過濾-紫外線技術處理壓載水實踐
論文摘要：船舶壓載水對保證船舶穩(wěn)定性和航行安全起著至關重要的作用。然而船舶壓載水中帶有的病原體和有害生物也隨壓載水在全球范圍內一起轉移,污染海洋、危害人類。本文著重從實用性角度介紹了過濾-紫外線技術的壓載水處理方法。過濾作為第一級預處理，去除海水里較大的固體懸浮物和微生物。紫外線作為二級處理，處理海水中殘存較小的的微生物和細菌。此組合處理方法平均滅活率達到98%以上,且組合設備簡單易于維護保養(yǎng),投資維護費用低,處理成本約是傳統方法的1/5，經理論分析，該方法是實用可行的。
論文關鍵詞：船舶壓載水,過濾,紫外線,微生物
概述
當今，超過90%的國際貨物是通過船舶運輸來完成的。壓載水對保持船舶的平衡穩(wěn)定和船舶的安全有效操作起著至關重要的作用,船舶壓載操作是船舶安全航行的必備條件。由于船舶的大小和用途不同,每條船可攜帶的壓載水量也不相同,少的幾百公斤,大的則超過10萬噸。每年估計有100億噸的壓載水在全球轉移。國際海事組織壓載水工作小組研究發(fā)現，每天至少有7000個有機體等隨船舶壓載水遠航至他鄉(xiāng)。物種互相入侵，加劇了海洋生態(tài)鏈和環(huán)境的惡化。然而在壓載水的眾多處理方法中，我們無法使用單一的方法處理壓載水使得其滿足國際海事組織的要求�；谶^濾和紫外線技術對于壓載水處理的有效性，我們在本文分析了過濾-紫外線技術聯用處理壓載水的實用可行性。
2、過濾-紫外線技術處理船舶壓載水的研究現狀
上海海運學院的孫永明副教授在研究利用紫外線對壓載水的處理過程中發(fā)現:海水的濁度大小會影響紫外線的穿透能力,從而會降低紫外線殺滅細菌、微生物的效果。美國Maryland大學研究了過濾和紫外線聯用的壓載水處理技術，研究結果表明：在5次實驗中，顆粒尺寸為50um以上的固體懸浮物可以過濾掉，對于50um以上的微生物平均滅活率是80%，50um以下的微生物平均滅活率是95%。根據IMO處理要求，將過濾器過濾精度設計為50um，小于此精度的顆粒由紫外線裝置負責處理。
3、過濾-紫外線技術處理方法優(yōu)勢介紹
(1)結構緊湊，體積�。�
(2)質量輕、易于設計、安裝；
(3)系統部件比較少，易于維護、調節(jié)和控制；
(4)過濾-紫外線處理方法屬機械和物理方法相結合,處理過程中不添加任何化學藥劑,不會造成二次污染。
此外紫外線處理還具有以下明顯的優(yōu)勢：
(1)高效率：有數據表明,在流量為200Lh,400Lh,800Lh時,紫外線殺菌率分別在83%~100%,84%~100%,98%~100%之間,對有些微生物和病毒,滅活率總在99%以上,且殺滅時間幾乎是瞬間,節(jié)約大量時間。
(2)廣譜性：紫外線幾乎對各種細菌、病毒、藻類都能殺滅。
(3)無生物免疫力：紫外線處理只改變了壓載水中生物的DNA結構,而傳統方法,在一段時間內可有效果,但時間長了會產生生物免疫力,影響處理效果。
4、過濾-紫外線技術處理壓載水原理
過濾可以去除水中懸浮物以及微生物是毫無疑問的，然而海水中的微生物最小的直徑也就幾微米。如果將濾網的過濾精度設計很高雖然過濾效果好，但是需要的壓力過大，并且很快需要反沖洗，否則過程將難以進行下去。因此設計適當的過濾精度（50um），這樣的話壓載水中殘存的較微小的微生物將交由紫外線處理。
紫外線(UV)是波長介于可見光(400nm)與X射線(100nm)之間的電磁波，紫外光可劃分為三個波段：UV-A（長波段320-400nm）；UV-B（中波段280－320nm）；UV-C（短波段100－280nm），強大的殺菌作用由短波段UV-C中波長為253.7nm的紫外光所提供。由于UV－C具有較高的光子能量，當它照射微生物時，就能穿透微生物的細胞膜和細胞核，破壞其DNA的分子鍵，使其失去復制能力或失去活性，不久便會死亡，從而達到我們處理壓載水的目的。
5、過濾-紫外線技術處理裝置
5.1過濾處理裝置
選擇50x250目(50um)的金屬絲網作為過濾材質�？紤]到低碳鋼不耐腐蝕，容易生銹，因此不管是編制濾網還是打孔濾網的船用過濾器現多以不銹鋼為濾芯，不銹鋼絲網過濾器耐腐蝕、抗震性能好、成本低、效率較高，是比較理想的過濾材料�；谝陨系目紤]，采用不銹鋼纖維為濾材較為合適。
5.2紫外線處理裝置
紫外線處理裝置按設計方式分為明渠型或封閉性。明渠型為在溝槽中放置由石英管罩住、加以保護的紫外線消毒燈而使污水從中流出的裝置；封閉式則為將石英管罩住的，加以保護的紫外線消毒燈裝入圓筒形密封的反應器中，反應器再與污水管連接的裝置，紫外線燈套在石英管中，與水流平行或垂直。相對而言，封閉型的不如明渠型的易于監(jiān)測和維護。然而封閉型的比明渠型的處理水量大，針對壓載水需要量大的特點，我們選用封閉型紫外線處理裝置。
為了能夠抵制海水的侵蝕和紫外光線的輻射老化的影響,筒體可由經灌注鈦的無毒聚氯乙烯制成,這樣比用不銹鋼制成的設備來得輕便、耐用、成本低；紫外燈管應采用低壓汞燈；石英套管采用氣煉高強度石英管,要求透紫率不小于80%,工作壓力0.45Mpa。石英套管可隔絕水同紫外光燈接觸,并可維持燈在40C的最佳溫度下工作,因為紫外線出力與燈管表面溫度有關,當溫度40C時,紫外線出力最大,套管可用浸酒精的紗布半年清洗一次,也可用拋磨粉進行擦洗。擴散板裝置,可避免進水的平緩流動,以保證海洋細菌、微生物最大限度地接觸紫外光線照射。整套處理裝置配以紫外光強度監(jiān)測、并連接有聽覺或視覺報警器以及自動關閉裝置[7]。
5.3處理裝置流程圖
6、過濾-紫外線技術處理壓載水的可行性分析
6.1時間可行性分析
假設船舶載重量為50000噸，船舶最大載水量為13000噸，船舶壓載水泵額定流量為200噸/小時。
由上述假設的數據可以得到該船對壓載水的平均處理時間
T=13000/200/24=2.7d
這是按照最大量計算,實際上還與船舶的載重量相關,壓載水的調駁量肯定小于最大壓載量,因此,可以根據停港時間、航線長短、裝卸貨情況,合理使用該方法。
6.2經濟可行性分析
紫外線處理裝置本身的運作成本很低,處理每噸海水僅需0.005~0.01元,國外紫外線燈管的有效使用時間在12000h以上，可達200t/h以上。
研究表明紫外線對殺滅海洋細菌和微生物是高效的,但在應用過程中發(fā)現有少數微生物對紫外線有很強的抵御能力。如何殺滅這些微生物在系統設計時必須予以解決。出于節(jié)能的考慮,可以用船舶柴油機的余熱把壓載水加熱到35℃~45℃左右,并保持一段時間,這樣可更有效的殺滅微生物和細菌,國內外已經開始展開有關的研究。
7、結論
綜上所述，可得出如下結論：
(1)用過濾-紫外線技術處理船舶壓載水,可有效地殺滅壓載水中的細菌、微生物,此方案是可行的；
(2)如何提高裝置的有效性、經濟性、系統優(yōu)化等方面有待進一步研究和實踐。
參考文獻
1 胡承兵.阻止“搭承”于壓載水中的外來生物入侵者[J].交通環(huán)保,1999,20(4):35-44。
2 David A. Wright,Rodger Dawsonetal. A test of the Efficiency a Ballast Water
3 Jorma Rytkonen. Ozone,Ultraviolet Light,Ultrasound and Hydrogen Peroxide As Ballast Water Treatments-Experiments with Mesozooplankton In Low-Saline Braekish
4 劉飛.船舶壓載水紫外線滅菌系統研究(碩士學位論文)大連:大連海事大學,2008
5 上海安得利給水設備有限公司產品簡介[J].制冷技術,2006,(2):59-60。
6 汪大麓,等.水處理新技術及工程設計〔M〕.北京:化學工業(yè)出版社,2001.4.
7 孫永明.紫外線技術處理船舶壓載水的可行性研究[J].上海海運學院學報,2002,6
8 劉飛,譚輝等.旋流-紫外線法處理船舶壓載水的實用性研究[J].中國航海,2007,4
9 http://www.waterknowledge.com。
10 李斌,孫培廷.柴油機余熱加熱壓載水的可行性研究[J].大連海事大學學報,2001,(2):50-53。
論文關鍵詞：船舶壓載水,過濾,紫外線,微生物
概述
當今，超過90%的國際貨物是通過船舶運輸來完成的。壓載水對保持船舶的平衡穩(wěn)定和船舶的安全有效操作起著至關重要的作用,船舶壓載操作是船舶安全航行的必備條件。由于船舶的大小和用途不同,每條船可攜帶的壓載水量也不相同,少的幾百公斤,大的則超過10萬噸。每年估計有100億噸的壓載水在全球轉移。國際海事組織壓載水工作小組研究發(fā)現，每天至少有7000個有機體等隨船舶壓載水遠航至他鄉(xiāng)。物種互相入侵，加劇了海洋生態(tài)鏈和環(huán)境的惡化。然而在壓載水的眾多處理方法中，我們無法使用單一的方法處理壓載水使得其滿足國際海事組織的要求�；谶^濾和紫外線技術對于壓載水處理的有效性，我們在本文分析了過濾-紫外線技術聯用處理壓載水的實用可行性。
2、過濾-紫外線技術處理船舶壓載水的研究現狀
上海海運學院的孫永明副教授在研究利用紫外線對壓載水的處理過程中發(fā)現:海水的濁度大小會影響紫外線的穿透能力,從而會降低紫外線殺滅細菌、微生物的效果。美國Maryland大學研究了過濾和紫外線聯用的壓載水處理技術，研究結果表明：在5次實驗中，顆粒尺寸為50um以上的固體懸浮物可以過濾掉，對于50um以上的微生物平均滅活率是80%，50um以下的微生物平均滅活率是95%。根據IMO處理要求，將過濾器過濾精度設計為50um，小于此精度的顆粒由紫外線裝置負責處理。
3、過濾-紫外線技術處理方法優(yōu)勢介紹
(1)結構緊湊，體積�。�
(2)質量輕、易于設計、安裝；
(3)系統部件比較少，易于維護、調節(jié)和控制；
(4)過濾-紫外線處理方法屬機械和物理方法相結合,處理過程中不添加任何化學藥劑,不會造成二次污染。
此外紫外線處理還具有以下明顯的優(yōu)勢：
(1)高效率：有數據表明,在流量為200Lh,400Lh,800Lh時,紫外線殺菌率分別在83%~100%,84%~100%,98%~100%之間,對有些微生物和病毒,滅活率總在99%以上,且殺滅時間幾乎是瞬間,節(jié)約大量時間。
(2)廣譜性：紫外線幾乎對各種細菌、病毒、藻類都能殺滅。
(3)無生物免疫力：紫外線處理只改變了壓載水中生物的DNA結構,而傳統方法,在一段時間內可有效果,但時間長了會產生生物免疫力,影響處理效果。
4、過濾-紫外線技術處理壓載水原理
過濾可以去除水中懸浮物以及微生物是毫無疑問的，然而海水中的微生物最小的直徑也就幾微米。如果將濾網的過濾精度設計很高雖然過濾效果好，但是需要的壓力過大，并且很快需要反沖洗，否則過程將難以進行下去。因此設計適當的過濾精度（50um），這樣的話壓載水中殘存的較微小的微生物將交由紫外線處理。
紫外線(UV)是波長介于可見光(400nm)與X射線(100nm)之間的電磁波，紫外光可劃分為三個波段：UV-A（長波段320-400nm）；UV-B（中波段280－320nm）；UV-C（短波段100－280nm），強大的殺菌作用由短波段UV-C中波長為253.7nm的紫外光所提供。由于UV－C具有較高的光子能量，當它照射微生物時，就能穿透微生物的細胞膜和細胞核，破壞其DNA的分子鍵，使其失去復制能力或失去活性，不久便會死亡，從而達到我們處理壓載水的目的。
5、過濾-紫外線技術處理裝置
5.1過濾處理裝置
選擇50x250目(50um)的金屬絲網作為過濾材質�？紤]到低碳鋼不耐腐蝕，容易生銹，因此不管是編制濾網還是打孔濾網的船用過濾器現多以不銹鋼為濾芯，不銹鋼絲網過濾器耐腐蝕、抗震性能好、成本低、效率較高，是比較理想的過濾材料�；谝陨系目紤]，采用不銹鋼纖維為濾材較為合適。
5.2紫外線處理裝置
紫外線處理裝置按設計方式分為明渠型或封閉性。明渠型為在溝槽中放置由石英管罩住、加以保護的紫外線消毒燈而使污水從中流出的裝置；封閉式則為將石英管罩住的，加以保護的紫外線消毒燈裝入圓筒形密封的反應器中，反應器再與污水管連接的裝置，紫外線燈套在石英管中，與水流平行或垂直。相對而言，封閉型的不如明渠型的易于監(jiān)測和維護。然而封閉型的比明渠型的處理水量大，針對壓載水需要量大的特點，我們選用封閉型紫外線處理裝置。
為了能夠抵制海水的侵蝕和紫外光線的輻射老化的影響,筒體可由經灌注鈦的無毒聚氯乙烯制成,這樣比用不銹鋼制成的設備來得輕便、耐用、成本低；紫外燈管應采用低壓汞燈；石英套管采用氣煉高強度石英管,要求透紫率不小于80%,工作壓力0.45Mpa。石英套管可隔絕水同紫外光燈接觸,并可維持燈在40C的最佳溫度下工作,因為紫外線出力與燈管表面溫度有關,當溫度40C時,紫外線出力最大,套管可用浸酒精的紗布半年清洗一次,也可用拋磨粉進行擦洗。擴散板裝置,可避免進水的平緩流動,以保證海洋細菌、微生物最大限度地接觸紫外光線照射。整套處理裝置配以紫外光強度監(jiān)測、并連接有聽覺或視覺報警器以及自動關閉裝置[7]。
5.3處理裝置流程圖
6、過濾-紫外線技術處理壓載水的可行性分析
6.1時間可行性分析
假設船舶載重量為50000噸，船舶最大載水量為13000噸，船舶壓載水泵額定流量為200噸/小時。
由上述假設的數據可以得到該船對壓載水的平均處理時間
T=13000/200/24=2.7d
這是按照最大量計算,實際上還與船舶的載重量相關,壓載水的調駁量肯定小于最大壓載量,因此,可以根據停港時間、航線長短、裝卸貨情況,合理使用該方法。
6.2經濟可行性分析
紫外線處理裝置本身的運作成本很低,處理每噸海水僅需0.005~0.01元,國外紫外線燈管的有效使用時間在12000h以上，可達200t/h以上。
研究表明紫外線對殺滅海洋細菌和微生物是高效的,但在應用過程中發(fā)現有少數微生物對紫外線有很強的抵御能力。如何殺滅這些微生物在系統設計時必須予以解決。出于節(jié)能的考慮,可以用船舶柴油機的余熱把壓載水加熱到35℃~45℃左右,并保持一段時間,這樣可更有效的殺滅微生物和細菌,國內外已經開始展開有關的研究。
7、結論
綜上所述，可得出如下結論：
(1)用過濾-紫外線技術處理船舶壓載水,可有效地殺滅壓載水中的細菌、微生物,此方案是可行的；
(2)如何提高裝置的有效性、經濟性、系統優(yōu)化等方面有待進一步研究和實踐。
參考文獻
1 胡承兵.阻止“搭承”于壓載水中的外來生物入侵者[J].交通環(huán)保,1999,20(4):35-44。
2 David A. Wright,Rodger Dawsonetal. A test of the Efficiency a Ballast Water
3 Jorma Rytkonen. Ozone,Ultraviolet Light,Ultrasound and Hydrogen Peroxide As Ballast Water Treatments-Experiments with Mesozooplankton In Low-Saline Braekish
4 劉飛.船舶壓載水紫外線滅菌系統研究(碩士學位論文)大連:大連海事大學,2008
5 上海安得利給水設備有限公司產品簡介[J].制冷技術,2006,(2):59-60。
6 汪大麓,等.水處理新技術及工程設計〔M〕.北京:化學工業(yè)出版社,2001.4.
7 孫永明.紫外線技術處理船舶壓載水的可行性研究[J].上海海運學院學報,2002,6
8 劉飛,譚輝等.旋流-紫外線法處理船舶壓載水的實用性研究[J].中國航海,2007,4
9 http://www.waterknowledge.com。
10 李斌,孫培廷.柴油機余熱加熱壓載水的可行性研究[J].大連海事大學學報,2001,(2):50-53。
關鍵字：機械,北京
