港口水域船舶压载水采集及快速分析技术概述

摘要：绿色港口是个宏观的港口可持续发展概念，包含污染治理、低碳节能以及生物安全防控。海洋生物入侵已成为世界海洋生态环境面临的四大问题之一，也是绿色港口建设亟需解决的问题。本文采用不同的检测技术和设备对到港船舶和基地模拟压载水中的生物进行研究，分析对比不同设备及检测结果之间的差异性，阐明不同处理方式影响检测结果的关键因素以及影响程度，提供船舶压载水公约经验积累期快速检测方法和数据收集方法，为我国主管机关有效落实公约提供必要的技术支撑。关键词：绿色港口；生物安全；压载水；快速检测；采集取样0引言依据交通运输部水运科学研究院核算，2016年我国船舶压舱水输出量分别为长江三角区域29700万吨、环渤海地区41400万吨、珠江三角区域14500万吨、东南沿海地区4900万吨以及西南地区5200万吨。其中环渤海区域输出到境外的压舱水量最大，占全国总量的42%。环渤海区的船舶需重点关注国际航行船舶到他国排放压舱水的达标情况，以防出现排放不达标而造成船舶滞留或处罚，从而影响国际贸易的进展。按照国际海事组织要求，在压载水管理公约经验积累期阶段，对已安装压载水管理系统的国际航行船舶进行取样、快速检测和实验室检测，通过样品数据采集和分析对现有的压载水处理技术进行验证。本文针对压载水管理的相关技术和流程进行了初步梳理，对压载水的取样、快速检测现有技术方法进行了调研和分析。1

压载水快速检测设备适用性研究1.1压载水PSC监管需求《压载水公约》在MEPC71次会议最终审议批准了公约B-3条关于D-2标准实施日期的一个折中方案，其中要求所有400总吨以上的国际航行船舶的压载水处理系统均需在2017年9月8日之后的相应时间节点的IOPP证书换证检验时，满足IMOA.1088（28）和海上环境保护委员会第69届会议（MEPC69）的要求，对压载水的排放需满足D-2标准，即需安装压载水处理系统，处理后的压载水需要满足公约中规定的压载水性能标准（BallastWaterPerformanceStandard）：船上的压载水在排放到港口海域之前，必须通过一定的设备对压载水中的水生生物进行灭杀处理，使压载水中的有害生物存活率达到一定的限定指标（见表1），从而不再对接收港（排放港）水域造成不利影响。表1压载水排放性能标准（D-2标准）Tab.1Ballastwaterdischargeperformancestandard（D-2standard）另外，MEPC70会议支持构建压载水公约实施路线图的经验积累期。经验积累期分为数据收集、数据分析和公约审议及修订三个阶段。在经验积累期内，需要收集众多数据。其中，试用期期间使用的取样分析方法及结果是一个重要的内容。1.2主流技术及原理概述目前国际主流的压载水快速检测技术，主要包括脉冲调制叶绿素荧光法、流式细胞技术、FDA染色脉冲计数法和ATP法这四种技术，基本涵盖了全球各国研发设备的基本情况。目前掌握该技术并已推出产品的主要有美国、德国、丹麦、日本、韩国和我国，其中各国主要技术路线基本相似。表2对不同压载水快速检测原理的方法从原理、优缺点、检测时间、可信度、对化学品试剂的需求等方面进行了对比。表2压载水快检设备检测原理比较Tab.2Comparisonofdetectionprinciplesofballastwaterquickdetectionequipment2

压载水快速检测设备的影响依据公约D-2的排放标准，压载水检测需要包含不同粒径的生物（含浮游动植物）、指标微生物等。但目前的快速检测设备主要满足浮游动植物等生物的检测，针对微生物（细菌）的快检设备目前国际上设备极少且可靠性不高。从监管工作的实际出发，本文采用了快检设备的比对实验测试设备对10~50μm粒径的水中生物的检测能力，因为现有掌握设备都只具备检测10~50μm区间的能力。同时50μm以上样品区间需要对1立方样品进行浓缩，1立方样品中含有生物数量是否小于或大于10个存在较大的偶然性。细菌检测是压载水快速检测无法完成的。因此，只有10~50μm区间才是反映压载水是否满足D-2标准的处理效果的最可靠的检测区间。从取样的便捷度考虑，以后国内港口国监督检查也将聚焦在10~50μm区间。所以实验方案将只针对10~50μm进行检测，不设置50μm以上和微生物的检测。国内外现有设备中采用脉冲调制叶绿素荧光法的设备数量最多。实验中虽然采用了3种脉冲调制叶绿素荧光法，但实验结果并没有呈现均一化。这和估算技术、计算数据库、产品硬件调校有关。所以单一看一种技术并没有特别的突出优点。补充实验中，FDA染色脉冲计数法表现出了较好的结果一致性，但因为两次实验采用的水样不同，检测标准不同，所以无法对两次实验中的快检设备进行直接比较。另外每家快检设备厂家都在不断更新设备，所以所做实验结果仅作为判断某种技术原理方法可行性的依据，不对技术原理和快检设备做出优劣性的评判。现有主流快检设备中，分别采用脉冲调制叶绿素荧光法（PAM）、微流控法、ATP法和FDA染色脉冲计数法。由于ATP法采用6种品名的化学试剂，试剂未经过人体安全性和环境危害性检验，前处理容器过多且复杂，前处理环节每一个步骤都有可能造成操作误差，对操作人员操作技术要求较高。因此课题组认为ATP法目前不适合作为未来港口国监督采用的快检设备。其余三种技术原理，即脉冲调制叶绿素荧光法（PAM）、微流控法和FDA染色脉冲计数法都是可行的技术方法。设备供应商技术服务量化评价指标体系是评估设备的使用、维护、费用等一系列条件的量化指标体系。为了保证快检设备设施的服务应用能够实现高效性和可持续性，该评估指标范围应与海事部门应用过程中的主要问题具有良好的一致性。3

我国经验积累期压载水检测结果交通运输部水运科学研究院与江阴海关合作，在2021年开展经验积累期港口国督查船舶压载水D-2排放标准检测。包括国际航线船舶和国内航线船舶，部分船舶没有安装压载水管理装置。如图1所示，2021年累计检测23艘次船舶，其中超标船只达14艘次；此轮检测汇总船舶压载水港口国督查中D-2排放，船舶不合格率达到61%，不合格率较高是由于大部分船舶还未加装船舶压载水处理设备。图1

船舶压载水D-2排放标准符合性检测Fig.1CompliancetestofD-2dischargestandardforshipballastwater如图2所示，检测的23艘次船舶中肠球菌和有毒霍乱弧菌合格情况良好，均符合D-2标准，大肠杆菌仅1艘次不达标。10~50μm活体浮游生物计数超标船只有6艘次，占比26%，大于50μm浮游生物活体计数超标船只有14艘次，占比61%，其中有一个原因可能是大于50μm活体浮游生物取样体积较大，达到1立方米，因此超标率要大于10~50μm活体浮游生物计数超标率。图2

船舶压载水D-2排放标准分项目检测情况Fig.2InspectionofsubitemsofD-2dischargestandardforshipballastwater

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结语本文通过压