海水淡化產業的用海管理研究

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展的戰略性海洋新興產業，國家和沿海各地區出臺了大量政策，海水淡化產業未來發展空間廣闊。文章介紹了海水淡化的國內外發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，是人類社會發展和經濟建設不可或缺的資源，隨著社會工業化和都市化發展，水體的污染不斷加劇，越來越多的國家和地區出現供水不足，淡水不足已經成為世界性的難題。聯合國水資源委員會早在1977年就向世界各國發出了警報：“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”。聯合國不止一次地向世界發出了警告：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，發展海水淡化事業，向海洋索取淡水已經成為世界沿海國家和地區的共識。

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發展的重大瓶頸。

沿海地區尤其是北方沿海地區，是我國最缺水地區之一。全國人均綜合用水量為412m3，而北方沿海地區（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的人口增長、產業結構變化、農業發展、生態環境用水需求和實現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。

解決我國沿海地區淡水資源短缺問題的基本途徑是開源節流，但蓄水、跨流域調水等傳統措施，只能實現水資源的時空位移，難以全面解決缺水的根本問題。因此，面對北方沿海地區資源性缺水和南部沿海部分地區水質性缺水，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展

2.1 國際海水淡化的發展情況

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。根據國際脫鹽協會的統計，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。

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

2.2 我國海水淡化事業的發展

我國從1958年開始進行海水淡化技術的研究與開發，經過數十年的發展，已具備了較大規模海水淡化的能力。國家環境膜分離工程技術中心發布的中國海水淡化發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《海水利用專項規劃》提到的2010年中國的海水淡化規模達到日產80萬～100萬m3的指標存在一定差距，但國際行業研究組織依然認為，中國是全球最具發展潛力的海水淡化業務市場（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，表現在溫度、鹽度、密度高于環境海水，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（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同效應。例如，氯殘留物和高溫的協同效應。

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境的影響

（1）排放水鹽度升高對海洋環境的影響。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系統產生危害。

表2 濃鹽水污染物特征及其對海洋環境的影響［4］

（3）排放水物理性質變化對海洋生態系統的影響。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在環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和保護區等海域，盡量采用在深水區、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系統。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度。2000年，海水淡化被列入《當前國家重點鼓勵發展的產業、產品和技術目錄》；2001年，海水淡化作為先進環保和資源綜合利用領域的高技術，被列入國家計委、科技部聯合發布的《當前優先發展的高技術產業化重點領域指南》；2003年，海水淡化被寫入《全國海洋經濟發展規劃綱要》中；2005年，國務院頒布了《國務院關于做好節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，國家發展改革委、國家海洋局和財政部聯合發布了《海水淡化專項規劃》；2006年1月，國家標準化管理委員會、國家發展和改革委員會、科技部、國家海洋局聯合發布《海水淡化標準發展計劃》；2006年，科技部發布《國家中長期科學技術發展規劃綱要（2006—2020）》，將海水淡化列入重點領域及其優先主題；2008年2月，國家海洋局發布《國家海洋事業發展規劃綱要》，提出海水淡化對沿海缺水地區的貢獻率要達到16%～24%；2008年10月，國家海洋局和科技部聯合發布《全國科技興海規劃綱要》，提出要推進海水農業技術集成與產業化和海水綜合利用產業技術集成與產業化，發展海水綜合利用產業鏈開發示范工程。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化發展的條件。作為海洋管理部門，在支持其發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的發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、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年規劃的海水淡化規劃量計算，所產生的排海濃鹽水會導致我國膠州灣地區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，以減少對海洋環境的損害。

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

（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.海水利用專項規劃.2005.

［2］沈明球，周玲，郝玉.我國海水綜合利用現狀及發展趨勢研究［J］.海洋開發與管理，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.