摘要：广东海上丝绸之路博物馆的主体部分是保存“南海I号”宋代古沉船的“水晶宫”，“水晶宫”是一个长、宽、高分别为60m×30m×12m的巨大水槽，贮满海水时，水体体积接近2万立方米。其水质状况直接关系到“南海I号”古船的长期保护和船载文物的安全，如此巨大体量的海水，水质净化形式和净化装置的选择，需要综合考虑各方面的因素，以期达到最佳的水质净化效果。
关键词：水晶宫 水质净化 宋代沉船 文物保护
1、“水晶宫”水体净化特点
“南海I号”古沉船的保护，采取的是模拟原保存环境及条件状态下进行保护的思路。沉船整体打捞出水后，被整体移入“水晶宫”内，“水晶宫”内的海水取自博物馆外的取水口，海水取水口距离海岸极近，此处的海水水质受到大陆排放影响严重，其水质状况与原古船的沉没地点水质已经存在很大的差别。因此，对“水晶宫”水体进行净化处理，模拟原保存环境状态，就成为了保护“南海I号”古沉船的基础性工作。
水质是水和其中所含物质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合品质。水质指标可以相应地分为物理性指标、化学性指标和生物性指标三大类。
水质物理性指标包括：温度、色度、嗅和味、浑浊度、透明度、总固体、悬浮固体、溶解固体、可沉降固体、电导率等。
水质化学性指标包括：pH值、硬度、各种阳离子含量、各种阴离子含量、总含盐量、一般有机物质含量等指标；各种重金属含量、氰化物含量、多环芳烃含量、各种农药含量等有毒化学物质指标；溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）、总需氧量（TOD）等氧平衡指标。
水质生物学指标包括：细菌总数、总大肠菌群数、各种病原细菌数和病毒数等。对于“水晶宫”来说，水质控制要满足两方面的需求，一个是观众参观“水晶宫”内沉船的视觉需求，另一个是沉船和船载文物保护的技术需求。根据这些需求，“水晶宫”水质控制的主要指标至少应该包括这样几个关键项目：叶绿素、氨氮含量、微生物、金属离子、溶解氧、浊度（透明度）、色度、细菌数等。
色度，是表征水质外观的一项重要指标，水的颜色分为表色和真色。真色是指去除悬浮物后水的颜色，没有去除悬浮物的水具有的颜色称表色。对于清洁的或浊度很低的水，真色和表色相近，对于着色深的污水，真色和表色差别较大。纯水无色透明，天然水中含有泥土、有机质、无机矿物质、浮游生物等，往往呈现一定的颜色，有颜色的水会减弱水的透光性。
透明度（浊度），指水体的澄清程度，是评价水体富营养化的重要指标之一。
悬浮物，指悬浮在水中的固体物质，包括不溶于水中的无机物、有机物及泥砂、黏土、微生物等。水中悬浮物含量是衡量水污染程度的指标之一。悬浮物是造成水浑浊的主要原因。水体中的有机悬浮物沉积后易厌氧发酵，使水质恶化。
叶绿素，存在于水体浮游藻类中，通过准确测定浮游藻类叶绿素，是合理评价水体富营养化现状以及科学预测它的发展趋势的基础。因此，叶绿素也是评价水质富营养化的重要指标之一。海藻尤其是蓝藻其繁殖速度极其惊人，藻类在繁殖中除了会向水体中释放有害的代谢产物外，还会影响水体的能见度，并可以释放出恶臭气味，给水下考古发掘、船体保护和观众参观带来不利的影响，对蓝藻的控制防止暴发繁殖，是保持水质处于良好状态的重要技术途径之一。
微生物，水中的微生物可以破坏木质船体，也是引起水质变质的主要因素。而采用“湿式”发掘作业方案，“水晶宫”内的水体污染源还会包括来自潜水员生命维持系统的呼吸排放和水下设备工作时产生的污染。这类污染物很大一部分会存留于“水晶宫”的水体中，这些污染物的控制也要由“水晶宫”水体净化系统完成。
2、水质净化的主要技术及“水晶宫”水质控制的要点
目前，水质处理技术主要常规处理技术、活性炭深度处理+臭氧氧化、生物处理技术等三种技术路线。
常规水处理技术，在20世纪50年代前被大量使用，主要工艺为——混凝、沉淀、过滤、加氯消毒。常规处理技术需要沉淀池、过滤装置等大型设备，占用的场地面积较大，而传统的氯消毒、二氧化氯消毒、氯胺消毒、漂白粉消毒、次氯酸钠消毒、臭氧消毒等消毒方法，处理过的水体中往往会残留消毒剂，对文物具有危害，需要增设脱除装置，这样又会增加设备数量和场地空间。因此，在技术和空间两个方面，都限制了传统水处理技术在“水晶宫”水质控制上的实际应用。
活性炭深度处理技术，对溶解度大、亲水性强的有机物吸附差，而这类物质对文物的威胁最大。并存在活性炭处理技术成本高、技术要求高，使用后的活性炭处理难等难题，也不适合在博物馆这种非专业水质处理单位使用。
水体的生物净化技术，就是利用水体中的细菌、真菌、藻类、水草、原生动物、贝类、昆虫幼虫、鱼类，通过这些生物的代谢，使水中的污染物减少、浓缩、降低，达到净化水质的目的。“水晶宫”同样不适合使用生物净化，生物净化需要多种类的生物配合，才能有好的净化效果，这些生物正常生长存活需要一定的溶解氧，而氧不利于船体的保护；水生物产生的新代谢产物也会对船体木质产生侵蚀作用；水生物的繁殖还会给水质带来某些特殊的色、味等感官变化；更重要的是，水生微生物同样也会侵蚀木质的船体。
可见，将现有技术直接应用于“水晶宫”的水体净化，需要必要的筛选和技术上的修正。“水晶宫”水质净化的目的不是制取符合标准的饮用水，也不是处理高度污染的工业或生活污水。因此，“水晶宫”的水质控制技术与传统的常规水质处理技术，在技术手段和控制指标上必然存在一定的区别。（如图1）
3、“水晶宫”水质净化系统方案
“水晶宫”的水体净化虽然可以借鉴参考在技术上比较成熟的大型水族馆的水体控制技术。但是，“水晶宫”的水体控制技术却不能等同于大型水族馆的水体控制技术，水族馆的水体控制，要求水体富含氧，而水晶宫的水体控制，却要求最大限度地减低水体中氧的含量，最大限度地杀灭水体中的微生物。同时，水体控制施加的各类物化手段，又不能对船体及船载文物造成不利影响。
由于海水的高盐分，具有很强的腐蚀性，常规水处理设备无法满足耐腐蚀要求。海水净化大多采用砂滤方式，砂滤净化设备体积和重量都较大、单台流量小，用于大流量净化时需要的过滤器组数较多，一次性投资大，占地大。本方案采用滤袋式污水净化器，罐体采用高强度塑料，耐腐蚀性好、重量轻、体积小，单只净化器直径200mm、高600mm。为了提高净化效果，本方案采用“2串10并”的净化器组合方式，净化器组占地约3000mm×800mm。过滤器流量为180m3/h，按照该流量计算，“水晶宫”贮满水时，完成一个全净化循环大约7天。系统的净化流量还可以通过增加净化器组数实现升级，安装联接简便。袋式净化器不需要反冲洗，不消耗反冲洗水，没有反冲洗污水排放污染问题，可以连续工作。水质净化后的感官指标及悬浮物指标不低于国家一类海水水质标准，水下能见度不低于15米。
袋式净化器末段串联一座过流式紫外线杀菌器，紫外杀毒器效率高、维护简单、故障率低、无运动部件、使用方便、安装简便。不添加化学杀菌剂，不会对水质产生干扰，可以确保文物的安全。
除了过流式紫外杀菌器外，为了增加水体消毒效果，可以在“水晶宫”底部直接安放浸没式紫外杀菌灯，增加杀菌效果。
“南海I号”整体打捞时，被包裹在钢质沉箱中，由于沉箱不能在短期间内移除“水晶宫”，海水对沉箱的腐蚀，使得“水晶宫”水体中铁离子含量升高，特别是三价铁离子可以造成木质文物加速降解破坏。在水质控制系统中，可以增加设置铁离子过滤器滤清除有害的铁离子。
4、结语
“水晶宫”的水质控制对于“南海I号”的保护极为重要，任何触及文物保护的技术手段，都需要在充分论证和大量实验的基础上，在确认安全的前提下，才能开展实施工作。考虑到现有场馆的空间限制，“水晶宫”水质控制技术的应用，要在净化效率和空间利用两个方面都有所兼顾，争取在达到最佳净化效果的同时，为观众参观、考古研究、文物保护、文物收藏整理留出足够的空间。
参考文献
[1]蔡晶，王石军.水质净化技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2004年.
[2]黄廷林等.引用水水源水质污染控制[M].北京：中国建筑工业出版社，2009年.
[3]王书文等.污水自然净化生态工程方法[M].北京：化学工业出版社，2006年.