海水淡化工程對環(huán)境的影響及對策

海水淡化工程對環(huán)境的影響及對策

0海水淡化技術分類及規(guī)模隨著我國經(jīng)濟和社會的全面發(fā)展和人民生活水平的逐步提高，淡水需求急劇增加，淡水資源日益稀缺。海水淡化因不受氣候和時空條件限制,成為解決我國沿海地區(qū)淡水供給問題的重要方法,在部分海島地區(qū)甚至是唯一的有效方法目前國際商業(yè)化應用的主流海水淡化技術分為熱法和膜法2種類型,其中熱法主要為低溫多效蒸發(fā)工藝和多級閃蒸工藝,膜法主要為反滲透工藝。截至2016年年底,我國已建成海水淡化工程131個,總規(guī)模達118.8萬t/d,應用反滲透工藝、低溫多效蒸發(fā)工藝和多級閃蒸工藝的海水淡化工程分別占總規(guī)模的68.40%、31.07%和0.50%隨著我國海水淡化產(chǎn)能的快速增加,其對環(huán)境的影響逐漸被關注。尤其是海水淡化過程中產(chǎn)生的濃海水,大量直接排放入海對海洋生態(tài)環(huán)境的影響不容忽視,有必要加以研究和應對。1新能源海水淡化技術存在的問題海水淡化設備運行須消耗能量,能耗是海水淡化最主要的成本。熱法海水淡化系統(tǒng)的能耗較高且能量利用效率較低,而帶有能量回收裝置的反滲透海水淡化系統(tǒng)的能耗較低。大部分海水淡化工程采用電能作為能量來源,在發(fā)電過程中燃燒化石燃料可能產(chǎn)生非甲烷類揮發(fā)性有機化合物等物質,如處理不當可能污染大氣環(huán)境。目前太陽能、風能、海洋能和核能等新能源海水淡化技術仍處于研發(fā)階段且不夠成熟,僅在一些海島等特殊地區(qū)有少量示范工程,是海水淡化技術的研究方向之一。此外,海水淡化工程施工期的管線開鑿、廠房建設和設備安裝等活動可能產(chǎn)生懸浮物、含油污水和固體廢棄物等,如處理不當可能污染近岸海域的海洋生態(tài)環(huán)境。海水淡化廠區(qū)和輔助設施建設占用土地,導致海岸帶工業(yè)化加速,濱海自然景觀被破壞,影響當?shù)厣鐣瞽h(huán)境。海水取水工程可能影響海水交換和沉積物運動2濃度海洋對海洋生態(tài)環(huán)境的影響海水淡化是從天然海水中分離淡水的過程,在此過程中,只有不到50%的海水變?yōu)榈?其余海水以濃海水的形式排放2.1海水濃海水多效蒸發(fā)工藝海水溫度是海水環(huán)境和海洋生態(tài)環(huán)境的重要評價指標。在熱法海水淡化的過程中,熱交換系統(tǒng)產(chǎn)生的濃海水的溫度較高,其中多級閃蒸工藝和低溫多效蒸發(fā)工藝產(chǎn)生的濃海水的溫度分別為70℃～90℃高溫濃海水顯著提高排放口附近海域的海水溫度,從而嚴重影響海洋生態(tài)環(huán)境。(1)改變海洋水文條件,即高溫濃海水上升到海水表面形成羽流并與冷海水混合2.2海水淡化系統(tǒng)目前主流海水淡化技術的產(chǎn)淡水率仍較低,熱法海水淡化系統(tǒng)和膜法海水淡化系統(tǒng)分別為15%～50%和30%～40%濃海水顯著提高排放口附近海域的海水鹽度,并在一定范圍內(nèi)形成高鹽度區(qū),從而嚴重影響海洋生態(tài)環(huán)境。Ruso等2.3常用的殺菌劑濃海水中含有有機物和營養(yǎng)鹽,一部分是海水固有并在海水淡化過程中被濃縮,另一部分由海水淡化過程中的各種化學藥劑殘留及其進一步反應所產(chǎn)生。為提高海水淡化系統(tǒng)的運行效率和保護相關組件,須對原海水進行預處理,即殺菌、除濁、脫碳、脫氧、緩蝕、阻垢、消泡、軟化和中和等。常用的殺菌劑包括液氯、次氯酸鈉和二氧化氯,防止細菌和藻類等微生物滋生和腐蝕海水淡化裝置。氯可將穩(wěn)定的溴化物轉化為活潑的溴,形成有毒且穩(wěn)定的鹵代有機化合物,破壞海洋生物的酶代謝過程,降低其生物活性,改變其物種組成,甚至可在生物體內(nèi)累積并隨食物鏈傳遞,威脅人類健康。常用的阻垢劑包括聚磷酸鹽、馬來酸或聚丙烯酸等,防止傳熱管和反滲透膜等海水淡化組件的表面結垢。濃海水中一般含有阻垢劑中的磷,可能造成海水富營養(yǎng)化,甚至引發(fā)赤潮。在熱法海水淡化過程中,須加入消泡劑以去除蒸發(fā)器中的泡沫,消泡劑的主要成分為聚乙二醇類,可破壞海洋生物細胞內(nèi)膜,并與鹵素化合生成致癌物質和誘變劑2.4熱法海水淡化系統(tǒng)的組成濃海水中含有多種重金屬,主要來源于海水淡化過程中的管道腐蝕溶出和沖洗脫落等。低溫多效蒸發(fā)工藝產(chǎn)生的濃海水重金屬含量較高,而反滲透工藝產(chǎn)生的濃海水重金屬含量較低。熱法海水淡化系統(tǒng)的傳熱管常采用銅合金、不銹鋼和鋁合金等材料,其腐蝕產(chǎn)物一般為銅、鎳、鋅、鉬、鋁和鐵等,其中銅的含量最高。重金屬是海洋生物必需的微量元素,但含量過高可能對海洋生物產(chǎn)生毒害作用。(1)在生物體內(nèi)富集并隨食物鏈傳遞,威脅人類健康;(2)通過沉積和擴散作用進入浮游植物細胞內(nèi)部,減少細胞色素,抑制其光合作用和呼吸作用,改變其種類組成和分布等;(3)銅含量過高可與蛋白質結合,使浮游植物細胞中的酶失活,限制其對硝酸鹽和硅酸鹽的吸收和利用,影響其代謝、生長和繁殖2.5海水淡化系統(tǒng)組件清洗處理一般在濃海水海水pH值較穩(wěn)定。為防止海水淡化組件結垢,一般對原海水酸化處理,濃海水即呈弱酸性。此外,海水淡化系統(tǒng)中的過濾器、蒸發(fā)器和反滲透膜等組件須定期清洗,一般采用檸檬酸和多磷酸鈉等弱酸性清洗劑,酸性清洗廢水隨濃海水共同排放。酸性濃海水可能降低海水pH值,造成局部海域的海水酸化現(xiàn)象,不僅影響海洋地球化學特性,而且影響海洋生物乃至整個海洋生態(tài)系統(tǒng)2.6浮游植物的分離和凈化為防止海水淡化系統(tǒng)管道內(nèi)生物的生長和附著,須在原海水中加入含氯殺菌劑,因此濃海水中可能含有余氯。為保護反滲透膜,反滲透工藝須在海水進入反滲透膜前加入還原劑以清除殘留殺菌劑,因此產(chǎn)生的濃海水余氯含量較低。余氯包括游離性余氯和化合性余氯,其中游離性余氯不穩(wěn)定,經(jīng)海水對流擴散的稀釋作用而衰減較快,而化合性余氯較穩(wěn)定。余氯主要對海洋生物造成影響。(1)改變浮游植物的種類組成;(2)浮游動物對余氯較敏感,含量較低的余氯即可對浮游動物產(chǎn)生明顯影響;(3)使貝類失去附著力,破壞其呼吸膜,導致其缺氧窒息死亡;(4)使魚鰓組織發(fā)生病變,氧化血紅蛋白中的鐵離子,降低魚類血液還原性酶的活性和運氧能力,影響其呼吸作用2.7熱法海水淡化的影響溶解氧含量是海水環(huán)境和海洋生態(tài)環(huán)境的重要評價指標。由于溶解氧含量隨海水溫度的升高而降低,熱法海水淡化產(chǎn)生的熱濃海水導致排放口附近海域的溶解氧含量降低;反滲透工藝清除殘留殺菌劑的還原劑的主要成分為亞硫酸氫鈉,易與海水中的溶解氧發(fā)生氧化還原反應,導致溶解氧含量降低。此外,濃海水中的氮、磷和有機物導致海水富營養(yǎng)化,加速溶解氧的消耗。2.8天然海水的流速機械卷載效應主要是由于濃海水排放量較大,較快的流速與天然海水形成流速差,使海水壓力發(fā)生變化,撞擊海洋生物的胚胎、幼蟲、幼體和成體,使其死亡或受傷3處理措施3.1反滲透海水淡化工程在海水淡化工程勘察和設計階段,應盡可能地遠離醫(yī)院、學校和居民區(qū)等人群聚集區(qū),避開已規(guī)劃或已運營的濱海旅游區(qū)和自然保護區(qū)等生態(tài)敏感區(qū)域。工程施工階段產(chǎn)生的含油污水應收集后處理,禁止直接排放入海;采用沉井式取水方法,避免擾動水體;在反滲透海水淡化系統(tǒng)的高壓泵和能量回收裝置中安裝消音器或聲屏障等,減小噪音;海水輸送管道避開地下蓄水層,并采用耐腐蝕的高性能材料和加強日常巡檢,防止管道“跑冒滴漏”。對于工程運行階段產(chǎn)生的固體廢棄物,首先鑒定其危險性,如為危險廢棄物則由專業(yè)機構處理,如為一般廢棄物則按有關規(guī)定處理。根據(jù)工程所在地的具體情況,選擇能耗較低的海水淡化技術,也可綜合采用多種海水淡化技術,提高產(chǎn)淡水率和降低工程成本。新能源因其清潔無污染和可再生等特點,具有良好的發(fā)展前景,其中太陽能和風能海水淡化技術尤其適用于偏遠海島的中小型海水淡化工程3.2機械卷載效應和旋轉軸濃海水排放口應遠離海灣和河口等生態(tài)敏感區(qū)域,盡可能地選擇海洋水動力條件較好的開放性海域,避開由岬角等特定地形引起的渦流帶和波浪破碎帶。減緩排水流速,從而減小機械卷載效應。在濃海水排放管道末端50～100m處采用多端口擴散,擴散位置的水深至少為7m,起點距低潮線至少200m3.3加快濃海水綜合利用和“零排放”技術的研發(fā)濃海水中含有大量無機鹽、稀有元素和化合物,是重要化工原料?？删C合利用濃海水制鹽、制堿以及提取溴、鎂、鉀、鋰、鈾和碘等濃海水綜合利用和“零排放”技術是海水淡化產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑,但目前存在占地面積大、制鹽蒸