第八章1船舶大氣污染

1、第八章 船舶大氣污染 所謂空氣污染，根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）做出的定義：“通常是指由于人類活動(dòng)和自然過程引起某些物質(zhì)進(jìn)入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達(dá)到足夠的時(shí)間，并因此而危害了人體健康，舒適感或環(huán)境”。 一、船舶在營運(yùn)過程中會(huì)出現(xiàn)一些特殊的大氣環(huán)境污染問題，通常表現(xiàn)為： （1）運(yùn)輸散裝貨物的船舶在港口儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)運(yùn)過程中易產(chǎn)生粉塵和石油及化學(xué)品蒸氣，從而對港口附近局部區(qū)域大氣環(huán)境產(chǎn)生明顯不利的影響； (2)船舶發(fā)動(dòng)機(jī)以及鍋爐等設(shè)備燃燒燃料后的廢氣排放污染，該污染物質(zhì)的長期排放造成的大氣污染后果嚴(yán)重，隨船舶的航行自然而然的形成了了流動(dòng)的污染源; (3)船舶目前使用的含氯氟烴（氟利昂CFCs）及其

2、它鹵化物的制冷劑和滅火劑，由于技術(shù)性或事故性的泄漏而對大氣環(huán)境的長期危害； （4）船舶所承運(yùn)的有毒有害氣體泄漏擴(kuò)散而造成的大氣污染。二、船舶對大氣污染的危害 船舶排放的廢氣主要由NOX、SOX、COX、VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物volatile organic compounds)等，其中NOX與SOX對環(huán)境和人類的影響最大。特別是SO2排放后，在大氣中的氧化過程，并于云中的水霧結(jié)合形成的酸雨，對植物的生長將產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。而NOX排放的主要成分是NO，它亦會(huì)在大氣中氧化而形成酸雨，對人類及動(dòng)物產(chǎn)成的危害和影響是極其嚴(yán)重的。NO是無色并且具有輕度刺激性的氣體，它在濃度低時(shí)對人體健康無明顯影響，高

3、濃度時(shí)會(huì)造成人與動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)障礙 盡管NO的直接危害性不大，但NO在大氣中可以被臭氧氧化成具有劇毒的NO2 ，NO2吸入人體后會(huì)造成血液的輸氧能力下降，在NO2含量超過一定標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境中停留時(shí)間過長的話，還會(huì)使人因肺氣腫而死亡。同時(shí)，氮氧化物還是形成光化學(xué)煙霧的起因物質(zhì)之一。 據(jù)挪威向國際海事組織提供的資料表明，船舶每年排放NOX達(dá)602萬噸，占世界排放總量的7；SOX達(dá)634萬噸，約占世界排放總量的4，船舶大氣污染應(yīng)經(jīng)到了不容忽視的地步，特別是在港口、海峽和一些航線密集、船舶流量大的海區(qū)，船舶排放廢氣甚至成為該地區(qū)的主要污染源。COX主要成分是CO和CO2， CO2作為全球溫室氣體（GHG

4、）中的主要成分，主要會(huì)造成全球溫室效應(yīng)。 CO無色、無味，但有毒，與血紅蛋白結(jié)合，使人慢性中毒。主要表現(xiàn)為中樞神經(jīng)受損，造成記憶力下降等。HC：主要包括未燃或未完全燃燒的燃油、潤滑油及其裂變產(chǎn)物，簡稱未燃烴。危害：使造血機(jī)能破壞，造成貧血、神經(jīng)衰弱，并會(huì)降低肺對傳染病的抵抗力。HC與NOx在陽光紫外線作用下，經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生光化學(xué)煙霧。 PM：柴油機(jī)排氣微粒，對人體健康危害性與其粒徑有關(guān)，粒徑越小，停滯于人體肺部、支氣管的比例越大，對人體危害越大。VOC的主要成分有：烴類、鹵代烴、氧烴和氮烴，它包括：苯系物、有機(jī)氯化物、氟里昂系列、有機(jī)酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烴化合物等。通常所說的墻面漆中

5、對人體有害的化學(xué)物質(zhì)（重金屬除外）就是指VOC。這些揮發(fā)性有機(jī)化合物包括甲醛、氨、乙二醇、酯類等物質(zhì)。當(dāng)房間里VOC達(dá)到一定濃度時(shí)，會(huì)引起頭痛、惡心、嘔吐、乏力等癥狀，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)抽搐、昏迷，傷害肝臟、腎臟、大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，造成記憶力減退等嚴(yán)重后果。 三、船載液體貨物蒸汽污染 船舶運(yùn)輸?shù)娜笠后w散貨是：石油、化學(xué)品、液化氣，其中石油包括有原油、成品油（汽油、煤油、柴油）和油渣等，其運(yùn)輸量占整個(gè)液態(tài)散貨的70%以上：液化氣是指在常溫常壓下為氣態(tài)需要加壓或冷卻而轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)儲(chǔ)運(yùn)的化學(xué)品。目前，我國海運(yùn)散裝化學(xué)品的品種已大數(shù)十種。 液體散貨運(yùn)輸中存在的大氣污染問題主要是：在貨物轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)過程中，產(chǎn)生

6、石油、成品油及各類液體化學(xué)品蒸氣，其擴(kuò)散會(huì)對港口大氣環(huán)境造成一次及二次污染。近年來隨著石油儲(chǔ)運(yùn)量的大幅提高，一些大型油港大氣環(huán)境中烴類指標(biāo)逐年上升，其中，單船裝卸作業(yè)范圍內(nèi)空氣中油氣濃度大大超過勞動(dòng)安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，作業(yè)高峰期港區(qū)周圍大氣環(huán)境中烴類濃度數(shù)倍于環(huán)境允許濃度標(biāo)準(zhǔn)。在化學(xué)品碼頭，當(dāng)儲(chǔ)運(yùn)貨種為光化學(xué)反應(yīng)活性較高的烴類時(shí)（如甲苯），光化學(xué)污染較為嚴(yán)重。 此外，液體散貨在水上運(yùn)輸和岸邊儲(chǔ)存過程中的溢出、泄漏事故存在潛在的污染風(fēng)險(xiǎn)。許多液體散貨在溢出、泄漏后，因暴露于空氣中而揮發(fā)。以石油為例，在2-3天內(nèi)的揮發(fā)率可達(dá)20%-70%。假定一個(gè)中型溢油事故的溢油量為200噸，則揮發(fā)進(jìn)入空氣的速率很有

7、可能大于100kg/h。泄漏事故中的蒸氣擴(kuò)散將有可能造成短時(shí)期的空氣污染與生態(tài)損害。因此，堅(jiān)強(qiáng)防止各類事故發(fā)生的措施，加強(qiáng)污染監(jiān)測和模擬預(yù)測，制定相應(yīng)的應(yīng)急反應(yīng)計(jì)劃，加強(qiáng)事故預(yù)防和應(yīng)急反應(yīng)能力，完善水上安全監(jiān)督管理體制，是避免事故發(fā)生或事故發(fā)生后減輕污染損害的重要防治對策。 第二節(jié)公約及法規(guī)關(guān)于防止船舶大氣污染的要求 為了有效控制和防止船舶對大氣環(huán)境所造成的污染，國際海事組織（IMO）在1995年9月召開的IMO 第37次環(huán)保會(huì)（MPEC37）上，在MARPOL73/78國際公約原有的5個(gè)附則的基礎(chǔ)上，又增加了附則防止船舶大氣污染規(guī)則，并于1997年正式通過。 該附則是任選附則，其生效條件是要

8、有不少于15個(gè)國家參加，該15國所擁有的商船隊(duì)的總噸位之和不少于世界商船總噸位的50%。 按IMO秘書長提供,薩摩亞于2004年5月18 日加入MARPOL 73/78的1997年議定書(附則大 氣規(guī)則)。該議定書、附則達(dá)到生效條件,即2005年5月19日后,議定書生效，2006年8月23日在我國生效。 我國大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)也于1997年開始實(shí)施。嚴(yán)格履行國際公約中所規(guī)定的義務(wù)，貫徹和落實(shí)國家的有關(guān)政策法規(guī)，加強(qiáng)船舶營運(yùn)環(huán)境的規(guī)劃和管理，研究適合我國具體情況的技術(shù)和對策，是防止和控制船舶造成大氣污染的堅(jiān)強(qiáng)保證。 ， 氮氧化物，排量限制： 第級：2000年1月1日至2011年1月1日前建造

9、的船舶:（1）17.0g/（KWh），n130rpm （2）45.0 X n-0.2，130rpm n 2000 rpm （3）9.8g/(KWh), n2000 rpm 第級：2011年1月1日或以后建造的船舶： （1）14.4g/（KWh），n130rpm （2）44.0 X n-0.2 /（KWh）， 130rpm n 2000 rpm （3）7.7g /（KWh）， n2000 rpm 第級：2016年1月1日或以后建造的船舶： （1）3.4g/（KWh），n130rpm （2）9.0 X n-0.2 /（KWh）， 130rpm n 2000 rpm（3）2.0g /（KWh）， n

10、2000 rpm 硫氧化物（SOx） 2012年1月1日以前：4.5%m/m 2012年1月1日以后：3.5%m/m 2020年1月1日以后：0.5%m/m 船舶在硫排放控制區(qū)域內(nèi)： 2010年7月1日以前：1.5%m/m 2010年7月1日以后：1.0%m/m 2015年1月1日以后：0.1%m/m 第三節(jié) 船舶廢氣排放與污染控制技術(shù) （一） 控制SO2 排放量的措施 目前， 減少SO2 排放量的主要方法有：（1）使用低硫燃料；（2）石油脫硫；（3）排煙脫硫。方法（1）受到了地球資源的限制，人類可以積極采取的對策便是（2）、（3）兩種方法。而現(xiàn)今大多數(shù)船舶一般采用的控制措施為使用低硫燃油和脫

11、硫燃油。船舶排煙脫硫處理必將是今后船舶環(huán)境下防止SO2 污染大氣的主要發(fā)展方向。 1.石油的脫硫技術(shù) 主要采用的是氫化法，利用觸媒(鈷-鉬、鎳-鎢)在高溫高壓的條件下，使石油中的硫分與氫反應(yīng)形成硫化氫來脫硫的。 2.排煙脫硫技術(shù) 排煙脫硫法分為濕式法和干式法兩種。濕式法又包括：石灰石膏法、氫氧化鎂法、堿性水溶液法等。 干式法指的是活性炭法。濕式法大約占90，其中大容量的火力發(fā)電用石灰石膏法，而其它行業(yè)用氫氧化鎂法占據(jù)主流。與濕式法相比，干式法中的活性炭法因活性炭的價(jià)格高，導(dǎo)致其經(jīng)濟(jì)性差，使用受到限制。 二 船舶NOX排放控制技術(shù) NOX包括NO、NO2、N2O2等，其中對環(huán)境危害最大的是NO和

12、NO2。通常所提及的氮氧化物的污染，即指NO及NO2污染。在柴油機(jī)的排氣中，NO2的濃度僅占5%，而N2O2的濃度更低，因此主要研究的便是氮氧化物NO。 高溫、富氧和氮與氧在高溫環(huán)境中長時(shí)間停留，是柴油機(jī)燃燒過程中促進(jìn)NO生成的三要素。 船舶柴油機(jī)NOX排放的控制措施大體可分為燃料預(yù)處理、工作過程處理和排氣后處理三類。其中預(yù)處理可分為：采用低氮燃油或甲烷等低氮燃料、燃油乳化等；過程處理包括：廢氣再循環(huán)、噴油定時(shí)延遲、改變噴油器參數(shù)及燃油-水分層噴射；后處理包括：廢氣再燃燒處理和催化還原法處理。下面對目前船用柴油機(jī)常用的控制NOX排放的措施加以重點(diǎn)說明。 1.燃油乳化 燃油摻水乳化能較大幅度地減

13、少NOX。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷時(shí)可以加入20%的水。使用乳化后的燃油將對NOX的生成量和燃油的消耗率產(chǎn)生一定的影響，其影響程度隨機(jī)器型號的不同而不同，但在一般情況下，增加一個(gè)百分點(diǎn)的水將減少一個(gè)百分點(diǎn)的NOX。 局限性：水和重質(zhì)燃油的乳化比較容易進(jìn)行，也比較穩(wěn)定，但水與柴油、輕質(zhì)柴油的乳化比較困難，沿海航行需要強(qiáng)制采用低硫燃油時(shí)，如果要采用燃油摻水技術(shù)，就需要設(shè)置專門的乳化裝置 2.廢氣再循環(huán) 廢氣再循環(huán)EGR（ Exhaust Gas Re-circulation ）是指讓發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分排氣引回進(jìn)氣管，與新鮮空氣混合后作為工質(zhì)參加氣缸內(nèi)的熱循環(huán)。EGR作為控制NOX排放的一項(xiàng)有效措施，越來

14、越受到重視。 廢氣再循環(huán)能使排氣中NOX的濃度下降的原因是：（1）廢氣能使燃燒時(shí)反映混合物中的氧含量顯著降低。（2）廢氣中含有較多的水蒸氣和二氧化碳，二者的比熱比空氣大，會(huì)使燃燒過程所達(dá)到的火焰溫度降低。 引入再循環(huán)的廢氣均需要冷卻處理，使其溫度降低到大約160-180范圍后，再經(jīng)過過濾等清潔處理，方允許引入氣缸再循環(huán)使用。 優(yōu)點(diǎn)：廢氣凈化效率高，能有效降低NOX的排放，結(jié)構(gòu)簡單，處理經(jīng)濟(jì)，便于使用；操作方便，易于控制。 缺點(diǎn)：如果使用不當(dāng)，會(huì)招致冒煙和其它有害污染物的增加；另外，循環(huán)廢氣會(huì)造成潤滑油的污染及發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損。 3.延遲噴油定時(shí) 延遲噴油定時(shí)是在燃燒過程中降低NOX發(fā)生量的簡便、有

15、效的改進(jìn)方法。延遲噴油定時(shí)的作用主要是使燃料燃燒所形成的溫度顛峰值降低，但會(huì)使油耗率略有增加。 通過調(diào)整噴油規(guī)律，減少上止點(diǎn)前噴入氣缸的燃油量；或者調(diào)整氣閥正時(shí)，降低最高燃燒溫度和壓力； 另外，改進(jìn)噴油器結(jié)構(gòu)，如減小噴油器壓力室容積，改動(dòng)噴油嘴噴孔數(shù)目、孔徑和長度等。 4.燃油-水分層噴射 燃油-水分層噴射SFWI（Stratified Fuel-Water Injection）系統(tǒng)，它與燃油摻水乳化來加水的方法不同，在柴油機(jī)的噴油階段，該系統(tǒng)將水送至噴油器，使油和水分層噴入氣缸，以降低火焰溫度。 該系統(tǒng)給水量是由一個(gè)控制器根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載和NOX所需削減水平來控制的，船舶環(huán)境下，造水機(jī)的容量

16、要相對增大，同時(shí)由于不能加入任何防銹劑，所以必須對供水系統(tǒng)的防銹問題加以充分考慮。 5.選擇性催化還原法SRC(Selective Catalytic Reduction) 用氨作還原劑對含NOX的氣體進(jìn)行催化還原處理，使氨能有選擇地和氣體中的NOX進(jìn)行反應(yīng)，而不和氧發(fā)生反應(yīng)，稱為選擇性催化還原法。 優(yōu)點(diǎn)：效果好，可除去高達(dá)95的 NOX，部分煙氣和碳?xì)浠衔镆鄷?huì)被SCR中的反應(yīng)器的氧化作用除去。 缺點(diǎn)：SCR系統(tǒng)裝置尺寸大、初投資成本稍高、運(yùn)行費(fèi)用高，在負(fù)荷變化時(shí)難以適當(dāng)?shù)乜刂茋娙肓?，另外，在船舶環(huán)境下，還原劑的裝卸、儲(chǔ)存和安全方面都是不容忽視的問題。 第六節(jié) 粉塵污染及其防治措施 一 、粉

17、塵污染情況 散裝船舶在裝卸轉(zhuǎn)運(yùn)儲(chǔ)存過程中而產(chǎn)生的、易于粉塵散發(fā)的主要物質(zhì)是：煤炭、散糧、礦石、散鹽、散化肥、砂石、散木材等。 其中煤炭、散糧、礦石是主要的三大固體散貨，由此產(chǎn)生的粉塵污染問題比較嚴(yán)重，主要是發(fā)生在船舶的裝卸港口，污染嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成港口附近局部區(qū)域空氣混濁、能見度下降。 港內(nèi)最易產(chǎn)生粉塵的環(huán)節(jié)有： （1）各種裝卸機(jī)械聯(lián)合作業(yè)轉(zhuǎn)接處高差落料細(xì)微顆粒隨風(fēng)飄揚(yáng)； （2）裝卸機(jī)械在艙口處抓斗抓放、起吊提升、漏斗落料、皮帶機(jī)轉(zhuǎn)接輸送； （3）斗輪機(jī)堆料取料，皮帶機(jī)入庫或下放裝船 （4）堆場堆料表面隨風(fēng)揚(yáng)塵； （5）殘留物清掃揚(yáng)塵。 粉塵的擴(kuò)散速率與氣流脈動(dòng)速度、空氣穩(wěn)定度、懸浮高度、粒徑大小

18、、比重、濕度、貨種、地表狀況、裝卸工藝設(shè)備、作業(yè)情況等多種因素有關(guān)。 煤炭、礦石港口的裝卸工藝大多為露天裝卸和堆存，因此裝卸存儲(chǔ)方式、工藝設(shè)計(jì)環(huán)境保護(hù)水平、物料特性（如：粒度分布，含水量等）和氣象因素是決定粉塵污染程度的關(guān)鍵因素。目前的港口設(shè)計(jì)一般能夠做到：在皮帶機(jī)轉(zhuǎn)接處加以局部半密封，皮帶輸送機(jī)加防塵罩。散糧裝卸工藝大多為密閉裝卸和筒倉儲(chǔ)存。當(dāng)設(shè)備密封性差、吸塵系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，由于糧食粉塵含水量低、比重輕，所形成的積塵極易構(gòu)成二次揚(yáng)塵。二 防止粉塵污染的措施目前防止港口粉塵污染一般有以下幾種形式： （一） 濕法防塵 濕法防塵主要是對堆場噴水已達(dá)到防塵目的。煤炭和礦石表面若含水率高、濕度大，則

19、起塵率減少。當(dāng)表面含水率超過6%時(shí)，可保證基本不起塵;其次，噴水水霧與揚(yáng)塵結(jié)合，增加了粉塵重量和微粒相互間的粘結(jié)，促使揚(yáng)塵迅速沉降。由于具有控制起塵和抑制揚(yáng)塵雙重作用，因此噴水除塵的除塵率一般可達(dá)80%。 為提高噴水降塵效率，一般要求水霧液滴與粉塵顆粒粒徑相等或接近，這樣更利于他們之間的粘結(jié)。水滴太大，比表面過小，則與粉塵結(jié)合率?。凰翁t易于蒸發(fā)而起不到降塵作用。 噴水除塵優(yōu)點(diǎn)：簡單易行，投資少，效果好，維修使用方便。 噴水降塵缺點(diǎn)：用水量大，海港均由城市供水管網(wǎng)供應(yīng)生活用水，因此單靠生活用水難以滿足要求。其次，北方港口冬季無法解決防凍問題，因此將近3個(gè)月噴水設(shè)備不能運(yùn)行和使用，達(dá)不到要求

20、。此外，噴水防塵易使排水變黑，形成二次污染，而且也會(huì)不同程度地造成物料流失。 近年來在噴水降塵基礎(chǔ)上，發(fā)展出各種各樣的除塵方式，均比常規(guī)除塵效率高。 1 磁化水除塵 把水通過強(qiáng)度為2200奧斯特的強(qiáng)磁場后，使水磁化，可提高噴水降塵效率。磁化水流速為0.30.5m/s,降塵效率最高。對煤炭粉塵可以提高降塵效率2.8倍，對礦石粉塵可提高23倍。 2.濕潤劑除塵 濕法作業(yè)主要用水除塵，但粉塵都有不同程度的疏水性，且不易被水濕潤，因而降低了除塵率。添加劑的使用使得物料表面張力減小，濕度增大，起塵量減小。對港口供水不足或當(dāng)氣象條件受到限制時(shí)，采用加入添加劑具有突出意義。 這是目前國外煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)港常用的防塵系統(tǒng)，它的使用壽命長，防塵效