环渤海地区海水淡化对海洋环境的影响分析

陈航，王跃伟

（1.沈阳理工大学 沈阳 110159；2.辽宁大学 沈阳 110136）

环渤海地区海水淡化对海洋环境的影响分析

陈航1，王跃伟2

（1.沈阳理工大学 沈阳 110159；2.辽宁大学 沈阳 110136）

环渤海地区海水淡化发展呈现出规模大、发展速度快的趋势。基于环渤海地区海水淡化产业的发展现状，分析了海水淡化的浓盐水排放、固废物、温排水和化学污染物等问题对半封闭的渤海湾海洋环境的影响，并提出了环渤海地区海水淡化产业合理发展和布局的几点建议。

环渤海；海水淡化；海洋环境

环渤海地区是中国最缺水的地区，人均水资源量低于1 000 m3，地下水超采、海水入侵等问题严重，海水淡化是解决环渤海地区淡水资源短缺的最有效途径。渤海是中国最大的半封闭内海，从辽东半岛沿海岸到胶东半岛，三面大陆环绕的格局状如英文字母C，其水体交换能力很差，整个水体循环周期约为30年或更长的时间。海水淡化过程中固废物、浓盐水的排放和温排水的排放问题，如得不到妥善解决，势必对环渤海海洋环境造成巨大的负面影响。环渤海地区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，应特别注意海水淡化工程对海洋环境的影响。从合理利用海域资源和保护海洋环境，长远解决环渤海地区水资源短缺问题等角度出发，提出海水淡化产业和海水淡化企业合理规划布局的调整建议。

1 环渤海地区海水淡化产业的发展现状

1.1 环渤海地区水资源供需矛盾比较突出

环渤海地区地处海河流域、辽河流域、黄河流域下游和山东半岛、辽东半岛，是中国水资源最紧张的地区。北京市、天津市水资源量为300 m3/年·人以下，山东省为320 m3/年·人，河北省为380 m3/年·人，均在500 m3/年·人的国际极度缺水指标以下，仅辽宁省稍高，为860 m3/年·人，也在1 000 m3/年·人的严重缺水指标以下。黄河断流、海河断流、辽河断流等河流断流现象比比皆是；地下水超采，地面沉降，海水入侵，地下水有遭受破坏不可恢复的危险；水量不足，水质更加堪忧，该地区平原水体几乎全部被污染，找不到一条纯净的河流，河湖湿地生态普遍遭受破坏。虽然即将建成的南水北调工程对于缓解山东、河北、北京、天津的水资源紧张状况会有所改善，但环渤海地区水资源紧张的状况仍将长期存在。

1.2 环渤海地区海水淡化产业的发展情况

环渤海地区虽然是淡水资源最紧张的地区，但也是利用海水条件很好的地区，该地区利用海水替代常规淡水的潜力巨大。渤海沿岸城市建设海水淡化工程的热情不断高涨，唐山曹妃甸工业区阿科凌、大连红沿河电站等多个万吨级及以上海水淡化项目已完成前期工作，纷纷投入使用。表1是涉及环渤海地区的主要海水淡化项目，到2010年，环渤海地区目前已经形成了日产36万t以上的海水处理能力，其中天津大港新泉、曹妃甸阿科凌、曹妃甸首钢京唐、河北国华沧电远期规划分别要达到15万t、10万t、15万t、20万t的日处理能力，因此，环渤海地区2020年的海水淡化的日处理能力至少在75万t以上。可以看出，环渤海地区海水淡化发展呈现出规模大、发展速度快的趋势。

表1 环渤海地区主要海水淡化项目

2 环渤海地区海水淡化产业的海洋环境影响分析

大力发展海水淡化产业，既是贯彻落实科学发展观、发展循环经济的需要，又是实现水资源可持续利用，长远解决环渤海地区水资源短缺问题的重要战略举措。但是，目前通过蒸馏和反渗透方式淡化海水，将无可避免地排放大量浓缩海水，因为浓缩海水盐度较高，对环境有较大影响。同时，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。

2.1 对渤海整个海区平均盐度的影响

根据海水淡化工程的环境质量评价报告可知，一般来说淡化率为40%左右（1 t海水可制得到0.4 t淡水），则到2020年取海水量可达187.5万m3/s（6.84亿m3/a），海水淡化可达75万m3/s，排放高盐度尾水量可达112.5万m3/s（4.22亿m3/a）。结合规划目标和表2可以看出，到2020年相当于减少了6.84×108m3的入海径流量。

表2 2020年环渤海地区海水淡化水平衡分析（108m3/a）

从表3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0.222度，约为背景盐度的0.625%。如果可以综合利用50%的高盐尾水，平均盐度的增幅可降为0.111度，约为背景盐度的0.34%。但前面分析入海径流的减少已经导致渤海湾盐度升高了11%～15%，再加上大规模实施海水淡化导致高盐尾水的大量排放，两方面的影响相互叠加，必然会对渤海及渤海湾的生态系统产生更大的危害。

2.2 排放口附近海域影响分析

2.2.1 固废物的排放问题

据《中国海洋环境质量公报》显示，渤海水体为重度污染，尤其是铅、汞、砷等重金属严重超标。海水淡化、制盐和盐化工产品提取生产过程中产生的固体废弃物含有大量重金属，目前固废物主要用做围海造陆的吹填土。这将对近海海域造成很大的污染。同时，海水中过量重金属除直接对海洋生物造成毒害外，还由生物体富集和食物链传递，通过海产品进入人体并造成危害。

表3 环渤海海水淡化盐平衡分析

2.2.2 海水淡化后浓盐水的排放问题

图1 环渤海地区主要海水淡化工厂分布

海水淡化排出大量的浓盐水，其含盐量高于海水一倍左右。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。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，让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。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 t的海水淡化厂，如果连续3日直接把高盐水排入海区，8 km2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23 km2。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。

2.2.3 温排水问题

利用电厂余热进行淡化、制盐及盐化工产品的提取，具有很高的经济价值，但废海水中的热能会使局部海域水温升高，导致某些浮游生物急剧繁殖和高度密集，从而产生“赤潮”，造成海洋生物大量死亡。海水水温的升高还会使海水中溶解氧的含量降低，影响生物的新陈代谢，甚至使生物群落发生改变，破坏海洋生物的栖息环境。例如，自1980年以来，渤海赤潮频繁发生，周期越来越短，面积越来越大。迄今为止，赤潮总数超过300次以上，其中最长的一次持续了72天。对于渤海海域，赤潮一般发生在炎热的夏季，但2006年10月22日至11月5日，河北省黄骅附近海域发生了近1 600 km2的球形棕囊藻赤潮。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，可见排放废水的温度问题不容忽视。

2.2.4 海水淡化厂排放的化学污染物

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。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。

综上所述，海水淡化过程中固废物、浓盐水的排放、温排水和化学污染物等问题，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。

3 建议

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。针对环渤海地区海水淡化对海洋环境带来的问题提出如下建议：

（1）从整个渤海角度对海水淡化工程进行合理规划与布局。根据渤海地区的水资源需求量，结合陆域淡水资源分布，合理安排区域的海水淡化工程布局。积极开展对渤海的海水淡化总量研究，从整体和分区两个层面研究渤海海水淡化可承受的总量，同时结合工业、生活、生态等功能的海岸线利用规划，优化布局。

（2）设立专项资金，进一步加强消减海水淡化环境影响技术的科研支持力度。建议结合国家“863”计划，由国家有关部委及地方政府拨付专项资金，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浓盐水综合利用，开展海水利用规划工程环境影响评价研究。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。

（3）尽快制定统一环境标准，使海水淡化产业发展有法可依。海水淡化是新兴产业，相关法律法规尚未制定。国家有关部门应尽快制定相关标准，特别是在海水淡化、制盐和盐化工产品提取生产过程中三废的排放标准。建议对于排放的浓盐水应做到重金属及有毒元素含量不超标，最低达到国家二类海水水质标准；盐含量不高于当地所取原海水指标；排放水水温不高于27℃。从源头上控制大规模海水淡化对渤海湾生态环境的影响。

（4）推广海水淡化的循环经济模式

海水淡化排放的高温、高盐海水对海水交换能力较差的渤海湾生态环境的影响比较大，这也制约着环渤海地区海水淡化产业的进一步推广，因此海水淡化产业必须考虑到生态平衡和整个循环产业链。作为国家首批循环经济试点项目的天津北疆电厂是一个集发电、海水淡化、浓海水制盐、土地节约整理、废弃物资源化再利用“五位一体”的国内最大循环经济试点项目。国投北疆电厂一期工程利用汉沽盐场接受浓海水进行摊晒制盐，二期工程利用工业化真空制盐，对浓海水进行综合利用，生产盐及盐化工产品，无废液排向渤海，既可避免浓海水直接排海造成的生态破坏，还可产生较大的经济效益。此外，由于海水淡化成本在很大程度上取决于消耗电力和蒸汽的成本，水电联产可以利用电厂的蒸汽和电力为海水淡化装置提供动力，从而实现能源高效利用和降低海水淡化成本。因此，北疆电厂的循环经济模式对于海水交换能力差又濒海缺水的环渤海地区而言，具有推广和示范意义。

2011-12-12

国家自然科学基金项目（40871063）