舰船固废产量特性分析及其处理方式

王泉斌

(中国舰船研究设计中心，武汉 430064)



舰船固废产量特性分析及其处理方式

王泉斌

(中国舰船研究设计中心，武汉 430064)

摘要：讨论舰船固废的产量特性与成分比例，分析舰船固废的处理方式，结果表明：舰船固体废弃物的产量特性主要取决于舰员数量和续航力，国内舰船的固体废弃物中可焚烧类垃圾所占的比例差异较大；对于舰船固废的处理，基本按照玻璃、金属罐类、塑料类、纸质类、食品类、医疗及化学制品危废类等进行区分收集和分类处理。

关键词：固废；产量；处理

随着MARPOL73/78等国际环保公约的签署实施，我国水面舰船在固体废弃物处理及其排放方面越来越重视。水面舰船的固体废弃物主要包括食品垃圾、塑料垃圾、纸制品、纺织品、木制品、医疗垃圾、金属、玻璃、陶器等。现阶段水面舰船对于固体废弃物的处理手段主要为破碎、压实、烘干和焚烧，并将处理后的固体废弃物存放至可排放海域时再排放或转运至岸上处理。然而，由于舰船固体废弃物种类多，产生量差异较大、成分复杂，从而导致舰船固体废物的处理工艺受到较大影响，设备处理能力及其处理效果并不尽如人意，给全舰舱室环境和舰员健康带来了许多不利影响。其主要表现为：

1)固体废弃物的设备处理能力不足、效果较差，系统设计指标达不到。

2)固体废弃物的存放、转运占用较多总体空间，舰员人工操作工作量较大。

3)固体废弃物的处理流程易产生二次污染，对舱室环境和舰员健康造成潜在危害。

因此，有必要了解掌握国外游轮及水面舰船上的固体废弃物产量特性，建立适合我国水面舰船固体废弃物产量的预测方法，为舰船固体废弃物处理系统的设备处理能力设计提供准确、合理的设计输入；同时通过对国外船舶各类固体废弃物的处理方式进行对比分析，优化改进我国水面舰船固体废弃物的处理方式与工艺流程，减少系统的总体资源占用以及舰员的人工操作需求，提高全舰污染控制系统的综合处理能力。

1舰船固废产量特性及处理方式分析

1.1舰船固废产量特性分析

国外游轮固体废弃物的种类主要包括塑料、纸张、木头、纸板、食品垃圾、金属罐、玻璃以及船上乘客丢弃的各类固体废弃物。早在90年代，相关机构评测获得的数据为游轮上每人每天约产生3.5 kg的固体废弃物。之后，随着环保法规的日益严格以及对固体垃圾减排的关注重视，游轮固体废弃物的产量近年来得到较大程度的减控。但即使是这样，对于一个中等规模的游轮，其一周的固体废弃物产量仍在8 t以上。国外环保与科研机构对各类游轮每人每天的固体垃圾产生量的评估数据见表1。

表1　各类游轮每人每天的固体垃圾产量

由表1可见，目前国外相关环保机构对于游轮固体垃圾的产量限制要求为3.5 kg/(人·d)，而各类游轮的实际固体垃圾产生量均低于该指标。其中，“佛罗里达加勒比海游轮协会”和“荷兰至美国航线”的固体垃圾产量调研结果相对较小，均不到1.0 kg/(人·d)；而“加勒比州固废处理研究机构”与“Seebacher”研究显示的分别为2.95和2.59 kg/(人·d)。同时，Horsman等学者在1980～1981年期间对船舶上食品垃圾的产量比例进行了深入调研，分析发现食品垃圾的产量比例约占到全船固体垃圾的46%以上。而国际海事咨询组织(IGCMO：国际海事组织IMO前身)也曾对船舶食品垃圾人均每天的产生量进行了评估，认为船舶食品垃圾在1.4～2.4 kg/(人·d)之间(IGMCO，1978)。该数据随后被拿来与其他评测结果进行了广泛比较，并主要应用于典型游轮航线的食品垃圾产量评估。从上述分析结果来看，各类船舶固体废弃物的产量特性存在较大差异。这一方面说明针对船舶固体废弃物产量的评测数据还不够全面、准确；另一方面也说明由于技术、经济及文化等方面的不同，造成影响船舶固体废弃物产量特性的因素较多，比如主要包括：船舶的用途、续航力、船上人员数量、人员生活饮食习惯、船舶设备使用与老化程度、后勤物资保障模式等[1-2]。

舰船固体废弃物的产生种类与游轮相似，主要包括塑料垃圾、食品垃圾以及舰上日常工作生活中产生的其他固体垃圾，如纸制品、玻璃制品、金属制品、木质品及纺织品等固体废弃物。而其主要差异在于，与民用船舶明确的目标航线不同，军用舰船多为全球区域航行，出航周期时间更长，出海靠港期间产生的各类固体废弃物无法及时转岸接设施进行处理，同时大量舰员无论是航行期间还是靠港时均生活在舰上，每天都会有固体废弃物产生。而其中食品垃圾通常是舰船各类固体废弃物中产量比例最大的一类，并且由于食品垃圾的堆积体积大、难以存储、有免疫要求等特点，如果舰船航行于无法直接排放的特殊海域则必须对食品垃圾进行处理。而舰船作为作战平台系统，通常对上舰固废处理设备的重量及其所需的空间资源有较多限制，并且由于工作环境的恶劣(例如，尺寸要求、重量限制、海上的倾斜摇晃等)，所以对于舰用食品垃圾的处理设备通常存在更多特定要求，从而导致舰船食品垃圾的处理目前仍存在较多难题。也正是鉴于食品垃圾的处理现状，以及国际影响的考虑，对于舰船上的食品垃圾产生量，目前仅有一部分较少的文献有所报道。通过查阅国外舰船食品垃圾产量特性的相关研究报道，收集获得澳大利亚的研究机构曾在2003年针对舰船食品垃圾的产量特性进行了较为系统的数据调研和跟踪报道。调研分析数据见表2。

表2　国外舰船食品垃圾人均每天产生量

表2中分别给出了1995年以前美国、英国及加拿大等欧美国家，以及1994年以后美国和澳大利亚海军的食品垃圾调研评估数据。由表2可见，1994年以后针对舰船食品垃圾产量开展的分析评估数据更为全面，其跟踪调研的范围涵盖了所有食品垃圾，调研的数据结果更具代表性和针对性。

在针对澳大利亚海军食品垃圾产量特性进行调研的六艘军用舰船分别包括有巡逻舰、补给舰、测量船和护卫舰，舰上人员数量17～219人。从调研的数据结果来看，食品垃圾的单位产生量特性具有随舰船人员数量的增长而增长的趋势。并且通过进一步分析研究发现，舰上食品垃圾的人均每天产生量的变化规律在取样范围内与舰上人员数量近似成线性关系，其近似的线性关系表达式具体如下(其中假定所有调研舰船中食品垃圾的平均密度为恒定值0.59 kg/l，线性相关系数r2=0.92)：

y=(0.002x+0.56)

(1)

式中：x——舰员人数；

y——舰上食品垃圾人均每天的单位产生量，kg/(人·d)。

因此，全舰每天产生的食品垃圾总量为

w=(0.002x2+0.56x)

随后，澳大利亚研究机构将上述食品垃圾产量评估模型的计算分析数据与实船调研结果进行对比，发现尽管在某驱逐舰上实际的食品垃圾平均产量为0.92 kg/(人·d)，平均密度为0.66 kg，略低于模型评估的数据1.17 kg/(人·d)，但仍认为该模型分析评估结果能够很好地验证其产量特性随舰员数量增长而增长的变化规律，并且尤为吻合早期研究评估中100人以上的舰船食品垃圾的产量评测结果。

与此同时，美国海军对舰上食品垃圾的产量特性也进行了跟踪调研，1996年分别对一艘驱逐舰(324人)、一艘护卫舰(180人)和一艘两栖登陆舰(1 100人)分析表明，舰上食品垃圾的平均产量其中最高的为1.25 kg/(人·d)，三艘舰的平均值为0.88 kg/(人·d)。而在1995年，美国海军的调研结果显示舰上人均每天的食品垃圾产生量为0.66 kg/(人·d)，但该结果可能并未包含所有食品垃圾[3]。

对国内部分舰船出航期间固废产生量的调研结果见表3。

由表3可见，各型舰船的固废产量特性存在一定差异，人均每天固废产生量最小为0.4 kg，最大在1.0 kg以上；并且其中可焚烧类垃圾所占的比例也变化较大。这一方面受舰船用途、舰员数量、出航周期影响，另一方面还主要与舰上固废产量的调研范围的系统性和全面性有关。

综上，初步推断国内舰船的固废产量见表4。

表3　国内部分舰船跟踪调研的固废产生量

表4　国内舰船固废产生量预测　kg/(人·d)

表4中，可焚烧类固体废弃物主要包括食品垃圾以及纸质、木质、纺织品等其他垃圾。同时，舰上人均每天的固废产生量取值应随舰员数量的增多以及续航力的升高而增大，并且食品垃圾的所占比例也应有所提高。当然，由于舰船固废产量特性及其组分比例受舰上诸多因素影响，对于表4中舰船固废产量预测数据的有效性还有待更为全面、广泛的跟踪调研。

1.2舰船固废处理方式分析

船舶固废处理系统是根据各相关海洋防污染公约和条例的要求，对船上产生的各类固体垃圾进行分类处理。主要功能如下。

1)食品垃圾处理。在排放不受限制的海域直接排放；在有条件限制排放的海域，按排放标准处理后排放；在禁止排放的海域或停靠码头时，对食品垃圾进行粉碎、脱水、烘干(或消毒)处理后暂存船上(不超过3 d的储存量)，待航行至可排放海域时再排放或转运至岸上处理。

2)塑料垃圾处理。先压实打包暂存于垃圾收集舱内，靠码头后再转至岸上处理。

3)纸制品、纺织品及木制品等固体垃圾的处理。进行焚烧后将其灰烬在可排放海域排放入海。

4)金属、玻璃、陶器等其他固体垃圾处理：在排放不受限制的海域直接排放；在有条件限制排放海域和禁止排放海域收集暂存在船上，等到了可排放海域再排放或靠码头后转至岸上处理(对其中可压缩的垃圾如金属罐等也可先进行压实以减小存放体积)。

而对于船舶固体垃圾的排放入海，各国目前主要参照执行《73/78防污公约》中附则Ⅴ的排放标准。

大多数船舶通常会采取多方面的措施对船上的各类固体废弃物进行控制和处理，主要包括源头产量的控制、固体垃圾的分类、减容处理以及回收利用[4-5]。阿拉斯加环保局(ADEC)的调研结果显示，游轮上约75%～85%的固体垃圾通常采用焚烧方式进行处理，焚烧后产生的残灰排放入海，而剩余部分的固体垃圾则主要通过转岸接进行处理或进行回收再利用。

国外船舶固体垃圾的主要处理方式见表5。

表5　国外船舶固废主要处理方式

从表5可以看到，对于玻璃、金属罐主要采用分类收集，压实及打包后贮存在船上，然后转岸接以回收利用；对于纸质类固体垃圾则采用直接焚烧处理，或在有条件的情况下进行打包贮存以作回收利用。而对于食品垃圾，由于其中一般含有较多水分，不易直接焚烧，所以船上的食品垃圾通常与其他固体垃圾分开单独处理，收集后一般先进行粉碎或压实，并将食品垃圾经过粉碎或压实循环处理数次后的脱水液体(一天约有6～12 m3)送入灰水收集舱进行收集，而对于压实脱水后的残留固态食品垃圾则送入焚烧装置进行焚烧处理。

同时，船上一般还会产生一定量的危废，其主要包括有照片处理的化学制品、干燥清洁的废弃物、用过的涂料、化学溶剂、重金属、过期的药品和药剂、印刷废弃物、烃类以及氯化烃类、荧光的和含汞的电灯泡、电池等。尽管此部分危险废弃物的产生量很小(一周约小于1 m3)，但其危害性却十分巨大，同时，因为船用焚烧装置的焚烧温度一般不易消除危废中的有害物质，因此其处理通常需要与其他固体垃圾分开。所以，固体废弃物焚烧处理前对于危废的有效定义与分类则非常关键。同时，对于焚烧处理产生的残灰也应符合有关危害废弃物的限定标准，对于会产生危害残灰的固体垃圾同样不能直接送入焚烧装置进行焚烧，而应单独进行分类处理。所以，船上的固体垃圾分类收集、操作流程的管理是船舶固体垃圾处理和安全排放的必要保障[6-7]。

国内、外舰船在主要固体垃圾处理方式对比见表6。

表6　舰船固废主要处理方式对比

由表6可见，国外船舶主要将固体垃圾归为两类进行处理，一类是可燃性的固体垃圾，通过利用船用焚烧装置进行焚烧处理，并将焚烧产生的残灰收集后转岸接处理；另一类是非焚烧性固体垃圾，通常进行粉碎压实后打包贮存于船上，同时对于其中可回收的固废进行分类收集并转岸接后进行回收利用，从而有效提高了船舶的节能减排能力。

反观国内舰船的固体废弃物处理方式，则大多采用粉碎、脱水、压实等物理减容的方式，处理后在允许排放海域排放入海；或者在禁止排放海域，通过打包暂存于舰上，待航行到可排放海域排放或靠码头后再转岸接进行处理。比如最典型的食品垃圾，在我国早期的舰船中大多未考虑食品垃圾处理系统的设计，基本上为不经任何处理而直接排放入海，舰上也未配置食品垃圾处理设备。随着环保法规的日益严格以及环保意识的逐渐重视，近些年我国舰船设计陆续通过改装或新装餐厨垃圾处理装置，加大了舰船食品垃圾的处理水平。由于我国开展舰船固废处理技术的研究起步较晚，目前舰用固废焚烧装置的装备水平还相对较差，对于焚烧各类固体垃圾的综合处理能力较弱，因此从焚烧装置的实际使用效果以及舰船总体资源的经济性角度，现有国内舰船固废焚烧处理系统的上舰应用还十分有限。这也从另一方面说明，目前国内针对舰船固体废弃物处理技术开展的相关基础科研较为匮乏，设计过程中对舰船固废的产量特性预估不足，对固废处理系统的设计输入及其性能指标要求仍不够明晰[8]。

2舰船固废处理优化

2.1舰船固废处理流程优化

1)收集。设置垃圾收集箱对各类固体垃圾进行分类收集，同时将各处收集的纸、纺织品、木质材料等固体垃圾存放入纸袋或聚乙烯袋中，将金属、玻璃、陶瓷、塑料等固体垃圾存放入钢质容器中，而对于食品垃圾则主要通过在厨房或餐厅设置食品残渣收集桶进行餐厨垃圾的存放收集。

2)转运。食品垃圾主要来源于厨房以及餐厅。通过分设在厨房以及餐厅的食品垃圾收集桶对食品残渣进行收集后，转送至垃圾处理舱作进一步的处理或贮存。

对于纸、纺织品、木质材料等固体垃圾，通过分设在各生活舱室工作舱室以及设备舱室的垃圾收集箱进行分类收集，按照每层甲板、艏艉部向船舯收集的方案将各分区收集的垃圾统一转至纸袋或聚乙烯袋中，并最终将其转运至舰上的垃圾处理与储存室。

对于金属、玻璃、陶瓷、塑料等固体垃圾，通过分设在各生活舱室、工作舱室以及设备舱室的垃圾收集箱进行分类收集，按照每层甲板、艏艉部向船舯收集的方案将各分区收集的垃圾统一转至钢质垃圾收集容器中，并最终将其转运至舰上的垃圾处理与储存室。

3)贮存。将全舰收集的固体垃圾转运至舰上的垃圾处理与储存室，并按照食品垃圾、塑料垃圾、医疗垃圾、金属玻璃垃圾及纸质木材纺织类垃圾分类存放，以便进一步处理或对外排放。

2.2舰船固废处理方式优化

2.2.1食品垃圾处理方式优化

由于我国饮食习惯与国外相差较大，食品垃圾中通常含有大量的水分和油脂，其含水率通常为70%～80%，因此焚烧之前必须经过反复脱水，使其含水率至少降至50%以下。否则，就我国目前的船用焚烧装置的技术能力无法进行有效焚烧处理。鉴于常规驱护舰每天可焚烧固体垃圾总量不大，同时还需对食品垃圾进行脱水处理，且其处理工艺流程复杂，故建议不在驱护舰上设置固废焚烧装置，而主要采取下列食品垃圾处理技术[9-10]。

1)在12 n mile以外允许直接排放海域直接排放入海；

2)在3～12 n mile，利用餐厨垃圾处理装置对食品垃圾进行粉碎处理后直接排放入海；

3)在3 n mile以内、港口以及禁排区，利用餐厨垃圾处理装置对食品垃圾进行烘干和打包处理后暂存在舰上，到了可排放海域再排放入海或靠码头后再转至陆上处理。

2.2.2医疗垃圾处理方式优化

舰上医疗垃圾主要为医疗救护过程中产生的针管、针头、纱布、棉签、废弃的药物及药瓶等。由于医疗垃圾中含有较多具有腐蚀性、高挥发性的物质且通常还会携带有一定数量的细菌、病菌等微生物，因此需设置专门的密封包装周转箱(金属或硬质塑料材质)用于贮存舰上产生的医疗垃圾，周转箱具有密闭封装功能且设有明显警示标识，将医疗垃圾打包封装后贮存在舰上，靠码头后再转至陆上进行处理。

2.2.3塑料垃圾处理方式优化

利用多功能固体垃圾压实机对塑料垃圾进行加热、粉碎以及压实处理，处理后可在允许排放海域排放入海或打包暂时储存在舰上，靠码头后再转至陆上进行处理。

2.2.4其他垃圾处理方式优化

其他垃圾主要包括金属、玻璃、陶瓷、纸质、木质材料及纺织品等固体垃圾。

1)在12 n mile以外允许直接排放海域直接排放入海；

2)在3～12 n mile，利用多功能固体垃圾压实机对纸质、木质材料、纺织品等固体垃圾进行粉碎、压实处理，之后可在允许排放海域排放入海或打包暂时储存在舰上，靠码头后再转至陆上进行处理。

3)在3 n mile以内、港口以及禁排区，利用多功能固体垃圾压实机对金属、玻璃、陶瓷等固体垃圾进行粉碎、压实处理，处理后可在允许排放海域排放入海或打包暂时储存在舰上，靠码头后再转至陆上进行处理。

3结束语

综上所述，舰船固体废弃物的产量特性与成分比例受舰船用途、舰员数量、续航力、人员生活饮食习惯、舰上设备使用和老化程度、后勤物资保障模式等诸多因素影响，但是主要取决于舰员数量和续航力。国内舰船的固废产量中可焚烧类垃圾所占的比例存在较大差异；对于舰船固废的处理，基本按照玻璃、金属罐类，塑料类，纸质类，食品类，医疗、化学制品危废类等进行区分收集和分类处理。

参考文献

[1] JOHNSON L S. Disposal. cruise ship disposal assessment report[R]. U.S. Environmental Protection Agency,2008.

[2] POLGLAZE J. Can we always ignore ship generated food waste [J]. Marine Pollution Bulletin,2003，46:33-38.

[3] Reddy M S, Basha Shaik, et al. Modeling the energy content of combustible ship-scrapping waste at Alang-Sosiya, India, using multiple regression analysis[J]. Waste Management,2005，25:747-754.

[4] Carpenter Angela, Macgill S.M. The EU directive on port reception facilities for ship-generated waste and cargo residues: current availability of facilities in the North Sea [J]. Marine Pollution Bulletin,2003，46:21-32.

[5] Stefano Zuin, Elvis Belac, Boris Marzi. Life cycle assessment of ship-generated waste management of Luka Koper[J]. Waste Management,2009，29:3036-3046.

[6] 赵凯,朱娜.舰船废弃物处理技术[J].船海工程,2010,39(6):56-59.

[7] 曾荣辉,付森宗.国外舰船污染物处理技术及启示[J].船海工程,2010,39(6):60-63.

[8] 吴睿锋,盛立.海军舰船防污技术指标及其发展思路[J].舰船电子工程,2012,32(9):8-11.

[9] 楼伟锋,盛立.舰船污染途径及现状研究[J].舰船电子工程,2013,33(11):18-19.

[10] 陈新恩.远洋船舶垃圾处理技术的研究[J].广州航海学院学报,2013,21(4):5-7.

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

中图分类号：U664.9

文献标志码：A

文章编号：1671-7953(2016)02-0045-06

第一作者简介：王泉斌(1982-)，男，博士，工程师E-mail:wqb_hust@163.com

基金项目：国家部委基金资助项目

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:船舶系统设计、污染防治