新型船體水下環(huán)保防污技術(shù)研究

摘 要：本文分析了船體傳統(tǒng)防污技術(shù)的涂層對(duì)環(huán)境的影響，世界各國(guó)家都在關(guān)注減少海洋環(huán)境污染的防污措施，一致認(rèn)為采用無(wú)殺蟲(chóng)劑的防污策略才更加得當(dāng)。新型防污技術(shù)使用非常堅(jiān)固的無(wú)釋放殺蟲(chóng)劑的涂層并配合定期水下清潔，不但可以保護(hù)海洋環(huán)境免遭污染和破壞，其防污程序還可以從總體上節(jié)約船體生命周期中所產(chǎn)生的部分成本。

關(guān)鍵詞：船體 環(huán)保防污

中圖分類(lèi)號(hào)：U66文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2012）09（b）-0022-02

1 防污漆中殺蟲(chóng)劑對(duì)環(huán)境的影響

傳統(tǒng)的防污技術(shù)原理是應(yīng)用涂層以化學(xué)方法釋放殺蟲(chóng)劑來(lái)殺滅或阻滯船體污垢的生長(zhǎng)。20世紀(jì)60年代，船舶涂裝行業(yè)引入三丁基錫（TBT）涂層，因?yàn)槠鋵?duì)于船體污垢物有較高的毒性作用，一直以來(lái)都作為有效的防污漆使用。但是，由于人們逐漸意識(shí)到TBT極高的毒性會(huì)對(duì)人類(lèi)賴(lài)以生存的海洋環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，該防污漆已于2008年在全球范圍內(nèi)禁令使用。盡管如此，目前以及在可預(yù)知的未來(lái)，在船廠及港口附近仍然可以監(jiān)測(cè)到TBT的毒性，尤其是其積聚的沉淀物。

目前，基于銅的船底防污漆已成為廣泛應(yīng)用的防污材料。它們以化學(xué)方式釋放銅以降低污垢有機(jī)體的生長(zhǎng)。在一些港口和碼頭，船舶會(huì)停靠很久，銅含量在水體和沉淀物中就可能會(huì)達(dá)到毒性濃度。研究顯示，溶解銅的積聚物會(huì)影響海生物比如蚌類(lèi)、牡蠣、扇貝、海膽和甲殼類(lèi)的生長(zhǎng)、發(fā)育以及繁殖。這些物種在胚胎期、幼蟲(chóng)期和成熟期會(huì)出現(xiàn)數(shù)量減少或不正常生長(zhǎng)現(xiàn)象，并在成熟時(shí)期的消化、繁殖和肌肉組織等方面存在缺陷。此外，大多基于銅的防污漆都含有所謂的“助防污劑”來(lái)擴(kuò)大防污的范圍，而部分助防污劑在一些國(guó)家已經(jīng)被禁止使用。

研究殺蟲(chóng)劑對(duì)于環(huán)境影響的方法之一就是進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。主要針對(duì)殺蟲(chóng)劑的內(nèi)部危險(xiǎn)和其暴露所帶來(lái)的危險(xiǎn)問(wèn)題進(jìn)行評(píng)估。在評(píng)估溶解銅或船體涂層其他有毒物質(zhì)對(duì)環(huán)境影響的時(shí)候，最重要的是萃取防污漆中殺蟲(chóng)劑的高毒性物質(zhì)，以及萃取港口碼頭和水體中海生物中的高毒性物質(zhì)，因?yàn)槠渫瑫r(shí)遭受其他污染物的累積效應(yīng)，如溢出的潤(rùn)滑油、柴油、汽油、潔劑、垃圾、廢物、污水等。每一污染物釋放的減少都可以有利于環(huán)境并促進(jìn)溶解銅、其他殺蟲(chóng)劑的減少，促進(jìn)魚(yú)類(lèi)及其他海生物和鳥(niǎo)類(lèi)擁有更健康和更豐富的食物鏈。

世界范圍內(nèi)的許多國(guó)家都在制訂減少大量銅和其他殺蟲(chóng)劑釋放的相關(guān)法規(guī)，各國(guó)家一致認(rèn)為無(wú)殺蟲(chóng)劑的防污策略才是減少海洋環(huán)境污染的有效措施。

2 無(wú)殺蟲(chóng)劑的防污策略分析

無(wú)殺蟲(chóng)劑的防污策略之一是使用自?huà)伖庑陀推幔梢蕴峁┓浅９饣耐繉颖砻妫股镉袡C(jī)體很難附著之上。而一旦附著船體的光滑涂層表面之上，有機(jī)體會(huì)被船體高速航行時(shí)產(chǎn)生的水流剪切力沖掉或者是易于清潔掉。但其主要存在的問(wèn)題是不適用于低速航行的船舶或長(zhǎng)時(shí)間靠泊的船舶，這會(huì)使生物有機(jī)體（污垢）更堅(jiān)固的附著于船體上。這種情況下，可以利用水下清潔的方法去除污垢，但這種防污涂層具有一定的彈性，清潔時(shí)應(yīng)使用軟刷，這就導(dǎo)致可能不會(huì)清潔掉所有污垢，同時(shí)，不管是清潔還是系泊操作過(guò)程，機(jī)械性的涂層以及船體破壞時(shí)有發(fā)生，因此，裸露出的船體區(qū)域就要在干船塢中進(jìn)行維修。

另一種無(wú)殺蟲(chóng)劑的防污策略是使用非常堅(jiān)固的船體涂層保護(hù)并配合水下清潔，盡管這種涂層在最初使用時(shí)就確定其表面最終會(huì)產(chǎn)生污垢，但是能夠承受更多的具有破壞性的清潔。換句話(huà)說(shuō)，在這種涂層保護(hù)下的船體能保持最佳狀態(tài)，而無(wú)需在船塢內(nèi)更換涂層或者破壞后進(jìn)行船體修補(bǔ)。這種防污策略不僅能夠清除污垢，更重要的是能夠節(jié)約船體進(jìn)塢復(fù)涂的成本，但這種策略應(yīng)具備對(duì)涂層進(jìn)行優(yōu)良的表面處理技術(shù)。船體水下清潔首要考慮的問(wèn)題是將會(huì)導(dǎo)致船舶周?chē)鷼⑾x(chóng)劑脈沖式釋放，因此導(dǎo)致港口水域逐漸達(dá)到毒性等級(jí)，但是這種憂(yōu)慮在無(wú)殺蟲(chóng)劑的防污策略下不會(huì)發(fā)生。

3 新型“表面處理型”防污漆（STC）

目前比利時(shí)Hydrex公司研發(fā)了一種新型的“表面處理型”防污漆（STC）名為Ecospeed，不僅解決了無(wú)殺蟲(chóng)劑的船體防污問(wèn)題，更作為一項(xiàng)先進(jìn)的船體維護(hù)技術(shù)而具有廣泛的應(yīng)用前景。Ecospeed是一種以乙烯基酯樹(shù)脂為基料，并以玻璃鱗片作為增強(qiáng)劑，專(zhuān)門(mén)用于船殼水下防護(hù)的油漆系統(tǒng)，通過(guò)定期水下清潔以保證所有船舶處于最佳性能。無(wú)論是新造船舶或者需要維修的船舶，該油漆只需涂覆一次便可持續(xù)整個(gè)船舶使用期，終生無(wú)需復(fù)涂，其中僅需要對(duì)機(jī)械損傷部位進(jìn)行極少量的修補(bǔ)。該防污漆的主要特點(diǎn)是：

（1）涂層堅(jiān)韌，有彈性，耐腐蝕。該涂層需要配合定期的單獨(dú)的船體水下清潔，尤其在污垢的早期形成階段，由配合該防污漆使用的專(zhuān)用設(shè)備進(jìn)行清潔處理，使得船體涂層表面光滑，從而使螺旋槳達(dá)到最佳狀態(tài)，為船只的壽命提供最大限度的腐蝕及空泡防護(hù)。由于該涂層非常堅(jiān)固，因此當(dāng)污垢物牢固附著于船體之上時(shí)，盡管很大的清潔力度也不會(huì)損壞涂層（圖1）。

（2）節(jié)約燃油成本，降低船舶的停運(yùn)時(shí)間以及停租時(shí)間，利用最少的塢修時(shí)間并且整個(gè)船舶生命周期無(wú)需其他涂層替代。利用水下清潔除掉污垢的同時(shí)船體航行的阻力隨之減小，不僅如此，該涂層的表面光滑，也會(huì)降低船體航行阻力，典型船舶試驗(yàn)顯示一塊涂有STC板的阻力小于涂有傳統(tǒng)漆板阻力的9%，試驗(yàn)測(cè)試推斷表明燃料節(jié)省4%（圖2）。

（3）不含任何殺蟲(chóng)劑。2008年，相關(guān)人員研究了已經(jīng)投入商用的STC在不同階段釋放的污水情況，通過(guò)化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，在固化階段，只有芳烴劑如二甲苯和苯乙烯萃取出來(lái)。少量由芳烴劑和無(wú)毒高分子組成的釋放物質(zhì)，通過(guò)一系列涉及生物毒素和雌激素的測(cè)試，確認(rèn)其無(wú)殺生物質(zhì)。這些實(shí)驗(yàn)表明經(jīng)STC涂覆的水下船體沒(méi)有釋放任何有毒物質(zhì)。

（4）不以任何方式損壞海洋環(huán)境，不破壞海洋環(huán)境或食物鏈。NIS（非本土水生物種）被認(rèn)為是對(duì)于世界范圍海洋的四大威脅之一，其主要特性是改變?nèi)后w結(jié)構(gòu)、食物鏈和生態(tài)過(guò)程，從而影響著原有水生物種的生存，這些非本土水生物種已經(jīng)在全球232個(gè)海洋生態(tài)區(qū)域被記錄下來(lái)。幾項(xiàng)研究指出，外來(lái)物種以船體污垢作為傳播途徑的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加，對(duì)涂有STC涂層的船體進(jìn)行水下清潔并不是對(duì)船體進(jìn)行修復(fù)，而是一種防止外來(lái)物種擴(kuò)散的安全措施。表面處理型涂層通常設(shè)計(jì)成以一定間隔時(shí)間進(jìn)行清潔，能充分保證污垢的減少和較低耗油量的最佳狀態(tài)；換言之，規(guī)律性的進(jìn)行水下清潔可以防止船體產(chǎn)生嚴(yán)重的污垢，降低外來(lái)物種的傳播風(fēng)險(xiǎn)。

（5）防污程序簡(jiǎn)化。防污漆應(yīng)用的瓶頸是船體建造和維修中需要面對(duì)很多例如天氣條件等的因素，以及涂層不可預(yù)知的干燥時(shí)間和其他的干擾因素等。結(jié)果由于經(jīng)常急速使用而導(dǎo)致涂層的質(zhì)量下降甚至失敗。經(jīng)常被忽視的一個(gè)問(wèn)題是涂層維護(hù)的費(fèi)用將是最初使用費(fèi)用的14倍之多。簡(jiǎn)化防污漆應(yīng)用程序可以緩和使用瓶頸，并可以使最初涂層應(yīng)用效果得到提升。據(jù)估算使用基于銅的防污漆會(huì)增加船舶的進(jìn)塢次數(shù)，每年船體爆破和維護(hù)將會(huì)產(chǎn)生額外8億升的污染廢水，以及額外23億噸被污染的鋼砂和180萬(wàn)個(gè)需要處理的油漆罐。STC防污漆可以提供永久性使用的船體保護(hù)涂層，只要配合定期的水下清潔就可以使船體免遭污垢侵襲，維護(hù)船體的最佳狀態(tài)而其較為完善的技術(shù)可以使水下清潔工作簡(jiǎn)單而有效，避免船舶因涂層的破壞而反復(fù)進(jìn)塢維護(hù)維修，大大減少了進(jìn)塢成本。再者，這種涂層產(chǎn)生很少量的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCS）和有害空氣污染物（HAPS），僅僅需要二層厚度為500微米的干膜，復(fù)涂間隔只需2～3h，且無(wú)最大復(fù)涂間隔限制，大大節(jié)約了涂裝的時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

從海洋環(huán)境保護(hù)的角度來(lái)看，無(wú)殺蟲(chóng)劑的防污策略毋庸置疑。目前已被許多船東所認(rèn)可并使用的STC防污漆可以降低船體阻力，提高燃油的經(jīng)濟(jì)性能，從而減少二氧化碳的排放量，同時(shí)，由于終生無(wú)需復(fù)涂而降低了VOCS和HAPS的釋放，并可以節(jié)約進(jìn)塢成本。在船體整個(gè)生命周期中，配合規(guī)律性的水下清潔可以阻止NIS的傳播并保持船體表面清潔而光滑。

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