閆宏生，關(guān)曉菲

(天津大學(xué) 建筑工程學(xué)院，天津 300072)

LNG船舶拆解過(guò)程中有毒有害物質(zhì)的處置方法

閆宏生，關(guān)曉菲

(天津大學(xué) 建筑工程學(xué)院，天津 300072)

針對(duì)船舶拆解過(guò)程中產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)潛在的環(huán)境威脅問(wèn)題，對(duì)某LNG船舶跟蹤實(shí)地調(diào)研，對(duì)船舶拆解過(guò)程中可能產(chǎn)生的石棉、PCBs、玻璃纖維的危害處理進(jìn)行分析并給出解決方案，給出回收再利用方案，提出諸如水切割等工藝改進(jìn)方法以期降低對(duì)環(huán)境的影響。

拆船；有毒物質(zhì)；石棉；PCBs；玻璃纖維

1 拆船行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

全球貿(mào)易的興起催生了對(duì)于船舶航運(yùn)的需求，隨著時(shí)間的推移，老舊船舶的出現(xiàn)，盡管不同的資料顯示的實(shí)際數(shù)字可能不盡相同，每年有超過(guò)700艘海船走到了使用年限的盡頭[1]，如果這些船舶不能得到妥善的處理，將會(huì)產(chǎn)生很多固體垃圾，有毒有害物質(zhì)，廢油、廢水等液體以及廢氣，給環(huán)境造成很大負(fù)擔(dān)。

拆船行業(yè)，作為一種勞動(dòng)密集型行業(yè)，主要分布在印度，巴基斯坦，孟加拉國(guó)，以及中國(guó)。根據(jù)非政府組織的調(diào)查研究報(bào)告顯示，在2012一整年度所拆的船舶中，印度企業(yè)占據(jù)了近半壁江山，而我國(guó)企業(yè)約占17%左右的份額[1]。與世界第一拆船大國(guó)印度通常采用的污染很大的沖灘拆解模式不同的是，我國(guó)目前對(duì)于老舊廢船通常采取碼頭拆解或者船塢拆解的模式[2]，可以有效降低拆船過(guò)程中所產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)對(duì)于周圍的水體以及環(huán)境的污染,也為我國(guó)贏得了更多的有環(huán)保拆船要求的船東(如歐盟)的拆船訂單。由于我國(guó)的拆船企業(yè)技術(shù)先進(jìn)，因此更加傾向于拆解技術(shù)難度較為復(fù)雜、利潤(rùn)更加豐厚的巨型油船和超巨型油船,形成了以長(zhǎng)江三角洲和珠江三角洲為主，部分沿海地區(qū)拆船廠為補(bǔ)充的產(chǎn)業(yè)格局[3]。

對(duì)于綠色船舶拆解的研究，目前中外學(xué)者也取得了一定的成果。在法律法規(guī)的研究方面取得的成果較多，例如Katharina Kummer對(duì)于巴塞爾公約的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和其他相關(guān)法律體系做了很詳細(xì)的研究，提出應(yīng)在巴塞爾公約基礎(chǔ)上形成一個(gè)適用于廢物管理的全球統(tǒng)一機(jī)制；在拆解技術(shù)發(fā)展研究方面則相對(duì)來(lái)說(shuō)研究較少，而在中國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)于這一問(wèn)題的專門著作更是鮮見，其中多數(shù)是有關(guān)化工方面就單獨(dú)的有害物的研究，鮮與工程實(shí)際與現(xiàn)場(chǎng)情況結(jié)合起來(lái)，因此這方面的研究尚屬空白領(lǐng)域。

LNG船，作為一種專門用于海上運(yùn)輸液化天然氣的高附加值、高技術(shù)、高難度船舶[4]，其運(yùn)輸物品的特殊性決定了其建造的復(fù)雜性以及船舶含有有毒有害物質(zhì)的豐富性，當(dāng)此類船舶走到生命的盡頭時(shí)，也意味著更加復(fù)雜的拆解工藝以及難度較高的有毒有害物質(zhì)的處理。本文以某船齡近40年的LNG船為例，對(duì)船舶拆解所產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步的探討。而該船舶由于其建造年份比較久遠(yuǎn)，含有目前很多相關(guān)船舶拆解規(guī)定里明令禁止的石棉等對(duì)人體以及周邊環(huán)境具有很大危害的物質(zhì)，拆解風(fēng)險(xiǎn)較大且拆解周期較長(zhǎng)，因此將該船作為本文的研究對(duì)象進(jìn)行闡述是十分合適的。

2 廢舊船舶中的有毒有害物質(zhì)

在先期船舶建造的過(guò)程中，受科技水平的限制，船舶上多存在相當(dāng)多種類的危害人體健康與環(huán)境安全的物質(zhì)。隨著科技水平的提高，人們逐步認(rèn)識(shí)到這些物質(zhì)對(duì)于自然以及人類環(huán)境潛在的危害。在這種背景下，《控制危險(xiǎn)廢料越境轉(zhuǎn)移及其處置巴塞爾公約》(簡(jiǎn)稱《巴塞爾公約》)以及《2009年香港國(guó)際安全與無(wú)害環(huán)境拆船公約》(以下簡(jiǎn)稱《香港公約》)等國(guó)際公約相繼出臺(tái)，對(duì)船舶建造過(guò)程中所涉及的有毒有害物質(zhì)進(jìn)行了進(jìn)一步的規(guī)范。很多有毒有害物質(zhì)的毒害性在日常的船舶運(yùn)營(yíng)中并不會(huì)表現(xiàn)出來(lái)，只在船舶終止運(yùn)營(yíng)進(jìn)行拆解時(shí)才會(huì)釋放其毒害性，因此，拆船行業(yè)一般也以這些公約為指導(dǎo)，對(duì)公約上明確列出的有毒有害物質(zhì)例如石棉、PCBs進(jìn)行特殊的監(jiān)測(cè)與處理。

2.1 石棉

石棉是一種硅酸鹽類礦物材料[5]，在日常生活中保持惰性，最大的危害來(lái)自于拆解過(guò)程中所產(chǎn)生的極細(xì)的纖維，人長(zhǎng)期暴露在一定量的石棉纖維環(huán)境下會(huì)引發(fā)肺癌、胃腸癌等嚴(yán)重的疾病[5]，因此，石棉已經(jīng)被國(guó)際癌癥研究中心列為致癌物從而被列為現(xiàn)代造船禁用材料。由于船舶拆解滯后于船舶制造，因此目前的船舶拆解基本都會(huì)有石棉的存在。

對(duì)于不同的船型來(lái)說(shuō)，由于其功能導(dǎo)致的構(gòu)造上工藝上的不同，在全船各個(gè)部位石棉含量不盡相同。圖1列舉了在上個(gè)世紀(jì)70年代建造的半潛式鉆井平臺(tái)、鉆井船、深水鉆井船與2艘LNG船舶的石棉含量并進(jìn)行對(duì)比，顯見LNG船舶上含有的危險(xiǎn)物質(zhì)石棉含量遠(yuǎn)超出其他類型的船舶，因此研究石棉的拆解工藝技術(shù)時(shí)本文所選用的樣本是十分合適的。

對(duì)于LNG船舶，由于其對(duì)于保溫隔熱性能的高要求[6]，造就了其早期船舶對(duì)于石棉的大量需求，而隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多傳統(tǒng)存在石棉的地方已經(jīng)盡量用其他可替代物質(zhì)代替，但是其上仍存在許多地方不可避免的含有石棉。

對(duì)于某LNG船舶來(lái)說(shuō)，存在石棉的位置相對(duì)較為集中，含量較大。存在石棉較多的部位一般位于上層建筑的很多門、板等舾裝部位，石棉含量可達(dá)30 000 kg左右。以本文所列的某LNG為例，上層建筑含有石棉的制品主要來(lái)自于各個(gè)艙室中的鑲板。這些鑲板里面含有溫石棉2%～5%，鐵石棉10%～15%，總石棉含量60%左右，重量約26 000 kg。對(duì)于另一石棉集中地——機(jī)艙來(lái)說(shuō)，石棉材料則多存在于隔熱絕緣的材料中，如一些管道外面包裹的隔熱層、絕緣墊圈和一些密封材料等，其總含量約8 200 kg。加之全船其他艙室、機(jī)械所含有的石棉以及石棉制品，全船的總石棉含量約為43 000 kg。

隨著人們對(duì)于石棉的危害的認(rèn)識(shí)的加深，自上世紀(jì)80年代開始，新建造的船舶中逐步使用各種材料來(lái)替代石棉的使用[7]，石棉逐漸消失在新建船舶中。鑒于石棉纖維對(duì)于人體以及環(huán)境的持續(xù)性的危害，對(duì)于該LNG船上面石棉以及石棉制品的拆解，有著極其嚴(yán)格的較為完善的程序。此拆解程序也代表了LNG類船舶的一個(gè)規(guī)范的拆解程序，基本的拆解流程見圖2。

此LNG船舶拆解石棉以及含有石棉的制品的流程基本按照標(biāo)記→密封→浸潤(rùn)→拆解→封裝→封存的步驟進(jìn)行。在工人對(duì)于船舶上含有石棉的各個(gè)位置做出明顯標(biāo)記后，由于石棉的危害多來(lái)自于其拆解過(guò)程中飄散的石棉纖維，因此封閉艙室并使其形成低于外界大氣壓的狀態(tài)防止拆解過(guò)程中石棉纖維外泄是十分必要的。對(duì)于石棉構(gòu)件的浸潤(rùn)亦是同理。在拆解含有石棉的設(shè)備、管線時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行手動(dòng)拆解，避免明火，對(duì)于含有石棉的區(qū)域應(yīng)盡可能完整地拆解下來(lái)，對(duì)于石棉和其他物質(zhì)混合的區(qū)域也應(yīng)一起按照處理石棉制品的方法一起手工拆解下來(lái)，并用專門的雙層塑料袋嚴(yán)密封裝，例如在拆解該LNG船上面的舾裝鑲板時(shí)，首先應(yīng)用加過(guò)濕潤(rùn)劑的水將其浸潤(rùn)10～15 min，然后將鑲板盡量完整地拆解下來(lái)，將板四周圍切割處用密封膠條密封好，再用雙層的密封塑料袋密封起來(lái)。拆解過(guò)程中，石棉纖維不可避免會(huì)散落在艙室的各個(gè)角落，因此，在拆解工作結(jié)束之后，需要對(duì)艙室之內(nèi)的灰塵樣本進(jìn)行取樣進(jìn)行二次檢測(cè)，并收集艙室內(nèi)灰塵，其封存處理方式與石棉制品相同。另外，在拆解過(guò)程中，保持密封空間內(nèi)空氣的濕潤(rùn)程度也是很重要的，這也能在一定程度上防止石棉纖維在空氣中的飄散外泄。

從該LNG船上拆解下來(lái)的整塊的石棉應(yīng)貯存在相應(yīng)的專用倉(cāng)庫(kù)中，等待專門的石棉處理公司進(jìn)行后續(xù)的處理。一般來(lái)說(shuō)，這些石棉會(huì)被運(yùn)送到專門的處理場(chǎng)地掩埋起來(lái)，并經(jīng)常對(duì)于該區(qū)域的土地進(jìn)行澆水灌溉以保持濕潤(rùn)狀態(tài)，防止石棉擴(kuò)散，也有的會(huì)在這片土地上種上一些植物以保持土地濕潤(rùn)。在這片土地的周圍應(yīng)設(shè)立明顯的標(biāo)志并由專人看管，以免人員誤入或其他意外的發(fā)生。而對(duì)于拆解工人來(lái)說(shuō)，做好防護(hù)措施顯得尤為重要。在拆解過(guò)程中，工人要身著全套的防護(hù)服，佩戴可以防護(hù)石棉的口罩，以確保工人自身不受到傷害。拆解工作結(jié)束后，工人應(yīng)進(jìn)入專門的石棉沖洗車中洗浴，將殘存在身上的石棉纖維沖洗掉，并丟棄掉一次性的石棉拆解專用的服裝，嚴(yán)格防止石棉殘留對(duì)人體造成傷害。

然而，這些后續(xù)處理方式并不能真正的做到使石棉100%無(wú)害化處理，目前多數(shù)的處理方式僅僅是掩埋處理，放置擴(kuò)散。此種做法能夠在一段時(shí)間內(nèi)一定程度上防止石棉纖維擴(kuò)散對(duì)于環(huán)境以及周邊人體的傷害，但并不能從根本上解決石棉的潛在危害，一旦掩埋監(jiān)管措施做的不到位，則有石棉纖維擴(kuò)散的危險(xiǎn)。加之石棉的耐腐蝕性，廢舊石棉可在地下長(zhǎng)時(shí)間存在，這相當(dāng)于在當(dāng)?shù)芈裣铝艘粋€(gè)隱患。

2.2 PCBs

多氯聯(lián)苯(PCBs)是與苯環(huán)上碳原子相連接的氫被氯不同程度地取代形成的一類聯(lián)苯化合物[8],多存在于船舶上面的電力設(shè)備以及絕緣材料中。PCBs屬于致癌物質(zhì)，具有生殖毒性以及生物蓄積性[9]。

PCBs可能以固體或液體形式存在于船上各處的設(shè)備和材料中，抽樣和測(cè)定比較困難，聯(lián)合國(guó)于2002年制定了《船舶全部和部分拆解無(wú)害環(huán)境管理技術(shù)準(zhǔn)則》，列出可能含有PCB的可疑材料和設(shè)備，見表2、表3。

對(duì)比表2、表3可見，與廣泛存在于老舊船舶不同的是，PCBs并沒(méi)有大量存在于此LNG船舶中，作為被許多規(guī)范公約列為嚴(yán)禁含有的物質(zhì)之一，許多LNG船舶在建造之時(shí)就盡量尋找可替代的材料對(duì)其進(jìn)行替代。以此LNG船為例，其僅在一些需要絕緣密封的地方，如舷窗的密封橡膠、樓梯井處的乙烯基絕緣地板等位置存在，總含量約為105 kg，加之該船舶對(duì)于船舶各處的防火絕緣有著一定的要求，因此樓梯的扶手處約含20 kg的PCBs，這是該船的一個(gè)特殊之處。

表2 普通船舶上可能含有PCBs的材料

表3 LNG船舶中通常檢測(cè)出的含有PCBs的位置

以1973—1983年10年間建造的6艘不同船型的拆解船舶作為研究對(duì)象發(fā)現(xiàn)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及替代材料的普及，PCBs在各種船型的中的含量越來(lái)越少，甚至在其中1艘船舶中實(shí)現(xiàn)了不含有PCBs，這也為拆解帶來(lái)了便利，對(duì)環(huán)境進(jìn)行了進(jìn)一步的保護(hù)。

作為《香港公約》中明確規(guī)定的有害物質(zhì)之一，對(duì)于該船舶上含有PCBs的材料的拆解也應(yīng)按照一定的規(guī)范來(lái)進(jìn)行。拆解含有PCBs的設(shè)備時(shí)，由于其加熱可分解產(chǎn)生有毒氣體，因此拆解的時(shí)候應(yīng)嚴(yán)禁使用明火，例如拆解含有PCBs的電纜時(shí)只能采用手工冷拆而不能動(dòng)火切割以防有毒氣體擴(kuò)散。尤其是拆解液態(tài)的含有PCBs的裝置時(shí)，拆解工人應(yīng)身著專業(yè)的防護(hù)裝備以保證自身安全。拆解下來(lái)的含有PCBs的設(shè)備應(yīng)統(tǒng)一貯存在專用倉(cāng)庫(kù)等待運(yùn)往專業(yè)處理公司進(jìn)行回收處理，貯存期一般不超過(guò)30 d且倉(cāng)庫(kù)需可以防止PCBs的滲漏并在附近設(shè)立警示標(biāo)示。

PCBs的處理方法有很多種，主要分為掩埋法、焚燒法、微生物分解法以及其他的物化處理方法等[10]。掩埋法成本低，操作簡(jiǎn)單，但對(duì)于環(huán)境的污染較大，掩埋的PCBs極易滲入周邊土壤，對(duì)于周邊的土壤及水體造成污染，且這種污染在一定時(shí)間內(nèi)很難消除。焚燒法被認(rèn)為是目前發(fā)展比較完善的一種方法，其主要是將PCBs放入高效焚燒爐高溫分解成無(wú)毒害的無(wú)機(jī)物，但由于PCBs燃燒不完全會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)如一氧化碳，因此小心控制反應(yīng)條件顯得尤為關(guān)鍵。微生物分解法則是通過(guò)微生物無(wú)機(jī)化代謝的方式分解PCBs，但此種方式的分解效果取決于PCBs中氯原子的數(shù)量，氯原子越少越容易降解。由此比較可以得出，焚燒法是目前來(lái)說(shuō)比較理想比較經(jīng)濟(jì)的處理方法。

2.3 玻璃纖維

玻璃纖維是一種無(wú)機(jī)非金屬材料，防腐蝕耐熱防水絕緣性能較好[11]，價(jià)格便宜，在老舊船舶中經(jīng)常被用作保溫隔熱的復(fù)合板材，在老舊LNG船舶上應(yīng)用廣泛。

玻璃纖維與石棉和PCBs不同的是，其目前尚未被各個(gè)公約規(guī)范列為有毒有害檢測(cè)物品的清單行列，在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明其對(duì)于人體的危害要比石棉和PCBs低[11]。其危害在于長(zhǎng)期接觸玻璃纖維絲會(huì)對(duì)人體的肺部、粘膜造成損傷，導(dǎo)致塵肺、過(guò)敏性皮炎等疾病。由于其對(duì)人體和環(huán)境危害的作用原理和石棉相類似，都是由于散落在空氣中的細(xì)小纖維粉塵造成對(duì)人體的損傷，處理玻璃纖維的流程以及注意事項(xiàng)也與石棉類似。應(yīng)防止揚(yáng)塵，施工作業(yè)時(shí)應(yīng)保持材料濕潤(rùn)；施工的時(shí)候應(yīng)注意通風(fēng)，拆解下來(lái)的玻璃纖維應(yīng)注意收集并合理處置、回收、再利用。

3 結(jié)論

LNG是一種高污染高附加值船舶，就其種類特性來(lái)說(shuō)，以一條極具代表性的LNG船舶的拆解過(guò)程研究作為切入點(diǎn)，足以代表LNG類型船舶，甚至可據(jù)此對(duì)船齡較長(zhǎng)、污染物含量較高的船舶的拆解做出總結(jié)。這是前人研究成果中所不涉及的部分，因此,本文所述極具理論現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義,可以得到如下結(jié)論。

1)有毒有害物質(zhì)的毒性的散發(fā)大多來(lái)源于其火焰切割的過(guò)程。避免火焰切割，可以避免例如PCBs、油漆等物質(zhì)受到高溫從而釋放出有毒氣體。然而人工手動(dòng)切割工作量大且效率低，并不是一個(gè)很好的選擇。對(duì)于此種情況，可以使用高壓研磨水切割來(lái)替代，即運(yùn)用加入研磨料的高壓射流水刀替代傳統(tǒng)的乙炔火焰，避免高溫加熱，從而降低有毒氣體的釋放，達(dá)到環(huán)保的目的。對(duì)于高壓研磨水切割的成本控制、切割用水是否會(huì)在切割過(guò)程中被污染，以及如何凈化的問(wèn)題，由于篇幅原因本文尚未涉及，將在今后的研究中加以討論。

2)當(dāng)LNG船舶拆解中遇到船體局部進(jìn)水導(dǎo)致船體下沉的情況時(shí)，由于船身部分或全部浸沒(méi)在水中，手工乙炔火焰切割與前文作者提出的水切割的方式就不再適用了。這種情況下，若不采用把船拖入船塢的方式拆解，則可以采用爆炸切割技術(shù)，即在水下使用炸藥，在船體多點(diǎn)布點(diǎn)、同時(shí)引爆。對(duì)于此種拆解方式，炸藥爆炸對(duì)于周邊水體生物和周圍居民的安全問(wèn)題，以及炸藥的用量、配方、布點(diǎn)的選擇，是需要注意的。

3)對(duì)于LNG中大部分廢物來(lái)說(shuō)，高溫燃燒是目前較為普遍的處置方式，而燃燒時(shí)精確的條件控制和成本控制，以及如何避免產(chǎn)生有害毒氣是一個(gè)棘手的問(wèn)題。如何將石棉、PCBs、玻璃纖維等廢物做到徹底無(wú)害化處理，例如采用微生物降解的可行性以及研發(fā)新型無(wú)害的催化劑催化其分解，亦是下一步的工作方向。

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On Disposal Methods of Toxic and Hazardous Substances during Ship-breaking Process

YAN Hong-sheng, GUAN Xiao-fei

(School of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China)

To solve the environmental risk caused by ship-breaking activities, a LNG vessel was taken as an example. Through tracing investigation, the methods to deal with the asbestos, PCBs, and fiber glass during the ship-breaking process were set forth. The recycling scheme of the toxic and hazardous substances during ship-breaking process was discussed, and some ship-breaking methods like water-jet cutting were proposed.

ship-breaking; toxic substance; asbestos; PCBs; fiberglass

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.02.020

2016-08-30

閆宏生(1973—)，男，博士，副教授

U672.8

A

1671-7953(2017)02-0084-05

修回日期：2016-10-19

研究方向:綠色船舶拆解，高性能船舶設(shè)計(jì)