深圳低碳示范城及周邊區(qū)域海水利用分析

劉勇波，董紫君，吳路林，張 苗，陳海杰，謝賢盼

(1.深圳市西麗水庫管理處 廣東深圳518055；2.深圳職業(yè)技術(shù)學院 廣東深圳518055；3.深圳市東部水源管理中心 廣東深圳518036)

隨著深圳市經(jīng)濟的飛速發(fā)展，水資源供需矛盾不斷增大，海水利用是沿海地區(qū)解決水資源危機的重要戰(zhàn)略選擇之一。目前，全球已經(jīng)進入了海洋綜合開發(fā)利用的新時代，大力發(fā)展海水綜合利用技術(shù)，向海水要資源，是解決沿海地區(qū)淡水資源短缺的現(xiàn)實選擇，也是實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用，保障沿海地區(qū)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重大措施。發(fā)達國家的沿海城市以海水綜合開發(fā)為主要目標，已經(jīng)取得了明顯的經(jīng)濟社會效益。

海水資源是深圳市一個重要自然資源，特別是深圳國際低碳示范城所屬區(qū)域，地處深圳市東部沿海，擁有得天獨厚的海水利用優(yōu)勢。在該區(qū)域內(nèi)開發(fā)利用海水資源，并走向產(chǎn)業(yè)化，是今后區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要支撐點，具有重要的戰(zhàn)略意義。

1 國內(nèi)外海水利用現(xiàn)狀

一些淡水資源缺乏的沿海國家，為解決水源過分依賴境外引水、改變水資源利用的單一途徑，很早就開始了海水利用研究，目前已經(jīng)掌握了較為成熟的技術(shù)，并將海水利用廣泛用于核電、冶金、石化等工業(yè)以及建筑領(lǐng)域。

新加坡是較早開展海水利用研究的國家之一。2005年9月，新加坡第一座國家級的海水淡化廠——大士新泉海水淡化廠建成并開始啟用，該水廠日淡化水量13.6萬m3，是世界上最大的采用反滲透膜法工藝的海水淡化廠之一。新泉海水淡化廠每天的淡水產(chǎn)量能滿足新加坡國內(nèi)10%的淡水需求，在擴大新加坡可供使用的水資源方面做出了重要貢獻，被新加坡政府稱為“第四個水喉”。

以色列70%,的飲用水源來自于海水淡化水。以色列共在地中海沿岸建有3家大型海水淡化廠，阿詩克隆海水淡化廠位于以色列南部，2010年生產(chǎn)能力提高到1.2萬t，是全球運營成本最低的海水淡化廠；帕瑪契海水淡化廠位于北部，海水淡化能力為每年0.45億t；位于中部的海德拉海水淡化廠，年生產(chǎn)能力為1.27億t。此外，以色列國家水務(wù)公司還在南部嚴重缺水地區(qū)運營了30余家小規(guī)模的淡化廠，在供水的同時開展咸水的淡化研究。上述3家海水淡化廠和這些小規(guī)模的半咸水淡化廠共提供了3.2億m3的淡水，占以色列國內(nèi)全年生活用水需求的42%。

在中東其他地區(qū)和一些島嶼地區(qū)，淡化水在當?shù)亟?jīng)濟和社會發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。阿聯(lián)酋飲用水主要依賴海水淡化水，2003年日產(chǎn)海水淡化水量達546.6萬m3；意大利西西里島500萬居民，2005年日產(chǎn)海水淡化水量為13.5萬m3，約占全部可飲用水源的15%～20%。

我國的沿海發(fā)達城市，如青島、天津、廈門等，也在近年來積極發(fā)展海水利用，以滿足不斷增長的淡水需求。天津已在濱海新區(qū)發(fā)展了大型的海水養(yǎng)殖場20余家，年利用海水超100萬m3；同時南港工業(yè)區(qū)將建全國最大海水淡化工程。青島的海水利用量已達242.4萬m3/d，折合替代淡水12.12萬m3/d。

與深圳一水之隔的香港特別行政區(qū)，是我國大規(guī)模推行建筑海水利用的區(qū)域。據(jù)統(tǒng)計，香港每天需要240萬m3淡水的供應(yīng)量，但是香港的淡水資源非常匱乏，當?shù)氐牡踔敛荒軡M足香港現(xiàn)時1/3的用水需求。因此，超過2/3的淡水要經(jīng)深圳輸入。為了緩解淡水資源緊張的形勢，香港在20世紀50年代開始大規(guī)模開展海水沖廁。到目前為止，香港的海水利用已形成了完整的管理體系和處理工藝系統(tǒng)。目前香港有超過70%,的人口采用海水沖廁，用水量達35萬m3/d，占全港日均耗水量的18%,左右。

2 深圳國際低碳城海水利用的條件

深圳國際低碳示范城所屬的龍崗區(qū)，地處深圳市東部沿海，全區(qū)海域面積 440,km2，海岸線長達133,km，屬于典型的山地海濱型區(qū)域，擁有得天獨厚的海水利用地理優(yōu)勢。同時，根據(jù)《深圳市 2016年水資源公報》對近海海洋水質(zhì)污染監(jiān)測情況分析表明，東部近岸海域海水水質(zhì)良好，達到國家海水水質(zhì)第二類標準，只需簡單處理就可以使用。

國際低碳示范城及其周邊區(qū)域?qū)儆谏钲谠P(guān)外地區(qū)，供水廠和供水管網(wǎng)均不發(fā)達。區(qū)域內(nèi)的河流均為季節(jié)性河流，主要靠雨水補給，河水洪枯期流量相差較大，不宜直接從河流中取水作為長期的供水水源，主要依靠遠距離輸水；整個供水管網(wǎng)是呈枝狀分布，水量無法得到保障，偏遠地區(qū)甚至無水可供；區(qū)域內(nèi)的水廠均為小型常規(guī)工藝水廠，由于常規(guī)水處理工藝處理的局限性，水質(zhì)安全性較低。如果在海濱地區(qū)建設(shè)海水淡化廠，用于景觀、生態(tài)、沖廁等，將是緩解區(qū)域內(nèi)供水問題的途徑之一。同時，國際低碳城及其周邊地區(qū)，建設(shè)開發(fā)強度與地處市中心的羅湖、福田、南山相比，還有很大的余地，具備海水淡化廠的建設(shè)以及專用管線的鋪設(shè)條件。

龍崗區(qū)已經(jīng)優(yōu)先開展了海水利用的研究和示范，掌握了一批較為成熟的海水利用技術(shù)。目前轄區(qū)內(nèi)的大亞灣核電站等主要電廠均采用海水冷卻技術(shù)，僅大亞灣核電站每年海水直接用作冷卻水就達到30億t以上。但就其利用范圍而言，基本限于工業(yè)用水，生活用水很有限，因此，海水的利用還有很大的發(fā)展空間。

此外，深圳市海水利用量呈逐年上升趨勢，年平均增長率超過 8%。根據(jù)《深圳市海水利用工程規(guī)劃》，2015年海水可利用量為130億t，2020年海水利用量將超過150億t。

3 海水利用的原則

國際低碳城及其周邊區(qū)域發(fā)展海水利用具有諸多有利條件，但是在海水利用方面，應(yīng)遵循以下原則：

①積極開發(fā)海水利用范圍，充分挖掘海水利用潛力。目前海水利用僅限于電廠冷卻用水，在現(xiàn)有海水利用的基礎(chǔ)上，應(yīng)逐步把海水利用擴大至沿海工業(yè)、城市居民生活及市政雜用水等方面的補水和用水。

②堅持將海水利用作為淡水資源替代的有效途徑。在經(jīng)濟合理和技術(shù)完善的條件下，積極實現(xiàn)海水對淡水的有效代替，節(jié)約淡水資源。目前國內(nèi)外海水淡化受投資及運行成本等因素的限制，很難將海水納入全市主要的供水水源。但應(yīng)該積極展開前期探索性研究和可行性分析，為中長期節(jié)水戰(zhàn)略建立基礎(chǔ)。

③海水利用宜遵循先示范后推廣、分期實施的原則。積極展開海水利用于不同用途的探索性研究和小規(guī)模示范，逐步推進海水利用遠期規(guī)劃。

4 海水利用需要考慮的因素

①淡化成本。目前，海水淡化主要采用的方法是反滲透、多級閃蒸和低溫多效。其中反滲透法的成本最低，也會達到4.5元/t。而目前深圳市自來水生活用水價格僅2.3元/t(不含排污費)，為海水淡化成本的一半。過高的價格將會大大影響用戶的用水傾向，應(yīng)采取政府補貼的形式。

②對管道的腐蝕、堵塞。海水的鹽度及腐蝕性物質(zhì)，如氯化物和硫酸鹽含量較高，會腐蝕管道，嚴重降低管道的正常使用壽命；海水輸送管道較長，微生物、藻類等會發(fā)生厭氧反應(yīng)而產(chǎn)生異味；海水中的貝類、藻類及其幼體會隨著海水一起進入輸水管網(wǎng)，造成管道輸水能力降低甚至堵塞輸水管道。

③對城市污水廠的沖擊。海水如果用于城市建筑沖廁，進入城市污水系統(tǒng)后會對城市污水管道和水處理構(gòu)筑物產(chǎn)生腐蝕、甚至影響污水廠處理工藝正常運行。深圳近海海域含鹽量較高，根據(jù)有關(guān)資料，當污水含鹽量達到5,000～1,000,mg/L時，就會對生物處理系統(tǒng)產(chǎn)生明顯影響。一般來說，當污水中的海水比例超過48%,時，污水處理廠的運行將無法正常維持。

④建立專門的管道系統(tǒng)。大規(guī)模實施海水利用難度較大，不僅涉及到海水輸配水管網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，還涉及到居民供水管道系統(tǒng)的改造，工程投資較大，建設(shè)改造周期長。

⑤海水淡化產(chǎn)生的濃鹽水排放對周圍海域的海洋生態(tài)影響較大，而海水冷卻排放水會對排放海域造成熱污染；同時鹽度是影響海洋生物生存、生長的重要因素。所以應(yīng)慎重處理海水淡化后高濃度尾液的排放問題，避免因鹽度急升對海洋生態(tài)造成的危害。

5 海水利用的建議

雖然海水利用仍然存在著一些制約因素，但海水利用仍是水資源利用的重要組成部分，是改變單一水源的重要途徑之一。結(jié)合國際低碳城及其周邊的條件，對沿海區(qū)域的海水利用提出以下建議：

①將海水利用納入?yún)^(qū)域的整體規(guī)劃中。雖然在水資源節(jié)約和利用方面，國際低碳城一期建設(shè)中已經(jīng)考慮了非傳統(tǒng)水資源的利用，包括建設(shè)雨水花園，使用雨水口除污器、進行中水回用等，但海水的利用還是空白。希望在低碳城二期和三期建設(shè)中，能夠把海水綜合利用納入低碳城區(qū)域建設(shè)的整體規(guī)劃中，同時擴大海水利用的途徑。

②制定鼓勵政策并進行政府補貼。目前，海水淡化成本還比較高，用水單位在自主意愿上很難接受高價水源。對于具備海水利用的企業(yè)，應(yīng)進行政府補貼，可以采取政府投資建設(shè)或者單位水價補貼等方式，提高企業(yè)利用海水的積極性。

③加大科技投入，解決海水利用管道和設(shè)備腐蝕、管道生物附著等問題，為探索海水的規(guī)?；瘧?yīng)用提供技術(shù)支持和儲備，降低海水淡化成本。鼓勵開展海水利用技術(shù)攻關(guān)和項目示范。將海水淡化利用技術(shù)列入科技研發(fā)經(jīng)費支持項目，鼓勵企業(yè)和科研院所開展該項技術(shù)的研發(fā)。研究海水利用帶來的局部熱源對近海海水水質(zhì)的影響。

④建立示范區(qū)域。先示范后推廣，并逐步實施。目前海水淡化的成本較高，近期仍不適宜大規(guī)模利用海水。從中長期節(jié)水角度看，城市開發(fā)利用設(shè)計時應(yīng)以預(yù)留用地為主，為海水淡化的隨時啟動提供必要土地儲備。在節(jié)水規(guī)劃確定的范圍內(nèi)，新建工業(yè)區(qū)，海濱度假村、賓館和住宅小區(qū)，將海水作為工業(yè)冷卻水和沖廁用水，選取3～4家單位進行試點，條件成熟后逐步推廣。