艦船固廢產量特性分析及其處理方式

王泉斌

(中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

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艦船固廢產量特性分析及其處理方式

王泉斌

(中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

摘要：討論艦船固廢的產量特性與成分比例，分析艦船固廢的處理方式，結果表明：艦船固體廢棄物的產量特性主要取決于艦員數量和續航力，國內艦船的固體廢棄物中可焚燒類垃圾所占的比例差異較大；對于艦船固廢的處理，基本按照玻璃、金屬罐類、塑料類、紙質類、食品類、醫療及化學制品危廢類等進行區分收集和分類處理。

關鍵詞：固廢；產量；處理

隨著MARPOL73/78等國際環保公約的簽署實施，我國水面艦船在固體廢棄物處理及其排放方面越來越重視。水面艦船的固體廢棄物主要包括食品垃圾、塑料垃圾、紙制品、紡織品、木制品、醫療垃圾、金屬、玻璃、陶器等。現階段水面艦船對于固體廢棄物的處理手段主要為破碎、壓實、烘干和焚燒，并將處理后的固體廢棄物存放至可排放海域時再排放或轉運至岸上處理。然而，由于艦船固體廢棄物種類多，產生量差異較大、成分復雜，從而導致艦船固體廢物的處理工藝受到較大影響，設備處理能力及其處理效果并不盡如人意，給全艦艙室環境和艦員健康帶來了許多不利影響。其主要表現為：

1)固體廢棄物的設備處理能力不足、效果較差，系統設計指標達不到。

2)固體廢棄物的存放、轉運占用較多總體空間，艦員人工操作工作量較大。

3)固體廢棄物的處理流程易產生二次污染，對艙室環境和艦員健康造成潛在危害。

因此，有必要了解掌握國外游輪及水面艦船上的固體廢棄物產量特性，建立適合我國水面艦船固體廢棄物產量的預測方法，為艦船固體廢棄物處理系統的設備處理能力設計提供準確、合理的設計輸入；同時通過對國外船舶各類固體廢棄物的處理方式進行對比分析，優化改進我國水面艦船固體廢棄物的處理方式與工藝流程，減少系統的總體資源占用以及艦員的人工操作需求，提高全艦污染控制系統的綜合處理能力。

1艦船固廢產量特性及處理方式分析

1.1艦船固廢產量特性分析

國外游輪固體廢棄物的種類主要包括塑料、紙張、木頭、紙板、食品垃圾、金屬罐、玻璃以及船上乘客丟棄的各類固體廢棄物。早在90年代，相關機構評測獲得的數據為游輪上每人每天約產生3.5 kg的固體廢棄物。之后，隨著環保法規的日益嚴格以及對固體垃圾減排的關注重視，游輪固體廢棄物的產量近年來得到較大程度的減控。但即使是這樣，對于一個中等規模的游輪，其一周的固體廢棄物產量仍在8 t以上。國外環保與科研機構對各類游輪每人每天的固體垃圾產生量的評估數據見表1。

表1　各類游輪每人每天的固體垃圾產量

由表1可見，目前國外相關環保機構對于游輪固體垃圾的產量限制要求為3.5 kg/(人·d)，而各類游輪的實際固體垃圾產生量均低于該指標。其中，“佛羅里達加勒比海游輪協會”和“荷蘭至美國航線”的固體垃圾產量調研結果相對較小，均不到1.0 kg/(人·d)；而“加勒比州固廢處理研究機構”與“Seebacher”研究顯示的分別為2.95和2.59 kg/(人·d)。同時，Horsman等學者在1980～1981年期間對船舶上食品垃圾的產量比例進行了深入調研，分析發現食品垃圾的產量比例約占到全船固體垃圾的46%以上。而國際海事咨詢組織(IGCMO：國際海事組織IMO前身)也曾對船舶食品垃圾人均每天的產生量進行了評估，認為船舶食品垃圾在1.4～2.4 kg/(人·d)之間(IGMCO，1978)。該數據隨后被拿來與其他評測結果進行了廣泛比較，并主要應用于典型游輪航線的食品垃圾產量評估。從上述分析結果來看，各類船舶固體廢棄物的產量特性存在較大差異。這一方面說明針對船舶固體廢棄物產量的評測數據還不夠全面、準確；另一方面也說明由于技術、經濟及文化等方面的不同，造成影響船舶固體廢棄物產量特性的因素較多，比如主要包括：船舶的用途、續航力、船上人員數量、人員生活飲食習慣、船舶設備使用與老化程度、后勤物資保障模式等[1-2]。

艦船固體廢棄物的產生種類與游輪相似，主要包括塑料垃圾、食品垃圾以及艦上日常工作生活中產生的其他固體垃圾，如紙制品、玻璃制品、金屬制品、木質品及紡織品等固體廢棄物。而其主要差異在于，與民用船舶明確的目標航線不同，軍用艦船多為全球區域航行，出航周期時間更長，出海靠港期間產生的各類固體廢棄物無法及時轉岸接設施進行處理，同時大量艦員無論是航行期間還是靠港時均生活在艦上，每天都會有固體廢棄物產生。而其中食品垃圾通常是艦船各類固體廢棄物中產量比例最大的一類，并且由于食品垃圾的堆積體積大、難以存儲、有免疫要求等特點，如果艦船航行于無法直接排放的特殊海域則必須對食品垃圾進行處理。而艦船作為作戰平臺系統，通常對上艦固廢處理設備的重量及其所需的空間資源有較多限制，并且由于工作環境的惡劣(例如，尺寸要求、重量限制、海上的傾斜搖晃等)，所以對于艦用食品垃圾的處理設備通常存在更多特定要求，從而導致艦船食品垃圾的處理目前仍存在較多難題。也正是鑒于食品垃圾的處理現狀，以及國際影響的考慮，對于艦船上的食品垃圾產生量，目前僅有一部分較少的文獻有所報道。通過查閱國外艦船食品垃圾產量特性的相關研究報道，收集獲得澳大利亞的研究機構曾在2003年針對艦船食品垃圾的產量特性進行了較為系統的數據調研和跟蹤報道。調研分析數據見表2。

表2　國外艦船食品垃圾人均每天產生量

表2中分別給出了1995年以前美國、英國及加拿大等歐美國家，以及1994年以后美國和澳大利亞海軍的食品垃圾調研評估數據。由表2可見，1994年以后針對艦船食品垃圾產量開展的分析評估數據更為全面，其跟蹤調研的范圍涵蓋了所有食品垃圾，調研的數據結果更具代表性和針對性。

在針對澳大利亞海軍食品垃圾產量特性進行調研的六艘軍用艦船分別包括有巡邏艦、補給艦、測量船和護衛艦，艦上人員數量17～219人。從調研的數據結果來看，食品垃圾的單位產生量特性具有隨艦船人員數量的增長而增長的趨勢。并且通過進一步分析研究發現，艦上食品垃圾的人均每天產生量的變化規律在取樣范圍內與艦上人員數量近似成線性關系，其近似的線性關系表達式具體如下(其中假定所有調研艦船中食品垃圾的平均密度為恒定值0.59 kg/l，線性相關系數r2=0.92)：

y=(0.002x+0.56)

(1)

式中：x——艦員人數；

y——艦上食品垃圾人均每天的單位產生量，kg/(人·d)。

因此，全艦每天產生的食品垃圾總量為

w=(0.002x2+0.56x)

隨后，澳大利亞研究機構將上述食品垃圾產量評估模型的計算分析數據與實船調研結果進行對比，發現盡管在某驅逐艦上實際的食品垃圾平均產量為0.92 kg/(人·d)，平均密度為0.66 kg，略低于模型評估的數據1.17 kg/(人·d)，但仍認為該模型分析評估結果能夠很好地驗證其產量特性隨艦員數量增長而增長的變化規律，并且尤為吻合早期研究評估中100人以上的艦船食品垃圾的產量評測結果。

與此同時，美國海軍對艦上食品垃圾的產量特性也進行了跟蹤調研，1996年分別對一艘驅逐艦(324人)、一艘護衛艦(180人)和一艘兩棲登陸艦(1 100人)分析表明，艦上食品垃圾的平均產量其中最高的為1.25 kg/(人·d)，三艘艦的平均值為0.88 kg/(人·d)。而在1995年，美國海軍的調研結果顯示艦上人均每天的食品垃圾產生量為0.66 kg/(人·d)，但該結果可能并未包含所有食品垃圾[3]。

對國內部分艦船出航期間固廢產生量的調研結果見表3。

由表3可見，各型艦船的固廢產量特性存在一定差異，人均每天固廢產生量最小為0.4 kg，最大在1.0 kg以上；并且其中可焚燒類垃圾所占的比例也變化較大。這一方面受艦船用途、艦員數量、出航周期影響，另一方面還主要與艦上固廢產量的調研范圍的系統性和全面性有關。

綜上，初步推斷國內艦船的固廢產量見表4。

表3　國內部分艦船跟蹤調研的固廢產生量

表4　國內艦船固廢產生量預測　kg/(人·d)

表4中，可焚燒類固體廢棄物主要包括食品垃圾以及紙質、木質、紡織品等其他垃圾。同時，艦上人均每天的固廢產生量取值應隨艦員數量的增多以及續航力的升高而增大，并且食品垃圾的所占比例也應有所提高。當然，由于艦船固廢產量特性及其組分比例受艦上諸多因素影響，對于表4中艦船固廢產量預測數據的有效性還有待更為全面、廣泛的跟蹤調研。

1.2艦船固廢處理方式分析

船舶固廢處理系統是根據各相關海洋防污染公約和條例的要求，對船上產生的各類固體垃圾進行分類處理。主要功能如下。

1)食品垃圾處理。在排放不受限制的海域直接排放；在有條件限制排放的海域，按排放標準處理后排放；在禁止排放的海域或停靠碼頭時，對食品垃圾進行粉碎、脫水、烘干(或消毒)處理后暫存船上(不超過3 d的儲存量)，待航行至可排放海域時再排放或轉運至岸上處理。

2)塑料垃圾處理。先壓實打包暫存于垃圾收集艙內，靠碼頭后再轉至岸上處理。

3)紙制品、紡織品及木制品等固體垃圾的處理。進行焚燒后將其灰燼在可排放海域排放入海。

4)金屬、玻璃、陶器等其他固體垃圾處理：在排放不受限制的海域直接排放；在有條件限制排放海域和禁止排放海域收集暫存在船上，等到了可排放海域再排放或靠碼頭后轉至岸上處理(對其中可壓縮的垃圾如金屬罐等也可先進行壓實以減小存放體積)。

而對于船舶固體垃圾的排放入海，各國目前主要參照執行《73/78防污公約》中附則Ⅴ的排放標準。

大多數船舶通常會采取多方面的措施對船上的各類固體廢棄物進行控制和處理，主要包括源頭產量的控制、固體垃圾的分類、減容處理以及回收利用[4-5]。阿拉斯加環保局(ADEC)的調研結果顯示，游輪上約75%～85%的固體垃圾通常采用焚燒方式進行處理，焚燒后產生的殘灰排放入海，而剩余部分的固體垃圾則主要通過轉岸接進行處理或進行回收再利用。

國外船舶固體垃圾的主要處理方式見表5。

表5　國外船舶固廢主要處理方式

從表5可以看到，對于玻璃、金屬罐主要采用分類收集，壓實及打包后貯存在船上，然后轉岸接以回收利用；對于紙質類固體垃圾則采用直接焚燒處理，或在有條件的情況下進行打包貯存以作回收利用。而對于食品垃圾，由于其中一般含有較多水分，不易直接焚燒，所以船上的食品垃圾通常與其他固體垃圾分開單獨處理，收集后一般先進行粉碎或壓實，并將食品垃圾經過粉碎或壓實循環處理數次后的脫水液體(一天約有6～12 m3)送入灰水收集艙進行收集，而對于壓實脫水后的殘留固態食品垃圾則送入焚燒裝置進行焚燒處理。

同時，船上一般還會產生一定量的危廢，其主要包括有照片處理的化學制品、干燥清潔的廢棄物、用過的涂料、化學溶劑、重金屬、過期的藥品和藥劑、印刷廢棄物、烴類以及氯化烴類、熒光的和含汞的電燈泡、電池等。盡管此部分危險廢棄物的產生量很小(一周約小于1 m3)，但其危害性卻十分巨大，同時，因為船用焚燒裝置的焚燒溫度一般不易消除危廢中的有害物質，因此其處理通常需要與其他固體垃圾分開。所以，固體廢棄物焚燒處理前對于危廢的有效定義與分類則非常關鍵。同時，對于焚燒處理產生的殘灰也應符合有關危害廢棄物的限定標準，對于會產生危害殘灰的固體垃圾同樣不能直接送入焚燒裝置進行焚燒，而應單獨進行分類處理。所以，船上的固體垃圾分類收集、操作流程的管理是船舶固體垃圾處理和安全排放的必要保障[6-7]。

國內、外艦船在主要固體垃圾處理方式對比見表6。

表6　艦船固廢主要處理方式對比

由表6可見，國外船舶主要將固體垃圾歸為兩類進行處理，一類是可燃性的固體垃圾，通過利用船用焚燒裝置進行焚燒處理，并將焚燒產生的殘灰收集后轉岸接處理；另一類是非焚燒性固體垃圾，通常進行粉碎壓實后打包貯存于船上，同時對于其中可回收的固廢進行分類收集并轉岸接后進行回收利用，從而有效提高了船舶的節能減排能力。

反觀國內艦船的固體廢棄物處理方式，則大多采用粉碎、脫水、壓實等物理減容的方式，處理后在允許排放海域排放入海；或者在禁止排放海域，通過打包暫存于艦上，待航行到可排放海域排放或靠碼頭后再轉岸接進行處理。比如最典型的食品垃圾，在我國早期的艦船中大多未考慮食品垃圾處理系統的設計，基本上為不經任何處理而直接排放入海，艦上也未配置食品垃圾處理設備。隨著環保法規的日益嚴格以及環保意識的逐漸重視，近些年我國艦船設計陸續通過改裝或新裝餐廚垃圾處理裝置，加大了艦船食品垃圾的處理水平。由于我國開展艦船固廢處理技術的研究起步較晚，目前艦用固廢焚燒裝置的裝備水平還相對較差，對于焚燒各類固體垃圾的綜合處理能力較弱，因此從焚燒裝置的實際使用效果以及艦船總體資源的經濟性角度，現有國內艦船固廢焚燒處理系統的上艦應用還十分有限。這也從另一方面說明，目前國內針對艦船固體廢棄物處理技術開展的相關基礎科研較為匱乏，設計過程中對艦船固廢的產量特性預估不足，對固廢處理系統的設計輸入及其性能指標要求仍不夠明晰[8]。

2艦船固廢處理優化

2.1艦船固廢處理流程優化

1)收集。設置垃圾收集箱對各類固體垃圾進行分類收集，同時將各處收集的紙、紡織品、木質材料等固體垃圾存放入紙袋或聚乙烯袋中，將金屬、玻璃、陶瓷、塑料等固體垃圾存放入鋼質容器中，而對于食品垃圾則主要通過在廚房或餐廳設置食品殘渣收集桶進行餐廚垃圾的存放收集。

2)轉運。食品垃圾主要來源于廚房以及餐廳。通過分設在廚房以及餐廳的食品垃圾收集桶對食品殘渣進行收集后，轉送至垃圾處理艙作進一步的處理或貯存。

對于紙、紡織品、木質材料等固體垃圾，通過分設在各生活艙室工作艙室以及設備艙室的垃圾收集箱進行分類收集，按照每層甲板、艏艉部向船舯收集的方案將各分區收集的垃圾統一轉至紙袋或聚乙烯袋中，并最終將其轉運至艦上的垃圾處理與儲存室。

對于金屬、玻璃、陶瓷、塑料等固體垃圾，通過分設在各生活艙室、工作艙室以及設備艙室的垃圾收集箱進行分類收集，按照每層甲板、艏艉部向船舯收集的方案將各分區收集的垃圾統一轉至鋼質垃圾收集容器中，并最終將其轉運至艦上的垃圾處理與儲存室。

3)貯存。將全艦收集的固體垃圾轉運至艦上的垃圾處理與儲存室，并按照食品垃圾、塑料垃圾、醫療垃圾、金屬玻璃垃圾及紙質木材紡織類垃圾分類存放，以便進一步處理或對外排放。

2.2艦船固廢處理方式優化

2.2.1食品垃圾處理方式優化

由于我國飲食習慣與國外相差較大，食品垃圾中通常含有大量的水分和油脂，其含水率通常為70%～80%，因此焚燒之前必須經過反復脫水，使其含水率至少降至50%以下。否則，就我國目前的船用焚燒裝置的技術能力無法進行有效焚燒處理。鑒于常規驅護艦每天可焚燒固體垃圾總量不大，同時還需對食品垃圾進行脫水處理，且其處理工藝流程復雜，故建議不在驅護艦上設置固廢焚燒裝置，而主要采取下列食品垃圾處理技術[9-10]。

1)在12 n mile以外允許直接排放海域直接排放入海；

2)在3～12 n mile，利用餐廚垃圾處理裝置對食品垃圾進行粉碎處理后直接排放入海；

3)在3 n mile以內、港口以及禁排區，利用餐廚垃圾處理裝置對食品垃圾進行烘干和打包處理后暫存在艦上，到了可排放海域再排放入海或靠碼頭后再轉至陸上處理。

2.2.2醫療垃圾處理方式優化

艦上醫療垃圾主要為醫療救護過程中產生的針管、針頭、紗布、棉簽、廢棄的藥物及藥瓶等。由于醫療垃圾中含有較多具有腐蝕性、高揮發性的物質且通常還會攜帶有一定數量的細菌、病菌等微生物，因此需設置專門的密封包裝周轉箱(金屬或硬質塑料材質)用于貯存艦上產生的醫療垃圾，周轉箱具有密閉封裝功能且設有明顯警示標識，將醫療垃圾打包封裝后貯存在艦上，靠碼頭后再轉至陸上進行處理。

2.2.3塑料垃圾處理方式優化

利用多功能固體垃圾壓實機對塑料垃圾進行加熱、粉碎以及壓實處理，處理后可在允許排放海域排放入海或打包暫時儲存在艦上，靠碼頭后再轉至陸上進行處理。

2.2.4其他垃圾處理方式優化

其他垃圾主要包括金屬、玻璃、陶瓷、紙質、木質材料及紡織品等固體垃圾。

1)在12 n mile以外允許直接排放海域直接排放入海；

2)在3～12 n mile，利用多功能固體垃圾壓實機對紙質、木質材料、紡織品等固體垃圾進行粉碎、壓實處理，之后可在允許排放海域排放入海或打包暫時儲存在艦上，靠碼頭后再轉至陸上進行處理。

3)在3 n mile以內、港口以及禁排區，利用多功能固體垃圾壓實機對金屬、玻璃、陶瓷等固體垃圾進行粉碎、壓實處理，處理后可在允許排放海域排放入海或打包暫時儲存在艦上，靠碼頭后再轉至陸上進行處理。

3結束語

綜上所述，艦船固體廢棄物的產量特性與成分比例受艦船用途、艦員數量、續航力、人員生活飲食習慣、艦上設備使用和老化程度、后勤物資保障模式等諸多因素影響，但是主要取決于艦員數量和續航力。國內艦船的固廢產量中可焚燒類垃圾所占的比例存在較大差異；對于艦船固廢的處理，基本按照玻璃、金屬罐類，塑料類，紙質類，食品類，醫療、化學制品危廢類等進行區分收集和分類處理。

參考文獻

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Study on Generation Rate and Disposal of the Solid Waste for Warship

WANG Quan-bin

(China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

Abstract:The generation rate and component proportion of the solid waste for warship is investigated, and the disposal manners for various kinds of solid waste are analyzed. It is indicated that the generation rate of solid waste is mainly depend on the crew size and cruising ability; proportion of the incinerated wastes in the solid waste generated in warships is different each other, the solid wastes in warship can be separately collected and treated as glass, metal wastes, plastic containers, cardboard, packaging wastes, food wastes, medical and chemical hazardous wastes.

Key words:solid waste; generation rate; disposal

中圖分類號：U664.9

文獻標志碼：A

文章編號：1671-7953(2016)02-0045-06

第一作者簡介：王泉斌(1982-)，男，博士，工程師E-mail:wqb_hust@163.com

基金項目：國家部委基金資助項目

收稿日期：2016-01-06

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.02.013

修回日期：2016-01-21

研究方向:船舶系統設計、污染防治