海水淡化的生态和环境问题

1、海水淡化的生态和环境问题王婉莹天津科技大学海洋科学与工程学院10051128摘要：海水淡化是解决淡水资源短缺的重要途径，但高盐度尾液的排放会导致海水盐度升高，进而对海洋生态系统造成一定的影响。本文介绍了中国海水淡化的现状，综述了海水淡化浓盐水排放对海洋环境和海洋生物的影响，提出了相应的解决措施与解决方案。关键字：海水淡化；海洋生态；浓盐水；影响SeawaterdesalinationofecologicalandenvironmentalproblemsWangWanyingTianjinuniversityofscienceandtechnologyinstituteofMarinescie

2、nceandengineering10051128Abstract:Seawaterdesalinationforsolvingtheshortageoffreshwaterresourcesisanimportantway，buthighsalinitytailliquiddischargecanleadtosalinityincreases,andMarineecologicalsystemproducecertaineffectThispaperintroducesthepresentsituationofChinesedesalination,andreviewstheseawater

3、desalinationstrongbrinedischargeontheMarineenvironmentandtheinfluenceofseacreatures,andputforwardthecorrespondingsolutionmeasuresandsolutions.Keywords:Seawaterdesalination;Marineecological;Brine;Effect前言目前，世界上许多地区面临着淡水资源短缺问题，我国也不例外，人均淡水拥有量仅为世界平均水平的1/4。世界上常用的淡水来源除河流外，主要有地下水、远程调水和海水（苦咸水）淡化三种1。其中，海水淡化作

4、为水资源供给的一种重要途径得到广泛认可，目前应用范围较广的海水淡化方法有反渗透膜法、蒸馏法和电渗析法。据统计，世界范围内海水淡化日产量为2.45X107m3。在我国，随着沿海地区经济的迅速发展和人口的高速增长，淡水供求矛盾日益突出；而海水淡化产业正处于起步阶段，目前建成并运行的海水淡化厂日产量约为1.2X105m32o海水淡化是目前解决缺水问题的一个有效的办法，但同时它也对环境产生一系列的负面影响。大规模海水淡化可能引发的环境问题引起了国际社会越来越多的关注，包括海水淡化浓盐水排放对环境的潜在影响与海水淡化浓盐水合理排放等3。1海水淡化浓盐水对环境的影响1.1 海水淡化浓盐水对社会环境的影响目

5、前，热法海水淡化能耗高，能量利用率低，造成能源的大量浪费。RO膜法海水淡化需要采用高压泵，消耗大量的电能。研究表明，每产1m3的淡水，MSF、MED和RO能耗范围分别为2436kWh、1830kWh和36kWh；同时MSF和MED热法海水淡化还应包括1.24.5kWh的动力消耗，而对于无能量回收装置的RO装置，能量消耗更大。除耗能的影响外，海水淡化设施与厂区建设占据部分海岸线，而且海水淡化厂还需要相应的辅助设施，导致海岸向工业区发展，破坏自然景观，沿岸地区的土地价值降低；大量用于输送海水和浓盐水的管路埋设地下，管道腐蚀或渗漏会污染地下蓄水层4。此外，RO膜法海水淡化中需采用高压泵，噪声大。而热

6、法海水淡化为防止结垢与腐蚀必须进行脱气，脱出的CO2直接排入大气，用于发电与蒸汽锅炉的煤炭燃烧也会产生大量CO2气体，造成大气污染。1.2海水淡化浓盐水对海洋环境的影响1.2.1 排放海水的组成海水淡化预处理中用到的主要化学药剂有：杀菌剂、混凝剂、阻垢剂、缓蚀剂、消泡剂、还原剂、酸碱等。而这些药剂及其副产物最终随浓盐水排放到海洋中，严重破坏了海洋环境。预处理过程中常用的杀菌剂有液氯、次氯酸钠等，由于RO膜组件易被氧化，所以进料水在进入RO系统前必须进行中和余氯的处理。浓盐水排放后，氯浓度会由于降解和物理稀释过程而有所降低，但是即使是低浓度的氯对水生生物也有一定的危害。首先，氯是一种强力杀生剂；

7、其次，氯与海洋中有机物反应可形成大量的氯代副产物，这些氯代有机物对水生生物都是有害的5。此外，海水淡化过程中常用的缓蚀阻垢剂、消泡剂和还原剂多为含磷的有机或无机化学品，随浓盐水排放至海洋中，可能会导致水体的富营养化，尤其是在半封闭的海湾区域。半封闭海域与外海自然交换和自净能力弱，有机物含量增大，导致海水化学需氧量增大、浊度升高。1.2.2盐度排放浓盐水的盐度约为天然海水的两倍。沿海地区海水淡化厂排放的高盐废水主要影响浅海及河口。受大陆淡水影响，浅海盐度一般为2730，河口区盐度一般为030。海湾地区由于其蒸发量较高、淡水径流较少和受海水淡化厂排放的高盐废水的影响，其盐度往往高于45；地中海和红

8、海的盐度也超过41。浓盐水的排放导致海洋盐度的增加，而且半封闭海域海水更新速度慢，使盐度分布不均6。过高的盐度对一些耐盐性差的海洋生物可能是致命的，并且长期的高盐度与盐度分布不均，可能会引起海洋生物的物种组成与分布的变化。1.2.3化学清洁剂海水淡化过程中，过滤器、蒸发器与膜组件都需要定期清洗。清洗过程采用物理冲洗或酸碱等化学清洗剂清洗，清洗废液的排放也会造成海洋环境的污染，进而影响海洋生物的生存状态。综上所述，排放浓盐水的组成、浓度和清洗排放水等严重影响了海洋环境，对海洋水质和生态环境产生了不利的影响。2盐度升高对海洋生物的影响海水盐度对海洋生物生长发育及生理活动有着多方面的影响，是海洋生态

9、的基础环境因子。海水盐度升高对海洋生态与气候变暖、气温升高对陆地生态一样有着深层次的巨大影响，但是人们对盐度升高的生态学认识还需亟待提高。海水中盐度的变化对海洋生物有着非常重要的影响。多数无脊椎动物和原始鱼类（如鲨和鳐）血液和体液的含盐量约等于海水的平均盐度，硬骨鱼类血液中盐浓度仅是周围海水盐度的30%50%。海洋生物为维持正常的生理、生化活动必须要保持体内相对稳定的盐浓度和水分7。2.1 盐度升高对浮游生物的影响2.1.1 盐度升高对浮游植物的影响海水淡化排放的高盐废水含有大量固体悬浮颗粒及营养盐，这些成分可造成局部海域富营养化，促使浮游植物物种单一化和个别种群的爆发性生长、繁殖，从而严重扰

10、乱了该海区的生态平衡。申屠青春等8的室内研究发现，盐度升高使浮游植物群落的多样性指数下降，而藻类中的耐盐性微藻就成了优势种。高密度浓盐水还可导致海水浊度升高，使入射光线减少，从而抑制浮游植物的光合作用。2.1.2 盐度升高对浮游动物的影响盐度的升高或降低都会影响水生生物的代谢活动。各种浮游动物均有各自的耐盐范围和最适盐度，各种桡足类动物对盐度均具有不同的耐受能力。浮游动物在不同发育阶段的适盐范围也存在差异，桡足成体的适盐范围大于桡足幼体，而桡足幼体的适盐范围又大于无节幼体9。盐度对浮游动物的分布、群落组成有较大的影响,盐度过高会引起浮游动物生物量的降低和种类数的减少;多样性指数的降低,使浮游动

11、物群落向耐盐类型方向演替8。2.2 盐度升高对底栖生物的影响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巨大的伤害。高盐对底栖动物幼体的负面影响往往要高于对成体的负面影响，种群会因幼体的大量死亡而衰退，群落稳定性也将降低9。底栖动物的高盐耐受能力存在一定的差异，对盐度变化敏感的种类其丰度降低，甚至消失，进而导致底栖生物群落的异常演替和多样性减少10。2.3 盐度升高对海洋微生物的影响盐度略微升高会增加微生物总数，但盐度升高很大时，会使海洋微生物生存环境间接或直接发生很大的变化，从而使微生物总数明显下降。胡章立等人11在研究人为因素导致的

12、盐度变化对Kinneret湖水细种群的影响发现，在现有湖水盐度及细菌种群的基础上，人为增加盐度，细菌总数出现明显的增加，尤其是Cardiobacteriu、Pseudomonas和Vibrio等均大量繁殖，使得细菌总数达到很高水平。2.4 盐度升高对甲壳类经济动物的影响盐度是影响海水甲壳动物生长的重要生态因子，盐度对甲壳动物的影响主要有3方面：一是动物生存、发育、生长和繁殖的适宜（最适）盐度范围12；二是盐度对甲壳动物生理过程（如呼吸率、排泄率、摄食率、生长率等）的影响；三是盐度对甲壳动物代谢及渗透调节的生理生态学机理的探讨。甲壳动物渗透压调节机能与Na+，K+-ATPase活性变化直接相关。

13、盐度胁迫引起虾蟹类体内的Na+，K+-ATPase活性产生相应的变化，新陈代谢加速，耗氧率升高，能量需求量增加，引起体内代谢机能的失常和免疫防御能力的降低，以致于正常状态下处于隐性感染的病原体对其也可能造成严重的病害13。3.海水淡化浓盐水的利用鉴于浓盐水对海洋环境的影响，根据发展循环经济、加强海洋环境保护的要求，在淡化技术成熟并投入推广应用以后，浓盐水利用技术的开发成为重要课题。海水淡化副产物浓盐水中富含钠、钾、溴、镁和锂等有用物质，且多为陆地紧缺的矿物资源14。对淡化副产物浓盐水进行化学资源的综合利用是十分必要的。3.1浓盐水制盐海水日晒制盐是我国的传统产业，该方法工艺简单，技术成熟，节能

14、环保，生产成本低，但产品质量较差，产品海盐主要作为氯碱工业及纯碱的生产的原料。日晒法也是浓盐水制盐最经济的方法。“海水淡化与制盐的衔接技术”已由天津科技大学和海晶集团合作研究成功，可以保证淡化浓盐水日晒制盐的质量符合工业盐国标要求15。3.2浓盐水提溴刘立平等16采用酸法空气吹出提溴法对北疆电厂排出的浓盐水制取工业溴的可行性进行了研究，研究结果表明：以北疆电厂排出的浓盐水为原料使用酸法吹溴工艺是可行的。利用浓盐水的温度可实现常年连续生产，对提高海水资源的利用率，满足国内工业溴原料的需求，意义重大。以浓盐水为原料可以适当降低气液比，降低吸收液的排出浓度，可以起到节能的效果，降低生产成本。3.3浓

15、盐水制镁海水淡化过程中排放的浓盐水富含镁离子，约1.83.2g/L,利用淡化后浓盐水制取高附加值的氢氧化镁是海水综合利用的重要途径之一，同时也解决了浓盐水的排放问题17。相对于杂质组分含量较多的苦卤，浓盐水更容易制备出高纯镁盐产品，但存在钙杂质的去除问题，衣丽霞等18对淡化后浓盐水制备高纯氢氧化镁中钙杂质的去除问题进行了详细的研究，在最适宜工艺条件下钙离子的去除率达80%以上，为浓盐水制备性能优越的氢氧化镁粉体材料奠定了基础。4结束语盐度是影响海洋生物生存、生长的重要因素，所以应慎重处理海水淡化后的高浓度尾液的排放问题，避免因盐度急升对海洋生态造成的危害。目前国内已经对浓盐水的综合利用开展了多

16、方面的研究，与海水相比，从浓盐水中提取钠、钾、溴、镁和锂等有用物质具有明显优势，加强浓盐水利用对于促进循环经济发展，保护海洋环境具有重要的作用。参考文献徐贤英.海水淡化技术的现状及应用J.工程建设,2006,38(4):55-59.2 EINAVR,HAMSSIBK,PERIYD.ThefootprintofthedesalinationprocessesontheenvironmentJ.Desalination,2002,152:141-154.3 RobertsDA,JohnstonEL,KnottNA.Impactsofdesalinationplantdischargesonthem

17、arineenvironment:AcriticalreviewofpublishedstudiesJ.WaterResearch,2010,44(18):117-5128.4 MohamedaAMO,MaraqaaM,Al-HandhalyJ.ImpactoflanddisposalofrejectbrinefromdesalinationplantsonsoilandgroundwaterJ.Desalination,2005,182:411-433.5 MaSWY,KuehCSW,ChiuGWL,etal.Environmentalmanagementofcoastalcoolingwa

18、terdischargesinHongKongJ.Wat.Sci.Tech,1998,38(8-9):267-274.6 AlameddineI,El-FadelM.Brinedischargefromdesalinationplants:AmodelingapproachtoanoptimizedoutfalldesignJ.Desalination,2007,214:241-260.张洪亮，杨建强,崔文林.莱州湾盐度变化现状及其对海洋环境与生态的影响J.海洋环境科学,2006,25(1):12-15.8 申屠青春,董双林,赵文,等.盐度、碱度对浮游生物和水化因子的影响7.应用生态学报,2000,11(3):449-454.9 EINAVR,HARUSSIK,PERRYD.ThefootprintofthedesalinationprocessesontheenvironmentJ.Desalination,2002,152:141-154.10 RUSOYDP,CARRETEROJA,CASALDUEROFG,eta