船舶压载水具有较强的流动性，是物种空间转移的主要途径。正是这种便利的随船运动方式使得外来生物在到达水域很快地繁衍生长，进而侵占本地物种的生长水域或直接破坏其生存环境，从而导致本地物种的消失和减弱，使港口周边的渔业遭受致命打击，给当地造成巨大的经济损失。伴随着国家社会经济和海运业的繁荣与发展，船舶大型化以及远洋船舶压载水外来生物入侵事件将产生更大的海洋生态环境污染损害及其环境灾害风险隐患。在国内外科研人员不懈的努力下，紫外线压载水处理技术以其自身的优势，必将有着广阔的发展前景，并将对社会的发展做出重要的贡献。
船舶要在海上安全航行，必须根据当时的装载状态和自身性能加载一定量的压载物，其作用是保证船舶具有良好的稳性和浮性。自19世纪80年代以来，船舶开始普遍采用水作为压载物，称之为船舶压载水。然而，船舶压载水却为不同水域间一些物种的传播提供了便利条件。目前，每年全球船舶携带的压在水有一百多亿吨，全球每天在压在水中携带的生物有3000~4000种。到目前为止，全球已确认有500种左右的外来生物物种是由船舶压载水传播的，这些生物一旦入侵新的适宜生存区域，就能不可控制地进行疯狂繁殖，掠夺本地生物作为食物，使得有害寄生虫和病原体大面积迅猛传播，严重破坏当地的海洋生态平衡。
1. 紫外线处理压载水的原理
紫外线处理压载水可以用波长为253.7nm的紫外线对压载水照射进行。水中微生物一旦受到紫外线照射，将吸收紫外线照射的能量，其实质是核酸对紫外线能量的吸收。核酸是一切生命体的基本物质和生命基础，分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)两大类。核酸吸收紫外线达到一定剂量时，DNA分子发生变异，从而引起微生物体内蛋白质和酶的合成障碍；另一方面，产生的自由基可引起光电离，从而导致细胞死亡。研究显示，大多数细菌、病毒仅接收相对较低强度的紫外线照射，当照射强度达到10000μW/(cm/s)的剂量时，细胞便会被不同程度破坏而死亡。
2.紫外线船舶压载水处理技术的研究与应用现状
紫外线水处理技术的应用研究是在20世纪末21世纪初兴起的，国外使用UV辐射进行灭菌消毒己有多年历史。根据国际船舶压在水和沉积物管理与控制公约的规定，压载水的处理是指为杀灭去除压载水和沉积物中的有害生物和病原体，使其失去繁衍能力。在众多压载水处理技术中，紫外辐射技术由于具有高效性、广谱性、无二次污染、运行安全可靠和能够连续大水量消毒等优势，得到了大量研究。美国大学研究了过滤和紫外线联用的压载水处理技术，研究结果表明，对于50微米以上的微生物平均灭活率是80%，50微米以下的微生物平均灭活率是95%。上海海事大学的孙永明对紫外线处理船舶压载水的可行性进行了初步研究，指出紫外线可以用于船舶压载水的处理，配合船舶主机缸套冷却水处理效果更好[1]。哈尔滨工业大学的尤宏等人用光催化反应器处理船舶压载水，在紫外辐射和羟基自由基的共同作用下，迅速杀灭其中的微生物，达到净化水质的要求[2]。大连海事大学的刘飞等人介绍了旋流—紫外线组合的压载水处理方法。旋流分离作为第一级预处理，分离较海水密度大的固体悬浮颗粒和微生物，紫外线作为二级处理，灭活海水中残存的微生物和细菌[3]。大连海事大学的张曼霞等人将一种新型的微孔陶瓷过滤器与紫外辐射装置结合起来，自主研发建立了一套新型的处理船舶压载水的装置，选取体长小于50μm但大于10μm的青岛大扁藻作为研究对象，测定该装置对压载水中浮游生物的去除能力[4]，如图1。挪威研发的紫外线压载水处理设备是第一个用于实船的设备[5]。在实际应用中，对紫外线反应器处理量的连续调节，可以达到7000m3/h，其压载水处理设备的系统图如图2。
图1 压载水处理实验装置
1-进水储罐；2-阀；3-立式离心泵；4、8、10-取样口；5、7-压力表；6-过滤器；9-紫外灯装置；11-出水储罐
图2 挪威OPTIMAR压载水处理系统
3. 国内外有关紫外线消毒船舶压载水处理设备及方法介绍
3.1. 海诺威采用紫外线消毒船舶压载水[6]
为了帮助邮轮、油船、半潜自升式钻井平台和其他大型远洋船舶满足国际海事组织压载水排放要求，英国紫外线消毒专业公司——海诺威公司近日同3家系统集成器公司联手推出了安装和使用方便的、经过验证的船舶压载水处理系统。
为了帮助船舶经营公司满足这些要求，海诺威公司与系统集成公司，研发出一套紫外线消毒处理船舶压载水的集成系统。该系统与过滤器配合使用几乎可以杀灭或去除压载水中所有的微生物。该综合系统由一个高强度、中等压力紫外线消毒装置和一个自动反冲过滤器组成。在经过过滤器去除了较大的有机体后，压载水将流入紫外线消声室以便消灭较小的生物体。在减压载过程中，压载水绕过过滤器后再次流入紫外线消毒室，通过紫外线再次照射杀灭所有残留的微生物。
该集成系统有如下优点：
a. 体积小，可以安装在任何角落；
b. 配有全自动在线清洗装置，保持紫外线“灯”始终洁净；
c. 可单独设置主控PLC单元，也可并入船舶自动化网络；
d. 维护简单，船员只需每年更换一次紫外线灯管和一些非经常性的预防性保养。
3.2 船舶压载水联合处理方法[7]
本发明提供的是一种船舶压载水联合处理方法，其流程图如图3。包括高梯度磁过滤和紫外辐射处理两个步骤；高梯度磁过滤步骤是将高梯度磁过滤器串联在压载泵向船舶压载舱加压载水的输出端口处，采用高梯度磁过滤器对船舶压载水进行高效过滤，去除尺寸为50微米以上的浮游生物和悬浮颗粒；紫外辐射处理步骤是在高梯度磁过滤步骤之后，采用紫外辐射处理船舶压载水。本发明的优点为：容易实现自动化，工作高度可靠，维修量适中，占地面积少；安全可靠，不产生有害的消毒副产物，杀灭或抑活船舶压载水中的微生物效果明显，符合环境保护要求；处理水量大，不受自然温度的影响；高效快速，实现在管道输送压载水过程中去除压载水中的细菌、病毒、原生动物等。
图3. 船舶压载水联合处理流程图
3.3. 低压高强紫外线船舶压载水处理设备[8]
本发明属于船舶压载水处理设备领域，特别涉及一种低压高强紫外线船舶压载水处理设备，如图4。进水异径管与设备壳体通过连接法兰连接，在设备壳体内靠近进水异径管处设置支撑盘，支撑盘的中心设置支撑盘中心轴，并设置连接支撑盘与设备端盖之间的设备中心轴，在设备中心轴与设备壳体之间安装分组式布置的低压高强度紫外线灯管。压载水由进水异径管前端设置设备进水口进入设备，经过紫外线灭菌后，由设备壳体底部设置出水口排出。本发明的有益效果为：
a. 使用低压高强紫外线灯管，可提供紫外线消毒剂量：100-400mj/cm2，既能产生高剂量紫外线，又能节约电耗。
b. 本系统对鸳鸯船舶压载水处理中存在的海藻和其他浮游生物有高效的灭活作用。
c. 对海水中细菌、病毒和其他对航洋生态有害的外来生物有较好灭活作用
d. 不需要添加任何活性物质，不产生对环境有害的活性物质。
e. 设备自动化程度高，占地面积小，结构紧凑，工作稳定，效率高。
图4 低压高强紫外线船舶压载水处理设备示意图
1-进水口 2-进水异径管 3-连接法兰 4-支撑盘 5-支撑盘中心轴6-中心轴 7、8-低压高强度紫外线灯管 9-设备壳体 10-出水口
4.紫外线消毒压载水技术展望
用紫外线处理船舶压载水，可有效地杀灭压载水中的细菌、微生物，而大量的外来有害水生物则可通过保持紫外线照射时的热源来杀死。但紫外线处理压载水受到多种因素的影响，尤其是压载水水质的影响。在使用中，海水的浊度大小会影响紫外线的穿透能力，从而降低紫外线杀灭细菌、微生物的效果。在用紫外线杀灭细菌、微生物的同时，也会出现微生物的光复活现象。各种微生物由于紫外线的照射受到损伤以致死亡，但微生物自身对损伤又有一定的修复能力，而这种修复能力又与可见光长时间接触有关；所以，在进行紫外线处理压载水时，为减少出现微生物的光复活现象，用循环的方式是比较有效的。另外，紫外光容易被悬浮物质和黄色物质即溶解性有机物所吸收，而且较大颗粒的悬浮物质能遮挡紫外光，从而导致杀灭率下降。因此，利用紫外辐射技术处理船舶压载水时，压载水的过滤工艺至关重要。