稀释对评估大型游轮废水排放可能影响的意义
Lincoln C. Loehr a, * , C.-J. Beegle-Krause b,1 , Kenwyn George c , Charles D. McGee d ,Alan J. Mearns b,1 , Marlin J. Atkinson e
摘要
为了回应公众对大型游轮排放的担忧，阿拉斯加环境保护署（ADEC）在2000年夏季抽取了大量废水。数据显示，黑水（污水）的基本海洋卫生设备（MSD）技术未能如预期执行。未经处理的灰水具有高水平的常规污染物和惊人的高水平细菌。黑水和灰水排放有时都超过国家有毒物质水质标准。国家召开了一个科学咨询小组（小组），评估与游轮废水排放有关的影响。流出的数据受到广泛的媒体报道和大量的公众关注。因此，立法决定是在国家和联邦一级作出的，在小组完成评估之前已经规定了条例。小组证实，随着移动邮轮的快速稀释，2000年夏季的污水数据将不会超过水质标准，环境影响也不会像预期那样。
关键词：游轮；废水；稀释；污水; 黑水； 灰水；污染
1.介绍
污水特性的研究本身不足以评估与任何废水排放相关的表面和生态/健康风险，特别是大型移动船舶的排放。 船舶在排放期间移动和产生螺旋桨混合尾流的情况下，对稀释的理解至关重要。[1] 由阿拉斯加州召集的科学咨询小组（小组）进行了一些努力，目的是开发一种简便的方法来估算在大型游轮之后的废水稀释。[2]从2001年2月开始，并持续到2002年9月，审查了几个公布的尾流混合研究（Colonell et al。，2000; Katz et al。，2003; Csanady，1980; Kim，2000; ESL，2000），并开发了一个初步的保守混合方程来描述大型移动巡航船舶后面的废水分散（科学咨询小组2001）。 初步混合方程假定，在由容器的宽度和深度，容器行进的距离以及排放到接收水体积的速率所描述的水体积中发生排放的完全混合。 由于初步方程被认为过于保守，因此需要进行染料色散研究来改进方程。
初步混合计算用于评估阿拉斯加环境保护署（ADEC）于2000年夏季（科学顾问小组2001）获得的21艘游轮的广泛数据。小组访问了五艘大型游轮，以审查他们如何管理各种废物流。对几艘移动游轮后面的湍流的深度和宽度进行了直接观察（Loehr等，2001）。一名成员观察了美国环保署水处理局对佛罗里达州迈阿密的四艘游轮进行的染料分散研究，回顾了美国海军对一艘护卫舰进行的测量和模拟稀释纸浆废纸排放的研究（Katz等，2003）。美国环保局关于迈阿密邮轮染料研究报告（美国环保署，2002年）的最终报告草案已经被小组审查。
2.大型游轮排放后的稀释
从移动的大型游轮排放废水后的初始稀释度是波束（宽度），吃水深度（深度），船舶速度和排放污水排放率的函数。 一艘移动的船只会随着船舶通过而立即重新填充一批水，造成船舶的混合。 该船代表一个移动的横截面积，它越大，移动越快，稀释度越高。
将美国环保局（2002）进行的染料研究与小组在2001年开发的初步混合方程进行比较。染色研究的结果和几艘移动游轮后面的水柱中尾流湍流的直接观察表明， 可以增加Panel方程式的初步混合，得出以下公式计算大型游轮排放的稀释系数。
2.1大型游轮
稀释因子=4times;（船宽times;船吃水times;船舶航速）/（体积放电率）=4times;（＿mtimes;＿mtimes;＿m·s-1）/（＿m3·s-1）
混合方程是非常简单的。 一艘船舶的横截面积（牵伸和宽度）将比较小的船舶产生更多的混合。 移动速度更快的船只将以比较小的速度移动的船舶排放较少的流量，以较慢的速度排放的船舶也将排放更少的每米行驶排放量。 每米行驶的排放量减少导致更多的稀释。
在湍流尾流中发生强烈的混合，并且水平地延伸超过波束（或宽度）并垂直于容器的通风深度（或深度）。 随着时间的流逝，混合在水中的气泡水平升高并扩展，增加了有效的混合。对于大型游轮，以每小时200立方米高速排放，以6节速度行驶，稀释因子将 大于50,000。 （请注意，美国的工业和市政连续点源放电通常具有较低的稀释因子，通常在小于10和高达500的范围内。）由于大型游轮经常以更高的速度排放，而且排放速率较小 ，初始稀释因子为50,000是一个合理的最坏情况（即最小稀释度）。 船体通过水道和由螺旋桨引起的搅动均确保混合发生得非常快。
通过将其计算与美国环保局在四艘大型游轮的醒目染料分散研究中确定的稀释度进行比较，可以最佳地说明混合方程的强度。 美国环保署研究报告草案于2002年7月发布给小组（美国环保局，2002年）。 由于美国环保署的观察结果是实际的游轮废水排放，染料研究为小组建议的混合方程中确定因子提供了最佳参考。
染料研究中使用的三艘大型游轮（M / V陛下，M / V天堂和M / V迷恋）具有常规的双螺旋桨安排，而一个（M / V探险者）具有双重阿齐派德推进系统（外部电动机 和围绕它们的护罩的螺旋桨）。所有四艘船舶横向排放在船体的侧面（而不是向下穿过船体的底部）。 放电点通常在表面下方约6米处。
美国环保署报告了测量和计算的稀释因子。 M / V资源管理器的测量稀释因子远小于其他船只，然而所有血管的计算稀释因子相似。对于测量和计算的稀释因子，M / V天堂具有最高的稀释因子。
小组最初认为azipod推进可能解释了M / V 探险者的较低测量稀释因子。仔细审查美国环保局的报告草案导致专家小组得出结论，M / V探险者的废水箱中的染料不能完全混合，必须首先以比预期高得多的浓度排出。小组的分析是基于质量平衡计算，比较每米行走的染料排放量（根据废水排放量，假设罐中的染料完全混合）与船舶通过后水中的染料量。在流出物排出的速率下，如果染料在罐内完全混合，则所观察到的高染料浓度将是不可能的。当在船后面的横断面中考虑到检测到染料的区域时，考虑到每艘游轮都有相当的变化，在M / V 探险者之后实现的稀释度相当接近于两个其他船只。测量的稀释度在放电中假定均匀的染料浓度，对于M / V 探险者，显然不是这样。因此，对于M / V资源管理器，小组的最终分析仅考虑了计算的稀释度而不是测量的稀释度。美国环保局的Erik Heinen在2003年9月在加利福尼亚州圣地亚哥举行的2003年欧洲海洋大会上介绍了美国环保局染料研究的结果，并同意不应使用M / V 探险者的测量稀释度。
表一
|
四艘大型游轮的稀释比较 |
|||||
|
陛下 |
探险者 |
天堂 |
魅力 |
||
|
宽度 |
m |
32.6 |
38.6 |
31.4 |
31.4 |
|
深度 |
m |
7.7 |
8.8 |
7.75 |
7.75 |
|
速度 |
m/sec |
8.96 |
9.78 |
7.72 |
4.68 |
|
放电率 |
m3/h |
112 |
56 |
68 |
72 |
|
放电率 |
m3/s |
0.031 |
0.016 |
0.019 |
0.020 |
|
美国环保署“测量”稀释因子 |
因子 |
386,057 |
195,322 |
643,810 |
288,412 |
|
美国环保署“计算”稀释因子 |
因子 |
342,123 |
907,547 |
666,667 |
255,449 |
|
面板的“方程式”稀释因子 |
因子 |
289,031 |
854,309 |
397,918 |
227,992 |
|
美国环保署“测量”稀释除以美国环保署“计算”稀释比 |
比率 |
1.12 |
0.21 |
0.96 |
1.13 |
|
美国环保署“测量”稀释除以小组的“方程式”稀释比 |
比率 |
1.3 |
0.2 |
1.6 |
1.3 |
|
美国环保署“计算”稀释除以小组的“方程式”稀释比例 |
比率 |
1.2 |
1.1 |
1.7 |
1.1 |
来自美国环保署（2002）。
稀释系数= 4·（船宽·船舶·船速）/（体积排出率）。
表1提供了四艘游轮的宽度，深度，速度和排放率，其次是以三种不同的方式确定了稀释因子。前两个来自美国环保局的染料研究（US EPA，2002），并以测量的稀释度和计算的稀释度进行报告。使用实际宽度，深度，速度和放电率，从Panel的混合方程（Science Advisory Panel 2001）中确定第三组稀释因子。然后该表提出了三种不同的方法比较。第一个比较将美国EPA测量的稀释度除以美国EPA计算的稀释度。三艘船舶的比例分别为1.12,0.96和1.13，显示两项美国EPA方法之间的一致性。第四艘船，M / V资源管理系统的比例为0.21，显示差异。表中列出的第二个比较是美国EPA测量的稀释度和Panel的混合方程式的稀释度。三艘船的比例大于1（1.3,1.6和1.3），而一艘船只的M / V资源管理系统的比例仅为0.2（见上文）。表中的最终比较是美国环保局计算的稀释因子除以面板混合方程的稀释度。这些比率都大于1（1.2,1.1,1.7和1.1）。该表说明了与美国环保局的实际观察相比，小组计算稀释度的方法是否保守。
在短时间研究阿拉斯加朱诺附近的三艘游轮（Loehr等人，2001年）的情况下，小组使用一个比较计量表，对三艘游轮的醒来时的动荡水深度和宽度进行了简单而详细的观察。 湍流的横截面积是水管线上的船只和梁的横截面积的四倍以上，为大型游轮提供了面板稀释方程的额外物理证据。
从美国EPA染料研究可以看出，小组推荐的稀释方程与观察结果很好地一致，其中速度（4.7-9.8米/秒或9-18.8节）和放电率（56-112立方米） / h）变化了2倍。
3.阿拉斯加的大型游轮排放标准
在阿拉斯加游轮排放规定下，大型船舶的灰水和黑水排放的大肠菌群密度不得超过200/100 mL，总悬浮固体浓度不得超过150 mg / L。 只有在船只以6节的最低速度行驶并且至少距离海岸1海里（阿拉斯加州法规46.03.463（b）和（c））时才允许排放。[3] 如果一艘大型游轮符合更严格的联邦废水标准，则可以以任何速度和位置排放。 不能达到上述标准的大型游轮，可以选择在距离陆地3海里以上的地方进行废水排放。 自2003年以来，一半以上的大型游轮已经安装了新的废水处理技术，使其能够在阿拉斯加持续排放废水，而其余的则选出在两岸以外的境外（距离海上3英里）和联邦水域（离岸12海里）。
4远场色散
根据处理水平，阿拉斯加的大型游轮可能会连续排放，或至少离岸一海里，或至少距离海岸三海里。 对于那些在海上排放的污水，在任何污水到达岸边之前，最初的稀释之后再发生混合和分散。 一般来说，水流平行于海岸线流动，陆上风对地表水的陆上运动是必要的。 海岸线是贝类细菌
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