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 流動的污染源; (3)船舶目前使用的含

2、氯氟烴（氟利昂CFCs）及 其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，它亦會在大氣中氧化而形 成酸雨，對人類及動物產(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

3、刺激性的 氣體，它在濃度低時對人體健康無明顯影響， 高濃度時會造成人與動物中樞神經(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)境中停留時間過長的話，還會使人因 肺氣腫而死亡。同時，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

4、主要污染源。 COX主要成分是CO和CO2， CO2作為全球溫 室氣體（GHG）中的主要成分，主要會 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，

5、 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，會引起頭痛、惡心、嘔吐、 乏力等癥狀，嚴(yán)重時甚至引發(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?/p>

6、態(tài)儲運(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)和存儲過程中，產(chǎn)生石油、成品油及各 類液體化學(xué)品蒸氣，其擴(kuò)散會對港口大氣環(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)儲運(yùn)貨種為光化學(xué)反應(yīng)活 性較高的烴類時（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)輸和岸邊儲存過程 中的溢出、泄漏事故存在潛在的污染風(fēng)險。許多 液體散

7、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期的空 氣污染與生態(tài)損害。因此，堅強(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3

8、7次環(huán)保會（MPEC37）上，在 MARPOL73/78國際公約原有的5個附則的基礎(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，其生效條件是要有不少 于15個國家參加，該15國所擁有的商船隊的總噸 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 年開始實施。嚴(yán)格履行國際公約中所規(guī)定的義務(wù)， 貫徹和落實國家的

9、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 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

10、 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）， n2000 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

11、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

12、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 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

13、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 加以重點說明。 1.燃油乳化 燃油摻水乳化能較大幅度地減少NOX。標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計的發(fā)動機(jī)滿負(fù)荷時可以加入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，增加一個百分點的水 將減少一個百分點的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

14、硫燃油時，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排放的一項有效措施， 越來越受到重視。 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

15、，方允許引入氣缸再循環(huán)使用。 優(yōu)點：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：如果使用不當(dāng)，會招致冒煙和其它有害污 染物的增加；另外，循環(huán)廢氣會造成潤滑油的污 染及發(fā)動機(jī)的磨損。 3.延遲噴油定時 延遲噴油定時是在燃燒過程中降低NOX發(fā)生 量的簡便、有效的改進(jìn)方法。延遲噴油定時的作 用主要是使燃料燃燒所形成的溫度顛峰值降低， 但會使油耗率略有增加。 通過調(diào)整噴油規(guī)律，減少上止點前噴入氣缸 的燃油量；或者調(diào)整氣閥正時，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，改動噴油嘴噴孔數(shù)目、孔徑和長度等。 4.燃油

16、-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)給水量是由一個控制器根據(jù)發(fā)動機(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)的容量要相對增大，同時由于不能加入任 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)，

17、 而不和氧發(fā)生反應(yīng)，稱為選擇性催化還原法。 優(yōu)點：效果好，可除去高達(dá)95的 NOX，部 分煙氣和碳?xì)浠衔镆鄷籗CR中的反應(yīng)器的氧 化作用除去。 缺點：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)荷變化時難以適當(dāng)?shù)乜刂?噴入量，另外，在船舶環(huán)境下，還原劑的裝卸、 儲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 、粉塵污染情況 散裝船舶在裝卸轉(zhuǎn)運(yùn)儲存過程中而產(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)重時會

18、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)散速率與氣流脈動速度、空氣穩(wěn)定 度、懸浮高度、粒徑大小、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，因此裝卸存儲方式、工藝設(shè)計環(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)

19、鍵因素。目 前的港口設(shè)計一般能夠做到：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存。當(dāng)設(shè)備密封性 差、吸塵系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，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，則起塵率 減少。當(dāng)表面含水率超過6%時，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)

20、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：簡單易行，投資少，效果好，維 修使用方便。 噴水降塵缺點：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個月噴水設(shè)備不能運(yùn)行和使用，達(dá)不到 要求。此外，噴水防塵易使排水變黑，形成二次 污染，而且也會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，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，防塵效率一