海水淡化产业的用海管理研究

刘淑芬，岳 奇，徐 伟

（国家海洋技术中心 天津 300112）

海水淡化产业的用海管理研究

刘淑芬，岳 奇，徐 伟

（国家海洋技术中心 天津 300112）

海水淡化是国家重点支持发展的战略性海洋新兴产业，国家和沿海各地区出台了大量政策，海水淡化产业未来发展空间广阔。文章介绍了海水淡化的国内外发展情况以及我国的海水淡化政策，分析了海水淡化的用海特点，并提出了关于海水淡化的用海管理政策建议。

海水淡化；海域管理；用海

1 海水淡化的背景

1.1 世界范围内淡水短缺

水是生命的源泉，是人类社会发展和经济建设不可或缺的资源，随着社会工业化和都市化发展，水体的污染不断加剧，越来越多的国家和地区出现供水不足，淡水不足已经成为世界性的难题。联合国水资源委员会早在1977年就向世界各国发出了警报：“供水不足将成为一个深刻的社会危机。世界上在石油危机之后的下一个危机便是水的危机”。联合国不止一次地向世界发出了警告：除非各国采取有力措施，否则到2025年世界将有约1／3的人口得不到安全的饮用水供应。

地球上大约70%的面积被海水覆盖，在淡水资源紧缺的背景下，发展海水淡化事业，向海洋索取淡水已经成为世界沿海国家和地区的共识。

1.2 我国是淡水资源严重短缺的国家

我国是一个水资源严重短缺的国家，被联合国列为13个贫水国之一。我国淡水资源时空分布极不均匀，而水体污染更加剧了水资源贫乏的程度。在资源性缺水的同时，伴随着水质性缺水，双重缺水特征凸显，已成为制约我国经济社会可持续发展的重大瓶颈。

沿海地区尤其是北方沿海地区，是我国最缺水地区之一。全国人均综合用水量为412m3，而北方沿海地区（天津、河北、辽宁和山东）人均综合用水量约269m3，属资源性缺水。考虑到北方沿海地区的人口增长、产业结构变化、农业发展、生态环境用水需求和实现全面建设小康社会目标等因素。预测2020年北方沿海4省（市）人均综合用水量将达到350～400m3，缺水量将达到273亿～393亿m3。

解决我国沿海地区淡水资源短缺问题的基本途径是开源节流，但蓄水、跨流域调水等传统措施，只能实现水资源的时空位移，难以全面解决缺水的根本问题。因此，面对北方沿海地区资源性缺水和南部沿海部分地区水质性缺水，以及水资源亟待保护和科学利用的严重形势，海水淡化利用既紧迫、又任重道远［1］。

2 海水淡化的国内外发展

2.1 国际海水淡化的发展情况

最早记录的海水淡化是17世纪初期日本海员使用陶器壶蒸馏海水并用竹筒收集其冷凝物。世界上第一个海水淡化工厂1954年建于美国德克萨斯的弗里波特。从20世纪80年代开始，全球累积海水日淡化能力开始快速增长，1985—1994年，年均增长率约为6.41%，1995—2004年，年均增长率达到7.32%，2004年全球累积海水淡化能力达到3 563万m3／d。根据国际脱盐协会的统计，截至2008年年底，世界范围内共有14 100个淡化工程，总装机容量约为6 348万m3／d。其中，80%以上用于饮用，解决了2亿多人的饮水问题。

淡化海水代替传统淡水作为饮用水的新水源已在世界沿海地区得到了广泛应用，成为解决全球水资源短缺的重要途径。据国际脱盐协会（IDA）2002年的统计，全球50%左右的淡化能力发生在中东地区，之后是北美（16%）、欧洲（13%）、亚洲（11%）、非洲（5%）和加勒比海地区（3%），澳大利亚和南美洲各占1%。

2.2 我国海水淡化事业的发展

我国从1958年开始进行海水淡化技术的研究与开发，经过数十年的发展，已具备了较大规模海水淡化的能力。国家环境膜分离工程技术中心发布的中国海水淡化发展研究分析报告披露，截至2010年10月，中国已建成海水淡化装置65套，日淡化海水能力接近61.26万m3。虽然与《海水利用专项规划》提到的2010年中国的海水淡化规模达到日产80万～100万m3的指标存在一定差距，但国际行业研究组织依然认为，中国是全球最具发展潜力的海水淡化业务市场（图1）。

图1 我国海水日淡化量变化［2］

3 海水淡化的用海特征

海水淡化的用海特征包括对海洋环境的影响和用海选址要求。选址要求包括取水口选址和排水口选址，对海洋的影响包括取水、排水和取排水工程建设施工影响。

3.1 海水淡化对海洋环境的影响

3.1.1 施工期影响

取排水工程施工期产生的主要污染物有挖沟产生的悬浮物，施工人员生活污水、生活垃圾，施工船舶机舱含油污水等。但这类污染影响仅是暂时的，将随着工程建设的结束而消失，不会产生永久性污染效应。

3.1.2 取水影响

首先，取水结构可能会影响水体交换和沉淀物运动，类似于人工鱼礁存在的问题；另外，取水结构还可能干扰航线或其他海上用途。

其次，取水卷载效应会造成邻近局部海域的鱼卵、仔稚鱼和浮游生物等数量减少。海水淡化厂可以接收来自不同来源的给水，最常见的取水方式是开放式海水取水口，使用开放式的取水口可能会有水生生物撞到取水口过滤网上面，或者和源水一起进入海水淡化厂，导致生物的损失。

3.1.3 排水影响

海水淡化排水对海洋环境的影响主要是排放的海水成分及物理性质与周围海水不同，表现在温度、盐度、密度高于环境海水，排放水中含有海水淡化过程中添加的化学成分，根据采用的技术方法不同，这些排放水含有的化学成分也会不同。

3.1.3.1 海水淡化排放水与环境海水的差异

海水淡化又称海水脱盐，是分离海水中盐和水的过程，从海水中取出水或除去海水中的盐都可以达到海水淡化的目的，按分离过程分类，海水淡化方法主要有蒸馏法、膜法、结晶法、溶剂萃取法和离子交换法等。其中蒸馏法又有多级闪蒸（MSF）、多效蒸发（ME）和压汽蒸馏（VC）之分；膜法海水淡化技术则包含了反渗透法（RO）和电渗析法（ED）；结晶法则由冷冻法和水合物法构成。虽然淡化方法有许多种，但多年的实践表明，真正实用的海水淡化方法只有MSF、ME、VC和RO等几种方法（表1）。

无论采用哪种技术方法，海水淡化过程中都会产生大量的盐水废弃物（浓海水），通常的处理方式，就是将其冲入大海，但这些浓海水中往往都含有海水预处理和清洁作业所使用的化学剂成分，不同技术方法产生的浓海水成分也不同。热法淡化厂的浓海水通常还含有残留的氯、氯化物副产品、阻垢剂、消泡剂和某些重金属（例如，铜或镍），且温度较高，膜法淡化厂产生的浓海水通常含有阻垢剂、天然的固体和混凝剂、化学清洗液等。这些不同的污染物成分还可能对海洋生物造成潜在的协同效应。例如，氯残留物和高温的协同效应。

表1 反渗透法与热法海水淡化过程排放浓盐水的典型性质［3］

3.1.3.2 海水淡化排放水对海洋环境的影响

（1）排放水盐度升高对海洋环境的影响。海水淡化排放的浓海水的盐度一般是取用海水的2倍。若这些浓海水排放方式不当会导致排放海域盐度的升高。海水盐度升高将改变海洋生物本身体液与其生活环境海水中渗透压的平衡，从而降低海洋生物的繁殖力，甚至使其灭绝。此外，由于底栖生物无足够的移栖能力，浓海水排放对排水口附近的底栖生物的影响尤其严重（表2）。

（2）排放水中化学添加剂等污染物的影响。海水淡化排放水中污染物来源主要有两类：一类是化学添加剂，如生物杀灭剂（通常为氯气或次氯酸钠）、抑垢剂（通常为聚磷酸盐）、防沫剂、防蚀剂、酸洗剂等；另一类是由管路腐蚀产生的毒性重金属，如Cu、Ni、MO、Cr、Zn等，这些污染物都会对海洋生态系统产生危害。

表2 浓盐水污染物特征及其对海洋环境的影响［4］

（3）排放水物理性质变化对海洋生态系统的影响。排放水物理性质的改变主要有两点：温度升高和密度增大。

排放水密度的增大主要影响接受水体的物理性质，高密度的浓海水入海后易于沉降在水底，阻碍了海水的垂直混合，并在排水口附近形成高盐沙漠。另外，高密度的盐水沉降到海底，使底栖生物因细胞脱水、组织膨压降低而死亡，并改变其原有生境，从而给底栖生物带来伤害。

温排水会对海洋环境产生热污染。温排水进入受纳水体后，将直接影响海洋生物的生长和繁殖，使排水口附近浮游动物的种类和数量减少，降低群落的物种多样性，引起群落结构的变化。此外，温排水还会导致接受水体溶解氧含量的降低，而间接对海洋生物和水质产生不利影响。

3.1.3.3 排放水对海域的影响范围

海水淡化排放水影响的海域范围因海域环境条件和排水量的不同而有很大差异，目前对于海水淡化排水影响范围方面的研究较少，其影响范围研究大多体现在环境影响评价论证报告中。

3.2 海水淡化的选址要求

3.2.1 取水口选址

取水口附近海域水质要求较高。一般来说，海水淡化要求取用的海水中夹带的海洋生物尽可能少，以减少对取用海水的预处理。此外，海水淡化取水时会有卷载效应，会造成邻近局部海域的鱼卵、仔稚鱼和浮游生物等数量减少，因此，取水口设置应避开生物敏感区和保护区等海域，尽量采用在深水区、远离岸边或滩井的取水方式，既能防止对浮游生物、卵和幼虫的影响，所取的海水水质也往往比岸边和表层水水质好，不需或仅需最小量的化学预处理。

3.2.2 排水口选址

海水淡化后的排放水会对海域产生多种不利影响，如温排水、有害化学添加剂、高盐度和高密度等物理化学特征会损害生态系统。为使排放水温度、浓度、密度等尽快降低，排水口附近要有充足的混合速率和淡化体积来最小化不利冲击，最好能避开潟湖、半封闭性海湾等水文条件不宜和生物敏感度较高的水域，选择在开放性、水交换通畅的海域，以利于排放水浓度的快速降低。

4 海水淡化的海域管理政策建议

4.1 海水淡化的政策支持

多年来，我国对海水淡化的政策一直持支持和鼓励态度。2000年，海水淡化被列入《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》；2001年，海水淡化作为先进环保和资源综合利用领域的高技术，被列入国家计委、科技部联合发布的《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》；2003年，海水淡化被写入《全国海洋经济发展规划纲要》中；2005年，国务院颁布了《国务院关于做好节约型社会近期重点工作的通知》，明确提出要推进沿海缺水城市海水淡化和海水直接利用。2005年8月18日，国家发展改革委、国家海洋局和财政部联合发布了《海水淡化专项规划》；2006年1月，国家标准化管理委员会、国家发展和改革委员会、科技部、国家海洋局联合发布《海水淡化标准发展计划》；2006年，科技部发布《国家中长期科学技术发展规划纲要（2006—2020）》，将海水淡化列入重点领域及其优先主题；2008年2月，国家海洋局发布《国家海洋事业发展规划纲要》，提出海水淡化对沿海缺水地区的贡献率要达到16%～24%；2008年10月，国家海洋局和科技部联合发布《全国科技兴海规划纲要》，提出要推进海水农业技术集成与产业化和海水综合利用产业技术集成与产业化，发展海水综合利用产业链开发示范工程。此外，沿海多个省市如辽宁、大连、天津、舟山等还出台了适合本地特点的海水淡化政策。

4.2 海水淡化的海域管理建议

各级政府和社会各界高度重视海水淡化，国家出台了大量支持政策，经过多年发展，海水淡化的技术不断成熟，成本不断降低，海水淡化已具备了产业化发展的条件。作为海洋管理部门，在支持其发展的同时应当严格管理其用海行为。

（1）我们对于海水淡化事业的发展在海域使用上应予以鼓励和支持，保证其用海需求，具体可以结合海洋功能区划编制，对于海水淡化厂的取水口和排水口用海给予保证。

（2）对于海水淡化用海的海域使用金予以适当减免。目前淡化海水在沿海地区代替普通陆地淡水的障碍之一是成本较高，我国已有减免海水淡化厂税金的政策。海洋管理部门在支持海水淡化发展方面，除用海保障外，还可以对其海域使用金予以减免。

（3）严格管理海水淡化取水口与排水口的选址。取水口与排水口要避开生物敏感区、潟湖、半封闭性海湾等条件不适宜的海域，尽量选择水文动力条件较好的开放性海域，以减轻取水时卷载效应对海洋环境的影响，便于排水时浓海水的扩散和稀释。

（4）加强海水淡化项目用海的论证管理工作。目前海水淡化的海域使用论证管理工作薄弱，许多规模较小的海水淡化项目因其海域使用面积较小，甚至都没有进行专门的海域使用论证。实际上，虽然海水淡化的海域使用面积小，但其对于海洋的影响却比较大。有研究指出，按照我国2010年规划的海水淡化规划量计算，所产生的排海浓盐水会导致我国胶州湾地区局部海域盐度和高盐度水域面积明显增加［5］。因此，今后应加强海水淡化用海的海域使用论证工作，以减少对海洋环境的损害。

（5）鉴于浓海水对海洋环境的不利影响，应严格管理浓海水排放，加强对排水口附近水质的监测，并针对浓海水的特点进行有针对性的监测，同时监控排水区域相邻功能区的水质。

（6）采取多种措施鼓励浓海水的综合利用，尽量减少浓海水的直接排放。

［1］国家海洋局.海水利用专项规划.2005.

［2］沈明球，周玲，郝玉.我国海水综合利用现状及发展趋势研究［J］.海洋开发与管理，2009，26（7）：23－27.

［3］Lattemann S，Höpner T.Environmental impact and impact assessment of seawater desalination［J］.Desalination，2008，220：1－15.

［4］马学虎，兰忠，王四芳，等.海水淡化浓盐水排放对环境的影响与零排放技术研究进展［J］.化工进展，2011（1）：237－238.

［5］王晓萌，梁生康，石晓勇，等.胶州湾海水淡化排海浓盐水对浮游植物生长的影响［J］.中国海洋大学学报，2009（5）：227－233.