海漂垃圾攔截收集方案分析

余小青

（廈門南方海洋科技有限公司，福建廈門 361000）

1 研究背景

海洋環(huán)境污染是一個(gè)綜合性、復(fù)雜性、全球性的問題。海洋承載著陸源污染物入海的巨大壓力。我國海岸線較長，近岸海域污染嚴(yán)重，海洋生態(tài)系統(tǒng)健康狀況堪憂，海洋生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較大，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境任務(wù)艱巨。

隨著全球人口的增長以及沿海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的快速發(fā)展，海上漂浮垃圾成為危害人類居住環(huán)境、海洋環(huán)境的主要污染物之一。大量的漂浮垃圾會(huì)破壞生態(tài)，影響水質(zhì)，加重航道整治任務(wù)，阻礙城市發(fā)展及旅游景點(diǎn)建設(shè)，對(duì)生物造成極大危害，如何治理海漂垃圾成為迫切需要解決的難題。

控制入海污染物總量、加強(qiáng)海洋環(huán)境污染治理是海洋生態(tài)文明建設(shè)的重要工作之一。人們?nèi)粘．a(chǎn)生的海洋垃圾僅在太平洋就超過300 萬km2，已經(jīng)超過印度的國土面積，從各國沿海漂出的海漂垃圾在海洋中匯集成海洋垃圾帶、垃圾山隨洋流漂移。

海漂垃圾對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康具有嚴(yán)重影響。我國河口海域分布多個(gè)紅樹林保護(hù)區(qū)，據(jù)九龍江口實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，紅樹林堆積的漂浮垃圾厚度達(dá)2～3 m。海漂垃圾會(huì)通過改變海水的理化性質(zhì)和微生物的生存環(huán)境，使紅樹林的生物多樣性大幅度降低，對(duì)紅樹林生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，甚至使整個(gè)紅樹林生態(tài)系統(tǒng)消失。

海漂垃圾漂浮在海面或沉降至海底，不僅會(huì)對(duì)海洋生存環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，還會(huì)出現(xiàn)海域內(nèi)的海洋哺乳動(dòng)物誤食海漂垃圾致傷致死的情況。海漂垃圾會(huì)通過生物鏈危害人類身體健康。海漂垃圾會(huì)造成海水渾濁、大腸桿菌嚴(yán)重超標(biāo)，海漂垃圾中的重金屬和有毒化學(xué)物質(zhì)可能被魚類食入在體內(nèi)富集，對(duì)人類健康構(gòu)成威脅。

海漂垃圾中的固體廢棄物危害性最大，有害固體廢棄物攜帶的有害成分將影響水體的清潔度。淤積或沉底的垃圾逐漸溶解出的有害成分也會(huì)對(duì)水質(zhì)造成威脅，導(dǎo)致水體嚴(yán)重缺氧、富營養(yǎng)化等情況，通過水流交換作用，對(duì)整個(gè)水系的水資源造成嚴(yán)重的影響，污染沿河沿岸居民的生活用水，危害居民的生命健康。

2 國內(nèi)外研究進(jìn)展概述

漂浮垃圾治理類型主要包括人工小船打撈治理、固定式攔截治理、活動(dòng)式攔截治理和綜合攔截打撈治理等類型。固定攔截式水上垃圾收集裝置大多運(yùn)用在江河和庫區(qū)的壩前，在沿海地區(qū)或者大面積的湖區(qū)主要運(yùn)用人工小船清理等傳統(tǒng)的漂浮垃圾收集方法，也有一些專業(yè)垃圾清理船在杭州西湖和三峽庫區(qū)等得到運(yùn)用。近年來，國內(nèi)外針對(duì)漂浮垃圾的研究主要包括采用固定式新型電驅(qū)動(dòng)垃圾回收裝置、結(jié)合海洋特性利用水動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的固定式垃圾回收裝置以及帶壓縮自漂浮攔截裝置、改進(jìn)垃圾打撈船的設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)無人駕駛垃圾打撈船等。

2.1 攔污排

固定式攔污排指將兩端的錨頭錨固在閘墩或支墩內(nèi)的攔污排。固定式攔污構(gòu)造簡單，但適應(yīng)性較差。固定式攔污排僅適用于水庫水位變幅不大或變幅在幾米范圍內(nèi)的水電站。

根據(jù)簡單、可靠、有效、維護(hù)成本低的原則，朱洋立[1]介紹了一種用于清除電站進(jìn)水渠道的攔污網(wǎng)設(shè)計(jì)方案，方案可以對(duì)表層漂浮物進(jìn)行攔截，效果明顯，維護(hù)簡單。方案可歸結(jié)為使用臥式浮筒上的全斷面掛網(wǎng)攔截垃圾雜物。在岸邊設(shè)置體積較大的錨塊懸掛攔污網(wǎng)，在左右兩岸的錨塊間張拉鋼絲繩。浮筒上端通過尼龍繩掛在鋼絲繩上，下端通過錨鏈連接水底錨塊，以此限制浮筒的漂浮位置；攔截網(wǎng)上端既掛在浮筒上，又通過尼龍繩掛在鋼絲繩上，攔截網(wǎng)下端掛在水底小錨塊上。

2.2 齒耙回轉(zhuǎn)式攔污清污系統(tǒng)

回轉(zhuǎn)式清污機(jī)是集攔污柵和清污機(jī)于一體的連續(xù)清污設(shè)備，以攔污柵為基礎(chǔ)，通過繞柵回轉(zhuǎn)鏈條驅(qū)動(dòng)清污耙，實(shí)現(xiàn)攔污及清污目的。

巴江口水電站攔污清污系統(tǒng)主要由攔污柵和回轉(zhuǎn)式清污機(jī)構(gòu)成[2]。回轉(zhuǎn)式清污機(jī)主要由攔污柵體、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)齒耙裝置、安全保護(hù)裝置和電氣控制系統(tǒng)等組成。清污機(jī)可以清耙各種污物，如竹子、樹枝、雜草、生活垃圾等，單耙清污能力達(dá)到1 t以上，連續(xù)清污能力達(dá)到30 t/h以上。

2.3 “河綆+攔截網(wǎng)”一體設(shè)施

河綆設(shè)施多用于庫區(qū)清理漂浮垃圾，在非汛期，一些流速緩慢的河段能夠阻攔垃圾漂浮物，該方法最早用于河道中的攔木設(shè)施，分為順河綆和橫河綆。

（1）順河綆。

根據(jù)表層水流向，選擇在河岸一側(cè)占部分河道阻攔漂浮物，不影響通航。

（2）橫河綆。

對(duì)非通航河道、小河道、溪流等橫向攔斷整個(gè)河道，或采用占全河道橫向收網(wǎng)式阻攔木材。

李知[3]改進(jìn)設(shè)施，在河綆上添加攔截網(wǎng)，制作“河綆+攔截網(wǎng)”一體設(shè)施。該設(shè)施由綆繩、綆漂、網(wǎng)、墜子和綆座等結(jié)構(gòu)組成，綆繩采用膠繩線等聚氯乙烯等材料編制而成，綆繩直徑主要由網(wǎng)的尺寸決定，末端固定在小河岸的綆座或拖船上。

2.4 漂浮“簸箕”式垃圾攔截收集系統(tǒng)

該方案最早由荷蘭的Boyan Slat提出并實(shí)施，是在較為寬闊的海域中設(shè)置一個(gè)人造海岸線式垃圾攔截收集系統(tǒng)。該系統(tǒng)有一組漂浮在海面上的U形的長距離浮柵，浮柵長度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，浮柵欄中部設(shè)有空隙，浮柵的張口順著海流的方向，裝置中間為垃圾收集壓縮。垃圾攔截收集系統(tǒng)的動(dòng)力依托水流動(dòng)力和太陽能。

裝置運(yùn)行時(shí)，漂浮在海面上的垃圾順著海流自動(dòng)聚集到中間的收集壓縮裝置，該裝置可以收集小至1 cm的塑料、大至數(shù)十米的大型廢棄漁網(wǎng)，且浮柵欄中部和底部可使魚類等海洋生物通過。系統(tǒng)配備一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)遙測監(jiān)測每個(gè)系統(tǒng)的狀況、性能和軌跡。該裝置可以有效清理大部分漂浮在海面上的垃圾，對(duì)于較小的微型塑料的“捕獲率”則較差。

2.5 浮動(dòng)式海上垃圾桶攔截收集

浮動(dòng)式海上垃圾桶概念于2015年12月由Andrew Turton及Pete Ceglinski首次提出。該設(shè)備的目的是收集各種尺寸的污染物，最小攔截直徑2 mm的浮動(dòng)碎屑，能夠收集石油，發(fā)生溢油事件時(shí)能夠發(fā)揮巨大作用。預(yù)估每個(gè)垃圾桶每年可攔截20 000個(gè)塑料瓶或83 000個(gè)塑料袋。

浮動(dòng)式海上垃圾桶主體是由可循環(huán)材料制作的可漂浮于海上的圓筒，通過水下小型抽水泵提供動(dòng)力。裝置運(yùn)行時(shí)，抽水泵工作，保持桶內(nèi)的水面低于海平面，形成小漩渦。流速較小，但能夠?qū)⒅車娓?dòng)的垃圾卷入垃圾桶中，塑料袋、空瓶、紙張等垃圾均落入垃圾桶處理袋中，海水過濾后從處理袋中流出，垃圾被留在處理袋中，裝滿后將清空處理袋。浮動(dòng)式海上垃圾桶還可以加裝油水分離器，收集海中泄露的石油。

該裝置小巧、便于安裝、單個(gè)裝置造價(jià)低廉，適用于碼頭、港口等任何水體中，可以根據(jù)需要投放的位置設(shè)計(jì)利用太陽能、波浪等更清潔的能源為其運(yùn)行提供動(dòng)力。目前，浮動(dòng)式海上垃圾桶已在英國樸次茅斯、芬蘭赫爾辛基海岸等地安裝試用。

2.6 水車式垃圾攔截收集系統(tǒng)

水車式垃圾攔截收集系統(tǒng)又名垃圾輪先生（Mr.Trash Wheel），是在海上設(shè)置的、由V形攔截浮柵欄和位于浮柵欄中央位置的太陽能水上垃圾回收設(shè)備組成的太陽能水車?yán)鴶r截收集系統(tǒng)。該技術(shù)由非營利組織海濱合作伙伴于2014年5月設(shè)計(jì)完成，已在美國巴爾的摩內(nèi)港得到良好應(yīng)用。

水車式垃圾攔截收集系統(tǒng)的運(yùn)行原理為長臂將垃圾匯聚后，利用太陽能與水力發(fā)電帶動(dòng)傳送帶運(yùn)行，將垃圾帶動(dòng)至裝置后方的可分離式垃圾收集裝置中，垃圾滿時(shí)可以觸動(dòng)警報(bào)裝置提醒人員更換垃圾箱。水車式垃圾攔截收集系統(tǒng)的運(yùn)行主要依靠水流動(dòng)力，水流動(dòng)力不足時(shí)由太陽能提供動(dòng)力；遇水流較急及垃圾較多時(shí)，能夠自動(dòng)加快傳動(dòng)帶收集速度。該裝置身形較大，移動(dòng)性較弱，適用于較窄的河岸。

另一類似的系統(tǒng)由荷蘭的Boyan Slat于2019年10月在海洋清理（The ocean cleanup）計(jì)劃中推出，是完全由太陽能驅(qū)動(dòng)的全自動(dòng)河流塑料垃圾截留躉船。這種躉船可以固定在河床上，借助河流運(yùn)動(dòng)截留塑料垃圾。躉船的形狀類似雙體船的船體，重心較低，幾乎不怕浪大翻轉(zhuǎn)。躉船每天可以收集5 萬kg的河流垃圾，等同于100萬個(gè)汽水瓶。收來的垃圾被自動(dòng)裝入這些垃圾桶里，所有的垃圾桶均收集滿后，躉船會(huì)自動(dòng)向當(dāng)?shù)氐墓ぷ魅藛T發(fā)送求救信號(hào)。將I全自動(dòng)河流塑料垃圾截留躉船駐守在河流會(huì)經(jīng)過的比較狹窄的通道，能夠在截留垃圾的同時(shí)不阻礙通行。目前，已經(jīng)在印尼的雅加達(dá)和馬來西亞部署兩艘全自動(dòng)河流塑料垃圾截留躉船。

3 建議

3.1 陸海統(tǒng)籌、治本治理

陸海統(tǒng)籌、海陸互動(dòng)及綜合治理是海漂垃圾攔截項(xiàng)目實(shí)施的關(guān)鍵點(diǎn)，僅在海上進(jìn)行攔截?zé)o法根除污染。陸源污染治理應(yīng)當(dāng)作為項(xiàng)目的重點(diǎn)，海上漂浮的垃圾主要為岸上的生活生產(chǎn)垃圾，需要專門針對(duì)陸上垃圾進(jìn)行防治。

對(duì)臨海陸上垃圾進(jìn)行集中處理，開展宣傳活動(dòng)，積極調(diào)動(dòng)沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民開展海漂垃圾整治，對(duì)海上養(yǎng)殖業(yè)垃圾實(shí)行收集處置與管理。管理部門應(yīng)加大對(duì)入海徑流、城市內(nèi)河和排污口的排污治理力度，積極完善鄉(xiāng)村垃圾基礎(chǔ)配套設(shè)施，建立垃圾處理信息化平臺(tái)，對(duì)每個(gè)村鎮(zhèn)的垃圾收集處理情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。沿河道或沿海岸安裝監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控垃圾的傾倒情況。

3.2 項(xiàng)目管理與實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)管控

海漂垃圾攔截項(xiàng)目的難點(diǎn)為臺(tái)風(fēng)天的設(shè)施維護(hù)和效用保證，應(yīng)在項(xiàng)目實(shí)施前對(duì)項(xiàng)目開展風(fēng)險(xiǎn)管理，做好風(fēng)險(xiǎn)管理的計(jì)劃和措施。通過主動(dòng)有意識(shí)地策劃、組織、協(xié)調(diào)、控制和采取預(yù)防措施，可以避免或減少風(fēng)險(xiǎn)事故，盡可能降低風(fēng)險(xiǎn)損失，保證海漂垃圾攔截項(xiàng)目總體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。