基于船舶压载水处理系统的设计

基于船舶压载水处理系统的设计

王贤明

广东中远海运重工有限公司523146

摘要：文章主要从船舶压载水系统组成出发，分别简述了控制系统设计，以及压载水处理系统（BWMS）技术，旨在与广大同行共同探讨学习。

关键词：船舶；压载水处理；设计；技术

一、船舶压载水系统组成

压载水系统主要由压载水泵、压载舱、压载水管路、压载水处理装置、相关阀件等组成。

1.压载水泵

压载水泵的主要功能是完成压载水的吸入、排出及在各压载舱之间的调驳，一般也兼做消防水泵。压载水泵一般为排量和扬程较大的离心泵，一般布置在压载水总管附近。船上通常安装2台压载水泵，互为备用。

2.压载水管路

压载水管路主要用于输送压载水，船上通常对其布置要求较高。机舱前的压载水管一般被布置在管隧中或双层底内，机舱后面的压载水管路一般被布置在轴隧内，而机舱内的压载水管一般被布置在内底板里。如果在淡水舱或油舱中安装压载水管路，需要用管隧对管路进行隔离。

3.压载舱

现代船舶通常都设有专用压载舱，舱后设有吸口。如果压载舱的长度大于35ｍ，需要在舱前开设吸口，以满足在正常工作时压载水的注入或排出。通常船舶的双层底舱、上下边舱、艏艉尖舱及深舱都可充当压载水舱。

4.压载水处理装置

该装置主要作用是清除或无害化处理压载水或沉积物中的有害生物和病原体，防止有害水生物和病原体对环境、人类健康等造成破坏。装置处理压载水的方式有机械方法、物理方法、化学方法及生物处理方法，一般要根据压载水管理公约中的相关规定来操作。

5.相关阀件

船舶压载水系统中使用的阀门通常以蝶阀为主。此类阀有流阻小、结构简单、密封可靠等特点，可以实现对流体的双向调节和流动控制。阀门驱动装置一般选用液压驱动、电动驱动、气动驱动及电液驱动等方式。蝶阀的启闭控制可以通过远程阀门遥控系统实现，同时船上也设有应急操作装置。

二、控制系统设计

为实现压载水处理，需要合理设计压载水处理系统控制装置。本文采用PLC（SIEMENSS7－200）进行控制系统开发。上位机采用MP277进行开发，利用RS422串口与下位机进行通讯。采用标准温度传感器、气流传感器、紫外线强度传感器，工作电压5～24V，输出电流最大值为10mA。采用上位机WINCC组态软件进行控制系统程序开发，并利用人机界面开发工具实现压载水处理系统界面功能。在开启直接过滤器前，设定好过滤速度和时间，一般过滤速度定为1．5m/s，过滤时间为24h。本文所设计的直接过滤器内外腔压差阀值为0．05Mpa，当大于0．05Mpa时系统会打开过滤器电机，并显示直接过滤器开启的信号灯，排污阀开通，开始泵入海水进行过滤。当小于0．05Mpa时，继续泵入海水加压。一旦过滤器电机开启，系统会自动记录过滤时间，当达到所设置的过滤时间后，系统自动关闭过滤器电机、信号灯及排污阀，结束压载水过滤。

开启臭氧－紫外线复合灭活反应器前设定灭活时间和反应器内部温度阀值，将直接过滤器处理后的压载水泵入臭氧－紫外线复合灭活反应器。当传感器检测到反应器内部温度或紫外线强度过高时，系统将直接关闭紫外线电源；当反应器内部温度或紫外线强度均正常，系统自动开启灭活反应器电机，开始压载水灭活处理。当到系统设定的灭活时间时，系统自动关闭电机，结束压载水灭活。

三、压载水处理系统（BWMS）技术

压载水处理系统（BWMS）是实现对国际航行船舶压载水进行处理和管理的系统，使压载水排放达到D-2标准，有效控制、管理船舶压载水和沉积物，防止、减少并消除有害水生物和病原体的转移对环境、人体健康、财产和资源引起的风险，同时避免此种控制造成的有害副作用。目前压载水处理系统（BWMS）的技术，根据理化特性可分为：机械处理法、化学处理法、物理处理法、机械物理组合法和机械化学组合法，目前常用的较有效的处理技术大多采用组合法。

1.物理灭活法

（1）脱氧法。脱氧法处理压载水，是利用某些方法用惰性气体将压载水中的氧气置换出来，从而降低压载水中氧的含量，达到杀灭水生生物的目的。目前该方法应用最广的是利用文丘里管来达到惰性气体置换氧气的目的。注入压载水时，使用文丘里管将惰性气体吹入压载水，通过降低水中的含氧浓度实施灭杀处理。在航行的同时，压载水舱中也被注入惰性气体，以防止水生生物等的增生。因为它使用的惰性气体氧含量约为1%，远小于消防安全规则对惰性气体要求的8%。该方法不使用任何化学品，可以用在危险区域，特别适合液货船。

（2）紫外线。通过电管发射高频段烧蚀能力强的紫外线对微生物、病毒、细菌起到杀灭效果。紫外线杀菌技术应用于诸多行业，其技术成熟，不会产生有害物质，同时对管道、泵浦和舱壁没有不良影响。紫外线处理通常是在压载水进出时进行，短时间对大体积微生物和抗紫外线的细菌杀灭效果不理想，而且杀灭效果受水质的影响较大，耗能也较高。

2.组合处理法

组合处理法有机械物理和机械化学组合两种。

（1）机械物理组合处理法。通过压力反冲过滤或超声波旋分，对压载水进行预处理，再利用紫外线照射或脱氧对压载水中残留的细小病原体进行二次消除。

（2）机械化学组合处理法。通过过滤或旋分，与电解或电离或臭氧氧化或高级氧化或氯离子杀毒等处理技术，对压载水的有害物质进行处理，从而达到压载水排放要求。每种压载水处理系统各有特点，在选用压载水处理系统时要充分考虑船舶的营运特点、可布置处理设备舱室的空间、压载舱总容量、压载泵排量、压载水处理的要求、动力供给，以及与船舶其他系统间的协调和操作要求等，尽可能避免由于港口国的取样检查规定与压载水管理系统的型式认可技术方法存在不一致，可能会导致船舶虽然安装了经过型式认可的BWMS，但在港口国检查取样验证时仍然不符合D-2标准而滞留的风险。

3.化学剂处理法

（1）添加化学药剂。该方法主要是通过添加某种化学物质或元素，以达到改变压载水水质成分杀灭水生生物的目的。常见的添加物为强氧化剂，如氯和氯化物、过氧乙酸（CH3COOOH）、过氧化氢（H2O2）等。此方法的关键是加入适量的药剂，过少杀灭效果不明显，过多的药剂导致管道和压载舱壁腐蚀加快。排出压载水时还需加入适量的中和剂，以确保压载水的排放对环境无害，所以这种方法经济性不高。

（2）臭氧处理。臭氧（O3）是一种强氧化剂，通过臭氧发生器产生臭氧，进入反应单元后能迅速杀死压载水中的微生物和病原体，对细菌病毒的杀灭效果较高且用量少。可以直接采用空气作为原料产生臭氧，不需要考虑原料问题，但由于臭氧处于高度不稳定状态，只能通过臭氧发生设备现场制备，因此当采用臭氧处理法时，船舶上需要安装臭氧发生设备，增加了设备投资及运行的费用，且臭氧容易造成管路和压载舱壁的腐蚀。

结语：

压载水处理技术与设备在国际相关环保公约逐步实施的大背景下取得了快速的发展，各种原理、功能与型式的处理系统不断推向市场。这些处理设备各具特点和技术优势，也适用于不同的应用环境。虽然压载水处理技术还没有完全成熟，处理及排放的部分标准也有待进一步完善，相信在不久的将来，随着科技的进步，船舶压载水的排放会变的更加安全可靠。

参考文献：

[1]林育亮.简析船舶压载水处理系统的研发进展[J].自然科学，2017（22）

[2]张玉梅.船舶压载水处理系统的设计浅议[J].城市建设理论研究，2017（20）

[3]胡国芳.船舶压载水对生态影响及处理技术[J].中国水运，2008（9）