海水淡化工程对环境的影响及对策

海水淡化工程对环境的影响及对策

0海水淡化技术分类及规模随着我国经济和社会的全面发展和人民生活水平的逐步提高，淡水需求急剧增加，淡水资源日益稀缺。海水淡化因不受气候和时空条件限制,成为解决我国沿海地区淡水供给问题的重要方法,在部分海岛地区甚至是唯一的有效方法目前国际商业化应用的主流海水淡化技术分为热法和膜法2种类型,其中热法主要为低温多效蒸发工艺和多级闪蒸工艺,膜法主要为反渗透工艺。截至2016年年底,我国已建成海水淡化工程131个,总规模达118.8万t/d,应用反渗透工艺、低温多效蒸发工艺和多级闪蒸工艺的海水淡化工程分别占总规模的68.40%、31.07%和0.50%随着我国海水淡化产能的快速增加,其对环境的影响逐渐被关注。尤其是海水淡化过程中产生的浓海水,大量直接排放入海对海洋生态环境的影响不容忽视,有必要加以研究和应对。1新能源海水淡化技术存在的问题海水淡化设备运行须消耗能量,能耗是海水淡化最主要的成本。热法海水淡化系统的能耗较高且能量利用效率较低,而带有能量回收装置的反渗透海水淡化系统的能耗较低。大部分海水淡化工程采用电能作为能量来源,在发电过程中燃烧化石燃料可能产生非甲烷类挥发性有机化合物等物质,如处理不当可能污染大气环境。目前太阳能、风能、海洋能和核能等新能源海水淡化技术仍处于研发阶段且不够成熟,仅在一些海岛等特殊地区有少量示范工程,是海水淡化技术的研究方向之一。此外,海水淡化工程施工期的管线开凿、厂房建设和设备安装等活动可能产生悬浮物、含油污水和固体废弃物等,如处理不当可能污染近岸海域的海洋生态环境。海水淡化厂区和辅助设施建设占用土地,导致海岸带工业化加速,滨海自然景观被破坏,影响当地社会生活环境。海水取水工程可能影响海水交换和沉积物运动2浓度海洋对海洋生态环境的影响海水淡化是从天然海水中分离淡水的过程,在此过程中,只有不到50%的海水变为淡水,其余海水以浓海水的形式排放2.1海水浓海水多效蒸发工艺海水温度是海水环境和海洋生态环境的重要评价指标。在热法海水淡化的过程中,热交换系统产生的浓海水的温度较高,其中多级闪蒸工艺和低温多效蒸发工艺产生的浓海水的温度分别为70℃～90℃高温浓海水显著提高排放口附近海域的海水温度,从而严重影响海洋生态环境。(1)改变海洋水文条件,即高温浓海水上升到海水表面形成羽流并与冷海水混合2.2海水淡化系统目前主流海水淡化技术的产淡水率仍较低,热法海水淡化系统和膜法海水淡化系统分别为15%～50%和30%～40%浓海水显著提高排放口附近海域的海水盐度,并在一定范围内形成高盐度区,从而严重影响海洋生态环境。Ruso等2.3常用的杀菌剂浓海水中含有有机物和营养盐,一部分是海水固有并在海水淡化过程中被浓缩,另一部分由海水淡化过程中的各种化学药剂残留及其进一步反应所产生。为提高海水淡化系统的运行效率和保护相关组件,须对原海水进行预处理,即杀菌、除浊、脱碳、脱氧、缓蚀、阻垢、消泡、软化和中和等。常用的杀菌剂包括液氯、次氯酸钠和二氧化氯,防止细菌和藻类等微生物滋生和腐蚀海水淡化装置。氯可将稳定的溴化物转化为活泼的溴,形成有毒且稳定的卤代有机化合物,破坏海洋生物的酶代谢过程,降低其生物活性,改变其物种组成,甚至可在生物体内累积并随食物链传递,威胁人类健康。常用的阻垢剂包括聚磷酸盐、马来酸或聚丙烯酸等,防止传热管和反渗透膜等海水淡化组件的表面结垢。浓海水中一般含有阻垢剂中的磷,可能造成海水富营养化,甚至引发赤潮。在热法海水淡化过程中,须加入消泡剂以去除蒸发器中的泡沫,消泡剂的主要成分为聚乙二醇类,可破坏海洋生物细胞内膜,并与卤素化合生成致癌物质和诱变剂2.4热法海水淡化系统的组成浓海水中含有多种重金属,主要来源于海水淡化过程中的管道腐蚀溶出和冲洗脱落等。低温多效蒸发工艺产生的浓海水重金属含量较高,而反渗透工艺产生的浓海水重金属含量较低。热法海水淡化系统的传热管常采用铜合金、不锈钢和铝合金等材料,其腐蚀产物一般为铜、镍、锌、钼、铝和铁等,其中铜的含量最高。重金属是海洋生物必需的微量元素,但含量过高可能对海洋生物产生毒害作用。(1)在生物体内富集并随食物链传递,威胁人类健康;(2)通过沉积和扩散作用进入浮游植物细胞内部,减少细胞色素,抑制其光合作用和呼吸作用,改变其种类组成和分布等;(3)铜含量过高可与蛋白质结合,使浮游植物细胞中的酶失活,限制其对硝酸盐和硅酸盐的吸收和利用,影响其代谢、生长和繁殖2.5海水淡化系统组件清洗处理一般在浓海水海水pH值较稳定。为防止海水淡化组件结垢,一般对原海水酸化处理,浓海水即呈弱酸性。此外,海水淡化系统中的过滤器、蒸发器和反渗透膜等组件须定期清洗,一般采用柠檬酸和多磷酸钠等弱酸性清洗剂,酸性清洗废水随浓海水共同排放。酸性浓海水可能降低海水pH值,造成局部海域的海水酸化现象,不仅影响海洋地球化学特性,而且影响海洋生物乃至整个海洋生态系统2.6浮游植物的分离和净化为防止海水淡化系统管道内生物的生长和附着,须在原海水中加入含氯杀菌剂,因此浓海水中可能含有余氯。为保护反渗透膜,反渗透工艺须在海水进入反渗透膜前加入还原剂以清除残留杀菌剂,因此产生的浓海水余氯含量较低。余氯包括游离性余氯和化合性余氯,其中游离性余氯不稳定,经海水对流扩散的稀释作用而衰减较快,而化合性余氯较稳定。余氯主要对海洋生物造成影响。(1)改变浮游植物的种类组成;(2)浮游动物对余氯较敏感,含量较低的余氯即可对浮游动物产生明显影响;(3)使贝类失去附着力,破坏其呼吸膜,导致其缺氧窒息死亡;(4)使鱼鳃组织发生病变,氧化血红蛋白中的铁离子,降低鱼类血液还原性酶的活性和运氧能力,影响其呼吸作用2.7热法海水淡化的影响溶解氧含量是海水环境和海洋生态环境的重要评价指标。由于溶解氧含量随海水温度的升高而降低,热法海水淡化产生的热浓海水导致排放口附近海域的溶解氧含量降低;反渗透工艺清除残留杀菌剂的还原剂的主要成分为亚硫酸氢钠,易与海水中的溶解氧发生氧化还原反应,导致溶解氧含量降低。此外,浓海水中的氮、磷和有机物导致海水富营养化,加速溶解氧的消耗。2.8天然海水的流速机械卷载效应主要是由于浓海水排放量较大,较快的流速与天然海水形成流速差,使海水压力发生变化,撞击海洋生物的胚胎、幼虫、幼体和成体,使其死亡或受伤3处理措施3.1反渗透海水淡化工程在海水淡化工程勘察和设计阶段,应尽可能地远离医院、学校和居民区等人群聚集区,避开已规划或已运营的滨海旅游区和自然保护区等生态敏感区域。工程施工阶段产生的含油污水应收集后处理,禁止直接排放入海;采用沉井式取水方法,避免扰动水体;在反渗透海水淡化系统的高压泵和能量回收装置中安装消音器或声屏障等,减小噪音;海水输送管道避开地下蓄水层,并采用耐腐蚀的高性能材料和加强日常巡检,防止管道“跑冒滴漏”。对于工程运行阶段产生的固体废弃物,首先鉴定其危险性,如为危险废弃物则由专业机构处理,如为一般废弃物则按有关规定处理。根据工程所在地的具体情况,选择能耗较低的海水淡化技术,也可综合采用多种海水淡化技术,提高产淡水率和降低工程成本。新能源因其清洁无污染和可再生等特点,具有良好的发展前景,其中太阳能和风能海水淡化技术尤其适用于偏远海岛的中小型海水淡化工程3.2机械卷载效应和旋转轴浓海水排放口应远离海湾和河口等生态敏感区域,尽可能地选择海洋水动力条件较好的开放性海域,避开由岬角等特定地形引起的涡流带和波浪破碎带。减缓排水流速,从而减小机械卷载效应。在浓海水排放管道末端50～100m处采用多端口扩散,扩散位置的水深至少为7m,起点距低潮线至少200m3.3加快浓海水综合利用和“零排放”技术的研发浓海水中含有大量无机盐、稀有元素和化合物,是重要化工原料。可综合利用浓海水制盐、制碱以及提取溴、镁、钾、锂、铀和碘等浓海水综合利用和“零排放”技术是海水淡化产业可持续发展的有效途径,但目前存在占地面积大、制盐蒸