港口水域船舶壓載水采集及快速分析技術概述

李 濤，田玉軍，文嘉鵬

（交通運輸部水運科學研究所，北京 100088）

0 引言

依據交通運輸部水運科學研究院核算，2016年我國船舶壓艙水輸出量分別為長江三角區域29 700萬噸、環渤海地區41 400萬噸、珠江三角區域14 500萬噸、東南沿海地區4 900萬噸以及西南地區5 200萬噸。其中環渤海區域輸出到境外的壓艙水量最大，占全國總量的42%。環渤海區的船舶需重點關注國際航行船舶到他國排放壓艙水的達標情況，以防出現排放不達標而造成船舶滯留或處罰，從而影響國際貿易的進展。按照國際海事組織要求，在壓載水管理公約經驗積累期階段，對已安裝壓載水管理系統的國際航行船舶進行取樣、快速檢測和實驗室檢測，通過樣品數據采集和分析對現有的壓載水處理技術進行驗證。

本文針對壓載水管理的相關技術和流程進行了初步梳理，對壓載水的取樣、快速檢測現有技術方法進行了調研和分析。

1 壓載水快速檢測設備適用性研究

1.1 壓載水PSC監管需求

《壓載水公約》在MEPC71次會議最終審議批準了公約B-3條關于D-2標準實施日期的一個折中方案，其中要求所有400總噸以上的國際航行船舶的壓載水處理系統均需在2017年9月8日之后的相應時間節點的IOPP證書換證檢驗時，滿足IMO A.1088（28）和海上環境保護委員會第69屆會議（MEPC 69）的要求，對壓載水的排放需滿足D-2標準[1]，即需安裝壓載水處理系統，處理后的壓載水需要滿足公約中規定的壓載水性能標準（Ballast Water Performance Standard）：船上的壓載水在排放到港口海域之前，必須通過一定的設備對壓載水中的水生生物進行滅殺處理，使壓載水中的有害生物存活率達到一定的限定指標（見表1），從而不再對接收港（排放港）水域造成不利影響[2]。

表1 壓載水排放性能標準（D-2標準）Tab.1 Ballast water discharge performance standard（D-2 standard）

另外，MEPC70會議支持構建壓載水公約實施路線圖的經驗積累期。經驗積累期分為數據收集、數據分析和公約審議及修訂三個階段。在經驗積累期內，需要收集眾多數據。其中，試用期期間使用的取樣分析方法及結果是一個重要的內容。

1.2 主流技術及原理概述

目前國際主流的壓載水快速檢測技術，主要包括脈沖調制葉綠素熒光法、流式細胞技術、FDA染色脈沖計數法和ATP法這四種技術，基本涵蓋了全球各國研發設備的基本情況[3]。目前掌握該技術并已推出產品的主要有美國、德國、丹麥、日本、韓國和我國，其中各國主要技術路線基本相似。表2對不同壓載水快速檢測原理的方法從原理、優缺點、檢測時間、可信度、對化學品試劑的需求等方面進行了對比。

表2 壓載水快檢設備檢測原理比較Tab.2 Comparison of detection principles of ballast water quick detection equipment

2 壓載水快速檢測設備的影響

依據公約D-2的排放標準，壓載水檢測需要包含不同粒徑的生物（含浮游動植物）、指標微生物等。但目前的快速檢測設備主要滿足浮游動植物等生物的檢測，針對微生物（細菌）的快檢設備目前國際上設備極少且可靠性不高。

從監管工作的實際出發，本文采用了快檢設備的比對實驗測試設備對10～50 μm粒徑的水中生物的檢測能力，因為現有掌握設備都只具備檢測10～50 μm區間的能力。同時50 μm以上樣品區間需要對1立方樣品進行濃縮，1立方樣品中含有生物數量是否小于或大于10個存在較大的偶然性。細菌檢測是壓載水快速檢測無法完成的。因此，只有10～50 μm區間才是反映壓載水是否滿足D-2標準的處理效果的最可靠的檢測區間。從取樣的便捷度考慮，以后國內港口國監督檢查也將聚焦在10～50 μm區間。所以實驗方案將只針對10～50 μm進行檢測，不設置50 μm以上和微生物的檢測。

國內外現有設備中采用脈沖調制葉綠素熒光法的設備數量最多。實驗中雖然采用了3種脈沖調制葉綠素熒光法，但實驗結果并沒有呈現均一化。這和估算技術、計算數據庫、產品硬件調校有關。所以單一看一種技術并沒有特別的突出優點。

補充實驗中，FDA染色脈沖計數法表現出了較好的結果一致性，但因為兩次實驗采用的水樣不同，檢測標準不同，所以無法對兩次實驗中的快檢設備進行直接比較。另外每家快檢設備廠家都在不斷更新設備，所以所做實驗結果僅作為判斷某種技術原理方法可行性的依據，不對技術原理和快檢設備做出優劣性的評判。

現有主流快檢設備中，分別采用脈沖調制葉綠素熒光法（PAM）、微流控法、ATP法和FDA染色脈沖計數法。由于ATP法采用6種品名的化學試劑，試劑未經過人體安全性和環境危害性檢驗，前處理容器過多且復雜，前處理環節每一個步驟都有可能造成操作誤差，對操作人員操作技術要求較高。因此課題組認為ATP法目前不適合作為未來港口國監督采用的快檢設備。其余三種技術原理，即脈沖調制葉綠素熒光法（PAM）、微流控法和FDA染色脈沖計數法都是可行的技術方法。

設備供應商技術服務量化評價指標體系是評估設備的使用、維護、費用等一系列條件的量化指標體系。為了保證快檢設備設施的服務應用能夠實現高效性和可持續性，該評估指標范圍應與海事部門應用過程中的主要問題具有良好的一致性。

3 我國經驗積累期壓載水檢測結果

交通運輸部水運科學研究院與江陰海關合作，在2021年開展經驗積累期港口國督查船舶壓載水D-2排放標準檢測。包括國際航線船舶和國內航線船舶，部分船舶沒有安裝壓載水管理裝置。如圖1所示，2021年累計檢測23艘次船舶，其中超標船只達14艘次；此輪檢測匯總船舶壓載水港口國督查中D-2排放，船舶不合格率達到61%，不合格率較高是由于大部分船舶還未加裝船舶壓載水處理設備。

圖1 船舶壓載水D-2排放標準符合性檢測Fig.1 Compliance test of D-2 discharge standard for ship ballast water

如圖2所示，檢測的23艘次船舶中腸球菌和有毒霍亂弧菌合格情況良好，均符合D-2標準，大腸桿菌僅1艘次不達標。10～50 μm活體浮游生物計數超標船只有6艘次，占比26%，大于50 μm浮游生物活體計數超標船只有14艘次，占比61%，其中有一個原因可能是大于50 μm活體浮游生物取樣體積較大，達到1立方米，因此超標率要大于10～50 μm活體浮游生物計數超標率。

圖2 船舶壓載水D-2排放標準分項目檢測情況Fig.2 Inspection of sub items of D-2 discharge standard for ship ballast water

4 結語

本文通過壓載水帶來生物入侵風險防控檢測措施來提高港口綠色水平，依據船舶壓載水PSC監測過程中需要重點關注的監測設備選取原則，提出不同類型設備存在的問題和需要考慮的條件。并對經驗積累期國際航行船舶檢測結果進行了分析。如果快檢結果證明壓載水排放超標，需要對水樣進行保存并盡快提交有資質的實驗室進行實驗室檢測認定，才可作為處罰的依據。