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第4讲-船舶压载水处理-樊红


船舶压载水处理
樊 红
能源与动力工程学院 武汉理工大学

1

船舶压载水

? “压载水”系指为控制船舶横倾、纵倾、

吃水、稳性或应力而加装到船上的水及悬 浮物质。

2

压载水问题的由来
? ?

?

据IMO统计,全球航运船舶压舱水转运总量年平均超过40 亿吨 船舶压载水已被确定为有害水生物和病原体转移的主要载 体,对海洋环境所造成的侵害已被全球环境基金组织 (GEF)确认为危害海洋的四大威胁之一。 另外三大威胁分别是 陆地向海洋排污 对现有海洋生物资源的过度利用(捕捞) 沿海和海洋生物栖息地(marine habitat)的破坏

3

What are AIS?
? 压舱水中的海洋入侵物种Aquatic

Invasive Species (AIS)的迁移也许是本世纪全球航 运业面临的最大的环境挑战。

?

Aquatic Invasive Species (AIS) are organisms transported by human activities to a region where they did not occur historically and have established reproducing populations in the wild.

4

Additional Facts

? ? ?

Non-native species are considered the second greatest Nonthreat to biodiversity after habitat destruction Many nonnon-native species are capable of causing significant ecological, economic or human health impacts In the marine environment, the rate of new introductions has increased exponentially during the last 200 years
5

Example: Overbite Clam(蛤蜊)
?美国学者对旧金山水域的物种研究分析认为,以压载水为

载体,1961年-1995年间共有243个物种转移进入,平均每 14周转移1个物种。
? ? ? ?

Corbula amurensis(亚洲 蛤) Detected in SF Bay in 1986 Native to Asia Decline in copepod species associated with spread of clam, may be associated with decline of Delta smelt
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Example: Chinese Mitten Crab
? ?

?

?

?

Eriocheir sinensis(中华绒 螯蟹) Native to China and Korea, introduced populations in SF Bay Burrows into earthen levees(堤) and undermines levee integrity Clogs water pumping facilities, $1 million spent in 20002000-2001 to remove crabs Carrier of parasitic lung fluke(肺吸虫)
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How do they get here?
? ? ?

Many mechanisms (vectors) capable of transporting AIS around the world Aquaculture, live seafood shipments, pet store trade, intentional release Commercial ships responsible for up to 80% of introductions in coastal habitats l Includes ballast water and vessel fouling

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Ballast Water

Necessary to maintain the trim and stability of oceangoing vessels

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Ballast Water and AIS
? Species

are introduced with ballast water discharge in recipient regions

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Ballast Water and AIS
? ? ? ?

Approximately 7000 species transported around the world each day in ballast water of ships Volume of global trade is increasing = more ballast water (and species) in movement Speed of global trade is increasing = more species survive transit Examples of species introduced to SF Bay as a result of ballast water discharge:

Tridentiger barbatus

Palaemon macrodactylus

Philine auriformis

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Vessel Fouling
?

?

Community of organisms that attach or associate with submerged portions of structures On vessels, highest density in “niche”(小 生境) areas: sea chests, around rudder

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Fouling and AIS
? Species

introduced when organisms fall/drop off structures or spawn (reproduce)

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控制和管理压载水的途径
? 预防
船舶设计成不需装载压载水 ? 同一港口汲取和排放压载水 ? 最大限度减少有害水生物及病原体和沉淀物的汲取 避开某些区域(极浅水域、最近曾疏浚水域) 避开水生物易停留在水体表面时的黑暗时分
?

? 管理
压载水置换(Exchange) 压载水处理(Treatment)

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压载水处理法规
?

船舶压载水及沉积物控制和管理国际公约, 2004 年2月 ? 对于公约生效的条款规定为:占世界商船吨位3 5%的30个国家批准的12个月之后生效。

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压载水处理法规 (一)
条款A – 总则 l A-1:定义 l A-2:应用范围 l A-3:例外情况(如,海难) l A-4:特例(如,特定航线) l A-5:同等应用(小游船和赛艇,50米长,8立方米压载水视情况而定) ? 条款B – 船舶管理和控制要求 l B-1:压载水管理计划 l B-2:压载水记录簿 l B-3:船舶压载水管理 l B-4:更换压载水 l B-5:船舶压载水沉淀物管理 l B-6:船员职责
?

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B-3:船舶压载水管理
Construction Date Ballast Water Capacity
3 1,500 m m3 ? ≤ Cap 1,500 Cap ≤ ? 3 3 5,000 m 5,000m

Standard Applied Ballast water exchange standard (D1) or Ballast water performance standard (D2) Ballast water exchange standard (D1) or Ballast water performance standard (D2) Ballast water performance standard (D2)

Applicable Date Until 2014 Until 2016 On or after 2016 On or after 2009 Until 2016 On or after 2016 On or after 2012
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Existing Ships

Before 2009

Cap < 1,500m3 or Cap > 5,000m3 Cap < 5,000m
3

2011的12月31日
Ballast water performance standard (D2) Ballast water exchange standard (D1) or Ballast water performance standard (D2) Ballast water performance standard (D2)

On or after 2009

New Ships

On or after 2009 but before 2012

Cap ≥ ? 5,000 5,000m Cap m

3 3

On or after 2012

3 Cap m3 Cap ≥ ? 5,000 5,000m

Ballast water performance standard (D2)

B- 4: 压载水置换
?

Regulation BB-4: Ballast Water Exchange - 200 nm and 200 m depth, or if not possible - 50 nm and 200 m depth, or if not possible - in areas designated by the Port State

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压载水处理法规(二)
? ?

条款C – 某些水域的特殊要求 条款D – 压载水管理标准
l

D-1:压载水更换标准
? 至少95%更换率

l

D-2:压载水处理标准 ? D-2.1: l 大于50微米活着的海洋生物必须每立方米少于10个 l 10 10-50微米活着的海洋生物必须每立方毫升少于10个 ? D-2.2: l S形霍乱菌每100立方毫升内少于1个单位生物群体 l 大肠杆菌每100立方毫升内少于250个单位生物群体 l 肠道球菌每100立方毫升内少于100个单位生物群体
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压载水处理法规(三)
l l l

D-3:压载水处理系统认证要求 D-4:压载水处理系统样机 D-5:IMO对处理标准的总结更改

?

条款E – 压载水管理(处理)系统的检验和认证 要求
l l l l l

E-1:检验 E-2:颁发认证证书 E-3:认证证书第3方认可 E-4:证书格式 E-5:认证有效期
? 不超过5年
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压载水更换方法
?

离岸200海里,200米水深 三种方法:
l l l

排空法 溢流法 稀释法

?

压载水更换法问题:
l

影响船舶稳性、安全性,更换效率低,受航线、气候和海况限制 (低于6.6m 浪高)

?

国际海协法规实行由2009年推迟到2011年
l l

2012年后,5000m3 以上压载水的船必须用压载水处理方法 2016年后,深海更换法禁止使用

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Theory Behind BW Exchange
? ?

?

Coastal organisms won’t survive in nutrient poor midmid -ocean conditions MidMid -ocean water – density of organisms (# organisms/volume water) is less, midmid-ocean species not likely to survive in brackish and/or polluted conditions found in most estuaries and port regions Reduced number organisms + reduced likelihood of survival = reduced chance of invasion
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Phytoplankton

Exchange Efficiency
?

? ?

Inside Golden Bear Ballast Tank

Efficiency of exchange varies by vessel type and exchange method Ranges from 50 – 99% Sediments often remain regardless of exchange method – important because sediments contain eggs/resting stages for many types of species

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压载水处理技术
? 物理法
l

电解,等离子,加热,紫外线,空泡 臭氧,低氧,醋酸,氯化,其他化学药剂 过滤器,离心分离

? 化学法
l

? 机械法
l

? 岸上处理法

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压载水处理技术
第一级处理 + 第二级处理

固体与液体分离

消毒
化学方法 ? 氯化法
? 电解-氯化 ? 臭氧 ? 醋酸 ? 二氧化氯

还原
? 亚硫酸盐 ? 亚硫酸氢盐

离心分离 或 滤器

或 物理方法 ? 紫外线照射

物理法 提高效果
? 紫外线 ? 空泡法

凝固材料

? 紫外线+TiO2 ? 低氧法 - 从水中抽氧 - 灌惰性气体 ? 超声波 ? 空泡法 25

压载水处理技术
第一级处理 + 第二级处理

26

固体-液体分离

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? ? ?

G8导则:压载水管理系统认可导则 G9导则:使用活性物质的压载水管理系统批准程序 公约D-3规定,压载水管理系统必须经主管机关根据IMO 制定G8导则予以批准。 使用活性物质或含有一种或以上活性物质的制剂的压载水 管理系统,须经IMO根据G9导则予以批准。 “活性物质”系指对有害水生生物和病原体有一般或特定 作用或抵抗作用的物质或生物,包括病毒或真菌。

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BALLAST WATER TREATMENT APPROVAL PROCESS
Approval of environmental impact of discharged ballast water (GESAMP BWWG #) Systems using an active substance * Approval of system (flag state) Approval of environmental impact of discharged ballast water (GESAMP BWWG #) Issue of type approval certificate (flag state) Type approval certificate

Basic approval

Land based testing

Ship-board testing

Final approval

Systems NOT using an active substance ^

Land based testing

Ship-board testing

Type approval certificate

* ^ #

“Active Substance” means a substance or organism, including a virus or a fungus that has a general or specific action on or against harmful aquatic organisms and pathogens, including chemical disinfectants e.g. chlorine, ozone, etc., or radicals. Includes techniques not employing chemicals, e.g. deoxygenation, ultrasound Group of Experts on Scientific Aspects of Marine Environmental Protection, Ballast Water Working Group

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型式认可的要求
? 使用活性物质的得到初步批准;不使用活

性物质的获得主管机关的环境可接受性评 估,之后: ? 岸基测试---两个盐度、10个循环,每个循 环至少5天,处理舱和对照舱取样测定; ? 船上测试---六个月、连续3个有效循环。

我国获得认可证书的系统
u 过滤+紫外方法:

中远“BLUE OCEAN SHIELD 压载水管理系统” u 过滤+高级氧化+超声波方法: 青岛海德威“OceanGuard 压载水管理系 统” u 过滤+电解+中和的方法: 青岛双瑞“BalClor压载水管理系统”

处理技术构成比例

BWS的商业处理技术的关键参数:处理能力、占地面积、费用(1)
A:ballasting B: discharging C:during voyage D:bypass filter on deballasting

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BWS的商业处理技术的关键参数:处理能力、占地面积、费用(2)

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已获得型式认可的压载水管理系统汇总
(截至2011年11月)
序号 1 系统名称 型式认可发证机构 认可时间 2008-06-27 DNV代表挪威主管机关 德国主管机关 韩国主管机关 DNV代表挪威主管机关 韩国主管机关 2011-03-10 2008-06-10 2008-12-31 2009-04-17 2009-11-24 2009-12-04 2010-03-05 2010-05-26 2011-03-25 2010-08 2010-09 2011-04-19 2011-01-28 2011-03-06 2011-06-06 2011-10-31 2011-11-11

PureBallast System PureBallast 2.0/Ex SEDNA? BWMS(Peraclean? Ocean)(已撤消) Electro-CleenTM System OceanSaver?(OS BWMS)*

2 3 4 5

使 用 活 性 物 质

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

GloEn-PatrolTM BWMS Hitachi ClearBallastTM JFE Ballast Ace Unitor BWTS(已退出市场) ClearBallast (RWO) Resource Ballast Technologies System BalClorTM Ballast Water Management System EcoBallastTM Ballast Water Management System FineBallast? OZ Purimar? system HiBallastTM system

韩国主管机关 日本主管机关 日本主管机关 南非主管机关 德国主管机关 南非主管机关 CCS代表中国主管机关 韩国主管机关 日本主管机关 韩国主管机关 韩国主管机关

已获得型式认可的压载水管理系统汇总
(截至2011年11月)
序 号 1 不 使 用 活 性 物 质 2 3 4 5 系统名称 NEI Treatment System Hyde GUARDIANTM BWMS OptiMarin Ballast System (OBS) Blue Ocean Shield BWM Ocean Guard 型式认可发证机构 马绍尔群岛主管机关 马耳他主管机关
劳氏船级社代表英国主管机关

型式认可时间 2008-09-02 2010-01-19 2009-04-29 2009-11-12 2011-02-16 2011-03

DNV代表挪威主管机关 CCS代表中国主管机关 CCS代表中国主管机关 KR

PureBallast 系统
? 瑞典Alfa

Laval公司 Pureballast系统 ? 先进的氧化技术法, (Advanced Oxidation Technology,
AOT)

?

Pureballast系统可提供不使用 化学制剂的压载水处理方式,其 设计也是模块式的,这样便能安 装在机舱周围现有的管路之间。 Pureballast系统通过了50mm以 上的有机物试样9种,10mm~ 50mm之间的有机物试样9种, 以及21种不同的细菌试验。
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PureBallast 系统
? 先进的氧化技术法,瑞典
(Advanced Oxidation Technology,AOT)
?

此项技术利用光源和催化剂两者的作用创 造出自由基,以摧毁压载水中有机物的细 胞膜。当光线照射到装置的催化剂表面时, 便产生出自由基。紫外线可杀死有机物, 而该系统则利用另一种波长束杀死其 DNA。换句话说,Pureballast装置含有 钛的二氧化物催化剂,它受到光照射时便 产生出自由基。这些自由基的寿命仅有若 干毫秒,他们可以破坏微生物的细胞膜, 而不必使用化学制剂或生成有害的残留物。 ? 压载水在进入或排除压载舱的过程中都要 进行处理,以便对付水舱内停留和重新生 长的有机物。
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How does PureBallast work?
Key components 1.Filter A 50-micron filter is used during ballasting operations and bypass during deballasting. 2.Wallenius AOT units 3.CIP units An automatic Cleaning-in-Place(CIP) system uses a biodegradable solution to prevent the buildup of seawater scaling. The cleaning cycle takes 15 minutes per AOT unit and is performed after each PureBallast operation. 4. Flow meter
40

PureBallast 系统的处理流程

41

挪威Ocean Saver System
l

滤器+空泡(1000bar, 100kHz)+ 100kHz)+氮气

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OceanSaver的工作原理
分两个阶段使压载水中氮气过饱和。 ? 压载水经由船舶的海水吸入箱抽吸到船上,先经过滤清、再进入C3 C3-T 空化室,承受极高压力脉冲的作用;紧接着空化作用之后,在船上利 用膜板型氮气发生器生产的氮,在一个两级处理过程中喷入水流。有 一部分水从主水流中分出,利用混合装置与氮气混合或实现过饱和。 然后这部分水流立刻被重新喷射到主水流中,在此与来自C2 C2-E系统的 活化水合流。 ? 一小部分压载水(小于规定的系统流量的0.5%)在过滤以后被送入C2 C2E系统,在此受到电渗析处理,然后与氮气一同被重新喷射入水流中, 对压载水进行消毒。C2 C2-E系统的组成包括给水和喷射管路、恒定电流 电源装置及电渗析单元组件。
?

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OceanSaver的工作原理
水过滤之后,经过空化和过饱和的处理后,成含氧量低的水,此时即 进入压载舱。水舱配备有压力/真空控制系统,用以防止氮气从水舱 内泄漏出来,并防止水舱受空气污染,这样便抑制了水生物再生的可 能性,水舱壁表面的氧化(由此引起的腐蚀和涂层的老化)也明显减少。 ? 水在排放时,借助空气充入过程来恢复水中的气体平衡,这样便可避 免排出缺氧的水。 ? 与常规的空化装置不同,该系统的效率被认为较高,可创造出高达 l000bar(1×108Pa)的内向爆破压力,内爆频率在100kHz以上。C3 C3-T 装置的概念可确保系统各个表面、颗粒物和有机物与内爆气泡的能量 区之间充分接近。这代表着一个重要优点,即释放的能量可能向其特 定目标,用于摧毁有机物。图4为C3 C3-T处理装置及其内部的鱼雷形导 罩。
?

44

德国 CleanBallast System
? 德国
l

CleanBallast System

碟片式滤器(自清理)+ 消毒处理

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CleanBallast System

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CleanBallast System

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美国 VOS system
?

美国NEI生产的Venturi Oxygen Stripping(VOS) 系统 采用脱氧+微泡技术,纯物理方法。

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VOS system

1.The stripping gas generator is turned on and sends the low-oxygen inert gas to the venturi injectors. 2.Once the ballast pumps turn on, ballast water passes through the venturi injectors where it is mixed with the inert gas. 3.A cavitation process with the gas creates a micro-fine bubble emulsion in the water. 4.The dissolved oxygen diffuses from a liquid phase to a gas phase.
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荷兰SEDINOX
? 荷兰SEDINOX
l

离心分离+电解

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日本/韩国NKO3 System
? NKO3
l

System, 日本/韩国

臭氧+ 臭氧/化学药剂

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NKO3 System
? http://nko3.com/

http://nko3.com/

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NKO3 System

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日本东芝 Clear Ballast
磁粉,絮凝物 海水 混合振动箱 磁性分离装置 滤器设备 干净压载水

海洋生物积聚

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无压载水船概念
1.V型船身(V-shaped Hull) 无压载水舱超大型油轮 特点: 船体下部更加细长,呈V型,促使无压载水舱船舶水尺深度足够配合空载时的重量 不排斥压载水舱(大风浪) 2.单一结构船身(Monomaran Hull) 通过在船底部设置一个向后开放的内凹

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压载水流动舱概念

3.贯通流系统船身 将原来传统压载水舱的封闭式改为前后开放式,水“前进后出” 最大缺点:增加船体阻力

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Questions ?

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