海水脫硫工程用海評價指標淺析*

張召才，呂經(jīng)烈，郭春剛，關毅鵬，陳 穎

（國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所 天津 300192）

海水脫硫工程用海評價指標淺析*

張召才，呂經(jīng)烈，郭春剛，關毅鵬，陳 穎

（國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所 天津 300192）

結合海水脫硫工藝特點及脫硫工程用海對近海海域生態(tài)環(huán)境的影響分析，確定了海水脫硫工程用海的評價指標，提出海水脫硫工程用海的評價指標體系；采用相關的國家標準對環(huán)境質量要求作為各承載力評價指標的分級標準，確定了海水脫硫工程用海海域的海水水質、表層沉積物、底棲生物污染物、海洋生物等質量指標的評價等級；為定量分析海水脫硫工程用海狀況奠定基礎。

海水脫硫；評價；指標體系；海域生態(tài)環(huán)境

21世紀以來，全球海洋環(huán)境，特別是近海海域環(huán)境持續(xù)惡化，漁業(yè)資源衰退，赤潮災害頻發(fā)等諸多環(huán)境問題。如何有效地保護近海海域生態(tài)環(huán)境已成為當前世界各沿海國家共同面臨的問題。海水脫硫技術作為一種減少大氣污染物的方法，是否會給海洋環(huán)境帶來二次污染，是目前許多專家學者所關心的問題之一。已有研究機構調(diào)查海水脫硫工程用海的海域環(huán)境資源質量狀況，分析脫硫工程排放污染物對海域生態(tài)環(huán)境的影響，目前的研究結果表明［1－4］海水脫硫工程排水對海洋環(huán)境的短期影響不明顯，而長期累積效應還有待于進一步觀察，特別是海水的重金屬污染，其潛在的危害較大。主要是進入海洋的重金屬經(jīng)海洋生物富集作用，通過食物鏈進入人體產(chǎn)生危害。過量的重金屬往往會對生物造成嚴重的危害，且隨著食物鏈傳遞，特別是有些金屬通過生物作用使形態(tài)發(fā)生變化，例如無機汞在微生物作用下轉化為有機汞 （甲基汞），使金屬毒性效應大大提高，孕婦體內(nèi)的甲基汞可侵入胎兒腦組織，引起胎兒畸形，人體食用了鉛污染的水產(chǎn)品會出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)及消化系統(tǒng)障礙，鎘污染的水產(chǎn)品可使人體骨骼中鈣質被鎘取代，造成骨質疏松。銅和鋅的污染海水，可以使魚類的鰓和體表面腐蝕，出現(xiàn)呼吸障礙，甚至死亡［5］。盡管重金屬入海后會有存在形態(tài)的變化或因物理、化學和生物作用而發(fā)生遷移和轉化，以至于改變污染物固有的化學性質和毒性。但現(xiàn)實環(huán)境中，大多數(shù)污染物會在生物體內(nèi)蓄積而長時間難以排除體外。因此開展海水脫硫工程用海對海域環(huán)境的影響與評價的研究意義重大。

本文針對海水脫硫技術帶來的海洋環(huán)境問題，結合我國沿海各電廠海水脫硫工程用海實際狀況，給出評價指標，通過綜合分析脫硫海水水質、煙氣污染物含量、海底沉積物質量、海洋生物資源等方面的因素，構建適合我國海水脫硫工程用海評價指標體系，為定量分析沿海各電廠海水脫硫工程對海洋環(huán)境的影響奠定基礎，為海洋資源的可持續(xù)利用與管理提供技術支撐，以實現(xiàn)海洋生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，促進沿海地區(qū)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

1 評價指標選取原則

基于海水脫硫工程用海評價的內(nèi)涵，借鑒國內(nèi)外相關研究的最新理論與方法，海水脫硫工程用海評價指標的選取應遵循以下原則。

（1）全面且具有代表性。海水脫硫工程對海域環(huán)境影響復雜，海水脫硫工程用海評價的因素很多，且影響程度的差異性較大。通過多因素綜合評定法，既要對近海海域的海水質量、生態(tài)環(huán)境資源及電廠實際工況等因素進行全面、綜合的分析；同時還應突出重點，避繁就簡，著重分析影響較大，并具典型代表性的主導因素。

（2）科學、客觀。選取的評價指標應能客觀反映海水脫硫工程對海洋生態(tài)環(huán)境影響狀況，既要科學、規(guī)范，內(nèi)涵明確，又要考慮在實際操作中數(shù)據(jù)的可獲性和指標量化的難易程度，應力求使所選因素數(shù)據(jù)來源準確且便于統(tǒng)計與測算。

（3）常規(guī)、定量、易獲取。所選指標應盡量是反映海水脫硫工程對海洋生態(tài)環(huán)境影響的定量性評價指標，以減少主觀任意性，且應是最常用、同時也是易獲取的、綜合性強、信息量大的規(guī)范性評價指標。

此外各評價指標應相互獨立，盡量避免重復計算；同時所選指標內(nèi)容要簡單明了，容易理解，并具有較強的可比性。

2 評價指標體系的構建

目前，海水脫硫工程用海的評價指標體系尚未建立，也無統(tǒng)一的評價標準可循。如何構建海水脫硫工程用海的評價指標體系，筆者在此略作嘗試。遵循上述原則，結合我國各沿海電廠海水脫硫工程對海洋生態(tài)環(huán)境的影響分析［1－4，6－8］，采用理論分析、經(jīng)驗選擇和專家咨詢相結合的方法，著重考慮對海洋生態(tài)環(huán)境的污染和承載力有重大影響的指標，經(jīng)過篩選集聚構建一套相應的內(nèi)容豐富、層次清晰、針對性強的評價指標體系 （圖1）。

圖1 海水脫硫工程用海評價指標體系

海水脫硫工程用海的評價指標是由海水脫硫工程的排污狀況和海洋生態(tài)環(huán)境的承載力兩方面因素決定的，既受海域自然資源、環(huán)境因素的制約，又受到海水脫硫系統(tǒng)運行工況、排水水質、煙氣污染物含量等諸多因素的影響。其評價指標可分為兩類：一類是壓力指標，主要反映海水脫硫工程用海對附近海域生態(tài)環(huán)境的壓力，包括海水脫硫工程排放的海水水質、煙氣、煤粉和煤灰中污染物含量等因素；另一類是承載力指標，主要反映海洋生態(tài)環(huán)境對海水脫硫工程運行中排放污染物的承載能力，包括脫硫工程附近海域的海水水質、表層沉積物和底棲生物中污染物含量等海洋生態(tài)環(huán)境質量方面的指標。

3 承載力評價指標及其分級標準

為了分析海水脫硫工程對近海海域生態(tài)環(huán)境的影響程度，建立既能反映海水脫硫工程用海實際情況，又簡便易行的評價方法。針對不同的承載力評價指標，采用定量化計算并充分考慮相關的國家標準質量要求來確定各指標的評價等級，各項評價指標的檢測參照 《海洋調(diào)查規(guī)范》《海洋監(jiān)測規(guī)范》《海濱觀測規(guī)范》等相關國家標準實施。

3.1 海水水質評價指標及分級標準

根據(jù)海水脫硫工藝排水特點，基于保護海域生態(tài)環(huán)境的目標，選擇溫升、pH、化學需氧量、懸浮固體物、溶解氧、無機氮、活性磷酸鹽、汞、銅、鉻、鉛、鋅、鎘、砷等14項水質指標用于評價近海海域的水質環(huán)境狀況。首先溶解氧是所有水生生物的基本需求，但在海水脫硫中的亞硫酸根向硫酸根氧化過程中被消耗掉大部分，低氧或缺氧狀況下常會伴隨著大量的生物降解，有時會產(chǎn)生藻類殘渣并釋放腐臭氣味；其次伴隨煙氣中的飛灰進入海水的汞、銅、鋅、鎘、鉻等重金屬元素會在生物體內(nèi)富集，造成海洋生物的污染；最后pH、水溫等條件會嚴重危害養(yǎng)殖業(yè)類生物的繁殖與生長。

采用海水水質指標的目的是為了表征急劇惡化的水質狀況。水質的惡化不包括在相應站位偶爾出現(xiàn)的缺氧、營養(yǎng)物質富集等情況。當水質指標等級被定為較差時，表明在監(jiān)測期間，這一站位的水質狀況一直較差。如果此站位被定為良好或者一般，則表明在采樣期間，這一站位不會出現(xiàn)較差的水質狀況，在其他時段有可能會出現(xiàn)短暫的水質較差的狀況。為了在具體站位評估這種不確定性，應適當提高采樣率。14項水質指標的檢測參照《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB17378—2007）和《海水水質標準》（GB3097—1997）實施。

首先依據(jù)與本海域海洋功能區(qū)劃水質標準要求的符合程度，對單個站位水體中的pH、懸浮物、溶解氧，以及汞、銅、鋅、鎘、鉻等指標進行評價，評價等級如表1所示。然后根據(jù)這14項指標確定單個站位的水質指標等級，如表2分為良好、一般和較差3個等級。然后參考美國2005年 《全國近岸狀況報告Ⅱ》的判斷標準計算各區(qū)域的水質指標等級 （表3）。

表1 各項水質指標分級標準

表2 單個站位的水質指標分級標準

表3 區(qū)域水質指標分級標準［9］

3.2 表層沉積物質量評價指標及分級標準

對于海水脫硫工藝排水的受納海域水體來說，另一個主要的環(huán)境問題就是沉積物中有毒化學品等污染物的富集。來自燃煤煙氣中的多種金屬和有機物 （硫化物、芳烴、二惡英等）被脫硫海水帶入大海，并最終在沉積物中被累積。這些污染物可以破壞無脊椎動物、貝類和甲殼類動物等底棲生物群落穩(wěn)定性，并且可在生物體內(nèi)富集，通過食物鏈進一步危害人類的健康。

結合海水脫硫工藝排水水質特征和我國沉積物質量標準GB18668—2002共確定石油類、汞、銅、鋅、鎘、鉛、砷、鉻、總有機碳、硫化物等10項沉積物質量指標，由于我國海洋功能區(qū)劃中并未對海洋沉積物質量進行要求，因此就依照沉積物質量標準中一、二、三類沉積物質量標準要求來評價10項沉積物質量指標的良好、一般、較差 （表4）。

表4 10項沉積物質量指標分級標準

完成單個站位沉積物中的總有機碳、硫化物、油類以及汞、銅、鋅、鎘、鉻等指標的評價，然后根據(jù)這10項指標確定單個站位的沉積物質量指標等級，也分為良好、一般和較差3個等級 （表5）。同理依據(jù)表6列出的標準判斷各區(qū)域的沉積物質量指標等級。

表5 單個站位的沉積物質量指標分級標準

表6 區(qū)域沉積物質量指標分級標準［9］

3.3 底棲生物污染物評價指標及分級標準

底棲生物在海水生態(tài)系統(tǒng)中具有重要的作用，但由于底棲生物的遷徙能力差，無法規(guī)避環(huán)境的污染問題，因此經(jīng)常被作為環(huán)境受干擾程度的指示生物。底棲生物體 （魚類、貝類和軟體類等）內(nèi)污染物是反映污染物富集狀況和環(huán)境受干擾程度的敏感指標，也是評價近海域環(huán)境質量的可靠指標。采集電廠附近海域捕撈或海水養(yǎng)殖的貝類的底棲生物進行重金屬殘毒量分析，對評價海域生態(tài)環(huán)境質量狀況具有重要意義，因此選擇6項重金屬指標作為底棲生物污染物指標。

首先，依據(jù)我國海洋生物質量標準GB 18421－2001中一、二、三類底棲生物質量標準要求，評價汞、銅、鉻、鉛、鋅、鎘、砷等6項底棲生物污染物指標狀況。

其次，根據(jù)這6項指標判斷單個站位底棲生物污染物指標等級。

最后，計算該區(qū)域底棲生物污染物指標的評價等級，其分級標準見表7。

表7 底棲生物污染物指標分級標準

3.4 海洋生物質量評價指標與分級標準

浮游生物的物種組成、優(yōu)勢種群及群落結構特征指數(shù) （如多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、優(yōu)勢度）可在一定程度上反映出環(huán)境的變化，其中多樣性指數(shù)在國內(nèi)外普遍被用來描述生物群落的生態(tài)學特征，也常用來監(jiān)測海水底棲生物群落結構的變化，被認為是個較好的評價污染程度的工具。均勻度是衡量種群中各種類的數(shù)量分布是否均衡的指標，其最大值為1，最小值為0。一般來說，在水質狀況較好的海域，浮游植物的種類數(shù)較多且種間比例較均勻，因而多樣性指數(shù)較大、均勻度指數(shù)較高。反之，在重污染的海域，種類數(shù)少且種間比例不均勻，多樣性指數(shù)小、均勻度指數(shù)低。因此選定浮游植物種類多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)兩項指標作為評價海洋生物質量的指標。同理依據(jù)表8和表9列出的標準判斷評價指標等級。

表8 浮游生物種類多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)與污染程度的關系［10－11］

表9 海洋生物質量指標分級標準

3.5 承載力評價指標綜合分析

海水脫硫工程用海對近海域生態(tài)環(huán)境承載力的評價選擇海水水質、表層沉積物、底棲生物污染物與海洋生物質量等四類指標，盡管這些指標不能反映海水脫硫工程用海附近海域的所有特征，但卻能夠提供有關附近海域的生態(tài)環(huán)境質量狀況及其是否可以滿足海洋生物和海域正常使用功能方面的信息。例如在某一站位，如果四類指標中任何一項的等級被定為較差，那么這個站位被確定為海域正常使用功能受到損害；如果四類指標中兩項或多項的等級被定為一般，并且沒有1項被評為較差，那么這個站位被列為海域正常使用功能受到威脅；如果四類指標全部被評為良好，或者只有1項指標被評為一般，沒有指標被評為較差，那么這個站位被確定為海域正常使用功能未受到損害。因此，海水脫硫工程用海評價結果可用于評估近海域生態(tài)環(huán)境質量是否能滿足海域正常使用功能的要求。

4 結 論

目前，關于海水脫硫對海域生態(tài)環(huán)境影響的研究較多，而海水脫硫工程用海的評價指標體系方面研究很少，本文就這方面進行了初步探討，由于不同海域的擴散交換條件差別較大，應根據(jù)各沿海當?shù)睾Ｑ笊鷳B(tài)環(huán)境的實際狀況，對評價指標體系及其分級標準進行適當調(diào)整，或選擇試點海域，建立一個更合理、科學、完善的評價指標體系，為海洋資源的可持續(xù)利用與管理提供技術支撐。

［1］ 宋曉東.淺談煙氣海水脫硫工藝排水對海洋環(huán)境的影響［J］.山東電力高等?？茖W校校報，2000，3（3）：44－48.

［2］ 吳來貴.深圳西部電廠4號機組海水脫硫系統(tǒng)監(jiān)測分析［J］.熱能動力工程，2003，18（2）：200－202.

［3］ 白鳳春，孫志寬.渤海灣燃煤電廠脫硫工藝選擇［J］.電力環(huán)境保護，2007，23（5）：24－26.

［4］ 郭娟，袁東星，陳進生，等.燃煤電廠海水脫硫工藝的排水對海域環(huán)境的影響［J］.環(huán)境工程學報，2008，2（5）：707－711.

［5］ 丁德文，石洪華，張學雷.近岸海域水質變化機理及生態(tài)環(huán)境效應研究［M］. 北京：海洋出版社，2009：98－115.

［6］ 司靖宇，楊華.煙氣海水脫硫溫排水對海域環(huán)境的影響［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2007（2）：12－14.

［7］ 陳進生.煙氣海水脫硫工藝排水對海域水質的影響預測［J］.海洋技術，2006，25（2）：112－116.

［8］ 耿曉波.華能大連電廠海水脫硫系統(tǒng)優(yōu)化運行研究［J］.東北電力技術，2011（1）：28－33.

［9］ EPA.NationalcoastalconditionreportII（2005）［EB／OL］.（2004－11）［2012－03－01］.http：／／water.epa.govtypeoceb／2005＿downloads.cfm.

［10］ 蔡立哲，馬麗，高陽，等.海洋底棲動物多樣性指數(shù)污染程度評價標準的分析［J］.廈門大學學報：自然科學版，2002，41（5）：641－646.

［11］ 蔡清海，杜琦，錢小明，等.福建省三沙灣海洋生態(tài)環(huán)境質量綜合評價［J］，海洋學報，2007，29（2）：156－160.

2011年國家海洋局業(yè)務化項目資助.