随着人类海洋活动不断增多,船舶对海洋造成的污染日趋严重。各国海军在海洋环境保护、舰船厨余垃圾处理方面的基本意识是一致的,海军舰船公海航行时遵守国际公约,进入他国海域(如出访、入港补给等)时遵守相关法律和法规同时也是大国形象的体现。
舰船厨余垃圾是一个宽泛的概念,包括餐前和餐后两个阶段产生的垃圾。餐前阶段产生的厨余垃圾包括食材包装物、食材洗涤污水,餐后阶段产生的厨余垃圾包括食物残渣、餐具洗涤污水。食材包装物材料大体上分为纸张、塑料、玻璃、金属,洗涤污水中可能含有油类、化学制剂等污染物,食物残渣主要为各种有机物。舰船厨余垃圾构成复杂,排放标准各异,涉及相关处理系统、设备较为多样。
通过对国外典型舰船厨余垃圾处理流程进行研究,不难发现各国对舰船厨余垃圾中纸张、玻璃、金属、塑料等处理技术大致相同,为粉碎后压缩打包。但对食物残渣的处理技术差异较大,最重要的包含四个主流技术方向,分别为粉碎后压缩脱水储存、烘干脱水储存、重力储罐储存/排放、真空储罐储存/处理,见图1。
美国海军舰船厨余垃圾处理思路为将厨余垃圾分为固体垃圾(纸张、塑料、玻璃、金属)和厨余污水(食物残渣、洗涤污水)两大类,固体垃圾一般进行粉碎压缩,包装储存在特定舱室,除塑料外的固体垃圾也可在许可海域沉入海底,厨余污水则合并进全舰生活垃圾污水处理系统来进行处理。其主要是采用技术方向②,食物残渣粉碎后通过重力收集系统(部分舰船升级后,也采用了真空收集系统)泵送至储存罐储存,等待航行至允许排放的海域排放或在港口连接标准接头泵送至岸基处理设施(“福特”号航母采用等离子焚烧炉处理固体垃圾)。此种方法的缺点是若舰船在港内长期驻泊,或港口未配备标准接头(停泊他国港口或岸基设施故障等情况),舰船储罐装满则只能出港排空储罐。
与灰水共同处理。目前美国海军舰船均采用第三型海上卫生设备(MSD Ⅲ)。第三型海上卫生设备包括两种型号,分别为重力收集、储存、转运系统(CHT系统)和真空收集、储存、转运系统(VCHT系统)。总体上,美国海军较为老式的舰船采用CHT系统,新型舰船均采用了VCHT系统。CHT系统有3种工况。舰船港内停泊时黑水、灰水均进入污水储罐,然后通过甲板接头转运至港口设施处理;距海岸3海里以内时,黑水进入污水储罐,灰水直接排放;3海里以外无特殊规定海域,黑水、灰水直接排放至舷外,如图2。
目前,美国海军较为老式的舰船采用CHT系统,包括“尼米兹”级航空母舰(不包括“乔治·布什”号)、“提康德罗加”级巡洋舰、“蓝岭”级两栖指挥舰、船坞登陆舰(LSD)以及隶属军事海运司令部的众多军辅船等。
CHT系统根据对固体物的解决方法可分为过滤型和粉碎型两种。在实际应用场景中,CHT系统常常要储存全舰12小时内产生的污水,能够准确的通过真实的情况选择污水储存罐的容积,储罐容积从0.75m3至19m3。应用过滤型CHT系统的舰船主要为小型舰艇和“提康德罗加”级巡洋舰的早期型号,污水储罐容积大于7.6m3时需使用粉碎型CHT系统。
目前美国海军新型舰艇普遍换装了真空收集系统(VCHT系统),包括“阿利·伯克”级驱逐舰(DDG-51)、“圣安东尼奥”级两栖船坞运输舰(LPD-17)、“乔治·布什”号航空母舰(CVN-77)、“朱姆沃尔特”号驱逐舰(DDG-1000)、近海战斗舰(LCS-1)等。VCHT系统能看作是CHT系统的升级版,该系统最大的特点是通过真空冲洗减少了污水量,从而延长了污水可储存的时间。
目前各国海军舰船对塑料垃圾的处理方法主要是粉碎后热熔成垃圾块,置于密闭容器或防臭袋中储存,统一转运至岸上进一步处理。美国海军塑料垃圾处理系统(PWP)由固态废料或塑料粉碎机、压力熔化机、闭环冷却单元或辅助单元、热封机组成。工作时候的温度150-200℃,处理时间15-20min,可至少储存60天。
此外,美国海军舰艇还装备了固态废料废物粉碎机(Solid Waste Shredder,SWS)既可以可处理金属、玻璃类垃圾又能处理塑料类垃圾,解决能力为36kg/h,处理后垃圾打包封存,靠岸后转运至港口设施回收并进一步处理。
近年来,随着各国海军对海洋环境污染问题认识程度逐渐提高,慢慢的变多的国家在海军舰船设计过程中选择向Deerberg公司、Evac公司等舰船污染控制方案集成商授予合同,根据具体需求定制了全舰污染控制管理系统、设备。Evac公司为美国海军舰艇提供了污染物处理方案,包括“弗吉尼亚”级核潜艇、“阿利·伯克”级驱逐舰、“福特”级航母、“朱姆沃尔特”号驱逐舰等。较为常见的方案是将常见方案是将食物残渣粉碎,通过真空输送系统泵送至食物垃圾储罐,该系统的优点是能够大大减少污水量,增加最大储存时间。
各国各地的排放标准日益严格,很多老旧设备已无法适应,新型污染控制管理系统设计正向污染物零排放的目标迈进。在节能减排的同时,兼顾废弃物的综合利用,如实现污水循环利用、垃圾回收等,减少对海洋环境的污染。
由于全舰的厨余垃圾污染源比较分散,导致污染物处理装置相对分散,不便于管理和维护。提高环境污染控制管理系统的信息化水平,可利用平台网系统,对主要设备的运作时的状态、故障、维护等进行监测与控制,使舰员能及时掌握该系统的运作情况,并对设备做远程操作,提高效率。
目前较为先进的舰船厨余垃圾处理系统在设备层面上大量采用模块化设计,以便根据自身的需求配置适当的功能。另一方面,功能模块的设计也便于维修保养和后期的技术升级。
综合废物回收处理系统是未来发展的一大趋势,包括厨余垃圾在内的各种污染物的处理系统互相集成。例如,对生活垃圾污水的处理目前已基本取消黑水、灰水的分类处理模式,而采用一体化的处理设备。未来趋势是,所有的船舶污水(包括油污水、生活垃圾污水、压载水),进行集成化处理,简化设计、提高可靠性。
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