海水利用的影响分析

杨晨 高湘 杨守刚

目前,地球上的海水资源为1 350 919万亿m3,占全球水总量的97.47%,淡水资源只占到2.53%,水资源的短缺将带来全球的水质恶化、干旱、荒漠化及土壤盐碱化等一系列的问题。从长远来看,随着水资源的日趋紧张、经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高,随着海水利用技术的不断发展和完善,海水利用不仅成为沿海缺水城市和海岛居民生活用水的主要来源,起到重要的补充水源和应急水源作用,还将发挥替代淡水的显著作用,成为解决水资源危机,构建节水型社会的有效措施。利用海水来增加淡水水源将是今后解决区域水资源不足,特别是沿海地区缺水状况的一项重要途径和有效手段。但因海水、海水淡化水、淡水之间的化学成分的差异,海水利用可能会对城市给排水系统、生态环境系统及人体健康产生一定的不利影响。

1 海水直接利用对城市给排水系统的影响

1.1 海水利用对城市给水系统的影响

海水系统供水稳定,可以减少给水系统的规模。但由于近岸海水较为混浊,杂质主要有泥沙、海藻及各种海生动植物等,在生活污水排放口邻近海域,水中还会含有大量的大肠杆菌及其他污物和细菌。泥沙的含量受天气变化的影响很大,在有风浪或降雨排入大海时,近海海水中泥沙含量会急剧升高,造成大量的泥土和污物进入供(海)水系统,导致水泵漏水和轴承的损坏,甚至使整个海水泵报废。此外海水中存在的Ca2+,Mg2+等离子极易与,离子结合生成CaCO3,CaSO4,MgCO3,MgSO4等不溶物,易在管线及设备内形成硬疤。海水中的附着生物(如藤壶、贻贝、藻类等的卵及幼体)随海水一起进入输水管网,若处理不当则会在管道中滋生繁衍,造成管道输水能力降低甚至堵塞输水管道。

1.2 海水利用对城市排水系统的影响

海水中悬浮颗粒具有较强的分散稳定性,自然沉降困难,对于海水含量较高的城市污水一级处理会有一定的影响。有研究表明,在海水中投加适当的混凝剂,可以得到较好的沉淀效果。但具体城市污水中含多少海水才能显著影响其沉降性能,采取混凝的种类及其絮凝条件,目前还需进一步研究。

海水对城市污水二级生物处理的影响,主要体现在各种盐离子对微生物代谢活性的影响。由海水水质特征分析可知,可能产生影响的盐离子主要有K+,Na+,Ca+,Mg2+,SO2-4和Cl-,这些离子中除Cl-以外,其他都是生物正常生长必需的营养成分,低浓度时对生物生长有促进作用,但高浓度时会产生强烈的抑制作用。

一般认为当污水含盐量为5 000 mg/L～10 000 mg/L时,对生物处理系统产生明显的影响。但近来也有研究表明,当盐浓度达到2万mg/L～3万mg/L,也都能达到较好的处理效果,但必须经过适当的污泥驯化。研究表明,含海水的城市排入经驯化后的系统中,当进水中海水比例小于36%时,盐度并没有破坏活性系统的有机物去除率,COD去除率仍保持在80%以上,出水COD＜50 mg/L,满足城市污水排放的要求;但当海水比例超过48%时,COD的去除率显著降低,出水COD超过50 mg/L。说明经驯化之后的活性污泥系统可以处理一定含盐量的城市污水,但是不能用于处理海水比例超过48%的污水。

2 海水利用对海洋生态系统的影响

2.1 温排水的热影响

建在海边的企业冷却水一般是直接抽取邻近的海水,经过循环冷凝器后,就近排入海中。一般情况下,在局部海区,长期将超过周围海水正常水温4℃以上的热水排到海洋里,就可能造成热污染,滨海企业的冷却水无疑是海域的一个重要的热污染源。

从生物学角度看,水温对海洋生态系统和各类海洋生物活动起着极为重要的作用。它对生物个体的生长发育、新陈代谢、生殖细胞的成熟及生物生命周期都有显著的影响,在自然条件下,海洋水温的变化幅度要比陆地环境和淡水环境小得多。因此海洋生物对温度变化的适应性也较差,热污染对它们的影响更大。

另外,温排水的热影响还可通过与其他环境因素的相互作用而产生综合效应。它不仅能以热的形式直接作用于生物体上,还能将热施加于理化环境,使水体含氧量降低,使水中一些有毒物质的毒性增大,腐殖质增多,使水体恶化,从而影响海洋生物的正常生存。水质的恶化亦可能引发一些病害及寄生虫的滋生,对生物群落产生更大的压力,因此滨海工业的热影响成了目前滨海工业海洋环境效应中最大的影响因素。

研究建议合理设计排放口,采取适宜方式减少温排水带来的不利环境影响。

2.2 浓盐水的排放影响

海水淡化排出大量的浓盐水,其含盐量高于海水1倍左右,其排放需要特殊设计以减轻对海域生态的影响。国外海水淡化厂排放浓盐水时,通常是把浓盐水引入大海深处,加快浓盐水与天然海水自然混合,以解决浓盐水区域性污染问题。

研究建议对浓盐水进行综合利用,以从源头上解决浓盐水排放带来的环境问题。

2.3 机械作用的影响

冷却水在进入冷却系统之前要经过一段由筛蓖和筛网组成的过滤屏障,以去除水中的悬浮固体物质和较大生物。

水流以较大的速度通过筛蓖,水体中动、植物体将随水流被卷吸,有些生物撞击在筛网上,冲击力之大足以使许多生物死亡。

水流通过过滤屏障进入水泵,压力变化很大,会对海水中的生物体造成极大的伤害。冷却水进入水泵后,水泵高速旋转的叶片会对水中的生物体产生巨大的冲击力,许多海洋生物与水泵壁、叶片发生剧烈碰撞而受伤、死亡,严重时死亡率可达80%以上。

另外,冷却水系统中,还存在着湍流区域,旋涡的边缘或液体流过固体表面时会产生剪切力,对水生生物也有很大的伤害作用。

2.4 余氯的影响

为了防止冷凝器被附着生物堵塞,降低热交换效率,多数企业使用氯气消毒的方式以除去水中的污损生物或降低生物附着活性。氯气加入海水中,会产生一系列化学反应,生成盐酸、次氯酸、高氯酸等产物。氯气产物具有强氧化性,除了能抑制水中的污损生物以外,还能与水中的一些无机物和有机物反应,产生一些有毒的副产物。

3 海水淡化水对人体健康的影响

目前海水淡化水具有洁净、高纯度和供给稳定的特点,是安全可靠的高品位水源,可直接作为饮用水;海水直接利用为生活用水,具有供水稳定、可靠的特点,是很多城市首选的替代淡水解决淡水紧缺的途径之一。但是,海水淡化只能解决饮用水的资源性和污染性缺水问题,还没有解决饮用健康水的问题。

专家研究表明,作为健康水必须符合三个条件:1)没有污染(即没有毒、没有害、没有异味);2)符合人体营养生理功能(即水必须含有适量矿物质,呈中性或微碱性);3)没有退化(即充满生命活力的水)。而海水淡化作为人的饮用水只能达到1)要求,2)和3)均不符合。所以淡化后的海水是一种蒸馏水或纯净水,而蒸馏水和纯净水是一种不含氧,含有有害挥发性物质的退化水,长期饮用对人体健康不利,会导致骨质疏松、神经麻痹等症状。

由此可见,海水淡化水水质虽远高于生活饮用水的水质标准,但不能直接作为长期饮水使用。有专家研究表明,淡化后的海水,特别是蒸馏法淡化的海水,若要饮用,需要在水中加入矿物质,例如钙离子等。因此,海水淡化水必须经硬度调整,添加人体需要的微量元素及终端检验后才能进行长期饮用,但其工艺及配套设备有待进一步的研究。

4 结语

海水的直接利用和间接利用对解决我国淡水资源短缺的紧张局面具有重要的意义,但是海水的直接利用会对城市给排水系统及海洋生态系统产生新的问题;海水的淡化技术只能解决饮用水的资源性和污染性缺水问题,并没有解决饮用健康水的问题。因此,在利用海水方面,各地区应根据实际情况建议以“推广沿海片区海水直接利用,储备海水淡化利用技术”为主要发展方向,更好地推动我国海水利用事业的发展。

[1] 尤作亮,蒋展鹏,祝万鹏.海水直接利用环境问题[J].给水排水,1998,24(2):64-67.

[2] 乔世珊.海水淡化技术及应用[M].北京:中国水利水电出版社,2007.