《船舶壓載水管理系統(tǒng)滅活生物效能設(shè)計(jì)與生物性能測試檢測及系統(tǒng)使用效能評(píng)判規(guī)范》編制說明

《船舶壓載水管理系統(tǒng)滅活生物效能設(shè)計(jì)與生物性能測試檢測及

系統(tǒng)使用效能評(píng)判規(guī)范》編制說明

一、標(biāo)準(zhǔn)制定的必要性

貿(mào)易的全球化帶來了全球航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，我國一帶一路建設(shè)發(fā)展的戰(zhàn)略推進(jìn)，也帶動(dòng)了船舶制造

業(yè)、航運(yùn)業(yè)與港口建設(shè)的發(fā)展。我國已形成五大沿海港口群，主要港口正在向引領(lǐng)世界港口發(fā)展的一

流港口邁進(jìn)，對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的輻射和帶動(dòng)作用正顯著增強(qiáng)，作為世界經(jīng)貿(mào)大國的地位逐漸凸顯，

并已成為港口大國，港口規(guī)模連續(xù)多年來穩(wěn)居世界第一，擁有萬噸級(jí)以上泊位2444個(gè)。在全球貨物

吞吐量和集裝箱吞吐量十大港口中，中國均占有七席。

統(tǒng)計(jì)顯示，90%的全球外貿(mào)運(yùn)輸都是依賴于航運(yùn)完成的。世界范圍內(nèi)，航運(yùn)業(yè)正逐漸成為各國國

民經(jīng)濟(jì)的先導(dǎo)型產(chǎn)業(yè)，遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船舶作為航運(yùn)業(yè)最重要的運(yùn)輸載體，在創(chuàng)造巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也

給我國沿海、沿江地區(qū)的濕地與海洋生態(tài)環(huán)境帶來了外來物種入侵的嚴(yán)重污染風(fēng)險(xiǎn)。

貿(mào)易發(fā)展帶來的全球航運(yùn)發(fā)展，也造成了每年約100億噸不同海域間的海水因船舶航行安全（配

載與穩(wěn)性調(diào)節(jié)）的需要，而在各到岸國港口間的遷移，由此帶來了不同海域間生物的相互入侵，給船

舶港口到岸國帶來巨大的損失。

據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）統(tǒng)計(jì)，大約有500種物種被確認(rèn)是由壓載水傳播的。入侵水生生物

傳播已被公認(rèn)為對(duì)生態(tài)環(huán)境、人類健康、當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖業(yè)造成損害。國際海事組織（IMO）對(duì)船舶壓載水

引發(fā)的海洋環(huán)境問題極為重視，早在上世紀(jì)90年代初就將解決壓載水問題納入了其海上環(huán)境保護(hù)委

員會(huì)就相關(guān)問題進(jìn)行討論。2004年2月英國倫敦召開的外交大會(huì)上通過了《國際船舶壓載水及沉淀

物控制與管理公約》，公約于2016年9月8日達(dá)到生效條件，2017年9月8日正式生效。我國于2018

年12月加入公約，并于2019年1月22日起對(duì)我國正式生效。此外，我國于2017年11月4日頒布

的《中華人民共和國海洋環(huán)境保護(hù)法》第六十二條中規(guī)定了“在中華人民共和國管轄海域，任何船舶

及相關(guān)作業(yè)不得違反本法規(guī)定向海洋排放污染物、廢棄物和壓載水、船舶垃圾及其他有害物質(zhì)?！薄?/p>

2020年12月26日第十三屆全國人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第二十四次會(huì)議通過的《中華人民共和國

長江保護(hù)法》第八十五條中規(guī)定了“違反本法規(guī)定，在長江流域開放水域養(yǎng)殖、投放外來物種或者其

他非本地物種種質(zhì)資源的，……”。隨著船舶壓載水系統(tǒng)裝置的實(shí)施與普及，2018年10月22日至

26日海洋環(huán)境保護(hù)委員會(huì)（MEPC）在其第七十三屆會(huì)議上又批準(zhǔn)了壓載水管理系統(tǒng)的調(diào)試測試指南，

2020年11月20日又核準(zhǔn)了2020年2月21日編寫的2020年壓載水管理系統(tǒng)試運(yùn)行測試指南。

根據(jù)交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國出入境船舶壓載水的輸入量和輸出量巨大，2016

年出入境船舶排放到我國港口海域的壓載水達(dá)到3.46億噸，排放到境外海域的壓載水達(dá)9.57億噸，

呈逐年增長趨勢。但是我國在船舶壓載水領(lǐng)域起步較晚，系統(tǒng)滅活生物效能設(shè)計(jì)與生物性能測試檢測

及系統(tǒng)使用效能評(píng)判規(guī)范空白，目前我國和壓載水相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)包括：SN/T1757-2006《入出境船舶壓艙

水衛(wèi)生監(jiān)測規(guī)程》、SN/T1875-2007《入出境船舶壓艙水微生物學(xué)檢測規(guī)程》、SN/T1343-2003《入出

境船舶壓艙水消毒規(guī)程》、SN/T3553-2013《國際航行船舶壓艙水重金屬及農(nóng)藥殘留檢測規(guī)程》和

SN/T3564-2013《國際航行船舶壓艙水樣本采集規(guī)程》。這5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)僅針對(duì)進(jìn)境船舶進(jìn)行壓載水采樣、

檢測和消毒，沒有針對(duì)船舶壓載艙沉積物進(jìn)行相關(guān)監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，亦無針對(duì)船舶壓載水可存活生物檢測計(jì)

數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。除此之外《海洋監(jiān)測規(guī)范第七部分：近海污染生態(tài)調(diào)查和生物監(jiān)測》（GB17378.7-2007/10.1）

和《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）中分別針對(duì)海洋和淡水中浮游微生物計(jì)數(shù)方法有相關(guān)規(guī)范，

但是對(duì)于可存活的浮游生物并未進(jìn)行描述，且并非是針對(duì)壓載水。由此對(duì)壓載水管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)

試、靠港裝卸作業(yè)的系統(tǒng)滅活效能、系統(tǒng)運(yùn)行中生物滅活關(guān)鍵部件的衰減、失效以及船舶靠港系統(tǒng)運(yùn)

行的測試方法都提出了嚴(yán)格的要求。

為此，開展《船舶壓載水管理系統(tǒng)滅活生物效能設(shè)計(jì)與生物性能測試檢測及系統(tǒng)使用效能評(píng)判規(guī)

范》的建設(shè)將能有效保障我國設(shè)備制造企業(yè)產(chǎn)品在船舶運(yùn)行中的權(quán)益；其次，能夠保障我國口岸船舶

靠港的水域安全，保障我國的內(nèi)水環(huán)境的生態(tài)安全建設(shè)。

從2009年至2020年，歷時(shí)11年，陳寧教授團(tuán)隊(duì)在企業(yè)和鎮(zhèn)江市新興產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：

CY2010019）、江蘇省科技廳前瞻性聯(lián)合項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：BY2015065-10）、江蘇省科技廳省重點(diǎn)產(chǎn)

業(yè)化項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：BA2013065）等科研項(xiàng)目資助下，先后與浙江鷹鵬船舶設(shè)備有限公司、無錫藍(lán)

天電子股份有限公司、漢盛（上海）海洋裝備技術(shù)股份有限公司等對(duì)滿足國際海事組織MEPC174（58）

-G8認(rèn)可導(dǎo)則的壓載水管理系統(tǒng)開發(fā)理論與工程實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了持續(xù)、深入的系統(tǒng)研究，獲PCT專利

授權(quán)1件，授權(quán)發(fā)明專利11件，出版專著2部，教材1部，發(fā)表論文20余篇，取得了多項(xiàng)高水平的

研究成果，其中項(xiàng)目產(chǎn)品獲得江蘇省首臺(tái)套和高新技術(shù)產(chǎn)品認(rèn)證，獲得無錫市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，

無錫市專精特新產(chǎn)品1項(xiàng)。項(xiàng)目實(shí)施期間產(chǎn)品通過了美國超聲波CG、法國BV、英國LR、中國CCS等

7家船級(jí)社認(rèn)證。項(xiàng)目研究“紫外C+超聲的船舶壓載水處理系統(tǒng)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究”系統(tǒng)功耗比同類

產(chǎn)品降低了20％，殺菌效能提高100倍。獲2018年江蘇省教育廳高校自然科學(xué)研究類三等獎(jiǎng)?！案?/p>

效能復(fù)合式物理處理船舶壓載水處理裝置的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”獲2020年中華人民共和國教育部科學(xué)技

術(shù)二等獎(jiǎng)?！案咝軓?fù)合式物理處理船舶壓載水處理裝備”獲2021年江蘇省人民政府科技進(jìn)步三等

獎(jiǎng)。

在自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、交通部科技項(xiàng)目、總署海關(guān)科研項(xiàng)目、江陰市、南京海關(guān)等政府項(xiàng)

目的資助下江陰海關(guān)國家壓載水檢測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室徐金祥主任、教授級(jí)高工，田雯高級(jí)農(nóng)藝師、博士團(tuán)

隊(duì)先后完成了“典型外來生物入侵災(zāi)害發(fā)生機(jī)理、生態(tài)環(huán)境安全影響和演變趨勢研究”（項(xiàng)目編號(hào)：

2017YFC1404601）；“港口本底生態(tài)環(huán)境特征動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫、主要貿(mào)易國相關(guān)水域有毒有害生物數(shù)據(jù)庫

建立”（項(xiàng)目編號(hào)：2017YFC1404602）；“船舶壓載水外來生物便攜與在線快速檢測成套技術(shù)與裝備

研發(fā)”（項(xiàng)目編號(hào)：2017YFC1404603）；“船舶壓載水外來生物實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)檢測技術(shù)與裝置研發(fā)”（項(xiàng)

目編號(hào)：2017YFC1404604）；“有害藻華種類休眠胞囊通過壓艙水底泥入侵中國海域風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)證性評(píng)

估”（項(xiàng)目編號(hào)：41976134）；“壓載水公約經(jīng)驗(yàn)積累起實(shí)驗(yàn)室采樣與數(shù)據(jù)分析”（項(xiàng)目編號(hào)：2019026

危（1）號(hào)）；“船舶壓載水浮游動(dòng)植物指示性分析方法的研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2021HK157）；“船舶

壓載水浮游生物取樣及檢測關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”（項(xiàng)目編號(hào)：2020HK148）；“進(jìn)境國際船舶壓載艙沉積

物中外來生物及有毒有害生物監(jiān)測與風(fēng)險(xiǎn)分析”（項(xiàng)目編號(hào)：JYKJ3157）；“口岸進(jìn)境國際船舶壓載

水沉積物管理及無害化處理技術(shù)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：JY0603A02021180024PB）；“檢驗(yàn)檢疫應(yīng)對(duì)《壓

載水公約》”（項(xiàng)目編號(hào)：2017KJ37）；“進(jìn)境船舶壓載水中浮游植物鑒定分析及數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的研究”

（項(xiàng)目編號(hào)：2018KJ54）；“國際航行船舶壓載水監(jiān)管和檢測體系研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2019KH01）；

“進(jìn)境船舶壓艙水公共風(fēng)險(xiǎn)因子的高通量篩查研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2021KJ28）和“船舶壓載水取樣富

集與指示性分析方法的研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2021KJ42）等15項(xiàng)科研項(xiàng)目，為把好我國的國門，防止

外來水生物種的入侵提供重要科技支撐。完成了高被引論文3篇，參編形成了《船舶壓載水和沉積物

管理監(jiān)督管理辦法（試行）》、《船舶壓載水指示性取樣分析與檢測技術(shù)要求》、《外來物種入侵》、

《壓載水符合性監(jiān)測設(shè)備測試認(rèn)證程序》等行業(yè)規(guī)范、辦法。

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則及依據(jù)

1.按照GB/T1.1－2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》要求進(jìn)

行編寫。

2.參照相關(guān)法律、法規(guī)和規(guī)定，在編制過程中著重考慮了科學(xué)性、適用性和可操作性。

三、第一部分“船舶壓載水管理系統(tǒng)滅活生物效能設(shè)計(jì)”原則

四、“船舶壓載水管理系統(tǒng)一次過濾器效能設(shè)計(jì)”的原則。

船舶壓載水經(jīng)通海濾器進(jìn)入船舶內(nèi)部，在進(jìn)行壓載水處理前需通過過濾作為第一級(jí)處理，去除

壓載水中尺寸大于50μm的固體顆粒和微生物，以達(dá)到MEPC174（58）D-2排放標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定。為此，

目前壓載水防海生物管理系統(tǒng)第一級(jí)過濾處理采用兩種過濾方式，其一采用具有0.5μm孔徑濾網(wǎng)的

反沖洗濾器，其二采用具有特定錐度的旋流過濾器，使經(jīng)過過濾的待處理壓載水內(nèi)大于0.5μm的顆

粒物均被有效過濾。

1、“船舶壓載水管理系統(tǒng)紫外殺菌器效能設(shè)計(jì)”的原則

紫外殺菌器主要由殺菌器腔體、紫外燈管和石英防護(hù)套管、套管清洗機(jī)構(gòu)等組成。紫外殺菌器

處理壓載水的過程分為進(jìn)水、殺菌和出水三個(gè)階段，即壓載水經(jīng)入口流入殺菌器腔體，腔體內(nèi)的紫外

燈管輻射出強(qiáng)紫外線對(duì)水流進(jìn)行均勻照射，使待處理水流經(jīng)腔體內(nèi)停留的時(shí)間“最長”，所獲得的紫

外輻照劑量“最大”，殺滅微生物的效果最佳。

2、“船舶壓載水管理系統(tǒng)超聲波輔助殺菌器效能設(shè)計(jì)”的原則

超聲波輔助殺菌器是指有超聲波參與并在其作用下發(fā)生反應(yīng)的容器，主要由超聲換能器、超聲

波發(fā)生器和處理器腔體組成，其設(shè)計(jì)原則是控制超聲功率和超聲頻率，盡可能使被處理壓載水在處理

腔內(nèi)接受較長的輻照時(shí)間。利用超聲波的機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)對(duì)微生物細(xì)胞進(jìn)行瞬間處理。破環(huán)微生

物細(xì)胞膜和擊碎孢子殼。

4、“船舶壓載水管理系統(tǒng)二次過濾器效能設(shè)計(jì)”原則

滿足MEPC174（58）D-2排放標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定，對(duì)經(jīng)流一次過濾、超聲波輔助殺菌和紫外殺菌器處

理后的壓載水中可能出現(xiàn)的微生物殘?jiān)M(jìn)一步攔截過濾，使大于50μm的固體顆粒和微生物。

5、“船舶壓載水管理系統(tǒng)惰性氣體殺菌艙內(nèi)壓力維持設(shè)計(jì)”原則

滿足MEPC174（58）D-2排放標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定，二次過濾采用微濾膜去除粒徑大于10μm的微生物

甚至細(xì)菌，同時(shí)充入利用PSA分子篩制備純度達(dá)99.99%，壓力0.05Mpa的惰性氣體—氮?dú)猓脷?/p>

體溶解總壓定律與分壓定律，使壓載水中的溶解氧溢出，再通過壓載艙呼吸閥，將溢出的溶解氧釋放

出艙外，呼吸閥應(yīng)滿足當(dāng)壓載艙內(nèi)氣室空間壓力大于等于0.05Mpa時(shí)，閥芯能夠被頂起，使溢出的氧

氣等釋放出艙外，當(dāng)壓載艙內(nèi)氣室空間壓力低于0.05Mpa時(shí)，閥芯能夠封閉住閥口，阻止外部空氣進(jìn)

入壓載艙。

6、“船舶壓載水管理系統(tǒng)次氯酸殺菌電解器及藥劑箱設(shè)計(jì)”原則

滿足MEPC174（58）D-2排放標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定,通過直流電源電解海水，產(chǎn)生次氯酸鈉，按海水總管

中壓載水的流量逆流注入氯酸鈉，殺滅一次過濾預(yù)處理后的壓載海水里的微生物。在船舶進(jìn)入內(nèi)河淡

水流域時(shí)，船舶需自備海鹽，配置海水產(chǎn)生次氯酸；次氯酸鈉發(fā)生器負(fù)極端應(yīng)配有離心風(fēng)機(jī)，將產(chǎn)生

的氫氣排放到甲板之上，排出舷外；對(duì)于采用藥劑箱的壓載水處理系統(tǒng)，需配置藥劑稀釋柜。壓載水

系統(tǒng)卸載時(shí)，需利用中和劑硫代硫酸鈉中和壓載水中次氯酸鈉。中和劑釋放的劑量需通過TRO次氯酸

鈉監(jiān)測傳感器控制，中和劑釋放口與來流呈逆流方向布置。

7、“船舶壓載水管理系統(tǒng)滅活微生物效能藥劑定量供應(yīng)控制”原則

船舶壓載水管理系統(tǒng)滅活微生物效能藥劑定量供應(yīng)采用隔膜泵，依據(jù)總管流量計(jì)的來流壓載水

量，使電解海水形成的有效氯含量13%次氯酸鈉（ml）的溶液逆流混入壓載水中，使氯酸鈉在壓載水

中的濃度達(dá)到7.5-9.5ppm。

8、“船舶壓載水G9規(guī)范管理系統(tǒng)排放藥劑中和緩釋劑控制”原則

當(dāng)船舶壓載水G9規(guī)范管理系統(tǒng)壓載水卸載時(shí)，系統(tǒng)通過隔膜泵向卸載壓載水總管中逆流注入硫

代硫酸鈉，中和效果通過泄放口處的TRO余氯含量檢測傳感器，測量信號(hào)反饋控制隔膜泵向卸載壓載

水總管中注入硫代硫酸鈉中和劑的量。

9、“船舶壓載水管理系統(tǒng)操作、控制與船岸協(xié)同操作數(shù)據(jù)管理”原則

船舶壓載水管理系統(tǒng)操作、控制應(yīng)簡單有效。具有一個(gè)控制系統(tǒng)，自動(dòng)監(jiān)測和記錄足夠的數(shù)據(jù)以

驗(yàn)證系統(tǒng)的正確操作?？刂坪捅O(jiān)測設(shè)備應(yīng)記錄壓載水管理系統(tǒng)正常工作或故障情況，并在控制設(shè)備中

保存至少24個(gè)月。其設(shè)計(jì)和構(gòu)造應(yīng)使其在進(jìn)行清洗、校準(zhǔn)或維修等操作時(shí)，其視覺報(bào)警應(yīng)處于開啟

狀態(tài)，任何旁通都將激活警報(bào)；船岸協(xié)同操作數(shù)據(jù)管理通過衛(wèi)星和無線電通信，其通信的措施應(yīng)和服

務(wù)商合作，應(yīng)考慮如何防止非法接入到船上系統(tǒng)。連接終端，應(yīng)配備防火墻和專用連接，確保數(shù)據(jù)安

全。使用VPN時(shí)，應(yīng)當(dāng)加密，需要在服務(wù)器與計(jì)算機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)前設(shè)置防火墻。應(yīng)遵循通信分銷商的建

議，選擇適合此類連接的路由和連接方式。船東和通信分銷商應(yīng)考慮VPN連接的岸基過濾。無線接入

控制應(yīng)限定在合適的、授權(quán)的設(shè)備，并使用定期更新的強(qiáng)密碼保護(hù)。惡意軟件檢測，用于自動(dòng)檢測和

識(shí)別惡意軟件的查殺軟件，應(yīng)定期更新。船上計(jì)算機(jī)與岸上計(jì)算機(jī)保護(hù)等級(jí)應(yīng)一致，對(duì)于所有工作相

關(guān)的計(jì)算機(jī)，防病毒和放惡意軟件的軟件應(yīng)安裝、維護(hù)和更新。軟硬件的安全設(shè)置，僅授權(quán)的高級(jí)船

員可以進(jìn)行管理員配置，以便管理和安裝及變更用戶權(quán)限，用戶權(quán)限應(yīng)設(shè)定在僅供所需使用的范圍，

不允許其變更系統(tǒng)或安裝和運(yùn)行新程序。應(yīng)用軟件升級(jí)關(guān)鍵安全補(bǔ)丁，其升級(jí)應(yīng)及時(shí)和正確的完成，

及早恢復(fù)系統(tǒng)中的安全漏洞。

第二部分船舶壓載水管理系統(tǒng)生物性能測試檢測規(guī)范

1、“船舶壓載水管理系統(tǒng)生物性能測試取樣”原則

取樣擬基于MEPC.173（58）、BWM.2/Circ.42/Rev.1決議中推薦的壓載水取樣方式，盡可能的讓

樣品具有代表性。采取從取樣口收集樣品的水流速度與主壓載管中的速度相等的取樣方式，按照采樣

規(guī)程，至少提前24小時(shí)獲取船舶壓載水報(bào)告單，根據(jù)壓載水來源、置換情況決定是否進(jìn)行樣品采集。

選用適當(dāng)?shù)默F(xiàn)場采樣工具，登輪后進(jìn)行船舶情況調(diào)查，按照要求完整填寫船舶壓載水采集記錄表。樣

品采集中，工作人員根據(jù)現(xiàn)場情況使用必要的保護(hù)措施和用品，在船方人員陪同下到相應(yīng)位置使用合

適工具進(jìn)行樣品采集。樣品采集完畢后，裝入相應(yīng)的容器，測量記錄相應(yīng)數(shù)值后，按照檢測項(xiàng)目要求

進(jìn)行必要的預(yù)處理，密封包裝，填寫標(biāo)簽，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)及時(shí)送檢。水樣收集后應(yīng)盡快檢測。在運(yùn)送

到實(shí)驗(yàn)室期間，水樣品在2℃-8℃的溫度下冷藏。水樣收集和開始檢測之間不要超過24小時(shí)。

2、“船舶壓載水管理系統(tǒng)生物性能測試菌落總數(shù)檢測”原則

壓載水樣品經(jīng)過一定的設(shè)備和材料在培養(yǎng)基和試劑處理后，在一定條件下（如培養(yǎng)基、培養(yǎng)溫度

和培養(yǎng)時(shí)間等）培養(yǎng)后，所得每mL檢樣中形成的微生物菌落總數(shù)。采用平板計(jì)數(shù)法，根據(jù)測試液稀

釋倍數(shù)和取樣接種量，換算出樣品中的菌落總數(shù)和通過濾膜法，直接計(jì)數(shù)濾膜上的菌落數(shù)，計(jì)算出每

100mL壓載水樣中所含的菌落總數(shù)。

3、“船舶壓載水管理系統(tǒng)生物性能測試耐熱大腸菌群檢測”原則

耐熱大腸菌群，是指在44.5℃培養(yǎng)24h～48h能發(fā)酵乳糖、產(chǎn)酸產(chǎn)氣的需氧和兼性厭氧革蘭

氏陰性無芽胞桿菌。檢測要求：1.檢測項(xiàng)目列項(xiàng)耐熱大腸菌群檢測應(yīng)符合GB19489中BSL-2的規(guī)定；

2.檢驗(yàn)人員應(yīng)經(jīng)過專業(yè)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)室生物安全培訓(xùn)，并取得資格證書；3.采樣設(shè)備和用品應(yīng)滿足檢測

項(xiàng)目和方法的要求，保證在無菌狀態(tài)下使用。采用多管發(fā)酵法和耐熱大腸菌群濾膜法進(jìn)行耐熱大腸菌

群的檢測。

“船舶壓載水管理系統(tǒng)生物性能測試大腸埃希氏菌檢測”原則

大腸埃希氏菌又稱大腸桿菌，是廣泛存在于人和溫血?jiǎng)游锏哪c道中，需氧及兼性厭氧，44.5℃生

長，IMViC（靛基質(zhì)、甲基紅、VP實(shí)驗(yàn)、檸檬酸鹽）生化試驗(yàn)++--或-+--的革蘭氏陰性桿菌。檢測要

求：1.檢測項(xiàng)目列項(xiàng)耐熱大腸菌群檢測應(yīng)符合GB19489中BSL-2的規(guī)定；2.檢驗(yàn)人員應(yīng)經(jīng)過專業(yè)技

術(shù)和實(shí)驗(yàn)室生物安全培訓(xùn)，并取得資格證書；3.采樣設(shè)備和用品應(yīng)滿足檢測項(xiàng)目和方法的要求，保證

在無菌狀態(tài)下使用。采用大腸埃希氏菌MPN法（參照GB4789.38食品微生物學(xué)檢驗(yàn)，大腸埃希氏菌

計(jì)數(shù)），大腸埃希氏菌平板計(jì)數(shù)法（參照GB4789.38食品微生物學(xué)檢驗(yàn)，大腸埃希氏菌計(jì)數(shù)）進(jìn)行

大腸埃希氏菌檢測。

“船舶壓載水管理系統(tǒng)生物性能測試腸道球菌檢測”原則

船舶壓載水管理系統(tǒng)生物性能測試腸道球菌檢測依據(jù)GB19489實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求；SN/T

1343入出境船舶壓載水消毒規(guī)程；ISO7899-2：2000，水質(zhì)—腸球菌的檢測和計(jì)數(shù)第2部分：膜過

濾方法、ISO6887-1：1999，食品和動(dòng)物飼料微生物學(xué)—微生物檢驗(yàn)的樣品、初始懸浮液和十倍系列

稀釋液的制備—部分：初始懸浮液和十倍系列稀釋液的制備一般規(guī)則；ISO8199：1988，水質(zhì)—微生

物培養(yǎng)計(jì)數(shù)通用指南。取樣后最好立即開始檢測。如果樣品在環(huán)境溫度下保存，應(yīng)在取樣后6小時(shí)內(nèi)

開始檢測。在特殊情況下，允許樣品檢驗(yàn)前在5℃±3℃保存不超過24小時(shí)。如果樣品需要稀釋，

按照ISO8199準(zhǔn)備這些稀釋液。過濾和培養(yǎng)使用無菌量筒進(jìn)行稀釋，設(shè)置至少3個(gè)梯度，每個(gè)梯度

2-3個(gè)重復(fù)。將培養(yǎng)后所有凸起的、菌落的中心或整體呈紅色、栗色或粉紅色的菌落記為典型菌落。

如果有典型菌落，用無菌鑷子將膜和菌落不翻轉(zhuǎn)地轉(zhuǎn)移到預(yù)熱至44℃的膽汁-七葉苷-疊氮化物瓊脂

平板上。在44℃±0.5℃下培養(yǎng)2h，立即讀取平板。

3、“船舶壓載水管理系統(tǒng)生物性能測試有毒霍亂弧菌檢測”原則

船舶壓載水管理系統(tǒng)生物性能測試有毒霍亂弧菌檢測依據(jù)GB19489實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要

求；SN/T1239國境口岸霍亂檢驗(yàn)規(guī)程檢測項(xiàng)目列項(xiàng)O1群霍亂弧菌及其腸毒素、O139群霍亂弧菌

及其腸毒素的檢測應(yīng)符合GB19489中BSL-3的規(guī)定。通過樣品的制備、分離、鑒定分離、菌株復(fù)核

完成有毒霍亂弧菌檢測。

第三部分船舶壓載水管理系統(tǒng)使用效能評(píng)判規(guī)范

1、“船舶壓載水管理系統(tǒng)過濾器過濾效能評(píng)判及濾網(wǎng)強(qiáng)制更換”原則

船舶壓載水管理系統(tǒng)過濾器是處理船舶壓載水的第一道防線，但過濾器內(nèi)外腔壓差過大且經(jīng)過反

復(fù)反沖清洗后仍然內(nèi)外腔壓差過大，過濾器仍在堵塞報(bào)警，說明過濾網(wǎng)已被嚴(yán)重堵塞，需要更換；如

果船舶壓載水域水質(zhì)渾濁，但過濾器內(nèi)外腔壓差過持續(xù)正常，打開過濾器取樣口觀察，處理后的壓載

水依然渾濁，說明過濾網(wǎng)已破損，需要更換。

2、“船舶壓載水管理系統(tǒng)殺菌器傳感器定期檢測標(biāo)定”原則

定期船舶壓載水管理系統(tǒng)殺菌器傳感器定期檢測標(biāo)定是對(duì)紫外殺菌器的紫外殺菌劑量評(píng)價(jià)的一

種方法，由于紫外殺菌器所用的紫外線波長200～275nm的紫外線光譜，因此，應(yīng)定期對(duì)紫外殺菌器

上安裝的紫外線傳感器進(jìn)行檢測標(biāo)定，將該傳感器拆下，安裝在標(biāo)定箱上，標(biāo)定箱內(nèi)安裝有標(biāo)定紫外

燈管及清水，且處于密閉狀態(tài)，防止紫外光外溢傷人。紫外線傳感器的標(biāo)定依據(jù)標(biāo)定箱內(nèi)安裝的標(biāo)定

紫外燈光功率，換算成紫外線傳感器輸出的光強(qiáng)電流，該電流與傳感器出廠參數(shù)比較，確定是否更換。

3、“船舶壓載水管理系統(tǒng)紫外殺菌器光衰特性與紫外燈光管及附件強(qiáng)制更換檢測”原則

定期利用標(biāo)準(zhǔn)紫外線傳感器對(duì)殺菌器在清水環(huán)境下進(jìn)行紫外線輻照光強(qiáng)的檢測，如檢測不達(dá)標(biāo)，

手動(dòng)開啟紫外殺菌器石英護(hù)套清潔機(jī)構(gòu)，進(jìn)行清洗，如清洗后仍無法測得供應(yīng)商提供的紫外光照強(qiáng)度

參數(shù)，則需對(duì)紫外殺菌器紫外燈管進(jìn)行更換，更換時(shí)，操作人員需做好防護(hù)措施，戴好防護(hù)手套和呼

吸罩，在現(xiàn)場設(shè)置好放置紫外燈管的箱桶，防止燈管破碎水銀蒸汽泄漏。

4、“船舶壓載水管理系統(tǒng)超聲輔助殺菌器聲壓衰減與超聲發(fā)生器及附件強(qiáng)制更換”原則

定期用肉眼和兆歐表結(jié)合檢查，換能器振子陶瓷材料是否碎裂；用兆歐表檢查與換能器相連接的

插頭，要求絕緣電阻大于5兆歐以上。如果達(dá)不到這個(gè)絕緣電阻值，評(píng)定換能器受潮，可把換能器整

體放進(jìn)烘箱設(shè)定100℃左右烘干3小時(shí)或者使用電吹風(fēng)去潮至阻值正常為止。在海上情況下，為保證

換能器滿負(fù)荷正常工作振動(dòng)面不出現(xiàn)穿孔情況，換能器使用5年后需更換。更換超聲波換能器時(shí)，需

對(duì)所需膠接的超聲波換能器、缸體進(jìn)行噴沙處理，噴沙膠接面應(yīng)盡量毛，噴沙用30目的金剛沙，并

必須保持干燥，噴沙時(shí)壓縮空氣經(jīng)除濕處理，壓力應(yīng)≥6KG。噴好沙的缸體和超聲波換能器需進(jìn)行清

洗，換能器先利用甲醇進(jìn)行清洗，把表面沙子等灰塵除掉，再用丙酮漂洗；超聲處理器腔壁先用水沖、

再用酸洗后沖洗干凈，涼干后再用甲醇和丙酮各進(jìn)行一次漂洗。超聲處理器腔壁和超聲波換能器溫度

在40℃左右時(shí)進(jìn)行膠接，膠接時(shí)分別在超聲處理器腔壁和超聲波換能器上均勻涂上膠水，中間放上

網(wǎng)布，然后用力壓緊，膠接速度要快，每次配置膠水后膠接時(shí)間不要超過10分鐘。把膠好的超聲處

理器腔放入無塵烘箱進(jìn)行固化，固化溫度一次加溫為40～50℃固化30分鐘后，二次加溫到60～70℃

固化30分鐘后再三次加溫到80℃固化2小時(shí)后自然固化24小時(shí)后檢測連線。對(duì)固化好的超聲波換

能器進(jìn)行檢測，每個(gè)換能器的膠接阻抗約在250Ω左右，不能超過300Ω。

5、“船舶壓載水管理系統(tǒng)藥劑制備與定量輸送設(shè)備輸送計(jì)量準(zhǔn)確度檢測與強(qiáng)制更換”原則

定期對(duì)劑量泵的驅(qū)動(dòng)端和液體端進(jìn)行故障，驅(qū)動(dòng)端的故障情況相對(duì)液體端少，此部分最為關(guān)鍵的

是機(jī)件的潤滑，以減少各轉(zhuǎn)動(dòng)部件的磨損。在日常作業(yè)中，主要出現(xiàn)的故障為：（1）曲軸箱溫度過

高；（2）振動(dòng)大、有雜音。驅(qū)動(dòng)端故障的產(chǎn)生原因?yàn)椋呵S箱油溫過高。主要原因?yàn)橛臀贿^高或過

低導(dǎo)致潤滑不良，另外軸承及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的異常磨損也會(huì)導(dǎo)致油溫的上升。驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)、噪音的增大。

一般的原因是由于軸承磨損，或者曲柄和十字頭銷的磨損導(dǎo)致十字頭處間隙增大。填隙片調(diào)節(jié)不當(dāng)?shù)?/p>

原因所致；液壓端故障較多，但最終均在流量以及出口壓力上表現(xiàn)出來。主要有：（1）流量及壓力

波動(dòng)大；（2）過計(jì)量；（3）無流量排量少；（4）計(jì)量精度降低等。如在定期檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)上述情況，

需將計(jì)量泵拆下校驗(yàn)和檢查，更換相應(yīng)零部件。

五、項(xiàng)目背景及工作情況

（一）任務(wù)來源

江蘇省政策引導(dǎo)類計(jì)劃（產(chǎn)學(xué)研合作）—前瞻性聯(lián)合研究項(xiàng)目項(xiàng)目“紫外線+超聲波的船舶壓

載水處理系統(tǒng)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：BY2015065-10）,江蘇省專項(xiàng)資金成果項(xiàng)目—面上項(xiàng)

目“高效能復(fù)合式物理處理船舶壓載水處理裝置的研發(fā)及及產(chǎn)業(yè)化”（項(xiàng)目編號(hào)：BY2013065），國

家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目——“海洋環(huán)境安全保障”重點(diǎn)專項(xiàng)“我國近海典型外來生物入侵災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控

技術(shù)和裝備研發(fā)”-“港口外來生物入侵監(jiān)測及船舶壓載水外來生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警技術(shù)與方法研究”

（項(xiàng)目編號(hào)：2017YFC1404602），交通運(yùn)輸部海事科技項(xiàng)目—“中韓船舶壓載水管理免除和交換水域

指定研究”（項(xiàng)目編號(hào)：61762），交通運(yùn)輸行業(yè)重點(diǎn)科技項(xiàng)目—“船舶壓載水?dāng)?shù)據(jù)采集及分析關(guān)鍵

技術(shù)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2019-MS6-124），交通運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)劃制修訂項(xiàng)目—《船舶壓載水指示性取

樣分析與檢測技術(shù)要求》（項(xiàng)目編號(hào)：JT/T1393-2021），南京海關(guān)科研項(xiàng)目—《檢驗(yàn)檢疫應(yīng)對(duì)壓載

水公約的研究》（項(xiàng)目編號(hào)：2017KJ37），南京海關(guān)科研項(xiàng)目——《國際航行船舶壓載水監(jiān)管和檢測

體系研究》（項(xiàng)目編號(hào)：2019KJ01）。

（二）標(biāo)準(zhǔn)起草單位

本標(biāo)準(zhǔn)的主要起草單位是江蘇科技大學(xué)、無錫藍(lán)天電子股份有限公司、漢盛（上海）海洋裝備

技術(shù)股份有限公司、南京海關(guān)動(dòng)植物與食品檢測中心、江蘇南極機(jī)械有限責(zé)任公司、江陰海關(guān)國家壓

載水檢測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、CCS青島中心。

本標(biāo)準(zhǔn)的主要起草人員：陳寧、劉煒、王軍、袁志飛、王之民、陳冠宇、楊鵬、鄧祥元、袁野、

徐金祥、田雯、封振、韓陽春、吳曙東、王林興、陳恩德、顧國標(biāo)、董濤、倪吉林、金星、曹曉琨、

徐鳳麒。

（三）標(biāo)準(zhǔn)研制過程及相關(guān)工作計(jì)劃

從2010年以來，陳寧教授團(tuán)隊(duì)在系列江蘇省和鎮(zhèn)江市以及企業(yè)委托項(xiàng)目的資助下，圍繞IMO

第20屆大會(huì)上，MPEC以A.868（20）號(hào)決議通過的《如何控制和管理船舶壓載水以減少有害生物和

病原體遷移的指南》和2004年的IMO會(huì)議上正式頒布了《國際船舶壓載水及沉積物管理與控制公約》

對(duì)船舶壓載水防海生物處理裝置及系統(tǒng)進(jìn)行了持續(xù)、深入、系統(tǒng)研究，獲得了系列的創(chuàng)新成果，研究

成果師范應(yīng)用取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著公約生效，自2017起，江陰海關(guān)國家壓載水

檢測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室徐金祥主任、教授級(jí)高工，田雯高級(jí)農(nóng)藝師、博士團(tuán)隊(duì)在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和交通部、

南京海關(guān)等科研項(xiàng)目的資助下，圍繞MEPC在其第七十三屆會(huì)議上批準(zhǔn)的《壓載水管理系統(tǒng)的調(diào)試測

試指南》和2020年11月20日核準(zhǔn)的《壓載水管理系統(tǒng)試運(yùn)行測試指南》展開了有關(guān)壓載水防海生

物裝置系統(tǒng)的系列調(diào)試測試和運(yùn)行測試研究工作，形成了船舶交付達(dá)標(biāo)測試和船舶靠泊檢驗(yàn)測試的系

列操作規(guī)范。為了更好地發(fā)揮研究成果服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)作用，助推“一帶一路”，打破國外在壓載

水防海生物領(lǐng)域的技術(shù)壁壘，為國家《生物安全法》的出臺(tái)實(shí)施保駕護(hù)航，編制本技術(shù)規(guī)范，有重要

實(shí)用價(jià)值。

規(guī)范編制過程中，深入系統(tǒng)梳理了團(tuán)隊(duì)先進(jìn)的研究成果，提取了技術(shù)比較成熟、先進(jìn)、示范應(yīng)

用價(jià)值較大的新技術(shù)新方法，用于編制該技術(shù)規(guī)范。

規(guī)范編制中，主編陳寧教授首先擬定編制綱要，成立規(guī)范編制專家組，線上線下相結(jié)合，討論

規(guī)范編制提綱，并分頭開始撰寫規(guī)范初稿。

規(guī)范初稿完成后，主編對(duì)初稿進(jìn)行了整體完善，把握編制原則，形成規(guī)范的統(tǒng)一初稿。

編制專家組對(duì)規(guī)范同一處高進(jìn)行了多次研討，形成了“送審稿”。

六、標(biāo)準(zhǔn)制定的基本原則

壓載水防海生物裝置系統(tǒng)開發(fā)共識(shí)原則，使開發(fā)的船舶壓載水防海生物裝置系統(tǒng)處理后的海水

達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：

（1）壓載水在處理后，要求每立方米最多允許含有10個(gè)大于50微米的生物活體。

（2）壓載水在處理后，每毫升最多只允許含有10個(gè)小于50微米和大于10微米的生物活體。

（3）指標(biāo)微生物的排放不應(yīng)超過規(guī)定的濃度。作為一種人體健康標(biāo)準(zhǔn)，指標(biāo)微生物應(yīng)包括：

①有毒霍亂弧菌：少于每100毫升1個(gè)菌落形成單位（cfu）或小于每一克（濕重）浮游動(dòng)物樣

品1個(gè)cfu；

②大腸桿菌：少于每100毫升250個(gè)cfu；

③腸道球菌：少于每100毫升100個(gè)cfu。

檢測達(dá)標(biāo)原則：對(duì)即將交付或到港靠泊船舶的壓載水防海生物裝置系統(tǒng)按“船舶壓載水管理系

統(tǒng)生物性能測試指示性微生物檢測規(guī)程”進(jìn)行檢測，對(duì)未達(dá)標(biāo)的交付船舶通知設(shè)備供應(yīng)商進(jìn)行整改；

對(duì)靠泊到港船舶，發(fā)出禁止排放壓載水指令，令其整改，經(jīng)檢測達(dá)標(biāo)后，方能進(jìn)行壓載水排放作業(yè)。

強(qiáng)制部件更換原則：定期對(duì)船舶壓載水防海生物裝置系統(tǒng)殺菌的關(guān)鍵部件及傳感檢測部件進(jìn)行

檢測，對(duì)衰減失效的部件按“船舶壓載水管理系統(tǒng)生物性能測試指示性微生物檢測規(guī)程”檢測達(dá)標(biāo)的

要求，通知設(shè)備供應(yīng)商對(duì)已性能衰減的部件進(jìn)行更換，并在更換中遵循安全、環(huán)保的原則。

七、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

1總則

1.0.1船舶壓載水管理系統(tǒng)滅活生物效能設(shè)計(jì)與生物性能測試檢測及系統(tǒng)使用效能評(píng)判，遵循

國際海事組織2004年2月頒布，2017年9月8日生效的《國際船舶壓載水和沉積物控制與管理公約》

（以下簡稱《壓載水公約》）及其修正案要求，設(shè)計(jì)和開發(fā)的船舶壓載水防海生物處理系統(tǒng)及裝置。

1.0.2船舶壓載水管理系統(tǒng)滅活生物效能設(shè)計(jì)與生物性能測試檢測及系統(tǒng)使用效能評(píng)判，依據(jù)

MEPC.173（58）、BWM.2/Circ.42/Rev.1決議中推薦的壓載水取樣方式及微生物操作無菌要求，引用

了ISO6222:1999《Waterquality-enumerationofculturablemicroorganismscolonycountby

inoculationinanutrientagarculturemedium》、美國試驗(yàn)與材料學(xué)會(huì)（ASTM）ASTMD5392–

2014《StandardTestMethodforIsolationandEnumerationofEscherichiaColiinWaterby

theTwo-StepMembraneFilterProcedure》、GB4789.38《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)大腸埃希氏菌計(jì)數(shù)》、

GB5750.12-2004《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法微生物指標(biāo)》，ISO7899-2：2000《Waterquality-Detection

andenumerationofintestinalenterococci-Part2:Membranefiltrationmethod》，摘錄翻譯

原文中的檢測原理及試劑配制內(nèi)容，結(jié)合壓載水該種水體的多種因素，對(duì)檢測方法進(jìn)行補(bǔ)充。

1.0.3船舶壓載水管理系統(tǒng)滅活生物效能設(shè)計(jì)與生物性能測試檢測及系統(tǒng)使用效能評(píng)判，結(jié)合

上述規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)供應(yīng)商提供的壓載水防海生物處理裝置系統(tǒng)的關(guān)鍵部件進(jìn)行效能檢測，對(duì)性能衰減

的關(guān)鍵部件提出強(qiáng)制更換要求。

2術(shù)語、符號(hào)

（略）

3基本規(guī)定

3.1“船舶壓載水管理系統(tǒng)滅活生物效能設(shè)計(jì)”原則

3.1.1“船舶壓載水管理系統(tǒng)一次過濾器效能設(shè)計(jì)”的原則。

船舶壓載水經(jīng)通海濾器進(jìn)入船舶內(nèi)部，在進(jìn)行壓載水處理前需通過過濾作為第一級(jí)處理，去除

壓載水中尺寸大于50μm的固體顆粒和微生物，以達(dá)到MEPC174（58）D-2排放標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定。為此，

目前壓載水防海生物管理系統(tǒng)第一級(jí)過濾處理采用兩種過濾方式，其一采用具有0.5μm孔徑濾網(wǎng)的

反沖洗濾器，其二采用具有特定錐度的旋流過濾器，使經(jīng)過過濾的待處理壓載水內(nèi)大于0.5μm的顆

粒物均被有效過濾。

（1）吸污式自清洗濾器效能設(shè)計(jì)

吸污式自清洗過濾器的基本結(jié)構(gòu)包括：筒體、封頭、吸污器、濾網(wǎng)、絲杠軸、驅(qū)動(dòng)裝置、壓載

水進(jìn)出口、排污閥等。材料選用316L不銹鋼，濾網(wǎng)選用復(fù)合燒結(jié)不銹鋼金屬絲網(wǎng)，進(jìn)出口流速不低

于2.43m/s，具有時(shí)間或持續(xù)壓差檢測控制，連續(xù)沖洗和全自動(dòng)智能控制、故障報(bào)警功能。吸污式自

清洗過濾器如圖1所示。

圖1吸污式自清洗過濾器

壓載水管道內(nèi)的水流速一般在2.5m/s～3m/s之間，過濾器的過濾速度小于壓載水在管道內(nèi)的流

速。初步選擇過濾速度=1.5m/s。

有效過濾面積的確定

流量、有效過濾面積和過濾速度的關(guān)系為：

3

Q3.610fA（1）

式中Q——過濾器的設(shè)計(jì)流量（m3/h）；

A——過濾器的實(shí)際過濾面積（m2）；

——過濾速度（m/s）；

f——濾網(wǎng)的凈面積系數(shù)。

孔徑50μm的濾網(wǎng)有效面積率為14.6%，即f=0.146，考慮到過濾介質(zhì)為多層燒結(jié)網(wǎng)有效過濾面

積會(huì)有所減少，故計(jì)算過濾面積時(shí)適當(dāng)取較小的凈面積系數(shù)。選擇濾網(wǎng)的凈面積系數(shù)f=0.1。濾網(wǎng)結(jié)

構(gòu)如圖2所示。

D

圖2濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)

過濾器的實(shí)際過濾面積為：

Q

2

A3555556mm

3.610fv（2）

濾網(wǎng)尺寸確定

吸污式自清洗過濾器的濾網(wǎng)采用圓筒形，過濾面積是指濾網(wǎng)的內(nèi)表面積。

ADL（3）

式中A——過濾器的實(shí)際過濾面積（m2）；

D——過濾元件內(nèi)徑（m）；

L——過濾元件的有效長度（m）。

從受力和穩(wěn)定角度考慮元件的細(xì)長比λ（L/D）一般在1到5左右為宜。λ=L/D=2

（4）

由式（2）、式（3）和式（4）可得：D，L。

過濾器筒體設(shè)計(jì)

自清洗過濾器的圓筒和封頭屬于薄壁回轉(zhuǎn)殼體，需按照壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)。

1、過濾器技術(shù)參數(shù)的確定

壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)主要有設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、筒體材料等。工作壓力

pw10bar1MPa，設(shè)計(jì)壓力p=1.1pw1.1MPa，計(jì)算壓力pcp1.1MPa；設(shè)計(jì)溫度

t=80℃；筒體材料為316L不銹鋼。

2、圓筒內(nèi)直徑計(jì)算

過濾器濾網(wǎng)與殼體之間的面積應(yīng)該滿足這樣的要求，即水流通過該面積的速度應(yīng)等于或小于過

VVAA

濾元件內(nèi)部縱向水流速度，即要求筒元。意味著筒元，筒身直徑如圖3所示，過濾器

筒體的總面積為：

A體A筒A元2A元（5）

而A體D體/4，A元D/4，將二式代入式（5）可得：

D體2D（6）

取D體1.5D1.5300450mm

圖3筒身直徑

壓力容器筒體的內(nèi)徑應(yīng)符合容器公稱直徑的規(guī)定。由于容器的筒體要與法蘭、支座相配，因此

筒體制定了公稱直徑系列法蘭、支座標(biāo)準(zhǔn)是按容器的公稱直徑系列制定的。

對(duì)于用鋼板卷焊的筒體，規(guī)定用筒體的內(nèi)徑作為公稱直徑，其系列尺寸如表1所示。

表1壓力容器內(nèi)徑系列

（mm）

300350400450500550600650

100110

700750800850900950

00

120130140150160170180190

00000000

200210220230240250260270

00000000

280290300

000

填料密封設(shè)計(jì)

填料密封根據(jù)《密封設(shè)計(jì)手冊》及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)

電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)的設(shè)計(jì)選型及絲桿設(shè)計(jì)校核根據(jù)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》和《常用機(jī)電設(shè)備選型

設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》

過濾器壓降計(jì)算

1、濾網(wǎng)壓降

1dVBP

u

利用達(dá)西定律AdtL(7)

式中A——過濾介質(zhì)總表面積(m3)；

dV

dt——體積流量(m3/s)；

u——流體通過過濾介質(zhì)的平均線速度(m/s)；

——流體粘度(Pa·s)；

B——過濾介質(zhì)(濾網(wǎng))的特定透過度(m3)；

P——流體通過過濾介質(zhì)的總壓降(Pa）；

L——過濾介質(zhì)的厚度(m/s）。

濾網(wǎng)的特定透過度B與它的結(jié)構(gòu)的幾何形狀的關(guān)系可以通過科澤尼-卡曼方程來描述。

uL13

B

22

PK0S0(1)(8)

式中——過濾介質(zhì)的孔隙度；

S0——過濾介質(zhì)比面；

K0——科澤尼系數(shù)。

濾網(wǎng)的孔隙度=14.6%。

濾網(wǎng)的經(jīng)緯線可以看作光滑的直徑為d的圓柱。S0可以定義為單位體積內(nèi)的表面積，則：

Sd14

S

0d

V()21d

2(9)

將S0帶入式（8）得：

d23

B

2

16K0(1)(10)

S0和之間的關(guān)系為：

43

3

K00.5[156(1)]

(1)(11)

由式（10）和式（11）帶入式(8)得：

64uL

1.53

P2(1)[156(1)]

d(12)

可得濾網(wǎng)內(nèi)外表面的壓差為：P濾網(wǎng)0.012MPa。

2、濾餅的壓降計(jì)算

以達(dá)西定律為基礎(chǔ)，適當(dāng)簡化假設(shè)，得到了可壓縮濾餅兩端的壓差計(jì)算公式：

KCV2

P2

2At(13)

式中P——流體通過濾餅的總壓降(Pa)；

C——響應(yīng)參數(shù)；

A——垂直于液體流向的濾餅表面積(m2)；

K——透過度；

V——時(shí)間t內(nèi)濾餅內(nèi)流動(dòng)的濾液體積(m3)；

——流體粘度(Pa·s)；

t——濾餅過濾時(shí)間(s)。

透過度為：

K''(1)2S2

Kavp

3

av(14)

式中K''——數(shù)值常數(shù)；

1

Sp——微粒的比面積(m)；

av——濾餅的平均孔隙度。

2

S顆粒4r351

Sp=1.210m

V顆粒43r

r

一般取K''=5，av=0.807，3帶入式(14)得：

K5.1109

c

Cf

(1av)sfc(15)

式中c——懸浮液中固體含量百分比；

f——懸浮液密度；

——濾餅孔隙度；

s——過濾固體的密度。

(1)

c0.05sav0.016

31.3g/cm3

取s2.5g/cm，f，則(1av)savf

將參數(shù)帶入到式（15）和式（13）可得單位時(shí)間（1h）內(nèi)濾餅兩端的壓降為：P濾餅0.035MPa。

過濾器總壓降

過濾器總壓降為濾網(wǎng)壓降和濾餅壓降之和，即P總P濾網(wǎng)+P濾餅=0.047MPa，現(xiàn)有吸污式自

清洗過濾器的壓差一般為0.03~0.05MPa，海水過濾時(shí)可將0.047MPa作為壓差控制器的初始設(shè)定壓差。

濾網(wǎng)堵塞后，過濾器中壓差逐漸增大，當(dāng)壓差達(dá)到初始設(shè)定壓差0.047MPa以上時(shí)，差壓控制器發(fā)出

信號(hào)開始自清洗，壓差降到0.012MPa時(shí)完成自清洗。

（2）旋流過濾器效能設(shè)計(jì)

水力旋流器需要設(shè)計(jì)的主要參數(shù)有主直徑D，入口直徑Di，溢流口直徑Do，底流口直徑Du，錐

角θ，溢流管插入深度H，和柱段長度Hc等，如圖4所示。

圖4水力旋流器主要參數(shù)

主直徑由龐學(xué)詩的導(dǎo)出的計(jì)算公式為：

（16）

式中——主直徑（cm）

——給礦壓力(MPa),在此處；

——處理量（m3/h）；

——沙粒密度（kg/m3）；

——沙粒質(zhì)量濃度（%），在此處=12.24%

主直徑的確定：系統(tǒng)給水壓力由離心泵提供，在設(shè)計(jì)初定的泵的揚(yáng)程20米以上，所以在這里的

給水壓力設(shè)為0.2Mpa，帶入已知參數(shù)得到D

入口直徑的確定：根據(jù)龐學(xué)詩的研究確定最佳入口直徑范圍為（0.15-0.25）D。這里

取0.25D，所以得到Di，并取整，設(shè)計(jì)采用矩形切向入口，根據(jù)等面積換算，獲得矩形截面尺寸。為

減小進(jìn)口沿程阻力和紊流，采用阿基米德螺旋線給水降低能耗，提高分離效率，如圖5所示。

圖5水力旋流器進(jìn)口結(jié)構(gòu)

旋流器柱段長度的確定：柱段部分是一個(gè)有效的離心沉降區(qū)，=（0.2-1.5）D。這里選

取1D。

溢流口直徑的確定：溢流壓力與溢流直徑成反比，為了降低壓力選取大直徑=

（1.25-1.50），并取整。

底流口直徑的確定：底流口直徑要小于溢流口，兩者之比要合理選擇，一般取0.15-1。

溢流管插入深度的確定：H=（0.3-1.0）D，并取整。

溢流管壁厚的確定：增加壁厚可提高旋流器的分離效率，減少內(nèi)部損失，一般根據(jù)需要設(shè)定。

旋流器錐角θ的確定：錐角決定分離時(shí)間，選取5°—20°，由于船舶壓載水中含有的顆粒雜

質(zhì)比較小，在這里設(shè)定為15°。

3.1.2“船舶壓載水管理系統(tǒng)紫外殺菌器效能設(shè)計(jì)”的原則

紫外殺菌主要主要是：讓核酸發(fā)生突變，進(jìn)而阻止其復(fù)制、轉(zhuǎn)錄等一系列繁殖活動(dòng)；直接損害

細(xì)胞，抑制細(xì)胞的活性；在水中通過輻照產(chǎn)生自由基，直接殺死細(xì)菌。紫外殺菌器的主要結(jié)構(gòu)包括：

殺菌器筒體、紫外燈管和套管、清洗機(jī)構(gòu)、動(dòng)力結(jié)構(gòu)等部分組成。在處理壓載水的過程中，水的流程

可以分為三個(gè)階段：進(jìn)水、殺菌和出水。按照該處理過程的特點(diǎn)應(yīng)將紫外殺菌的形式定為過流式。

紫外線穿越石英套管進(jìn)入水中時(shí)，其照射強(qiáng)度隨光源輻照半徑的增加而減弱。其衰減滿足指數(shù)

衰減規(guī)律，即朗伯定律：

wd

II0e(17)

式中：I0—初始輻照強(qiáng)度(W/cm2)；

w—光的吸收系數(shù)(cm－1)；

d—水層厚度(cm)。

紫外線穿透能力隨在水中的輻照半徑增加而下降。

紫外線殺菌動(dòng)力學(xué)實(shí)質(zhì)是光化學(xué)反應(yīng)。但是，當(dāng)紫外線殺菌過后，微生物還會(huì)有一系列的光復(fù)

活或者暗復(fù)活的反應(yīng)，這又屬于生化學(xué)反應(yīng)。二者比較來說光化學(xué)反應(yīng)占了主導(dǎo)。

n

紫外線殺菌的反應(yīng)速率方程為：rA(dNA/dt)kNA

兩邊取對(duì)數(shù)可得到：lg[(dNA/dt)]lgknlgNA

其中：n—反應(yīng)級(jí)數(shù)；

k—反應(yīng)速率常數(shù)。

紫外線殺菌一般都是一級(jí)反應(yīng)，所以n=1，由此便可得到紫外線殺菌滿足一級(jí)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模

型：

kItkD

NN0eN0e(18)

式中：N—經(jīng)紫外線照射后菌體濃度(個(gè)/l00ml)；

N0—初始菌體濃度(個(gè)/l00ml)；

k—速率常數(shù)(cm2/W·S)，美國EPA設(shè)計(jì)手冊推薦值為0.067－0.38；

D—紫外輻照劑量(J/cm2)；

I—紫外線燈的輻照強(qiáng)度(W/cm2)；

t—輻照時(shí)間(s)。

由此可得出，紫外線對(duì)微生物的殺滅效果與微生物的初始濃度有著密切的聯(lián)系，同時(shí)與紫外燈

管的照射劑量成指數(shù)關(guān)系。繼續(xù)對(duì)上是進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)變換可得到：

N

lgkItkD

N0(19)

經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)，一級(jí)反應(yīng)公式對(duì)病毒殺滅率的適用性可達(dá)99.999％(也稱5個(gè)lg)，對(duì)細(xì)菌殺

滅率的適用性也可達(dá)到3個(gè)lg。

殺菌器紫外線燈管的布置選用：徑向輻射(Radial)模型和點(diǎn)源加和(PointSourceSummation，

PSS)模型。

徑向輻射模型假設(shè)：把紫外線燈看成一個(gè)能量均布的直線型光源，在計(jì)算時(shí)，假設(shè)如下。

①紫外線燈所輻射的能量沿?zé)艄茌S向均勻分布；

②紫外線光線垂直于燈管軸線和石英套管外壁，以圓柱面的形式向外輻射能量；

③只考慮水中污染物對(duì)紫外線的吸收，不計(jì)空氣、石英和水界面的折射以及水中污染物的散射

和反射。

點(diǎn)源加和模型假設(shè)：將紫外線燈看成由無數(shù)相互獨(dú)立的點(diǎn)光源組成，且以球面的形式向外均勻

輻射，在計(jì)算時(shí)，假設(shè)如下。

①紫外線燈是由無數(shù)個(gè)各向同性的點(diǎn)光源組成；

②每個(gè)點(diǎn)光源相互獨(dú)立，并以球面的形式向外輻射能量；

③只考慮水中污染物對(duì)紫外線的吸收，不計(jì)空氣、石英和水界面的折射以及水中污染物的散射

和反射。

根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)品的特點(diǎn)以及要求，徑向輻射模型更適合本裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算。

由于所設(shè)計(jì)的殺菌器的筒體為圓柱形，燈管沿筒體軸向布置，因此設(shè)定坐標(biāo)的形式為：筒體的

軸線為x軸，且殺菌器有效部分的中心為原點(diǎn)，過原點(diǎn)且與x軸相垂直的平面為yoz平面，選擇過原

點(diǎn)且相互垂直的兩個(gè)半徑方向分別定為y軸和z軸。

若殺菌器內(nèi)只有一根紫外線燈管，其軸線位置與殺菌器軸線相重合。根據(jù)徑向輻射的假設(shè)條件

可得到殺菌器內(nèi)部任意半徑圓柱面上的任意一點(diǎn)的紫外線輻照強(qiáng)度：

P

I0

2rL(20)

式中：P—紫外線燈管的輸入功率，W；

—紫外線燈對(duì)紫外線的轉(zhuǎn)化效率；

L—紫外線燈的有效長度，m；

r—沿?zé)艄茌S線的任意柱面半徑。

由于紫外線燈在正常的工作的時(shí)候不能與水直接接觸，需要石英套管的保護(hù)，因此當(dāng)紫外線穿

過石英套管的時(shí)候還會(huì)有一部分功率損失，損失的大小與石英套管的吸收率q有關(guān)。紫外線經(jīng)過石

英套管后，便進(jìn)入水中，而在水中的傳播規(guī)律滿足前面所述的朗伯定律。故可以得到紫外線在水中傳

播輻照強(qiáng)度I的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

P

wdwqwdw

II0qee

2rL(21)

式中：q—紫外線對(duì)石英套管的穿透率；

dw—水層的厚度，m。

drRR

wq，r是沿?zé)艄茌S線的任意柱面半徑，q是石英套管的外半徑。

由式(21)可知，Imin將會(huì)出現(xiàn)在距離燈管軸線最遠(yuǎn)的圓柱面上，對(duì)于單根燈管來說，Imin的

具體位置是反應(yīng)器的內(nèi)壁圓柱面。

I

對(duì)于其平均輻照強(qiáng)度，由徑向輻射模型的假設(shè)條件可知，沿x軸的任意平面上的平均輻照強(qiáng)

度都是相等的。因此，整個(gè)殺菌器的平均輻照強(qiáng)度就等于任意x截面上的平均輻照強(qiáng)度，即I(x)。

由于紫外線殺菌器軸向任意截面為中心對(duì)稱圖形，故求截面的平均光強(qiáng)的時(shí)候，只需要計(jì)算1/8

的圓環(huán)即可。將直角坐標(biāo)變換為柱坐標(biāo)，即xx，yrcos，zrsin，根據(jù)輻照功率等

于光強(qiáng)與面的乘積可得：

p

I(x,r,)dAqe(rRq)rdrd

2rL(22)

對(duì)式(22)兩邊積分得：

2r2p

I(x)Adqe(rRq)rdr

1r12rL(23)

22

A(RRq)(0,)

根據(jù)以上邊界條件可知，8，4，r(Rq,R)，R為反應(yīng)器的內(nèi)壁半

徑。帶入式(23)可得：

8Rp(rR)p1(RR)

4qqqq

I(x)22derdr22[1e]

0Rq

(RRq)2rL(RRq)L0.2326(24)

式(24)即為單根紫外線燈管殺菌器的平均輻照強(qiáng)度，如圖6所示。

圖6紫外線燈管分布圖

為了保證殺菌器的殺菌效果，所設(shè)計(jì)的殺菌器平均殺菌劑量要在250000μJ/cm2以上。

3.1.3“船舶壓載水管理系統(tǒng)超聲波輔助殺菌器效能設(shè)計(jì)”的原則

超聲波氣穴凈化器就是利用超聲波對(duì)被處理的壓載水進(jìn)行超聲震蕩，使其在液體介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生機(jī)

械剪切力和空化效應(yīng)。超聲波的聲強(qiáng)即為超聲波功率，用單位輻照面積上的功率密度來(W/cm2)衡量，

超聲波殺滅浮游生物的聲強(qiáng)范圍在1～100W/cm2。頻率范圍在20～750kHz之間。超聲波氣穴凈化器

設(shè)計(jì)應(yīng)滿足船舶壓載水的過流面積，并竟可能使過流壓載水在超聲波氣穴凈化器中有足夠時(shí)間，超聲

波氣穴凈化器結(jié)構(gòu)如圖