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船舶压载水处理技术的比较分析

[日期:2012-09-04] 来源:  作者:admin [字体: ]

自《控制和管理船舶压载水和沉积物国际公约》颁布以来,各国迅速展开对船舶压载水处理技术的研究,目前已有几种船舶压载水处理技术正在使用或研究中。目前采用的船舶压载水处理技术主要有以下几种:
  1. 电解方法:
  原理:海水是一种天然的电解质溶液,电解海水可以产生次氯酸、次氯酸钠等,可将微生物体内的生物酶(如带有巯基的酶)氧化分解致使其失效,或者作用于微生物的细胞壁,使其通透性增大,导致细胞因细胞质流出而死亡。
  优点:
  (1)大多数现代化船舶上采用电解海水法灭活冷却水中的海洋生物,效果稳定可靠,船东船员比较了解;
  (2)耗电量比紫外略低;
  (3)大流量压载适用性较好。
  缺点:
  (1)过高浓度的余氯会腐蚀船上金属以及造成压载水周边排放环境的二次污染;
  (2)需增加一道处理工序,中和后才能排放;
  (3)在淡水中无法使用,需要储备一定量的海水或者添加盐;
  (4)反应后会产生氢气,氢气的监视与排放问题比较复杂。
  2. 紫外方法:
  原理:生物细胞内的DNA或RNA中的碱基对(DNA中的胸腺嘧啶和胞嘧啶以及RNA中的尿嘧啶和胞嘧啶)受紫外线照射后产生光化学反应,并在碱基对间形成化学二聚体。这些化学二聚体会在细胞分裂中阻止DNA或RNA链的复制,从而可以达到灭活消毒的目的。
  优点:
  (1)紫外方法处理水技术成熟,且已得到广泛应用;
  (2)UV在减少微生物数量的同时不会对当地海水生态造成污染,是一种最为环保的处理方法;
  (3)无需添加任何化学性生物杀灭剂;
  (4)无毒性副产品生产;
  (5)对压载水舱,管路等无腐蚀性;
  (6)处理设备维护费用低;
  (7)设备运行操作简单。
  (8)设备布局简单,方便,灵活。
  缺点:
  (1)对滤器的要求比较高;
  (2)耗电量比较高。
  3. 臭氧技术:
  原理:比较广泛的臭氧制取方法是利用臭氧发生器放电氧化空气或纯氧产生臭氧。臭氧具有强氧化性,可以破坏分解微生物的细胞壁,氧化分解细胞内的酶、DNA或RNA等,从而破坏微生物的代谢和繁殖过程。
  优点:
  (1)臭氧能快速灭活海洋微藻、病毒和细菌,灭活效果较好;
  (2)处理后的产物为O2,无有害物质残留。
  缺点:
  (1)臭氧对压载水系统而言可能是一种潜在的腐蚀剂,它的强腐蚀性使船舶涂层和压载舱易受腐蚀;
  (2)设备的运行和维护较为复杂,对人员的要求较高;
  (3)臭氧处理设备的初投资总费用相对较高;
  (4)臭氧的毒性较大,处理设备需配备相关的安全装置,发生设备及辅助装置比较复杂,投加量不易调节,导致处理成本增加和需要较高的技术水平进行管理和维护。
  4. 生物杀灭剂:
  原理:添加生物杀灭剂(如:二氧化氯,过氧乙酸等)破坏微生物细胞膜和遗传物质,影响生物体的生理和代谢过程而发挥作用。在进行压载水处理操作过程中,通过化学注射泵直接输送到主压载水泵,与压载水混合即可。
  优点:
  (1)系统结构简单;
  (2)耗电量低。
  缺点:
  (1)生物灭杀剂处理海洋微生物具有局限性,不同的生物灭杀剂处理海洋微生物的有效性不同;
  (2)对氧化性生物灭杀剂和大多数非氧化性生物灭杀剂来说,其在路途上的运输,港口的存储,船舶上的储存这些环节都存在潜在的安全风险;
  (3)水处理后残留在船上、管路或压载水舱内的化学物质,会对船舶管路、泵和船舶的其他结构部件造成腐蚀;
  (4)压载水中残留的氧化性生物灭杀剂,会与海水中的一些物质发生反应,产生有毒的副产物,影响排载区周围的环境。
  5. 电催化氧化技术
  原理:电催化氧化是利用具有催化性能的金属氧化物电极,产生具有强氧化能力的羟基或其他自由基和基团,反应后完全分解为无害的水和二氧化碳的绿色化学技术。
  优点:
  (1)催化氧化产生的•OH,H2O2有很高的氧化电位;
  (2)•OH,H2O2反应后产物为水,没有二次污染;
  (3)功率比较小;
  缺点:
  (1)电极的研制开发缺乏完整的理论指导;
  (2)电极的制备条件对电极催化氧化的影响不够清楚;
  (3)电极表面涂层比较薄,通常几纳米到几十纳米,使用寿命比较低;
  (4)催化氧化产生的•OH,H2O2在水中的残余,对管道和压载舱的腐蚀不容忽视;
  (5)电极的表面结垢后清洗比较困难;
  (6)技术不成熟,目前主要在实验室试验阶段,能否成熟进入应用阶段有疑问;
  (7)性能未经过时间和实践验证,未知情况较多;
  (8)从理论上分析,催化物(剂)衰减和受损对性能影响非常明显和快速。没有可长期不更换的催化物。
  6. 絮凝技术:
  原理:加入絮凝剂,使水或液体中悬浮微粒集聚变大,或形成絮团,从而加快粒子的聚沉,达到固—液分离的目的。
  絮凝技术有以下优点:
  (1)絮凝已能实现对细胞浓度低于10个/ml微藻的捕捉富集;
  (2)可不受盐分浓度的影响而进行处理;
  (3)絮凝沉降的同时还可利用微生物絮凝剂产生菌的生化降解功能,达到降解有机污染物、絮凝沉降胶体和悬浮物;
  (4)耗电量比较小。
  絮凝技术缺点:
  (1)系统占地面积比较大;
  (2)系统操作比较复杂;
  (3)絮凝剂的储存与使用比较复杂;
  (4)处理后的污泥不能直接排放,需靠岸后交由岸上处理,长时间航行或港口无接受设施,污泥的储存将是一个问题。
  7. 脱氧技术:
  原理:封闭压载舱后,向压载水中加入亚硫酸钠,二氧化硫等耗氧物质或冲入氮气等,减少压载水中溶解氧含量,致使好氧生物缺氧失活。但是此方法不能杀死胞囊、孢子、厌氧细菌等。
  优点:
  (1)脱氧技术是将惰性气体充满整个压载舱室,其对压载舱的腐蚀作用很小,对船舶的结构和安全性方面不会产生影响;
  (2)脱氧处理技术的成本相对较低。
  缺点:
  (1)脱氧处理技术在处理不同的海洋微生物处理能力上具有局限性。有研究机构表明:缺氧的压载舱室,可杀死鱼类、无脊椎动物幼虫、耗氧菌等,但对厌氧菌、孢子等杀灭效果基本上为零;
  (2)存在在惰性气体中进行作业的人员的人身安全问题。
  8. 空化技术
  原理:水力空化现象是由流动的液体经某一水力空化器(如孔板)而产生的。当液体通过孔板时,由于受到孔板的阻流作用,流速剧增,压力骤减,当压力降至空化初生压(一般为相应温度下的饱和蒸汽压)时就会产生大量的空化泡。随后液体喷射扩张,压力值逐步恢复,空化泡瞬间破灭,从而产生空化。在液体中,当压强降低到某一临界压强以下时,就会产生空化泡,这些空化泡在正压作用下溃灭,其溃灭过程仅持续几微秒,从而在该点产生瞬间高温高压,该点即所谓热点。热点处的有机物可能直接热解,也可能与水热解生成的羟基自由基反应。
  优点:
  (1)反应装置简单;
  (2)能耗相对较少;
  (3)操作简单,维护费用低。
  缺点:
  (1)压降损失比较大;
  (2)空泡易造成管路腐蚀;
  (3)效果受液体的物理化学性质影响比较大。
船舶压载水处理技术主几种技术占有率

根据英国劳氏船级社2011年6月《压载水处理技术现状报告》显示,可以看出紫外和电解方法是目前压载水处理的主流技术。并且,由于2009年以后,紫外方法不在需要提交国际海事组织进行环境评估的认可,所以,据估计,目前采用紫外方法为产品技术的厂家已经超过20家。

压载水处理技术市场占有率预估

 
  按照市场反馈情况估计,未来压载水设备市场主要由紫外方法和电解方法占有,而两种方法相比较,紫外环保、安全,所以,紫外方法有望成为最具市场前景的压载水处理技术。

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