新型船體水下環保防污技術研究

摘 要：本文分析了船體傳統防污技術的涂層對環境的影響，世界各國家都在關注減少海洋環境污染的防污措施，一致認為采用無殺蟲劑的防污策略才更加得當。新型防污技術使用非常堅固的無釋放殺蟲劑的涂層并配合定期水下清潔，不但可以保護海洋環境免遭污染和破壞，其防污程序還可以從總體上節約船體生命周期中所產生的部分成本。

關鍵詞：船體 環保防污

中圖分類號：U66文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）09（b）-0022-02

1 防污漆中殺蟲劑對環境的影響

傳統的防污技術原理是應用涂層以化學方法釋放殺蟲劑來殺滅或阻滯船體污垢的生長。20世紀60年代，船舶涂裝行業引入三丁基錫（TBT）涂層，因為其對于船體污垢物有較高的毒性作用，一直以來都作為有效的防污漆使用。但是，由于人們逐漸意識到TBT極高的毒性會對人類賴以生存的海洋環境造成嚴重的污染，該防污漆已于2008年在全球范圍內禁令使用。盡管如此，目前以及在可預知的未來，在船廠及港口附近仍然可以監測到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用的防污材料。它們以化學方式釋放銅以降低污垢有機體的生長。在一些港口和碼頭，船舶會?？亢芫?，銅含量在水體和沉淀物中就可能會達到毒性濃度。研究顯示，溶解銅的積聚物會影響海生物比如蚌類、牡蠣、扇貝、海膽和甲殼類的生長、發育以及繁殖。這些物種在胚胎期、幼蟲期和成熟期會出現數量減少或不正常生長現象，并在成熟時期的消化、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”來擴大防污的范圍，而部分助防污劑在一些國家已經被禁止使用。

研究殺蟲劑對于環境影響的方法之一就是進行環境風險評估。主要針對殺蟲劑的內部危險和其暴露所帶來的危險問題進行評估。在評估溶解銅或船體涂層其他有毒物質對環境影響的時候，最重要的是萃取防污漆中殺蟲劑的高毒性物質，以及萃取港口碼頭和水體中海生物中的高毒性物質，因為其同時遭受其他污染物的累積效應，如溢出的潤滑油、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境并促進溶解銅、其他殺蟲劑的減少，促進魚類及其他海生物和鳥類擁有更健康和更豐富的食物鏈。

世界范圍內的許多國家都在制訂減少大量銅和其他殺蟲劑釋放的相關法規，各國家一致認為無殺蟲劑的防污策略才是減少海洋環境污染的有效措施。

2 無殺蟲劑的防污策略分析

無殺蟲劑的防污策略之一是使用自拋光型油漆，它可以提供非常光滑的涂層表面，使生物有機體很難附著之上。而一旦附著船體的光滑涂層表面之上，有機體會被船體高速航行時產生的水流剪切力沖掉或者是易于清潔掉。但其主要存在的問題是不適用于低速航行的船舶或長時間靠泊的船舶，這會使生物有機體（污垢）更堅固的附著于船體上。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，清潔時應使用軟刷，這就導致可能不會清潔掉所有污垢，同時，不管是清潔還是系泊操作過程，機械性的涂層以及船體破壞時有發生，因此，裸露出的船體區域就要在干船塢中進行維修。

另一種無殺蟲劑的防污策略是使用非常堅固的船體涂層保護并配合水下清潔，盡管這種涂層在最初使用時就確定其表面最終會產生污垢，但是能夠承受更多的具有破壞性的清潔。換句話說，在這種涂層保護下的船體能保持最佳狀態，而無需在船塢內更換涂層或者破壞后進行船體修補。這種防污策略不僅能夠清除污垢，更重要的是能夠節約船體進塢復涂的成本，但這種策略應具備對涂層進行優良的表面處理技術。船體水下清潔首要考慮的問題是將會導致船舶周圍殺蟲劑脈沖式釋放，因此導致港口水域逐漸達到毒性等級，但是這種憂慮在無殺蟲劑的防污策略下不會發生。

3 新型“表面處理型”防污漆（STC）

目前比利時Hydrex公司研發了一種新型的“表面處理型”防污漆（STC）名為Ecospeed，不僅解決了無殺蟲劑的船體防污問題，更作為一項先進的船體維護技術而具有廣泛的應用前景。Ecospeed是一種以乙烯基酯樹脂為基料，并以玻璃鱗片作為增強劑，專門用于船殼水下防護的油漆系統，通過定期水下清潔以保證所有船舶處于最佳性能。無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整個船舶使用期，終生無需復涂，其中僅需要對機械損傷部位進行極少量的修補。該防污漆的主要特點是：

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

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

（3）不含任何殺蟲劑。2008年，相關人員研究了已經投入商用的STC在不同階段釋放的污水情況，通過化學分析發現，在固化階段，只有芳烴劑如二甲苯和苯乙烯萃取出來。少量由芳烴劑和無毒高分子組成的釋放物質，通過一系列涉及生物毒素和雌激素的測試，確認其無殺生物質。這些實驗表明經STC涂覆的水下船體沒有釋放任何有毒物質。

（4）不以任何方式損壞海洋環境，不破壞海洋環境或食物鏈。NIS（非本土水生物種）被認為是對于世界范圍海洋的四大威脅之一，其主要特性是改變群體結構、食物鏈和生態過程，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在全球232個海洋生態區域被記錄下來。幾項研究指出，外來物種以船體污垢作為傳播途徑的風險會增加，對涂有STC涂層的船體進行水下清潔并不是對船體進行修復，而是一種防止外來物種擴散的安全措施。表面處理型涂層通常設計成以一定間隔時間進行清潔，能充分保證污垢的減少和較低耗油量的最佳狀態；換言之，規律性的進行水下清潔可以防止船體產生嚴重的污垢，降低外來物種的傳播風險。

（5）防污程序簡化。防污漆應用的瓶頸是船體建造和維修中需要面對很多例如天氣條件等的因素，以及涂層不可預知的干燥時間和其他的干擾因素等。結果由于經常急速使用而導致涂層的質量下降甚至失敗。經常被忽視的一個問題是涂層維護的費用將是最初使用費用的14倍之多。簡化防污漆應用程序可以緩和使用瓶頸，并可以使最初涂層應用效果得到提升。據估算使用基于銅的防污漆會增加船舶的進塢次數，每年船體爆破和維護將會產生額外8億升的污染廢水，以及額外23億噸被污染的鋼砂和180萬個需要處理的油漆罐。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，維護船體的最佳狀態而其較為完善的技術可以使水下清潔工作簡單而有效，避免船舶因涂層的破壞而反復進塢維護維修，大大減少了進塢成本。再者，這種涂層產生很少量的揮發性有機化合物（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，復涂間隔只需2～3h，且無最大復涂間隔限制，大大節約了涂裝的時間。

4 結語

從海洋環境保護的角度來看，無殺蟲劑的防污策略毋庸置疑。目前已被許多船東所認可并使用的STC防污漆可以降低船體阻力，提高燃油的經濟性能，從而減少二氧化碳的排放量，同時，由于終生無需復涂而降低了VOCS和HAPS的釋放，并可以節約進塢成本。在船體整個生命周期中，配合規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。

參考文獻

[1] 秦錚，謝元忠.船舶防污漆的應用和發展[J].大連海事大學學報，2010，（6）：131-134.

[2]朱小蘭.三丁基錫（TBT）限制性法規對海洋環境中三丁基錫含量及腹足類性畸變的影響，2009.

[3] Burkard Watermann.Alternative Antifouling Teehniques Present and Future.www.limnnmar.de/DHZ-GJH-1997.pdf.

[4]趙曉燕.海洋天然產物防污染研究進展.材料開發與應用，2001，16（4）：34-37.

[5]趙立國.船舶防污漆中TBT海上三維擴散研究.大連.大連海事大學：（碩士學位論文）.2008.