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(chǔ)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(zhì)量，那就要設(shè)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(guān)鍵詞：系統(tǒng)設(shè)計;船舶壓載水處理系統(tǒng);設(shè)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(shè)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(gòu)成

在進行壓載水處理系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(shè)計過程中使用了精度為50um的過濾裝置，過濾器主要由內(nèi)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(wǎng)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(zhì)都有著良好的過濾效果。本文在設(shè)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(nèi)，實際的過濾效果和過濾網(wǎng)面積之間有著直接關(guān)系，所以需要對過濾網(wǎng)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(shè)計出具有完善性的臭氧投加和裝置設(shè)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(shè)備體積相對其他設(shè)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(shè)計過程中使用了臭氧生成法和曝氣設(shè)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(zhì)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(jīng)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(nèi)的輻射，同時還能確保中心輻射的效果。通過有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，若是紫外線殺菌能力在240到260nm范圍內(nèi)，這時系統(tǒng)才擁有最佳的滅菌效果，本文在系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(diào)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(guān)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(shè)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(shè)計具有合理性和完善性。本文在設(shè)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(shè)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(nèi)，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(shè)計。在過濾器整體開啟之前，需要對時間和速度進行設(shè)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(shè)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(guān)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(shè)置，合理調(diào)節(jié)閥內(nèi)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(shè)備中。若是系統(tǒng)檢測出反應設(shè)備內(nèi)部溫度過高時，會利用紫外線方式對內(nèi)部溫度進行調(diào)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(shè)定的滅活時間時，電機也會自動關(guān)閉，結(jié)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(jīng)過反沖過濾器和沖洗過濾器，經(jīng)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(jīng)過電解單元系統(tǒng)，海水在經(jīng)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(nèi)，這樣才不會對環(huán)境造成影響。在IMO超過設(shè)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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)，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(jié)論

綜上所述，為了逐漸提升船舶壓載水質(zhì)量，那就要設(shè)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(shè)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(shù)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(shù)制備羥基自由基的船舶壓載水處理系統(tǒng)設(shè)計[J].高電壓技術(shù)，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.