压载水处理中的化学盲区在全球多数港口未被追踪
要点速览
- •IMO《压载水管理公约》自2017年起生效,监管的是生物杀灭率和残余氯限值,但并不追踪真实港口水体中的累计消毒副产物。
- •大型船舶常用的电解氯化系统会生成平均约247微克/升的溴仿,约为冷却水或海水淡化排放中测得水平的10倍。
- •2022年的综述估计,全球压载水处理每年向海洋释放约860吨溴仿,但目前不存在标准化的港口级监测体系。
- •澳大利亚ABARES于2019年对真实港口进行风险评估,发现Port Hedland和墨尔本的多种消毒副产物超过安全环境阈值,但此后尚未开展实物采样。
- •IMO指导文件对全球压载水转移量的估计不一致,同一文件中分别给出每年30亿至50亿吨和100亿吨两个数字。

压载水处理系统的评估,主要依据其杀灭外来入侵生物的能力,而不是其氧化过程留下的化学残留。随着全球港口每年排放数十亿吨压载水,主管部门对有多少溴仿及其他消毒副产物正在港池水体中累积,仍缺乏清晰认识。Alex Byelyavtsev船长报道。
压载水处理的设计目标很明确:应对海洋间活体生物转移这一特定生态威胁,因为其中一些物种会在非原生环境中定殖。国际海事组织《压载水管理公约》直接处理这一问题——只要处理系统能够杀灭舱内生物,就可获得批准;只要排放时浓度符合限值,排放即属合法。该公约于2017年生效,分阶段实施安排意味着全球船队中越来越多的船舶每年都被要求安装处理系统。尚未得到解决的是,这些活性化学物质一旦进入港口后将如何演变。
并非所有处理系统都会引入化学物质。紫外线(UV)处理不会向水体添加任何化学剂。以氧化剂为基础的系统,主要是电解氯化,会利用海水在压载舱内生成氯。电解氯化之所以被大型船舶广泛采用,是因为UV系统需要相当大的功率和空间才能达到规定的生物杀灭率。尽管氯能有效杀灭生物,但在海水中它不会长期以氯的形式存在。它会与溴离子和有机物反应,生成溴仿、溴酸盐、氯酸盐以及一系列溴代酸——这些化合物统称为消毒副产物。
IMO知道这些副产物的存在。其科学咨询机构GESAMP(海洋环境保护科学问题专家联合组)保存着相关清单。制造商在系统获批前,必须按照IMO的程序(G9)对这些物质进行测试。不过,这项风险评估并不是针对真实港口条件进行的,而是采用GESAMP所称的“模型港”(Model Harbour)——一种标准化的、假设性的参考环境。排放限值只针对残余氯。系统进入广泛商业运营后所带来的累计化学负荷,则没有任何机制进行追踪。相比之下,城市饮用水和污水处理长期以来都受到受监管的副产物监测制度约束;压载水排放则没有类似的港口级监测。
当规模扩大后,问题就会显现。排放浓度以微克/升计量,用于判断单船排放是否越过监管阈值。与此相对,压载水的体量以吨计,只有少数司法辖区对其进行统计。以新加坡为例,基于货运量的建模估算年度压载水排放量约为1.9亿立方米。船舶并不需要报告其在哪里排空压载水。IMO自身的指导文件在同一份文件中给出了不一致的数字:一处称全球压载水转移量为每年30亿至50亿吨,另一处则写为100亿吨。对于压载水体积尚且没有统一测量方法,更不用说其中所含的消毒副产物了。
一旦把浓度数据与真实年度排放量并列,计算结果就会改变。2022年发表于《Water Research》的综述直接测量了经处理压载水中的消毒副产物,发现溴仿平均浓度约为247微克/升,大约是同一研究团队在冷却水或海水淡化排放中测得浓度的10倍。压载舱对氯剂的保留时间更长,且稀释程度低于这两类系统。基于这些发现,该综述估计,全球压载水处理每年向海洋释放约860吨溴仿。另一个针对新加坡和珠江三角洲的建模研究发表于《Ocean Science》,并采用欧盟Copernicus Marine Service的海流数据,估算来自压载水溴仿的区域溴输入约为每年8至63吨。
溴仿会挥发,在开阔水域中,其中很大一部分会从海面转移到大气中。新加坡的建模结果证实,当地生成的大部分溴仿确实会走这一路径。在水体交换缓慢的港口,水体交换本身是其主要移除机制。福斯湾和波斯湾的证据已经表明,当同样的化学过程通过工业排放口进入半封闭水域时,会发生什么:溴仿在排放点附近富集,相关化合物在海洋组织中的积累浓度比周围水体高出数千倍。压载水排放并未被纳入这些区域评估,在世界大多数地方也同样如此。
2019年,澳大利亚农业与资源经济科学局(ABARES)将同样的风险评估方法应用于真实港口,而不是假设性的模型港。于Port Hedland,即便在一个合理的排放情景下,二溴乙腈仍超过其安全环境阈值。在墨尔本,单氯乙酸在所有建模码头都超过阈值,而二溴乙酸在Appleton Dock也超过阈值。该报告建议进行实地采样以验证结果。就公开记录所示,至今尚无人执行此类采样。
这并不是反对氧化型处理。公约已经解决了其设定要解决的问题。GESAMP在审批阶段审查相关化学过程,且对残余氧化剂的排放限值是真实有效的。对大多数港口而言,问题的另一面仍然缺失:它们每年接收多少经氧化处理的压载水、其水体与外海交换的速度有多慢,以及连续排放十年后累计化学负荷会达到什么程度。新加坡已有一个模型。澳大利亚也已有一个。大多数港口则没有。