海島開發與生態環境保護中的循環經濟理論應用模式研究

毋瑾超夏小明滕駿華

(1.國家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012;2.國家海島開發與管理研究中心,浙江杭州310012)

海島開發與生態環境保護中的循環經濟理論應用模式研究

毋瑾超1,2夏小明1,2滕駿華1,2

(1.國家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012;2.國家海島開發與管理研究中心,浙江杭州310012)

本文對循環經濟理論在海島開發和生態環境保護中的應用模式進行了探討,設計以可再生能源清潔生產模式、有機垃圾及廢棄物減量化處理模式、海水淡化處理模式及海水淡化與曬鹽相結合的循環產業模式等解決海島資源、環境、生態系統維護等相關問題,并對推動海島循環經濟發展的主要對策進行了分析。

海島開發;循環經濟;清潔生產;減量化處理

一、前言

“循環經濟”(Circular economy)一詞是物質閉環流動性經濟、資源循環經濟的簡稱,是以資源的高效利用和循環利用為目標,以“減量化、再利用、資源化”為原則,以物質閉路循環和能量梯次使用為特征,按照自然生態系統物質循環和能量流動方式運行的經濟模式。它要求人類在社會經濟中自覺遵守和應用生態規律,通過資源高效和循環利用,實現污染的低排放甚至零排放,實現經濟發展和環境保護的“雙贏”①。

發展循環經濟要想落到實處,必須在實踐中根據具體情況探索可行的循環經濟發展途徑與模式。具體來說,不同層次、不同區域范圍要根據其自身特點和基礎條件采取不同的模式:如清潔生產模式、工業生產整合模式、垃圾減量化處理模式、產業間多級生態鏈連接模式等②。每個地區只有采取適合的發展模式,才能找到發展循環經濟的關鍵,并使有關工作真正開展起來。

海島是兼有陸相和海相的國家疆土,在海洋權益中具有重要的戰略價值和法律地位。我國海島眾多,面積在500平方米以上的海島有6921個,是我國重要的國土資源和海洋經濟活動場所③。近年來,海島開發活動密度與強度逐漸加大,各地的海島旅游、海島養殖、海島碼頭建設等均有了較大發展;但與此同時,由于規劃和管理不善,也帶來了諸多環境問題:如海島及其周圍海域生物多樣性的喪失,海島淡水資源短缺,海島及周邊海域環境污染加劇等。上述問題能否有效解決,對于我國海島開發的長期健康和有序發展意義重大。

筆者認為,對于海島開發,必須從源頭上進行科學的理論規劃、指導和管理,例如采取循環經濟理論規劃和管理海島開發,以“減量化、再利用、資源化”的循環經濟基礎理論指導有關工作,可望有效解決上述有關問題。并因地制宜采取可再生能源清潔生產模式、有機垃圾及廢棄物減量化處理模式、海水淡化處理模式及海水淡化與曬鹽相結合的循環產業模式等,可有效解決其資源、環境、生態系統維護等相關問題④。

二、在海島開發上應用循環經濟的主要模式

1.可再生能源清潔生產模式

在遠離大陸的海島,一般沒有電網。因此,發展遠離陸地的獨立能源系統意義重大。利用傳統的礦物燃料(煤、石油)解決海島能源問題,容易造成嚴重的環境污染,極易導致海島脆弱生態系統的破壞,且運輸和維護成本過高。海洋能和風能等可再生清潔能源,取之不盡,是海島能源穩定供應的理想選擇。

海洋能是指依附在海水中的可再生能源,海洋通過各種物理過程或化學過程接收、儲存和散發能量,這些能量以波浪、海流、潮汐、溫差等形式存在于海洋之中。海洋波浪能、潮流能具有較高的能流密度,易于開發出各種規格的發電裝置,適應不同用戶的需要,容易實現獨立發電,是海洋能獨立能源系統的首選。

目前我國在潮流能研究開發方面已取得較大進展:(1)“萬向I”70kW潮流實驗電站以及“萬向II”40kW潮流實驗電站于2005年12月完成建設,并成功發電。該裝置建于浙江省岱山縣高亭鎮與對港山之間的潮流水道中,采用可變角直葉片立軸H型雙轉子水輪機,是一個獨立供電系統,到目前運轉情況良好。(2)250kW水面漂浮式垂直軸潮流能裝置研制成功。其具有效率高,使用壽命長等優點⑤。以上技術的研究成功,為波浪能的開發應用打下了堅實的基礎。

此外,風能發電技術是目前比較成熟的可再生能源技術之一,具有規模化開發和商業化發展前景,裝機容量每年增長超過30%。我國風力發電機經過20多年的發展,已形成一批開發和生產離網風電機組的單位和科研機構,主要產品品種有100瓦—10千瓦風電機組等。目前單機容量500、600、750千瓦的風電機組已達到批量商業化生產的水平,成為當前世界風力發電的主力機型⑥。

因此,在海島開發上,根據當地自然條件如風力資源、海洋能資源等綜合考量,選擇合適的可再生能源為海島提供能源供應,則為海島的開發和發展奠定了堅實的基礎。

2.有機垃圾及廢棄物減量化處理模式

對于廢棄物的處理,發達國家在上世紀六十年代開始實施廢棄物處理法案,推行固體廢棄物一體化管理。他們按管理政策的重要程度將其分為四個等級,依次是:預防性和最小化措施,回收和利用,轉化以及掩埋。其中預防性和最小化措施,是進行固體廢棄物處理最有效的辦法,是各發達國家優先采用的措施⑦。我國目前城鎮主要的垃圾處理以掩埋和焚燒為主,二次污染嚴重,導致區域生態環境惡化。

隨著海島開發的加快,由此產生的廢棄物處理也成為一個重要問題。由于海島交通不便,市政基礎設施較差,常規的處理方法并不適用。但如果聽之任之,由此造成的環境污染將產生嚴重后果,比如近年來我國東南沿海的赤潮現象日益頻繁,就和其環境污染密切相關。

現設計對海島的廢棄物進行分級處理,即主要對有機廢棄物和排泄物進行減量化處理。減量化處理的原理是利用復合微生物菌種將排泄物及垃圾中的有機物進行分解,分解的產物主要是能被微生物進一步利用的糖、脂肪酸和氨基酸等,微生物菌種攝取這些低分子營養后代謝成CO2和H2O,并以氣體和水分的形式分離出來,其對廢棄物的分解率可達90%以上,產出的殘渣可作為養殖飼料或肥料,環保效果顯著⑧。圖1為廢棄物分級處理及綜合利用示意圖。

圖1 廢棄物分級處理及綜合利用示意圖

3.海水淡化處理模式

受自然條件限制,絕大多數海島淡水資源貧乏,時空地域分布不均,資源性缺水嚴重。為解決水資源不足,部分海島實施大陸引水工程,但是,遠距離跨流域引水不僅投資巨大,對區域生態環境的影響也很大,而且引水要受到水源地供水量和管道路由條件的制約,很難從根本上解決海島的水資源短缺問題。

海水淡化作為一種新的水源供應方式,具有占地少、水質好、供給穩定、規模可大可小等優勢。在我國,海水、苦咸水淡化研究開發事業經歷四十多年的發展,已先后形成了電滲析法、反滲透法、蒸餾法脫鹽技術。近年來,日產500噸、1000噸、2000噸反滲透海水淡化裝置在我國沿海地區得到成功應用。目前,在脫鹽率達99%以上的復合膜研制成功以后,結合能量回收進行海水淡化,其造水成本已經降低到每噸淡化水耗電4-6千瓦時⑨。這就為其在海島上的廣泛應用鋪平了道路。圖2為海水淡化技術路線圖。

隨著科學技術的發展,海水淡化正在顯示出獨特的優勢和良好的前景。海水淡化作為一種潔凈生態、方便穩定和可再生的水源供應方式,是解決海島水資源緊缺的重要現實途徑和戰略選擇,也將成為構筑海島供水安全體系的重要保障。

4.海水淡化與曬鹽相結合的循環產業模式

食鹽是日常生活中人不可缺少的物質。目前制鹽的技術主要有鹽田法、蒸餾法、電滲析法或冷凍法制鹽,以及真空法制鹽。就其本質來說制鹽的關鍵就是要去除過多的水分,使其濃縮。海水制鹽在各種鹽業資源中是最具優勢的生產方式。

圖2 海水淡化技術路線圖

首先,海鹽的原料是海水,取之不盡,用之不竭,而井、礦、湖鹽資源都是有限資源。其次,中國沿海有廣闊的適合建立鹽場的灘涂,目前共有500多萬畝鹽田,是鹽田面積最大的國家,年產海鹽1500萬噸左右,約占全國原鹽產量的70%,占世界原鹽總量30%⑩。

傳統的灘涂法曬鹽,周期長,占地面積大,成本較高。在應用反滲透技術淡化海水后,一方面能產生我們所需要的主產品——淡水,另一方面還會產生海水濃縮液。這些海水濃縮液是海水淡化的副產品,但其對于海水曬鹽來說,卻是非常優質的原料;以海水淡化后的淡水回收率為60%—70%計算,其濃縮液如果被用于曬鹽便相當于已蒸發掉60%—70%的水分,也就等于縮短海鹽生產約2/3的生產周期,或提高約70%的生產效率。這樣一來,利用海水淡化的副產品進行海水曬鹽,一方面使資源循環利用,同時也極大地緩解海水曬鹽場用地的供需矛盾。

自20世紀50年代起日本大力開展離子交換膜電滲析法濃縮制鹽研究,并從70年代實現了工業化,目前日本年產食鹽150萬噸全部使用膜法制鹽。據報道,采用一價離子選擇性離子交換膜制備的鹵水中氯化鈉濃度可達200克/升,噸鹽耗電量在150千瓦時左右。其經濟效益和社會效益均非常顯著,這為我國在此領域的發展提供了很好的借鑒作用。

三、推動海島循環經濟發展的主要對策

如前所述,由于海島的特殊位置和條件所限,其開發和管理存在諸多困難。應用循環經濟理論對其進行指導、管理,有望產生積極作用。但循環經濟本身在我國的發展仍需一個較為漫長的過程,要推動海島循環經濟的發展,還須從以下四個方面進行努力。

1.以技術創新為支撐促進循環經濟的發展

循環經濟對技術的依賴性很強。沒有技術上的可行性,循環經濟就無法真正落到實處。因此,要加大人、財、物的投入力度,整合有限資源,聯合進行技術攻關與創新,加快技術改造,提高技術在發展循環經濟實踐中的保障作用。如進一步加強可再生能源的利用研究,降低成本,提高穩定性;同時研究可再生能源發電-海水淡化-海水曬鹽等產業的集成和鏈接。

2.加強環境與資源監測的科學化、信息化

發展循環經濟是節約資源、保護環境、搞好生態建設、實現可持續發展的手段。真實而充分的信息是提高管理水平,制定正確政策的基礎。因此,發展循環經濟必須加強環境與資源監測的科學化、信息化和網絡化。尤其對于偏遠海島,有關工作則更為必要。

3.進行適合循環經濟發展的制度創新

循環經濟的基本特征告訴我們,發展循環經濟不可能是一個簡單的過程,而是一個社會里多元利益主體通過多次重復博弈所達成的均衡結果。因此,為了保證這種博弈過程能夠穩定、持續地進行下去,制度保障和創新就顯得格外重要。結合我國已出臺的海島保護法,應加大有關管理、保護政策的制訂。此外,循環經濟項目一般建設周期較長,從建設完成期到效益顯現期往往需要一段較長時間,這就與“短平快”項目思路有較大沖突,因此解決這些問題需要從制度上進行保證和創新,促進保護循環經濟的發展。

4.加強循環經濟理論體系的建設

循環經濟作為一門新興課題,其顯著不同于傳統的經濟增長或發展模式,無論在理論上還是政策上,都有其顯著特點。同時由于其外延和內涵均極為廣泛,目前在對其認識和理解上還有許多歧見,因此需加強對其理論體系的研究,尤其是在海洋這個特殊領域的應用研究,進一步指導有關工作的深入開展。

四、結語

綜上所述,以循環經濟理論指導海島開發和環境保護工作,將風能發電、海洋能發電和海水淡化技術進行集成,形成一個或數個循環系統,這樣就可以發揮產業聯動優勢,降低成本,為海島提供穩定的電力和淡水;同時,通過引入減量化處理系統對島上的廢棄物進行分級處理,可對保護其生態系統,減少環境污染產生積極影響。此外,利用海水淡化產出的濃縮水進行海水曬鹽,可提高經濟效率,降低成本并實現資源循環利用,從而建立海島循環經濟新模式,為我國海島綜合開發利用提供“綠色”發展思路,同時也將為循環經濟的發展應用找到一個新的突破口,其意義將非常重大。

注釋

①張坤:《循環經濟理論與實踐》,北京:中國環境科學出版社,2003年。

②邢彩霞:《發達國家發展循環經濟的實踐及其啟示》,《陰山學刊》2006年第6期。

③劉新華:《論海島對國家發展海權的戰略意義》,《中國海洋大學學報(社會科學版)》2007年第4期。

④柴金艷:《基于耗散結構理論的循環經濟產業鏈優化》,《中原工學院學報》2006年第6期。

⑤張熙霖、武鑫、吳志民《:風力/光伏/波浪能混合發電系統的應用研究》《,可再生能源》2004年第2期。

⑥劉茂祥《:我國風電設備制造技術現狀及發展建議》《,水利水電快報》2006年第12期。

⑦李乃珍、王保全《:建筑垃圾再生的技術途徑》《,環境保護》1999年第10期。

⑧高柏、花明《:構建城市垃圾處理的循環經濟體系》,《江西社會科學》2005年第10期。

⑨楊尚寶《:關于我國海水淡化產業發展的政策思考》《,水處理技術》2008年第1期。

⑩崔樹軍、韓惠茹、鄧會寧《:海水淡化副產濃海水綜合利用方案的探討》《,鹽業與化工》2007年第1期。

?陳敏德:《循環經濟的核心內涵是資源循環內容——兼論循環經濟概念的科學運用》《,中國人口·資源與環境》2004年第2期。

?周妙子《:論完善我國循環經濟建設政策》《,改革與戰略》2006年第12期。

責任編輯 文音

2010-03-10

國家海洋公益性行業科研專項重點科研項目(項目編號:200805040)