環(huán)渤海地區(qū)海水淡化對(duì)海洋環(huán)境的影響分析

陳航，王躍偉

（1.沈陽理工大學(xué) 沈陽 110159；2.遼寧大學(xué) 沈陽 110136）

環(huán)渤海地區(qū)海水淡化對(duì)海洋環(huán)境的影響分析

陳航1，王躍偉2

（1.沈陽理工大學(xué) 沈陽 110159；2.遼寧大學(xué) 沈陽 110136）

環(huán)渤海地區(qū)海水淡化發(fā)展呈現(xiàn)出規(guī)模大、發(fā)展速度快的趨勢。基于環(huán)渤海地區(qū)海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了海水淡化的濃鹽水排放、固廢物、溫排水和化學(xué)污染物等問題對(duì)半封閉的渤海灣海洋環(huán)境的影響，并提出了環(huán)渤海地區(qū)海水淡化產(chǎn)業(yè)合理發(fā)展和布局的幾點(diǎn)建議。

環(huán)渤海；海水淡化；海洋環(huán)境

環(huán)渤海地區(qū)是中國最缺水的地區(qū)，人均水資源量低于1 000 m3，地下水超采、海水入侵等問題嚴(yán)重，海水淡化是解決環(huán)渤海地區(qū)淡水資源短缺的最有效途徑。渤海是中國最大的半封閉內(nèi)海，從遼東半島沿海岸到膠東半島，三面大陸環(huán)繞的格局狀如英文字母C，其水體交換能力很差，整個(gè)水體循環(huán)周期約為30年或更長的時(shí)間。海水淡化過程中固廢物、濃鹽水的排放和溫排水的排放問題，如得不到妥善解決，勢必對(duì)環(huán)渤海海洋環(huán)境造成巨大的負(fù)面影響。環(huán)渤海地區(qū)海水淡化發(fā)展規(guī)模大，發(fā)展速度快，對(duì)于處于半封閉式海域的渤海來說，應(yīng)特別注意海水淡化工程對(duì)海洋環(huán)境的影響。從合理利用海域資源和保護(hù)海洋環(huán)境，長遠(yuǎn)解決環(huán)渤海地區(qū)水資源短缺問題等角度出發(fā)，提出海水淡化產(chǎn)業(yè)和海水淡化企業(yè)合理規(guī)劃布局的調(diào)整建議。

1 環(huán)渤海地區(qū)海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 環(huán)渤海地區(qū)水資源供需矛盾比較突出

環(huán)渤海地區(qū)地處海河流域、遼河流域、黃河流域下游和山東半島、遼東半島，是中國水資源最緊張的地區(qū)。北京市、天津市水資源量為300 m3/年·人以下，山東省為320 m3/年·人，河北省為380 m3/年·人，均在500 m3/年·人的國際極度缺水指標(biāo)以下，僅遼寧省稍高，為860 m3/年·人，也在1 000 m3/年·人的嚴(yán)重缺水指標(biāo)以下。黃河斷流、海河斷流、遼河斷流等河流斷流現(xiàn)象比比皆是；地下水超采，地面沉降，海水入侵，地下水有遭受破壞不可恢復(fù)的危險(xiǎn)；水量不足，水質(zhì)更加堪憂，該地區(qū)平原水體幾乎全部被污染，找不到一條純凈的河流，河湖濕地生態(tài)普遍遭受破壞。雖然即將建成的南水北調(diào)工程對(duì)于緩解山東、河北、北京、天津的水資源緊張狀況會(huì)有所改善，但環(huán)渤海地區(qū)水資源緊張的狀況仍將長期存在。

1.2 環(huán)渤海地區(qū)海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況

環(huán)渤海地區(qū)雖然是淡水資源最緊張的地區(qū)，但也是利用海水條件很好的地區(qū)，該地區(qū)利用海水替代常規(guī)淡水的潛力巨大。渤海沿岸城市建設(shè)海水淡化工程的熱情不斷高漲，唐山曹妃甸工業(yè)區(qū)阿科凌、大連紅沿河電站等多個(gè)萬噸級(jí)及以上海水淡化項(xiàng)目已完成前期工作，紛紛投入使用。表1是涉及環(huán)渤海地區(qū)的主要海水淡化項(xiàng)目，到2010年，環(huán)渤海地區(qū)目前已經(jīng)形成了日產(chǎn)36萬t以上的海水處理能力，其中天津大港新泉、曹妃甸阿科凌、曹妃甸首鋼京唐、河北國華滄電遠(yuǎn)期規(guī)劃分別要達(dá)到15萬t、10萬t、15萬t、20萬t的日處理能力，因此，環(huán)渤海地區(qū)2020年的海水淡化的日處理能力至少在75萬t以上?？梢钥闯?，環(huán)渤海地區(qū)海水淡化發(fā)展呈現(xiàn)出規(guī)模大、發(fā)展速度快的趨勢。

表1 環(huán)渤海地區(qū)主要海水淡化項(xiàng)目

2 環(huán)渤海地區(qū)海水淡化產(chǎn)業(yè)的海洋環(huán)境影響分析

大力發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)，既是貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的需要，又是實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用，長遠(yuǎn)解決環(huán)渤海地區(qū)水資源短缺問題的重要戰(zhàn)略舉措。但是，目前通過蒸餾和反滲透方式淡化海水，將無可避免地排放大量濃縮海水，因?yàn)闈饪s海水鹽度較高，對(duì)環(huán)境有較大影響。同時(shí)，渤海海水淡化過程中排放的固廢物、高鹽水和熱污染等問題，如得不到妥善解決，勢必對(duì)渤海海洋環(huán)境造成巨大的負(fù)面影響。

2.1 對(duì)渤海整個(gè)海區(qū)平均鹽度的影響

根據(jù)海水淡化工程的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)報(bào)告可知，一般來說淡化率為40%左右（1 t海水可制得到0.4 t淡水），則到2020年取海水量可達(dá)187.5萬m3/s（6.84億m3/a），海水淡化可達(dá)75萬m3/s，排放高鹽度尾水量可達(dá)112.5萬m3/s（4.22億m3/a）。結(jié)合規(guī)劃目標(biāo)和表2可以看出，到2020年相當(dāng)于減少了6.84×108m3的入海徑流量。

表2 2020年環(huán)渤海地區(qū)海水淡化水平衡分析（108m3/a）

從表3可以看到，海水淡化對(duì)渤海平均鹽度的影響相對(duì)較小。按30年的交換時(shí)間（或滯留時(shí)間）估計(jì)，到2020平均鹽度最大增加0.222度，約為背景鹽度的0.625%。如果可以綜合利用50%的高鹽尾水，平均鹽度的增幅可降為0.111度，約為背景鹽度的0.34%。但前面分析入海徑流的減少已經(jīng)導(dǎo)致渤海灣鹽度升高了11%～15%，再加上大規(guī)模實(shí)施海水淡化導(dǎo)致高鹽尾水的大量排放，兩方面的影響相互疊加，必然會(huì)對(duì)渤海及渤海灣的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生更大的危害。

2.2 排放口附近海域影響分析

2.2.1 固廢物的排放問題

據(jù)《中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)》顯示，渤海水體為重度污染，尤其是鉛、汞、砷等重金屬嚴(yán)重超標(biāo)。海水淡化、制鹽和鹽化工產(chǎn)品提取生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢棄物含有大量重金屬，目前固廢物主要用做圍海造陸的吹填土。這將對(duì)近海海域造成很大的污染。同時(shí)，海水中過量重金屬除直接對(duì)海洋生物造成毒害外，還由生物體富集和食物鏈傳遞，通過海產(chǎn)品進(jìn)入人體并造成危害。

表3 環(huán)渤海海水淡化鹽平衡分析

2.2.2 海水淡化后濃鹽水的排放問題

圖1 環(huán)渤海地區(qū)主要海水淡化工廠分布

海水淡化排出大量的濃鹽水，其含鹽量高于海水一倍左右。由于排放的不均勻性，排放口附近的局部水體鹽度增量將比較大。國外海水淡化廠排放濃鹽水時(shí)，通常是把濃鹽水引入大海深處，讓濃鹽水與天然海水自然混合，以解決濃鹽水區(qū)域性污染問題。渤海近海海灘地勢平緩，且水深較淺，海水交換能力較差，不具備向深海排放條件。渤海主要生物適宜生存的鹽度上限是33‰～36‰，當(dāng)鹽度超過40‰時(shí)，一些生物將會(huì)死亡。因此，如果把高鹽水直接排入渤海灣，必將影響渤海海域的生態(tài)環(huán)境。例如，一個(gè)日產(chǎn)10 t的海水淡化廠，如果連續(xù)3日直接把高鹽水排入海區(qū)，8 km2的海域鹽度將升高20%，如連續(xù)排放30日，則鹽度升高20%的海域面積將達(dá)到23 km2。如果天津達(dá)到每年3×108t和唐山的曹妃甸地區(qū)達(dá)到每年5×108t～6×108t生產(chǎn)能力的規(guī)劃目標(biāo)，則受到危害的海域面積可能達(dá)到上百平方公里，將導(dǎo)致一些物種的消亡。

2.2.3 溫排水問題

利用電廠余熱進(jìn)行淡化、制鹽及鹽化工產(chǎn)品的提取，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但廢海水中的熱能會(huì)使局部海域水溫升高，導(dǎo)致某些浮游生物急劇繁殖和高度密集，從而產(chǎn)生“赤潮”，造成海洋生物大量死亡。海水水溫的升高還會(huì)使海水中溶解氧的含量降低，影響生物的新陳代謝，甚至使生物群落發(fā)生改變，破壞海洋生物的棲息環(huán)境。例如，自1980年以來，渤海赤潮頻繁發(fā)生，周期越來越短，面積越來越大。迄今為止，赤潮總數(shù)超過300次以上，其中最長的一次持續(xù)了72天。對(duì)于渤海海域，赤潮一般發(fā)生在炎熱的夏季，但2006年10月22日至11月5日，河北省黃驊附近海域發(fā)生了近1 600 km2的球形棕囊藻赤潮。赤潮發(fā)生在10月末，且生物種類為棕囊藻，這種現(xiàn)象為近年來首次出現(xiàn)，可見排放廢水的溫度問題不容忽視。

2.2.4 海水淡化廠排放的化學(xué)污染物

海水淡化廠排放的化學(xué)污染物是污染損害的主要來源，包括含氯生物殺滅劑、含磷抑垢劑、防沫劑、防蝕劑、酸洗劑和重金屬Cu、 Ni、Mn、Cr、Zn等。由于這部分污染源主要來自管道腐蝕，應(yīng)該屬于低、微量排放，一般滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。但從技術(shù)角度來看，滿足排放標(biāo)準(zhǔn)是基本要求，如果存在排放總量限制（如排水量過大導(dǎo)致混合區(qū)面積較大，或影響到附近其他功能區(qū)達(dá)標(biāo)），則還要滿足總量分配排放量的限制。

綜上所述，海水淡化過程中固廢物、濃鹽水的排放、溫排水和化學(xué)污染物等問題，如得不到妥善解決，勢必對(duì)渤海海洋環(huán)境造成巨大的負(fù)面影響。

3 建議

目前環(huán)渤海灣區(qū)域經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，海水淡化規(guī)模也不斷加大，導(dǎo)致海水鹽度升高速度加快，對(duì)海洋生物的產(chǎn)卵場、育幼場等造成威脅。盡管與人類活動(dòng)對(duì)渤海生境造成的影響相比，海水淡化產(chǎn)生的影響可能不占主導(dǎo)地位，但它與現(xiàn)有人類活動(dòng)影響的疊加，將加重渤海生境的整體惡化趨勢，并可對(duì)局部海區(qū)造成嚴(yán)重的環(huán)境損害。針對(duì)環(huán)渤海地區(qū)海水淡化對(duì)海洋環(huán)境帶來的問題提出如下建議：

（1）從整個(gè)渤海角度對(duì)海水淡化工程進(jìn)行合理規(guī)劃與布局。根據(jù)渤海地區(qū)的水資源需求量，結(jié)合陸域淡水資源分布，合理安排區(qū)域的海水淡化工程布局。積極開展對(duì)渤海的海水淡化總量研究，從整體和分區(qū)兩個(gè)層面研究渤海海水淡化可承受的總量，同時(shí)結(jié)合工業(yè)、生活、生態(tài)等功能的海岸線利用規(guī)劃，優(yōu)化布局。

（2）設(shè)立專項(xiàng)資金，進(jìn)一步加強(qiáng)消減海水淡化環(huán)境影響技術(shù)的科研支持力度。建議結(jié)合國家“863”計(jì)劃，由國家有關(guān)部委及地方政府撥付專項(xiàng)資金，盡快組織有關(guān)專家開展針對(duì)海水淡化過程中三廢治理問題的技術(shù)研發(fā)工作，針對(duì)不同廢棄物采取科學(xué)、合理的治理措施。研究并推廣對(duì)生態(tài)環(huán)境影響最小的添加劑，采用循環(huán)經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行海水淡化中的濃鹽水綜合利用，開展海水利用規(guī)劃工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究。對(duì)于治理三廢過程中產(chǎn)生的費(fèi)用，可將環(huán)境污染治理費(fèi)用按比例分?jǐn)傊梁Ｋ昂ＫC合利用的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。

（3）盡快制定統(tǒng)一環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，使海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展有法可依。海水淡化是新興產(chǎn)業(yè)，相關(guān)法律法規(guī)尚未制定。國家有關(guān)部門應(yīng)盡快制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，特別是在海水淡化、制鹽和鹽化工產(chǎn)品提取生產(chǎn)過程中三廢的排放標(biāo)準(zhǔn)。建議對(duì)于排放的濃鹽水應(yīng)做到重金屬及有毒元素含量不超標(biāo)，最低達(dá)到國家二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；鹽含量不高于當(dāng)?shù)厮≡Ｋ笜?biāo)；排放水水溫不高于27℃。從源頭上控制大規(guī)模海水淡化對(duì)渤海灣生態(tài)環(huán)境的影響。

（4）推廣海水淡化的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式

海水淡化排放的高溫、高鹽海水對(duì)海水交換能力較差的渤海灣生態(tài)環(huán)境的影響比較大，這也制約著環(huán)渤海地區(qū)海水淡化產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步推廣，因此海水淡化產(chǎn)業(yè)必須考慮到生態(tài)平衡和整個(gè)循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。作為國家首批循環(huán)經(jīng)濟(jì)試點(diǎn)項(xiàng)目的天津北疆電廠是一個(gè)集發(fā)電、海水淡化、濃海水制鹽、土地節(jié)約整理、廢棄物資源化再利用“五位一體”的國內(nèi)最大循環(huán)經(jīng)濟(jì)試點(diǎn)項(xiàng)目。國投北疆電廠一期工程利用漢沽鹽場接受濃海水進(jìn)行攤曬制鹽，二期工程利用工業(yè)化真空制鹽，對(duì)濃海水進(jìn)行綜合利用，生產(chǎn)鹽及鹽化工產(chǎn)品，無廢液排向渤海，既可避免濃海水直接排海造成的生態(tài)破壞，還可產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。此外，由于海水淡化成本在很大程度上取決于消耗電力和蒸汽的成本，水電聯(lián)產(chǎn)可以利用電廠的蒸汽和電力為海水淡化裝置提供動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)能源高效利用和降低海水淡化成本。因此，北疆電廠的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式對(duì)于海水交換能力差又瀕海缺水的環(huán)渤海地區(qū)而言，具有推廣和示范意義。

2011-12-12

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（40871063）