本文就铜在防污涂料中的应用作一综述。在第一部分中，根据美国、澳大利亚、新西兰和欧盟等国监管机构近年来对铜进行的详细审查的结果，总结了全球范围内对商业船只和游乐船只的监管现状。船舶性能数据显示，使用优质的铜基防污剂可以带来经济和环境效益。目前，用于测量船舶能源效率的日益复杂的监测系统能够隔离船体和螺旋桨的影响，从而显示出完全保护船体免受污染的好处。
铜在防污涂料中的调控现状
世界上每个国家都允许或正式批准在其水域使用铜防污涂料，只要进行了完整的科学风险评估，就批准使用铜防污涂料。完整的风险评估适合于处理这样复杂的问题，因为被污染的船体会产生严重的后果，而使用安全且经批准的生物杀菌剂(如铜)的有效防污涂料具有显著的环境效益。铜仍然是世界范围内用于防止生物污染的最大、最成功、环境无害的方法:下面重点介绍了最近一些积极的决定。
•欧盟:经过欧盟范围的广泛审查，已批准在防污涂料中使用铜。最近，欧洲化学品局(Product Type 21, antifouling)公布了欧盟生物杀灭产品委员会关于防污铜化合物的意见，并建议将其用于商业和游艇产品，专业和非专业应用。此外，瑞典已经推翻了在生态敏感的波罗的海地区禁止使用铜的当地禁令，现在批准在那里使用铜防污涂料。铜是目前瑞典唯一允许在波罗的海使用的生物杀灭活性物质。唯一的例外是波提尼亚湾，由于该地区的敏感性，所有的游艇防污物质都被禁止使用。
•新西兰:2012-2013年在新西兰对防污生物杀灭活性成分进行了全面的科学风险评估。1铜被重新批准为防污涂料的主要生物杀菌剂成分，因为铜和防污涂料的特定和显著好处超过了任何风险。由于这项风险评估研究，其他几种活性成分也被禁止使用。
•美国:美国环境保护署(U.S. Environmental Protection Agency)目前正在对铜在许多生物杀灭应用中的使用情况进行审查。环境保护署会定期对所有的杀菌剂进行此类审查。目前看来，铜的所有用途，包括防污涂料，都将在未来一两年重新获得批准。
•华盛顿州:美国华盛顿州已经通过立法，限制防污涂料中铜的使用上限为0.5%，但这只适用于休闲船只。该计划要到2018年才会逐步实施，之后还要经过进一步审查。值得注意的是，这是一项政治决定:没有进行科学的风险评估。
•加州:农药注册部(DPR)开展了一项广泛的调查，以确定加州码头的铜含量2并在此基础上提出了游乐工艺防污涂料铜浸出率限值。DPR的目标是将码头的铜含量保持在epa批准的安全限值3.1 ppb以下。对于商业航运，加州对含铜防污没有限制。加州土地委员会目前正在起草一项规定，要求适当的生物污染控制和限制进入加州水域的船只的生物污染。这是加州海洋入侵物种计划的一部分，该计划负责防止或最大限度地减少非本土物种从注册总量超过300吨的船只引入加州水域。3.然而，根据美国环境保护署(U.S. Environmental Protection Agency) 2008年和2013年的《船舶通用许可证》(Vessel General Permits)，加州对任何生物杀菌剂防污水中清洗都有严格的指导方针，除非使用最佳可用技术(BAT)，否则禁止在水中清洗船体。4
•加拿大:在对铜类杀虫剂进行最后阶段的重新评估之后，加拿大卫生部虫害管理管理局根据《虫害防治产品法和条例》建议继续对含有氧化亚铜、氢氧化铜、金属铜和铜乙醇胺混合物的产品进行登记，以便在加拿大销售和使用。根据对铜的环境命运特性的科学研究(游离铜离子在水生环境中具有高度活性，并与沉积物和有机物紧密结合)，防污用途对水生生物的风险预计不会引起关注。5
使用优质铜基防污剂的好处
减少燃料消耗
由于燃料成本的上升和对温室气体排放的担忧，国际海事组织(IMO)以及船东和经营人都对船舶能源效率重新产生了兴趣。6被污染的船体会导致摩擦阻力增加，从而导致速度下降或为了保持速度而增加燃油消耗。生物污垢降低了船舶的机动性，还可能导致涂层系统的恶化或损坏，导致船体的过早腐蚀。再加上摩擦阻力的增加，对航运业务的经济和环境都造成了影响。
根据国际海事组织(IMO)的数据，2007年全球贸易船舶估计消耗3.69亿吨燃料，2020年估计消耗4.86亿吨燃料。7因此，国际海事组织要求船东和经营者进行船体管理和船舶性能监测，以最大限度地减少温室气体排放。国际海事组织《防污公约》附件VI第四章现在包括了新船舶能源效率设计指数和所有船舶能源效率管理计划的要求。该要求于2013年1月1日生效。8
为了遵守国际海事组织的这项立法，正在船舶上部署越来越复杂的监测系统，不断分析航行数据。这些系统现在能够隔离船体和螺旋桨的影响，并能够检测污垢沉降造成的性能损失。9ISO标准推荐了测量船体和螺旋桨性能的方法，并定义了维护、修理和改装的性能指标，目前正在审批过程中。10
此前，人们认为商业船舶上的微污垢(黏液)不会对性能造成损害，主要关注的是防止对油耗和航速有重大影响的大污垢(杂草或动物)，但最近船体性能监测系统的升级表明，即使是微污垢黏液也会对性能产生显著的负面影响。据报道，通过水内清洗定期去除微污垢泥，可提高燃料效率高达10%。11、12使用高性能的含铜防污涂层可以减少或消除清洗的需要，但对于一些商业船只，特别是那些慢蒸汽或铺层后的船只，水内清洗是有利的。在任何大型污垢发生之前，在速度或燃料消耗明显受到影响之前，对微污垢泥进行水内清洗是很常见的。去除微污垢(黏液)相对容易，并且可以在对防污涂层造成最小损害的情况下进行，因为只需要温和的“梳理”，而不需要在藤壶或其他类型的大型污垢存在时进行激烈的表面冲刷。13、14商业船只的清洁时间表可能会有很大的不同，但通常清洁只在涂上新涂层后的一年或更长时间内开始，然后每年只有一次或两次，直到涂层严重损坏或耗尽，不得不更换。
休闲船只的情况不同，速度和/或燃料消耗不那么重要，所以通常不需要通过水中清洗去除微污垢泥，比赛游艇除外。事实上，大多数游艇油漆公司不建议对他们的产品进行任何水中清洗。封闭水域内的娱乐船只进行水中清洗，会造成严重的环境问题，尤其是清洗过程中产生的所有废物无法收集及安全地从水中清除。实践证明，铜基防污涂料的水浸处理比稳态浸出处理可显著提高铜的溶出量。15如果认为有必要进行清洁，建议将娱乐船只吊离水面进行清洁，这样可以很容易地处理冲洗水和任何其他升起物，以清除其中所含的任何化学物质或其他物质。188金宝搏bet官网
比较不同防污产品的相对有效性需要对表面准备和涂层应用的准确知识，然后是船舶的后续操作。操作历史不仅需要服务速度和港口到达和离开日期的清单，而且对于任何超过两天的港口访问，还需要确定船舶在该港口的何处停留。在任何一个庞大的枢纽港，知道船只在哪里抛锚、停泊或停泊48小时是特别重要的。污垢沉降压力和生长条件在港口内是不均匀的，在近海港口界限、内锚地、河口码头、封闭盆地、上游小型泊位、溪流系泊处等之间差异很大。16
也必须有任何船体和/或螺旋桨清洗事件的完整记录。商业潜水报告不一定就是故事的结尾:后台办公室的初级人员编写的许多报告即使没有误导，也很糟糕，他们得到的是主管的笔记和一张包含数码照片的SD照片卡，可以提取到预先格式化的报告中。这些格式没有包含使用的具体画笔类型的信息或图片，也没有任何可靠的说明这些应用的实际区域，只有很少的图片添加到报告中，让读者衡量真正的清洁前和清洁后的外观，表面粗糙度，剩余的藤壶底座，等在主要区域。商业报告经常会展示两到三张图片，标题为“清洁前的平底”——这是被污染最严重的码头码头标志的特写例子——然后是两到三张图片，标题为“清洁后的平底”——这是真正的平底，在清洁前被粘液、苔藓虫和偶尔出现的鹅、橡子藤壶或分散的幼管蠕虫污染的更大角度的图片。16
Jotun公司的船体性能解决方案(HPS)旨在实现船体性能最大化，从而降低燃料成本和温室气体(GHG)排放。这些解决方案结合了最先进的防污和应用技术，以及可靠的性能测量和高性能保证。它们可以节省大量的燃料成本和温室气体排放，同时回报期短，风险有限。17
图1展示了Jotun公司为一艘船设计的HPS，该船从不含生物杀菌剂的污垢释放涂层，转变为优质高性能的含铜防污涂层seaaquantum X200。图表显示了随时间变化的速度损失百分比。关于这一数字的其他注意事项包括:
- 与前12个月建立的基准相比，在第2阶段(18个月)使用污垢释放涂层时，平均额外的速度损失为4.3%。
- 在02年年中，当用seaaquantum X200替换掉脱污涂层后，与前12个月制定的基准相比，性能损失不到0.1%。
- 图中，黑线表示速度损失的一个月移动平均趋势，绿线表示12个月基准期的水平，黄线则表示基准期后一段时间的平均水平。
防止水生入侵物种转移
入侵水生生物的引入可以威胁淡水、咸水和海洋环境，人类、动物和植物的生命，以及经济和文化活动。18引起恐慌的事件包括斑马贻贝(Dreissena polymorpha)入侵北美五大湖，北美栉水母(Mnemiopsis sallei)入侵黑海，北太平洋海星(Asterias amurensis)入侵澳大利亚东南部近岸水域。有害水生物种的转移最初归因于压载水的吸收、运输和排放，国际海事组织最初立法的重点是压载水管理。18然而，有人指出，超过50%的非本地物种是由于船舶外层船体或生态位区域(如海箱、推进器隧道和内部海水管道)的污染而被引入新环境的，其中不到50%来自压载水。19、20国际海事组织(IMO)已经为船东和经营者发布了关于如何最大限度地减少商业船只船体生物污染导致的NIS转移的指导方针，21并对游乐船提出了类似的建议。22包括澳大利亚、新西兰和加州在内的司法管辖区正在制定或计划制定强制性的生物污染要求，这些指导方针和要求的一个共同的关键建议是使用安全有效的防污涂料。
有超过4000种生物被记录为污染生物，但并不是所有的物种都被引入新环境，造成有害影响的比例更小。例如，全球约1600种大型污染NIS中只有53种被指定为IMS，在澳大利亚南部的菲利普湾港，160种非本土物种中只有8种被认为是值得关注的。虽然不是“值得关注的”，但更多的NIS可以被认为是有害物种，因为它们倾向于大量占领船体和人工结构，但不会入侵自然环境。微污染生物通常被称为生物膜或“黏液”，如硅藻Amphora coffeaeformis，它们是单独的小得多的生物，在全球出现，来源不明。这些都没有被认为是NIS。23
有许多小剂量的化学品是有益的，但如果在错误的地方使用过量，会造成相当大的危害。自20世纪80年代中期以来，随着铜在防污中使用的增加，海洋科学家一直在寻找这种增加带来的任何负面影响。有人提出，在防污涂料中使用铜会导致NIS的增加，因为有些品种比其他品种更能抵抗铜。24日,25研究表明，耐铜的NIS可以在铜防污涂料上运输，从而取代耐铜较少的物种在封闭的位置，如码头，在那里水中的铜浓度可以提高。然而，港口和码头的其他常见特征也可以促进NIS的建立，包括丰富的人工基质、遮荫和物理化学扰动。铜的耐蚀性可以被认为是一种风险，但它远不能增强NIS的传输，现代高性能的基于铜的防污材料，如果正确使用并符合国际海事组织(IMO)的指导方针，可以非常有效地防止生物污垢在所有类型的船舶上生长，因此是防止NIS传输的必要工具。
正如哈德菲尔德观察到的，26一万年前的海洋世界没有船只、驳船、码头、浮子和桩子，大多数典型的污染群落无脊椎动物物种在其他地方从未发现。今天的污染群落包括从世界各地环境中选择的物种，这些物种具有能够在移动船只上定居和生存的特征。在过去的两个世纪中，随着铜基防污涂料在船舶上的使用，一些广泛传播的污垢生物对铜的耐受性比非污垢物种更高也就不足为奇了。苔藓虫类的一些种类，如水虫(Watersipora subtorquata)和小虫(Bugula neritina)27日、28日以及管状线虫Hydroides elegans29尤其以耐铜防污漆著称。据报道，许多海洋生物的生长受到亚抑制水平的有毒物质(包括铜)以及其他重金属和不相关的物质(如盐度降低)的刺激，这种效应被称为“激效”。30、31日
对于船东来说，通过在水下船体上使用一种有效的铜基防污涂层，以及根据船舶类型、用途和涂层计划在必要时进行仔细的水中清洗，可以同时满足上述两项IMO法规(一项与船舶能源效率有关，另一项与防止NIS的运输有关)的要求。
参考文献
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2 Singhasemanon:;Pyatt大肠;Bacey。加州码头防污涂料污染指标监测。加州环境保护局，农药法规部，环境监测分部，EH08-05。可在http://www.cdpr.ca.gov/docs/emon/pubs/ehapreps/eh0805.pdf, 2009。
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11 Kane, D.《船体正在发生什么:喷砂和污垢对船舶性能的影响》，SNAME圣地亚哥分部，2012年12月。
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14 https://maritimecyprus.files.wordpress.com/2016/02/intertanko-biofouling.pdf。
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17 http://www.jotun.com/aa/en/b2b/paintsandcoatings/ships/Hull-Performance-Solutions.aspx。
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23 Lewis, J.A. IMarEST生物污染管理专家组主席，个人沟通。
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