海水的工业利用

PAGEPAGE27海水的工业利用海水利用主要有三个方面。一是海水代替淡水直接作为工业用水和生活杂用水，用量最大的是作工业冷却用水，其次还可用在洗涤、除尘、冲灰、冲渣、化盐制碱，印染等；二是海水经淡化后，提供高质淡水，供高压锅炉用，淡化水经矿化作饮用水；三是海水综合利用，即提取化工原料。本课程介绍一和二方面的应用，本章介绍重点介绍海水在工农业和生活方面的的工业利用。§3-1海水的工业利用概况国内外海水的工业利用简况海水经灭菌、杀生及除藻处理后,可替代淡水,直接作为工业冷却水、城市生活用水、农业灌溉用水、工业生产用水、环境用水及其它用水。用海水代替淡水的技术和过程就是常讲的海水的工业利用。利用海水做工业冷却用水，成本低廉，只有淡水成本的5～10％，具有明显的社会效益和经济效益。城市用水中,工业用水占70%～80%,而工业用水中又有70%～80%为工业冷却水。目前,工业冷却水是海水在工业上的工业利用的主要用水,约占海水总利用量90%,广泛用于电力、钢铁、化工、机械、纺织、食品、建材、印染等行业。海水用作工业冷却水已有几十年的历史。日本早在本世纪30年代就使用海水作为工业冷却水。1962年日本工业用水总量为313.5亿ｍ3，其中海水约占56.56％，1967年工业用水总量增至567.7亿ｍ3／年，海水约占60.81％。1965年到1975年,日本年工业冷却用海水量由90亿m3提高到167亿m3,年增长率为6.4%。1980年工业用水的50%为海水,日本沿海的大多数火力发电、核电、冶金及石油化工等行业都在以不同形式利用海水,仅电力企业的海水利用量就达1000亿m3/a。到1995年电厂海水利用量就约达1200亿吨。美国70年代末～80年代初海水的的工业利用量已达720亿m3。2000年工业用海水达到30%。英、法、荷、意等西欧国家,1970年海水利用量为371亿m3,2000年工业用海水达到2500亿m3。我国沿海城市的工业利用海水作工业冷却水的历史较早,但发展缓慢。青岛电厂1935年建厂时就用海水作冷凝器冷却降温和冲灰用，日用量达70万吨。水电部规定每发一万千瓦小时电耗淡水200m3，而青岛电厂仅用6m3。青岛碱厂是用水大户，日需淡水3800m3，由于用海水取代淡水用于溶盐、化灰和冷却等工艺，纯碱产量逐年上升，耗淡水量不断下降。吨碱耗淡水量由1974年的13.08m3降到1988年的0.9m3。青岛市已投产建成日供水280万吨的海水净化厂，一期工程日处理海水能力为10万吨。天津碱厂也用海水作为化盐水,既节水,又节盐,具有较大的社会经济效益。大连市用海水作工业冷却水年用量也在5亿吨以上。上海石化总厂和天津大港电厂年海水用量均在几亿吨以上。我国1998年利用量80多亿m3。1998年,青岛市电力、化工、纺织等行业的12家临海企业,年用海水8.37亿m3。天津市年利用海水18亿m3。1997年大连市的海水利用量已达8.03亿m3。此外,秦皇岛热电厂、黄岛热电厂和上海石化总厂等70多家临海火力发电、核电、化工、石化等企业均在以不同的方式的工业利用海水。我国和其它国家一样，海水作工业用水，目前主要是用作工业冷却水。冷却用水占海水总用量的95%以上，其中，滨海各发电厂用量最大，其次为石油和化工企业。详见表3-1。表3-1我国石油和化工企业年海水用量单位年海水用量单位年海水用量上海石油化工总厂热电厂3.6亿ｍ3大连化学工业公司1.5亿ｍ3天津大港电厂7.2亿ｍ3大连石油七厂(1990)1.1亿ｍ3浙江镇海电厂11亿ｍ3大连油脂化学厂(1990)28万ｍ3山东龙口电厂4亿ｍ3青岛碱厂3200万ｍ3山东黄岛电厂3.6亿ｍ3海水作工业冷却水，目前国内外都仍以直流冷却为主，且主要用于滨海火电、核电、化工和冶金等企业。海水直流冷却技术具有深海取水温度低、冷却效果好和系统运行管理简单等优点；但也存在取水量大、工程一次性投资大、排污量大和海体污染明显等问题。海水循环冷却技术在国外已有应用实例，最大的海水循环量达22000ｍ3/ｈ，在我国尚处于研究阶段,千吨级示范工程正在进行中。总的来说，美、欧、日等国家和地区年用海水作为冷却用水都近3千亿ｍ3。而我国还不足200亿ｍ3，与发达国家相差甚远。全国海水年利用量约为60亿m3,已大大落后于日、美等先进国家。当前阻碍海水利用技术产业发展的根本原因有三：①对我国淡水缺乏的问题认识不深，缺乏利用海水的意愿。②海水利用技术的研究开发不够，海水淡化和海水化学物质利用缺乏经济合理性。③陆上淡水、自来水水价偏低，使海水利用缺乏竞争性。

城市生活用水占城市供水的20%左右，而城市冲厕用水占城市生活用水的35%左右。香港总人口690多万，香港海水冲厕已形成体系，占总人口的78.5%，每天冲厕用水约为52万ｍ3。天津、青岛和大连等也有少部分靠海的小区采用海水冲厕。利用海水作为大生活用水是一项综合技术，它涉及海水取水、前处理、双管路供水、地下和屋顶贮水、卫生洁具、及系统的杀生、防腐、防渗和防生物附着技术；大生活用海水与城市污水系统混合后含盐污水的生化处理技术；合理利用海洋稀释自净能力将大生活用海水进行海洋处置的技术等。防腐技术和防生物附着技术已基本成熟,大生活用海水技术的重点是高含盐量污水的生化处理技术和海洋处置技术。2002年国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所获准主持“十五”国家科技攻关计划项目——“水安全保障技术研究”中的三项海水资源利用课题之一就是大生活利用海水的技术。2003年底,随着海水循环冷却技术示范工程、海水淡化示范工程的完工以及生活用海水技术示范工程的实施,天津市将成为我国海水利用规模最大的城市。根据天津市长远规划,2010年的供水量将比现在增加1倍(达310万ｍ3/ｄ),因此利用高新技术开辟新水源,向大海借淡水迫在眉睫。“十五”期间国家将拨款500万元用于天津市海水循环冷却技术示范工程研究。在此期间,该市将建立规模为2500ｍ3/ｈ的海水循环冷却技术示范工程,示范工程建成后可节约淡水资源100万ｍ3/ａ。此项技术可广泛用于沿海城市和苦咸水地区的电力、钢铁、化工、能源、建材、有色金属和食品等行业,产业化后将成为解决我国沿海城市和地区淡水资源紧缺问题的重要途径。天津海水淡化研究所的低温高效海水淡化技术利用发电厂或化工厂的废热,通过对海水多次蒸发、冷凝达到较高的产水率。初步测算表明,该项技术将比传统蒸馏技术产水率提高30%,能量消耗降低50%,极大地降低了造水成本,超大规模情况下甚至低于调水成本。二、海水的工业利用的成本效益分析海水的工业利用的经济效益是显而易见的。1995年青岛市的工业利用海水7.7亿m3,按折合淡水5%折算,相当于淡水5850万m3,按当年万元产值耗水量67m3计,可创产值57.5亿元。如按青岛市1m3淡水所产生的净效益3.50元计,则1995年青岛市的工业利用海水的净效益为1.35亿元。1998年对青岛市的工业利用海水的企业调查的结果表明,海水的工业利用的取水费均低于0.15元/m3,包括折旧费的运行成本也超不过0.25元/m3。青岛碱厂从4km外取海水,取水管道采用钢筋混凝土结构,冷却系统输水管网采用钛合金材料,的工业利用海水的运行成本仅为0.25元/m3(包括折旧费),远低于青岛市计划内用水的淡水供应价格(青岛市计划内供给工业企业的水价为1.70元/m3)。大连化学工业公司1990年海水取水量为1.52×108m3,年节约淡水445万m3,价值达135万元。1990年天津塘沽海水净化厂,每取1m3净化后的海水成本为0.15元,售水价定为0.17元。推广海水的工业利用作工业冷却水,社会和经济效益显著。国内外研究表明,如果海水取水费以0.15元/m3计,年运行时间为320天,对于一个海水冷却水量为1万m3/h的冷却系统,考虑到循环冷却系统基建折旧费、水稳药剂费、补充水水费和运行管理费等,海水循环冷却与海水直流冷却相比,当浓缩倍数为2时,海水循环冷却系统的运行费每年至少可节省40多万元;当浓缩倍数为3时,每年可节省400万元左右。威海华能电厂海水冷却系统总投资7000万元，为发电容量85万kw的机组提供180万m3/d的直流冷却用海水，这包括海水取水设施，预处理设施，杀菌、灭藻和防生物附着，防腐和牺牲阳极保护等。每kw的电,冷却用海水投资不足百元.充分利用海水不但可减轻淡水资源紧张状况，而且为企业带来了明显的经济效益。青岛染料厂年产1万t的硫酸车间、曾因无水而停产，后改为利用海水，在保住了1000万元年产值的基础上还增产300万元；青岛碱厂在扩大海水用量之后，纯碱年产从8万t增至20万t；大连化学工业公司以海水代替自来水作为工业用水，年节约自来水445万m3，节约资金111万元。由此可见,海水作为循环冷却水具有取水量小、工程投资小、运行费用低及排污量小等优点,是利用海水作冷却水的主要发展方向之一。§3-2海水做工业用水一、海水做工业用水的途径1.作工业冷却水1.1海水作工业冷却水是海水的工业利用的主要途径,海水做工业冷却水的优点：①水源稳定：海水自净能力强，水质比较稳定，采用量不受限制。

②水温适宜：工业生产利用海水冷却，带走生产过程中多余的热量。海水，尤其是深层海水的温度较低，且水温较稳定，如大连海域全年海水温度在0～25℃之间。

③动力消耗低：一般多采取近海取水，不需远距离输送。

④设备投资少，占地面积小：与淡水循环冷却相比，可省去回水设备、凉水塔等装备。1.2海水利用的实践海水作工业冷却水主要用于火力发电厂及核电厂，其次是石油化工企业和钢铁企业。一座2×20万kw装机容量的滨海热电厂，海水用量为2.16万m3／h左右。我国的滨海电厂以及大连、青岛、天津、上海等城市的石油化工企业，如炼油、化纤、制碱、制酸、合成氨、油脂化学、染料等工业生产过程中都大量用海水作为冷却水，取得了巨大的社会效益和经济效益。主要成果有：①燃煤火电厂和核电站利用海水作为循环水我国许多建设在海边的燃煤电厂早已利用海水作为循环水，已建的大亚湾、秦山一期核电站和正在建设的岭澳、田湾和秦山二期、三期核电站都是利用海水作为循环水的。②燃煤火电厂利用丰富的海水脱硫已取得经验。深圳市西部电厂从国外引进海水脱硫技术业已建成投产，投资省、脱硫效果好，对海洋环境也未造成不利影响，而且比采用其他脱硫技术简单易行。③燃煤火电厂采用低温多效海水淡化供应工业用水已取得经验，且证明具有经济合理性。1.3海水做冷却水的技术问题海水作工业冷却水涉及的技术问题很多，包括取海水、预处理、海水腐蚀和海洋生物附着等，其中最关键是防腐和防海洋生物附着问题。海水冷却分海水直流冷却和海水循环冷却。直流冷却指原海水经换热设备进行一次性冷却后排放的过程；循环冷却指原海水经换热设备完成一次冷却、再经冷却塔冷却后，循环使用的过程。海水直流冷却技术有近80年的发展历史，有关防腐蚀、防海洋污损生物附着技术已基本成熟。如大亚湾核电站和天津大港电厂年用直流冷却海水分别为35亿和17亿吨。海水循环冷却系统和相关的防腐、阻垢和防污损生物附着和防盐雾飞溅等技术基本成熟，海水冷却塔技术，国外有专门公司开发，技术也是成熟的。目前比较广泛使用的抗腐材料主要是砷铝黄铁和钛合金,前者使用期超过5年,后者使用期一般在15年～30年。海水对碳素钢的腐蚀速度为0.7mm/a～1.0mm/a;对一般钢材则高达3.0mm/a。化工行业普遍使用的3.5mm厚的碳钢立式列管冷却器,如果用淡水作冷却水使用期为25年,用海水作直流冷却水若不做防腐处理,冷却器1.5年即穿孔渗漏。大港电厂利用海水作直流冷却水使用铸铁输水管道,20多年仅涂过两次防腐材料而没有更换管道。青岛黄岛电厂采用阴极保护技术,保护度在90%以上。防止海洋生物附着的技术主要有:涂防污涂料、加氯杀生、电解海水杀生及窒息法杀生等。臭氧杀生、辐射杀生和电击杀生等技术在国内极少采用。海水作循环冷却水的主要问题是腐蚀和结垢,通过添加缓蚀剂和阻垢剂可以解决系统的腐蚀与结垢问题。目前,此项技术尚处于研究阶段。海水含盐量高且成分复杂,仅海水的电导率就比一般淡水高两个数量级,这就决定了海水腐蚀时电阻性阻滞比淡水小得多,海水较淡水有更强的腐蚀性;且海水所含盐分中氯化物比例很大,海水的氯度高达19%,因此大多数金属如铁、钢、铸铁等在海水中不能建立钝态。同时,海水中微生物和大生物的种类多、含量高,易产生生物污损,进而导致危害较大的微生物腐蚀或垢下腐蚀。另外,海水中的成垢离子如Ca2+、Mg2+等的浓度远高于一般淡水,随浓缩倍数提高,结垢倾向加大,普通阻垢分散剂不能有效控制化学污垢沉积。因而,采用海水作循环冷却水,存在着严重的腐蚀、结垢和污损生物附着问题。海水循环冷却水处理较之淡水循环具有更大的难度。但是,海水循环冷却技术实验室研究表明,通过添加海水缓蚀剂、阻垢分散剂、菌藻杀生剂等海水水处理药剂,在腐蚀控制、污垢控制、菌藻控制等方面,可以达到或接近国家有关标准规定的技术指标要求。下面是国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所在“九五”初期开展海水循环冷却技术有关腐蚀、污垢和菌藻控制方面的探索性研究结果。1.3.1缓蚀剂研究失重法实验结果（表3-2）表明，缓蚀剂存在下，实验材料基本无腐蚀，且海水浓缩倍数增加，腐蚀速率却下降。电化学实验结果（表3-3）表明，缓蚀剂存在下的实验材料的电阻率Rp是空白实验的14～50倍；腐蚀速率V比空白实验低16～110倍。表3-2表3-2表3-3表3-31.3.2阻垢分散剂研究在一定温度、不同浓缩倍数条件下,研究pH、碱度、电导率与成垢离子等的相互关系和变化规律。结果表明：①50℃、浓缩倍数＞1.5和80℃、浓缩倍数＞1.1以后,体系浓缩倍数越高,结垢倾向越大；海水pH、碱度、Ca2+、Mg2+和电导率也有相应的变化规律。阻垢分散剂的优化研究结果表明,在80℃、浓缩倍数2.0,自然平衡pH值,鼓泡法的阻垢率70%～85%,静态的阻垢率90%以上。1.3.3菌藻杀生剂研究表3-4菌藻杀生剂的杀菌率细菌名称原来（cfu/ml）下降为（cfu/ml）杀菌率（%）好气性异养菌总数6×1062×10399.97硫酸盐还原菌总数9×1021919铁细菌总数3×1030100藻类总数5×1020100结果见表3-4。采用SW98-04杀生剂,加药量为40～60mg/l,经过72h杀菌试验海水中细菌好气性异养菌总数由原来的6×106cfu/ml下降为2×103cfu/ml,杀菌率为99.97%；硫酸盐还原菌总数由原来的9×102cfu/ml下降为19cfu/ml,杀菌率为19%以上；铁细菌总数由原来的3×103cfu/ml下降为0cfu/ml,杀菌率为100%；藻类总数由原来的5×102cfu/ml下降为0cfu/ml,杀菌率为100%。1.3.4海水缓蚀剂、阻垢分散剂、菌藻杀生剂配伍性试验研究试验结果：①腐蚀控制：腐蚀速率≤0.125mm/a)Ａ试验管腐蚀速率0.0322mm/a。试验管进水口(低温区)有轻微腐蚀,表面状况无明显变化。Ｂ.线路挂片腐蚀速率0.1072mm/a。试验前8d,试片表面无点蚀,第9d开始出现点蚀,经分析是系统缓蚀剂浓度偏低造成,调整加药量后,点蚀未见发展。试片挂孔周围存在明显缝隙腐蚀,且可能在缓蚀剂用量不足时发展。②污垢控制指标：污垢热阻值≤5.16×10-4m2.℃/W;年污垢热阻值r=1.2931×10-4m2.℃/W。③菌藻控制系统：菌藻杀生剂每周冲击性加入2～3次,异养菌的繁殖可以得到有效控制。同时,由日常检测结果可知,系统中硫酸盐还原菌菌数可控制在10cfu/ml以下,铁细菌菌数100cfu/ml以下。以上研究结果表明,该研究在腐蚀控制、污垢控制和菌藻控制等方面,已经达到或接近中华人民共和国国家标准GB50050-95《工业循环冷却水处理设计规范》有关技术指标的要求。海水循环冷却技术,和淡水循环一样,因各地水质不而各异。该研究主要是针对天津附近渤海湾海域的海水水质进行的。有关结果对我国其它海域具有重要借鉴作用,但是,其它海域的海水循环冷却具体处理技术,尚需进一步的研究。2、用海水做树脂再生还原剂和溶剂2.1锅炉水软化中，用海水作为离子交换树脂再生还原剂。工业低压锅炉的给水处理中，多采用阳离子交换法，也就是钠离子交换法，当原水经过钠型离子交换树脂层时，水中的钙、镁离子和树脂中钠离子进行交换，从而达到水质软化的目的。在钠离子交换过程中，当软水的硬度超过规定标准时，即表明交换树脂已失去交换能力，需用食盐溶液对交换树脂进行再生还原，使其恢复交换能力。工厂企业的低压锅炉软水处理工艺中，传统的方法是采用自来水配制5—8%浓度的食盐溶液，对树脂进行再生还原。为了节水，沿海城市采用海水作为还原剂取得了成熟的经验。2.2海水化盐

海水可作为制碱工业中的工业原料。制碱工业的主要原料之一是原盐(氯化钠)。在制碱工艺中需将固体食盐溶解，可用海水将其溶解成为饱和盐水。每生产一吨纯碱需要饱和盐5m3,因而可从海水中回收氯化钠120～150kg，青岛碱厂用海水替代淡水化盐年节省食盐2.4～2.7万t，同时也节约了大量淡水。天津碱厂采用海水和淡水混用的方法化盐每小时用海水190m3，可年节盐175万t。

3.海水除尘及传递动力3.1水幕除尘及海水冲灰

青岛、大连地区的很多单位，在工业生产中用海水代替淡水除尘。大连发电总厂共有l0台锅炉，其中有3台高温高压炉采用油煤混烧。为了清除每天产生的200余吨烟道干灰，避免大气污染，该厂采取水幕除尘器，每小时用海水量达450m3。

除尘器是由钢板制成的圆筒，内衬有耐腐蚀材料，在圆筒上部沿圆周均匀地布置一定数量的喷嘴，海水通过喷嘴均匀地自上向下流动，形成水膜分布在圆筒壁上。烟气经过烟道，从圆筒的下方沿切线方向进入除尘器，并旋转向上运动排入大气中，由于离心力作用，粉尘贴附在圆筒壁的周围，粘附在水膜上，被水膜带入底部灰斗，再经冲灰装置排入灰沟槽送到沉淀池内。经沉淀后，海水流回大海，排放海水后含灰量为30～50mg/L，符合海洋环保排放标准。

3.2用海水代替淡水传递动力

大连国营523厂铸造车间，过去采用自来水对大批铸件清砂，现改用海水且代替淡水循环使用；化工系统利用海水代替自来水抽真空；机械系统将海水用于柴油机试验台水力测功器。这些节约淡水的措施都取得了良好的效果。

4.海水洗涤

我国沿海城市的水产养殖场、水产加工厂、冷藏厂等大量地用海水代替淡水初洗鱼、虾等尤其在海带加工过程中，大量使用海水洗涤，取得成功的经验。其工艺过程是：将切丝后的干海带经15min自来水浸泡提碘后，含水量饱和，再用海水冲洗1.5～2min，尔后将洗净的海带丝在一定压力和温度下蒸煮，最后用自来水漂洗干净进入下道工序。海水洗涤的海带，经消毒、加热处理后其吸水性已大为降低，含水量低于用淡水处理的海带。因而在烘干工序中，烘干效率比用淡水洗涤提高35%，不仅保证了产品质量还节约了蒸气。海水处理后的海带加工产品无不良反映，达到了规定标准。烟台海洋渔业公司利用海水作人造冰脱盘、刷鱼,每年节约淡水7000多万m3。国内外很多电厂用海水作冲灰水,节省了大量淡水资源。我国黄岛电厂每年利用海水6200多万m3,冲灰水全部使用海水。另有研究表明,海水作火电厂的烟气洗涤水可将烟气中的SO2等大气污染物吸收,再经曝气将其氧化为硫酸盐,有效地实现烟气脱硫,既节约淡水又消除了SO2对大气的污染。5.海水用于印染

海水可以直接作为印染、制药、制碱、橡胶及海产品加工等行业的生产用水。将海水直接用于印染行业,可以加快上染的速度。海水中一些带负电的离子可以使纤维表面产生排斥灰尘的作用,从而提高产品的质量。现在国内外都在研究海水印洗技术。青岛太平洋新技术研究所经过多年反复试验，成功地创造了利用工业度液对海水进行变性处理的新工艺。经过新工艺处理的海水，保留了对印染有用的氯化钠而却去掉了其他矿物质，工艺简单，成本低。采取这项新技术，在印染工艺中除最后的漂洗仍用淡水外，其它工序如煮炼、漂白、洗布、染色等过程都可用海水取代淡水。山东省荣城市海水印染厂，采用此项技术，使酱红、嫩黄、墨绿、黑、咖啡等十二个花色品种的纯棉平绒布在色泽、皂洗、摩擦牢度等指标均达到或超过国家标准。为我国印染行业应用海水开辟了新途径。

6.消防用海水

大连染料厂等单位在消防设施上采用海水取得了一定的经验。三、海水在青岛碱业股份有限公司的的工业利用实例青岛碱业股份有限公司是以氨碱法生产纯碱的大型化工企业,经过多年来不断地挖潜改造和填平补齐,现已形成每年50万t的纯碱生产能力。此外,还有10000t/a的小苏打、60000t/a双水氯化钙以及3000t/a的过碳酸钠等产品,是国内重点纯碱生产厂家之一。作为青岛市耗水大户,该公司结合氨碱法纯碱生产的特点,充分利用厂区近海这一地理优势,在纯碱生产中广泛使用海水,现吨碱耗海水80m3左右,年海水用量达4000万m3。同时,由于成功地在部分工艺过程中以海水代替自来水,使纯碱耗自来水由原设计16m3/t下降至目前的6m3/t。1.海水的利用途径海水取之不尽、用之不竭,温度较低且相对稳定,还含有一定量的可资利用的NaCl。海水的这些特点是其他水源所不可比的。在纯碱生产中使用大量海水,也正是利用了海水的这些特点。1.1利用海水作为冷却用水:在纯碱生产中,许多工序产生化学反应热、相变潜热等,根据工艺要求,需要不断地用冷却方式把这些热量移走。冷却对于纯碱生产实现高产、优质、低耗以及长周期运行起着至关重要的作用。据计算,仅碳化、吸收、蒸馏等关键工序需要用冷却水移走的热量即达4500MJ/t碱。在生产中普遍使用海水作为冷却水,取得了较好的冷却效果。如该公司自1995年开始,在回转凉碱炉用内循环水冷却炉内高温纯碱,然后用海水与循环水换热,降低循环水的温度，解决了纯碱生产夏季凉碱这一难题。原先用流化床凉碱,自来水流经布置于流化床内部的蛇型管与流态化的高温纯碱进行间接换热,由于流化床操作不稳定且极易死床导致换热效果差,每年夏季都产生大量糊包碱,造成较大损失。改用回转式凉碱炉冷却高温纯碱后,使纯碱装包温度降至80℃以下,再未出现过“糊包”现象。1.2利用海水作为工艺用水化盐、化灰:纯碱生产的主要原材料原盐需要溶解制成一定浓度的盐水才能供下道工序使用。该公司采用蒸馏工序换热后的温海水化盐,每吨碱用于化盐的海水约5m3。与原设计方案比较,不但节约了等量的自来水,而且每吨碱还可以从海水中回收NaCl约130kg,按2000年的生产规模计算,每年可从化盐海水中回收盐达65000t,经济效益十分可观。石灰车间制备石灰乳用海水代替自来水消化石灰,每吨碱节约自来水2.2m3。1.3用海水洗涤生产废气和废泥,回收氨和盐:该公司重碱滤碱机尾气、吸收塔尾气、除钙塔尾气中均含有一定量的氨,通过分别安装尾气净氨塔,用海水逆流洗涤尾气,最大限度地溶解回收其中的氨并返回生产系统再利用,每吨碱可回收氨1.4kg,占纯碱氨消耗定额的30%;盐水精制中排放的沉淀泥中含有较高浓度的氯化钠,该公司采用海水三次逆流洗涤流程,年回收盐近10万t。1.4利用海水除尘冲渣:该公司石灰车间窑气湿法降温除尘、热电车间锅炉烟道气水磨除尘及水力冲渣均使用了海水。2.海水利用中的一些问题由于氨碱法纯碱生产自身的特点和一些特殊工艺要求,在海水的使用中遇到了不少问题,经多年探索,该公司逐步掌握了相应的解决办法,积累了一定的经验。2.1海水水质及海水温度海水在该公司主要用作冷却水,对海水的水质及海水的温度都有较高的要求。该司海水泵房位于胶州湾东北部,由于胶州湾独特的地理特征,湾内海水交换较慢,尤其在夏季,近岸海水温度高达30℃,难以满足生产需要。在雨季则因近岸淤积严重,给取用海水造成困难,曾一度使公司夏季纯碱生产非常被动,纯碱产量提不上去,经济损失巨大。为解决海水水质和水温问题,该公司于1988年投资1700万元实施了深海取水工程,由原来近滩取水改为用φ2200ｍｍ水泥管从胶州湾内离岸约2650m处取水,供水能力达6500m3/h,海水水质有了较大改善,海水温度也平均下降了2℃,基本满足了夏季纯碱生产对海水水质、水温的要求,纯碱产量和主要经济技术指标都明显提高。与浅滩取水相比,夏季生产1ｔ碱可节约海水约50m3。2.2海水的腐蚀与结垢海水对某些材质具有不同程度的腐蚀,使设备和管线的使用寿命大大缩短。该公司通过对设备和管线衬胶衬塑、选择合适的防腐材料、关键设备和管线采用耐腐材质等措施,基本解决了海水的腐蚀问题。如碳化冷却小管全部更换为钛管、吸收与蒸馏工序的冷却设备由铸铁排管或铸铁水箱换成了高效耐腐的钛板换热器,既解决了工艺介质的腐蚀问题,又防止了海水的腐蚀,在取得了较好的防腐效果的同时,还显著提高了冷却效率,节约了大量冷却海水。海水结疤容易造成输送管线及冷却设备的堵塞,严重影响生产的正常运行。该公司根据结疤形成的种种原因采取了相应的对策。海水中悬浮物较多,通过在海水输送管道上加装过滤器,使绝大多数污物在进入生产前即被过滤下来。对海水中的贝类生物,采取在其产卵生长期在海水泵入口投放液氯的方法,以抑制和消除其在海水输送管道中的繁衍生长。海水中存在的Ca2+、Mg2+等离子极易在生产中与CO32-、SO42-等离子结合生成CaCO3、CaSO4、MgCO3、MgSO4等水不溶物,而在管线及设备内形成硬疤。他们主要采取机械清除或设备定期倒换盐酸酸洗的办法消除结疤;此外,该公司还采用酸化海水即用透平工序溶解有二氧化碳的冷却海水对碳化塔冷却小管、废液管道、氯化钙蒸发器小管等浸泡冲洗,也可有效地消除结疤,保证管线的输送能力和设备的冷却效率。2.3海水的重复利用该公司海水泵房离厂区较远,海水长距离输送需要消耗大量电力,减少海水(一次海水)的取用量也就意味着可以节约相当的电力。高效钛板换热器的使用,使换热后的温海水(称二次海水)温度提高至60～80℃,为海水的重复利用提供了条件。利用换热后的温海水化盐、化灰,以前是用蒸汽加热一次海水至所需温度后用于化盐、化灰,改用蒸馏塔出气冷却海水化盐后,不但每小时可节约400m3一次海水,每年还可节约5000t加热蒸汽。利用二次海水调节冷却海水温度,在冬季由于一次海水温度较低,若直接用来冷却换热,易使冷却设备局部过冷产生结晶,导致换热效率急剧下降,甚至使换热设备堵塞而严重影响生产。通过将一定量的二次海水掺入一次海水中,使冬季冷却海水温度始终保持在15～20℃,从而很好地解决了上述问题。以每年掺用5个月时间计算,可重复利用海水350万m3。利用二次海水除尘、冲渣。石灰车间窑气除尘、热电车间锅炉冲渣除灰等均由使用一次海水改为用二次海水。目前本公司的海水重复利用率达到了20%～30%。通过海水二次利用,全年可少开一台550kW的海水泵,节电效果十分显著。该公司在生产中广泛使用海水的实践充分证明,海水利用大有可为。在当前淡水资源日趋紧张的情况下,沿海地区企业应结合自身特点,因地制宜,不断开发海水利用新途径,逐步扩大海水使用范围和使用量,不但可提高自身经济效益,同时也有利于缓解本地区尤其是城市的供水紧张状况。四、燃煤电厂海水烟气脱硫我国电力构成中煤电约占80%,燃煤所造成的环境污染问题日益突出。目前燃煤排放的二氧化硫污染已成为制约电力发展的关键因素之一。1997年我国二氧化硫排放达到2346万t,其中电力工业排放接近1/3。为了控制二氧化硫污染,国务院于1998年1月批复了国家环保局制定的《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》,其中对电力工业二氧化硫的控制提出了严格要求。如何利用先进的脱硫技术控制二氧化硫排放量,成为电力工业一项十分紧迫的任务。我国的海岸线很长,沿海地区经济发达,人口稠密,环境保护要求严格,大多数地区列在酸雨控制区和二氧化硫控制区内。随着沿海地区经济迅速发展,沿海火电厂的新、扩、改工程迅速增加,如何实现二氧化硫排放有效控制已成为一项重要工作。有效利用海水资源的、投资、运行费用相对较低的海水脱硫工艺不失为首选的一种脱硫方法。目前在一些国家和地区已得到日益广泛的应用。本节根据有关研究，对海水烟气脱硫工艺进行简单阐述。1海水烟气脱硫的流程海水烟气脱硫的流程见图3-1。经过除尘处理及GGH降温后的烟气由塔底进入脱硫吸收塔中,在塔内与由塔顶均匀喷洒的纯海水逆向充分接触混合,海水将烟气中的SO2吸收生成亚硫酸根离子,脱硫吸收后的海水借助重力作用流入曝气池中,在曝气池与大量的海水混合，利用鼓风机鼓入大量空气使SO32-氧化转变为原海水中大量存在的SO42-形式。同时利用海水中的碳酸根离子中和Ｈ+离子,在大量空气鼓入的同时赶走脱硫海水中的CO2,使海水pH得以恢复，排入大海。2海水脱硫工艺的系统组成海水脱硫工艺的系统组成较其它脱硫工艺相对简单,它主要由海水输送系统、烟气系统、二氧化硫吸收系统和海水水质恢复系统组成。①海水输送系统对于沿海电厂而言,脱硫所用海水可以取自凝汽器出口的虹吸井,在虹吸井附近增设海水升压泵,海水通过紧贴虹吸井的吸水池经海水升压泵送入吸收塔顶部。②烟气系统进入脱硫系统的烟气通过增压风机升压后,经气—气换热器(GGH)降温,从塔底部向上流经吸收塔,吸收塔出口的清洁烟气进入GGH升温后由烟囱排入大气。另外在烟气引入脱硫系统前设置挡板,在挡板门前设旁路,以使脱硫系统停运和检修时不影响机组正常运行。③二氧化硫吸收系统吸收塔是SO2吸收系统的主要设备。塔内装有填料,海水自塔上部喷入,经过格栅填料床与塔底自下而上的烟气进行充分接触,获得较高的SO2脱除率。洗涤后的烟气经过设在吸收塔出口处的除雾器除去烟气中的水滴,经GGH加热后排入大气。④海水水质恢复系统主要由曝气池和曝气系统组成。来自虹吸井的大部分海水与吸收塔的出口排水混合后进入曝气池。曝气风机将空气通过曝气管吹成为细碎的气泡鼓入曝气池,使曝气池内海水溶解氧饱和,同时将亚硫酸盐氧化为硫酸盐。通过曝气使海水中重碳酸根中和氢离子并释放二氧化碳,使海水pH值达标后,排入大海。3海水烟气脱硫工艺过程中的化学反应3.1利用海水的天然碱度进行脱硫海水天然碱度指水中含有能接受氢离子物质的量,例如氢氧根、碳酸盐、重碳酸盐、磷酸盐、磷酸氢盐、硅酸盐、硅酸氢盐、亚硫酸盐、腐植酸盐和氨盐等,都是水中常见的碱性物质,它们都能和酸起反应。依靠海水中能和氢离子发生反应的物质—天然碱度,能使脱硫海水的ｐＨ值得以恢复,从而既达到烟气脱硫的目的,又能满足海水排放的要求。一般海水的pH值约为7.5～8.3。海水天然碱度约为2.0～2.9ｍg/L。海水靠其天然碱度吸收烟气中酸性的SO2后生成SO32-,在吸收SO2后的海水中通入大量的空气,使其中的SO32-与空气的氧气反应生成SO42-,脱硫后产生的酸性水被SO32-、HCO3-中和,中和产生的CO2被鼓入的空气赶走,从而脱出烟气中的SO2并使海水的pH得以恢复。其工艺过程的化学反应式如下:①烟气中SO2在吸收塔中被海水吸收生成亚硫酸根和氢离子:SO2(ｇ)+Ｈ2Ｏ→2Ｈ++SO32-②在吸收SO2的海水中通入大量空气,亚硫酸盐与空气中氧反应生成无害的硫酸盐,且完全溶于水中:SO32-+1/2Ｏ2(g)→SO42-③同时,海水中的碳酸根和重碳酸根中和氢离子,使海水pH得以恢复,又流回大海:Ｈ++CO32-→HCO3-Ｈ++HCO3-→CO2(ｇ)+Ｈ2O3.2脱硫海水pH值变化图2是在海水、自来水、纯水等三种水样中,通入含有SO2的气体,观察水样中pH值随吸收时间的变化情况。试验的条件是:水样体积为1Ｌ;进气流量为500Ｌ/ｈ;进气SO2浓度为1421×10-6;吸收温度为55℃。C线：纯水吸收SO2后,其pH值很快由7下降到3,然后缓慢降到2,吸收1min后纯水的pH值不随时间而变化。b和a线：自来水和海水吸收SO2的情况大致相同,可分为四个阶段:第一阶段:自来水和海水吸收SO2后,pH值分别由7和8迅速下降到5～6之间。第二阶段:自来水和海水明显不同。自来水的pH值由5.5下降到5仅1min左右,而海水的pH值由5.7下降到5用了近2min。第三阶段:自来水和海水基本相似。即pH由5下降到3,自来水和海水pH值下降线的斜率相同。第四阶段:自来水和海水亦基本相似。pH由3下降到2的下降线斜率相同。由图2说明,在三种水样中,海水具有较大的SO2吸收容量,即海水对酸性物的中和能力比淡水要强得多。其优势主要发生在第二阶段。其原因是由于海水存在大量的天然碱和盐度,减缓了脱硫海水pH值下降的时间。天然碱和盐度在海水中起了某种缓冲剂的作用。用化学反应式表示如下:CO2+H2O→H2CO3→Ｈ++HCO3-→CO32-+Ｈ+可以认为,海水吸收SO2机理,除了第二阶段以外,其余阶段和其它水吸收SO2基本上是相同的。这就是海水大量吸收SO2的原因。吸收所产生的大量亚硫酸和海水中大量天然碱度的代表物—碳酸盐、碳酸氢盐等起反应,使上面的反应式向左进行,释放出大量CO2,生成的亚硫酸盐经氧化后,形成稳定的硫酸盐排入大海。3.3脱硫海水的氧化亚硫酸是一种中强酸,同时不稳定,易分解为SO2和H2O。因此,在酸性条件下有可能又重新释放出SO2。因此,必须使其和足量的海水中的天然碱度发生反应,形成亚硫酸盐,同时升高脱硫海水的pH,从而避免SO2的重新释放。由于亚硫酸盐既是一种氧化剂,又是一种还原剂。所以,必须将亚硫酸盐氧化为稳定的硫酸盐后,再排入大海。氧化的工艺是采用在脱硫海水中鼓入大量空气氧化的方法,即氧化曝气的方法。此法使空气中的氧气在海水中达到饱和状态,让脱硫海水中的亚硫酸盐完全、彻底氧化为稳定的硫酸盐。氧化曝气工艺所采用的方法—－鼓泡法。此时，如果空气中SO2分压低于海水中SO2分压，则海水中溶解的SO2易被解吸到空气中，即被海水吸收的SO2可重新释放出来。根据海水中SO2的溶解量和试验实测数据计算可知：海水中SO2的浓度为0.08872gSO2/kg水，则SO2的分压为1.08kPa。一般认为，若水面上气体中SO2分压＞2.05kPa，则气液间将发生吸收过程，即气体中的SO2溶于液体中。若水面上气体中SO2分压＜2.05kPa,则认为气液间将发生脱吸过程，即水中溶解的SO2解吸到空气中去。空气中不含SO2气体的,或含量非常低,也就是说,可认为空气中SO2分压为零。所以,当空气鼓入脱硫后的海水进行氧化时,由于空气中SO2的分压小于脱硫海水中的SO2平衡分压,形成SO2脱吸的工艺条件,SO2气体会从脱硫的海水中被鼓入的空气解吸到大气中来,向大气释放出SO2气体。3.4用循环冷却海水稀释根据上述分析，当脱硫海水中SO2的分压高于在氧化脱硫海水时鼓入空气中的SO2分压，就会形成SO2解吸过程，使SO2从脱硫海水中释放出来，会污染地面大气环境。为此,在脱硫海水中鼓入空气进行氧化曝气工艺之前,必须用大量的海水对脱硫海水进行稀释,以期用大量海水的天然碱度,将脱硫海水中溶解的SO2以亚硫酸盐形式固定下来。这样可大大降低脱硫海水中游离态的SO2,也就可以大大降低脱硫海水表面的SO2平衡分压。同时大量海水的加入,也可大大降低剩余游离态SO2的浓度,进一步降低脱硫海水表面上SO2的平衡分压。两者综合作用的结果,脱硫海水SO2的平衡分压趋近于零。在进行脱硫海水氧化时,将不会产生SO2的解吸过程,而仅仅发生亚硫酸盐的氧化过程。在燃煤电厂的海水脱硫工艺中,常用的稀释海水是冷却循环海水。常用的稀释倍数约为脱硫海水的3～4倍,常用的脱硫海水稀释的表征值是脱硫海水的pH值由3～4上升到6.5～7。3.5海水天然碱度和煤的含硫量用海水进行燃煤电厂烟气脱硫时,应对电厂附近海域的海水天然碱度进行全年度的累计检测分析。海水烟气脱硫工艺对煤的含硫量有一定的要求,一般只适用于燃用中、低硫煤的电厂。因此,对煤的含硫量也要进行全年监测。对新电厂的燃煤元素分析,要尽可能作到精确的预测。只有这样，才能判断能否用海水对电厂燃用的煤进行脱硫,达到预期的脱硫效率。即使电厂建成,海水脱硫工艺已投入使用,还要常年对海水的天然碱度和对燃煤进行含硫分析监测,以保证海水脱硫工艺稳定、安全地运行。4、海水脱硫工艺特点海水烟气脱硫是一种湿式抛弃法脱硫工艺,适用于沿海且燃用中、低硫煤的电厂,尤其是淡水资源和石灰石资源比较缺乏的情况下其优点更为突出。海水脱硫同其它脱硫工艺的技术与经济性比较见表3-6：通过表中技术与经济性比较我们可以看出海水脱硫工艺具有不同于其它工艺的显著的特点,主要是:(1)脱硫效率高,有明显的环境效益(2)工艺简单,运行维护方便,系统不会产生结垢堵塞等问题。(3)只需要海水和空气,不需增加其它添加剂,无废弃物排放,减少了二次污染。(4)投资省、运行费用低,通常比湿式石灰石—石膏法节省投资1/3。5.海水脱硫工艺在沿海电厂应用的条件海水脱硫工艺是一项基本成熟的工艺,在国外有一定的工业规模应用和运行经验。我国深圳西部电厂2号机组(300MW)已率先选用了海水脱硫工艺。由于它工艺简单、投资省、运行费用低,所以在沿海燃煤电厂还是具有较广阔的应用前景的。但要应用须满足以下条件：5.1海水脱硫技术条件海水脱硫不存在较难克服的技术问题。深圳西部电厂2号机组采用的脱硫工艺,成为国家海水脱硫示范工程,目前已进入试运行阶段,从技术、设备、运行等方面都积累了一定的经验。对于沿海电厂采用海水脱硫工艺会提供很好的借鉴作用和技术储备。5.2燃煤含硫量海水脱硫工艺适用的煤种含硫量一般小于2%。5.3海水资源情况海水脱硫工艺要求有充足的海水取用资源且要求所用的海水具有一定的碱度,使其具有吸收SO2的能力。5.4设备占地条件海水脱硫工艺占地面积较大,主要是曝气池占地面积相对较大。由于纯海水脱硫工艺系统简单,设备少,大约2000m2就能满足脱硫设备的占地面积。虽然曝气池占地面积较大,但其布置较为灵活,可根据具体情况灵活安置。例如可在电厂原有的废水处理设施的位置上进行扩建以达到海水脱硫的要求。另外对于现有循环水排水沟的沿海电厂也可进行适当改造后,兼作曝气池。5.5除尘器的影响海水脱硫工艺所处理的烟气是经静电除尘器出口净化后的烟气,因此烟气中部分飞灰会在二氧化硫吸收塔中被洗涤下来,若烟气含尘浓度太高必然对脱硫后的海水造成污染,所以静电除尘器的除尘效果就显得非常重要。以一台300MW机组为例,烟尘排放浓度在300mg/Nm3,假定这些飞灰全部被吸收塔捕获,那么海水中悬浮物含量增加约8mg/L，此值远未超过悬浮物人为增量150mg/L的三类海水水质标准。因此只要加强电除尘器的管理,烟气中飞灰引起水体悬浮物增加的影响是很小的。5.6对海洋环境的影响烟气采用海水脱硫后对海洋的环境会产生什么影响是人们普遍关心的问题。采用海水脱硫工艺可能对海水水质发生的影响主要如下:①SO42-离子的影响烟气中SO2被海水洗涤吸收后,经曝气以SO42-形式排入海水,使SO42-离子浓度增加。SO42-是海水的主要组分之一,是海洋环境中不可缺少的物质,且SO42-是无毒无害的组分。以一台300MW机组为例,按照煤种含硫量1.5%,脱硫效率90%计算,海水中SO42-的增量约为100mg/l,所以仅占电厂冷却水取水口中SO42-背景浓度的7%左右,因此不会对海洋生物造成不良影响。②pH变化的影响经海水脱硫设备排出的海水pH值一般在2.5～3左右,这部分海水在进入曝气池前先与虹吸井中剩余的海水混合(包括其它未脱硫机组用冷却水)混合后pH可达到4～5,然后在曝气池中通入大量空气,使水质达到pH≥6.5三类海水水质后排入海洋。由于海水具有较大的缓冲能力,排水在排水口附近迁移扩散过程中很快使水质达到正常水平,对周围海域不会产生影响。③溶解氧降低的影响虽然当烟气通过海水后,水温升高使总溶盐浓度增加,海水溶解氧(DO)下降,但经过曝气池后,DO得到恢复,浓度很快上升,所以对海域产生的影响很小。因为通过吸收塔的海水只占总冷却水量的一小部分。④化学耗氧量增加的影响脱硫后的海水COD的增加主要是残留的SO32-引起的,当脱硫后的海水与其它未进行脱硫的冷却海水混合后,COD的增值同海水水质的COD背景浓度相比很小,所以脱硫后海水COD的增加量对海洋生物不会构成什么影响。另外据资料介绍,美国和挪威有关部门就海水脱硫装置对海洋生态环境影响进行多年海洋跟踪试验,也未发现海水脱硫排水对海洋环境和生物有不良影响。当然,海水脱硫排水对海洋环境的潜在性长期影响还需要我们更长时间和更进一步的跟踪试验后才能得出结论。§3-3利用海水作为大生活用水一、香港利用海水冲厕的实践海水作为城市生活用水,主要用于冲厕、马路洒水、消防及游泳等,其中以海水冲厕应用最广,且用水量最大。沿海城市利用海水作为大生活用水，即海水冲厕，可节省淡水的20~30%。世界上利用海水冲厕的城市很多,而香港是唯一以海水作为主要冲厕用水的城市，已有40年的历史。本节主要介绍香港利用海水冲厕的情况。1.香港地区利用海水冲厕情况介绍香港于1958年开始筹划利用海水冲洗厕所的节水途径。最初抽取海水是供应政府办公大楼及政府房舍冲厕使用,后来相继兴建由海水抽水站、海水配水库及海水输水管组成的多个海水供应系统,与淡水供应系统同时并存。目前香港已兴建16座海水抽水站,每座海水抽水站负责抽入海水,然后通过干管和输水管组成的网络把海水送往用户和配水库。此外,还有15座陆上抽水站负责把海水从设于较低处的系统送往较高的地区。每一套海水冲厕系统可应付70L/(人·d)冲厕用水的需求。香港海水冲厕系统中的设备、管道防腐和防生物附着等方面的技术问题已基本得到解决。在香港利用海水冲厕40年的使用过程中未引起任何污水系统或污水处理方面的问题。住宅楼宇内的冲厕管道独立存在,目前仍以每年25km的速度不断增长。为了发展利用海水冲厕,香港立法规定：在香港凡未经批准而使用淡水冲厕的均视为非法。凡有海水供应的地区,不准使用淡水冲厕,必须接受海水冲厕的安排。冲厕用海水不作计量,免费供应。所有建筑物在建造时必须建有地下海水贮槽以及将海水供至建筑物顶部贮槽的供水系统。建筑物内设有独立的耐海水腐蚀的冲厕管道系统。海水冲厕普及率已达70%;输海水管线总长超过1000km。香港海水利用的最终目标是全部用海水代替淡水冲厕。2.香港地区海水冲厕的系统经济分析香港在后期进一步扩大海水冲厕供应系统时则进行了经济分析。近年来,来自广东的淡水供应量日增,污水处理厂亦相继建成,冲厕水可以选择淡水、海水或经处理的污水,在确定新区和已建设区的冲厕水供应系统时,通过经济分析来决定选择哪一种水作冲厕水的水源。香港水务署根据1983年沙田新城镇的发展规划,按该镇人口79.4万人、工业占地280万m2，冲厕海水用量72000m3/d。利用三种水源(即经三级处理后的污水、淡水、海水)建立三个冲厕水供应系统,进行较为全面的经济分析。在经济分析时未考虑土地占用费,年折旧率以4%计算。结果表明：①海水冲厕系统的经济性最好。由于淡水供应量受淡水资源的限制,今后香港的水价格可能上涨。②处理后的污水,由于工艺设备较复杂,所以成本也不可能低于海水冲厕系统成本。③但对于未充分发展的城镇,由于人口较少、工业及相应地服务系统尚未建立,若建立完整的海水冲厕系统,则投资较大,在经济上是不合算的。所以新城镇建设的初期,仍可用淡水作为冲厕水,等发展到一定阶段再兴建完整的海水冲厕供水系统。3.香港的海水冲厕系统3.1海水供应系统像淡水供水系统一样,在香港另有一个完全独立的海水供应系统,为市区和新市镇提供冲厕用水。海水冲厕系统主要由供水站(泵房)、配水管、调蓄水池等组成,自成一套独立的配水管网体系,供水站就近取海水并适当处理后供用户使用,该供水网络由37个抽水站、42个配水池及约1050km长的水管组成。3.2海水处理过程海水处理从进水口开始按以下工序依次进行:①筛分离。②曝气。③加氯处理3.3水质标准像香港这样大规模利用海水冲厕尚无先例,因此这方面的用水水质尚无国际标准,香港水务署为海水供应系统拟定的水质标准见表1。3.4供水管网系统香港规定所有建筑物都应有两个供水系统,一是饮水供应系统,另一是冲厕水供应系统,即使暂时没有海水供应的地区也是如此。有海水供应的地区必须用海水冲厕,但不允许作其他用途,若用淡水冲厕或用冲厕海水作为他用均属违法。3.5排水系统海水冲厕后与使用过的淡水一并进入城市污水管网,污水管网一般采用混凝土管,腐蚀问题未带来明显危害。3.6污水处理香港平均淡水用量为250.9×104ｍ3/ｄ,平均海水用量为54.6×104ｍ3/ｄ,海水占污水总量的17.9%,海水盐分得到较大稀释。污水处理一般采用传统的活性污泥法,进行二级处理后深海排放。3.7水费住宅用水:每4个月耗水量1～12ｍ3免费;13～43ｍ3为4.16港元/ｍ3;44～62ｍ3为6.45港元/ｍ3;超过62ｍ3为9.05港元/ｍ3。非住宅用水:商业为4.58港元/ｍ3;建筑为7.11港元/ｍ3;远洋船为10.93港元/ｍ3;非远洋船为4.58港元/ｍ3。冲厕用淡水:每4个月耗水量1～30ｍ3免费;超过30ｍ3为4.58港元/ｍ3。冲厕用海水:免费。3.8海水水质的保护根据防止水污染条例划分了10个水域,对这些水域排放的水质作了严格的限制。在市区中心地带,建有24km长的大型污水管道,昂船洲的大型污水处理厂已经启用,化学辅助处理350×104ｍ3/ｄ的污水,正在兴建一个大型的深海管道污水排放系统。二.海水作为大生活用水的环境问题利用海水作为生活用水,排放海水的后处理技术令人关注。因为海水的含盐量很高,给后处理带来了很大困难。如：①海水进入城市污水生化系统后,使系统的微生物群落发生了变化,如污水中含24%以上海水时,后生动物及更高级微生物无法存活,系统中的微生物主要以原生动物为主。污水中海水比例在48%以下时,COD去除率并未降低,基本保持在85%以上。污水中海水比例超过48%。COD去除率开始下降。②海水盐度有利于污泥沉降。系统中含盐量不高时,污泥容积指数(SVI)在100左右,随着污水中海水比例的增大,SVI逐渐降低,污水中海水占36%时,SVI值一般保持在30mL/ｇ左右。因此，海水作为大生活用水有以下方面的问题值得注意：1含海水城市污水的物化处理海水中悬浮颗粒具有较强的分散稳定性,自然沉降困难,这对于海水含量较高的城市污水的一级处理可能有一定的影响。有研究表明,在海水中投加适当的混凝剂,可以得到较好的沉淀效果。至于城市污水中含多少海水才能显著影响其沉降性能,采用混凝剂的种类及其絮凝条件,目前还缺乏研究。2含海水城市污水的生化处理海水对城市污水二级生物处理的影响,主要体现在各种盐离子对微生物代谢活性的影响。由海水水质特征分析可知,可能产生影响的盐离子主要有:K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-,这些离子中除Cl-以外,其它元素都是生物正常生长必须的营养成分,低浓度时对生物生长有促进作用,但高浓度时会产生强烈的抑制作用。高盐环境对淡水微生物的抑制作用主要发生在以下几个方面:使渗透压升高,引起细胞质壁分离;代谢酶活性受阻;增加水体密度,影响污泥凝聚沉降。一般认为当污水含盐量为5000～10000mg/L时,对生物处理系统将会产生明显的影响。但近来也有很多研究表明,当盐浓度达到2～3万mg/L,也能够达到较好的处理效果,但必须经过适当的污泥驯化。盐浓度的变化也是影响污泥活性的重要因素。高盐环境及盐浓度的变化会对正常的生物处理系统产生一定的冲击,冲击强度与盐的种类有关。经过适当的驯化和筛选,生物处理系统对盐的忍耐力可以得到加强,抑制浓度能够提高数倍。对于一般的城市污水处理厂,以总盐量及各盐类离子的中等抑制浓度推算出城市污水中可以接受的海水百分比,见表3-11所列。从表3-11中可见,海水中K+、Ca2+和Mg2+一般不会对生物处理产生抑制作用,而Na+、SO2-、Cl-和总盐量将会产生一定的抑制作用。但当海水占城市污水的比例在10%以内时,则一般不会对城市污水的处理效果产生明显的影响。考虑到海水的工业利用特别是海水冲厕的应用一般在新建城区,单独建设集中式污水处理厂的可能性较大,因而,有必要研究高海水含量的城市污水处理技术。3含海水城市污水的排海处理含海水的城市污水深海排放也是可行的处理途径之一,其环境影响与正常城市污水的排海基本一致,在某些方面的影响可能还小于淡水城市污水。但必须注意微生物特别是病原微生物可能产生的影响。一般来说,当淡水与海水快速混合时,淡水中的微生物很快死亡。但海水在城市用水中的的工业利用,使得病原微生物先经历了一个低盐环境的适应期,再进入海水后,生存期有可能延长,传播距离可能更远。Mezrioui等经对照研究发现,在秋季,大肠杆菌(E.coli)和沙门氏杆菌(s.typhimurium)在一个突然提高盐度的环境中,约可存活45h和56h;而在一个逐渐提高盐度的条件下,则均可存活110h,存活时间延长了1倍。但对海水的工业利用条件下病原微生物在海水中的存活状况,目前还缺乏研究。三、大生活用海水技术利用海水作为大生活用水是一项综合技术,它涉及海水取水、前处理、双管路供水、贮水、卫生洁具等系统的防腐和防生物附着技术;大生活用海水与城市污水系统混合后含盐污水的生化处理技术;合理利用海洋稀释自净能力将大生活用海水海洋处置技术。目前防腐技术和防生物附着技术已基本成熟。“大生活用海水技术研究”将冲厕海水的后处理技术作为关键技术,因为这对于保护海洋环境和资源十分重要。因此大生活用海水技术的重点是冲厕海水后处理技术,其内容主要包括:①冲厕海水与城市污水混合后的污水生化处理技术;②冲厕海水的海洋处置技术。1.大生活用海水进入城市污水系统后混合污水的生化处理技术海水含盐量很高,冲厕海水进入城市污水系统后必然会对污水生化系统带来影响,甚至会使原污水生化处理系统不能正常运行,因此,攻克这一难关便为大生活用海水的排放找到一条出路。目前国内外对大规模城市污水的二级处理大都采用活性污泥法及其相应改良工艺。国家海洋局海水淡化与综合利用研究所利用自己研制的四套活性污泥处理系统,经过长期实验研究,成功地摸索出了培养、驯化适应高盐量环境的污泥的方法,顺利完成了污泥的接种工作。已用这些污泥进行了冲厕海水分别占城市污水12%、24%和36%的生化处理实验,研究了大生活用海水进入城市污水系统后,海水盐度对污水处理系统的影响，探讨了不同海水盐度下生化处理系统的COD去除率、耗氧率、基质氧利用率的变化和污泥的沉降性能。摸索出了大生活用海水进入城市污水处理系统后混合污水生化处理系统的设计参数。海水盐度对污泥沉降性能的影响研究可以看出盐度对污泥沉降性能的影响比较明显,盐度有利于污泥沉降。随着盐度的提高,污泥的沉降性能越来越好,污泥容积指数逐渐降低,污泥出现膨胀的SVI临界点显著降低。从不同盐度下,每个反应器各阶段的COD去除率、F/M等指标的平均运行情况可以看出,随着原污水中海水比例的增大,COD去除率并未降低,基本保持在85%以上。2.关于合理利用海洋稀释自净能力将大生活用海水深海排污的研究博大的海洋生态系统具备一种相当强大的自我恢复能力,这是由于海洋生态系统中存在着永恒不息的三种过程和反应,它们是物理过程、化学过程和生物过程。外界输入的物质、能量经过这三种过程的联合作用,完成其分布、形态组成、种类与数量变迁,使得海洋生态系统能够在长时间内维持一种相对平衡的状态。海洋的自我恢复能力就是以上三种过程对外界输入的物质、能量的一种同化作用能力的表征,称之为自净能力。这种自净能力已被越来越多的有识之士认同为一种生产力。我国有18000多公里的海岸线,平均水深在20～100m之间,海区辽阔，其中有很多水交换能力强的海域,存在巨大的可利用的自净资源。合理利用海洋稀释自净能力将冲厕海水进行深海排污无疑是一种明智的选择。将大生活用海水实施海洋处置的基础是科学合理地利用海洋对污染的稀释净化能力,因此,大生活用污水海洋处置工程必须有严格的限制条件和要求。要进行以下研究：2.1海洋环境调查与分析方法的研究2.2大生活用海水深海排放初始稀释预测模型的研究2.3污染物影响浓度场预测模型2.4水质点的拉格朗日余流模型研究2.5大生活用海水海洋处置工程管道材质的选择及防腐方法2.6扩散器长度的计算方法研究§3-4海水作农业生产用水一、海水灌溉农业的展望与对策对于承受着巨大人口压力而拥有18000km漫长海岸线和20779km2沿海滩涂的中国来说,发展海水灌溉农业的经济、社会、生态意义是可想而知的。海水农业是指在沿海盐碱荒地或内陆盐碱地上,种植能用海水直接浇灌的盐生、有经济价值作物的农业。海水农业开辟了扩大的工业利用海水的领域,已作为现代化农业的一个新分支正在兴起,是人类面临自然灾害、生态环境恶化的合理选择与有效对策,也是21世纪农业领域令人注目的发展方向。1海水灌溉农业的概念和特点徐质斌1978年曾经撰文,把海洋渔业称为“海水农业”,把农业划分为陆地农业和海洋农业。海水农业或海洋农业是人类利用生物机能在海洋环境中将物质能量转换为使用价值的社会生产部门。包括海洋动物采捕和养殖业、海洋林业和海水灌溉耐盐作物业。海水灌溉农业基本上相当于“海水灌溉耐盐作物业”,还包括需要人工增水的滨海湿地的海洋林业。从大农业系统的结构看,海水农业是农业的一个分支;而海水灌溉农业又是海水农业的一个分支。海水灌溉农业不但区别于一般陆地农业,而且区别于其他海水农业。它区别于其他海水农业的特点有两点:①海水灌溉农业是用海水或者与淡水混合的水进行灌溉。世界上的植物能与海水相容的很多,由于地球上的海水是淡水的近百倍,海水植物的数量应该超过淡水植物。但是大多数的海水植物直接生活在海水环境中,如海带等藻类,红树林等木本植物,它们无须人工灌溉。灌溉是指通过渠道和管道把水引进田间以满足作物对水需求的生产活动,包括地面灌溉、地下灌溉和空中灌溉——喷灌、滴灌、人工降雨等。目前需要和能够用海水灌溉的植物只是植物王国的极小部分。②海水灌溉农业是其生物资源可以是海中植物,也可以是陆上植物,我们追求的更高目标是用海水灌溉陆上植物。因此,可以给出这样一个简单的定义:“海水灌溉农业是以海水资源、沿海滩涂资源和耐盐植物为劳动对象的特殊农业。”海水灌溉农业明显的特点是海陆两大地理单元的资源交叉组合。陆地农业的水、土、苗都是陆地体系的:海洋农业中的海藻种植、红树林栽培,水、土、苗是纯海洋的;而海水灌溉农业中的水、土是海洋的,植物却可以是陆生的。这种资源体系的二元化则海水灌溉农业本质的特征。它体现着海水灌溉农业节水、产品独特等优点,也直接制约着产业的分布,将其限制在沿海岸线的狭长地带,并可能是不连续的(被基岩海岸割断),土地高程一般不高于海平面。2中国发展海水灌溉农业的重要性2.1人均土地资源和淡水的日益缺乏,使得海水灌溉农业成为合理的选择自1985年以来,中国大陆每年净增人口1500～1800万,而耕地面积仅占大陆国土的14%,人均耕地不及世界平均数据的1/2,全国有666个县人均耕地低于联合国食物和农业组织确定的0.53hm2警戒线。耕地的质量也不高,分布在平原、盆地的仅占34%。中国人的食物主体是粮食,人均占有量也只有400kg,全国还有6000万人口没有完全脱贫。农业是用水大户,约占用水总量的70%,但是我国还有61%的耕地没有水资源保证。因此,一个拥有大量闲置滩涂和海水的国家选择海水灌溉农业是合乎逻辑的。2.2巨大的生态环境价值,决定了海水灌溉农业的地位一般沿海地区生态环境脆弱,土地盐碱化、风沙化严重。其原因是地下水位高,矿化度大,随土地毛细管蒸发,水变成了蒸汽,而把盐碱留在地表。如果改地下水地表蒸发为通过植物叶片蒸腾,地下水中的盐分就积聚不到地面上来,耐盐作物植被覆盖了地面,抑制了风沙,腐败的枝叶和根部微生物活动还会提高土壤肥力。有些耐盐植物如大米草、互花米草等,具有良好的消浪、促淤、护滩作用。从江苏的经验看,大米草种植两年,就可以使草丛滩面抬高10cm。射阳县进行了互花米草保滩护岸生态工程试验,20km海岸每年可节约护岸工程费用200多万元。2.3独特的产品使海水灌溉农业具有独特的经济价值由于耐盐作物多数品种是陆地农业所没有的,即便与陆地共有的品种,性状也有较大区别,所以它们有独特的使用价值。据山东师范大学的李法曾教授研究,中国耐盐植物的经济价值有8大类型:药用76种,如补血草、枸杞、甘草、水麦冬等;牧草29种,如滨麦、海边香豌豆、苜蓿等;油脂类19种,如碱蓬、野大豆、月见草等;鞣料类16种,如海莲、红树、海桑等;纤维类20种,如芦苇、筛草、罗布麻等;芳香油类10种,如海州蒿、薄荷等;食物类26种,如大叶藻、珊瑚菜、地瓜苗、沙枣、海菖蒲等;绿化、建材及薪炭类27种,如大米草、芦苇、柽柳、红树、盐桦、海芒果等。美国亚利桑那州立大学的塔可逊环境研究实验室通过世界性网络,从800种耐盐植物中筛选出一种海蓬子,可用海水灌溉和漫灌,其种籽的含油量占重量的30%,油中含有73%的亚油酸,优于大豆,具有食用、药用价值,油饼还富含40%的蛋白质,是高营养饲料。2.4海水灌溉农业的成功有可能为内陆盐碱地的农业利用开辟道路除了沿海滩涂,中国还有大约3.7×107hm2的内陆盐碱荒地,包括咸水湖周边的滩涂。如果解决了海水灌溉的关键技术和农艺问题,尤其是培育出优良的抗盐作物,也就有可能给内陆盐碱荒地的农业利用提供启发和某些通用技术。或许这种连带的、扩展的经济、社会、生态价值更为可观,有可能为国家扶贫大业做出意外的贡献。3中国发展海水灌溉农业的可行性3.1资源丰富海水灌溉农业必须的自然资源包括海水、滩涂和耐盐植物,这在中国都不缺乏。中国有大陆岸线18000km,海岛岸线14000km,可以利用海水的国土范围巨大。目前有沿海滩涂2077900hm2,由于入海江河携带大量泥沙,河口滩涂还以每年2.0~3.0×104hm2的速度继续淤长;我国的滩涂分布相对集中,为海水灌溉农业提供了广阔的用武之地(表3-12)。盐生植物即具有适应盐化生境形态和特性的植物区系。根据其对过量盐类的适应特点,又分为聚盐性植物,如海蓬子、海岸灯心草;泌盐性植物,如柽柳、大米草;不透盐或抗盐植物等。根据其生境特点,又分为沉水类即直接生活于海水中的,如大叶藻属、喜盐草属;湿生类即生于海岸滩涂的,如红树林、水麦冬等;旱生类即生于盐碱土地的,如假木贼属、猪毛菜属等。据山东师范大学生物系多年调查,确定我国有盐生植物424种,隶属于66科200属,为我们提供了丰富的种质库和基因库。3.2技术问题已初步解决3.2.1盐生植物的筛选、改良和利用美国较早在海水灌溉的条件下对大量的农作物种质资源进行了筛选,发现2种全海水大麦:CM72和GH619,29个半海水小麦,以及一种可用70%海水灌溉的番茄Kharchia。印度也获得一种能用80%海水灌溉的春小麦。特别是美国亚利桑那大学环境研究室1978年以来在全球范围内搜集到约1300多种野生盐生植物,种植于全海水灌溉的海滨农场中,鉴定与筛选出生存力强、具有一定经济价值,可资驯化利用的20多个盐生植物品种。其中以原产北美的海蓬子在生长活力、产量潜力、产品品质上表现最佳,现美国国际海蓬子公司已将其大田栽培并在多途径产品增值开发利用上逐步商业化和规模化。世界范围内,北美海蓬子已经在北纬16°～32°的热带、亚热带地区试种成功,我国南方沿海滩涂亦是北美海蓬子的适生区域,三亚、雷州、汕头、防城和南通等地的小面积试种已取得成功。北美海蓬子在山东滨海盐荒地上的适应性较差,表现为萌发晚、生长量小、开花结实晚、种子产量低且在露天条件下不能自然成熟。山东师范大学与东盐农校合作,在黄河三角洲建立了国内第一家盐生植物园,引进国内外抗重盐、耐海水植物32个科126种,研究表明,抗盐性强的油料植物盐地碱蓬不仅具有较高的经济价值,而且对人体具有明显的保健作用,其它如芦苇、白刺、枸杞等均可被选作黄河三角洲海水农业的首选植物类型;而从已经种植且生长良好的耐盐作物看,从新疆引进的沙枣,从东北引进的星星草,从美国引进的耐盐芦笋、大麦、小麦等也具有较大的推广价值。山东大学的夏光敏教授等,利用体细胞杂交技术培育耐盐小麦和牧草获得重要进展。他们用小麦的近缘植物、有高度耐盐性状的长穗高冰草与小麦作亲本,通过非对称融合技术,获得的杂种后代能够在0.7%～1%的盐土中生长。南京农业大学、江苏