船舶灰水及灰水中微塑料的管控研究 - 海洋微塑料研究机构

当前海洋微塑料污染问题已经在全球范围内引起了普遍关注，位列全球十大新兴环境问题之一，最容易被忽略的船舶微塑料污染来源为船舶灰水，其甚至以初生微塑料的形式进入水体。但目前国内对船舶灰水单独排放没有明确要求，因此，应加快开展船舶灰水排放对环境影响的研究，助力推动船舶灰水排放控制。

船舶灰水的定义及危害

2006年国际海事组织(IMO)所属机构海洋环境保护委员会(MEPC)制定的MEPC.159(55)决议首次引入船舶灰水的概念，指出船舶灰水系指排出的洗涤水、淋浴水、洗衣水、洗澡水以及洗脸水。根据调查推断，船舶灰水主要存在以下几点危害：

1、船舶灰水中洗涤剂含有的氮和磷可能会在水中发生过度富集，刺激藻类生长。

2、船舶灰水中的直链烷基苯磺酸钠(LAS)与油脂等疏水性有机物接触发生乳化作用，分散污染物面积，还会产生大量泡沫，阻碍氧气的溶解和水生植物的光合作用，使水体的自净能力下降、水质变坏。

3、船舶灰水中含有大量真菌、细菌，一旦引发海洋生物感染疾病，可能会给海底生物带来巨大的影响，同时也会影响到陆地上的人类及其他生物。

微塑料的定义及危害

1、微塑料的定义

目前，通常把粒径小于5mm的塑料颗粒认为是微塑料。按来源可分为初生微塑料和次生微塑料，初生微塑料是指直接排放入环境中的微塑料颗粒，如磨砂类洗护清洁用品中的微珠、工业用的树脂颗粒、洗涤合成化纤纺织品时产生的微塑料纤维、轮胎与地面摩擦产生的合成橡胶微尘等；次生微塑料主要指大块塑料在环境作用下经过物理、化学、生物等过程破碎或分解成为的更为细小的颗粒。而船舶灰水主要包括船上人员生活所用的洗澡水、洗衣水、洗碗水等，在清洗过程中使用添加了微珠颗粒的洗护产品，或清洗衣物过程中掉落的细小纤维等都会成为微塑料的来源。

2、微塑料污染的危害

相比大块海洋塑料垃圾，微塑料的危害更加隐蔽且具有不确定性。例如，微塑料碎片为缺少天然漂浮物地区的微生物提供了定居的场所，随着洋流漂到不同的地方，对海洋生态环境、生物多样性等造成损害。许多塑料是由不同聚合物和添加剂（增塑剂、着色剂、稳定剂等）混合而成的复杂污染物，可以从周围环境吸附不同数量和种类的其他有毒物质，成为有毒物质在海洋中循环的载体。而且微塑料被海鸟、鱼类、底栖动物、浮游动物等不同营养层级的海洋生物摄食后，所携带的有毒有害物质会进入海洋生物体内，会造成生物身体机能的破坏，通过食物链的传递威胁整个生态系统平衡，并且沿着食物链的传递最终进入人体，对人体造成年积月累的伤害。

船舶灰水采样检测

& d$ f4 C; K Y' V$ Q6 Y3 R* X

虽然目前国际公约和国内法规对船舶灰水排放暂时没有限制要求，但部分国家和国内个别地区已对船舶灰水排放提出了更高的要求，无论国际还是国内对船舶灰水的逐步管控将是大势所趋。因此通过实地采样检测，分析和判断船舶灰水在一定时间内所产生的总量以及各成分的含量，有助于了解掌握船舶灰水对于环境水体的实际危害，为构建船舶灰水管控体系提供了数据支撑。本次对XX拖10、XX拖12共计2艘船舶进行了船舶灰水的采样和检测。

. M. Z1 v, l5 i) B0 `" \

1、采样方法

7 J- @" J, P. X# t6 W

本次采样检测选定全层采样混合方法为船舶灰水的采样方法。全层采样混合方法是使用采样容器接取船舶24小时所产生的灰水总量，获取不同断面的船舶灰水。各采样点混合储存在同一样品容器中，分析结果取全部采样点混合后的数值。

* d3 z% k- n2 Q1 K" _$ c

采样容器由三个长200cm、宽60cm、高100cm的不锈钢柜连接组成，并在采样容器的几何中心点设置三个高度等分的采样点。根据船型大小和灰水产生量，可以在采样容器四周适当增加采样点个数。具体采样布点如图1和图2。

图1 灰水采样布点俯视图

. l) z6 Y+ Y4 m* H* f6 y3 ^' m& p

图2 灰水采样布点侧视图

2、检测方法和技术

(1)检测项目

此次采样主要检测以下10个项目的数据：

①SS（固体悬浮物）；

②COD（化学需氧量）；

8 ^. U2 a* T9 v7 J; Y; j: m4 T

③BOD5（生化需氧量）；

④大肠杆菌数；

5 Z4 V- |. t' ]3 w o, A' A6 V: x

⑤PH数值；

⑥氨氯；

6 O% T8 Z& v9 I+ I

⑦总余氯；

$ S+ d2 j! @: U3 H* P P

⑧总氮；

+ G5 ^+ ]& g( @" o# @$ ~

⑨总磷；

⑩阴离子表面活性剂。

8 |6 ^0 c5 w9 K) A

微塑料总量（粒径小于5mm）。

* M! \/ `; U# ~! y+ r

(2)污染物项目检测方法

9 c p' y: y$ K7 i5 [

检测项目中第①～⑩项的污染物项目检测方法主要参照《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T 91—2002）中地表水的监测分析方法，具体如表1。

表1 检测方法及检出限

由于目前船舶灰水没有标准的微塑料检测方法，本次微塑料检测方法参考《海水中微塑料的测定方法》（DB21/T 2751—2017），采用傅立叶变换显微红外光谱仪对船舶灰水中的微塑料进行测定。

3、检测结果

(1)微塑料丰度计算

根据式（1）计算灰水样品的微塑料丰度：

4 s. U% H% Z% V/ ~8 E1 g1 j" Q0 c

(1)

式中：

% h* ]4 b: {7 d' k' I1 u/ F b

A——灰水中微塑料的丰度，单位为个每升（个/L）；

N——微塑料目标物的个数，单位为个；

+ z/ S$ N1 W i

V——过滤灰水的总体积，单位为毫升（mL）。

(2)检测结果

XX拖10和XX拖12船上人数均为9人，通过采样容器接取船舶24小时所产生的灰水总量分别为1.5立方和1.2立方。本次对XX拖12船舶灰水样品中的污染物项目进行了检测。具体检测结果如表2。

/ a- ], k1 U; h: q0 ~

表2 XX拖12污染物项目检测结果

' N! u) z# [4 U2 Q& T( F8 B& b

本次分别对XX拖10和XX拖12船舶灰水样品中的微塑料进行了检测。

XX拖10的船舶灰水样品中共检测出5个微塑料，大小分别为299μm、405μm、190μm、635μm、266μm。微塑料成分主要为聚乙烯，其中3个微塑料为聚乙烯，1个为ABS（热塑性高分子结构材料），1个为环氧树脂。根据公式可知，XX拖10本次灰水样品的微塑料丰度为1.25个/L。具体结果如表3。

表3 XX拖10微塑料检测结果

2 X9 P. t/ S9 j$ T) R2 S

XX拖12的船舶灰水样品中共检测出3个微塑料，大小分别为300μm、200μm、300μm。微塑料成分分别为醇酸树脂、聚乙烯、聚氨酯。根据公式计算得出XX拖12本次灰水样品的微塑料丰度为0.75个/L。具体结果如表4。

- c5 ~7 z) A- l' f6 d

表4 XX拖12微塑料检测结果

# X# @6 I) w! {+ _. D& V- I

/ x! r& Y. ~2 E6 d

4、结果分析

G/ i, ]% q- E4 J9 _2 d- O

由于目前船舶灰水缺乏相关排放标准要求，灰水又与船舶生活污水在性质上相似，因此笔者将本次船舶灰水第①～⑨项的污染物项目检测结果与船舶生活污水相关排放标准进行参照比对，第⑩项的污染物项目检测结果与污水综合排放标准进行参照比对。

从采集样品的外观来看，本次采集的船舶灰水整体呈现微白、浑浊状态，表面浮有薄薄的油膜。由于大部分船舶将灰水不作处理直接排放进入水域，如果参照《国内航行海船法定检验技术规则（2020）》中关于船舶生活污水的排放要求：“经过处理后排出的生活污水在其周围的水域中不应产生可见的漂浮固体，也不使周围水域变色”，那么当船舶灰水直接向较清澈的水域排放时，可能会使周围水域产生可见的漂浮物，并使其变色，因此不满足上述排放要求。

$ X0 ^7 p4 F. G7 Y5 c2 ^( ]

从污染物项目的检测结果来看，本次采集检测的船舶灰水中悬浮物、化学需氧量、五日生化需氧量、耐热大肠菌群均超过了《船舶水污染排放控制标准》（GB3552—2018）中的相关要求，pH 值和总氯、氨氮、总氮、总磷的含量则在《船舶水污染排放控制标准》（GB3552—2018）的要求限值内。《船舶水污染排放控制标准》（GB3552—2018）要求在2012年1月1日及以后安装的生活污水处理装置的船舶，在内河和距最近陆地3海里以内（含）的海域排放生活污水时，其污染物限制应遵循表5。

7 T5 ?, ?2 A+ F: |1 Z

表5 船舶生活污水处理装置污染物排放限值

如果将污染物项目检测结果与上述标准对比分析后发现，本次采集的船舶灰水样品中悬浮物含量约为船舶生活污水排放标准要求的2倍，化学需氧量是标准要求的2倍多，五日生化需氧量是标准要求的3倍，超标最为严重的是耐热大肠菌群数量，是标准要求的43倍。而且本次船舶灰水污染物项目检测样品的平均温度为23.5℃，并不处于耐热大肠菌最适宜的37℃左右。由此可以预想，如果随着天气温度的升高，船舶灰水水体整体温度上升并趋近于37℃时，耐热大肠菌群数可能会持续增加。同时，此次检测出阴离子表面活性剂含量为11.1mg/L，根据《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）要求：对于一切排污单位向一般工业用水区、人体非直接接触的娱乐用水区、农业用水区及一般景观要求的水域排放阴离子表面活性剂的标准为10mg/L。由此可以判断，本次船舶灰水样品中阴离子表面活性剂超出了上述标准。

% \( o+ _, A) I

目前所有国家标准中均未对船舶污水中的微塑料设置排放要求，因此现在暂时缺乏参照标准。但如果以本次船舶灰水中微塑料的检测结果为数据基础进行计算，那么24小时内XX拖10所产生的1.5立方船舶灰水中大约含有1875个微塑料，XX拖12所产生的1.2立方船舶灰水中约含有900个微塑料，相加可得此次检测的2艘船舶产生的灰水中约含有2775个微塑料，除以2艘船舶共产生的灰水总量2.7立方，可知此次检测微塑料平均丰度为1.03个/L，平均船舶灰水总量为1.35立方。如果以上海港水域日均船舶流量3000余艘次计算，那么这些船舶每天将向上海水域排放共计417万余个微塑料，每年将排放超过15.23亿个微塑料。根据国外研究表明2000个微塑料重量约为5克，可知这些船舶每年将向上海水域排放3.81吨微塑料。

5 r2 N6 p! w6 j1 G" o

: Q% q$ E# ]" M! F0 C

从本次船舶灰水样品的检测结果看来，船舶灰水中污染物的含量基本上都 超过了国家标准，甚至是国家标准限值的几倍或者几十倍。而其中微塑料的含量不多，但由于中国通航水域内船舶数量密集，导致来源自船舶灰水中的微塑料排放总量大。因此，应重视船舶灰水的管控，进一步提升船舶灰水处理技术水平，加快船舶灰水排放标准和管控政策的制定。

& g" Y0 ? q2 \0 l9 |

对策建议

1、加强对船舶灰水的研究

) G3 [$ c, s: k3 @

船舶灰水的物理、化学性质、微塑料含量因不同船舶类型、航行区域、季节、在船人员的生活习惯不同会有较大差异。本次检测仅针对港作拖轮进行了2次取样检测，数据样本较少。因此，还需要对海船、内河船、港作船、邮轮以及客船等不同类型船舶的灰水进行多次检测分析及实船试验，形成覆盖主要船舶类型的数据库，加快开展船舶灰水排放对环境影响的研究，科学、准确的核算船舶灰水排放对水体影响，为今后的防治工作提供理论依据和数据支撑。

/ o3 J1 \% a9 Z* I( @# K! m( S

2、加快探索建设船舶灰水处置路径

3 I% n$ w2 F0 f- k" `+ I+ y: U) k0 a

国内已有多家船舶污水处理设备生产厂家、科研院所对船舶灰水处理装置进行开发研究，但仅有少量装置安装到实船使用，实船运行经验数据积累不足，且几乎所有处理装置都没有针对去除微塑料的设计和研究。因此，应前瞻性的加强船舶灰水处理装置对去除微塑料效果的研究，并加大实船试验力度，提高处理装置的可靠性、操作性和便捷性。对于船舶灰水接收管路并入市政污水管网的重点提升接收、转运能力，对于港口、码头、装卸站集中建立和加大提升处理设施的设施数量和处理能力。

3、试点设立船舶灰水禁排区和排放控制区

船舶灰水与黑水的成分不同，特别是灰水中含有大量人体皮屑、毛发、洗涤剂、微塑料以及各种真菌、细菌。船舶生活污水的排放标准未必适用于船舶灰水的处理排放，因此建议制定船舶灰水专门的处理排放标准，为推进船舶灰水排放控制区的设立和船舶灰水处理装置的研发提供参照。

* g1 C. E/ X/ f2 p6 k$ Y

而随着科技的发展和社会的进步，船舶灰水处理已不存在技术难题，岸上接收也有了便利条件。建议优先在水质要求高的封闭水域试点设立船舶灰水禁排区，禁排区内禁止船舶排放灰水；在饮水水源保护区试点设立船舶灰水排放控制区，排放控制区内的船舶需要对船舶灰水处理后达标排放。探索推进对船舶灰水的管控，为全面推行船舶灰水排放控制积累经验。

4、推动对船舶灰水排放控制

( l7 r" L# [. E2 H

近年来，随着公众环保意识以及国家环保标准的不断提升，船舶营运对水域的污染愈发凸显，行业主管部门及地方政府已建立了对船舶油污水、洗舱水、生活污水（黑水）的排放控制要求，下一步应有序推动对船舶灰水的排放控制。从船型上，可先对邮轮、客轮等船舶灰水产生量大、污染性高的船舶开始管控，逐步覆盖港作船、内河运输船舶、海船；从船舶大小上，可先对3000总吨以上的大型船舶开始管控，逐步覆盖3000总吨至400总吨、400总吨以下船舶；从水域上，可先对水质要求高的封闭水域、水源保护区开始管控，逐步覆盖内河主要流域、沿海等水域，分批分步实现对船舶灰水排放的管控。

5 G" P* m5 F! _& |) I. l