廢舊玻璃鋼漁船的綠色拆解與回收利用

杜尊峰，吳俊凌

(天津大學水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津 300354)

玻璃鋼具有質輕、高強、耐腐蝕、抗老化、可設計性強等特性，以玻璃鋼作為船體材料建造的漁船表面光滑、船體輕、阻力小、航速快、易于清洗、壽命長，在經濟方面優于鋼質和木質漁船，因此在發達國家有很大市場[1-3]。目前，美國近海18 m以下的捕撈漁船全部由玻璃鋼制造，日本漁船均是玻璃鋼漁船[4]。中國自20世紀70年代建造第一艘玻璃鋼漁船以來，截至2017年，盡管玻璃鋼漁船總量還未超過漁船總量的1 %[5]，但該數量仍在不斷增加。當前玻璃鋼漁船大多在40 m以下，隨著歐盟“地平線2020”規劃Fiber Ship項目的推進，未來玻璃鋼漁船將有望超過50 m[6]，朝大型化不斷邁進。

當前業內采用簡單拆解、填埋或焚燒處置廢舊玻璃鋼漁船，甚至直接棄置于淺灘地區，存在環境污染的風險，影響玻璃鋼漁船的進一步推廣。國外玻璃鋼漁船數量龐大，處置這些廢舊玻璃鋼漁船面臨嚴峻的環保問題。盡管這種處置方法不環保，但是在當前中國廢舊玻璃鋼漁船船型尺度較小和數量較少的情況下，暫且行之有效。隨著中國玻璃鋼漁船的普及與大型化，也將面臨處置問題。在大力發展生態文明以及全世界共同創建可持續發展的今天，廢舊玻璃鋼漁船的無害化處理不僅關乎玻璃鋼漁船產業的發展與推廣，更關系到保護人類賴以生存的生態環境。

國際上鋼質海船的拆解技術已經成熟，但由于玻璃鋼漁船在船體材料及建造工藝與鋼質海船具有本質區別，這些拆解做法無法完全套用在玻璃鋼漁船上。例如：玻璃鋼材料與鋼材不同，難以二次利用，且其塑性小、脆性大，容易發生斷裂，板材切割的用具、拆解順序、廢料回收方面都會發生變化；玻璃鋼漁船分段連接均采用膠接與鉚接[7]，鋼質海船采用焊接，這直接影響拆解切割位置。為了應對未來玻璃鋼漁船大型化和數量增加帶來的拆解難題，本文借鑒鋼質海船拆解成熟經驗，考慮玻璃鋼漁船設備安裝工藝與船體材料特性，通過分析玻璃鋼漁船拆解過程中的環境、經濟問題，提出一套玻璃鋼漁船綠色拆解與回收利用流程。

1 國內外玻璃鋼漁船拆解基本現狀

1.1 國內基本現狀

中國政府重視漁船報廢與拆解，2012年原農業部《海洋捕撈漁船拆解操作規程(試行)》[8]，對漁船實行定點拆解制度，拆解方案遞交相關部門審核。2015年財政部印發《船舶報廢拆解和船型標準化補助資金管理辦法》[9]，對漁船拆解實施補貼。2017年，財政部下達2017年漁業發展與船舶報廢拆解更新補助資金的通知[10]，支持漁船提前報廢拆解、更新改造工作。隨后的幾年里，財政部下發漁業發展與船舶報廢拆解更新補助資金清算結果[11-12]，進一步支持漁船報廢與拆解工作。截至2019年12月底，“十三五”期間中國累計拆解漁船20 414艘，其中大部分是木質漁船與鋼質漁船[13]。

盡管中國政府重視漁船拆解工作，但是玻璃鋼漁船拆解的相關研究卻一片空白，政府也沒有出臺一套合理地針對玻璃鋼漁船處置的監督機制。廢舊玻璃鋼漁船在處置中很容易造成環境污染和資源浪費，目前我國玻璃鋼漁船體量小[14]、船齡短，還未面臨廢舊玻璃鋼漁船拆解的環保挑戰，隨著我國玻璃鋼漁船大型化與數量與日俱增，環境污染與資源浪費問題將日趨嚴重。

1.2 國外基本現狀

玻璃鋼漁船在國外已經普及，日本、韓國、美國、俄羅斯和挪威等國的大部分廢舊漁船為35 m以上的大型遠洋與近海玻璃鋼漁船。國外重視漁船拆解，對報廢漁船采取補貼制度。2011年西班牙頒布拆船計劃，為西班牙漁船的報廢提供超過2 800萬歐元的資助[15]。然而，直接棄置廢棄玻璃鋼漁船的事件仍有發生，在西班牙Brava海岸與Barcelona海岸帶有大量的玻璃鋼漁船被棄置[16]。盡管玻璃鋼漁船制造的成本低廉，但處置的費用卻很高，在日本港口也有大量的廢舊玻璃鋼漁船遭到棄置[17]。

目前國外主要采用機械切割的方法將玻璃鋼漁船切成小塊片狀玻璃鋼廢料，出于經濟方面的考慮，玻璃鋼廢料的主流處置方法有三種：一是填埋。由于認為玻璃纖維很難從聚合物基體、熱固性基體中分離出來，這種方法最為常用[18-19]；二是重新回收那些相對品質較好的玻璃鋼廢料并直接用于其他玻璃鋼船的修補與建造；三是作為混凝土用的骨料[20]，學者針對玻璃鋼廢料與水泥基砂漿的混合比例、顆粒形狀、密度分布、副產品特性等開展了大量研究[21-23]。填埋玻璃鋼廢料可能會對環境造成嚴重的污染，2004年以后歐盟成員國內禁止玻璃鋼廢料的填埋[24]；回收利用對于玻璃鋼廢料的品質要求高，市場需求敏感，難以完全適用所有玻璃鋼漁船；雖然破碎為骨料相較其他方法更經濟高效，但是國外學者認為玻璃鋼骨料的混凝土強度以及耐久性不如天然骨料的混凝土[25]。此外，切割玻璃鋼板材時產生的玻璃纖維粉塵會污染環境與傷害人體[26-29]，不夠環保。

盡管國外在廢舊玻璃鋼漁船處置和玻璃纖維廢料再利用上已積累一定的經驗與方法，但還是難以適應未來玻璃鋼漁船大型化與數量增加所帶來的處置問題。

2 玻璃鋼漁船拆解工藝與技術

2.1 總體流程

中國在鋼質海船的拆解方面積累了大量經驗并且做法已經成熟，且中國的拆船廠已率先實現了對船舶的綠色回收，符合國際上對健康、安全和環境的嚴格規定，其中一些拆船廠符合《2009香港國際安全與環境無害化拆船公約》(簡稱《香港公約》)[30]和《歐盟拆船規范》[31]。由鋼質海船的拆解方式入手，研究玻璃鋼漁船的拆解是對經驗的傳承、應用與延續。

玻璃鋼漁船與鋼質海船最大的不同在于建造材料、成型工藝、機械連接和船載設備部分。在考慮上述不同點對玻璃鋼漁船拆解過程產生影響的前提下，總結過去成熟的拆解經驗，提出玻璃鋼漁船拆解的具體工序。玻璃鋼漁船拆解的總體流程中主要包括5個步驟：制定拆解方案、清除船上有害物質、船上設備拆除回收、船體拆解與廢料回收。在上述步驟之后應清理拆解場地，便于下一艘船舶的拆解。上述步驟與具體內容，如圖1所示。

2.2 有害物質的清除

有害物質會危害人類健康、傷害生物資源、損害休息環境等，當前廢舊玻璃鋼漁船重量基本都小于500 t，不適用《香港公約》的規定，但是公約中給出了合理清除有害物質的途徑與策略。玻璃鋼漁船上有害物質的清除可依照公約推薦做法，在清除公約中規定有害物質(如廢油、廢鉛蓄電池等)的基礎上，再清除其他有害與潛在有害物質，特別是漁船上大量采用的保麗龍與尼龍[32]。工人需佩戴防護用具，降低有害物質對人體健康的影響。玻璃鋼漁船重量輕，能夠輕松吊至封閉的清潔區中進行有害物質清除，實現綠色化、環境無害化地清除有害物質。

圖1 玻璃鋼漁船拆解總體流程Fig.1 Dismantling process of FRP fishing vessel

2.3 船上設備拆除回收

玻璃鋼漁船的類型不同，設備的種類與安裝位置不同，將會影響拆解時設備拆除回收的做法與流程。玻璃鋼漁船除了一般的航行、錨泊、消防和救生設備外，還包括探魚、捕撈、冷凍冷藏以及漁加工設備等。

玻璃鋼漁船設備的拆除原則是在保證結構與設備安全與完整的前提下，采取“先易后難”與“價高優先”的策略，拆除的設備經過清洗維修后能夠出售給第三方以提升經濟效益。玻璃鋼漁船的設備采用機械連接與船體連接：由螺栓和鉚釘穿過層板，同時輔以膠合和多種材料的襯墊，板材連接孔處填充樹脂，避免玻璃纖維裸露。鉚釘連接的設備在拆卸時，采用電鉆或手砂輪破壞鉚釘頭后拆取設備；螺栓連接的設備需要旋下螺母后拆取設備。

此外，在玻璃鋼漁船拆解時，還有兩個需要注意的內容。其一，不同類型玻璃鋼漁船的捕撈設備差別較大、形體不規則，且一般安裝于主甲板處，會對后續其他設備的拆解產生阻礙，因此，盡管大部分情況下捕撈設備的價值并不高，但出于拆解流程的便利性，需要首先進行拆除。其二，由于玻璃鋼材料的脆性，不能隨意切割外板以達到拆除設備的目的(切割一部分玻璃鋼板，可能會導致整體結構的蠕變和坍塌)。故而，船體拆解和設備拆除是穿插進行的。如在甲板室中的設備，待上層建筑拆除后，移除甲板室頂部玻璃鋼板后拆除；在內層甲板上安裝的設備，待上層甲板拆除后拆除；船底板安裝的設備，待所有甲板拆除后移除。

2.4 玻璃鋼船體拆解

一般玻璃鋼漁船的船體結構可以分為上層建筑、主甲板、二層甲板(若有)、船底板和舷側外板。玻璃鋼漁船船體拆解的原則是從上至下、由艏到艉進行：首先拆解上層建筑，隨后由船艏向船艉分段切割主甲板與二層甲板，最后切割船底板和舷側外板。切割完成后壓扁分段，轉運至二次切割區域進一步切割成小塊，做進一步回收處置。此外，工程上在切割船體時還有其他類似的實踐：首先切割上層建筑，隨后先切割船艏，再由船艏、船艉不斷向船舯切割。

目前，大型玻璃鋼漁船基本都采用的是分次成型的工藝，對于分次成型的構件和殼體需要進行膠合。膠合的方式包括搭接、對接等等，這些膠合部位的強度較差、玻璃纖維含量少。在切割分段時，優先選擇玻璃鋼板材連接處進行切割，盡可能減少切割產生的粉塵并能夠保證分段玻璃鋼板材的完整性，便于二次回收，提高經濟效益與保護環境。由于玻璃纖維夾層在切割時會產生大量粉塵，需要在封閉區域內進行拆解并做好防護措施，降低對環境的污染與人體的危害。此外，由于玻璃鋼材料具有一定的脆性，在切割船體時可能會導致坍塌，因此在切割時需要用吊機輔助切割，避免結構坍塌帶來的安全事故。

2.5 玻璃鋼板材切割方法

使用熱切割的方法可能會引發玻璃鋼中樹脂軟化甚至燃燒，從而產生有害氣體或導致火災等。因此，采用機械切割、水射流切割[33]兩種方法對玻璃鋼進行切割，降低環境污染與火災風險。

機械切割是用動力鋸或其他大型切割工具，具有便宜實用、操作便利的特點。但是，這種方法在切割時會產生大量粉塵，同時玻璃鋼易脆，切割時很容易破壞完整的板材，降低拆解的經濟效益。因此，不推薦這種方法用于玻璃鋼漁船的拆解。

水射流切割的原理是以水為介質，通過渦輪增壓器形成高壓水射流，隨后在混合室中混合磨料與氣體形成三相混合物并經噴嘴噴出，磨料以顆粒的形式撞擊材料表面，在材料表面產生剪切作用，大量撞擊彈跳的磨料顆粒在高壓水的限制下反復沖擊材料，最終使材料發生疲勞破壞，此外，混合的氣體也對材料表面產生剝蝕效果，提高了切割的效率。水射流切割除了高壓水泵與液壓動力設備以外，沒有其他的噪音來源，振動小，對環境影響小。同時，由于水的存在，大大降低了切割過程中產生的粉塵，能夠冷卻玻璃鋼材料，使之切割出完整和邊緣平整的玻璃鋼板，提高拆解的經濟效益。

盡管水射流切割設備初期投資成本較高，但自動化操作能夠降低人工成本，切割的玻璃鋼板能夠有效回收利用，帶來額外的經濟效益。此外，磨料水經回收后能夠重復利用，使用成本較低。綜上所述，水射流切割具有綠色環保、經濟高效的特點，特別適用于玻璃鋼漁船的板材切割。

3 玻璃鋼廢料回收

切割后形態完好的玻璃鋼板材一般會投入市場二次利用，其余玻璃鋼廢料的回收利用是玻璃鋼漁船拆解的最后一步，也是決定拆解全過程能否真正綠色環保的關鍵一步。玻璃鋼廢料回收是玻璃鋼材料特性最重要的體現。目前，中國、美國等國家或地區對玻璃鋼廢料主要采取填埋的方式。玻璃鋼材料具有化學惰性，填埋后難以降解，污染土壤，此外，玻璃鋼材料中的有機有害物質會吸附于顆粒上，借助于水生、陸生食物鏈不斷富集，對生態環境以及人體造成危害。

除填埋外，傳統玻璃鋼廢料回收方法概括起來可分為物理、化學和能量回收3種工藝(表1)[34]，盡管3種傳統回收工藝使用廣泛，但都具有較大的局限性[35]。

表1 廢舊玻璃鋼回收工藝比較

為此，需要研究新興的玻璃鋼廢料回收技術。當前，物理回收產物的社會接受程度較低，化學回收的效率低下，能量回收的產物能夠補充社會電力、熱力需要，具有極大的發展潛力。然而，傳統的能量回收采用焚燒的方法，會排放大量的有害物質。新興的能量回收通過生物化學、物理化學以及熱化學工藝處理玻璃鋼廢料，以熱化學中的氣化技術效率最高。傳統的氣化工藝溫度僅400 ℃～850 ℃，該溫度只能分解85 %的廢料[36]。等離子氣化技術利用等離子體啟動氣化反應，提供高達15 000 ℃的高溫，能夠有效分解玻璃鋼廢料中的各種成分并轉化為能源或其他有用的產品，并不像傳統燃燒方法一樣會加重環境負擔，從而實現綠色回收。

具體來說，等離子氣化技術用于玻璃鋼廢料處理的步驟包括，首先將玻璃鋼廢料經物理切割為小塊，投入等離子氣化爐中，向爐中供給氧氣，高溫環境將玻璃鋼廢料分解為合成氣與殘渣，合成氣經除硫后出售或用于發電，廢渣經回收后能夠出售和二次利用。等離子氣化技術的產物和投入物如圖2所示。

圖2 等離子氣化技術原理圖Fig.2 Principle of plasma gasification technology

盡管等離子氣化技術在玻璃鋼廢料回收利用方面具有廣闊的前景，但作為資金密集型技術，當前仍未在玻璃鋼漁船拆解領域推廣使用。隨著社會對玻璃鋼漁船拆解需求的增加，等離子氣化技術的應用成本將不斷降低，收益也會隨之提高[37]，此外，人們環保意識的提高也將進一步促進等離子氣化技術在玻璃鋼漁船拆解領域的發展與應用。

4 結語

(1)當前國內玻璃鋼漁船拆解缺乏一套系統有效的作業流程。玻璃鋼漁船在拆解過程中很容易造成環境污染，隨著未來玻璃鋼漁船大型化與數量增加，政府出臺一套適用于玻璃鋼漁船拆解的監督與反饋機制勢在必行。

(2)玻璃鋼漁船綠色拆解的主要步驟為：首先清除漁船有害物質，隨后拆除捕撈設備，其余設備根據價值大小先后拆除，設備拆除過程中涉及不同連接工藝，需要根據實際情況，保證無損拆除。玻璃鋼漁船船體按照從上至下、由艏到艉切割拆解。切割拆解過程用吊機輔助切割，避免結構坍塌帶來的安全事故。

(3)采用機械切割或水射流切割船體能夠避免玻璃鋼中的樹脂燃燒。玻璃鋼在封閉區域內進行切割，避免玻璃纖維粉塵污染環境。盡量選擇玻璃鋼板材連接處進行切割，提高拆解的經濟效益和減少切割粉塵。水射流切割能夠降低粉塵，保證板材完整性，特別適合玻璃鋼板材的切割。

(4)無論國內還是國外，玻璃鋼廢料的處置仍然以填埋為主，不夠綠色環保。傳統玻璃鋼廢料回收工藝雖然使用廣泛，但有很大的局限性。等離子氣化技術在玻璃鋼廢料處理方面有廣闊的前景，但由于其成本高昂還未在拆船領域使用。隨著待拆解玻璃鋼漁船數量的增加與人們環保意識的提高，該技術具有廣泛的應用前景。

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