海水淡化的生態(tài)和環(huán)境問題

1、海水淡化的生態(tài)和環(huán)境問題王婉瑩天津科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院10051128摘要：海水淡化是解決淡水資源短缺的重要途徑，但高鹽度尾液的排放會導(dǎo)致海水鹽度升高，進(jìn)而對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成一定的影響。本文介紹了中國海水淡化的現(xiàn)狀，綜述了海水淡化濃鹽水排放對海洋環(huán)境和海洋生物的影響，提出了相應(yīng)的解決措施與解決方案。關(guān)鍵字：海水淡化；海洋生態(tài)；濃鹽水；影響Seawater desalination of ecological and environmental problems Wang WanyingTianjin university of science and technology institu

2、te of Marine science and engineering10051128Abstract:Seawater desalination for solving the shortage of fresh water resources is an important way，but high salinity tail liquid discharge can lead to salinity increases,and Marine ecological system produce certain effectThis paper introduces the present

3、 situation of Chinese desalination,and reviews the seawater desalination strong brine discharge on the Marine environment and the influence of sea creatures,and put forward the corresponding solution measures and solutions.Keywords:Seawater desalination;Marine ecological;Brine;Effect前言目前，世界上許多地區(qū)面臨著淡

4、水資源短缺問題，我國也不例外，人均淡水擁有量僅為世界平均水平的1/ 4。世界上常用的淡水來源除河流外，主要有地下水、遠(yuǎn)程調(diào)水和海水( 苦咸水) 淡化三種1。其中，海水淡化作為水資源供給的一種重要途徑得到廣泛認(rèn)可，目前應(yīng)用范圍較廣的海水淡化方法有反滲透膜法、蒸餾法和電滲析法。據(jù)統(tǒng)計，世界范圍內(nèi)海水淡化日產(chǎn)量為2.45×107m3。在我國，隨著沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人口的高速增長，淡水供求矛盾日益突出；而海水淡化產(chǎn)業(yè)正處于起步階段，目前建成并運(yùn)行的海水淡化廠日產(chǎn)量約為1.2×105m32。海水淡化是目前解決缺水問題的一個有效的辦法，但同時它也對環(huán)境產(chǎn)生一系列的負(fù)面影響。大規(guī)模

5、海水淡化可能引發(fā)的環(huán)境問題引起了國際社會越來越多的關(guān)注，包括海水淡化濃鹽水排放對環(huán)境的潛在影響與海水淡化濃鹽水合理排放等3。1海水淡化濃鹽水對環(huán)境的影響1.1海水淡化濃鹽水對社會環(huán)境的影響目前，熱法海水淡化能耗高，能量利用率低，造成能源的大量浪費(fèi)。RO膜法海水淡化需要采用高壓泵，消耗大量的電能。研究表明，每產(chǎn)1m3的淡水，MSF、MED和RO能耗范圍分別為2436 kW·h、1830 kW·h和36 kW·h；同時MSF和MED熱法海水淡化還應(yīng)包括1.24.5 kW·h的動力消耗，而對于無能量回收裝置的RO裝置，能量消耗更大。除耗能的影響外，海水淡化設(shè)施

6、與廠區(qū)建設(shè)占據(jù)部分海岸線，而且海水淡化廠還需要相應(yīng)的輔助設(shè)施，導(dǎo)致海岸向工業(yè)區(qū)發(fā)展，破壞自然景觀，沿岸地區(qū)的土地價值降低；大量用于輸送海水和濃鹽水的管路埋設(shè)地下，管道腐蝕或滲漏會污染地下蓄水層4。此外，RO膜法海水淡化中需采用高壓泵，噪聲大。而熱法海水淡化為防止結(jié)垢與腐蝕必須進(jìn)行脫氣，脫出的CO2直接排入大氣，用于發(fā)電與蒸汽鍋爐的煤炭燃燒也會產(chǎn)生大量CO2氣體，造成大氣污染。1.2海水淡化濃鹽水對海洋環(huán)境的影響排放海水的組成海水淡化預(yù)處理中用到的主要化學(xué)藥劑有：殺菌劑、混凝劑、阻垢劑、緩蝕劑、消泡劑、還原劑、酸堿等。而這些藥劑及其副產(chǎn)物最終隨濃鹽水排放到海洋中，嚴(yán)重破壞了海洋環(huán)境。預(yù)處理過程中

7、常用的殺菌劑有液氯、次氯酸鈉等，由于RO 膜組件易被氧化，所以進(jìn)料水在進(jìn)入RO 系統(tǒng)前必須進(jìn)行中和余氯的處理。濃鹽水排放后，氯濃度會由于降解和物理稀釋過程而有所降低，但是即使是低濃度的氯對水生生物也有一定的危害。首先，氯是一種強(qiáng)力殺生劑；其次，氯與海洋中有機(jī)物反應(yīng)可形成大量的氯代副產(chǎn)物，這些氯代有機(jī)物對水生生物都是有害的5。此外，海水淡化過程中常用的緩蝕阻垢劑、消泡劑和還原劑多為含磷的有機(jī)或無機(jī)化學(xué)品，隨濃鹽水排放至海洋中，可能會導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化，尤其是在半封閉的海灣區(qū)域。半封閉海域與外海自然交換和自凈能力弱，有機(jī)物含量增大，導(dǎo)致海水化學(xué)需氧量增大、濁度升高。鹽度排放濃鹽水的鹽度約為天然海水

8、的兩倍。沿海地區(qū)海水淡化廠排放的高鹽廢水主要影響淺海及河口。受大陸淡水影響，淺海鹽度一般為27 30，河口區(qū)鹽度一般為0 30。海灣地區(qū)由于其蒸發(fā)量較高、淡水徑流較少和受海水淡化廠排放的高鹽廢水的影響，其鹽度往往高于45；地中海和紅海的鹽度也超過41。濃鹽水的排放導(dǎo)致海洋鹽度的增加，而且半封閉海域海水更新速度慢，使鹽度分布不均6。過高的鹽度對一些耐鹽性差的海洋生物可能是致命的，并且長期的高鹽度與鹽度分布不均，可能會引起海洋生物的物種組成與分布的變化。化學(xué)清潔劑海水淡化過程中，過濾器、蒸發(fā)器與膜組件都需要定期清洗。清洗過程采用物理沖洗或酸堿等化學(xué)清洗劑清洗，清洗廢液的排放也會造成海洋環(huán)境的污染，

9、進(jìn)而影響海洋生物的生存狀態(tài)。綜上所述，排放濃鹽水的組成、濃度和清洗排放水等嚴(yán)重影響了海洋環(huán)境，對海洋水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了不利的影響。2鹽度升高對海洋生物的影響 海水鹽度對海洋生物生長發(fā)育及生理活動有著多方面的影響，是海洋生態(tài)的基礎(chǔ)環(huán)境因子。海水鹽度升高對海洋生態(tài)與氣候變暖、氣溫升高對陸地生態(tài)一樣有著深層次的巨大影響，但是人們對鹽度升高的生態(tài)學(xué)認(rèn)識還需亟待提高。海水中鹽度的變化對海洋生物有著非常重要的影響。多數(shù)無脊椎動物和原始魚類(如鯊和鰩)血液和體液的含鹽量約等于海水的平均鹽度，硬骨魚類血液中鹽濃度僅是周圍海水鹽度的30%50% 。海洋生物為維持正常的生理、生化活動必須要保持體內(nèi)相對穩(wěn)定的鹽濃

10、度和水分7。2.1鹽度升高對浮游生物的影響鹽度升高對浮游植物的影響 海水淡化排放的高鹽廢水含有大量固體懸浮顆粒及營養(yǎng)鹽，這些成分可造成局部海域富營養(yǎng)化，促使浮游植物物種單一化和個別種群的爆發(fā)性生長、繁殖，從而嚴(yán)重擾亂了該海區(qū)的生態(tài)平衡。申屠青春等8的室內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，鹽度升高使浮游植物群落的多樣性指數(shù)下降，而藻類中的耐鹽性微藻就成了優(yōu)勢種。高密度濃鹽水還可導(dǎo)致海水濁度升高，使入射光線減少，從而抑制浮游植物的光合作用。鹽度升高對浮游動物的影響鹽度的升高或降低都會影響水生生物的代謝活動。各種浮游動物均有各自的耐鹽范圍和最適鹽度，各種橈足類動物對鹽度均具有不同的耐受能力。浮游動物在不同發(fā)育階段的適鹽范圍

11、也存在差異，橈足成體的適鹽范圍大于橈足幼體，而橈足幼體的適鹽范圍又大于無節(jié)幼體9。鹽度對浮游動物的分布、群落組成有較大的影響, 鹽度過高會引起浮游動物生物量的降低和種類數(shù)的減少; 多樣性指數(shù)的降低, 使浮游動物群落向耐鹽類型方向演替8。2.2鹽度升高對底棲生物的影響高密度的鹽水沉降到海底，使底棲生物因細(xì)胞脫水、組織膨壓降低而死亡， 并改變其原有生境，從而給底棲生物帶來巨大的傷害。高鹽對底棲動物幼體的負(fù)面影響往往要高于對成體的負(fù)面影響，種群會因幼體的大量死亡而衰退，群落穩(wěn)定性也將降低9。底棲動物的高鹽耐受能力存在一定的差異，對鹽度變化敏感的種類其豐度降低，甚至消失，進(jìn)而導(dǎo)致底棲生物群落的異常演替

12、和多樣性減少10。2.3鹽度升高對海洋微生物的影響 鹽度略微升高會增加微生物總數(shù)，但鹽度升高很大時，會使海洋微生物生存環(huán)境間接或直接發(fā)生很大的變化，從而使微生物總數(shù)明顯下降。胡章立等人11在研究人為因素導(dǎo)致的鹽度變化對Kinneret湖水細(xì)種群的影響發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有湖水鹽度及細(xì)菌種群的基礎(chǔ)上，人為增加鹽度，細(xì)菌總數(shù)出現(xiàn)明顯的增加，尤其是Cardiobacteriu、Pseudomonas和Vibrio等均大量繁殖，使得細(xì)菌總數(shù)達(dá)到很高水平。2.4鹽度升高對甲殼類經(jīng)濟(jì)動物的影響 鹽度是影響海水甲殼動物生長的重要生態(tài)因子，鹽度對甲殼動物的影響主要有3方面：一是動物生存、發(fā)育、生長和繁殖的適宜（最適）鹽

13、度范圍12；二是鹽度對甲殼動物生理過程（如呼吸率、排泄率、攝食率、生長率等）的影響；三是鹽度對甲殼動物代謝及滲透調(diào)節(jié)的生理生態(tài)學(xué)機(jī)理的探討。甲殼動物滲透壓調(diào)節(jié)機(jī)能與Na+，K+-ATPase活性變化直接相關(guān)。鹽度脅迫引起蝦蟹類體內(nèi)的Na+，K+-ATPase活性產(chǎn)生相應(yīng)的變化，新陳代謝加速，耗氧率升高，能量需求量增加，引起體內(nèi)代謝機(jī)能的失常和免疫防御能力的降低，以致于正常狀態(tài)下處于隱性感染的病原體對其也可能造成嚴(yán)重的病害13。3.海水淡化濃鹽水的利用 鑒于濃鹽水對海洋環(huán)境的影響，根據(jù)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、加強(qiáng)海洋環(huán)境保護(hù)的要求，在淡化技術(shù)成熟并投入推廣應(yīng)用以后，濃鹽水利用技術(shù)的開發(fā)成為重要課題。海水淡

14、化副產(chǎn)物濃鹽水中富含鈉、鉀、溴、鎂和鋰等有用物質(zhì)，且多為陸地緊缺的礦物資源14。對淡化副產(chǎn)物濃鹽水進(jìn)行化學(xué)資源的綜合利用是十分必要的。3.1濃鹽水制鹽海水日曬制鹽是我國的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，該方法工藝簡單，技術(shù)成熟，節(jié)能環(huán)保，生產(chǎn)成本低，但產(chǎn)品質(zhì)量較差，產(chǎn)品海鹽主要作為氯堿工業(yè)及純堿的生產(chǎn)的原料。日曬法也是濃鹽水制鹽最經(jīng)濟(jì)的方法。“海水淡化與制鹽的銜接技術(shù)”已由天津科技大學(xué)和海晶集團(tuán)合作研究成功，可以保證淡化濃鹽水日曬制鹽的質(zhì)量符合工業(yè)鹽國標(biāo)要求15。3.2濃鹽水提溴劉立平等16采用酸法空氣吹出提溴法對北疆電廠排出的濃鹽水制取工業(yè)溴的可行性進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：以北疆電廠排出的濃鹽水為原料使用酸法吹

15、溴工藝是可行的。利用濃鹽水的溫度可實現(xiàn)常年連續(xù)生產(chǎn)，對提高海水資源的利用率，滿足國內(nèi)工業(yè)溴原料的需求，意義重大。以濃鹽水為原料可以適當(dāng)降低氣液比，降低吸收液的排出濃度，可以起到節(jié)能的效果，降低生產(chǎn)成本。3.3濃鹽水制鎂 海水淡化過程中排放的濃鹽水富含鎂離子，約1.83.2g /L，利用淡化后濃鹽水制取高附加值的氫氧化鎂是海水綜合利用的重要途徑之一，同時也解決了濃鹽水的排放問題17。相對于雜質(zhì)組分含量較多的苦鹵，濃鹽水更容易制備出高純鎂鹽產(chǎn)品，但存在鈣雜質(zhì)的去除問題，衣麗霞等18對淡化后濃鹽水制備高純氫氧化鎂中鈣雜質(zhì)的去除問題進(jìn)行了詳細(xì)的研究，在最適宜工藝條件下鈣離子的去除率達(dá)80% 以上，為濃

16、鹽水制備性能優(yōu)越的氫氧化鎂粉體材料奠定了基礎(chǔ)。4結(jié)束語鹽度是影響海洋生物生存、生長的重要因素，所以應(yīng)慎重處理海水淡化后的高濃度尾液的排放問題，避免因鹽度急升對海洋生態(tài)造成的危害。目前國內(nèi)已經(jīng)對濃鹽水的綜合利用開展了多方面的研究，與海水相比，從濃鹽水中提取鈉、鉀、溴、鎂和鋰等有用物質(zhì)具有明顯優(yōu)勢，加強(qiáng)濃鹽水利用對于促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保護(hù)海洋環(huán)境具有重要的作用。參考文獻(xiàn)1徐賢英.海水淡化技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用J .工程建設(shè),2006,38(4):55-59.2EINAVR,HAMSSIBK,PERIYD. The footprint of the desalination processes on th

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