海水利用的影響分析

楊晨 高湘 楊守剛

目前,地球上的海水資源為1 350 919萬億m3,占全球水總量的97.47%,淡水資源只占到2.53%,水資源的短缺將帶來全球的水質惡化、干旱、荒漠化及土壤鹽堿化等一系列的問題。從長遠來看,隨著水資源的日趨緊張、經濟的迅速發展和人民生活水平的不斷提高,隨著海水利用技術的不斷發展和完善,海水利用不僅成為沿海缺水城市和海島居民生活用水的主要來源,起到重要的補充水源和應急水源作用,還將發揮替代淡水的顯著作用,成為解決水資源危機,構建節水型社會的有效措施。利用海水來增加淡水水源將是今后解決區域水資源不足,特別是沿海地區缺水狀況的一項重要途徑和有效手段。但因海水、海水淡化水、淡水之間的化學成分的差異,海水利用可能會對城市給排水系統、生態環境系統及人體健康產生一定的不利影響。

1 海水直接利用對城市給排水系統的影響

1.1 海水利用對城市給水系統的影響

海水系統供水穩定,可以減少給水系統的規模。但由于近岸海水較為混濁,雜質主要有泥沙、海藻及各種海生動植物等,在生活污水排放口鄰近海域,水中還會含有大量的大腸桿菌及其他污物和細菌。泥沙的含量受天氣變化的影響很大,在有風浪或降雨排入大海時,近海海水中泥沙含量會急劇升高,造成大量的泥土和污物進入供(海)水系統,導致水泵漏水和軸承的損壞,甚至使整個海水泵報廢。此外海水中存在的Ca2+,Mg2+等離子極易與,離子結合生成CaCO3,CaSO4,MgCO3,MgSO4等不溶物,易在管線及設備內形成硬疤。海水中的附著生物(如藤壺、貽貝、藻類等的卵及幼體)隨海水一起進入輸水管網,若處理不當則會在管道中滋生繁衍,造成管道輸水能力降低甚至堵塞輸水管道。

1.2 海水利用對城市排水系統的影響

海水中懸浮顆粒具有較強的分散穩定性,自然沉降困難,對于海水含量較高的城市污水一級處理會有一定的影響。有研究表明,在海水中投加適當的混凝劑,可以得到較好的沉淀效果。但具體城市污水中含多少海水才能顯著影響其沉降性能,采取混凝的種類及其絮凝條件,目前還需進一步研究。

海水對城市污水二級生物處理的影響,主要體現在各種鹽離子對微生物代謝活性的影響。由海水水質特征分析可知,可能產生影響的鹽離子主要有K+,Na+,Ca+,Mg2+,SO2-4和Cl-,這些離子中除Cl-以外,其他都是生物正常生長必需的營養成分,低濃度時對生物生長有促進作用,但高濃度時會產生強烈的抑制作用。

一般認為當污水含鹽量為5 000 mg/L～10 000 mg/L時,對生物處理系統產生明顯的影響。但近來也有研究表明,當鹽濃度達到2萬mg/L～3萬mg/L,也都能達到較好的處理效果,但必須經過適當的污泥馴化。研究表明,含海水的城市排入經馴化后的系統中,當進水中海水比例小于36%時,鹽度并沒有破壞活性系統的有機物去除率,COD去除率仍保持在80%以上,出水COD＜50 mg/L,滿足城市污水排放的要求;但當海水比例超過48%時,COD的去除率顯著降低,出水COD超過50 mg/L。說明經馴化之后的活性污泥系統可以處理一定含鹽量的城市污水,但是不能用于處理海水比例超過48%的污水。

2 海水利用對海洋生態系統的影響

2.1 溫排水的熱影響

建在海邊的企業冷卻水一般是直接抽取鄰近的海水,經過循環冷凝器后,就近排入海中。一般情況下,在局部海區,長期將超過周圍海水正常水溫4℃以上的熱水排到海洋里,就可能造成熱污染,濱海企業的冷卻水無疑是海域的一個重要的熱污染源。

從生物學角度看,水溫對海洋生態系統和各類海洋生物活動起著極為重要的作用。它對生物個體的生長發育、新陳代謝、生殖細胞的成熟及生物生命周期都有顯著的影響,在自然條件下,海洋水溫的變化幅度要比陸地環境和淡水環境小得多。因此海洋生物對溫度變化的適應性也較差,熱污染對它們的影響更大。

另外,溫排水的熱影響還可通過與其他環境因素的相互作用而產生綜合效應。它不僅能以熱的形式直接作用于生物體上,還能將熱施加于理化環境,使水體含氧量降低,使水中一些有毒物質的毒性增大,腐殖質增多,使水體惡化,從而影響海洋生物的正常生存。水質的惡化亦可能引發一些病害及寄生蟲的滋生,對生物群落產生更大的壓力,因此濱海工業的熱影響成了目前濱海工業海洋環境效應中最大的影響因素。

研究建議合理設計排放口,采取適宜方式減少溫排水帶來的不利環境影響。

2.2 濃鹽水的排放影響

海水淡化排出大量的濃鹽水,其含鹽量高于海水1倍左右,其排放需要特殊設計以減輕對海域生態的影響。國外海水淡化廠排放濃鹽水時,通常是把濃鹽水引入大海深處,加快濃鹽水與天然海水自然混合,以解決濃鹽水區域性污染問題。

研究建議對濃鹽水進行綜合利用,以從源頭上解決濃鹽水排放帶來的環境問題。

2.3 機械作用的影響

冷卻水在進入冷卻系統之前要經過一段由篩蓖和篩網組成的過濾屏障,以去除水中的懸浮固體物質和較大生物。

水流以較大的速度通過篩蓖,水體中動、植物體將隨水流被卷吸,有些生物撞擊在篩網上,沖擊力之大足以使許多生物死亡。

水流通過過濾屏障進入水泵,壓力變化很大,會對海水中的生物體造成極大的傷害。冷卻水進入水泵后,水泵高速旋轉的葉片會對水中的生物體產生巨大的沖擊力,許多海洋生物與水泵壁、葉片發生劇烈碰撞而受傷、死亡,嚴重時死亡率可達80%以上。

另外,冷卻水系統中,還存在著湍流區域,旋渦的邊緣或液體流過固體表面時會產生剪切力,對水生生物也有很大的傷害作用。

2.4 余氯的影響

為了防止冷凝器被附著生物堵塞,降低熱交換效率,多數企業使用氯氣消毒的方式以除去水中的污損生物或降低生物附著活性。氯氣加入海水中,會產生一系列化學反應,生成鹽酸、次氯酸、高氯酸等產物。氯氣產物具有強氧化性,除了能抑制水中的污損生物以外,還能與水中的一些無機物和有機物反應,產生一些有毒的副產物。

3 海水淡化水對人體健康的影響

目前海水淡化水具有潔凈、高純度和供給穩定的特點,是安全可靠的高品位水源,可直接作為飲用水;海水直接利用為生活用水,具有供水穩定、可靠的特點,是很多城市首選的替代淡水解決淡水緊缺的途徑之一。但是,海水淡化只能解決飲用水的資源性和污染性缺水問題,還沒有解決飲用健康水的問題。

專家研究表明,作為健康水必須符合三個條件:1)沒有污染(即沒有毒、沒有害、沒有異味);2)符合人體營養生理功能(即水必須含有適量礦物質,呈中性或微堿性);3)沒有退化(即充滿生命活力的水)。而海水淡化作為人的飲用水只能達到1)要求,2)和3)均不符合。所以淡化后的海水是一種蒸餾水或純凈水,而蒸餾水和純凈水是一種不含氧,含有有害揮發性物質的退化水,長期飲用對人體健康不利,會導致骨質疏松、神經麻痹等癥狀。

由此可見,海水淡化水水質雖遠高于生活飲用水的水質標準,但不能直接作為長期飲水使用。有專家研究表明,淡化后的海水,特別是蒸餾法淡化的海水,若要飲用,需要在水中加入礦物質,例如鈣離子等。因此,海水淡化水必須經硬度調整,添加人體需要的微量元素及終端檢驗后才能進行長期飲用,但其工藝及配套設備有待進一步的研究。

4 結語

海水的直接利用和間接利用對解決我國淡水資源短缺的緊張局面具有重要的意義,但是海水的直接利用會對城市給排水系統及海洋生態系統產生新的問題;海水的淡化技術只能解決飲用水的資源性和污染性缺水問題,并沒有解決飲用健康水的問題。因此,在利用海水方面,各地區應根據實際情況建議以“推廣沿海片區海水直接利用,儲備海水淡化利用技術”為主要發展方向,更好地推動我國海水利用事業的發展。

[1] 尤作亮,蔣展鵬,祝萬鵬.海水直接利用環境問題[J].給水排水,1998,24(2):64-67.

[2] 喬世珊.海水淡化技術及應用[M].北京:中國水利水電出版社,2007.