海水淡化工程對(duì)環(huán)境的影響及對(duì)策

海水淡化工程對(duì)環(huán)境的影響及對(duì)策

0海水淡化技術(shù)分類及規(guī)模隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的全面發(fā)展和人民生活水平的逐步提高，淡水需求急劇增加，淡水資源日益稀缺。海水淡化因不受氣候和時(shí)空條件限制,成為解決我國(guó)沿海地區(qū)淡水供給問(wèn)題的重要方法,在部分海島地區(qū)甚至是唯一的有效方法目前國(guó)際商業(yè)化應(yīng)用的主流海水淡化技術(shù)分為熱法和膜法2種類型,其中熱法主要為低溫多效蒸發(fā)工藝和多級(jí)閃蒸工藝,膜法主要為反滲透工藝。截至2016年年底,我國(guó)已建成海水淡化工程131個(gè),總規(guī)模達(dá)118.8萬(wàn)t/d,應(yīng)用反滲透工藝、低溫多效蒸發(fā)工藝和多級(jí)閃蒸工藝的海水淡化工程分別占總規(guī)模的68.40%、31.07%和0.50%隨著我國(guó)海水淡化產(chǎn)能的快速增加,其對(duì)環(huán)境的影響逐漸被關(guān)注。尤其是海水淡化過(guò)程中產(chǎn)生的濃海水,大量直接排放入海對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響不容忽視,有必要加以研究和應(yīng)對(duì)。1新能源海水淡化技術(shù)存在的問(wèn)題海水淡化設(shè)備運(yùn)行須消耗能量,能耗是海水淡化最主要的成本。熱法海水淡化系統(tǒng)的能耗較高且能量利用效率較低,而帶有能量回收裝置的反滲透海水淡化系統(tǒng)的能耗較低。大部分海水淡化工程采用電能作為能量來(lái)源,在發(fā)電過(guò)程中燃燒化石燃料可能產(chǎn)生非甲烷類揮發(fā)性有機(jī)化合物等物質(zhì),如處理不當(dāng)可能污染大氣環(huán)境。目前太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能和核能等新能源海水淡化技術(shù)仍處于研發(fā)階段且不夠成熟,僅在一些海島等特殊地區(qū)有少量示范工程,是海水淡化技術(shù)的研究方向之一。此外,海水淡化工程施工期的管線開(kāi)鑿、廠房建設(shè)和設(shè)備安裝等活動(dòng)可能產(chǎn)生懸浮物、含油污水和固體廢棄物等,如處理不當(dāng)可能污染近岸海域的海洋生態(tài)環(huán)境。海水淡化廠區(qū)和輔助設(shè)施建設(shè)占用土地,導(dǎo)致海岸帶工業(yè)化加速,濱海自然景觀被破壞,影響當(dāng)?shù)厣鐣?huì)生活環(huán)境。海水取水工程可能影響海水交換和沉積物運(yùn)動(dòng)2濃度海洋對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響海水淡化是從天然海水中分離淡水的過(guò)程,在此過(guò)程中,只有不到50%的海水變?yōu)榈?其余海水以濃海水的形式排放2.1海水濃海水多效蒸發(fā)工藝海水溫度是海水環(huán)境和海洋生態(tài)環(huán)境的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。在熱法海水淡化的過(guò)程中,熱交換系統(tǒng)產(chǎn)生的濃海水的溫度較高,其中多級(jí)閃蒸工藝和低溫多效蒸發(fā)工藝產(chǎn)生的濃海水的溫度分別為70℃～90℃高溫濃海水顯著提高排放口附近海域的海水溫度,從而嚴(yán)重影響海洋生態(tài)環(huán)境。(1)改變海洋水文條件,即高溫濃海水上升到海水表面形成羽流并與冷海水混合2.2海水淡化系統(tǒng)目前主流海水淡化技術(shù)的產(chǎn)淡水率仍較低,熱法海水淡化系統(tǒng)和膜法海水淡化系統(tǒng)分別為15%～50%和30%～40%濃海水顯著提高排放口附近海域的海水鹽度,并在一定范圍內(nèi)形成高鹽度區(qū),從而嚴(yán)重影響海洋生態(tài)環(huán)境。Ruso等2.3常用的殺菌劑濃海水中含有有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽,一部分是海水固有并在海水淡化過(guò)程中被濃縮,另一部分由海水淡化過(guò)程中的各種化學(xué)藥劑殘留及其進(jìn)一步反應(yīng)所產(chǎn)生。為提高海水淡化系統(tǒng)的運(yùn)行效率和保護(hù)相關(guān)組件,須對(duì)原海水進(jìn)行預(yù)處理,即殺菌、除濁、脫碳、脫氧、緩蝕、阻垢、消泡、軟化和中和等。常用的殺菌劑包括液氯、次氯酸鈉和二氧化氯,防止細(xì)菌和藻類等微生物滋生和腐蝕海水淡化裝置。氯可將穩(wěn)定的溴化物轉(zhuǎn)化為活潑的溴,形成有毒且穩(wěn)定的鹵代有機(jī)化合物,破壞海洋生物的酶代謝過(guò)程,降低其生物活性,改變其物種組成,甚至可在生物體內(nèi)累積并隨食物鏈傳遞,威脅人類健康。常用的阻垢劑包括聚磷酸鹽、馬來(lái)酸或聚丙烯酸等,防止傳熱管和反滲透膜等海水淡化組件的表面結(jié)垢。濃海水中一般含有阻垢劑中的磷,可能造成海水富營(yíng)養(yǎng)化,甚至引發(fā)赤潮。在熱法海水淡化過(guò)程中,須加入消泡劑以去除蒸發(fā)器中的泡沫,消泡劑的主要成分為聚乙二醇類,可破壞海洋生物細(xì)胞內(nèi)膜,并與鹵素化合生成致癌物質(zhì)和誘變劑2.4熱法海水淡化系統(tǒng)的組成濃海水中含有多種重金屬,主要來(lái)源于海水淡化過(guò)程中的管道腐蝕溶出和沖洗脫落等。低溫多效蒸發(fā)工藝產(chǎn)生的濃海水重金屬含量較高,而反滲透工藝產(chǎn)生的濃海水重金屬含量較低。熱法海水淡化系統(tǒng)的傳熱管常采用銅合金、不銹鋼和鋁合金等材料,其腐蝕產(chǎn)物一般為銅、鎳、鋅、鉬、鋁和鐵等,其中銅的含量最高。重金屬是海洋生物必需的微量元素,但含量過(guò)高可能對(duì)海洋生物產(chǎn)生毒害作用。(1)在生物體內(nèi)富集并隨食物鏈傳遞,威脅人類健康;(2)通過(guò)沉積和擴(kuò)散作用進(jìn)入浮游植物細(xì)胞內(nèi)部,減少細(xì)胞色素,抑制其光合作用和呼吸作用,改變其種類組成和分布等;(3)銅含量過(guò)高可與蛋白質(zhì)結(jié)合,使浮游植物細(xì)胞中的酶失活,限制其對(duì)硝酸鹽和硅酸鹽的吸收和利用,影響其代謝、生長(zhǎng)和繁殖2.5海水淡化系統(tǒng)組件清洗處理一般在濃海水海水pH值較穩(wěn)定。為防止海水淡化組件結(jié)垢,一般對(duì)原海水酸化處理,濃海水即呈弱酸性。此外,海水淡化系統(tǒng)中的過(guò)濾器、蒸發(fā)器和反滲透膜等組件須定期清洗,一般采用檸檬酸和多磷酸鈉等弱酸性清洗劑,酸性清洗廢水隨濃海水共同排放。酸性濃海水可能降低海水pH值,造成局部海域的海水酸化現(xiàn)象,不僅影響海洋地球化學(xué)特性,而且影響海洋生物乃至整個(gè)海洋生態(tài)系統(tǒng)2.6浮游植物的分離和凈化為防止海水淡化系統(tǒng)管道內(nèi)生物的生長(zhǎng)和附著,須在原海水中加入含氯殺菌劑,因此濃海水中可能含有余氯。為保護(hù)反滲透膜,反滲透工藝須在海水進(jìn)入反滲透膜前加入還原劑以清除殘留殺菌劑,因此產(chǎn)生的濃海水余氯含量較低。余氯包括游離性余氯和化合性余氯,其中游離性余氯不穩(wěn)定,經(jīng)海水對(duì)流擴(kuò)散的稀釋作用而衰減較快,而化合性余氯較穩(wěn)定。余氯主要對(duì)海洋生物造成影響。(1)改變浮游植物的種類組成;(2)浮游動(dòng)物對(duì)余氯較敏感,含量較低的余氯即可對(duì)浮游動(dòng)物產(chǎn)生明顯影響;(3)使貝類失去附著力,破壞其呼吸膜,導(dǎo)致其缺氧窒息死亡;(4)使魚(yú)鰓組織發(fā)生病變,氧化血紅蛋白中的鐵離子,降低魚(yú)類血液還原性酶的活性和運(yùn)氧能力,影響其呼吸作用2.7熱法海水淡化的影響溶解氧含量是海水環(huán)境和海洋生態(tài)環(huán)境的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。由于溶解氧含量隨海水溫度的升高而降低,熱法海水淡化產(chǎn)生的熱濃海水導(dǎo)致排放口附近海域的溶解氧含量降低;反滲透工藝清除殘留殺菌劑的還原劑的主要成分為亞硫酸氫鈉,易與海水中的溶解氧發(fā)生氧化還原反應(yīng),導(dǎo)致溶解氧含量降低。此外,濃海水中的氮、磷和有機(jī)物導(dǎo)致海水富營(yíng)養(yǎng)化,加速溶解氧的消耗。2.8天然海水的流速機(jī)械卷載效應(yīng)主要是由于濃海水排放量較大,較快的流速與天然海水形成流速差,使海水壓力發(fā)生變化,撞擊海洋生物的胚胎、幼蟲(chóng)、幼體和成體,使其死亡或受傷3處理措施3.1反滲透海水淡化工程在海水淡化工程勘察和設(shè)計(jì)階段,應(yīng)盡可能地遠(yuǎn)離醫(yī)院、學(xué)校和居民區(qū)等人群聚集區(qū),避開(kāi)已規(guī)劃或已運(yùn)營(yíng)的濱海旅游區(qū)和自然保護(hù)區(qū)等生態(tài)敏感區(qū)域。工程施工階段產(chǎn)生的含油污水應(yīng)收集后處理,禁止直接排放入海;采用沉井式取水方法,避免擾動(dòng)水體;在反滲透海水淡化系統(tǒng)的高壓泵和能量回收裝置中安裝消音器或聲屏障等,減小噪音;海水輸送管道避開(kāi)地下蓄水層,并采用耐腐蝕的高性能材料和加強(qiáng)日常巡檢,防止管道“跑冒滴漏”。對(duì)于工程運(yùn)行階段產(chǎn)生的固體廢棄物,首先鑒定其危險(xiǎn)性,如為危險(xiǎn)廢棄物則由專業(yè)機(jī)構(gòu)處理,如為一般廢棄物則按有關(guān)規(guī)定處理。根據(jù)工程所在地的具體情況,選擇能耗較低的海水淡化技術(shù),也可綜合采用多種海水淡化技術(shù),提高產(chǎn)淡水率和降低工程成本。新能源因其清潔無(wú)污染和可再生等特點(diǎn),具有良好的發(fā)展前景,其中太陽(yáng)能和風(fēng)能海水淡化技術(shù)尤其適用于偏遠(yuǎn)海島的中小型海水淡化工程3.2機(jī)械卷載效應(yīng)和旋轉(zhuǎn)軸濃海水排放口應(yīng)遠(yuǎn)離海灣和河口等生態(tài)敏感區(qū)域,盡可能地選擇海洋水動(dòng)力條件較好的開(kāi)放性海域,避開(kāi)由岬角等特定地形引起的渦流帶和波浪破碎帶。減緩排水流速,從而減小機(jī)械卷載效應(yīng)。在濃海水排放管道末端50～100m處采用多端口擴(kuò)散,擴(kuò)散位置的水深至少為7m,起點(diǎn)距低潮線至少200m3.3加快濃海水綜合利用和“零排放”技術(shù)的研發(fā)濃海水中含有大量無(wú)機(jī)鹽、稀有元素和化合物,是重要化工原料?？删C合利用濃海水制鹽、制堿以及提取溴、鎂、鉀、鋰、鈾和碘等濃海水綜合利用和“零排放”技術(shù)是海水淡化產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑,但目前存在占地面積大、制鹽蒸