劉思鵬?孫振宇?吳建?詹世杰

摘要：在現(xiàn)代船舶運行過程中，船舶壓載水屬于確保安全運行地基礎條件，雖然現(xiàn)代船舶事業(yè)發(fā)展非常迅速，逐漸減少了遠洋航行的時間，但是航行中出現(xiàn)的有害生物正在逐漸增加，對于海洋生態(tài)環(huán)境保護造成了嚴重影響。為了逐漸提升船舶壓載水質量，那就要設計出完善的船舶壓載水處理系統(tǒng)，此系統(tǒng)在應用效果和壓載水處理能力方面都需要滿足要求。

關鍵詞：系統(tǒng)設計;船舶壓載水處理系統(tǒng);設計思路

根據(jù)目前實際情況來看，在進行壓載水處理過程中使用三種比較常見的方法有化學處理、物理處理法以及機械處理法等。使用傳統(tǒng)的紫外線方式對壓載水進行處理，不光穿透性極差，而且也無法展示出良好的處理效果。在對壓載水進行處理過程中，需要配合良好的臭氧滅菌方式，達到消滅細菌和病毒的目的，將殘留的臭氧分解成氧氣，防止船舶周圍環(huán)境中出現(xiàn)二次污染的情況。若是單獨使用臭氧滅菌方式無法得到理想的效果，所以本文提出了一種可以直接過濾壓載水的系統(tǒng)設計方案，希望可以通過這種方式滿足壓載水處理需求。

一、系統(tǒng)的基本構成

在進行壓載水處理系統(tǒng)設計過程中將某遠洋船舶壓載水系統(tǒng)作為研究對象，根據(jù)壓載水排出和注入流量情況完成了系統(tǒng)設計。在系統(tǒng)中主要包含了臭氧投加和發(fā)生系統(tǒng)、紫外線光源系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)等，本文對重要系統(tǒng)組成進行了介紹[1]。

（一）直接過濾程序

在進行直接過濾程序設計過程中使用了精度為50um的過濾裝置，過濾器主要由內部腔和外部腔組合而成，過濾腔中需要重新開啟過濾工作。在壓載水流進入過濾器的情況下，過濾網會將較大的污染物和附著物進行處理，對所有超過50um的有害物質都有著良好的過濾效果。本文在設計過程中使用了過濾默認程序，將過濾速度控制在了1.5m/s范圍內，實際的過濾效果和過濾網面積之間有著直接關系，所以需要對過濾網面積進行確定，逐漸增加過濾速度[2]。

（二）臭氧投加和發(fā)生系統(tǒng)

為了可以達到凈化臭氧氣源的效果，那么就要設計出具有完善性的臭氧投加和裝置設備，通過這種方式完成臭氧靈活循環(huán)。在臭氧氣源和機械曝氣攪拌的情況下，需要使用全新的曝氣方式。射流曝氣是通過使用高速水流完成氧氣和溶液之間的切割，為曝氣生成提供良好環(huán)境。射流曝氣設備體積相對其他設備而言相對較小，所以不會占用其他的額外空間，具有高效率的曝氣效果，使用起來也非常方便。本文在設計過程中使用了臭氧生成法和曝氣設計法。

（三）紫外線光源

對于不同的微生物需要使用不同的紫外線滅活處理方法，一定要根據(jù)微生物性質選擇不同劑量的紫外線，大部分微生物可以4000uj/cm2劑量下存活，按照d-2標準角度來講，需要對經濟性和綜合性進行考慮，本文主要選用紫外線光源確定能源情況，紫外線光源能夠提供200到400nm范圍內的輻射，同時還能確保中心輻射的效果。通過有關數(shù)據(jù)顯示，若是紫外線殺菌能力在240到260nm范圍內，這時系統(tǒng)才擁有最佳的滅菌效果，本文在系統(tǒng)設計過程中使用的人工紫外線光源能夠達到殺菌要求。

二、系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)主要通過紫外線滅活和直接過濾的方式達到理想的壓載水過濾，這種設計理念具有一定的環(huán)保性。在對船舶壓載水處理時，需要根據(jù)壓載水排除和注入實際量調節(jié)不同節(jié)點之間的閥門，通過這種方法能夠達到理想的壓載水處理目標。若是系統(tǒng)可以時刻保持良好的工作狀態(tài)，需要過濾的壓載水直接進入過濾器中，完成過濾的壓載水還會進入復合滅菌器中，在完成殺菌工作之后將壓載水送入壓載艙中。在這種過程中，若是有淡水排出，就需要將淡水和過濾水融合一起進行復合殺菌處理。在出現(xiàn)緊急情況的背景下，需要及時關閉過濾裝置，臭氧和淡水倉都會同時開啟，壓載水也會直接進入壓載艙中[4]。

三、控制系統(tǒng)設計

為了達到壓載水處理目標，一定要做好壓載水控制工作，確保設計具有合理性和完善性。本文在設計過程中主要使用了PLC系統(tǒng)完成系統(tǒng)開發(fā)。在上位機中使用了MP277，串口開發(fā)和下位機開發(fā)都使用了RS422串口，最終完成了設備之間的電壓通信。系統(tǒng)中使用了標準的氣流傳感器、紫外線傳感器以及溫度傳感器，將工作電壓控制在5到24v范圍內，輸出最大電流為10mA。組態(tài)軟件開發(fā)和控制系統(tǒng)開發(fā)過程中使用了WINCC，使用人工智能界面實現(xiàn)了壓載水處理系統(tǒng)界面設計。在過濾器整體開啟之前，需要對時間和速度進行設置，在一般的情況下過濾時間為24h、過濾速度為1.5m/s。本文在進行直接設計中使用的外腔差閥值為0.05Mpa，在外腔壓力值大于0.05Mpa的情況下，系統(tǒng)就會自動開啟過濾系統(tǒng)，過濾信號燈也會隨之開啟，開始對進入系統(tǒng)的壓載水進行過濾。在外腔壓力值低于0.05Mpa時，會對壓載水繼續(xù)增加壓力，在壓力值符合標準的情況下過濾系統(tǒng)自動開啟，從而達到過濾的最終目的。在完成過濾之后過濾系統(tǒng)會自動關閉，壓載水過濾完成。在開啟復合滅活器準備階段需要對反應時間和滅火時間進行設置，合理調節(jié)閥內壓力和反應情況，將需要直接處理壓載水注入復合滅活反應設備中。若是系統(tǒng)檢測出反應設備內部溫度過高時，會利用紫外線方式對內部溫度進行調節(jié)，系統(tǒng)也會根據(jù)實際需求開啟反應電機，實現(xiàn)壓載水滅火處理。在系統(tǒng)達到設定的滅活時間時，電機也會自動關閉，結束所有的系統(tǒng)運行。

系統(tǒng)在對壓載水處理過程中主要分為點解、過濾、中和等步驟，在壓載中首先完成壓載水過濾，之后通過支路電解完成殺菌和滅活。壓載過程中，壓載水會經過反沖過濾器和沖洗過濾器，經過這兩種過濾器之后大的漂浮物都會消失，過濾精度控制在50un。電解過程中，海水會經過電解單元系統(tǒng)，海水在經過氯處理之后進入主液壓管道中，對溶液中剩余的海生物進行滅殺，確保過濾后的溶液符合標準，壓載水管路中次氯酸濃度也需要合理控制。在排載過程中，系統(tǒng)中需要加入適當水和其他溶液，確保排載水濃度在IMO規(guī)定以內，這樣才不會對環(huán)境造成影響。在IMO超過設定值的情況下，中和系統(tǒng)會自動啟動，對中和劑量實施自動控制。過濾系統(tǒng)主要通過反沖電源和電解電源組合而成。

四、應用分析

利用本文設計的壓載水處理系統(tǒng)和常見系統(tǒng)對比分析，展示了兩種處理系統(tǒng)的效果。

通過觀察得出，本文設計的壓載水處理系統(tǒng)在生物滅活方面有著明顯優(yōu)勢。另外，在使用了紫外線反應器的情況下，預防對水體造成二次污染。紫外線滅活會打破微生物DNA結構，達到了測地滅活的效果，同時也不會造成生物免疫情況發(fā)生。

五、結論

綜上所述，為了逐漸提升船舶壓載水質量，那就要設計出完善的船舶壓載水處理系統(tǒng)，此系統(tǒng)在應用效果和壓載水處理能力方面都需要滿足要求。本文設計一款基于直接過濾和臭氧紫外線復合滅活的壓載水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過直接過濾器濾掉大于50um的微生物，然后由臭氧紫外線反應器對過濾水進行復合殺菌滅活處理。

參考文獻：

[1]王妮，劉銘輝，張波，劉濤，石文婷，路友于.《國際船舶壓載水及沉積物管理與控制公約》解讀及履約事項綜述[J].天津科技，2019，46（11）：41-46.

[2]官滌，鄭季鑫，任伊濱，鄭國臣.船舶壓載水處理技術的應用與研究進展[J].環(huán)境科學與管理，2016，41（09）：65-68.

[3]陳操，孟祥盈，白敏冬，孫健，孟凡鵬.基于強電離放電技術制備羥基自由基的船舶壓載水處理系統(tǒng)設計[J].高電壓技術，2014，40（07）：2238-2244.

[4]張拿慧. 羥基自由基的高效生成及處理船舶壓載水的海洋環(huán)境安全研究[D].大連海事大學，2013.