废旧玻璃钢渔船的绿色拆解与回收利用

杜尊峰，吴俊凌

(天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300354)

玻璃钢具有质轻、高强、耐腐蚀、抗老化、可设计性强等特性，以玻璃钢作为船体材料建造的渔船表面光滑、船体轻、阻力小、航速快、易于清洗、寿命长，在经济方面优于钢质和木质渔船，因此在发达国家有很大市场[1-3]。目前，美国近海18 m以下的捕捞渔船全部由玻璃钢制造，日本渔船均是玻璃钢渔船[4]。中国自20世纪70年代建造第一艘玻璃钢渔船以来，截至2017年，尽管玻璃钢渔船总量还未超过渔船总量的1 %[5]，但该数量仍在不断增加。当前玻璃钢渔船大多在40 m以下，随着欧盟“地平线2020”规划Fiber Ship项目的推进，未来玻璃钢渔船将有望超过50 m[6]，朝大型化不断迈进。

当前业内采用简单拆解、填埋或焚烧处置废旧玻璃钢渔船，甚至直接弃置于浅滩地区，存在环境污染的风险，影响玻璃钢渔船的进一步推广。国外玻璃钢渔船数量庞大，处置这些废旧玻璃钢渔船面临严峻的环保问题。尽管这种处置方法不环保，但是在当前中国废旧玻璃钢渔船船型尺度较小和数量较少的情况下，暂且行之有效。随着中国玻璃钢渔船的普及与大型化，也将面临处置问题。在大力发展生态文明以及全世界共同创建可持续发展的今天，废旧玻璃钢渔船的无害化处理不仅关乎玻璃钢渔船产业的发展与推广，更关系到保护人类赖以生存的生态环境。

国际上钢质海船的拆解技术已经成熟，但由于玻璃钢渔船在船体材料及建造工艺与钢质海船具有本质区别，这些拆解做法无法完全套用在玻璃钢渔船上。例如：玻璃钢材料与钢材不同，难以二次利用，且其塑性小、脆性大，容易发生断裂，板材切割的用具、拆解顺序、废料回收方面都会发生变化；玻璃钢渔船分段连接均采用胶接与铆接[7]，钢质海船采用焊接，这直接影响拆解切割位置。为了应对未来玻璃钢渔船大型化和数量增加带来的拆解难题，本文借鉴钢质海船拆解成熟经验，考虑玻璃钢渔船设备安装工艺与船体材料特性，通过分析玻璃钢渔船拆解过程中的环境、经济问题，提出一套玻璃钢渔船绿色拆解与回收利用流程。

1 国内外玻璃钢渔船拆解基本现状

1.1 国内基本现状

中国政府重视渔船报废与拆解，2012年原农业部《海洋捕捞渔船拆解操作规程(试行)》[8]，对渔船实行定点拆解制度，拆解方案递交相关部门审核。2015年财政部印发《船舶报废拆解和船型标准化补助资金管理办法》[9]，对渔船拆解实施补贴。2017年，财政部下达2017年渔业发展与船舶报废拆解更新补助资金的通知[10]，支持渔船提前报废拆解、更新改造工作。随后的几年里，财政部下发渔业发展与船舶报废拆解更新补助资金清算结果[11-12]，进一步支持渔船报废与拆解工作。截至2019年12月底，“十三五”期间中国累计拆解渔船20 414艘，其中大部分是木质渔船与钢质渔船[13]。

尽管中国政府重视渔船拆解工作，但是玻璃钢渔船拆解的相关研究却一片空白，政府也没有出台一套合理地针对玻璃钢渔船处置的监督机制。废旧玻璃钢渔船在处置中很容易造成环境污染和资源浪费，目前我国玻璃钢渔船体量小[14]、船龄短，还未面临废旧玻璃钢渔船拆解的环保挑战，随着我国玻璃钢渔船大型化与数量与日俱增，环境污染与资源浪费问题将日趋严重。

1.2 国外基本现状

玻璃钢渔船在国外已经普及，日本、韩国、美国、俄罗斯和挪威等国的大部分废旧渔船为35 m以上的大型远洋与近海玻璃钢渔船。国外重视渔船拆解，对报废渔船采取补贴制度。2011年西班牙颁布拆船计划，为西班牙渔船的报废提供超过2 800万欧元的资助[15]。然而，直接弃置废弃玻璃钢渔船的事件仍有发生，在西班牙Brava海岸与Barcelona海岸带有大量的玻璃钢渔船被弃置[16]。尽管玻璃钢渔船制造的成本低廉，但处置的费用却很高，在日本港口也有大量的废旧玻璃钢渔船遭到弃置[17]。

目前国外主要采用机械切割的方法将玻璃钢渔船切成小块片状玻璃钢废料，出于经济方面的考虑，玻璃钢废料的主流处置方法有三种：一是填埋。由于认为玻璃纤维很难从聚合物基体、热固性基体中分离出来，这种方法最为常用[18-19]；二是重新回收那些相对品质较好的玻璃钢废料并直接用于其他玻璃钢船的修补与建造；三是作为混凝土用的骨料[20]，学者针对玻璃钢废料与水泥基砂浆的混合比例、颗粒形状、密度分布、副产品特性等开展了大量研究[21-23]。填埋玻璃钢废料可能会对环境造成严重的污染，2004年以后欧盟成员国内禁止玻璃钢废料的填埋[24]；回收利用对于玻璃钢废料的品质要求高，市场需求敏感，难以完全适用所有玻璃钢渔船；虽然破碎为骨料相较其他方法更经济高效，但是国外学者认为玻璃钢骨料的混凝土强度以及耐久性不如天然骨料的混凝土[25]。此外，切割玻璃钢板材时产生的玻璃纤维粉尘会污染环境与伤害人体[26-29]，不够环保。

尽管国外在废旧玻璃钢渔船处置和玻璃纤维废料再利用上已积累一定的经验与方法，但还是难以适应未来玻璃钢渔船大型化与数量增加所带来的处置问题。

2 玻璃钢渔船拆解工艺与技术

2.1 总体流程

中国在钢质海船的拆解方面积累了大量经验并且做法已经成熟，且中国的拆船厂已率先实现了对船舶的绿色回收，符合国际上对健康、安全和环境的严格规定，其中一些拆船厂符合《2009香港国际安全与环境无害化拆船公约》(简称《香港公约》)[30]和《欧盟拆船规范》[31]。由钢质海船的拆解方式入手，研究玻璃钢渔船的拆解是对经验的传承、应用与延续。

玻璃钢渔船与钢质海船最大的不同在于建造材料、成型工艺、机械连接和船载设备部分。在考虑上述不同点对玻璃钢渔船拆解过程产生影响的前提下，总结过去成熟的拆解经验，提出玻璃钢渔船拆解的具体工序。玻璃钢渔船拆解的总体流程中主要包括5个步骤：制定拆解方案、清除船上有害物质、船上设备拆除回收、船体拆解与废料回收。在上述步骤之后应清理拆解场地，便于下一艘船舶的拆解。上述步骤与具体内容，如图1所示。

2.2 有害物质的清除

有害物质会危害人类健康、伤害生物资源、损害休息环境等，当前废旧玻璃钢渔船重量基本都小于500 t，不适用《香港公约》的规定，但是公约中给出了合理清除有害物质的途径与策略。玻璃钢渔船上有害物质的清除可依照公约推荐做法，在清除公约中规定有害物质(如废油、废铅蓄电池等)的基础上，再清除其他有害与潜在有害物质，特别是渔船上大量采用的保丽龙与尼龙[32]。工人需佩戴防护用具，降低有害物质对人体健康的影响。玻璃钢渔船重量轻，能够轻松吊至封闭的清洁区中进行有害物质清除，实现绿色化、环境无害化地清除有害物质。

图1 玻璃钢渔船拆解总体流程Fig.1 Dismantling process of FRP fishing vessel

2.3 船上设备拆除回收

玻璃钢渔船的类型不同，设备的种类与安装位置不同，将会影响拆解时设备拆除回收的做法与流程。玻璃钢渔船除了一般的航行、锚泊、消防和救生设备外，还包括探鱼、捕捞、冷冻冷藏以及渔加工设备等。

玻璃钢渔船设备的拆除原则是在保证结构与设备安全与完整的前提下，采取“先易后难”与“价高优先”的策略，拆除的设备经过清洗维修后能够出售给第三方以提升经济效益。玻璃钢渔船的设备采用机械连接与船体连接：由螺栓和铆钉穿过层板，同时辅以胶合和多种材料的衬垫，板材连接孔处填充树脂，避免玻璃纤维裸露。铆钉连接的设备在拆卸时，采用电钻或手砂轮破坏铆钉头后拆取设备；螺栓连接的设备需要旋下螺母后拆取设备。

此外，在玻璃钢渔船拆解时，还有两个需要注意的内容。其一，不同类型玻璃钢渔船的捕捞设备差别较大、形体不规则，且一般安装于主甲板处，会对后续其他设备的拆解产生阻碍，因此，尽管大部分情况下捕捞设备的价值并不高，但出于拆解流程的便利性，需要首先进行拆除。其二，由于玻璃钢材料的脆性，不能随意切割外板以达到拆除设备的目的(切割一部分玻璃钢板，可能会导致整体结构的蠕变和坍塌)。故而，船体拆解和设备拆除是穿插进行的。如在甲板室中的设备，待上层建筑拆除后，移除甲板室顶部玻璃钢板后拆除；在内层甲板上安装的设备，待上层甲板拆除后拆除；船底板安装的设备，待所有甲板拆除后移除。

2.4 玻璃钢船体拆解

一般玻璃钢渔船的船体结构可以分为上层建筑、主甲板、二层甲板(若有)、船底板和舷侧外板。玻璃钢渔船船体拆解的原则是从上至下、由艏到艉进行：首先拆解上层建筑，随后由船艏向船艉分段切割主甲板与二层甲板，最后切割船底板和舷侧外板。切割完成后压扁分段，转运至二次切割区域进一步切割成小块，做进一步回收处置。此外，工程上在切割船体时还有其他类似的实践：首先切割上层建筑，随后先切割船艏，再由船艏、船艉不断向船舯切割。

目前，大型玻璃钢渔船基本都采用的是分次成型的工艺，对于分次成型的构件和壳体需要进行胶合。胶合的方式包括搭接、对接等等，这些胶合部位的强度较差、玻璃纤维含量少。在切割分段时，优先选择玻璃钢板材连接处进行切割，尽可能减少切割产生的粉尘并能够保证分段玻璃钢板材的完整性，便于二次回收，提高经济效益与保护环境。由于玻璃纤维夹层在切割时会产生大量粉尘，需要在封闭区域内进行拆解并做好防护措施，降低对环境的污染与人体的危害。此外，由于玻璃钢材料具有一定的脆性，在切割船体时可能会导致坍塌，因此在切割时需要用吊机辅助切割，避免结构坍塌带来的安全事故。

2.5 玻璃钢板材切割方法

使用热切割的方法可能会引发玻璃钢中树脂软化甚至燃烧，从而产生有害气体或导致火灾等。因此，采用机械切割、水射流切割[33]两种方法对玻璃钢进行切割，降低环境污染与火灾风险。

机械切割是用动力锯或其他大型切割工具，具有便宜实用、操作便利的特点。但是，这种方法在切割时会产生大量粉尘，同时玻璃钢易脆，切割时很容易破坏完整的板材，降低拆解的经济效益。因此，不推荐这种方法用于玻璃钢渔船的拆解。

水射流切割的原理是以水为介质，通过涡轮增压器形成高压水射流，随后在混合室中混合磨料与气体形成三相混合物并经喷嘴喷出，磨料以颗粒的形式撞击材料表面，在材料表面产生剪切作用，大量撞击弹跳的磨料颗粒在高压水的限制下反复冲击材料，最终使材料发生疲劳破坏，此外，混合的气体也对材料表面产生剥蚀效果，提高了切割的效率。水射流切割除了高压水泵与液压动力设备以外，没有其他的噪音来源，振动小，对环境影响小。同时，由于水的存在，大大降低了切割过程中产生的粉尘，能够冷却玻璃钢材料，使之切割出完整和边缘平整的玻璃钢板，提高拆解的经济效益。

尽管水射流切割设备初期投资成本较高，但自动化操作能够降低人工成本，切割的玻璃钢板能够有效回收利用，带来额外的经济效益。此外，磨料水经回收后能够重复利用，使用成本较低。综上所述，水射流切割具有绿色环保、经济高效的特点，特别适用于玻璃钢渔船的板材切割。

3 玻璃钢废料回收

切割后形态完好的玻璃钢板材一般会投入市场二次利用，其余玻璃钢废料的回收利用是玻璃钢渔船拆解的最后一步，也是决定拆解全过程能否真正绿色环保的关键一步。玻璃钢废料回收是玻璃钢材料特性最重要的体现。目前，中国、美国等国家或地区对玻璃钢废料主要采取填埋的方式。玻璃钢材料具有化学惰性，填埋后难以降解，污染土壤，此外，玻璃钢材料中的有机有害物质会吸附于颗粒上，借助于水生、陆生食物链不断富集，对生态环境以及人体造成危害。

除填埋外，传统玻璃钢废料回收方法概括起来可分为物理、化学和能量回收3种工艺(表1)[34]，尽管3种传统回收工艺使用广泛，但都具有较大的局限性[35]。

表1 废旧玻璃钢回收工艺比较

为此，需要研究新兴的玻璃钢废料回收技术。当前，物理回收产物的社会接受程度较低，化学回收的效率低下，能量回收的产物能够补充社会电力、热力需要，具有极大的发展潜力。然而，传统的能量回收采用焚烧的方法，会排放大量的有害物质。新兴的能量回收通过生物化学、物理化学以及热化学工艺处理玻璃钢废料，以热化学中的气化技术效率最高。传统的气化工艺温度仅400 ℃～850 ℃，该温度只能分解85 %的废料[36]。等离子气化技术利用等离子体启动气化反应，提供高达15 000 ℃的高温，能够有效分解玻璃钢废料中的各种成分并转化为能源或其他有用的产品，并不像传统燃烧方法一样会加重环境负担，从而实现绿色回收。

具体来说，等离子气化技术用于玻璃钢废料处理的步骤包括，首先将玻璃钢废料经物理切割为小块，投入等离子气化炉中，向炉中供给氧气，高温环境将玻璃钢废料分解为合成气与残渣，合成气经除硫后出售或用于发电，废渣经回收后能够出售和二次利用。等离子气化技术的产物和投入物如图2所示。

图2 等离子气化技术原理图Fig.2 Principle of plasma gasification technology

尽管等离子气化技术在玻璃钢废料回收利用方面具有广阔的前景，但作为资金密集型技术，当前仍未在玻璃钢渔船拆解领域推广使用。随着社会对玻璃钢渔船拆解需求的增加，等离子气化技术的应用成本将不断降低，收益也会随之提高[37]，此外，人们环保意识的提高也将进一步促进等离子气化技术在玻璃钢渔船拆解领域的发展与应用。

4 结语

(1)当前国内玻璃钢渔船拆解缺乏一套系统有效的作业流程。玻璃钢渔船在拆解过程中很容易造成环境污染，随着未来玻璃钢渔船大型化与数量增加，政府出台一套适用于玻璃钢渔船拆解的监督与反馈机制势在必行。

(2)玻璃钢渔船绿色拆解的主要步骤为：首先清除渔船有害物质，随后拆除捕捞设备，其余设备根据价值大小先后拆除，设备拆除过程中涉及不同连接工艺，需要根据实际情况，保证无损拆除。玻璃钢渔船船体按照从上至下、由艏到艉切割拆解。切割拆解过程用吊机辅助切割，避免结构坍塌带来的安全事故。

(3)采用机械切割或水射流切割船体能够避免玻璃钢中的树脂燃烧。玻璃钢在封闭区域内进行切割，避免玻璃纤维粉尘污染环境。尽量选择玻璃钢板材连接处进行切割，提高拆解的经济效益和减少切割粉尘。水射流切割能够降低粉尘，保证板材完整性，特别适合玻璃钢板材的切割。

(4)无论国内还是国外，玻璃钢废料的处置仍然以填埋为主，不够绿色环保。传统玻璃钢废料回收工艺虽然使用广泛，但有很大的局限性。等离子气化技术在玻璃钢废料处理方面有广阔的前景，但由于其成本高昂还未在拆船领域使用。随着待拆解玻璃钢渔船数量的增加与人们环保意识的提高，该技术具有广泛的应用前景。

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