《科学》杂志2015年数据显示, 全球海洋塑料垃圾每年达到480万～1 270万t。怎样解决海漂垃圾已经成
了全世界关注的焦点问题, 而如何高效率地回收海洋垃圾已成为保护海洋环境的一个全新课题和挑战。
[1]目前, 国内外广泛采用人工小船清理海漂垃圾。这种方式灵活机动, 可以快速地打捞部分海漂垃圾,
但极为耗时、耗力且安全性较差, 只适应在内河和近海。然而, 水上垃圾拦截浮体主要应用在一些重点保
护的滩涂、海漂垃圾问题突出的海港沿岸等, 其优点是布置相对简单, 缺点是只能将垃圾挡在浮体的某一
侧, 造成垃圾在浮体一侧来回漂荡, 最终还得依托专业垃圾船进行配套清理。本研究设计开发的新型海漂
垃圾智能回收系统回收效率高, 应用区域广, 而且利用智能化系统代替人工清理模式, 不仅节省人工成本
, 安全性还有较大提高。
1 海漂垃圾回收系统的结构设计
海漂垃圾智能化打捞船主要包含主船体、垃圾回收系统、单点系泊系统、垃圾拦截装置、沥水机、垃圾输
送装置, 如图1所示。船舶由单点系泊系统固定, 船体的首部与海漂拦截装置相连, 可吸收大面积的海漂
垃圾, 垃圾集中处设有垃圾打捞沥水装置, 定期打捞至垃圾压缩系统中进行压缩, 并由传输系统运至货舱
。货舱艏艉安装可利用的风能, 货舱口由太阳能板铺设, 太阳能电池板经线路连接有蓄电池, 收集的能源
用于回收系统的运行。具体设计见图2、图3。[2,3]
图1 单点系泊式海漂垃圾回收船
图1 单点系泊式海漂垃圾回收船 下载原图
图2 单点系泊式海漂垃圾回收船三维效果
图2 单点系泊式海漂垃圾回收船三维效果 下载原图
图3 单点系泊式海漂垃圾回收船船首细节
图3 单点系泊式海漂垃圾回收船船首细节 下载原图
1.1 海漂垃圾拦截装置
海漂垃圾拦截装置是由具有抗风浪性能的HDPE聚乙烯注塑组件模块和金属拦截网片组装的拼接结构设计而
成, 呈U型, 如图4所示。借助海上风浪流的作用, 海上废旧泡沫浮球、塑料瓶等海漂垃圾将最终被集中拦
截至船首垃圾打捞沥水装置处, 进行脱水压缩后运至货舱。U型海漂拦截装置可吸收更大范围的海漂垃圾,
实现集中打捞, 完成海漂垃圾的自动收集, 大大提高工作效率, 可同时适用于近海、远海。
图4 U型拦截装置
图4 U型拦截装置 下载原图
1.2 沥水、压缩装置
经过U型拦截装置拦截的垃圾汇集至船首。船首设置直径为3米左右的带孔沥水装置, 在其进一步提升过程
中, 海水从漏孔流出, 垃圾被打捞至垃圾压缩系统。
如图5所示, 垃圾输送装置的右端还设有压缩装置, 用于将垃圾压缩, 减小垃圾对船体内部体积的占用。
压缩装置包括开设在船体中的凹槽, 凹槽的上侧设有压缩箱, 可上下升降, 与垃圾输送装置的输送方向一
致的两侧分别开设有垃圾入槽和垃圾出槽。压缩箱的下侧设有使压缩箱升降的驱动装置, 如图6所示。驱
动装置使压缩箱上升到最高位置时, 垃圾入槽和垃圾出槽与凹槽的上表面共面, 便于垃圾进入到压缩箱中
。
图5 压缩装置结构设计
图5 压缩装置结构设计 下载原图
图6 驱动装置
图6 驱动装置 下载原图
1.3 供电装置
作为智能化海漂垃圾打捞系统, 要重点考虑能源自给。船体的尾部设有供电装置, 采用太阳能与风能组合
的方式给驱动装置以及压缩装置提供电能。供电装置中的太阳能板连接蓄电池, 蓄电池与驱动装置和压缩
装置连接。垃圾输送装置的右侧设有垃圾收集箱, 垃圾收集箱的内壁上设有控制装置, 控制装置中的光电
传感器连接Wifi模块, Wifi模块电连接有控制器, 船体上还设有信号接收器。压缩后的垃圾进入到垃圾收
集箱中, 垃圾收集箱的储量将满时, 压缩后的垃圾遮挡了光电传感器, 光电传感器将信号传递给控制器,
控制器控制Wifi模块发出的信号被海漂垃圾打捞船上的另一信号接收器接收并反馈给此打捞船的控制器,
从而驱动此海漂垃圾打捞船向原先的海漂垃圾打捞船靠近, 保证在垃圾较多时, 多个船体也能对垃圾进行
打捞。
2 单点系泊在海漂垃圾回收船上的应用
海漂垃圾回收船借鉴深海采油装备FPSO (浮式生产储油船) 相关技术, 采用单点系泊装置约束船体, 使船
体始终处于迎浪状态。船体本身与波浪处于相对静止状态, 使船体能够随风浪变化围绕系泊装置自由旋转
, 以减少海浪对船体结构的冲击。船首与系泊装置连接处设置解锁装置, 在波浪超过极限波浪时, 可切断
连接, 拖走海漂垃圾回收船。该设计方案可提升垃圾回收船的抗风浪能力和生存能力, 以便在确保安全的
情况下大大简化海漂垃圾回收船船体结构。海漂垃圾回收船可适用于水深较深的广阔海域, 用于吸收近海
、远海不同海域的海漂垃圾;海漂垃圾回收船生存能力强, 具有较高的抗风浪能力, 当风暴潮来临时, 可
断开与系泊系统的连接, 拖离危险区域;海漂垃圾回收船无动力系统和相关机械设备, 无须专业水手, 维
护便捷。
3 结束语
面对严重的海洋污染, 如何采取合适的方法回收海漂垃圾已成为保护海洋环境亟待解决的问题。在对海漂
污染的组成与成分进行充分调研的基础上, 本研究设计出一种适用于近海、远海的智能化单点系泊式海漂
垃圾回收船, 详细介绍了组成回收系统的海漂垃圾拦截装置、沥水压缩装置、供电系统的结构设计, 并对
单点系泊装置在垃圾回收船中的运用进行了有效阐述, 对于海洋环境保护具有积极的现实意义。