（环境科学与工程专业论文）超声波硫酸自由基技术处理船舶压载水的研究.pdf

英文摘要 a b s t r a c t b a l l a s tw a t e ri sam a j o rf a c t o rc o n t r i b u t i n gt oi n t r o d u c t i o n so fa q u a t i cp l a n t sa n d i n v a s i v em a c r o i n v e r t e b r a t e s a l t h o u g hi ti st a k e na b o a r di nm o s tv e s s e l si no r d e rt op r o v i d e t r i ma n ds t a b i l i t yw i t h i n o p e r a t i o n a la n de n g i n e e r i n gs a f e t ys t a n d a r s b a l l a s t w a t e rh a s b r o u g h tah u g el o s st oe v e r yc o a s t a lc o u n t r ya tp r e s e n t t h eg e f h a sc o n f i r m e dt h a tb a l l a s t w a t e rt ob eo n eo ff o u rg r e a tt h r e a t st ot h eo c e a n s 2 0 0 4 ，i m op a s s e dt h ei n t e r n a t i o n a l c o n v e n t i o nf o rt h ec o n t r o la n dm a n a g e m e mo fs h i p s b a l l a s tw a t e r & s e d i m e n t s t h i s c o n t a i n sd e t e r m i n e da p p r o p r i a t es t a n d a r d so fb a l l a s tw a t e rt r e a t m e n t b eb a s e do nt h er e s u l t s o ft h eo t h e rm e m b e r si nb a l l a s t - g r o u p ，t h eu l t r a s o u n d - s u l f a t er a d i c a lt e c h n o l o g yh a sb e e n p r o p o s e da n ds t u d i e dt ot r e a tb a l l a s tw a t e r t h ep a p e ru s e du l t r a s o u n dt e c h n o l o g yt ot r e a tt h eu n i c e l l u l a ra l g a ei nb a l l a s tw a t e ra t f i r s t , s u c ha sp s u b c o r o d i f o r m i s ，d i c r a t e r i as pa n dc h l o r e l l av u l g a r i s a f t e rs e a r c hf o rt h e b e s tc o m b i n a t i o no fp o w e ra n df r e q u e n c yo fu l t r a s o u n d ，c o m b i n e d 晰t l lt h es u l f a t er a d i c a l t e c h n o l o g y , t h el e t h a le f f e c t ，p h y s i c a lh a r ma n dt h ec o n t e n to fc h l o r o p h y l lo fu n i c e l l u l a ra l g a w e r ei n v e s t i g a t e d ，a n dt h ec o n c e n t r a t i o no fa n i o n si nw a t e rb e f o r ea n da f t e rt r e a t m e n tw a s a n a l y z e d t h ec o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) w h e nu s i n gt h eu l t r a s o u n dt e c h n o l o g yt ot r e a tt h et h r e es p e c i e so fa l g a e 诵t l lt h ep o w e ro f 5 0 0 w ，t h et r e a t i n gt i m eo f5m i n , a n dt h ef r e q u e n c yo f5 0 ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a t p s u b c o r o d i f o r m i sa n dd i c r a t e r i as pw e r ea l ld i e ，t h el a r g e s tl e t h a lr a t eo fc h l o r e l l a v u l g a r i sw a s7 6 ( 2 ) t h et h r e es p e c i e so fa l g a ew e r ea l ld e a db yu s i n gt h eu l t r a s o u n d - s u l f a t er a d i c a l t e c h n o l o g y w i t ht h e c o n c e n t r a t i o ni n c r e a s i n g ，t h et r e a t i n gt i m eo fu l t r a s o u n dw a s s i g n i f i c a n td e c r e a s i n g a st h ep o w e ro fu l t r a s o u n dw a s5 0 0 w , t h et r e a t i n gt i m ew a s1 m i n , a n dt h ef r e q u e c yw a s5 0 ，t h ec o n c e n t r a t i o no fs u l f a t er a d i c a lw a s5 3 5 9 l ，t h e l e t h a lr a t e so ft h et h r e ea l g a ew e r e10 0 ( 3 ) t h ei n c r e a c i n go fc h l o r o p h y l law a sr e t r a i n e da f t e rt h et r e a t i n go fu l t r a s o u n d - s u l f a t e r a d i c a lt e c h n o l o g y u n d e rt h es a m ee n v i r o n m e n t ，t h er e g r e s s i o nr a t eo ft h es a m ea l g a ew a s r i s i n gw i t ht h ei n c r e a s i n go fc o n c e n t r a t i o no fs u l f a t er a d i c a l ( 4 ) t oa s s a yt h ew a t e rq u a l i t yw h i c hw a st r e a t e db yu s i n gt h em e t h o do fu l t r a s o u n d s u l f a t e r a d i c a lt e c h n o l o g y , t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec 1 w e r en o tc h a n g e db e t w e e nt r e a t e da n d u n t r e a t e d ，t h ec o n c e n t r a t i o no fs u l f a t e r a d i c a lw a si n c r e a s i n g ，o t h e rc i w e r en o t 英文摘要 a p p e a r e d ，t h ec o n c e n t r a t i o nw a ss m a l l e ru n d e rt h ea s s a y i n gw h i c hw a ss e c u r ee m i s s i o n ( 5 ) t h et r e a t i n ge f f e c t sw h i c ht h eu l t r a s o u n dw a su s e df i r s t l y , a n dt h es u l f a t er a d i c a lw a su s e d s e c o n d l yw a sb e t t e rt h a nw h i c ht h es u l f a t e r a d i c a lw a su s e df i r g l y ，a n dt h eu l t r a s o u n dw a s u s e ds e c o n d l bw h e n u s i n gt h ec o m b i n eo f u l t r a s o u n d - s u l f a t er a d i c a lt e c h n o l o g y k e yw o r d s ：a d v a n c e do x d a t i o nt e c h n o l o g y ；u l t r a s o u n d ；s u l f a t er a d i c a l s ；b a l l a s t w a t e r ；u n i c e l l u l a ra l g a e 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写 成硕士学位论文：超重遮二硫酸自由基遮苤丝堡墼丝压戴盔数婴塞：。除论文中已经 注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表 的成果。本声明的法律责任由本人承担。 1、 学位论文作者签名立趟二：匾 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文 的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学 位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士学位论文全文数据库( 中国学术 期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守 此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密( 请在以上方框内打“ ) 论文作者签名：砂乃、橇导师签名：夕科 日期： 年月 3 岛 日 超声波硫酸自由基技术处理船舶压载水的研究 第1 章绪论 1 1 压载水外来物种入侵及其危害 船舶普遍使用的压载水( 又称压舱水) 是指为控制船舶横倾、纵倾、吃水、 稳性或应力而加装到船上的水及悬浮物质，是现代远洋船舶航海安全和高效营运 的保证【l 】。尤其是在船舶空载的情况下，压载水可以确保船舶的正确重心和必要 的平衡和稳性。出于经济和方便压载等原因，船舶一般都是以海水作为压载媒质， 其来源多为船舶的始发港或途经的沿岸水域。目前，全球贸易中约8 0 的货物经 由船舶运输，每年约有8 0 0 0 0 余艘船舶携带约有1 2 0 亿吨的压载水在全球范围内 转移 2 1 。一艘载重1 0 万吨的货船携带压载水量达到5 - 6 万吨，在一个压载舱内 存活的腰鞭毛虫包裹约有3 亿个，平均每立方米压载水有浮游动植物1 1 亿个， 船底的沉积物中每立方厘米有2 2 5 0 0 个浮游植物孢子，平均每天由压载水传播着 7 0 0 0 至1 0 0 0 0 多种海洋微生物和动植物在全球流动【3 】。到目前为止，大约有5 0 0 种生物物种己经被确认是由压载水传播的【4 嘲，而几乎每隔9 个星期就会在世界 各地发现一种新的入侵生物。 图1 1 船舶压载水携带外来生物机理 f i g 1 1m e c h a n i s mo fb a l l a s tw a t e rt r a n s f e re x o t i es p e c i e s 外来物种是指由原生存地借助于人为作用或其他途径移居到另一个新的环 第1 章绪论 境，并在新的栖息地繁殖和建立的物种 r l 。随着人类经济活动和国际交往的增多， 外来物种越来越多。一些外来物种在到达新的定居区后，由于其本身具有较大的 繁殖能力，加上在新的栖息地，外来物种在一定程度上摆脱了原有天敌和寄生虫 的危害，因此往往会发生爆发性生长并失去控制，成为入侵物种。来自北美的水 母美洲栉水母进入黑海后，其惊人的生长及繁殖速度使其数量大增，大量吞 食浮游生物及其幼虫和卵，破坏了本地鱼类赖以生存的饵料，导致黑海的渔业彻 底崩溃，并改变了黑海的生态系统【8 】。在2 0 世纪8 0 年代中期到9 0 年代初， 黑海地区由于渔业的下降至少减少了3 亿美元的收入，这也导致许多渔民被迫 离开赖以生存的海洋。水母入侵对黑海的影响，是说明一个外来物种进入适宜它 并几乎不受限制生长的环境中，所带来的不可预见的生态和经济影响的最好例 子。 在全球范围内，已经有几个地方被大量外来物种入侵。在英国水域存在5 3 种大型的非本土动植物；爱尔兰的科克港口有2 4 种外来物种；德国水域有1 0 0 种之多；沿瑞典海岸线发现7 0 多种；而美国西海岸的旧金山被认为是世界上最 大数量的外来生物的聚集处，总共发现2 1 2 种外来生物：在哈得孙河口发现1 2 0 种：切萨皮克海湾发现9 7 种；目前有1 7 2 种有害海洋生物已经侵入澳大利亚海 洋环境，而且大部分是通过压载水传播的【9 ，1 0 1 。 船舶压载水生物入侵性传播主要分为三种，即植物入侵、动物入侵和病原体 入侵【l l 】。 植物入侵1 9 0 3 年，德国北海海域发生了浮游植物的大量增殖( 藻华) 。1 9 0 8 年，o s t e n f l e d 首次提出，作为一种媒介物，压载水可以将本地以外的浮游植物 带入该地区【1 2 】。进入2 0 世纪9 0 年代，世界范围内浮游植物的不断爆发引起了 人们广泛的关注。有毒的海生浮游植物如：微小亚历山大藻( a l e x a n d r i u m m i n u t u m ) 、塔马裸甲藻( g y m n o d i n i u mt a m a r e n s e ) 、涡鞭毛藻( g c a t e n a t u m ) 和g y r o d i n i u ma u r e o l u m 等经常在世界范围的海域内大量繁殖，这已经是屡见不 鲜了。亚历山大藻( a l e x a n d r i u m ) 的大量繁殖在挪威和英国沿岸海域引起了麻 痹性的微小亚历山大藻( 么m i n u t u m ) ，它也是北海、大西洋、地中海以及美国 东海岸、澳大利亚、日本、新西兰等国的海岸经常出现的一种藻类。g y r o d i n i u m a u r e o l u m 引起了英吉利海峡英国西海岸以及丹麦、挪威、瑞典等海域内鱼类的大 超被硫酸自自基技术n 船舶载水的研究 量死亡【1 3 - 1 5 1 。 在澳大利亚，其海域每年要接收6 0 0 0 万吨左右的压载水，其中5 0 来自日本 ”“。一种日本海藻入侵当地并疯狂生长，迅速取代当地海床生物群落，而且已经 严重影响了鲍鱼和海胆的产量，造成诸多生态问题。1 9 9 7 年，澳洲检疫( a q i s ) 估计仅双鞭毛藻就造成8 0 0 0 万美元的损失。1 9 9 3 年1 月，有毒藻华的影响使 得整个新西兰的贝类产业几乎停止。由于带有外来浮游植物的压载水的排放能够 导致浮游植物的增殖，因此澳大利亚和新西兰政府已经做出规定，外米船只的压 载水在他们国家的任何港口排放前必须事先更换否则不得排放。 国l2 入侵五太湖的月亮水母长 舜缠绕钓鱼线 f i gi 2 t h ec g m e n l s b e a r db i n d e d f i s h l i n e i n g r e a tl a k e s 动物入侵1 9 9 0 年国际联合会和五大湖渔业组织( i n t e r n a t i o n a lj o i n t c o m m i s s i o na n dg r e a tl a k e sf i s h e r yc o m m i s s i o n ) 向美国和加拿大政府提交一份 报告，提出五太湖生态系统处于危机状态7 。1 9 9 6 年侵入美国和加拿大交界的 五大湖生物就有1 3 0 余种，造成威胁最大的生物当数斑马贝( z e b r a m u s s e l ) 。斑 马贝原生长于里海，上世纪8 0 年代经由压载水传播到血太湖。它的繁殖速度异 常迅速已经扩展到五大湖地区周围的2 2 个洲、h u n d s o n 、o h i o 和m i s s i s s i p p i 河流域的盆地。这种贝类总是大量地集结在一起，占据了4 0 的排水通道堵塞 了大湖区域的取水管道，迫使美国政府每年不得不花费超过l 亿美元的资金柬采 取措施控制其生长，目前已经造成了数十亿美元的经济损失。 据报道，在爱尔兰s h a n n o n 河口和阿根廷p l a t e 河中也发现了这种贝类。在 3 第1 章绪论 阿根廷，这种贝类栖息于水沟的排泄口、工业用水与饮用水的管道入口等处，致 使水流量降低并威胁着当地水体的质量。用于控制、消灭大湖地区的外来斑马贝 以及其他方面的修复工作，还将需花费掉4 0 - _ 8 0 亿美元。有数据表明，仅美国 一个国家每年因外来生物入侵造成的经济损失就超过1 4 1 0 1 1 美元。 病原体入侵2 0 0 6 年，在美国切萨皮克湾发现了p i e s t e r i ap i s c i c i d a ，在这之 前，并没有在欧洲水域发现过该物种。有报告指出这一物种可能是通过压载水或 压载舱沉积物被带入的【1 9 】。 据研究认为美国东海岸河口内鱼类的死亡与这一物种有关，自从1 9 9 1 年以 来，它已在美国东部水域杀死了1 0 亿尾鱼。也有报告指出它们还可以引起人类 的疾病。当人体接触了含有这一物质的水体或者吸入了这种水体蒸发出的水汽 后，健康会受到严重的影响，出现一系列的症状，如昏迷、精神混乱、皮肤灼伤、 眼部充血、剧烈的头痛、视力模糊、持续的呼吸困难、肝肾功能紊乱、短期记忆 力丧失、皮疹、上呼吸道刺激、肌肉抽搐和肠胃疾病等。 总之，海洋生物系统中物种入侵途径多样，传播速度快，繁殖力强，其可能 造成的危害主要有以下几个方面：首先，与当地物种争夺生存空间、食物，影响 当地物种的生存，有些还会与亲缘接近的物种杂交，造成当地物种的遗传基因混 杂。其次，入侵物种极易形成大面积的单优群落，从而降低生物多样性，使依赖 于当地物种多样性生存的其他物种没有适宜的栖息环境，同时还破坏景观的自然 性和完整性。再次，入侵物种可能会带来病原生物和寄生虫，给当地物种造成毁 灭性打击，同时人如果食用了相关的生物，可能会影响到人类的健康。最后，入 侵物种影响当地的物种结构和食物网结构，会造成生态系统的失衡【2 0 - 2 2 。 因此，将有害的水生生物和病原体引入新环境，包括通过船舶的压载水引入， 已被全球环境基金组织( g l o b a le n v i r o n m e n tf a c i l i t y ，简称g e f ) 确定为全球海 洋面临的四大威胁之一( 另外三大威胁分别是：陆地来源的海洋污染，对现有海 洋资源的过度利用，沿海和海洋栖息地的自然变更和破坏) 。国际海事组织指出， 这些外来物种的入侵，是对全球海洋健康造成致命性威胁的元凶之一。 中国是世界十大海洋运输国之一，拥有长达1 8 0 0 0 多公里的海岸线，沿海港 口2 3 0 多个，沿海岛屿6 5 0 0 多个，依照联合国海洋法公约中2 0 0 海里专属 经济区制度和大陆架制度，中国可拥有约3 0 0 万平方公里的管辖海域。可以说海 超声波一硫酸自由基技术处理船舶压载水的研究 洋国土是我国未来生存和发展的重要依托，当然我国也是船舶压载水污染的受害 国。国际自然资源保护联合会公布的世界上1 0 0 种最危险的外来生物物种中已有 一半入侵到我国，每年由于生物入侵造成的直接经济损失高达5 7 4 亿元，其中海 洋入侵生物是主要成因之一。 近年来，中国沿海赤潮越来越严重，仅2 0 0 8 年，全海域共发生赤潮6 8 次， 累计面积1 3 7 3 8 平方公里，其中发生5 0 0 平方公里以上的大面积和较大面积赤潮 9 次，大多数集中在浙江近岸、近海和长江n # b 海域，累计面积97 5 0 平方公里， 占全海域累计面积的7 1 。赤潮灾害如此蔓延，其重要原因之一是外来生存能力 较强的赤潮生物的危害。通过船舶压载水带来的外来赤潮生物主要有洞刺角刺 藻、新月圆柱藻、方格直链藻等1 6 种藻类。这些外来赤潮生物对生态适应性强、 分布广，只要环境适宜，就可能爆发赤潮，导致海洋生态系统的结构与功能几乎 彻底崩溃，对海域原有生物群落和生态系统的稳定性构成极大的威胁。另外，我 国的许多商业海港附近都有大量的海产养殖场，来自世界各地的商船每年将大量 的压载水排放到这些港口水域中，对我国的渔业生产也会产生一定的影响。所以 我国更应该重视压载水给海洋生态环境带来的危害以及由此引起的经济损失。 表1 1 近年来通过压载水为媒介转移地物种 t a b 1 1e x a m p l e so fr e c e n ti n v a s i o n sp r o b a b l ym e d i a t e db yb a t t a s t 第1 章绪论 涟虫目 桡足亚纲 十足目 短尾亚目 十足目 n i p p o l j e l 矗7 , 0 nh i n u m e n s i s p s e u d o d i up t o m ui n v p i n u s p s e u d o d i up t o m um a r i n u s p s e u d o d i up t o m u f o r b e s i s i n v c a l a n u sd y e 盯i i o n h o l l ad a x i s a e 三f m 行v f 咖v ，l 口s i n e n $ i s c e n t r o p a g e sa b d v m i n a l i s c e n t r o p a g e st y p i c u s a c a r t i av m o r i i h e m i g r a p s u ss a n g u m e u s c h a r y b d i sh e l l e r i s a l m v n e u sg r a c i l i p e $ 真虾亚目麓糍撼臻觊 软体动物门 腹足纲 双壳纲 t r i t o n i ap l e b e i a p v t a m o c o r b u l aa m u r e n s i s d r e i s s e n ap v l y m o r p h a d r e i s s e n as p r a n g i ac u n e a t a t h e v r a f r a g i l i s m u s c u l i s t as e n h o u s i a e n s i sa m e r i c a n u s 内肛动物门m e m b r a n i p o r am e m b r a n a c e a 鱼纲 g y m n o c e p h a l u sc e r n u u s p r o t e r o r h i n 凇m a r m o r a t u s n e o g o b i o u sm e l a n o s t o m u s b u t i sk v l o m a t o d v n r h i n o g o b i u sb r u n n e u s m u g i l i g o b i u ss p s p a r i d e n t e xh a s t a p a r a b l e n n i u st h y s a n i u s 日本加利福尼亚 俄勒冈州 亚洲 哥伦比亚河 日本 加利福尼亚 中国 加利福尼亚 中国 加利福尼亚 亚洲 加利福尼亚、智利 中国 加利福尼亚 日本 智利 北美太平洋 德克萨斯 日本 智利 亚洲 新泽西 以色列 哥伦比亚 日本、密克罗 加利福尼亚 尼西亚 西大西洋哥伦比亚( 东部) 印度尼西亚、伊拉克、科威特 印度 欧洲 亚洲 欧亚大陆 亚欧大陆 美国南部 亚洲 日本 美国大西洋 欧洲 欧洲 黑海 地中海 西印太平洋 日本 台湾菲律宾 阿拉伯海 菲律宾印度洋 加利福尼亚 1 9 8 6 槎奎塑詈 勰9 8 些差大湖区 i 9 9 i 纽约 i 9 8 i 加利福尼亚 1 9 8 0 北美五大湖区 1 9 9 0 獭奎隆麓9 9 尼日利亚、喀麦隆：二： 巴拿马运河 i ；筋 阿拉伯海湾 1 9 8 7 1 2 针对压载水问题的国际动态 1 2 1 国际立法进程 从十九世纪八十年代至今，船舶压载水带来的海洋外来物种入侵问题已经越 6 f _ ，掩 0 9 o 6 7 8 9 9 3 5 3 8 7 6 4 8 蚓卵卿蚴孵卯卯卯鳃gg；鳃 超声波硫酸自由基技术处理船舶压载水的研究 来越得到国际社会及一些国家的重视，国际海事组织( i m o ) 及海洋环境保护委 员会( m e p c ) 一直致力于压载水的管理工作，1 9 9 2 年里约热内卢的联合国环境 与发展大会，1 9 9 7 年联合国国际海事组织的a 8 6 8 ( 2 0 ) 决议，2 0 0 1 年i m o 海 上环境保护委员会( m e p c ) 第4 5 届会议上形成的船舶压载水和沉积物管理 国际公约草本等表明国际社会正逐步通过相应的条约及法律，采取有效措施加 以完备对压载水的管理和控制】。 早在1 9 7 3 年国际海事组织( i m o ) 召集讨论m a r p o l 公约有关问题的会议 上，压载水问题就被提出了，特别体现在关于运输对人类有害的病原体的文字中。 当时通过了一项决议，指出：“船舶压载水中可能含有流行病病毒，这些压载水 在它国排放很可能导致该流行病在它国蔓延。 该决议要求国际海事组织( i m o ) 和世界卫生组织( w h o ) 收集由各国政府所提供的有关证据和建议，并开展对该问 题的研究【2 4 1 。 1 9 9 0 年，m e p c 在其3 1 次会议上成立了一个压载水工作组，开始着手起草 一份关于外来物种问题的指南。1 9 9 1 年，m e p c 通过了其5 0 ( 3 1 ) 号决议“防止 由船舶压载水及其沉积物引进有害物种及病原体的指南 。该指南旨在通过给船 旗国和港口国当局提供有关技术指导，来减少由船舶压载水及其沉积物引入的有 害水生物所造成的危害。 1 9 9 1 年，澳大利亚制定了世界上第一部强制执行的压载水管理指南( 简 称指南) ，后又经过多次修订，其最新版本于1 9 9 9 年1 月1 日颁布。指 南指出，可以通过减少有害水生生物的载入，排放前进行压载水中沉积物的去 除，通过压载水的交换，不排放或少量排放压载水等方法预防和控制通过压载水 的携带而来的外来物种入侵。 1 9 9 2 年，联合国环境和发展大会( u n c e d ) 要求国际海事组织考虑制定适 当的、法律约束性的压载水规则，以防止非本土生物的传播。在这方面的特别要 求写入了议程2 1 第1 7 章第1 7 3 0 ( a ) ( v i ) 段，这是对i m o 职责进行授权的主要文 件。 1 9 9 3 年，i m o 大会对澳大利亚向m e p c 3 4 届会议提交的由1 3 个国家共同进行 的关于压载水的调查报告进行了讨论，结果以a 7 7 4 ( 8 ) 号决议通过了以1 9 9 1 年指 南为基础的“防止通过船舶压载水及其沉积物引进有害生物和病原体的指南”。这 些指南是自愿执行的，目的是为主管机关和港口国当局提供关于这个问题的信 第1 章绪论 息，以及更好地管理压载水，防止引入有害水生生物和病原体风险的建议程序。 1 9 9 7 年，国际海事组织通过了关于控制和管理船舶压载水，减少有害生 物和病原体传播的指南的a 8 6 8 ( 2 0 ) 决议，它提供了一系列完整的控制措施和 方法，包括：不排放压载水；在深海或港口国当局指定的区域更换压载水和清除沉 积物；在压载和卸载操作中，实施以防止或减少泵入不洁水或沉积物为目的的管 理措施；将压载水排入岸上处理设施或有控制地处置；提供港口国当局认可的， 不含有害水生生物和病原体压载水的检验方法和证明；港口国当局认可的，其他 压载水和沉积物的处理方法。 2 0 0 1 年，i m o 海上环境保护委员会第4 5 届会议上形成了具有法律约束的公 约船舶压载水和沉积物控制管理国际公约。 2 0 0 2 年9 月在南非约翰内斯堡召开的可持续发展世界首脑会议( w s s d ) _ _ i 2 ， 外来物种入侵问题得到了充分的关注。在大会通过的执行计划中，要求各国加强 各种国内，国际和区域性的努力，以控制外来物种的入侵，鼓励各种工作项目的 有效开展。计划特别要求国际海事组织( i m o ) 力i ：i 速开展各种措施以解决压载水种 的外来物种入侵问题，并尽快完成船舶压载水及其沉积物控制和管理国际公约 的最后定案工作。 2 0 0 4 年2 月1 3 日在伦敦，国际海事组织( i m 0 ) 召开的关于船舶压载水管 理的成员国外交大会，通过了国际船舶压载水及其沉积物控制和管理公约， 该公约于2 0 0 4 年6 月1 日开放供各国正式接受，并在获得占全球商船吨位3 5 的3 0 个国家批准后1 2 个月生效。公约规定：实施压载水管理的船舶，排放的压 载水中，最小尺寸大于或等于5 0 微米的生物体，以及每毫升中最小尺寸大于或 等于1 0 微米但小于5 0 微米的生物体，能存活的，每立方应少于1 0 个；每1 0 0 毫升小于1 个e f u ( 菌落形成单位) 的有毒霍乱弧菌( o l 和0 1 3 9 ) 或小于1 个 e f u 的1 克浮游动物样品( 湿重) ；每1 0 0 毫升少于2 5 0 个c f u 的大肠菌群；每 1 0 0 毫升少于1 0 0 个e f u 的肠道球菌。同时提出处理船舶压载水的五项标准，即 安全、实用、经济、有效且环境容许【2 5 - 2 7 1 。 2 0 0 9 年，船舶压载水要满足公约中规定的压载水处理性能标准。 随着该公约的强制实施，澳大利亚【2 引、新西兰、美国【2 9 1 等国家已经采取相 应措施对来航船舶进行压载水的管理与处理。我国作为全球压载水管理项目 超声波硫酸自由基技术处理船舶压载水的研究 ( g l o b a l l a s t ) 发展中国家计划启动示范点，在2 0 0 6 m 2 0 0 7 年形成运作【3 0 】。 1 。2 2 公约对船舶压载水管理要求 公约对船舶压载水的管理要求具体分为对原有船和新船的管理要求，内容见 表1 2 。 表1 2 压载水管理要求 t a b 1 2t h es t a n d a r d sa b o u tb a l l a s tw a t e rm a n a g e m e n t 船舶建造压载水容量( m 3 )管理要求 年份 原有船2 0 0 9 年以前 2 0 1 4 年之前至少满足压载水置换标准或压载 1 5 0 0 0 0 水性能标准，之后满足压载水性能标准 小于1 5 0 0 或大于 2 0 1 6 年之前至少满足压载水置换标准或压载 5 0 0 0 水性能标准，之后满足压载水性能标准 2 0 0 9 年及 小于5 0 0 0至少满足压载水性能标准 以后 2 0 0 9 年及以 新船后、2 0 1 2 年大于等于5 0 0 0 2 0 1 6 。 年之前至少满足压载水置换标准或压载 水性能标准，之后满足压载水性能标准 以前 2 0 1 2 年以后大于等于5 0 0 0至少应满足压载水性能标准 1 2 3 全球压载水项目 为帮助发展中国家克服在有效实施i m o 决议方面存在的困难，i m o 与 u n d p ( 联合国发展计划署) 、g e f ( 全球环保基金) 、有关国家政府和工业界合 作，实施了一个全球性的项目，名为：帮助发展中国家克服有效实施船舶压载水 管理和控制措施方面的困难( 简称全球压载水管理项目( g l o b a l l a s t ) ) 。巴西、 中国、印度、南非、乌克兰和伊朗被选择为该项目的实施国。中国被选择作为全 9 - 第1 章绪论 球压载水管理项目实施国家的原因包括： ( 1 ) 中国拥有1 8 0 0 0 公里长的大陆海岸线和庞大的海运商船队； ( 2 ) 中国经济发展快，航运活动积极，且在发展中遇到环境问题； ( 3 ) 对海洋生物和病原体入侵所造成的潜在危害研究不足，缺乏有关的信息； ( 4 ) 政府为保护海洋环境采取了主动的计划和措施。 中国是国际海事组织( i m o ) 的a 类理事国，是大多数i m o 公约的缔约国。 航运、渔业和海产养殖业在国家的经济中占很大比例。自改革开放以来，整个国 家的经济，特别是东部沿海地区发展迅速，这些地区创造的g d p 占整个国家的 6 0 。经济的高速发展带来了国家的空前繁荣，同时也使沿海地区和水域遭受了 污染和过度开发之苦，环境保护己成为关系国家前途的大事。目前，有好几个海 洋环境保护方面的项目正在中国实施，其中一些项目是g e f 、u n d p 和i m o 支 持的，压载水管理项目就是其中之一。 1 2 4 应对压载水问题的措施 虽然船舶压载水对海洋生态环境的影响与危害已经成为不容忽视的问题，但 是，压载水本身的功用却也不能被否认。由于压载水中带有的大量生物被带到一 个新的水域，可能给这片新的水域带来一定的危害，所以通过采取一定得措施， 以消除或降低新物种对海洋的侵袭与破坏【3 1 。3 5 1 。 建立数据库针对世界各地由于船舶压载水带来的频繁出现的外来生物入侵 现象，以及它们给当地生态环境和经济等造成的威胁，世界各地纷纷建立了外来 物种数据库，国际粮农组织( f a o ) 建立的外来水生物种数据库( d i a s ) ，美国 建立的综合海岸带管理成果数据库以及澳大利亚、新西兰等国针对外来物种建立 的一些数据库。此外，有关波罗的海、北海、地中海以及夏威夷等海域外来物种 的数据库也正投入使用或正在筹建之中。这些数据库提供了有关外来物种的分 类、发源地、传入媒介、习性、分布以及给当地带来的不利影响等较为详细的信 息。 吸入干净的压载水当需要利用压载水调整船舶的姿态时，应尽可能地吸入 干净的压载水。比如尽量避免在发生过有害生物和病原体蔓延、造成危害或已知 有害生物或病原体的区域、浮游生物开花( 如赤潮等) 的区域、附近有污水排放 口的区域、正在进行疏浚作业的区域、潮汐流变浑浊的区域、夜间水底浮游生物 超声波硫酸自由基技术处理船舶压载水的研究 易上升的浅水域、推进器易搅起沉积物的区域等加装压载水。尽管在现有的条件 下，要使船舶完全满足这些要求比较困难，因为不同地理位置、不同深度的海水 含有不同的盐份，具有不同的温度，因而其中的微生物含量和成分也不尽相同。在 缺少光线和富含铁元素的压载水舱中，某些微生物可以存活很久，且可大量繁殖。 而时间过久，则微生物的含量又逐步减少。同时采用吸入干净压载水还对船舶的 稳性、强度等提出了更高的要求。但通过选择加装压载水的时机和方法，避免或 减少带入有害水生物和可能含有此类生物的沉积物是完全可以做到的。 压载水置换船舶在航行途中，在深海中更换压载水，将有效地防止有害水 生物和病原体的传播，被认为是目前最有效、最实用的压载水的处理方法。 更换压载水的方法有两种，一种是先将压载舱里的沿海港口压载水排空，然 后注入深海海水。考虑到更换压载水的过程会使船舶的装载状况发生很大变化， 因此必须事先计算船舶在每个更换步骤的稳性、吃水差、强度等情况，使之保持 在安全范围内。在恶劣的天气条件下，为了保证船舶强度和稳性，保证船舶安全 航行，这种方法不适用。另一种方法是直接向已经满舱的压载舱泵入深海海水， 使原来的沿海压载水从甲板的透气孔溢出。此法不改变船舶的稳性强度和吃水 差，因此可在相对较恶劣的天气条件下进行。 根据国际船舶压载水和沉积物管理与控制公约的规定，船舶进行压载水 的更换，一般情况下均应在距最近陆地至少2 0 0 海里、水深超过2 0 0 米的水域进 行。当船舶不能按以上要求进行压载水更换时，应在尽可能远离最近陆地的地方， 并在所有情况下距离最近陆地至少5 0 海里、水深至少为2 0 0 米的水域进行。船 舶进行压载水置换应达到其所载压载水量的9 5 的置换量。对于通过注入法置换 压载水的船舶，如能排出压载舱容积3 倍的水量，应被视为满足所述的标准。如 果能证明至少满足了9 5 的置换量，注入排出少于3 倍压载舱容积的水量也被接 受。 压载水隔离压载水隔离简单的说就是把船舶压载水和沉积物运送到岸上， 由专门接收设施进行处理，以消除船舶压载水对海洋环境影响。由于船舶依天气、 海况等的不同，有时需要连续的排迸或排出压载水，不能把全部压载水运送到岸 上来处理，否则，船舶要承受较大的风险，成本也比较大。 压载水排放之前处理一种比较经济而实用的方法是利用船舶主机的冷却水 来加热压载舱里的海水，当达到某一个临界温度时各种海洋生物都能被杀死。这 第1 章绪论 种方法的优点是：不必依靠岸上的设备，避免使用化学药剂而引起的二次污染， 且不需要耗费额外的能源。实践表明，这种方法能有效地去除压载水中的有害生 物。另一种方法是对吸入的压载水进行过滤，并进行必要的船上处理。即把双层 底舱的压载水泵至两个顶部分舱，然后将一个边舱的水经过一个过滤系统，该系 统包括一个3 0 0 9 i n 的预过滤器和一个可以在1 5 0 - 2 5 9 m 进行调节的精过滤器； 另一个边舱作为控制舱，用以接收没有过滤的水。通过与原来的双层底舱、经过 过滤和未经过滤的舱进行比较，证明这种方法是有效的。上述这两种方法均能消 灭压载水中的有害生物，但要求在航行中进行处理【3 6 姗。 不排放压载水该方法使用最简单，又是防止压载水和沉积物传播有害水生 生物和病原体的最有效方法。但是不排放压载水，将使船舶装货量减少，影响到 船舶营运的经济效益。目前，国际上有采用“专用压载舱”的方法，只要对到港船 舶的压载舱实施铅封即可。但对船舶结构来说，需要考虑压载舱位置和舱容的选 择，因为采用“专用压载舱”就意味着不能通过该部分压载水来调整航行需要的参 数。 1 3 国内外处理压载水技术 根据国际船舶压载水和沉积物管理与控制公约的规定，所谓压载水的处 理是指为杀灭、清除压载水和沉积物中的有害水生物和病原体，或使其失去繁衍 能力而采取的机械的、物理的、化学的或生物的方法。目前世界上许多学者致力 于船舶压载水处理方法的研究，主要有机械法、物理法、化学法、生物法四大类 超过2 0 种方法【3 8 ，3 9 1 。 1 3 1 机械法 ( 1 ) 过滤法 过滤法被认为是一种对环境危害最小的压载水处理法 4 0 , 4 1 】，其原理是通过选 用合适网目的过滤器来直接滤去外来生物，尤其是对体积大的微生物的去除，有 效性是肯定的。一般用于压载水的锲型过滤器系统的粗细孔径分别为5 0 0 和 5 0 p x n ，如果进一步减少孔径，可以去除一部分粒径更小的物体，但成本也会相 应的增加。过滤法的优点是可以在压载水装载的过程中使用，这样用于反冲洗过 滤器的水可以直接流入装置压载水的港口，不需要任何处理。在压载操作过程中 超声波硫酸自由基技术处理船舶压载水的研究 通过使用船上的过滤系统把一定大小的生物从压载水中分离出来，可起到防止和 减少有害生物吸入的作用。问题是因为压载水，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 4 2 , 4 3 1 。而且很难用 于处理大量的压载水和体积小的微生物。因此，通常将其作为其他处理方法的预 处理。用于预处理压载水的过滤，网目可大一些，主要滤去絮状物，以有利于进 一步过滤处理、氯化处理或紫外处理等。 安装压载水过滤处理装置的费用大约为2 9 0 万美元，运行费用每1 0 0 0 m 3 压 载水为1 1 7 6 美元，总费用合计为每1 0 0 0 m 3 压载水需1 0 0 0 美元。5 0 1 u n 和5 0 0 9 m 的粗过滤装置的费用高达2 4 0 万美元和1 6 0 万美元。2 0 0 0 1 a m 的大尺寸过滤装置 估计费用为9 0 万美元，能每小时处