海水淡化规模对海河流域水资源规划的约束及建议（于涛,富国,陶建华,聂洪涛,张晓岚）

时间：2022-02-24 15:14:12 浏览量：次

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摘要: 由于中国北方地区水资源匮乏，利用海水脱盐开发淡水资源成为解决北方沿海地区缺水的一项策略。然而对于渤海及渤海湾这样的封闭或半封闭水环境，从生态环境保护的角度考虑，海水淡化的规模应是有限制的。本文从非污染损害及污染损害两个方面讨论了海河流域水资源规划中海水脱盐取水的规模控制和要求，从技术进步的角度提出了改善海水淡化利用、减少海洋生态问题的建议。

关键词：海水淡化；非污染损害；污染损害；渤海

1引言

中国北方地区水资源缺乏，海河流域的人均水资源量更是低于全国和世界水平。因此，利用海水淡化开发淡水资源成为解决北方沿海地区缺水问题的一个策略（发改委等，2005）。然而对于渤海及渤海湾这样封闭或半封闭的海域，从环境及生态保护的角度考虑，海水淡化的规模必须有所限制。

海水淡化对渤海生态系统的主要影响包括污染损害及非污染损害两个方面。污染损害指排放高盐度（也含其他污染物）污水对排污口附近生物的直接危害，特别是由于污水密度高于海水，对排放口附近的底栖生物产生的影响更大。盐度升高的直接损害表现为改变海洋生物本身体液与其生活的海水环境中渗透压的平衡，从而降低海洋生物的繁殖力(主要是幼虫和幼仔)，甚至使其灭绝（王保栋，2007）。研究发现许多海洋生物的呼吸及排泄能力，都与其周围环境的盐度有密切关系。狭盐性的海洋生物仅能在一个窄幅的盐度变化范围内保持其体液与周围环境间渗透压的平衡；广盐性海洋生物虽然在盐度增高至某一程度时仍能生存，但其细胞的增殖能力却大为减低。由于底栖生物无足够的移动能力，因此高浓度盐水排放对排水口附近底栖生物的影响更为严重。此外，海水淡化厂的排放物也是热污染源，排放口附近水温的升高将直接影响海洋生物的生长和繁殖，及水体溶解氧含量的降低等水质问题。

非污染损害指长期排放高盐度尾水使海湾平均盐度提升（特别是与渤海入海径流急剧减少的共同作用下），导致生境改变、生态系统结构发生变化。从局部来看，单纯的非污染损害（流域减少入海淡水量＋海水淡化取水）可能不会导致海洋生物多样性指数降低（海洋生态系统一般较河口生态系统稳定），但从整体来看，河口生态系统的退化、河口土著生物的消失，将导致河口及海洋的整体生物多样性指数下降。由于海水淡化包括污染损害而并非单一的非污染损害，因此对于局部海域，生物多样性指数仍可能出现下降的情况。

由于海水淡化的环境及生态影响，在世界范围内，海水淡化工程并不总是成功的。例如在西班牙地中海沿岸，当地海水淡化装置长期排放高浓度含盐水，导致当地特有的一些海藻数量显著减少，海洋生态系统受到严重损害（乔世珊等，2007）。另外，位于北太平洋沿岸的美国加利福尼亚州为缓解紧迫的水荒，曾计划大规模修建海水淡化工厂，但这一计划遭到环保人士的广泛反对(李平，2004)。国外海水淡化厂排放高浓度含盐水时，通常是把高浓度含盐水引入大海深处，让高浓度盐水与天然海水自然混合，以解决高浓度盐水区域性污染问题。但渤海近海海滩地势平缓，且水深较浅，海水交换能力较差，不具备向深海排放的条件（马敬环，2007）。马敬环认为，渤海海水淡化过程中排放的固废物、高盐水和热污染等问题，如得不到妥善解决，势必对渤海海洋环境造成巨大的负面影响。

包景岭、陶建华（2007）认为渤海海水淡化发展规模大，发展速度快，对于处于半封闭式海域的渤海来说，要特别注意海水淡化工程对生态环境的影响，应从整个渤海角度对海水淡化工程进行合理布局与规划。因此，有必要开展对渤海海水淡化总量的研究，从整体和局部两个层面研究渤海海水淡化可允许的总量。此外，以物质循环再利用为核心，改变传统工业经济模式，采用循环经济的方式对海水淡化后的高浓度盐水进行综合利用；对能够降低海水淡化产生的不利环境影响的科研工作加强支持力度，研究并推广对生态环境影响最小的添加剂，开展高浓度含盐水综合利用及示范工程研究，积极开展海水利用规划工程环境影响评价研究。

2渤海海水淡化规模现状及规划

根据中国《海水利用规划》（发改委等，2005），我国海水淡化已有一定基础和规模，而且在逐步增加。到“十五”末期，中国已建成运行的海水淡化设施的产量约为3.1×104m3/d（苦咸水淡化水产量为2.8×104m3/d），在建和待建的工程规模为38.1×104m3/d。海水淡化成本迅速下降，海水淡化主体设备造价十年间下降了近一半，每吨水成本已经降到5元左右。随着技术的不断进步和规模化、国产化发展，海水淡化的成本将继续呈下降趋势。

表1和表2是涉及渤海的已建及在建的海水淡化项目，表3为环渤海四省市海水淡化项目的近期-中期规划目标，包括辽宁、山东部分用黄海海水的地区。从总体规模来看，估计2010年末渤海海水淡化规模可达到60万m3/s （2.19m3/a），2020年末海水淡化可达到120万m3/s（4.38m3/a）。对于渤海湾，2010年末海水淡化规模可达到40万m3/s（1.46m3/a），2020年末海水淡化可达到75万m3/s（2.74m3/a）。

3渤海地区海水淡化可能导致的生境及污染损害分析

3.1海区整体影响分析

由于山东、辽宁项目不是完全从渤海取水，表1和表2的总规模大于从渤海取水淡化的规模。假设淡化率为40%（1吨海水可制得到0.4吨淡水），则到2010年从渤海取水量可达150万m3/s（5.48亿m3/a），海水淡化规模达60万m3/s（2.19）,排放高盐度尾水量达90万m3/s（3.29亿m3/a）；而到2020年取海水量可达300万m3/s（10.95亿m3/a）,海水淡化可达120万m3/s, 排放高盐度尾水量可达180万m3/s（6.57亿m3/a）。

结合规划目标和表4可以看出，到2010年，对于渤海环境的不利影响是相当于减少了5.48×108m3的入海径流量，到2020年相当于减少了10.95×108m的入海径流量，从而抵消了部分流域向海区增加入海流量的规划目标效果。

从表5可以看到，海水淡化对渤海平均盐度的影响相对较小。按30年的交换时间（或滞留时间）估计，到2020平均盐度最大增加0.356度，约为背景盐度的1.1%。如果可以综合利用50%的高盐尾水，平均盐度的增幅可降为0.178度，约为背景盐度的0.54%。但由于入海径流的减少已经导致渤海湾盐度升高了11-15%，大规模实施海水淡化导致高盐尾水的大量排放，将对渤海及渤海湾的生态系统产生更大的危害。

3.2排放口附近海域影响分析

由于排放的不均匀性，排放口附近的局部水体盐度增量将比较大。例如，马敬环（2007）认为渤海近海海滩地势平缓，且水深较浅，海水交换能力较差，不具备向深海排放条件。渤海主要生物适宜生存的盐度上限是33‰～36‰，当盐度超过40‰时，一些生物将会死亡。因此，如果把高盐水直接排入渤海湾，必将影响渤海海域的生态环境。例如，一个日产10吨的海水淡化厂，如果连续3日直接把高盐水排入海区，8km2的海域盐度将升高20%，如连续排放30日，则盐度升高20%的海域面积将达到23km2。包景岭（2008）也有类似的研究，他认为渤海湾作为典型的缓坡淤泥质半封闭海湾，不利于污染物扩散；如果天津达到每年3×108t和唐山的曹妃甸地区达到每年5×108t-6×108t生产能力的规划目标，则受到危害的海域面积可能达到上百平方公里，将导致一些物种的消亡。

按盐度较自然状况提高10%为可接受的上限标准，采用马敬环、包景岭的估算方法，2020年的海水淡化规模将导致渤海湾近岸海域上百平方公里的生境变化，对产卵场、育幼场产生严重影响。考虑到入海径流量减少已经导致渤海湾生境退化、产卵场减少的事实，实际由海水淡化导致的影响会小于此估计，但其影响仍值得重视。

马敬环（2007）认为海水淡化过程中的排放使局部海域水温升高，是导致“赤潮”的一个诱因。对于渤海海域，赤潮一般发生在炎热的夏季，但2006年10月22日～11月5日，河北省黄骅附近1600平方公里海域发生了球形棕囊藻赤潮。赤潮发生在10月末，且生物种类为棕囊藻，这种现象为近年来首次出现，因此，马敬环认为排放废水的热污染问题不容忽视。

海水淡化厂排放的化学污染物是污染损害的主要来源，包括含氯生物杀灭剂、含磷抑垢剂、防沫剂、防蚀剂、酸洗剂和重金属Cu、Ni、Mn、Cr、Zn等。由于这部分污染源主要来自管道腐蚀，应该属于低、微量排放，一般满足排放标准没有问题。但从技术角度来看，满足排放标准是基本要求，如果存在排放总量限制（如排水量过大导致混合区面积较大，或影响到附近其他功能区达标），则还要满足总量分配排放量的限制。

4海水淡化替代方案的定性评估

南水北调、减少植被ET（农田、湿地、林木等蒸腾耗水）和城市ET（工业、生活等耗水）、海水淡化是解决海河流域水资源危机的几个途径。从开源角度考虑，南水北调、海水淡化可互为替代方案。表6采用等权评分方法定性比较了南水北调与海水淡化的优劣。从节能、水价、水质、管理、海洋环境影响等方面综合评分来看，南水北调中线工程明显优于海水淡化和南水北调东线工程。南水北调东线工程略优于海水淡化，不过由于6个项目采用等权记分，所以可以认为南水北调东线与海水淡化处于同一水平。如果能增加南水北调中线的调水量，而降低渤海及渤海湾周边地区海水淡化的规模，将是一个较理想的选择。

5对海水淡化规划的建议

综上所述，目前环渤海湾区域经济迅速发展，海水淡化规模也不断加大，导致海水盐度升高速度加快，对海洋生物的产卵场、育幼场等造成威胁。尽管与人类活动对渤海生境造成的影响相比，海水淡化产生的影响可能不占主导地位，但它与现有人类活动影响的叠加，将加重渤海生境的整体恶化趋势，并可对局部海区造成严重的环境损害。因此，结合马敬环、包景岭、陶建华等的研究，对海河流域水资源水环境综合规划提出如下建议：

（1）总量控制：在规划层面确定渤海湾及渤海的海水淡化规模，开展海水利用规划工程及战略环境影响评价研究，将污染及非污染损害降至可接受的程度。根据海河流域的水资源需求量，结合陆域淡水资源分布，合理安排沿海区域的海水淡化工程布局，积极开展对渤海湾及渤海的海水淡化允许总量的研究。

（2）提高生产效率，充分利用资源：海河流域海岸带地区应尽快采取措施提高海水淡化与制盐业及相关工业的耦合度。对于盐场主要的问题，即场地问题（无法扩大产业规模适应海水淡化规模）和季节问题（冬季不产盐无法适应冬季海水淡化规模），建议开展工业化制盐的试点，以替代常规盐田法制盐。根据日本的经验，电渗析法占地面积仅为盐田法的5%左右，投资为盐田法的20%，人员是5%－10%（乔世珊等，2007），而且不受地理位置、气候条件限制，可常年生产，也有利于自动化生产，值得借鉴。

（3）清洁生产，实现源头控制：海河流域海岸带地区对海水淡化规模及高盐水排放地点进行限制，研究及推广海水淡化的高盐水及制盐业的卤水资源化实用技术，使海水淡化的高盐尾水及制盐业的卤水在规划的远期目标中能够逐步实现“零排放”。对此，大连复州湾的绿色盐场经验值得参考（李南，2007）

（4）末端有效控制对策：尽快制定海水淡化、制盐和盐化工产品提取过程中三废的排放标准（盐度、重金属、温度），以及渤海湾盐度质量标准和允许变动幅度标准。

（5）末端治理技术研发：尽快组织有关专家开展针对海水淡化过程中三废治理问题的技术研发工作，针对不同废弃物采取科学、合理的治理措施。研究并推广对生态环境影响最小的添加剂，采用循环经济的方式进行海水淡化中的高浓度盐水综合利用。

（6）外部成本内部化：对于治理三废过程中产生的费用，可将环境污染治理费用按比例分摊至海水淡化及海水综合利用的各生产环节中，将环境污染、生态损害的外部成本内部化。

参考文献

[1]国家发改委、国家海洋局、财政部.海水利用专项规划,2005

[2]乔世珊等编著.海水淡化技术及应用.北京：中国水利水电出版社，2007

[3]李平.海水淡化规模化还差啥,科技日报,2004.8.31

[4]李楠.“绿色”制盐保护渤海生态.大连日报,2007.08.16

[5]马敬环. 关于天津尽快制定有关海水淡化废弃物排放规范和标准的建议.决策咨询通讯，2008,3

[6]王保栋.海水淡化厂排水对海洋生态环境的影响.海洋开发与管理, 2007, 24(4):77-78

[7]包景岭.谁来衔接海水淡化产业循环链？科技日报，2008,3

[8]包景岭、陶建华，重视渤海海水淡化工程环境影响. 中国海洋报,2007.11.29

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