海水淡化產業(yè)的用海管理研究

劉淑芬，岳 奇，徐 偉

（國家海洋技術中心 天津 300112）

海水淡化產業(yè)的用海管理研究

劉淑芬，岳 奇，徐 偉

（國家海洋技術中心 天津 300112）

海水淡化是國家重點支持發(fā)展的戰(zhàn)略性海洋新興產業(yè)，國家和沿海各地區(qū)出臺了大量政策，海水淡化產業(yè)未來發(fā)展空間廣闊。文章介紹了海水淡化的國內外發(fā)展情況以及我國的海水淡化政策，分析了海水淡化的用海特點，并提出了關于海水淡化的用海管理政策建議。

海水淡化；海域管理；用海

1 海水淡化的背景

1.1 世界范圍內淡水短缺

水是生命的源泉，是人類社會發(fā)展和經濟建設不可或缺的資源，隨著社會工業(yè)化和都市化發(fā)展，水體的污染不斷加劇，越來越多的國家和地區(qū)出現(xiàn)供水不足，淡水不足已經成為世界性的難題。聯(lián)合國水資源委員會早在1977年就向世界各國發(fā)出了警報：“供水不足將成為一個深刻的社會危機。世界上在石油危機之后的下一個危機便是水的危機”。聯(lián)合國不止一次地向世界發(fā)出了警告：除非各國采取有力措施，否則到2025年世界將有約1／3的人口得不到安全的飲用水供應。

地球上大約70%的面積被海水覆蓋，在淡水資源緊缺的背景下，發(fā)展海水淡化事業(yè)，向海洋索取淡水已經成為世界沿海國家和地區(qū)的共識。

1.2 我國是淡水資源嚴重短缺的國家

我國是一個水資源嚴重短缺的國家，被聯(lián)合國列為13個貧水國之一。我國淡水資源時空分布極不均勻，而水體污染更加劇了水資源貧乏的程度。在資源性缺水的同時，伴隨著水質性缺水，雙重缺水特征凸顯，已成為制約我國經濟社會可持續(xù)發(fā)展的重大瓶頸。

沿海地區(qū)尤其是北方沿海地區(qū)，是我國最缺水地區(qū)之一。全國人均綜合用水量為412m3，而北方沿海地區(qū)（天津、河北、遼寧和山東）人均綜合用水量約269m3，屬資源性缺水。考慮到北方沿海地區(qū)的人口增長、產業(yè)結構變化、農業(yè)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境用水需求和實現(xiàn)全面建設小康社會目標等因素。預測2020年北方沿海4省（市）人均綜合用水量將達到350～400m3，缺水量將達到273億～393億m3。

解決我國沿海地區(qū)淡水資源短缺問題的基本途徑是開源節(jié)流，但蓄水、跨流域調水等傳統(tǒng)措施，只能實現(xiàn)水資源的時空位移，難以全面解決缺水的根本問題。因此，面對北方沿海地區(qū)資源性缺水和南部沿海部分地區(qū)水質性缺水，以及水資源亟待保護和科學利用的嚴重形勢，海水淡化利用既緊迫、又任重道遠［1］。

2 海水淡化的國內外發(fā)展

2.1 國際海水淡化的發(fā)展情況

最早記錄的海水淡化是17世紀初期日本海員使用陶器壺蒸餾海水并用竹筒收集其冷凝物。世界上第一個海水淡化工廠1954年建于美國德克薩斯的弗里波特。從20世紀80年代開始，全球累積海水日淡化能力開始快速增長，1985—1994年，年均增長率約為6.41%，1995—2004年，年均增長率達到7.32%，2004年全球累積海水淡化能力達到3 563萬m3／d。根據國際脫鹽協(xié)會的統(tǒng)計，截至2008年年底，世界范圍內共有14 100個淡化工程，總裝機容量約為6 348萬m3／d。其中，80%以上用于飲用，解決了2億多人的飲水問題。

淡化海水代替?zhèn)鹘y(tǒng)淡水作為飲用水的新水源已在世界沿海地區(qū)得到了廣泛應用，成為解決全球水資源短缺的重要途徑。據國際脫鹽協(xié)會（IDA）2002年的統(tǒng)計，全球50%左右的淡化能力發(fā)生在中東地區(qū)，之后是北美（16%）、歐洲（13%）、亞洲（11%）、非洲（5%）和加勒比海地區(qū)（3%），澳大利亞和南美洲各占1%。

2.2 我國海水淡化事業(yè)的發(fā)展

我國從1958年開始進行海水淡化技術的研究與開發(fā)，經過數十年的發(fā)展，已具備了較大規(guī)模海水淡化的能力。國家環(huán)境膜分離工程技術中心發(fā)布的中國海水淡化發(fā)展研究分析報告披露，截至2010年10月，中國已建成海水淡化裝置65套，日淡化海水能力接近61.26萬m3。雖然與《海水利用專項規(guī)劃》提到的2010年中國的海水淡化規(guī)模達到日產80萬～100萬m3的指標存在一定差距，但國際行業(yè)研究組織依然認為，中國是全球最具發(fā)展?jié)摿Φ暮Ｋ瘶I(yè)務市場（圖1）。

圖1 我國海水日淡化量變化［2］

3 海水淡化的用海特征

海水淡化的用海特征包括對海洋環(huán)境的影響和用海選址要求。選址要求包括取水口選址和排水口選址，對海洋的影響包括取水、排水和取排水工程建設施工影響。

3.1 海水淡化對海洋環(huán)境的影響

3.1.1 施工期影響

取排水工程施工期產生的主要污染物有挖溝產生的懸浮物，施工人員生活污水、生活垃圾，施工船舶機艙含油污水等。但這類污染影響僅是暫時的，將隨著工程建設的結束而消失，不會產生永久性污染效應。

3.1.2 取水影響

首先，取水結構可能會影響水體交換和沉淀物運動，類似于人工魚礁存在的問題；另外，取水結構還可能干擾航線或其他海上用途。

其次，取水卷載效應會造成鄰近局部海域的魚卵、仔稚魚和浮游生物等數量減少。海水淡化廠可以接收來自不同來源的給水，最常見的取水方式是開放式海水取水口，使用開放式的取水口可能會有水生生物撞到取水口過濾網上面，或者和源水一起進入海水淡化廠，導致生物的損失。

3.1.3 排水影響

海水淡化排水對海洋環(huán)境的影響主要是排放的海水成分及物理性質與周圍海水不同，表現(xiàn)在溫度、鹽度、密度高于環(huán)境海水，排放水中含有海水淡化過程中添加的化學成分，根據采用的技術方法不同，這些排放水含有的化學成分也會不同。

3.1.3.1 海水淡化排放水與環(huán)境海水的差異

海水淡化又稱海水脫鹽，是分離海水中鹽和水的過程，從海水中取出水或除去海水中的鹽都可以達到海水淡化的目的，按分離過程分類，海水淡化方法主要有蒸餾法、膜法、結晶法、溶劑萃取法和離子交換法等。其中蒸餾法又有多級閃蒸（MSF）、多效蒸發(fā)（ME）和壓汽蒸餾（VC）之分；膜法海水淡化技術則包含了反滲透法（RO）和電滲析法（ED）；結晶法則由冷凍法和水合物法構成。雖然淡化方法有許多種，但多年的實踐表明，真正實用的海水淡化方法只有MSF、ME、VC和RO等幾種方法（表1）。

無論采用哪種技術方法，海水淡化過程中都會產生大量的鹽水廢棄物（濃海水），通常的處理方式，就是將其沖入大海，但這些濃海水中往往都含有海水預處理和清潔作業(yè)所使用的化學劑成分，不同技術方法產生的濃海水成分也不同。熱法淡化廠的濃海水通常還含有殘留的氯、氯化物副產品、阻垢劑、消泡劑和某些重金屬（例如，銅或鎳），且溫度較高，膜法淡化廠產生的濃海水通常含有阻垢劑、天然的固體和混凝劑、化學清洗液等。這些不同的污染物成分還可能對海洋生物造成潛在的協(xié)同效應。例如，氯殘留物和高溫的協(xié)同效應。

表1 反滲透法與熱法海水淡化過程排放濃鹽水的典型性質［3］

3.1.3.2 海水淡化排放水對海洋環(huán)境的影響

（1）排放水鹽度升高對海洋環(huán)境的影響。海水淡化排放的濃海水的鹽度一般是取用海水的2倍。若這些濃海水排放方式不當會導致排放海域鹽度的升高。海水鹽度升高將改變海洋生物本身體液與其生活環(huán)境海水中滲透壓的平衡，從而降低海洋生物的繁殖力，甚至使其滅絕。此外，由于底棲生物無足夠的移棲能力，濃海水排放對排水口附近的底棲生物的影響尤其嚴重（表2）。

（2）排放水中化學添加劑等污染物的影響。海水淡化排放水中污染物來源主要有兩類：一類是化學添加劑，如生物殺滅劑（通常為氯氣或次氯酸鈉）、抑垢劑（通常為聚磷酸鹽）、防沫劑、防蝕劑、酸洗劑等；另一類是由管路腐蝕產生的毒性重金屬，如Cu、Ni、MO、Cr、Zn等，這些污染物都會對海洋生態(tài)系統(tǒng)產生危害。

表2 濃鹽水污染物特征及其對海洋環(huán)境的影響［4］

（3）排放水物理性質變化對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響。排放水物理性質的改變主要有兩點：溫度升高和密度增大。

排放水密度的增大主要影響接受水體的物理性質，高密度的濃海水入海后易于沉降在水底，阻礙了海水的垂直混合，并在排水口附近形成高鹽沙漠。另外，高密度的鹽水沉降到海底，使底棲生物因細胞脫水、組織膨壓降低而死亡，并改變其原有生境，從而給底棲生物帶來傷害。

溫排水會對海洋環(huán)境產生熱污染。溫排水進入受納水體后，將直接影響海洋生物的生長和繁殖，使排水口附近浮游動物的種類和數量減少，降低群落的物種多樣性，引起群落結構的變化。此外，溫排水還會導致接受水體溶解氧含量的降低，而間接對海洋生物和水質產生不利影響。

3.1.3.3 排放水對海域的影響范圍

海水淡化排放水影響的海域范圍因海域環(huán)境條件和排水量的不同而有很大差異，目前對于海水淡化排水影響范圍方面的研究較少，其影響范圍研究大多體現(xiàn)在環(huán)境影響評價論證報告中。

3.2 海水淡化的選址要求

3.2.1 取水口選址

取水口附近海域水質要求較高。一般來說，海水淡化要求取用的海水中夾帶的海洋生物盡可能少，以減少對取用海水的預處理。此外，海水淡化取水時會有卷載效應，會造成鄰近局部海域的魚卵、仔稚魚和浮游生物等數量減少，因此，取水口設置應避開生物敏感區(qū)和保護區(qū)等海域，盡量采用在深水區(qū)、遠離岸邊或灘井的取水方式，既能防止對浮游生物、卵和幼蟲的影響，所取的海水水質也往往比岸邊和表層水水質好，不需或僅需最小量的化學預處理。

3.2.2 排水口選址

海水淡化后的排放水會對海域產生多種不利影響，如溫排水、有害化學添加劑、高鹽度和高密度等物理化學特征會損害生態(tài)系統(tǒng)。為使排放水溫度、濃度、密度等盡快降低，排水口附近要有充足的混合速率和淡化體積來最小化不利沖擊，最好能避開潟湖、半封閉性海灣等水文條件不宜和生物敏感度較高的水域，選擇在開放性、水交換通暢的海域，以利于排放水濃度的快速降低。

4 海水淡化的海域管理政策建議

4.1 海水淡化的政策支持

多年來，我國對海水淡化的政策一直持支持和鼓勵態(tài)度。2000年，海水淡化被列入《當前國家重點鼓勵發(fā)展的產業(yè)、產品和技術目錄》；2001年，海水淡化作為先進環(huán)保和資源綜合利用領域的高技術，被列入國家計委、科技部聯(lián)合發(fā)布的《當前優(yōu)先發(fā)展的高技術產業(yè)化重點領域指南》；2003年，海水淡化被寫入《全國海洋經濟發(fā)展規(guī)劃綱要》中；2005年，國務院頒布了《國務院關于做好節(jié)約型社會近期重點工作的通知》，明確提出要推進沿海缺水城市海水淡化和海水直接利用。2005年8月18日，國家發(fā)展改革委、國家海洋局和財政部聯(lián)合發(fā)布了《海水淡化專項規(guī)劃》；2006年1月，國家標準化管理委員會、國家發(fā)展和改革委員會、科技部、國家海洋局聯(lián)合發(fā)布《海水淡化標準發(fā)展計劃》；2006年，科技部發(fā)布《國家中長期科學技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020）》，將海水淡化列入重點領域及其優(yōu)先主題；2008年2月，國家海洋局發(fā)布《國家海洋事業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》，提出海水淡化對沿海缺水地區(qū)的貢獻率要達到16%～24%；2008年10月，國家海洋局和科技部聯(lián)合發(fā)布《全國科技興海規(guī)劃綱要》，提出要推進海水農業(yè)技術集成與產業(yè)化和海水綜合利用產業(yè)技術集成與產業(yè)化，發(fā)展海水綜合利用產業(yè)鏈開發(fā)示范工程。此外，沿海多個省市如遼寧、大連、天津、舟山等還出臺了適合本地特點的海水淡化政策。

4.2 海水淡化的海域管理建議

各級政府和社會各界高度重視海水淡化，國家出臺了大量支持政策，經過多年發(fā)展，海水淡化的技術不斷成熟，成本不斷降低，海水淡化已具備了產業(yè)化發(fā)展的條件。作為海洋管理部門，在支持其發(fā)展的同時應當嚴格管理其用海行為。

（1）我們對于海水淡化事業(yè)的發(fā)展在海域使用上應予以鼓勵和支持，保證其用海需求，具體可以結合海洋功能區(qū)劃編制，對于海水淡化廠的取水口和排水口用海給予保證。

（2）對于海水淡化用海的海域使用金予以適當減免。目前淡化海水在沿海地區(qū)代替普通陸地淡水的障礙之一是成本較高，我國已有減免海水淡化廠稅金的政策。海洋管理部門在支持海水淡化發(fā)展方面，除用海保障外，還可以對其海域使用金予以減免。

（3）嚴格管理海水淡化取水口與排水口的選址。取水口與排水口要避開生物敏感區(qū)、潟湖、半封閉性海灣等條件不適宜的海域，盡量選擇水文動力條件較好的開放性海域，以減輕取水時卷載效應對海洋環(huán)境的影響，便于排水時濃海水的擴散和稀釋。

（4）加強海水淡化項目用海的論證管理工作。目前海水淡化的海域使用論證管理工作薄弱，許多規(guī)模較小的海水淡化項目因其海域使用面積較小，甚至都沒有進行專門的海域使用論證。實際上，雖然海水淡化的海域使用面積小，但其對于海洋的影響卻比較大。有研究指出，按照我國2010年規(guī)劃的海水淡化規(guī)劃量計算，所產生的排海濃鹽水會導致我國膠州灣地區(qū)局部海域鹽度和高鹽度水域面積明顯增加［5］。因此，今后應加強海水淡化用海的海域使用論證工作，以減少對海洋環(huán)境的損害。

（5）鑒于濃海水對海洋環(huán)境的不利影響，應嚴格管理濃海水排放，加強對排水口附近水質的監(jiān)測，并針對濃海水的特點進行有針對性的監(jiān)測，同時監(jiān)控排水區(qū)域相鄰功能區(qū)的水質。

（6）采取多種措施鼓勵濃海水的綜合利用，盡量減少濃海水的直接排放。

［1］國家海洋局.海水利用專項規(guī)劃.2005.

［2］沈明球，周玲，郝玉.我國海水綜合利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究［J］.海洋開發(fā)與管理，2009，26（7）：23－27.

［3］Lattemann S，H?pner T.Environmental impact and impact assessment of seawater desalination［J］.Desalination，2008，220：1－15.

［4］馬學虎，蘭忠，王四芳，等.海水淡化濃鹽水排放對環(huán)境的影響與零排放技術研究進展［J］.化工進展，2011（1）：237－238.

［5］王曉萌，梁生康，石曉勇，等.膠州灣海水淡化排海濃鹽水對浮游植物生長的影響［J］.中國海洋大學學報，2009（5）：227－233.