環渤海地區海水淡化對海洋環境的影響分析

陳航，王躍偉

（1.沈陽理工大學 沈陽 110159；2.遼寧大學 沈陽 110136）

環渤海地區海水淡化對海洋環境的影響分析

陳航1，王躍偉2

（1.沈陽理工大學 沈陽 110159；2.遼寧大學 沈陽 110136）

環渤海地區海水淡化發展呈現出規模大、發展速度快的趨勢。基于環渤海地區海水淡化產業的發展現狀，分析了海水淡化的濃鹽水排放、固廢物、溫排水和化學污染物等問題對半封閉的渤海灣海洋環境的影響，并提出了環渤海地區海水淡化產業合理發展和布局的幾點建議。

環渤海；海水淡化；海洋環境

環渤海地區是中國最缺水的地區，人均水資源量低于1 000 m3，地下水超采、海水入侵等問題嚴重，海水淡化是解決環渤海地區淡水資源短缺的最有效途徑。渤海是中國最大的半封閉內海，從遼東半島沿海岸到膠東半島，三面大陸環繞的格局狀如英文字母C，其水體交換能力很差，整個水體循環周期約為30年或更長的時間。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，勢必對環渤海海洋環境造成巨大的負面影響。環渤海地區海水淡化發展規模大，發展速度快，對于處于半封閉式海域的渤海來說，應特別注意海水淡化工程對海洋環境的影響。從合理利用海域資源和保護海洋環境，長遠解決環渤海地區水資源短缺問題等角度出發，提出海水淡化產業和海水淡化企業合理規劃布局的調整建議。

1 環渤海地區海水淡化產業的發展現狀

1.1 環渤海地區水資源供需矛盾比較突出

環渤海地區地處海河流域、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。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以下，僅遼寧省稍高，為860 m3/年·人，也在1 000 m3/年·人的嚴重缺水指標以下。黃河斷流、海河斷流、遼河斷流等河流斷流現象比比皆是；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的危險；水量不足，水質更加堪憂，該地區平原水體幾乎全部被污染，找不到一條純凈的河流，河湖濕地生態普遍遭受破壞。雖然即將建成的南水北調工程對于緩解山東、河北、北京、天津的水資源緊張狀況會有所改善，但環渤海地區水資源緊張的狀況仍將長期存在。

1.2 環渤海地區海水淡化產業的發展情況

環渤海地區雖然是淡水資源最緊張的地區，但也是利用海水條件很好的地區，該地區利用海水替代常規淡水的潛力巨大。渤海沿岸城市建設海水淡化工程的熱情不斷高漲，唐山曹妃甸工業區阿科凌、大連紅沿河電站等多個萬噸級及以上海水淡化項目已完成前期工作，紛紛投入使用。表1是涉及環渤海地區的主要海水淡化項目，到2010年，環渤海地區目前已經形成了日產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、河北國華滄電遠期規劃分別要達到15萬t、10萬t、15萬t、20萬t的日處理能力，因此，環渤海地區2020年的海水淡化的日處理能力至少在75萬t以上。可以看出，環渤海地區海水淡化發展呈現出規模大、發展速度快的趨勢。

表1 環渤海地區主要海水淡化項目

2 環渤海地區海水淡化產業的海洋環境影響分析

大力發展海水淡化產業，既是貫徹落實科學發展觀、發展循環經濟的需要，又是實現水資源可持續利用，長遠解決環渤海地區水資源短缺問題的重要戰略舉措。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，因為濃縮海水鹽度較高，對環境有較大影響。同時，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，勢必對渤海海洋環境造成巨大的負面影響。

2.1 對渤海整個海區平均鹽度的影響

根據海水淡化工程的環境質量評價報告可知，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187.5萬m3/s（6.84億m3/a），海水淡化可達75萬m3/s，排放高鹽度尾水量可達112.5萬m3/s（4.22億m3/a）。結合規劃目標和表2可以看出，到2020年相當于減少了6.84×108m3的入海徑流量。

表2 2020年環渤海地區海水淡化水平衡分析（108m3/a）

從表3可以看到，海水淡化對渤海平均鹽度的影響相對較小。按30年的交換時間（或滯留時間）估計，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導致渤海灣鹽度升高了11%～15%，再加上大規模實施海水淡化導致高鹽尾水的大量排放，兩方面的影響相互疊加，必然會對渤海及渤海灣的生態系統產生更大的危害。

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《中國海洋環境質量公報》顯示，渤海水體為重度污染，尤其是鉛、汞、砷等重金屬嚴重超標。海水淡化、制鹽和鹽化工產品提取生產過程中產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。這將對近海海域造成很大的污染。同時，海水中過量重金屬除直接對海洋生物造成毒害外，還由生物體富集和食物鏈傳遞，通過海產品進入人體并造成危害。

表3 環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 環渤海地區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，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‰，當鹽度超過40‰時，一些生物將會死亡。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環境。例如，一個日產10 t的海水淡化廠，如果連續3日直接把高鹽水排入海區，8 km2的海域鹽度將升高20%，如連續排放30日，則鹽度升高20%的海域面積將達到23 km2。如果天津達到每年3×108t和唐山的曹妃甸地區達到每年5×108t～6×108t生產能力的規劃目標，則受到危害的海域面積可能達到上百平方公里，將導致一些物種的消亡。

2.2.3 溫排水問題

利用電廠余熱進行淡化、制鹽及鹽化工產品的提取，具有很高的經濟價值，但廢海水中的熱能會使局部海域水溫升高，導致某些浮游生物急劇繁殖和高度密集，從而產生“赤潮”，造成海洋生物大量死亡。海水水溫的升高還會使海水中溶解氧的含量降低，影響生物的新陳代謝，甚至使生物群落發生改變，破壞海洋生物的棲息環境。例如，自1980年以來，渤海赤潮頻繁發生，周期越來越短，面積越來越大。迄今為止，赤潮總數超過300次以上，其中最長的一次持續了72天。對于渤海海域，赤潮一般發生在炎熱的夏季，但2006年10月22日至11月5日，河北省黃驊附近海域發生了近1 600 km2的球形棕囊藻赤潮。赤潮發生在10月末，且生物種類為棕囊藻，這種現象為近年來首次出現，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污染物

海水淡化廠排放的化學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，應該屬于低、微量排放，一般滿足排放標準。但從技術角度來看，滿足排放標準是基本要求，如果存在排放總量限制（如排水量過大導致混合區面積較大，或影響到附近其他功能區達標），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、溫排水和化學污染物等問題，如得不到妥善解決，勢必對渤海海洋環境造成巨大的負面影響。

3 建議

目前環渤海灣區域經濟迅速發展，海水淡化規模也不斷加大，導致海水鹽度升高速度加快，對海洋生物的產卵場、育幼場等造成威脅。盡管與人類活動對渤海生境造成的影響相比，海水淡化產生的影響可能不占主導地位，但它與現有人類活動影響的疊加，將加重渤海生境的整體惡化趨勢，并可對局部海區造成嚴重的環境損害。針對環渤海地區海水淡化對海洋環境帶來的問題提出如下建議：

（1）從整個渤海角度對海水淡化工程進行合理規劃與布局。根據渤海地區的水資源需求量，結合陸域淡水資源分布，合理安排區域的海水淡化工程布局。積極開展對渤海的海水淡化總量研究，從整體和分區兩個層面研究渤海海水淡化可承受的總量，同時結合工業、生活、生態等功能的海岸線利用規劃，優化布局。

（2）設立專項資金，進一步加強消減海水淡化環境影響技術的科研支持力度。建議結合國家“863”計劃，由國家有關部委及地方政府撥付專項資金，盡快組織有關專家開展針對海水淡化過程中三廢治理問題的技術研發工作，針對不同廢棄物采取科學、合理的治理措施。研究并推廣對生態環境影響最小的添加劑，采用循環經濟的方式進行海水淡化中的濃鹽水綜合利用，開展海水利用規劃工程環境影響評價研究。對于治理三廢過程中產生的費用，可將環境污染治理費用按比例分攤至海水淡化及海水綜合利用的各生產環節中。

（3）盡快制定統一環境標準，使海水淡化產業發展有法可依。海水淡化是新興產業，相關法律法規尚未制定。國家有關部門應盡快制定相關標準，特別是在海水淡化、制鹽和鹽化工產品提取生產過程中三廢的排放標準。建議對于排放的濃鹽水應做到重金屬及有毒元素含量不超標，最低達到國家二類海水水質標準；鹽含量不高于當地所取原海水指標；排放水水溫不高于27℃。從源頭上控制大規模海水淡化對渤海灣生態環境的影響。

（4）推廣海水淡化的循環經濟模式

海水淡化排放的高溫、高鹽海水對海水交換能力較差的渤海灣生態環境的影響比較大，這也制約著環渤海地區海水淡化產業的進一步推廣，因此海水淡化產業必須考慮到生態平衡和整個循環產業鏈。作為國家首批循環經濟試點項目的天津北疆電廠是一個集發電、海水淡化、濃海水制鹽、土地節約整理、廢棄物資源化再利用“五位一體”的國內最大循環經濟試點項目。國投北疆電廠一期工程利用漢沽鹽場接受濃海水進行攤曬制鹽，二期工程利用工業化真空制鹽，對濃海水進行綜合利用，生產鹽及鹽化工產品，無廢液排向渤海，既可避免濃海水直接排海造成的生態破壞，還可產生較大的經濟效益。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，水電聯產可以利用電廠的蒸汽和電力為海水淡化裝置提供動力，從而實現能源高效利用和降低海水淡化成本。因此，北疆電廠的循環經濟模式對于海水交換能力差又瀕海缺水的環渤海地區而言，具有推廣和示范意義。

2011-12-12

國家自然科學基金項目（40871063）