刘思鹏 孙振宇 吴建 詹世杰

摘要：在现代船舶运行过程中，船舶压载水属于确保安全运行地基础条件，虽然现代船舶事业发展非常迅速，逐渐减少了远洋航行的时间，但是航行中出现的有害生物正在逐渐增加，对于海洋生态环境保护造成了严重影响。为了逐渐提升船舶压载水质量，那就要设计出完善的船舶压载水处理系统，此系统在应用效果和压载水处理能力方面都需要满足要求。

关键词：系统设计;船舶压载水处理系统;设计思路

根据目前实际情况来看，在进行压载水处理过程中使用三种比较常见的方法有化学处理、物理处理法以及机械处理法等。使用传统的紫外线方式对压载水进行处理，不光穿透性极差，而且也无法展示出良好的处理效果。在对压载水进行处理过程中，需要配合良好的臭氧灭菌方式，达到消灭细菌和病毒的目的，将残留的臭氧分解成氧气，防止船舶周围环境中出现二次污染的情况。若是单独使用臭氧灭菌方式无法得到理想的效果，所以本文提出了一种可以直接过滤压载水的系统设计方案，希望可以通过这种方式满足压载水处理需求。

一、系统的基本构成

在进行压载水处理系统设计过程中将某远洋船舶压载水系统作为研究对象，根据压载水排出和注入流量情况完成了系统设计。在系统中主要包含了臭氧投加和发生系统、紫外线光源系统、过滤系统等，本文对重要系统组成进行了介绍[1]。

（一）直接过滤程序

在进行直接过滤程序设计过程中使用了精度为50um的过滤装置，过滤器主要由内部腔和外部腔组合而成，过滤腔中需要重新开启过滤工作。在压载水流进入过滤器的情况下，过滤网会将较大的污染物和附着物进行处理，对所有超过50um的有害物质都有着良好的过滤效果。本文在设计过程中使用了過滤默认程序，将过滤速度控制在了1.5m/s范围内，实际的过滤效果和过滤网面积之间有着直接关系，所以需要对过滤网面积进行确定，逐渐增加过滤速度[2]。

（二）臭氧投加和发生系统

为了可以达到净化臭氧气源的效果，那么就要设计出具有完善性的臭氧投加和装置设备，通过这种方式完成臭氧灵活循环。在臭氧气源和机械曝气搅拌的情况下，需要使用全新的曝气方式。射流曝气是通过使用高速水流完成氧气和溶液之间的切割，为曝气生成提供良好环境。射流曝气设备体积相对其他设备而言相对较小，所以不会占用其他的额外空间，具有高效率的曝气效果，使用起来也非常方便。本文在设计过程中使用了臭氧生成法和曝气设计法。

（三）紫外线光源

对于不同的微生物需要使用不同的紫外线灭活处理方法，一定要根据微生物性质选择不同剂量的紫外线，大部分微生物可以4000uj/cm2剂量下存活，按照d-2标准角度来讲，需要对经济性和综合性进行考虑，本文主要选用紫外线光源确定能源情况，紫外线光源能够提供200到400nm范围内的辐射，同时还能确保中心辐射的效果。通过有关数据显示，若是紫外线杀菌能力在240到260nm范围内，这时系统才拥有最佳的灭菌效果，本文在系统设计过程中使用的人工紫外线光源能够达到杀菌要求。

二、系统工作原理

系统主要通过紫外线灭活和直接过滤的方式达到理想的压载水过滤，这种设计理念具有一定的环保性。在对船舶压载水处理时，需要根据压载水排除和注入实际量调节不同节点之间的阀门，通过这种方法能够达到理想的压载水处理目标。若是系统可以时刻保持良好的工作状态，需要过滤的压载水直接进入过滤器中，完成过滤的压载水还会进入复合灭菌器中，在完成杀菌工作之后将压载水送入压载舱中。在这种过程中，若是有淡水排出，就需要将淡水和过滤水融合一起进行复合杀菌处理。在出现紧急情况的背景下，需要及时关闭过滤装置，臭氧和淡水仓都会同时开启，压载水也会直接进入压载舱中[4]。

三、控制系统设计

为了达到压载水处理目标，一定要做好压载水控制工作，确保设计具有合理性和完善性。本文在设计过程中主要使用了PLC系统完成系统开发。在上位机中使用了MP277，串口开发和下位机开发都使用了RS422串口，最终完成了设备之间的电压通信。系统中使用了标准的气流传感器、紫外线传感器以及温度传感器，将工作电压控制在5到24v范围内，输出最大电流为10mA。组态软件开发和控制系统开发过程中使用了WINCC，使用人工智能界面实现了压载水处理系统界面设计。在过滤器整体开启之前，需要对时间和速度进行设置，在一般的情况下过滤时间为24h、过滤速度为1.5m/s。本文在进行直接设计中使用的外腔差阀值为0.05Mpa，在外腔压力值大于0.05Mpa的情况下，系统就会自动开启过滤系统，过滤信号灯也会随之开启，开始对进入系统的压载水进行过滤。在外腔压力值低于0.05Mpa时，会对压载水继续增加压力，在压力值符合标准的情况下过滤系统自动开启，从而达到过滤的最终目的。在完成过滤之后过滤系统会自动关闭，压载水过滤完成。在开启复合灭活器准备阶段需要对反应时间和灭火时间进行设置，合理调节阀内压力和反应情况，将需要直接处理压载水注入复合灭活反应设备中。若是系统检测出反应设备内部温度过高时，会利用紫外线方式对内部温度进行调节，系统也会根据实际需求开启反应电机，实现压载水灭火处理。在系统达到设定的灭活时间时，电机也会自动关闭，结束所有的系统运行。

系统在对压载水处理过程中主要分为点解、过滤、中和等步骤，在压载中首先完成压载水过滤，之后通过支路电解完成杀菌和灭活。压载过程中，压载水会经过反冲过滤器和冲洗过滤器，经过这两种过滤器之后大的漂浮物都会消失，过滤精度控制在50un。电解过程中，海水会经过电解单元系统，海水在经过氯处理之后进入主液压管道中，对溶液中剩余的海生物进行灭杀，确保过滤后的溶液符合标准，压载水管路中次氯酸浓度也需要合理控制。在排载过程中，系统中需要加入适当水和其他溶液，确保排载水浓度在IMO规定以内，这样才不会对环境造成影响。在IMO超过设定值的情况下，中和系统会自动启动，对中和剂量实施自动控制。过滤系统主要通过反冲电源和电解电源组合而成。

四、应用分析

利用本文设计的压载水处理系统和常见系统对比分析，展示了两种处理系统的效果。

通过观察得出，本文设计的压载水处理系统在生物灭活方面有着明显优势。另外，在使用了紫外线反应器的情况下，预防对水体造成二次污染。紫外线灭活会打破微生物DNA结构，达到了测地灭活的效果，同时也不会造成生物免疫情况发生。

五、结论

综上所述，为了逐渐提升船舶压载水质量，那就要设计出完善的船舶压载水处理系统，此系统在应用效果和压载水处理能力方面都需要满足要求。本文设计一款基于直接过滤和臭氧紫外线复合灭活的压载水处理系统，该系统通过直接过滤器滤掉大于50um的微生物，然后由臭氧紫外线反应器对过滤水进行复合杀菌灭活处理。

参考文献：

[1]王妮，刘铭辉，张波，刘涛，石文婷，路友于.《国际船舶压载水及沉积物管理与控制公约》解读及履约事项综述[J].天津科技，2019，46（11）：41-46.

[2]官涤，郑季鑫，任伊滨，郑国臣.船舶压载水处理技术的应用与研究进展[J].环境科学与管理，2016，41（09）：65-68.

[3]陈操，孟祥盈，白敏冬，孙健，孟凡鹏.基于强电离放电技术制备羟基自由基的船舶压载水处理系统设计[J].高电压技术，2014，40（07）：2238-2244.

[4]张拿慧. 羟基自由基的高效生成及处理船舶压载水的海洋环境安全研究[D].大连海事大学，2013.