海水淡化產(chǎn)業(yè)的用海管理研究

劉淑芬，岳 奇，徐 偉

（國(guó)家海洋技術(shù)中心 天津 300112）

海水淡化產(chǎn)業(yè)的用海管理研究

劉淑芬，岳 奇，徐 偉

（國(guó)家海洋技術(shù)中心 天津 300112）

海水淡化是國(guó)家重點(diǎn)支持發(fā)展的戰(zhàn)略性海洋新興產(chǎn)業(yè)，國(guó)家和沿海各地區(qū)出臺(tái)了大量政策，海水淡化產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展空間廣闊。文章介紹了海水淡化的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況以及我國(guó)的海水淡化政策，分析了海水淡化的用海特點(diǎn)，并提出了關(guān)于海水淡化的用海管理政策建議。

海水淡化；海域管理；用海

1 海水淡化的背景

1.1 世界范圍內(nèi)淡水短缺

水是生命的源泉，是人類社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)不可或缺的資源，隨著社會(huì)工業(yè)化和都市化發(fā)展，水體的污染不斷加劇，越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)出現(xiàn)供水不足，淡水不足已經(jīng)成為世界性的難題。聯(lián)合國(guó)水資源委員會(huì)早在1977年就向世界各國(guó)發(fā)出了警報(bào)：“供水不足將成為一個(gè)深刻的社會(huì)危機(jī)。世界上在石油危機(jī)之后的下一個(gè)危機(jī)便是水的危機(jī)”。聯(lián)合國(guó)不止一次地向世界發(fā)出了警告：除非各國(guó)采取有力措施，否則到2025年世界將有約1／3的人口得不到安全的飲用水供應(yīng)。

地球上大約70%的面積被海水覆蓋，在淡水資源緊缺的背景下，發(fā)展海水淡化事業(yè)，向海洋索取淡水已經(jīng)成為世界沿海國(guó)家和地區(qū)的共識(shí)。

1.2 我國(guó)是淡水資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家

我國(guó)是一個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家，被聯(lián)合國(guó)列為13個(gè)貧水國(guó)之一。我國(guó)淡水資源時(shí)空分布極不均勻，而水體污染更加劇了水資源貧乏的程度。在資源性缺水的同時(shí)，伴隨著水質(zhì)性缺水，雙重缺水特征凸顯，已成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大瓶頸。

沿海地區(qū)尤其是北方沿海地區(qū)，是我國(guó)最缺水地區(qū)之一。全國(guó)人均綜合用水量為412m3，而北方沿海地區(qū)（天津、河北、遼寧和山東）人均綜合用水量約269m3，屬資源性缺水。考慮到北方沿海地區(qū)的人口增長(zhǎng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化、農(nóng)業(yè)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境用水需求和實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)小康社會(huì)目標(biāo)等因素。預(yù)測(cè)2020年北方沿海4省（市）人均綜合用水量將達(dá)到350～400m3，缺水量將達(dá)到273億～393億m3。

解決我國(guó)沿海地區(qū)淡水資源短缺問(wèn)題的基本途徑是開(kāi)源節(jié)流，但蓄水、跨流域調(diào)水等傳統(tǒng)措施，只能實(shí)現(xiàn)水資源的時(shí)空位移，難以全面解決缺水的根本問(wèn)題。因此，面對(duì)北方沿海地區(qū)資源性缺水和南部沿海部分地區(qū)水質(zhì)性缺水，以及水資源亟待保護(hù)和科學(xué)利用的嚴(yán)重形勢(shì)，海水淡化利用既緊迫、又任重道遠(yuǎn)［1］。

2 海水淡化的國(guó)內(nèi)外發(fā)展

2.1 國(guó)際海水淡化的發(fā)展情況

最早記錄的海水淡化是17世紀(jì)初期日本海員使用陶器壺蒸餾海水并用竹筒收集其冷凝物。世界上第一個(gè)海水淡化工廠1954年建于美國(guó)德克薩斯的弗里波特。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，全球累積海水日淡化能力開(kāi)始快速增長(zhǎng)，1985—1994年，年均增長(zhǎng)率約為6.41%，1995—2004年，年均增長(zhǎng)率達(dá)到7.32%，2004年全球累積海水淡化能力達(dá)到3 563萬(wàn)m3／d。根據(jù)國(guó)際脫鹽協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，截至2008年年底，世界范圍內(nèi)共有14 100個(gè)淡化工程，總裝機(jī)容量約為6 348萬(wàn)m3／d。其中，80%以上用于飲用，解決了2億多人的飲水問(wèn)題。

淡化海水代替?zhèn)鹘y(tǒng)淡水作為飲用水的新水源已在世界沿海地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，成為解決全球水資源短缺的重要途徑。據(jù)國(guó)際脫鹽協(xié)會(huì)（IDA）2002年的統(tǒng)計(jì)，全球50%左右的淡化能力發(fā)生在中東地區(qū)，之后是北美（16%）、歐洲（13%）、亞洲（11%）、非洲（5%）和加勒比海地區(qū)（3%），澳大利亞和南美洲各占1%。

2.2 我國(guó)海水淡化事業(yè)的發(fā)展

我國(guó)從1958年開(kāi)始進(jìn)行海水淡化技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，已具備了較大規(guī)模海水淡化的能力。國(guó)家環(huán)境膜分離工程技術(shù)中心發(fā)布的中國(guó)海水淡化發(fā)展研究分析報(bào)告披露，截至2010年10月，中國(guó)已建成海水淡化裝置65套，日淡化海水能力接近61.26萬(wàn)m3。雖然與《海水利用專項(xiàng)規(guī)劃》提到的2010年中國(guó)的海水淡化規(guī)模達(dá)到日產(chǎn)80萬(wàn)～100萬(wàn)m3的指標(biāo)存在一定差距，但國(guó)際行業(yè)研究組織依然認(rèn)為，中國(guó)是全球最具發(fā)展?jié)摿Φ暮Ｋ瘶I(yè)務(wù)市場(chǎng)（圖1）。

圖1 我國(guó)海水日淡化量變化［2］

3 海水淡化的用海特征

海水淡化的用海特征包括對(duì)海洋環(huán)境的影響和用海選址要求。選址要求包括取水口選址和排水口選址，對(duì)海洋的影響包括取水、排水和取排水工程建設(shè)施工影響。

3.1 海水淡化對(duì)海洋環(huán)境的影響

3.1.1 施工期影響

取排水工程施工期產(chǎn)生的主要污染物有挖溝產(chǎn)生的懸浮物，施工人員生活污水、生活垃圾，施工船舶機(jī)艙含油污水等。但這類污染影響僅是暫時(shí)的，將隨著工程建設(shè)的結(jié)束而消失，不會(huì)產(chǎn)生永久性污染效應(yīng)。

3.1.2 取水影響

首先，取水結(jié)構(gòu)可能會(huì)影響水體交換和沉淀物運(yùn)動(dòng)，類似于人工魚(yú)礁存在的問(wèn)題；另外，取水結(jié)構(gòu)還可能干擾航線或其他海上用途。

其次，取水卷載效應(yīng)會(huì)造成鄰近局部海域的魚(yú)卵、仔稚魚(yú)和浮游生物等數(shù)量減少。海水淡化廠可以接收來(lái)自不同來(lái)源的給水，最常見(jiàn)的取水方式是開(kāi)放式海水取水口，使用開(kāi)放式的取水口可能會(huì)有水生生物撞到取水口過(guò)濾網(wǎng)上面，或者和源水一起進(jìn)入海水淡化廠，導(dǎo)致生物的損失。

3.1.3 排水影響

海水淡化排水對(duì)海洋環(huán)境的影響主要是排放的海水成分及物理性質(zhì)與周圍海水不同，表現(xiàn)在溫度、鹽度、密度高于環(huán)境海水，排放水中含有海水淡化過(guò)程中添加的化學(xué)成分，根據(jù)采用的技術(shù)方法不同，這些排放水含有的化學(xué)成分也會(huì)不同。

3.1.3.1 海水淡化排放水與環(huán)境海水的差異

海水淡化又稱海水脫鹽，是分離海水中鹽和水的過(guò)程，從海水中取出水或除去海水中的鹽都可以達(dá)到海水淡化的目的，按分離過(guò)程分類，海水淡化方法主要有蒸餾法、膜法、結(jié)晶法、溶劑萃取法和離子交換法等。其中蒸餾法又有多級(jí)閃蒸（MSF）、多效蒸發(fā)（ME）和壓汽蒸餾（VC）之分；膜法海水淡化技術(shù)則包含了反滲透法（RO）和電滲析法（ED）；結(jié)晶法則由冷凍法和水合物法構(gòu)成。雖然淡化方法有許多種，但多年的實(shí)踐表明，真正實(shí)用的海水淡化方法只有MSF、ME、VC和RO等幾種方法（表1）。

無(wú)論采用哪種技術(shù)方法，海水淡化過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生大量的鹽水廢棄物（濃海水），通常的處理方式，就是將其沖入大海，但這些濃海水中往往都含有海水預(yù)處理和清潔作業(yè)所使用的化學(xué)劑成分，不同技術(shù)方法產(chǎn)生的濃海水成分也不同。熱法淡化廠的濃海水通常還含有殘留的氯、氯化物副產(chǎn)品、阻垢劑、消泡劑和某些重金屬（例如，銅或鎳），且溫度較高，膜法淡化廠產(chǎn)生的濃海水通常含有阻垢劑、天然的固體和混凝劑、化學(xué)清洗液等。這些不同的污染物成分還可能對(duì)海洋生物造成潛在的協(xié)同效應(yīng)。例如，氯殘留物和高溫的協(xié)同效應(yīng)。

表1 反滲透法與熱法海水淡化過(guò)程排放濃鹽水的典型性質(zhì)［3］

3.1.3.2 海水淡化排放水對(duì)海洋環(huán)境的影響

（1）排放水鹽度升高對(duì)海洋環(huán)境的影響。海水淡化排放的濃海水的鹽度一般是取用海水的2倍。若這些濃海水排放方式不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致排放海域鹽度的升高。海水鹽度升高將改變海洋生物本身體液與其生活環(huán)境海水中滲透壓的平衡，從而降低海洋生物的繁殖力，甚至使其滅絕。此外，由于底棲生物無(wú)足夠的移棲能力，濃海水排放對(duì)排水口附近的底棲生物的影響尤其嚴(yán)重（表2）。

（2）排放水中化學(xué)添加劑等污染物的影響。海水淡化排放水中污染物來(lái)源主要有兩類：一類是化學(xué)添加劑，如生物殺滅劑（通常為氯氣或次氯酸鈉）、抑垢劑（通常為聚磷酸鹽）、防沫劑、防蝕劑、酸洗劑等；另一類是由管路腐蝕產(chǎn)生的毒性重金屬，如Cu、Ni、MO、Cr、Zn等，這些污染物都會(huì)對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生危害。

表2 濃鹽水污染物特征及其對(duì)海洋環(huán)境的影響［4］

（3）排放水物理性質(zhì)變化對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響。排放水物理性質(zhì)的改變主要有兩點(diǎn)：溫度升高和密度增大。

排放水密度的增大主要影響接受水體的物理性質(zhì)，高密度的濃海水入海后易于沉降在水底，阻礙了海水的垂直混合，并在排水口附近形成高鹽沙漠。另外，高密度的鹽水沉降到海底，使底棲生物因細(xì)胞脫水、組織膨壓降低而死亡，并改變其原有生境，從而給底棲生物帶來(lái)傷害。

溫排水會(huì)對(duì)海洋環(huán)境產(chǎn)生熱污染。溫排水進(jìn)入受納水體后，將直接影響海洋生物的生長(zhǎng)和繁殖，使排水口附近浮游動(dòng)物的種類和數(shù)量減少，降低群落的物種多樣性，引起群落結(jié)構(gòu)的變化。此外，溫排水還會(huì)導(dǎo)致接受水體溶解氧含量的降低，而間接對(duì)海洋生物和水質(zhì)產(chǎn)生不利影響。

3.1.3.3 排放水對(duì)海域的影響范圍

海水淡化排放水影響的海域范圍因海域環(huán)境條件和排水量的不同而有很大差異，目前對(duì)于海水淡化排水影響范圍方面的研究較少，其影響范圍研究大多體現(xiàn)在環(huán)境影響評(píng)價(jià)論證報(bào)告中。

3.2 海水淡化的選址要求

3.2.1 取水口選址

取水口附近海域水質(zhì)要求較高。一般來(lái)說(shuō)，海水淡化要求取用的海水中夾帶的海洋生物盡可能少，以減少對(duì)取用海水的預(yù)處理。此外，海水淡化取水時(shí)會(huì)有卷載效應(yīng)，會(huì)造成鄰近局部海域的魚(yú)卵、仔稚魚(yú)和浮游生物等數(shù)量減少，因此，取水口設(shè)置應(yīng)避開(kāi)生物敏感區(qū)和保護(hù)區(qū)等海域，盡量采用在深水區(qū)、遠(yuǎn)離岸邊或?yàn)┚娜∷绞剑饶芊乐箤?duì)浮游生物、卵和幼蟲(chóng)的影響，所取的海水水質(zhì)也往往比岸邊和表層水水質(zhì)好，不需或僅需最小量的化學(xué)預(yù)處理。

3.2.2 排水口選址

海水淡化后的排放水會(huì)對(duì)海域產(chǎn)生多種不利影響，如溫排水、有害化學(xué)添加劑、高鹽度和高密度等物理化學(xué)特征會(huì)損害生態(tài)系統(tǒng)。為使排放水溫度、濃度、密度等盡快降低，排水口附近要有充足的混合速率和淡化體積來(lái)最小化不利沖擊，最好能避開(kāi)潟湖、半封閉性海灣等水文條件不宜和生物敏感度較高的水域，選擇在開(kāi)放性、水交換通暢的海域，以利于排放水濃度的快速降低。

4 海水淡化的海域管理政策建議

4.1 海水淡化的政策支持

多年來(lái)，我國(guó)對(duì)海水淡化的政策一直持支持和鼓勵(lì)態(tài)度。2000年，海水淡化被列入《當(dāng)前國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》；2001年，海水淡化作為先進(jìn)環(huán)保和資源綜合利用領(lǐng)域的高技術(shù)，被列入國(guó)家計(jì)委、科技部聯(lián)合發(fā)布的《當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域指南》；2003年，海水淡化被寫(xiě)入《全國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃綱要》中；2005年，國(guó)務(wù)院頒布了《國(guó)務(wù)院關(guān)于做好節(jié)約型社會(huì)近期重點(diǎn)工作的通知》，明確提出要推進(jìn)沿海缺水城市海水淡化和海水直接利用。2005年8月18日，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家海洋局和財(cái)政部聯(lián)合發(fā)布了《海水淡化專項(xiàng)規(guī)劃》；2006年1月，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、科技部、國(guó)家海洋局聯(lián)合發(fā)布《海水淡化標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展計(jì)劃》；2006年，科技部發(fā)布《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020）》，將海水淡化列入重點(diǎn)領(lǐng)域及其優(yōu)先主題；2008年2月，國(guó)家海洋局發(fā)布《國(guó)家海洋事業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》，提出海水淡化對(duì)沿海缺水地區(qū)的貢獻(xiàn)率要達(dá)到16%～24%；2008年10月，國(guó)家海洋局和科技部聯(lián)合發(fā)布《全國(guó)科技興海規(guī)劃綱要》，提出要推進(jìn)海水農(nóng)業(yè)技術(shù)集成與產(chǎn)業(yè)化和海水綜合利用產(chǎn)業(yè)技術(shù)集成與產(chǎn)業(yè)化，發(fā)展海水綜合利用產(chǎn)業(yè)鏈開(kāi)發(fā)示范工程。此外，沿海多個(gè)省市如遼寧、大連、天津、舟山等還出臺(tái)了適合本地特點(diǎn)的海水淡化政策。

4.2 海水淡化的海域管理建議

各級(jí)政府和社會(huì)各界高度重視海水淡化，國(guó)家出臺(tái)了大量支持政策，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，海水淡化的技術(shù)不斷成熟，成本不斷降低，海水淡化已具備了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的條件。作為海洋管理部門(mén)，在支持其發(fā)展的同時(shí)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格管理其用海行為。

（1）我們對(duì)于海水淡化事業(yè)的發(fā)展在海域使用上應(yīng)予以鼓勵(lì)和支持，保證其用海需求，具體可以結(jié)合海洋功能區(qū)劃編制，對(duì)于海水淡化廠的取水口和排水口用海給予保證。

（2）對(duì)于海水淡化用海的海域使用金予以適當(dāng)減免。目前淡化海水在沿海地區(qū)代替普通陸地淡水的障礙之一是成本較高，我國(guó)已有減免海水淡化廠稅金的政策。海洋管理部門(mén)在支持海水淡化發(fā)展方面，除用海保障外，還可以對(duì)其海域使用金予以減免。

（3）嚴(yán)格管理海水淡化取水口與排水口的選址。取水口與排水口要避開(kāi)生物敏感區(qū)、潟湖、半封閉性海灣等條件不適宜的海域，盡量選擇水文動(dòng)力條件較好的開(kāi)放性海域，以減輕取水時(shí)卷載效應(yīng)對(duì)海洋環(huán)境的影響，便于排水時(shí)濃海水的擴(kuò)散和稀釋。

（4）加強(qiáng)海水淡化項(xiàng)目用海的論證管理工作。目前海水淡化的海域使用論證管理工作薄弱，許多規(guī)模較小的海水淡化項(xiàng)目因其海域使用面積較小，甚至都沒(méi)有進(jìn)行專門(mén)的海域使用論證。實(shí)際上，雖然海水淡化的海域使用面積小，但其對(duì)于海洋的影響卻比較大。有研究指出，按照我國(guó)2010年規(guī)劃的海水淡化規(guī)劃量計(jì)算，所產(chǎn)生的排海濃鹽水會(huì)導(dǎo)致我國(guó)膠州灣地區(qū)局部海域鹽度和高鹽度水域面積明顯增加［5］。因此，今后應(yīng)加強(qiáng)海水淡化用海的海域使用論證工作，以減少對(duì)海洋環(huán)境的損害。

（5）鑒于濃海水對(duì)海洋環(huán)境的不利影響，應(yīng)嚴(yán)格管理濃海水排放，加強(qiáng)對(duì)排水口附近水質(zhì)的監(jiān)測(cè)，并針對(duì)濃海水的特點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性的監(jiān)測(cè)，同時(shí)監(jiān)控排水區(qū)域相鄰功能區(qū)的水質(zhì)。

（6）采取多種措施鼓勵(lì)濃海水的綜合利用，盡量減少濃海水的直接排放。

［1］國(guó)家海洋局.海水利用專項(xiàng)規(guī)劃.2005.

［2］沈明球，周玲，郝玉.我國(guó)海水綜合利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)研究［J］.海洋開(kāi)發(fā)與管理，2009，26（7）：23－27.

［3］Lattemann S，H?pner T.Environmental impact and impact assessment of seawater desalination［J］.Desalination，2008，220：1－15.

［4］馬學(xué)虎，蘭忠，王四芳，等.海水淡化濃鹽水排放對(duì)環(huán)境的影響與零排放技術(shù)研究進(jìn)展［J］.化工進(jìn)展，2011（1）：237－238.

［5］王曉萌，梁生康，石曉勇，等.膠州灣海水淡化排海濃鹽水對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的影響［J］.中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2009（5）：227－233.