水力空化处理压载水技术摘要:针对水力空化技术进行了全方位的阐述，包括空化的产生、发展及溃灭的 过程，以及空化产生的机理及其应用，并设计制作了一套用于处理船舶压载水的 水力空化发生装置关键词:空化；空泡；孔板［3一.压载水船舶空载时为了保持稳定性，在起航时要将一定量的海水抽进压载舱以增强 抗风浪能力，到港装货时再将水排出，这部分海水称为船舶压载水油轮卸油后在回程途中，为保证规定的适航性，避免砰击现象或空船振荡， 必须加装压载水沿海油轮所需压载水量为总载油量的20%-25%，远洋油轮为 35%-40%，恶劣天气为40%-50%，特殊情况下高达50%-60%［4］目前，压载水处理系统采用的处理方法主要有：(1) 机械法利用离心、过滤等方法去除有害生物，一般机械法和其它方法配合使 用2) 物理法利用紫外线直接杀毒，利用脱氧法去除舱室和海水的氧气使微生物死 亡3) 化学法在水中生成强氧化性物质，杀死水中的微生物电解产生次氯酸钠，化学药剂产生的过氧化氢都是属于这种类型[2]二.水力空化原理三远洋船舶压载水可能造成的危害人们对船舶产生的油污染、柴油机排放造成的空气污染等环保问题已达成共 识,但对船舶压载水造成污染还缺乏足够重视。
船舶装载压载水是船舶离岸时携 带用于船舶稳定平衡的压载物，许多种细菌、植物、动物存活于压载水及其沉淀 物中，会不可避免地吸入水生微生物，其中一些是有毒害的且其它一些微生物 当从它们本地生态系统进入另外一个不同生态系统时会出现潜在的危害性这不 仅污染当地的水域环境，也危及人类健康据估计，全球所有海上运输船舶所携带的压载水数量，每年大约有120亿吨， 每天存在于船舶压载水中随船周游世界的生物达7000种如此，从一个国家港 口加装的压载水所含的水生物，就会在船舶到达另一个国家港口装货时随压载水 被排放到改过的水域中，其中某些生物可能会造成经济和环境方面的灾难性后 果有关方面在对大连港口船舶压载水入侵生物现状的调查时发现，4种甲藻 等有毒藻类是通过船舶压载水传播到我国的，并造成大面积的赤潮灾害随着经济全球化和世界贸易的发展，船舶越来越大，船速也越快不幸的是， 船速的加快导致船舶两港航行时间的缩短，也增加了外来有害水生物存活和转移 的可能性[1]四.国际海事组织对压载水处理要求为了尽可能地降低压载水排放带来的危害，IMO组织把船舶压载水的排放标 准分两步实施D-1标准是利用加入深海的海水对压载水进行稀释处理，但它不 能完全消除压载水排放的各种危害，是压载水处理技术发展过程中的一种过渡性 的排放标准：D-2标准是船舶压载水排放控制的最终标准，使压载水的排放安全、 卫生、无公害。
[5]国际海事组织（IMO）的D-2压载水性能标准规定，进行压载水管理的船只 排放必须符合：⑴ 低于10个活菌/每立方米⑵ 低于10个活菌/毫升（＜50微米）⑶ 有毒霍乱弧菌低于1 cfu/100毫升⑷ 大肠杆菌低于250 cfu/100毫升⑸肠道肠球菌低于100 cfu/100毫升五.目前船舶压载水处理比较成熟的处理方法为了防止海洋污染，对船舶的含油压载水，必须经过处理，符合排放标准才 能排放入大海，目前国际上正在研究的船舶压载水处理方法很多，主要有机械法、 物理法和化学法三大类而研究较多的是通过化学法处理压载水，如氯化法、电 解法、臭氧、过氧化氢、强电离放电治理法等以下是几种处理船舶压载水的方 法及其应用«中浇陶N压载水处瞿力此常、机披此方在成凡孙方法的 专成1 .机械法(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［8］，但很难用于处理大量的压载水。
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200m3/h流量运行滤除40pm以上的微生物［7］3) 稀释法稀释法是指在海上用3倍于舱容的水量从压载舱顶部泵入海水， 以相同的速率从舱底排出的压载水更换法从原理上讲，稀释法比较安全，在整 个压载水更换过程中，船舶整体的受力状况基本上不变，船舶不会丧稳性，船体 也不会遭受额外的剪切力矩和扭转力矩但也存在着以下缺点：①无法全面彻底 的更换压载水②更换时间长，消耗能源较多，对管路、压载泵等设备有一定要 求其最大的优势是不必等压载舱装满水，就可以使海水连续流过压载舱该法 稀释压载水的海水用量很大，其数学模型表明，至少要更换三倍于压载舱体积的 海水才能达到预期的效果2 .物理法(1) 加热处理从目前所进行的研究来看，温度在38〜50°C，加热持续2〜 4h,可杀灭大部分生物，但如果生物以休眠抱子形式存在的话，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⑺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38C时，2h后致死；中肋骨藻在水温45C时，4h后致死；原生 动物在水温50C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2) 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240〜260nm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 I=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 .化学法（1） 氯化法氯化法处理船舶压载水以去除浮游植物和原生动物以及细菌是 可行的，但对不同的目标生物所需的氯含量不同一般的少量氯对杀死压载水中 的细菌有明显效果；而对于浮游藻类，因为耐受性强，需要较高的有效氯含量进 行处理，如对于扁藻在氯化处理中有效氯含量高达40 mg/L,仍不能达到去除的 目的。
2） 加热一电解法将海水加热到38°C〜45°C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5〜10mg/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（5〜 20mg/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） [10],通过氯的分解实验和抽样检测，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）臭氧（3）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4 X10-6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10 X10-6的臭氧可以灭活胞囊［9］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4） 过氧化氢（H2O2）与其他化学品相比，其主要优点是：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［9］5） 强电离放电治理法大连海事大学环境工程研究所白希尧教授［5］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，有待推广参考文献：［1］ 余育聪.船舶压载水及沉积物的控制和管理［J］.江苏船舶，2005,22 (5): 35.［2］ 许寒冰，马勇.压载水处理技术现状［J］船舶设计通讯，2009,1(1) ： 45.［3］ 刘亮，陈黄骞，吕伟.水力空化技术及其对压载水的预处理［J］船舶，2011,22(4): 38.［4］ 林晓芬.船舶压载水处理方法综述［J］船舶节能，2012,1⑴：35.［5］ 王帅军，孙永明，吕伟，马玉麟.船舶压载水处理系统的现状研究［J］工业技术， 2012,(7): 94.［6］ 宋永欣，党坤，等.船舶压载水处理方法［J］世界海运，2002,(2) : 42-43.［7］ 党坤，殷佩海，孙培廷.国内外船舶压载水处理技术现状［J］航海技术，2004,(2): 64-66.［8］ 李芳，李伟.船舶压载水污染的处理方法研究进展［J］中国水运，2007,(5) : 12-13.［9］ 胡国芳，中国水运.船舶压载水对生态影响及处理技术［J］ 2008,(9): 48-49.［10］曾晓燕.电解法处理船舶压载水的可行性研究［J］中国航海，2006,67(2) : 83-85.。