压载水； （6）装载由压载港提供的经处理的，不含有害生物和病原体的海水（经过滤和紫外线杀菌处理后的压载水基本上不含有害微生物）； （7）清洁锚、锚链、锚链舱、留有受污染的水或沉积物。装载压载水时，应该注意在航海日志或压载日志内记录装载压载水的数量，盐度，日期和地理位置。 船舶事故中人为因数占80%以上，同样在船舶压载水系统中也占有很大比重，因此，除了以上几种基本措施外，还必须同时加强对人为因素的控制。做好船舶防污染工作同时需要：（1）建立沿海水域船舶压载水防污染的监测、监视机制，完善监控手段，并尽快制定相关法律规定，把压载水的监管和治理问题提到日程上来；（2）建立区
28、域间合作机制，降低管理成本，提高监管成效；（3）加强海事立法建设，赋予海事机构更多的强制执行权，体现海事执法的科学与权威性；（4）建立外来有害生物损害赔偿机制，设立研究有害生物应急反应基金；（5）以人为本，依靠当地，建立压载水防污染专家资源库；（6）提高从事防污染监督管理人员的综合素质。（7）尽量对我国沿海海域的生态环境尽快进行全面监测研究，了解船舶压载水中带来外来水生物和病原体对我沿海生态系统的具体影响，及早采取相应对策。（8）尽快制定船舶压载水携带有害水生物和病原体的突发性应急预案，做好防治工作。（9）尽早向国内相关单位和企业宣传介绍有关压载水的国际公约，以便为公约的实施做好相应的准备工作
29、。5.总结防止船舶压载水污染的理想措施，是在压载水排放之前将其杀死或除去，且安全可靠、环境允许、费用合理。压载水防污染问题受压载系统和压载操作及压载水中外来生物的多样性和复杂性等许多因素的影响，不能单靠一种方法解决，故根本措施还得综合治理。与其它技术相比，生物技术高效、安全、价廉、无毒，是最终解决环境治理的途径。尽管目前生物技术在船舶压载水防污染上应用还不多，我们深信随着现代生物技术的飞速发展，环境生物工作者对船舶压载水防污染的密切关注以及与船舶技术人员的密切合作，船舶压载水防污染指日可待。【参考文献】1 中国外来生物入侵调查R中国国家地理杂志，20022 吉云秀，公维民 .生物技术在船舶防污染上的应用及发展前景J.交通环保，2003，12，24（6）.3 刘富斌 .关于船舶压载水系统防污染的探讨J .船舶， 2006，8（4）.4 江彦桥 .海洋船舶防污染技术J .上海交通大学出版社， 2002.5 白希尧，张芝涛，白敏冬，等. 高气压强电离放电等离子体学科的形成及应用展望J.自然杂志, 2000，22（3）6 白希尧，白敏冬，周晓见，等.羟基及其药剂制取方法研究J.化工时刊, 2002，16（4）：1-67 曾晓燕 .电解法处理船舶压载水的可行性研究J .中国航海.2006，Vol .67（2），8385 .
