海岛开发与生态环境保护中的循环经济理论应用模式研究

毋瑾超夏小明滕骏华

(1.国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012;2.国家海岛开发与管理研究中心,浙江杭州310012)

海岛开发与生态环境保护中的循环经济理论应用模式研究

毋瑾超1,2夏小明1,2滕骏华1,2

(1.国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012;2.国家海岛开发与管理研究中心,浙江杭州310012)

本文对循环经济理论在海岛开发和生态环境保护中的应用模式进行了探讨,设计以可再生能源清洁生产模式、有机垃圾及废弃物减量化处理模式、海水淡化处理模式及海水淡化与晒盐相结合的循环产业模式等解决海岛资源、环境、生态系统维护等相关问题,并对推动海岛循环经济发展的主要对策进行了分析。

海岛开发;循环经济;清洁生产;减量化处理

一、前言

“循环经济”(Circular economy)一词是物质闭环流动性经济、资源循环经济的简称,是以资源的高效利用和循环利用为目标,以“减量化、再利用、资源化”为原则,以物质闭路循环和能量梯次使用为特征,按照自然生态系统物质循环和能量流动方式运行的经济模式。它要求人类在社会经济中自觉遵守和应用生态规律,通过资源高效和循环利用,实现污染的低排放甚至零排放,实现经济发展和环境保护的“双赢”①。

发展循环经济要想落到实处,必须在实践中根据具体情况探索可行的循环经济发展途径与模式。具体来说,不同层次、不同区域范围要根据其自身特点和基础条件采取不同的模式:如清洁生产模式、工业生产整合模式、垃圾减量化处理模式、产业间多级生态链连接模式等②。每个地区只有采取适合的发展模式,才能找到发展循环经济的关键,并使有关工作真正开展起来。

海岛是兼有陆相和海相的国家疆土,在海洋权益中具有重要的战略价值和法律地位。我国海岛众多,面积在500平方米以上的海岛有6921个,是我国重要的国土资源和海洋经济活动场所③。近年来,海岛开发活动密度与强度逐渐加大,各地的海岛旅游、海岛养殖、海岛码头建设等均有了较大发展;但与此同时,由于规划和管理不善,也带来了诸多环境问题:如海岛及其周围海域生物多样性的丧失,海岛淡水资源短缺,海岛及周边海域环境污染加剧等。上述问题能否有效解决,对于我国海岛开发的长期健康和有序发展意义重大。

笔者认为,对于海岛开发,必须从源头上进行科学的理论规划、指导和管理,例如采取循环经济理论规划和管理海岛开发,以“减量化、再利用、资源化”的循环经济基础理论指导有关工作,可望有效解决上述有关问题。并因地制宜采取可再生能源清洁生产模式、有机垃圾及废弃物减量化处理模式、海水淡化处理模式及海水淡化与晒盐相结合的循环产业模式等,可有效解决其资源、环境、生态系统维护等相关问题④。

二、在海岛开发上应用循环经济的主要模式

1.可再生能源清洁生产模式

在远离大陆的海岛,一般没有电网。因此,发展远离陆地的独立能源系统意义重大。利用传统的矿物燃料(煤、石油)解决海岛能源问题,容易造成严重的环境污染,极易导致海岛脆弱生态系统的破坏,且运输和维护成本过高。海洋能和风能等可再生清洁能源,取之不尽,是海岛能源稳定供应的理想选择。

海洋能是指依附在海水中的可再生能源,海洋通过各种物理过程或化学过程接收、储存和散发能量,这些能量以波浪、海流、潮汐、温差等形式存在于海洋之中。海洋波浪能、潮流能具有较高的能流密度,易于开发出各种规格的发电装置,适应不同用户的需要,容易实现独立发电,是海洋能独立能源系统的首选。

目前我国在潮流能研究开发方面已取得较大进展:(1)“万向I”70kW潮流实验电站以及“万向II”40kW潮流实验电站于2005年12月完成建设,并成功发电。该装置建于浙江省岱山县高亭镇与对港山之间的潮流水道中,采用可变角直叶片立轴H型双转子水轮机,是一个独立供电系统,到目前运转情况良好。(2)250kW水面漂浮式垂直轴潮流能装置研制成功。其具有效率高,使用寿命长等优点⑤。以上技术的研究成功,为波浪能的开发应用打下了坚实的基础。

此外,风能发电技术是目前比较成熟的可再生能源技术之一,具有规模化开发和商业化发展前景,装机容量每年增长超过30%。我国风力发电机经过20多年的发展,已形成一批开发和生产离网风电机组的单位和科研机构,主要产品品种有100瓦—10千瓦风电机组等。目前单机容量500、600、750千瓦的风电机组已达到批量商业化生产的水平,成为当前世界风力发电的主力机型⑥。

因此,在海岛开发上,根据当地自然条件如风力资源、海洋能资源等综合考量,选择合适的可再生能源为海岛提供能源供应,则为海岛的开发和发展奠定了坚实的基础。

2.有机垃圾及废弃物减量化处理模式

对于废弃物的处理,发达国家在上世纪六十年代开始实施废弃物处理法案,推行固体废弃物一体化管理。他们按管理政策的重要程度将其分为四个等级,依次是:预防性和最小化措施,回收和利用,转化以及掩埋。其中预防性和最小化措施,是进行固体废弃物处理最有效的办法,是各发达国家优先采用的措施⑦。我国目前城镇主要的垃圾处理以掩埋和焚烧为主,二次污染严重,导致区域生态环境恶化。

随着海岛开发的加快,由此产生的废弃物处理也成为一个重要问题。由于海岛交通不便,市政基础设施较差,常规的处理方法并不适用。但如果听之任之,由此造成的环境污染将产生严重后果,比如近年来我国东南沿海的赤潮现象日益频繁,就和其环境污染密切相关。

现设计对海岛的废弃物进行分级处理,即主要对有机废弃物和排泄物进行减量化处理。减量化处理的原理是利用复合微生物菌种将排泄物及垃圾中的有机物进行分解,分解的产物主要是能被微生物进一步利用的糖、脂肪酸和氨基酸等,微生物菌种摄取这些低分子营养后代谢成CO2和H2O,并以气体和水分的形式分离出来,其对废弃物的分解率可达90%以上,产出的残渣可作为养殖饲料或肥料,环保效果显著⑧。图1为废弃物分级处理及综合利用示意图。

图1 废弃物分级处理及综合利用示意图

3.海水淡化处理模式

受自然条件限制,绝大多数海岛淡水资源贫乏,时空地域分布不均,资源性缺水严重。为解决水资源不足,部分海岛实施大陆引水工程,但是,远距离跨流域引水不仅投资巨大,对区域生态环境的影响也很大,而且引水要受到水源地供水量和管道路由条件的制约,很难从根本上解决海岛的水资源短缺问题。

海水淡化作为一种新的水源供应方式,具有占地少、水质好、供给稳定、规模可大可小等优势。在我国,海水、苦咸水淡化研究开发事业经历四十多年的发展,已先后形成了电渗析法、反渗透法、蒸馏法脱盐技术。近年来,日产500吨、1000吨、2000吨反渗透海水淡化装置在我国沿海地区得到成功应用。目前,在脱盐率达99%以上的复合膜研制成功以后,结合能量回收进行海水淡化,其造水成本已经降低到每吨淡化水耗电4-6千瓦时⑨。这就为其在海岛上的广泛应用铺平了道路。图2为海水淡化技术路线图。

随着科学技术的发展,海水淡化正在显示出独特的优势和良好的前景。海水淡化作为一种洁净生态、方便稳定和可再生的水源供应方式,是解决海岛水资源紧缺的重要现实途径和战略选择,也将成为构筑海岛供水安全体系的重要保障。

4.海水淡化与晒盐相结合的循环产业模式

食盐是日常生活中人不可缺少的物质。目前制盐的技术主要有盐田法、蒸馏法、电渗析法或冷冻法制盐,以及真空法制盐。就其本质来说制盐的关键就是要去除过多的水分,使其浓缩。海水制盐在各种盐业资源中是最具优势的生产方式。

图2 海水淡化技术路线图

首先,海盐的原料是海水,取之不尽,用之不竭,而井、矿、湖盐资源都是有限资源。其次,中国沿海有广阔的适合建立盐场的滩涂,目前共有500多万亩盐田,是盐田面积最大的国家,年产海盐1500万吨左右,约占全国原盐产量的70%,占世界原盐总量30%⑩。

传统的滩涂法晒盐,周期长,占地面积大,成本较高。在应用反渗透技术淡化海水后,一方面能产生我们所需要的主产品——淡水,另一方面还会产生海水浓缩液。这些海水浓缩液是海水淡化的副产品,但其对于海水晒盐来说,却是非常优质的原料;以海水淡化后的淡水回收率为60%—70%计算,其浓缩液如果被用于晒盐便相当于已蒸发掉60%—70%的水分,也就等于缩短海盐生产约2/3的生产周期,或提高约70%的生产效率。这样一来,利用海水淡化的副产品进行海水晒盐,一方面使资源循环利用,同时也极大地缓解海水晒盐场用地的供需矛盾。

自20世纪50年代起日本大力开展离子交换膜电渗析法浓缩制盐研究,并从70年代实现了工业化,目前日本年产食盐150万吨全部使用膜法制盐。据报道,采用一价离子选择性离子交换膜制备的卤水中氯化钠浓度可达200克/升,吨盐耗电量在150千瓦时左右。其经济效益和社会效益均非常显著,这为我国在此领域的发展提供了很好的借鉴作用。

三、推动海岛循环经济发展的主要对策

如前所述,由于海岛的特殊位置和条件所限,其开发和管理存在诸多困难。应用循环经济理论对其进行指导、管理,有望产生积极作用。但循环经济本身在我国的发展仍需一个较为漫长的过程,要推动海岛循环经济的发展,还须从以下四个方面进行努力。

1.以技术创新为支撑促进循环经济的发展

循环经济对技术的依赖性很强。没有技术上的可行性,循环经济就无法真正落到实处。因此,要加大人、财、物的投入力度,整合有限资源,联合进行技术攻关与创新,加快技术改造,提高技术在发展循环经济实践中的保障作用。如进一步加强可再生能源的利用研究,降低成本,提高稳定性;同时研究可再生能源发电-海水淡化-海水晒盐等产业的集成和链接。

2.加强环境与资源监测的科学化、信息化

发展循环经济是节约资源、保护环境、搞好生态建设、实现可持续发展的手段。真实而充分的信息是提高管理水平,制定正确政策的基础。因此,发展循环经济必须加强环境与资源监测的科学化、信息化和网络化。尤其对于偏远海岛,有关工作则更为必要。

3.进行适合循环经济发展的制度创新

循环经济的基本特征告诉我们,发展循环经济不可能是一个简单的过程,而是一个社会里多元利益主体通过多次重复博弈所达成的均衡结果。因此,为了保证这种博弈过程能够稳定、持续地进行下去,制度保障和创新就显得格外重要。结合我国已出台的海岛保护法,应加大有关管理、保护政策的制订。此外,循环经济项目一般建设周期较长,从建设完成期到效益显现期往往需要一段较长时间,这就与“短平快”项目思路有较大冲突,因此解决这些问题需要从制度上进行保证和创新,促进保护循环经济的发展。

4.加强循环经济理论体系的建设

循环经济作为一门新兴课题,其显著不同于传统的经济增长或发展模式,无论在理论上还是政策上,都有其显著特点。同时由于其外延和内涵均极为广泛,目前在对其认识和理解上还有许多歧见,因此需加强对其理论体系的研究,尤其是在海洋这个特殊领域的应用研究,进一步指导有关工作的深入开展。

四、结语

综上所述,以循环经济理论指导海岛开发和环境保护工作,将风能发电、海洋能发电和海水淡化技术进行集成,形成一个或数个循环系统,这样就可以发挥产业联动优势,降低成本,为海岛提供稳定的电力和淡水;同时,通过引入减量化处理系统对岛上的废弃物进行分级处理,可对保护其生态系统,减少环境污染产生积极影响。此外,利用海水淡化产出的浓缩水进行海水晒盐,可提高经济效率,降低成本并实现资源循环利用,从而建立海岛循环经济新模式,为我国海岛综合开发利用提供“绿色”发展思路,同时也将为循环经济的发展应用找到一个新的突破口,其意义将非常重大。

注释

①张坤:《循环经济理论与实践》,北京:中国环境科学出版社,2003年。

②邢彩霞:《发达国家发展循环经济的实践及其启示》,《阴山学刊》2006年第6期。

③刘新华:《论海岛对国家发展海权的战略意义》,《中国海洋大学学报(社会科学版)》2007年第4期。

④柴金艳:《基于耗散结构理论的循环经济产业链优化》,《中原工学院学报》2006年第6期。

⑤张熙霖、武鑫、吴志民《:风力/光伏/波浪能混合发电系统的应用研究》《,可再生能源》2004年第2期。

⑥刘茂祥《:我国风电设备制造技术现状及发展建议》《,水利水电快报》2006年第12期。

⑦李乃珍、王保全《:建筑垃圾再生的技术途径》《,环境保护》1999年第10期。

⑧高柏、花明《:构建城市垃圾处理的循环经济体系》,《江西社会科学》2005年第10期。

⑨杨尚宝《:关于我国海水淡化产业发展的政策思考》《,水处理技术》2008年第1期。

⑩崔树军、韩惠茹、邓会宁《:海水淡化副产浓海水综合利用方案的探讨》《,盐业与化工》2007年第1期。

⑪陈敏德:《循环经济的核心内涵是资源循环内容——兼论循环经济概念的科学运用》《,中国人口·资源与环境》2004年第2期。

⑫周妙子《:论完善我国循环经济建设政策》《,改革与战略》2006年第12期。

责任编辑 文音

2010-03-10

国家海洋公益性行业科研专项重点科研项目(项目编号:200805040)