0 引　言

船舶运输承载了全球90%的总货运量^{[1 − 2]}，如果考虑其生产价值，则被认为是环境危害性最低的运输方式，但随着世界贸易的空前发展，船舶数量与日俱增，船舶规模的扩大无疑会对海洋环境带来潜在的危害，其中压载水随意排放是船舶污染的重要方面。据统计，全球每天都会有超过2.7×10⁷ t的压载水随船舶进行转移^{[3 − 4]}，有超过7000种的“海洋偷渡客”随着压载水进行着“全球大移民”^[5]，这对全球生态平衡是极大的破坏，所以对船舶压载水进行处理十分必要。

电解海水法处理船舶压载水已经成为市场上的主流方法^[6]，该方法不仅能够有效杀死微生物，而且能够根据水中氯浓度做到快速反应，及时调整加氯量^[7]。但是由于船舶内部空间以及发电机功率的限制，现有的压载水处理系统并不能够完全满足要求，特别对一些中小型船舶，内部空间和发电机功率都是有限的^[8]，配套的压载水处理装置往往布置不下。即使满足布置要求，设备运行时可能需要所有发电机启动供电，现阶段岸电还未大规模推广的情况下，如果遇到船舶靠港卸货，压载水设备甚至无法启动。对于淡水航线系统，往往需要船舶尾尖舱预留海水作为海水储存舱^[9]，但如果船东不同意，则必须提供化盐系统，化盐系统设备操作复杂，运行成本较高。

针对以上原有技术缺点，本系统基于支路电解法压载水处理系统，以降低船舶压载时能源消耗、减小装船设备体积，优化除氢系统，解决淡水航线问题等为目的，开发新一代压载水处理技术，提高产品市场竞争力。

1 系统介绍

本系统通过改变压载水处理系统的工作流程，实现电解过程与船舶压载过程的错时运行，从而降低压载时系统耗能，提高系统运行的稳定性。

1.1 系统原理

该系统在原系统基础上增加一个电解液储罐，在船舶压载前12～24 h，向储罐内注入一定量海水，预先进行电解过程，通过循环电解，使储罐内的次氯酸钠溶液达到超高浓度，本系统是按照正常电解液浓度的10倍设定，例如正常电解液浓度为750×10⁶，则储罐内的电解液浓度为7500×10⁶。电解的同时，储罐可以作为除氢罐，由于其体积相较于原有除氢罐要大得多，所以除氢效率更高、更稳定。船舶压载时，将储罐内的电解液注入过滤器后的主管路中，实现加药过程。另外，该系统也很好地解决了淡水航线的压载水处理，电解液储罐可以作为淡水航线的海水储罐。图1为新系统压载水处理系统工作原理图，整个系统基于支路电解法压载水处理技术，也包括过滤，电解和中和3个过程，新系统主要是对整个系统的运行流程进行了优化，进而实现系统除氢，及设备结构的改进。

1.2 创新点和解决的技术问题

本系统的创新点主要有：

1）通过设立电解液储罐，利用电解单元循环电解海水，从而实现先电解后压载，克服了在线处理对设备选型的限制，进而可选用小型号的电解单元，并能够实现一套电解单元多路加药的复杂工艺。

2）充分利用电解液储罐，实现储液功能的同时，增加鼓风装置，进而实现除氢功能，并且其还可以作为船舶淡水航线时的海水储罐。

3）简化电解单元，取消除氢部分，使设备更加紧凑，运行更加稳定，同时能够降低成本。

通过压载处理流程以及设备优化，能够解决以下技术问题：

1）原有系统受船舶空间及发电机功率限制比较大，并且对设备的选型及稳定运行要求比较苛刻。一套电解单元对应多套压载系统时，系统控制相对困难。

2）淡水航线，电解海水受限，若船舶无法提供足够大海水舱，则导致单航次无法完成所有压载舱压载。

3）电解单元运行过程中，会产生氢气，氢气会影响整个系统的稳定运行，并且除氢装置制造工艺复杂，成本较高。

4）电解单元体积较大，布置不够灵活。

新型电解处理技术与传统压载水电解处理技术主要特点分析对比如表1所示^{[10 − 11]}。

1.3 设计计算

电解过程的电解单元数量根据压载泵流量提供，电解液储罐按1套提供，加药过程配套的循环供给泵、循环回水泵、海水供给泵各1套，加药泵的数量按照加药点的数量提供（例如图1为2台加药泵）。在设计过程需要计算的参数有电解液储罐容积、电解单元型号、海水供给泵流量、加药泵流量等。具体的参数按照如下计算：

电解液储罐容积取决于压载泵的运行时间，以3000 m³/h的2台压载泵同时压载12 h为例，总压载水量为：3000×2×12 =72000 m³。

压载舱的氧化剂浓度按照7.5×10⁶计算，需要总的氧化剂量为540 kg。

储罐中氧化剂浓度为7500×10⁶，则储罐的体积为72 m³。考虑压载泵10%的波动，储罐容积按照10%余量设置为80 m³。

1.4 工艺设计

电解液储罐是新系统的重要组成部分，是电解过程和压载处理过程的纽带。电解时，通过对储罐中的海水进行循环电解获得高浓度的次氯酸钠溶液，并且储罐还具备除氢功能，由于其体积相对较大，所以除氢效果预期比较理想。另外，为了保证氢气的安全，还配备了氢气检测仪、风压开关等仪表。压载时，通过加药泵将储罐内的电解液直接注入到压载水主管路中，实现压载水处理。淡水航线时，储罐可提前储存海水，从而实现电解过程。电解液储罐布置灵活，可安装于上甲板或场地开阔的地方。电解液储罐具体结构如图2所示，主要有罐体、风机（一备一用）、液位计、氢气检测仪、风压开关以及接线箱等组成。

2 系统应用

新型压载水处理系统在实船应用过程中，需要特别注意工艺、控制等方面的要求，深入分析该系统的优缺点，从实际出发，使系统更好地满足船舶应用环境。

2.1 系统实施注意事项

1）储罐加工工艺

因为电解液储罐在应用时，会接触高浓度次氯酸钠，所以储罐必须采用钢衬胶材质，衬里要求为丁基胶，或采用钢衬塑材质，衬里厚度不小于3 mm。

2）管路材质

循环泵管路、加药泵管路及加药点附近主管路作特涂处理，保证耐腐蚀。

3）电解时间控制

考虑到较长的电解时间及电解液的浓度衰减，在船舶停靠港口准备卸货前，应在船舶压载前24 h内完成储罐的循环电解过程。

2.2 系统应用效果

通过系统应用模拟和试验发现，该系统可以有效实现船舶压载过程的生物处理，处理后生物有效性可以满足IMO D-2的相关要求，并且由于电解过程和压载过程分开进行，船舶可以在进港装卸货前进行电解操作，可以在远海水域就进行电解，水质更加洁净。电解过程与机动航行错峰进行，压载时需要操作的设备较少，可以缓解船员操作压力。电解处理系统的选型不受在线处理以及压载泵的选型限制，可以降低系统成本，同时提高选型灵活性，对于旧船改造更加友好。存储罐体积增大后，无须设置复杂的除氢装置就可以实现高效率除氢效果，使系统更加简单。且由于电解液浓度大幅提升，所需存储海水量大幅减小，只要再选择一个压载舱作为海水储存舱，可以满足多个淡水航线的压载需求。整个压载系统可以满足远洋船舶压载水处理系统的要求，并且与传统处理方式相比具有明显改进和优势。

同时也发现该系统对于电解支管、电解设备以及存储舱室内部涂层要求较高，由于电解浓度大幅提高，一旦处理不到位，设备极易被腐蚀。电解液浓度提高后，对电解极板效率，电解槽连续运行时间等要求也有所提升。对加药精准度也有更高要求，如果加药量无法精准控制并出现波动也极易导致TRO浓度波动，进而造成整个系统无法稳定工作。电解液存储罐的海水入口、循环海水出口、循环回流口也都需要合理布置，否则储罐中溶液无法有效流通，极易造成整个储罐中溶液无法平衡电解，进而影响储罐中电解液达到既定浓度。

2.3 系统优缺点 2.3.1 系统优点

1）压载流程改变后，电解单元选型时，容量可以适当减小30～50%，总成本可降低约10%～30%。

2）实现错峰电解，降低系统工作时的最高耗能，能够满足船舶靠港卸货时，压载水系统同时工作。

3）储罐相当于大型的缓冲罐，能够容易实现多路加药。

4）能够兼顾淡水系统。

5）系统除氢更加稳定，高效。

6）减小了电解单元的体积，设备布置更加灵活。

2.3.2 系统缺点

1）如果船舶压载时，电解单元不工作，电解液储罐体积设计会比较大，占用空间，不利于设备布置。

2）因压载水处理过程中，会产生高浓度的电解液，这对电解液储罐及加药管路的防腐工艺有严格要求，增加了供货商和船厂的施工难度。

3）电解液储存时浓度会逐渐衰减，需要严格控制制氯时间。

3 结　语

本文基于支路电解法压载水处理系统，通过优化压载水处理流程和设备构成，提出了一种新型的压载水处理系统。该系统加入了一个电解液储罐，船舶压载前，向储罐注入一定量海水，利用电解设备循环电解海水，获得高浓度的电解液并储存在储罐内，同时，储罐在设计时增加了除氢装置，能够很好地实现系统除氢功能，进而取消了电解单元的除氢装置，简化了设计。船舶压载时，通过加药泵将电解液注入进压载主管路，实现压载水处理。新型压载水处理系统既能降低电解单元的选型，减小运行功率的峰值，又能提高系统运行的稳定性，同时兼顾淡水航线压载水处理，完全能够满足各类型船舶要求。

综上所述，新型压载水处理系统，在原有系统的基础上，通过设计优化，提高了技术可靠性，降低了成本，增强了产品市场竞争力，具有广阔的应用前景和市场价值。