LNG船舶拆解過程中有毒有害物質的處置方法

閆宏生，關曉菲

(天津大學 建筑工程學院，天津 300072)

LNG船舶拆解過程中有毒有害物質的處置方法

閆宏生，關曉菲

(天津大學 建筑工程學院，天津 300072)

針對船舶拆解過程中產生的有毒有害物質潛在的環境威脅問題，對某LNG船舶跟蹤實地調研，對船舶拆解過程中可能產生的石棉、PCBs、玻璃纖維的危害處理進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方法以期降低對環境的影響。

拆船；有毒物質；石棉；PCBs；玻璃纖維

1 拆船行業的發展現狀

全球貿易的興起催生了對于船舶航運的需求，隨著時間的推移，老舊船舶的出現，盡管不同的資料顯示的實際數字可能不盡相同，每年有超過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，將會產生很多固體垃圾，有毒有害物質，廢油、廢水等液體以及廢氣，給環境造成很大負擔。

拆船行業，作為一種勞動密集型行業，主要分布在印度，巴基斯坦，孟加拉國，以及中國。根據非政府組織的調查研究報告顯示，在2012一整年度所拆的船舶中，印度企業占據了近半壁江山，而我國企業約占17%左右的份額[1]。與世界第一拆船大國印度通常采用的污染很大的沖灘拆解模式不同的是，我國目前對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程中所產生的有毒有害物質對于周圍的水體以及環境的污染,也為我國贏得了更多的有環保拆船要求的船東(如歐盟)的拆船訂單。由于我國的拆船企業技術先進，因此更加傾向于拆解技術難度較為復雜、利潤更加豐厚的巨型油船和超巨型油船,形成了以長江三角洲和珠江三角洲為主，部分沿海地區拆船廠為補充的產業格局[3]。

對于綠色船舶拆解的研究，目前中外學者也取得了一定的成果。在法律法規的研究方面取得的成果較多，例如Katharina Kummer對于巴塞爾公約的結構特點和其他相關法律體系做了很詳細的研究，提出應在巴塞爾公約基礎上形成一個適用于廢物管理的全球統一機制；在拆解技術發展研究方面則相對來說研究較少，而在中國國內對于這一問題的專門著作更是鮮見，其中多數是有關化工方面就單獨的有害物的研究，鮮與工程實際與現場情況結合起來，因此這方面的研究尚屬空白領域。

LNG船，作為一種專門用于海上運輸液化天然氣的高附加值、高技術、高難度船舶[4]，其運輸物品的特殊性決定了其建造的復雜性以及船舶含有有毒有害物質的豐富性，當此類船舶走到生命的盡頭時，也意味著更加復雜的拆解工藝以及難度較高的有毒有害物質的處理。本文以某船齡近40年的LNG船為例，對船舶拆解所產生的有毒有害物質進行進一步的探討。而該船舶由于其建造年份比較久遠，含有目前很多相關船舶拆解規定里明令禁止的石棉等對人體以及周邊環境具有很大危害的物質，拆解風險較大且拆解周期較長，因此將該船作為本文的研究對象進行闡述是十分合適的。

2 廢舊船舶中的有毒有害物質

在先期船舶建造的過程中，受科技水平的限制，船舶上多存在相當多種類的危害人體健康與環境安全的物質。隨著科技水平的提高，人們逐步認識到這些物質對于自然以及人類環境潛在的危害。在這種背景下，《控制危險廢料越境轉移及其處置巴塞爾公約》(簡稱《巴塞爾公約》)以及《2009年香港國際安全與無害環境拆船公約》(以下簡稱《香港公約》)等國際公約相繼出臺，對船舶建造過程中所涉及的有毒有害物質進行了進一步的規范。很多有毒有害物質的毒害性在日常的船舶運營中并不會表現出來，只在船舶終止運營進行拆解時才會釋放其毒害性，因此，拆船行業一般也以這些公約為指導，對公約上明確列出的有毒有害物質例如石棉、PCBs進行特殊的監測與處理。

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，最大的危害來自于拆解過程中所產生的極細的纖維，人長期暴露在一定量的石棉纖維環境下會引發肺癌、胃腸癌等嚴重的疾病[5]，因此，石棉已經被國際癌癥研究中心列為致癌物從而被列為現代造船禁用材料。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有石棉的存在。

對于不同的船型來說，由于其功能導致的構造上工藝上的不同，在全船各個部位石棉含量不盡相同。圖1列舉了在上個世紀70年代建造的半潛式鉆井平臺、鉆井船、深水鉆井船與2艘LNG船舶的石棉含量并進行對比，顯見LNG船舶上含有的危險物質石棉含量遠超出其他類型的船舶，因此研究石棉的拆解工藝技術時本文所選用的樣本是十分合適的。

對于LNG船舶，由于其對于保溫隔熱性能的高要求[6]，造就了其早期船舶對于石棉的大量需求，而隨著現代科學技術的發展，許多傳統存在石棉的地方已經盡量用其他可替代物質代替，但是其上仍存在許多地方不可避免的含有石棉。

對于某LNG船舶來說，存在石棉的位置相對較為集中，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自于各個艙室中的鑲板。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。對于另一石棉集中地——機艙來說，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。

隨著人們對于石棉的危害的認識的加深，自上世紀80年代開始，新建造的船舶中逐步使用各種材料來替代石棉的使用[7]，石棉逐漸消失在新建船舶中。鑒于石棉纖維對于人體以及環境的持續性的危害，對于該LNG船上面石棉以及石棉制品的拆解，有著極其嚴格的較為完善的程序。此拆解程序也代表了LNG類船舶的一個規范的拆解程序，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記→密封→浸潤→拆解→封裝→封存的步驟進行。在工人對于船舶上含有石棉的各個位置做出明顯標記后，由于石棉的危害多來自于其拆解過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防止拆解過程中石棉纖維外泄是十分必要的。對于石棉構件的浸潤亦是同理。在拆解含有石棉的設備、管線時，應對其進行手動拆解，避免明火，對于含有石棉的區域應盡可能完整地拆解下來，對于石棉和其他物質混合的區域也應一起按照處理石棉制品的方法一起手工拆解下來，并用專門的雙層塑料袋嚴密封裝，例如在拆解該LNG船上面的舾裝鑲板時，首先應用加過濕潤劑的水將其浸潤10～15 min，然后將鑲板盡量完整地拆解下來，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。拆解過程中，石棉纖維不可避免會散落在艙室的各個角落，因此，在拆解工作結束之后，需要對艙室之內的灰塵樣本進行取樣進行二次檢測，并收集艙室內灰塵，其封存處理方式與石棉制品相同。另外，在拆解過程中，保持密封空間內空氣的濕潤程度也是很重要的，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船上拆解下來的整塊的石棉應貯存在相應的專用倉庫中，等待專門的石棉處理公司進行后續的處理。一般來說，這些石棉會被運送到專門的處理場地掩埋起來，并經常對于該區域的土地進行澆水灌溉以保持濕潤狀態，防止石棉擴散，也有的會在這片土地上種上一些植物以保持土地濕潤。在這片土地的周圍應設立明顯的標志并由專人看管，以免人員誤入或其他意外的發生。而對于拆解工人來說，做好防護措施顯得尤為重要。在拆解過程中，工人要身著全套的防護服，佩戴可以防護石棉的口罩，以確保工人自身不受到傷害。拆解工作結束后，工人應進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，嚴格防止石棉殘留對人體造成傷害。

然而，這些后續處理方式并不能真正的做到使石棉100%無害化處理，目前多數的處理方式僅僅是掩埋處理，放置擴散。此種做法能夠在一段時間內一定程度上防止石棉纖維擴散對于環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，一旦掩埋監管措施做的不到位，則有石棉纖維擴散的危險。加之石棉的耐腐蝕性，廢舊石棉可在地下長時間存在，這相當于在當地埋下了一個隱患。

2.2 PCBs

多氯聯苯(PCBs)是與苯環上碳原子相連接的氫被氯不同程度地取代形成的一類聯苯化合物[8],多存在于船舶上面的電力設備以及絕緣材料中。PCBs屬于致癌物質，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備和材料中，抽樣和測定比較困難，聯合國于2002年制定了《船舶全部和部分拆解無害環境管理技術準則》，列出可能含有PCB的可疑材料和設備，見表2、表3。

對比表2、表3可見，與廣泛存在于老舊船舶不同的是，PCBs并沒有大量存在于此LNG船舶中，作為被許多規范公約列為嚴禁含有的物質之一，許多LNG船舶在建造之時就盡量尋找可替代的材料對其進行替代。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象發現，隨著科學技術的發展以及替代材料的普及，PCBs在各種船型的中的含量越來越少，甚至在其中1艘船舶中實現了不含有PCBs，這也為拆解帶來了便利，對環境進行了進一步的保護。

作為《香港公約》中明確規定的有害物質之一，對于該船舶上含有PCBs的材料的拆解也應按照一定的規范來進行。拆解含有PCBs的設備時，由于其加熱可分解產生有毒氣體，因此拆解的時候應嚴禁使用明火，例如拆解含有PCBs的電纜時只能采用手工冷拆而不能動火切割以防有毒氣體擴散。尤其是拆解液態的含有PCBs的裝置時，拆解工人應身著專業的防護裝備以保證自身安全。拆解下來的含有PCBs的設備應統一貯存在專用倉庫等待運往專業處理公司進行回收處理，貯存期一般不超過30 d且倉庫需可以防止PCBs的滲漏并在附近設立警示標示。

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，操作簡單，但對于環境的污染較大，掩埋的PCBs極易滲入周邊土壤，對于周邊的土壤及水體造成污染，且這種污染在一定時間內很難消除。焚燒法被認為是目前發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毒害的無機物，但由于PCBs燃燒不完全會產生有毒物質如一氧化碳，因此小心控制反應條件顯得尤為關鍵。微生物分解法則是通過微生物無機化代謝的方式分解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，焚燒法是目前來說比較理想比較經濟的處理方法。

2.3 玻璃纖維

玻璃纖維是一種無機非金屬材料，防腐蝕耐熱防水絕緣性能較好[11]，價格便宜，在老舊船舶中經常被用作保溫隔熱的復合板材，在老舊LNG船舶上應用廣泛。

玻璃纖維與石棉和PCBs不同的是，其目前尚未被各個公約規范列為有毒有害檢測物品的清單行列，在實驗室的實驗結果也表明其對于人體的危害要比石棉和PCBs低[11]。其危害在于長期接觸玻璃纖維絲會對人體的肺部、粘膜造成損傷，導致塵肺、過敏性皮炎等疾病。由于其對人體和環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小纖維粉塵造成對人體的損傷，處理玻璃纖維的流程以及注意事項也與石棉類似。應防止揚塵，施工作業時應保持材料濕潤；施工的時候應注意通風，拆解下來的玻璃纖維應注意收集并合理處置、回收、再利用。

3 結論

LNG是一種高污染高附加值船舶，就其種類特性來說，以一條極具代表性的LNG船舶的拆解過程研究作為切入點，足以代表LNG類型船舶，甚至可據此對船齡較長、污染物含量較高的船舶的拆解做出總結。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實指導意義,可以得到如下結論。

1)有毒有害物質的毒性的散發大多來源于其火焰切割的過程。避免火焰切割，可以避免例如PCBs、油漆等物質受到高溫從而釋放出有毒氣體。然而人工手動切割工作量大且效率低，并不是一個很好的選擇。對于此種情況，可以使用高壓研磨水切割來替代，即運用加入研磨料的高壓射流水刀替代傳統的乙炔火焰，避免高溫加熱，從而降低有毒氣體的釋放，達到環保的目的。對于高壓研磨水切割的成本控制、切割用水是否會在切割過程中被污染，以及如何凈化的問題，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LNG船舶拆解中遇到船體局部進水導致船體下沉的情況時，由于船身部分或全部浸沒在水中，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，即在水下使用炸藥，在船體多點布點、同時引爆。對于此種拆解方式，炸藥爆炸對于周邊水體生物和周圍居民的安全問題，以及炸藥的用量、配方、布點的選擇，是需要注意的。

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

[1] GALLEY M. Shipbreaking. Hazards and liabilities[M]. Cham: Springer International Publishing,2014.

[2] 綠色拆船魅力無窮[J].世界海運,2010(6):14-17.

[3] 祝秋波.拆船公約的出臺及對船舶相關行業的影響[C].中國航海學會航標專業委員會沿海航標學組、中國航海學會航標專業委員會無線電導航學組、中國航海學會航標專業委員會內河航標學組.中國航海學會航標專業委員會沿海航標學組、無線電導航學組、內河航標學組年會暨學術交流會論文集.中國航海學會航標專業委員會沿海航標學組、中國航海學會航標專業委員會無線電導航學組、中國航海學會航標專業委員會內河航標學組,2009.

[4] 耿海平,李富昌.LNG船標準體系研究情況介紹[J].船舶標準化與質量,2004(5):45-47.

[5] 楊海峰,李俊芳,閆妍,等.石棉類物質的危害及其監管[J].檢驗檢疫學刊,2013(3):71-76.

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[7] 馬鴻昌,李治琨.中國進口廢船拆解：石棉廢物的清除和處置[J].有色金屬再生與利用,2003(10):12-15.

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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，高性能船舶設計