海水脫硫工程用海評價指標(biāo)淺析*

張召才，呂經(jīng)烈，郭春剛，關(guān)毅鵬，陳 穎

（國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所 天津 300192）

海水脫硫工程用海評價指標(biāo)淺析*

張召才，呂經(jīng)烈，郭春剛，關(guān)毅鵬，陳 穎

（國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所 天津 300192）

結(jié)合海水脫硫工藝特點及脫硫工程用海對近海海域生態(tài)環(huán)境的影響分析，確定了海水脫硫工程用海的評價指標(biāo)，提出海水脫硫工程用海的評價指標(biāo)體系；采用相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)對環(huán)境質(zhì)量要求作為各承載力評價指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)，確定了海水脫硫工程用海海域的海水水質(zhì)、表層沉積物、底棲生物污染物、海洋生物等質(zhì)量指標(biāo)的評價等級；為定量分析海水脫硫工程用海狀況奠定基礎(chǔ)。

海水脫硫；評價；指標(biāo)體系；海域生態(tài)環(huán)境

21世紀(jì)以來，全球海洋環(huán)境，特別是近海海域環(huán)境持續(xù)惡化，漁業(yè)資源衰退，赤潮災(zāi)害頻發(fā)等諸多環(huán)境問題。如何有效地保護近海海域生態(tài)環(huán)境已成為當(dāng)前世界各沿海國家共同面臨的問題。海水脫硫技術(shù)作為一種減少大氣污染物的方法，是否會給海洋環(huán)境帶來二次污染，是目前許多專家學(xué)者所關(guān)心的問題之一。已有研究機構(gòu)調(diào)查海水脫硫工程用海的海域環(huán)境資源質(zhì)量狀況，分析脫硫工程排放污染物對海域生態(tài)環(huán)境的影響，目前的研究結(jié)果表明［1－4］海水脫硫工程排水對海洋環(huán)境的短期影響不明顯，而長期累積效應(yīng)還有待于進一步觀察，特別是海水的重金屬污染，其潛在的危害較大。主要是進入海洋的重金屬經(jīng)海洋生物富集作用，通過食物鏈進入人體產(chǎn)生危害。過量的重金屬往往會對生物造成嚴(yán)重的危害，且隨著食物鏈傳遞，特別是有些金屬通過生物作用使形態(tài)發(fā)生變化，例如無機汞在微生物作用下轉(zhuǎn)化為有機汞 （甲基汞），使金屬毒性效應(yīng)大大提高，孕婦體內(nèi)的甲基汞可侵入胎兒腦組織，引起胎兒畸形，人體食用了鉛污染的水產(chǎn)品會出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)及消化系統(tǒng)障礙，鎘污染的水產(chǎn)品可使人體骨骼中鈣質(zhì)被鎘取代，造成骨質(zhì)疏松。銅和鋅的污染海水，可以使魚類的鰓和體表面腐蝕，出現(xiàn)呼吸障礙，甚至死亡［5］。盡管重金屬入海后會有存在形態(tài)的變化或因物理、化學(xué)和生物作用而發(fā)生遷移和轉(zhuǎn)化，以至于改變污染物固有的化學(xué)性質(zhì)和毒性。但現(xiàn)實環(huán)境中，大多數(shù)污染物會在生物體內(nèi)蓄積而長時間難以排除體外。因此開展海水脫硫工程用海對海域環(huán)境的影響與評價的研究意義重大。

本文針對海水脫硫技術(shù)帶來的海洋環(huán)境問題，結(jié)合我國沿海各電廠海水脫硫工程用海實際狀況，給出評價指標(biāo)，通過綜合分析脫硫海水水質(zhì)、煙氣污染物含量、海底沉積物質(zhì)量、海洋生物資源等方面的因素，構(gòu)建適合我國海水脫硫工程用海評價指標(biāo)體系，為定量分析沿海各電廠海水脫硫工程對海洋環(huán)境的影響奠定基礎(chǔ)，為海洋資源的可持續(xù)利用與管理提供技術(shù)支撐，以實現(xiàn)海洋生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，促進沿海地區(qū)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

1 評價指標(biāo)選取原則

基于海水脫硫工程用海評價的內(nèi)涵，借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究的最新理論與方法，海水脫硫工程用海評價指標(biāo)的選取應(yīng)遵循以下原則。

（1）全面且具有代表性。海水脫硫工程對海域環(huán)境影響復(fù)雜，海水脫硫工程用海評價的因素很多，且影響程度的差異性較大。通過多因素綜合評定法，既要對近海海域的海水質(zhì)量、生態(tài)環(huán)境資源及電廠實際工況等因素進行全面、綜合的分析；同時還應(yīng)突出重點，避繁就簡，著重分析影響較大，并具典型代表性的主導(dǎo)因素。

（2）科學(xué)、客觀。選取的評價指標(biāo)應(yīng)能客觀反映海水脫硫工程對海洋生態(tài)環(huán)境影響狀況，既要科學(xué)、規(guī)范，內(nèi)涵明確，又要考慮在實際操作中數(shù)據(jù)的可獲性和指標(biāo)量化的難易程度，應(yīng)力求使所選因素數(shù)據(jù)來源準(zhǔn)確且便于統(tǒng)計與測算。

（3）常規(guī)、定量、易獲取。所選指標(biāo)應(yīng)盡量是反映海水脫硫工程對海洋生態(tài)環(huán)境影響的定量性評價指標(biāo)，以減少主觀任意性，且應(yīng)是最常用、同時也是易獲取的、綜合性強、信息量大的規(guī)范性評價指標(biāo)。

此外各評價指標(biāo)應(yīng)相互獨立，盡量避免重復(fù)計算；同時所選指標(biāo)內(nèi)容要簡單明了，容易理解，并具有較強的可比性。

2 評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

目前，海水脫硫工程用海的評價指標(biāo)體系尚未建立，也無統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)可循。如何構(gòu)建海水脫硫工程用海的評價指標(biāo)體系，筆者在此略作嘗試。遵循上述原則，結(jié)合我國各沿海電廠海水脫硫工程對海洋生態(tài)環(huán)境的影響分析［1－4，6－8］，采用理論分析、經(jīng)驗選擇和專家咨詢相結(jié)合的方法，著重考慮對海洋生態(tài)環(huán)境的污染和承載力有重大影響的指標(biāo)，經(jīng)過篩選集聚構(gòu)建一套相應(yīng)的內(nèi)容豐富、層次清晰、針對性強的評價指標(biāo)體系 （圖1）。

圖1 海水脫硫工程用海評價指標(biāo)體系

海水脫硫工程用海的評價指標(biāo)是由海水脫硫工程的排污狀況和海洋生態(tài)環(huán)境的承載力兩方面因素決定的，既受海域自然資源、環(huán)境因素的制約，又受到海水脫硫系統(tǒng)運行工況、排水水質(zhì)、煙氣污染物含量等諸多因素的影響。其評價指標(biāo)可分為兩類：一類是壓力指標(biāo)，主要反映海水脫硫工程用海對附近海域生態(tài)環(huán)境的壓力，包括海水脫硫工程排放的海水水質(zhì)、煙氣、煤粉和煤灰中污染物含量等因素；另一類是承載力指標(biāo)，主要反映海洋生態(tài)環(huán)境對海水脫硫工程運行中排放污染物的承載能力，包括脫硫工程附近海域的海水水質(zhì)、表層沉積物和底棲生物中污染物含量等海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量方面的指標(biāo)。

3 承載力評價指標(biāo)及其分級標(biāo)準(zhǔn)

為了分析海水脫硫工程對近海海域生態(tài)環(huán)境的影響程度，建立既能反映海水脫硫工程用海實際情況，又簡便易行的評價方法。針對不同的承載力評價指標(biāo)，采用定量化計算并充分考慮相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量要求來確定各指標(biāo)的評價等級，各項評價指標(biāo)的檢測參照 《海洋調(diào)查規(guī)范》《海洋監(jiān)測規(guī)范》《海濱觀測規(guī)范》等相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)實施。

3.1 海水水質(zhì)評價指標(biāo)及分級標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)海水脫硫工藝排水特點，基于保護海域生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)，選擇溫升、pH、化學(xué)需氧量、懸浮固體物、溶解氧、無機氮、活性磷酸鹽、汞、銅、鉻、鉛、鋅、鎘、砷等14項水質(zhì)指標(biāo)用于評價近海海域的水質(zhì)環(huán)境狀況。首先溶解氧是所有水生生物的基本需求，但在海水脫硫中的亞硫酸根向硫酸根氧化過程中被消耗掉大部分，低氧或缺氧狀況下常會伴隨著大量的生物降解，有時會產(chǎn)生藻類殘渣并釋放腐臭氣味；其次伴隨煙氣中的飛灰進入海水的汞、銅、鋅、鎘、鉻等重金屬元素會在生物體內(nèi)富集，造成海洋生物的污染；最后pH、水溫等條件會嚴(yán)重危害養(yǎng)殖業(yè)類生物的繁殖與生長。

采用海水水質(zhì)指標(biāo)的目的是為了表征急劇惡化的水質(zhì)狀況。水質(zhì)的惡化不包括在相應(yīng)站位偶爾出現(xiàn)的缺氧、營養(yǎng)物質(zhì)富集等情況。當(dāng)水質(zhì)指標(biāo)等級被定為較差時，表明在監(jiān)測期間，這一站位的水質(zhì)狀況一直較差。如果此站位被定為良好或者一般，則表明在采樣期間，這一站位不會出現(xiàn)較差的水質(zhì)狀況，在其他時段有可能會出現(xiàn)短暫的水質(zhì)較差的狀況。為了在具體站位評估這種不確定性，應(yīng)適當(dāng)提高采樣率。14項水質(zhì)指標(biāo)的檢測參照《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB17378—2007）和《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB3097—1997）實施。

首先依據(jù)與本海域海洋功能區(qū)劃水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的符合程度，對單個站位水體中的pH、懸浮物、溶解氧，以及汞、銅、鋅、鎘、鉻等指標(biāo)進行評價，評價等級如表1所示。然后根據(jù)這14項指標(biāo)確定單個站位的水質(zhì)指標(biāo)等級，如表2分為良好、一般和較差3個等級。然后參考美國2005年 《全國近岸狀況報告Ⅱ》的判斷標(biāo)準(zhǔn)計算各區(qū)域的水質(zhì)指標(biāo)等級 （表3）。

表1 各項水質(zhì)指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

表2 單個站位的水質(zhì)指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

表3 區(qū)域水質(zhì)指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)［9］

3.2 表層沉積物質(zhì)量評價指標(biāo)及分級標(biāo)準(zhǔn)

對于海水脫硫工藝排水的受納海域水體來說，另一個主要的環(huán)境問題就是沉積物中有毒化學(xué)品等污染物的富集。來自燃煤煙氣中的多種金屬和有機物 （硫化物、芳烴、二惡英等）被脫硫海水帶入大海，并最終在沉積物中被累積。這些污染物可以破壞無脊椎動物、貝類和甲殼類動物等底棲生物群落穩(wěn)定性，并且可在生物體內(nèi)富集，通過食物鏈進一步危害人類的健康。

結(jié)合海水脫硫工藝排水水質(zhì)特征和我國沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB18668—2002共確定石油類、汞、銅、鋅、鎘、鉛、砷、鉻、總有機碳、硫化物等10項沉積物質(zhì)量指標(biāo)，由于我國海洋功能區(qū)劃中并未對海洋沉積物質(zhì)量進行要求，因此就依照沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中一、二、三類沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求來評價10項沉積物質(zhì)量指標(biāo)的良好、一般、較差 （表4）。

表4 10項沉積物質(zhì)量指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

完成單個站位沉積物中的總有機碳、硫化物、油類以及汞、銅、鋅、鎘、鉻等指標(biāo)的評價，然后根據(jù)這10項指標(biāo)確定單個站位的沉積物質(zhì)量指標(biāo)等級，也分為良好、一般和較差3個等級 （表5）。同理依據(jù)表6列出的標(biāo)準(zhǔn)判斷各區(qū)域的沉積物質(zhì)量指標(biāo)等級。

表5 單個站位的沉積物質(zhì)量指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

表6 區(qū)域沉積物質(zhì)量指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)［9］

3.3 底棲生物污染物評價指標(biāo)及分級標(biāo)準(zhǔn)

底棲生物在海水生態(tài)系統(tǒng)中具有重要的作用，但由于底棲生物的遷徙能力差，無法規(guī)避環(huán)境的污染問題，因此經(jīng)常被作為環(huán)境受干擾程度的指示生物。底棲生物體 （魚類、貝類和軟體類等）內(nèi)污染物是反映污染物富集狀況和環(huán)境受干擾程度的敏感指標(biāo)，也是評價近海域環(huán)境質(zhì)量的可靠指標(biāo)。采集電廠附近海域捕撈或海水養(yǎng)殖的貝類的底棲生物進行重金屬殘毒量分析，對評價海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況具有重要意義，因此選擇6項重金屬指標(biāo)作為底棲生物污染物指標(biāo)。

首先，依據(jù)我國海洋生物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 18421－2001中一、二、三類底棲生物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，評價汞、銅、鉻、鉛、鋅、鎘、砷等6項底棲生物污染物指標(biāo)狀況。

其次，根據(jù)這6項指標(biāo)判斷單個站位底棲生物污染物指標(biāo)等級。

最后，計算該區(qū)域底棲生物污染物指標(biāo)的評價等級，其分級標(biāo)準(zhǔn)見表7。

表7 底棲生物污染物指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

3.4 海洋生物質(zhì)量評價指標(biāo)與分級標(biāo)準(zhǔn)

浮游生物的物種組成、優(yōu)勢種群及群落結(jié)構(gòu)特征指數(shù) （如多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、優(yōu)勢度）可在一定程度上反映出環(huán)境的變化，其中多樣性指數(shù)在國內(nèi)外普遍被用來描述生物群落的生態(tài)學(xué)特征，也常用來監(jiān)測海水底棲生物群落結(jié)構(gòu)的變化，被認為是個較好的評價污染程度的工具。均勻度是衡量種群中各種類的數(shù)量分布是否均衡的指標(biāo)，其最大值為1，最小值為0。一般來說，在水質(zhì)狀況較好的海域，浮游植物的種類數(shù)較多且種間比例較均勻，因而多樣性指數(shù)較大、均勻度指數(shù)較高。反之，在重污染的海域，種類數(shù)少且種間比例不均勻，多樣性指數(shù)小、均勻度指數(shù)低。因此選定浮游植物種類多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)兩項指標(biāo)作為評價海洋生物質(zhì)量的指標(biāo)。同理依據(jù)表8和表9列出的標(biāo)準(zhǔn)判斷評價指標(biāo)等級。

表8 浮游生物種類多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)與污染程度的關(guān)系［10－11］

表9 海洋生物質(zhì)量指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

3.5 承載力評價指標(biāo)綜合分析

海水脫硫工程用海對近海域生態(tài)環(huán)境承載力的評價選擇海水水質(zhì)、表層沉積物、底棲生物污染物與海洋生物質(zhì)量等四類指標(biāo)，盡管這些指標(biāo)不能反映海水脫硫工程用海附近海域的所有特征，但卻能夠提供有關(guān)附近海域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況及其是否可以滿足海洋生物和海域正常使用功能方面的信息。例如在某一站位，如果四類指標(biāo)中任何一項的等級被定為較差，那么這個站位被確定為海域正常使用功能受到損害；如果四類指標(biāo)中兩項或多項的等級被定為一般，并且沒有1項被評為較差，那么這個站位被列為海域正常使用功能受到威脅；如果四類指標(biāo)全部被評為良好，或者只有1項指標(biāo)被評為一般，沒有指標(biāo)被評為較差，那么這個站位被確定為海域正常使用功能未受到損害。因此，海水脫硫工程用海評價結(jié)果可用于評估近海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量是否能滿足海域正常使用功能的要求。

4 結(jié) 論

目前，關(guān)于海水脫硫?qū)Ｓ蛏鷳B(tài)環(huán)境影響的研究較多，而海水脫硫工程用海的評價指標(biāo)體系方面研究很少，本文就這方面進行了初步探討，由于不同海域的擴散交換條件差別較大，應(yīng)根據(jù)各沿海當(dāng)?shù)睾Ｑ笊鷳B(tài)環(huán)境的實際狀況，對評價指標(biāo)體系及其分級標(biāo)準(zhǔn)進行適當(dāng)調(diào)整，或選擇試點海域，建立一個更合理、科學(xué)、完善的評價指標(biāo)體系，為海洋資源的可持續(xù)利用與管理提供技術(shù)支撐。

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2011年國家海洋局業(yè)務(wù)化項目資助.