大连海事大学船舶防污染技术防止船舶有害防污底系统污染.ppt
,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,1,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,Chapter 11 Prevention of Harmful Anti-fouling System from Ships,主要内容：海洋生物对船舶污损造成的危害；影响海洋生物附 着的因素；防治海洋生物污损的方法；TBT的主要危 害；控制船舶有害污底系统的方法；目前船舶有害 防污底系统的替代方法。,一、船舶海洋污损生物附着1.海洋环境腐蚀特征 船体表面区域分为海洋大气区、浪花飞溅区、吃水差区、海水全浸区和海底泥土区（海洋结构物)。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,2,第一节 船舶有害防污底系统及其危害,Section 1 Harmful anti-fouling system from Ships and its danger,2.船舶海洋污损生物附着危害 海洋附着生物也称海洋污损生物（Marine fouling organism),是生长在船底和海中一切设施表面的动物、植物和微生物的通称。其危害作用称为生物污损(biofouling)，防除生物污损称为防污底(antifouling)。船舶海洋生物污损率为5%时，船舶所受阻力相当于洁净表面的2倍，燃料消耗增加10%。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,3,海洋生物污损可造成如下危害：（1）增加船舶航行阻力；（2）堵塞管道；（3）加速金属腐蚀；（4）损坏海洋仪器；（5）影响水产养殖业的产量和质量；（6）影响海上石油平台的安全性；（7）导致海洋病虫害的船舶与扩散。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,4,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,5,3.海洋生物附着过程及其影响因素,水线部位以藻类和藤壶为主，并且附着速度快；船底部位则以贝壳类和软体动物为主。,海洋生物附着的因素宏观地归纳如下：（1）海洋生态环境；（2）海水相对速度：当海水相对流速大于5Kn,生物不能附着；（3）附着表面的性质；光滑表面不利于附着；低表面能、表面憎水不利于附着；坚硬的表面上容易附着；在柔软和不稳定的表面上难以附着；表面强酸或强碱的环境，以及一定浓度的防污剂可防止生物附着。（4）光照、电场及辐射等。第一个方面的因素可以监测而难以人为调控，后三个方面的因素在一定程度上人为地选择、控制和调节。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,6,二、防治海洋生物污损的方法1.物理防污底法采用物理手段如提高流速、过滤、超声波等来达到防污底的目的。主要有人工或机械清除法、过滤法、加热法、紫外线法、利用淡水法和低表面能涂料防污底法等。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,7,2.化学防污底法采用化学物质对海洋污损生物进行毒杀，阻止其附着。1）直接加入法：直接将一些有防污底效果的化学物质加入海水中，抑制或杀死污损生物。2）海水直接电解法：用钌钛阳极，直接以海水为电解液进行电解，在阳极产生氯气，氯气与海水反应生成次氯酸盐，利用生成的氯和次氯酸盐来杀死海洋污损生物。最新成果：电解技术与涂层技术结合，在金属的外层涂刷绝 缘漆层，然后涂上一层导电涂料，以导电涂料为 阳极电解海水，通过在阳极产生氯气和次氯酸盐 达到防污目的。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,8,3）电解重金属法：以重金属（铜）作为阳极在海水中电解，重金属溶解生成重金属离子，利用重金属离子的毒性来杀死海洋污损生物。电解铜铝技术以铜铝为阳极，生成的铜离子作为杀生剂，生成的铝离子形成絮状物作为铜离子的载体，粘附在海生物易附着的地方起到防污底效果。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,9,4）化学防污底涂料法：在结构物接触海水的表面涂装涂料，涂料中含有化学毒性物质，在海水中这些毒性物质缓慢均匀地释放出来，抑制海洋污损生物的附着和生长。分为溶解型防污底涂料和不溶型防污底涂料。溶解型防污底涂料：涂料中基料在海水中溶解，涂料中的毒性 物质随着基料的溶解而释放出来。常用的涂料用松香作为基料，毒性物质为氧化亚铜和有机锡。不溶型防污底涂料：是指涂料中的基料在海水中不溶解，而毒 性物质在海水中溶解释放来阻止污底产生。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,10,3.生物防污底法 采用生物活性物质作为防污剂来防止海洋污损生物的污损。具有防污底作用的生物活性物质包括有机酸、无机酸、内酯等天然化合物。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,11,三、船舶防污底涂料及其危害 在海洋结构物表面涂装防污底涂料是解决污损问题唯一得到广泛应用的既经济又高效的途径。1.防污底涂料发展简史 1）初期：用石灰和沥青。2）中期：20世纪50年代，用氧化铜为主要毒剂。20世纪60年代，用三丁基锡（Tributyltin,TBT）。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,12,作用机理：依靠涂料中活性成份（有毒成份）在负电性的基质（相当于漆层）上分散，活性成份不断从油漆中渗出进入海水中，杀死藤壶和其他吸附在船体上的海洋生物。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,13,3）近期有机锡自抛光防污底涂料（SPC,self-polished coating）。防污底机理：把TBT化合到聚合物（一般为丙烯酸树脂）基体上形 成共聚物，这种防污底漆表层中的共聚物与海水中 的氯化钠发生稳定缓慢的化学反应，释放出溶于水 的氯化三丁基锡，防污底漆表层随之脱落，新的防 污底漆表层中的共聚物继续与氯化钠发生反应，周 而复始，一层一层消耗，直到防污底漆完全耗尽。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,14,优点：可以在船舶表面形成光滑的表面，起到减阻作用，这 样既防止海洋生物对船体的污损，又避免粗糙表面的 形成。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,15,自抛光防污底漆：由于在整个有效期内，TBT和防污底漆中 添加的氧化亚铜及其他杀虫剂的释放速度 都是均匀的，防污底漆附近始终存在一定 浓度的TBT、氧化亚铜及其他杀虫剂，杀 死藤壶和其他吸附在船体上的海洋生物。一般来说，每100um厚的SPC有效期为1年。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,16,2.船舶防污底涂料的危害1）降解慢，在海洋环境中残存时间长；2）生物的富集和积累作用；3）致畸作用。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,17,2003年，我国发布了公告称：2003年1月1日后，不宜在船舶的防污底系统中再使用充当杀虫剂的有机锡化合物，以免将来就此构成违章责任。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,18,防污底系统：用于船舶以控制和防治不利生物附着的涂层、油漆、表面处理、表面或装置。控制船舶有害防污底系统国际公约（AFS 2001）已于 2008年9月18日正式生效。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,19,第二节 公约关于船舶有害防污底系统的要求,Section 2 Requirements to harmful anti-fouling system of ships in convention,一、AFS公约的框架和基本条文AFS 2001共21条和4个附件。附件包括：附件1防污底系统的控制；附件2初始提议所要求的要素；附件3全面提议中需具备的要素；附件4防污底系统的检验和发证要求。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,20,二、适用范围（1）有权悬挂当事国船旗的船舶；（2）无权悬挂当事国船旗、但在该当事国的管辖下营运的 船舶；（3）进入当事国的港口、船厂或近海装卸站但不属于上述 的船舶。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,21,三、公约对防污底系统的控制 根据附件1的要求，各当事国必须禁止和/或限制在公约适用范围内的船舶上施涂、重涂、安装或使用有害的防污底系统。目前附件1仅列出了在防污底系统中作为杀虫剂的有机锡化合物。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,22,四、公约引入了风险预防原则风险预防原则：1992年联合国环境与发展大会在里约环境与发展宣言中明确的一项国际环境法原则，要求各国应广泛采取预防措施，遇有严重或不可逆转损害的环境威胁时，不得以缺乏确实证据为理由，延迟采取符合成本效益的措施。任何当事国如有理由认为一种防污底系统应列入附件1以控制其使用，可以向IMO提出申请附件1修正案提案。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,23,初始提议：认为有害的防污底系统的特性、活性成分或有害 成分；该系统及相关产物对人类健康或非目标生 物构成的危险及有害性的证明和监测数据；减少 相关风险的建议等。全面提议：初步申请中信息的进一步收集和研究；关于有关 成分的详细理化信息；该系统对环境有害影响的 研究；环境或生态风险的概述；实验和数学模型 的分析和研究结果；所使用的研究方法、质量保 障措施等。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,24,五、检验和发证 400总吨及以上从事国际航行的船舶，在投入营运或第一次签发“国际防污底系统证书”前，要求进行初次检验。如果改变或替换了防污底系统而证书未根据本公约加以签证或在船舶改挂另一国国旗时，则“国际防污底系统证书”不再有效。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,25,为有效落实公约，目前世界各国主要采取以下控制措施：制定海水水质标准；建立测定TBT释放速度的方法；提出防污底漆的评价程序和标准；研究TBT的替代方法和天然替代产品以及人工替代产品。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,26,第三节 船舶有害防污底系统的控制方法,Section 3 Control on the harmful anti-fouling system from ships,一、制定海水水质标准 日本制定的标准是：在开放海域为10-3ug/L,在港口、船坞附近的水域为10-2ug/L；法国制定的标准是0.02ug/l；英国制定的标准是0.002ug/L。二、加强科学和技术研究及监测 限制防污底漆中TBT释放速度是目前减少TBT污染的有效措施之一。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,27,三、研究TBT的替代产品和方法评价标准：既要考虑环境因素，还要兼顾社会、经济和航运 业的行业特点。技术方面：替代产品和方法应该是广谱有效，对哺乳动物低 毒或无毒，水溶性小，食物链中不积累，在环境 中不残存，与防污底漆的基本成份相容性好，以 及有理想的性能/价格比。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,28,一、替代产品的研究1.无锡自抛光防污底涂料 Tin-free Self-polishing Antifouling Coating 这种涂料既克服了原有机锡自抛光涂料中因含有机锡毒性高的缺点，又具有自抛光防污底涂料节能的优点。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,29,第四节 船舶有害防污底系统替代产品的研究,Section 4 Research on the alternative products of the harmful anti-fouling system from ships,2.低表面自由能防污底涂料原理：利用漆膜的低表面自由能和较大的水接触角，使液体 在其表面难于铺展而不浸润，达到防止海洋生物附着 的目的。含氟聚合物防污底涂料和含硅聚合物防污底涂料。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,30,3.以碱性硅酸盐为防污剂的防污底涂料 海洋污损生物适宜生长在PH值为7.5-8.0的微碱性海水中，在涂料中添加碱性硅酸盐防污剂，在环保的前提下，起到海洋防污底的作用。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,31,4.含生物活性物质涂料1)含天然活性生物材料的涂料 海洋动植物和微生物体内，存在具有防污底活性的物质，可以防止生物附着，而自身是无毒的。所以可以用海洋生物提取物做防污剂。2）含人工活性生物材料的涂料,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,32,5.表面植绒型防污底涂料原理：海豚皮肤上有一层十分不稳定的绒毛，即仿生学。,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,33,6.含纳米无机填料的防污底涂料杀菌机理：带正电荷的抗菌成分接触到带负电荷的微生物细 胞后，可相互吸附，并有效地击穿细胞核，使细 胞蛋白质变性，无法呼吸、代谢和繁殖，直至死 亡。7.添加天然硅晶体的防污底涂料 天然硅晶体压电材料8.含植物提取物的防污底涂料 辛辣型天然防污剂,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,34,二、替代方法1.物理清除2.镍合金做船壳3.刺状涂层4.超声波5.电解,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,35,Marine Pollution Prevention Technology,船舶防污染技术,第十一章 防止船舶有害防污底系统污染,36,The end of chapter 11,
