第34卷第10期 水处理技术 VoL34No. 10 62008年10月 TECHNOLOGY W ATER TREATMENT 0ct,2008 海水淡化利用环境影响对策分析 金春华,邵奎兴,江桦 (新华国际工程咨询公司,北京100053) 摘要:海水淡化过程中能源消耗、固废物、浓盐水和化学药品的排放,以及排放废水的温度等问题,长期看存 在对海洋生态环境的潜在影响。这些问题需要人们引起重视,并提早采取有效的预防和应对措施 关键词:传质;双层分阶段多生物相;厌氧污泥;最大比甲烷生产率 中图分类号:P747 文献标识码:A 文章编号:10003770②008)10006-04 近年来随着海水淡化技术不断进步、淡化规模1.2浓盐水排放对海洋生态的潜在影响 的持续扩大和工程数量的增多,淡化过程本身存在 海水淡化后的浓盐水排放对海洋生态环境可能 的一些直接或潜在环境影响引起了人们的关注,比有潜在影响。对于反渗透脱盐装置,排出的浓盐水是 如浓盐水、化学药品的排放对海洋生态环境的可能进水量的30%~70%,即浓盐水的浓度是普通海水 侵害、占用或污染地下水、耗费大量能源和噪声污染的1.3~1.7倍。对海洋环境的影响程度取决于周边 等等。随着长期累积,这些直接或潜在的环境影响环境的水文地质因素,特别是海水的海洋测量、海 有可能对环境带来危害。海水淡化有可能引发的环浪、海流、水柱深度等特性,这些因素决定了浓盐水 境问题需要人们引起重视,并提早采取有效的预防排入大海后产生影响的范围。 和应对措施 在不同的地域和地点,海洋环境受浓盐水的影 1海水淡化环境影响构成 响程度也不一样,这种影响包括对海洋中的某些水 生生物(如海草或海藻)、海洋生物聚集的珊瑚礁和 20世纪下半叶以来,随着许多国家饮用水及工海边沿岸的沙滩等等,进而考虑是否会对不同种类 农业生产用水量的增长,海水淡化技术为提高人们的鱼类和无脊椎海洋生物带来影响。由于这种影响 生活水平做出了很大贡献。然而,这项技术的应用短期无法看到,因此为了避免未来产生不利后果,目 对环境有直接或潜在的不利影响 前人们需要保持对淡化厂周边海洋环境的跟踪观 1.1淡化装置耗费很多电能 测,同时对海水淡化装置建立监控和监督机制 海水淡化工程不管是采用膜法还是热法工艺, 国外海水淡化厂排放浓盐水时,通常是把浓盐 都需要耗费很多电能,虽然通过能量回收装置,能耗水引入大海深处,让浓盐水与天然海水自然混合,以 得到了一定降低,但仍需热电厂提供运行所需的电解决浓盐水区域性污染问题。我国主要海水淡化厂 力,这就需要消耗大量的煤炭,同时还向大气中排放浓盐水是直接排入大海,这就有可能影响相关海域 更多的温室气体,从而进一步造成全球变暖 的生态环境。 根据《京都议定书》的规定,大多数工业化国家13固体废弃物排放的环境影响 必须在2008~2012年内将那些能造成温室效应的 海水淡化、制盐和盐化工产品提取生产过程中 气体排放量控制在比1990年的排放量低5%的水产生的固体废弃物含有大量重金属,目前固废物主 平。为了降低温室气体的排放,未来应考虑采用风要用作围海造陆的吹填土,这将对近海海域造成很 能、太阳能或核能等清洁能源代替传统能源,否则热大的污染。同时,海水中过量重金属除直接对海洋生 电厂排放污染性气体的数量会有增无减 物造成毒害外,还由生物体富集和食物链传递,通过 收稿日期:2008-0506 作者简介:金舂华(1972-),男,高级工程师:研究方向为海水淡化、水环境保护:联系电话:13693143072:Email:chgeneesohu.com。 C1994-2008ChinaAcademicjOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
近年来随着海水淡化技术不断进步、淡化规模 的持续扩大和工程数量的增多，淡化过程本身存在 的一些直接或潜在环境影响引起了人们的关注，比 如浓盐水、化学药品的排放对海洋生态环境的可能 侵害、占用或污染地下水、耗费大量能源和噪声污染 等等。随着长期累积，这些直接或潜在的环境影响 有可能对环境带来危害。海水淡化有可能引发的环 境问题需要人们引起重视，并提早采取有效的预防 和应对措施。 1 海水淡化环境影响构成 20 世纪下半叶以来，随着许多国家饮用水及工 农业生产用水量的增长，海水淡化技术为提高人们 生活水平做出了很大贡献。然而，这项技术的应用 对环境有直接或潜在的不利影响。 1.1 淡化装置耗费很多电能 海水淡化工程不管是采用膜法还是热法工艺， 都需要耗费很多电能，虽然通过能量回收装置，能耗 得到了一定降低，但仍需热电厂提供运行所需的电 力，这就需要消耗大量的煤炭，同时还向大气中排放 更多的温室气体，从而进一步造成全球变暖。 根据《京都议定书》的规定，大多数工业化国家 必须在 2008～2012 年内将那些能造成温室效应的 气体排放量控制在比 1990 年的排放量低 5%的水 平。为了降低温室气体的排放，未来应考虑采用风 能、太阳能或核能等清洁能源代替传统能源，否则热 电厂排放污染性气体的数量会有增无减。 1.2 浓盐水排放对海洋生态的潜在影响 海水淡化后的浓盐水排放对海洋生态环境可能 有潜在影响。对于反渗透脱盐装置，排出的浓盐水是 进水量的 30%～70%，即浓盐水的浓度是普通海水 的 1.3～1.7 倍。对海洋环境的影响程度取决于周边 环境的水文地质因素，特别是海水的海洋测量、海 浪、海流、水柱深度等特性，这些因素决定了浓盐水 排入大海后产生影响的范围。 在不同的地域和地点，海洋环境受浓盐水的影 响程度也不一样，这种影响包括对海洋中的某些水 生生物（如海草或海藻）、海洋生物聚集的珊瑚礁和 海边沿岸的沙滩等等，进而考虑是否会对不同种类 的鱼类和无脊椎海洋生物带来影响。由于这种影响 短期无法看到，因此为了避免未来产生不利后果，目 前人们需要保持对淡化厂周边海洋环境的跟踪观 测，同时对海水淡化装置建立监控和监督机制。 国外海水淡化厂排放浓盐水时，通常是把浓盐 水引入大海深处，让浓盐水与天然海水自然混合，以 解决浓盐水区域性污染问题。我国主要海水淡化厂 浓盐水是直接排入大海，这就有可能影响相关海域 的生态环境。 1.3 固体废弃物排放的环境影响 海水淡化、制盐和盐化工产品提取生产过程中 产生的固体废弃物含有大量重金属，目前固废物主 要用作围海造陆的吹填土，这将对近海海域造成很 大的污染。同时，海水中过量重金属除直接对海洋生 物造成毒害外，还由生物体富集和食物链传递，通过 海水淡化利用环境影响对策分析 金春华，邵奎兴，江 桦 （新华国际工程咨询公司，北京 100053） 摘 要: 海水淡化过程中能源消耗、固废物、浓盐水和化学药品的排放, 以及排放废水的温度等问题, 长期看存 在对海洋生态环境的潜在影响。这些问题需要人们引起重视, 并提早采取有效的预防和应对措施。 关键词: 传质; 双层分阶段多生物相; 厌氧污泥; 最大比甲烷生产率 中图分类号: P747 文献标识码: A 文章编号: 1000-3770(2008)10-006-04 收稿日期：2008-05-06 作者简介：金春华（1972-），男，高级工程师；研究方向为海水淡化、水环境保护；联系电话：13693143072；E-mail：chgene@sohu.com。 第 34 卷 第 10 期 2008 年 10 月 水处理技术 TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT Vol.34 No.10 6 Oct.,2008
金春华等,海水淡化利用环境影响对策分析 海产品进入人体并造成危害。 贵的海洋物种,加那利群岛自治区颁布了“生态影 1.4化学药品排放的环境影响 响评估”法规(11990),规定“生产能力大于5000 海水淡化装置排放的浓盐水中除了盐,还包括m3·d的脱盐装置必须要通过生态影响详细评估”。 多种用于脱盐装置预处理阶段的化学品,这些化学同时,通过立法积极维护岛上不同地点的海草场,使 品主要包括次氯酸纳、氯化铁、硫酸或盐酸、六偏磷之成为多种鱼类和无脊椎海洋生物的重要栖居地 酸纳或相关的化学品、以及亚硫酸氢钠等。对于反2.1.2国内相关环境法规 渗透淡化装置,每年要清洗反渗透膜3~4次,这个 1984年,我国颁布实施了旨在保护海洋环境的 过程中要用到弱酸、除垢剂(柠檬酸、多磷酸纳等)法律:《中华人民共和国海洋环境保护法》。2000 和有腐蚀性的碱。上述这些化学药品残留随着浓盐年,该法经修订后再次颁布实施。 水的排放,经过积累也会对周围海洋生态环境和水 2006年11月,国务院颁布实施了《海洋环境保 生物种产生潜在影响,这种影响从长期趋势看也许护法》的首个配套条例:《中华人民共和国防治海岸 会产生一定的后果 工程建设项目污染损害海洋环境管理条例》。该条 1.5排放废水的温度问题 例要求我国港口、码头、滨海电站、矿山、滨海机场等 利用电厂余热进行淡化、制盐及盐化工产品的新建或改扩建工程项目(含固体废弃物、污水等污 提取,具有很高的经济价值,但废海水中的热能会使染物处理处置排海工程)应当编制环境影响报告, 局部海域水温升髙,导致某些浮游生物急剧繁殖和开展海洋环境保护措施及其技术、经济可行性论证, 髙度密集,从而产生“赤潮”,造成部分海洋生物死并作出海洋环境影响评价。同时,条例对于向海洋排 亡。海水水温的升高还会使海水中溶解氧的含量降放废污水作出了规定:“设置向海域排放废水设施 低,影响生物的新陈代谢,甚至使生物群落发生改的,应当合理利用海水自净能力,选择好排污口的位 变,破坏海洋生物的栖息环境。因此,海水淡化排放置。采用暗沟或者管道方式排放的,出水管口位置应 废水的温度问题不容忽视。 当在低潮线以下”。2007年9月,我国国务院颁令决 此外,海水淡化还存在其他一些影响,例如,海定修改《管理条例》,修改后于2008年1月1日起 水淡化反渗透装置的噪声污染十分严重,高压泵和实施 能量回收装置能够产生大约90~100分贝的噪音。 尽管《防治海岸工程建设项目污染损害海洋环 2海水淡化利用环境影响对策 境管理条例》对工程项目向海洋排放固体废弃物、 废污水等作出了规定,但是并没有针对海水淡化工 2.1环境法规约束 程设施的具体内容。目前,国家也尚未出台有关海水 2.1.1国外有关环境法规 淡化装置环境影响程度判定和处置的法律法规,特 在工业化发达国家,通常是通过颁布环境保护别是没有编制在海水淡化、制盐和盐化工产品提取 法规来保护和保持环境资源。目前,世界上海水淡化生产过程中三废的排放标准 对海洋环境影响问题较为严重和突出的地区是西班 因此,笔者认为国家应当从法律政策层面针对 牙的地中海沿岸地区。在西班牙,环境影响评价从海水淡化利用出台更明确的法规和标准,从而对海 1986年开始被作为环境事件通用法则写进了《1986水开发利用过程中对环境造成的不利影响控制在大 年6月28日发布的1302皇家法令》的环境部分。众可以接受的程度范围内。 全国有基础性的环境法规,比如《环境影响评估法22采用可再生能源 令( Environm ent m pact assessm en》,包括了一系221相关法律法规 列的强制性环境影响评价内容,其中一条规定“只 近年来,我国政府高度重视能源高效利用和生 要是新建或扩建海水淡化装置,其处理能力必须大态环境保护,为了降低不可再生能源消耗,减少生产 于3000m3·d”,同时授权允许各自治区颁布自己的过程中有害废物对环境的破坏,相继颁布了一系列 议事程序,发布自己的审查程序。目前,西班牙有3有关法律法规,要求企业单位在工程建设和生产运 个自治区拥有不同于《环境影响评估法令》的脱盐耆过程中采用清洁能源,实施清洁生产,同时也制订 工艺相关法规,其中包括加那利群岛( C anary)。 了相应的鼓励和支持措施 在加那利群岛,为了解决家庭和农业对淡水的 在《中华人民共和国可再生能源法》中明确指 需求,建设了许多反渗透海水淡化装置。为了保护珍出,风能、太阳能、水能、生物质能、地热能和海洋能 C1994-2008ChinaAcademicjOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
海产品进入人体并造成危害。 1.4 化学药品排放的环境影响 海水淡化装置排放的浓盐水中除了盐，还包括 多种用于脱盐装置预处理阶段的化学品，这些化学 品主要包括次氯酸纳、氯化铁、硫酸或盐酸、六偏磷 酸纳或相关的化学品、以及亚硫酸氢钠等。对于反 渗透淡化装置，每年要清洗反渗透膜 3～4 次，这个 过程中要用到弱酸、除垢剂（柠檬酸、多磷酸纳等） 和有腐蚀性的碱。上述这些化学药品残留随着浓盐 水的排放，经过积累也会对周围海洋生态环境和水 生物种产生潜在影响，这种影响从长期趋势看也许 会产生一定的后果。 1.5 排放废水的温度问题 利用电厂余热进行淡化、制盐及盐化工产品的 提取，具有很高的经济价值，但废海水中的热能会使 局部海域水温升高，导致某些浮游生物急剧繁殖和 高度密集，从而产生“赤潮”，造成部分海洋生物死 亡。海水水温的升高还会使海水中溶解氧的含量降 低，影响生物的新陈代谢，甚至使生物群落发生改 变，破坏海洋生物的栖息环境。因此，海水淡化排放 废水的温度问题不容忽视。 此外，海水淡化还存在其他一些影响，例如，海 水淡化反渗透装置的噪声污染十分严重，高压泵和 能量回收装置能够产生大约 90～100 分贝的噪音。 2 海水淡化利用环境影响对策 2.1 环境法规约束 2.1.1 国外有关环境法规 在工业化发达国家，通常是通过颁布环境保护 法规来保护和保持环境资源。目前，世界上海水淡化 对海洋环境影响问题较为严重和突出的地区是西班 牙的地中海沿岸地区。在西班牙，环境影响评价从 1986 年开始被作为环境事件通用法则写进了《1986 年 6 月 28 日发布的 1302 皇家法令》 的环境部分。 全国有基础性的环境法规，比如《环境影响评估法 令（Environment impact assessment）》，包括了一系 列的强制性环境影响评价内容，其中一条规定“只 要是新建或扩建海水淡化装置，其处理能力必须大 于 3000 m·3 d-1 ”，同时授权允许各自治区颁布自己的 议事程序，发布自己的审查程序。目前，西班牙有 3 个自治区拥有不同于《环境影响评估法令》的脱盐 工艺相关法规，其中包括加那利群岛（Canary）。 在加那利群岛，为了解决家庭和农业对淡水的 需求，建设了许多反渗透海水淡化装置。为了保护珍 贵的海洋物种，加那利群岛自治区颁布了“生态影 响评估”法规（11/1990），规定“生产能力大于 5000 m3 ·d-1 的脱盐装置必须要通过生态影响详细评估”。 同时，通过立法积极维护岛上不同地点的海草场，使 之成为多种鱼类和无脊椎海洋生物的重要栖居地。 2.1.2 国内相关环境法规 1984 年，我国颁布实施了旨在保护海洋环境的 法律：《中华人民共和国海洋环境保护法》。2000 年，该法经修订后再次颁布实施。 2006 年 11 月，国务院颁布实施了《海洋环境保 护法》的首个配套条例：《中华人民共和国防治海岸 工程建设项目污染损害海洋环境管理条例》。该条 例要求我国港口、码头、滨海电站、矿山、滨海机场等 新建或改扩建工程项目（含固体废弃物、污水等污 染物处理处置排海工程） 应当编制环境影响报告， 开展海洋环境保护措施及其技术、经济可行性论证， 并作出海洋环境影响评价。同时，条例对于向海洋排 放废污水作出了规定：“设置向海域排放废水设施 的，应当合理利用海水自净能力，选择好排污口的位 置。采用暗沟或者管道方式排放的，出水管口位置应 当在低潮线以下”。2007 年 9 月，我国国务院颁令决 定修改《管理条例》，修改后于 2008 年 1 月 1 日起 实施。 尽管《防治海岸工程建设项目污染损害海洋环 境管理条例》 对工程项目向海洋排放固体废弃物、 废污水等作出了规定，但是并没有针对海水淡化工 程设施的具体内容。目前，国家也尚未出台有关海水 淡化装置环境影响程度判定和处置的法律法规，特 别是没有编制在海水淡化、制盐和盐化工产品提取 生产过程中三废的排放标准。 因此，笔者认为国家应当从法律政策层面针对 海水淡化利用出台更明确的法规和标准，从而对海 水开发利用过程中对环境造成的不利影响控制在大 众可以接受的程度范围内。 2.2 采用可再生能源 2.2.1 相关法律法规 近年来，我国政府高度重视能源高效利用和生 态环境保护，为了降低不可再生能源消耗，减少生产 过程中有害废物对环境的破坏，相继颁布了一系列 有关法律法规，要求企业单位在工程建设和生产运 营过程中采用清洁能源，实施清洁生产，同时也制订 了相应的鼓励和支持措施。 在《中华人民共和国可再生能源法》中明确指 出，风能、太阳能、水能、生物质能、地热能和海洋能 金春华等，海水淡化利用环境影响对策分析 7
水处理技术 第34卷第10期 等非化石能源为可再生能源。该法第十二条规定:风力发电结合是最匹配的模式,具有能耗低、系统简 “国家将可再生能源开发利用的科学技术研究和产单、容易适应风力发电能量变化的特点。对于偏远地 业化发展列为科技发展与高技术产业发展的优先领区或孤立海岛,蒸馏单元和电渗析单元由于工艺和 域,纳入国家科技发展规划和高技术产业发展规划,操作简单,所以比较适合。 并安排资金支持可再生能源开发利用的科学技术研 目前,风能海水淡化面临的主要问题是:风速时 究、应用示范和产业化发展,促进可再生能源开发利常变化,能量供应不稳定,具有间歇性和波动性。针 用的技术进步,降低可再生能源产品的生产成本,提对这一问题,可以通过提高供电系统的稳定性来解 高产品质量”。由此可见,在经济发展保持快速增长决。对于有电网覆盖的地区,可以采用并网发电的风 的同时,为减少牺牲环境的代价,生产经营过程中采力发电系统,风力不足时,可以由电网向海水淡化单 用清洁的可再生能源替代传统化石能源,不仅属于元供电,维持淡化过程正常运行。另一方面,对于没 国家鼓励和支持的范畴,而且也是满足未来人类生有电网的偏远地区或孤岛,可以采用多种能源联合 产和生活双重需求的趋势和方向。 系统,比如风力-柴油机联合系统或者风力一太阳 2.2.2风能海水淡化 能联合系统。 风能已经成为未来替代传统化石燃料的主要新 尽管存在问题,但不可否认的是,随着风能装机 能源之一。风力发电是当今风能利用的主要形式。容量的扩大,风电成本会有显著下降(风能容量增 截至2005年底,世界风电装机总容量为59322万加一倍,风电成本会降低15%),据预测,到2030年 kW,同比上年增长25%。我国当年风电装机容量为我国风电成本会比现在降低50%。因此,从长远看 126万kW,居第八位。 风能海水淡化是未来发展的一个趋势,风能海水淡 海水淡化降低成本的关键是降低海水淡化的能化技术的推广应用,对于有效减轻环境能源压力,减 耗,海水淡化的能耗成本占总成本的40%,因此不少温室气体排放对大气环境造成有害影响具有重要 断提高和改进能量回收技术是提高经济性的目标,意义。 同时,降低能耗意味着燃烧更少的矿物燃料,从而减2.3海水淡化综合利用 少温室气体的排放,极大地改善大气环境质量。目 海水淡化对海洋环境的影响主要在于浓盐水的 前,风能应用于海水淡化工程已经取得了较为成熟排放。随着大规模海水淡化工程的实施,大量高浓度 的研究成果,在世界范围内有了较为广泛的应用。浓盐水的排放将会对环境造成不利影响。尽管,未见 表1列出了全球部分风能海水淡化工程。 中小规模海水淡化工程对环境有明显影响的报导 表1全球部分风能海水淡化工程 但对于大型淡化工程,在类似于我国渤海湾这样的 Table2 Introduction of som e sea w aterdesalination pro ects using w ind energ 封闭式海域,高浓度浓盐水对生态环境的影响存在 水淡化技术规模h3d 较大风险。 西班牙 osM oriscos苦咸水反渗透 2.3.1有关政策 西班牙aira 海水 反渗透 希腊 Drepanon 海水 反渗透 根据我国的发展规划纲要,开展资源综合利用, 德国 H egeland 反渗透 23040 是实施节约资源基本国策,转变经济增长方式,发展 德国-okum岛 蒸馏法72~48 循环经济,建设资源节约型和环境友好型社会的重 德国 Ruegen岛 海水 蒸馏法 120~300 中国山东小黑山岛 苦咸水电渗析 要途径和紧迫任务。按照科学发展观、发展循环经济 和加强海洋环境保护的要求,海水作为一种资源应 从表中可以看出,目前风能海水淡化的规模还当得到综合高效利用。海水是化学资源的宝库,作为 不大,大多选择在拥有丰富风力资源的滨海地区和水资源和化学矿物资源,既具有取之不尽的优势,又 海岛。风能海水淡化分为直接风能海水淡化和间接存在组分复杂、分离难度大等难题,其开发的根本出 风能海水淡化,前者是直接将风力的机械能驱动海路在于综合利用。 水淡化的反渗透或蒸馏单元,后者是先利用风能发 我国政府高度重视海水淡化及综合利用技术的 电,然后再通过电能驱动后续的脱盐单元(反渗透、开发,在国务院发布的《国家中长期科技发展规划》 蒸馏或电渗析)。目前,间接风能海水淡化是较多采中,将海水淡化和海水化学资源利用技术列为重点 用的风能海水淡化技术途径。从风电技术适应性、领域的主题;在国家发改委颁布的《海水利用专项 淡化技术特点和应用程度而言,采用反渗透单元与规划》中,将浓盐水提取钾、溴、镁等列为重点工程; C1994-2008ChinaAcademicjOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
等非化石能源为可再生能源。该法第十二条规定： “国家将可再生能源开发利用的科学技术研究和产 业化发展列为科技发展与高技术产业发展的优先领 域，纳入国家科技发展规划和高技术产业发展规划， 并安排资金支持可再生能源开发利用的科学技术研 究、应用示范和产业化发展，促进可再生能源开发利 用的技术进步，降低可再生能源产品的生产成本，提 高产品质量”。由此可见，在经济发展保持快速增长 的同时，为减少牺牲环境的代价，生产经营过程中采 用清洁的可再生能源替代传统化石能源，不仅属于 国家鼓励和支持的范畴，而且也是满足未来人类生 产和生活双重需求的趋势和方向。 2.2.2 风能海水淡化 风能已经成为未来替代传统化石燃料的主要新 能源之一。风力发电是当今风能利用的主要形式。 截至 2005 年底，世界风电装机总容量为 5932.2 万 kW，同比上年增长 25%。我国当年风电装机容量为 126 万 kW，居第八位。 海水淡化降低成本的关键是降低海水淡化的能 耗，海水淡化的能耗成本占总成本的 40%，因此不 断提高和改进能量回收技术是提高经济性的目标， 同时，降低能耗意味着燃烧更少的矿物燃料，从而减 少温室气体的排放，极大地改善大气环境质量。目 前，风能应用于海水淡化工程已经取得了较为成熟 的研究成果，在世界范围内有了较为广泛的应用。 表 1 列出了全球部分风能海水淡化工程。 从表中可以看出，目前风能海水淡化的规模还 不大，大多选择在拥有丰富风力资源的滨海地区和 海岛。风能海水淡化分为直接风能海水淡化和间接 风能海水淡化，前者是直接将风力的机械能驱动海 水淡化的反渗透或蒸馏单元，后者是先利用风能发 电，然后再通过电能驱动后续的脱盐单元（反渗透、 蒸馏或电渗析）。目前，间接风能海水淡化是较多采 用的风能海水淡化技术途径。从风电技术适应性、 淡化技术特点和应用程度而言，采用反渗透单元与 风力发电结合是最匹配的模式，具有能耗低、系统简 单、容易适应风力发电能量变化的特点。对于偏远地 区或孤立海岛，蒸馏单元和电渗析单元由于工艺和 操作简单，所以比较适合。 目前，风能海水淡化面临的主要问题是：风速时 常变化，能量供应不稳定，具有间歇性和波动性。针 对这一问题，可以通过提高供电系统的稳定性来解 决。对于有电网覆盖的地区，可以采用并网发电的风 力发电系统，风力不足时，可以由电网向海水淡化单 元供电，维持淡化过程正常运行。另一方面，对于没 有电网的偏远地区或孤岛，可以采用多种能源联合 系统，比如风力 - 柴油机联合系统或者风力 - 太阳 能联合系统。 尽管存在问题，但不可否认的是，随着风能装机 容量的扩大，风电成本会有显著下降（风能容量增 加一倍，风电成本会降低 15%），据预测，到 2030 年 我国风电成本会比现在降低 50%。因此，从长远看， 风能海水淡化是未来发展的一个趋势，风能海水淡 化技术的推广应用，对于有效减轻环境能源压力，减 少温室气体排放对大气环境造成有害影响具有重要 意义。 2.3 海水淡化综合利用 海水淡化对海洋环境的影响主要在于浓盐水的 排放。随着大规模海水淡化工程的实施，大量高浓度 浓盐水的排放将会对环境造成不利影响。尽管，未见 中小规模海水淡化工程对环境有明显影响的报导， 但对于大型淡化工程，在类似于我国渤海湾这样的 封闭式海域，高浓度浓盐水对生态环境的影响存在 较大风险。 2.3.1 有关政策 根据我国的发展规划纲要，开展资源综合利用， 是实施节约资源基本国策，转变经济增长方式，发展 循环经济，建设资源节约型和环境友好型社会的重 要途径和紧迫任务。按照科学发展观、发展循环经济 和加强海洋环境保护的要求，海水作为一种资源应 当得到综合高效利用。海水是化学资源的宝库，作为 水资源和化学矿物资源，既具有取之不尽的优势，又 存在组分复杂、分离难度大等难题，其开发的根本出 路在于综合利用。 我国政府高度重视海水淡化及综合利用技术的 开发，在国务院发布的《国家中长期科技发展规划》 中，将海水淡化和海水化学资源利用技术列为重点 领域的主题；在国家发改委颁布的《海水利用专项 规划》中，将浓盐水提取钾、溴、镁等列为重点工程； 地点 原水 淡化技术 规模 /m·3 d-1 西班牙 -Los Moriscos 西班牙 -Pajara 希腊 -Drepanoon 德国 -Helgoland 德国 -Borkum 岛 德国 -Ruegen 岛 中国山东小黑山岛 苦咸水 海水 海水 海水 海水 海水 苦咸水 反渗透 反渗透 反渗透 反渗透 蒸馏法 蒸馏法 电渗析 200 56 25 23040 7.2～48 120～300 24 表 1 全球部分风能海水淡化工程 Table 2 Introduction of some sea water desalination projects using wind energy 8 水处理技术 第 34 卷 第 10 期
金春华等,海水淡化利用环境影响对策分析 在国家科技部的“十一五”国家科技支撑计划重点专了重要贡献,具有非常广阔的发展前景 项中,将万吨级海水提钾、千吨级海水提溴和万吨级2.4其他对策 海水提镁列为重点支持课题 海水淡化项目主要的污染物是废水、噪音及固 2.3.2综合利用产业前景分析 废,其中废水排放主要是反渗透浓海水的排放,盐度 随着大规模海水淡化工程的实施,海水淡化不比原海水约高一倍,虽然排放标准中未对排放水浓 仅会发挥巨大的补充和替代淡水资源作用,而且淡度作规定,但由于其对环境存在可能的影响最好采 化后副产浓盐水的处理利用问题也随之而来。特别取一定的措施。最好的方式是将浓海水综合利用,引 是对于我国渤海湾这样的内海地区,海水更换周期入盐田晒盐、作为景观用水、泳池水等综合利用,如 长(水体30年才能更换一次),为避免大量浓盐水长无法利用则宜与其他排水混合后一起排入大海,降 期排放可能对海洋环境造成的污染,需要充分利用低其排海盐度,减轻潜在影响。 浓盐水中的化学资源。不仅可以减少有害排放,降低 对于预处理的反洗水,主要是SS会超过国家 对海洋生态环境的破坏,而且由于浓盐水中富含钠、排放标准。一般其水量约为浓海水的10%以下,SS 钾、溴、镁、锂等元素,多为陆地上緊缺的矿物资源,则受原海水影响较大,一般每升在数百亳克,当海水 对这些化学元素的提取可创造出巨大的经济价值。淡化规模较小时排放量较小,可与浓排水混合使排 例如,对于日产量10万吨的海水淡化工程,年产浓海SS达到排放标准。当海水淡化规模较大时,可以 盐水约5000万吨。其中,含氯化钠250万吨、硫酸钾通过沉淀池集泥后统一填埋或用于填海利用 8.5万吨、溴素6000吨、镁盐50万吨,总价值约13 对于噪音污染,一般而言主要的产噪设备经过 各种衰减后达到厂界的声压级基本能满足工业企业 从海水淡化后的浓盐水中提取多种化学元素是厂界噪声标准(GB12348-90)一类标准。为了尽量降 海水利用产业链的进一步延伸,最终完全可以实现低噪声声压级,可在泵进、出气处加装消声器,并搞 清洁生产和零排放,符合循环经济产业发展的要求。好厂区的绿化工作,多种草木,有利于隔音降噪。并 海水淡化综合利用基本工艺流程见图1。 协调好各主要噪声产生车间的工作时间,使噪声源 海水淡化系统 淡水 叠加值尽量最小化。 浓盐水 对于固体废弃物,主要是来自沉淀池排出的污 硫酸钾 -离子筛法海水苦卤提神精制越 泥(如对预处理反冼水中的污泥进行收集)和膜处理 系统更换下来的滤袋和膜元件。还有少量的药剂包 装袋和生活垃圾。沉淀池排出的污泥主要是海水中 助空气吹出法海水提溴 的泥沙等,为一般固废。膜处理系统更换下来的滤袋 和膜元件主要是PP和化纤类材料,也为一般固废。 滩田法制盐 图1海水淡化综合利用流程 可将沉淀池排出的污泥干化填埋处理,或利用作填 of sea water desalination 海造地。膜处理系统更换下来的滤袋和膜元件可由 展望海水资源综合利用的产业发展前景,根据环卫部门统一收集处置,生活固废由环卫部门分类 《海水利用专项规划》的目标,2010年全国的海水淡收集后统一处理 化规模日产量将达到80~100万吨,若将副产的浓 盐水资源全部加以利用,则可形成约50万吨钾肥、参考文献 2.5万吨溴素、100万吨镁盐和60万吨精盐或原盐1乔世珊,田玉龙史晓明等海水淡化技术及应用]北京中国 水利水电出版社,2007 淡化目标实现时,海洋钾肥的规模将超过10万吨,回生x金海水化与用明的 海洋化学资源利用这一产业的产值将达到100亿元B]冯俊举.海水淡化与制盐联产方式的研究[海湖盐与化工 2005(3)16-19. 因此,海水淡化综合利用不仅可获得很好的综1 J Jaim e Sadhw ania, Jose M V ezaa, Cam el Santana海水淡化对 环境的影响中国脱盐20065):115. 合经济效益,降低海水淡化成本,而且减少了排放 15]袁俊生邓会宁,谢英惠等海水化学资源利用技术的进展]中 降低了潜在的不利环境影响,为保护海洋环境作出 国脱盐2007③)32 (下转第25页) C1994-2008ChinaAcademicjOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
在国家科技部的“十一五”国家科技支撑计划重点专 项中，将万吨级海水提钾、千吨级海水提溴和万吨级 海水提镁列为重点支持课题。 2.3.2 综合利用产业前景分析 随着大规模海水淡化工程的实施，海水淡化不 仅会发挥巨大的补充和替代淡水资源作用，而且淡 化后副产浓盐水的处理利用问题也随之而来。特别 是对于我国渤海湾这样的内海地区，海水更换周期 长（水体 30 年才能更换一次），为避免大量浓盐水长 期排放可能对海洋环境造成的污染，需要充分利用 浓盐水中的化学资源。不仅可以减少有害排放，降低 对海洋生态环境的破坏，而且由于浓盐水中富含钠、 钾、溴、镁、锂等元素，多为陆地上紧缺的矿物资源， 对这些化学元素的提取可创造出巨大的经济价值。 例如，对于日产量 10 万吨的海水淡化工程，年产浓 盐水约 5000 万吨。其中，含氯化钠 250 万吨、硫酸钾 8.5 万吨、溴素 6000 吨、镁盐 50 万吨，总价值约 13 亿元。 从海水淡化后的浓盐水中提取多种化学元素是 海水利用产业链的进一步延伸，最终完全可以实现 清洁生产和零排放，符合循环经济产业发展的要求。 海水淡化综合利用基本工艺流程见图 1。 展望海水资源综合利用的产业发展前景，根据 《海水利用专项规划》的目标，2010 年全国的海水淡 化规模日产量将达到 80～100 万吨，若将副产的浓 盐水资源全部加以利用，则可形成约 50 万吨钾肥、 2.5 万吨溴素、100 万吨镁盐和 600 万吨精盐或原盐 的生产能力，新增产值约 40 亿元。当 2020 年的海水 淡化目标实现时，海洋钾肥的规模将超过 150 万吨， 海洋化学资源利用这一产业的产值将达到 100 亿元 以上。 因此，海水淡化综合利用不仅可获得很好的综 合经济效益，降低海水淡化成本，而且减少了排放， 降低了潜在的不利环境影响，为保护海洋环境作出 了重要贡献，具有非常广阔的发展前景。 2.4 其他对策 海水淡化项目主要的污染物是废水、噪音及固 废，其中废水排放主要是反渗透浓海水的排放，盐度 比原海水约高一倍，虽然排放标准中未对排放水浓 度作规定，但由于其对环境存在可能的影响最好采 取一定的措施。最好的方式是将浓海水综合利用，引 入盐田晒盐、作为景观用水、泳池水等综合利用，如 无法利用则宜与其他排水混合后一起排入大海，降 低其排海盐度，减轻潜在影响。 对于预处理的反洗水，主要是 SS 会超过国家 排放标准。一般其水量约为浓海水的 10%以下，SS 则受原海水影响较大，一般每升在数百毫克，当海水 淡化规模较小时排放量较小，可与浓排水混合使排 海 SS 达到排放标准。当海水淡化规模较大时，可以 通过沉淀池集泥后统一填埋或用于填海利用。 对于噪音污染，一般而言主要的产噪设备经过 各种衰减后达到厂界的声压级基本能满足工业企业 厂界噪声标准（GB12348-90）一类标准。为了尽量降 低噪声声压级，可在泵进、出气处加装消声器，并搞 好厂区的绿化工作，多种草木，有利于隔音降噪。并 协调好各主要噪声产生车间的工作时间，使噪声源 叠加值尽量最小化。 对于固体废弃物，主要是来自沉淀池排出的污 泥（如对预处理反冼水中的污泥进行收集）和膜处理 系统更换下来的滤袋和膜元件。还有少量的药剂包 装袋和生活垃圾。沉淀池排出的污泥主要是海水中 的泥沙等，为一般固废。膜处理系统更换下来的滤袋 和膜元件主要是 PP 和化纤类材料，也为一般固废。 可将沉淀池排出的污泥干化填埋处理，或利用作填 海造地。膜处理系统更换下来的滤袋和膜元件可由 环卫部门统一收集处置，生活固废由环卫部门分类 收集后统一处理。 参考文献: [1] 乔世珊,田玉龙,史晓明,等.海水淡化技术及应用[M].北京:中国 水利水电出版社,2007. [2] 袁俊生，邓会宁.海水淡化副产浓海水综合利用方案的探讨[C]. 青岛:2007 亚洲海水淡化与水再利用会议,2007. [3] 冯俊举. 海水淡化与制盐联产方式的研究 [J]. 海湖盐与化工, 2005(3):16-19. [4] J Jaime Sadhwania,Jose M Vezaa, Carmelo Santanab.海水淡化对 环境的影响[J].中国脱盐,2006(5):11-15. [5] 袁俊生,邓会宁,谢英惠,等.海水化学资源利用技术的进展[J].中 国脱盐,2007(3):32. ! " #$ 图 1 海水淡化综合利用流程 Fig.1 Integration process of sea water desalination （下转第 25 页） 金春华等，海水淡化利用环境影响对策分析 9
杨大令等,新型聚芳醚腈酮中空纤维超滤膜的研究 预压后膜的水通量随着纤维壁厚的增加而降低,但参考文献 偏大,这是因为纤维厚度的增加增大了膜的传质阻么粗超滤技术与应用剧北京北学工业出版社204 相差不大,当厚度达到0.188mm时,通量降低程度]华 .H, Robbertsen T, Th V an D en Boom gaard, et al 力,表现为膜的水通量偏小。综合以上因素,确定最 Fou lng ofU F M em branes. The role of protain adsorption and salt precipitation [I. J M em brSci, 1989, 40: 199-217. 佳纤维壁厚为0.15~0.18mm B3]王国庆蹇锡高张守海,等低截留分子质量新型聚芳醚腈酮超 3结论 膜的研制[现代化工,2003,230)37-40. ]王国庆张守海杨大令,等新型聚芳醚腈酮超滤膜制备:非溶剂 采用干一湿相转化法制备中空纤维超滤膜,当 添加剂的影响[功能高分子学报2005,180)105-10 聚合物浓度取13%~14%,添加剂EgoH含量α在⑤]王国庆,张守海,杨大令,等蒸发对新型聚芳醚腈酮超滤膜性能 0.8~0.9范围内,制得的超滤膜性能较优,最高通量 的影响[膜科学与技术,2005,25)1821. 可达770L·mh l6]杨永强杨大令张守海等高性能中空纤维超滤膜结构和性能 空气间隙的增加可提高膜的截留性能,但通量 研究现代化工2005,255):4-47 会有所下降,选取最佳空气间隙为5~8cm。凝胶浴 r]贠延滨,李继定,陈翠仙PVPK30和 Tween80对中空纤维超滤 膜结构和性能的影响[水处理技术2006,32)14-17 温度在试验范围内升高有利于膜通量的增大,而截8] W en-tiChouM ing-Chien Y ang. Effect of coagu lant tem perature 留率变化不大,因此在制膜时,可以适当提高凝胶浴 and com position on surface m orpho logy and m ass transferproper- 温度,本试验选取最佳凝胶浴温度为21~25℃。中 ties ofcelhlse acetate hollow fiber em branes [n. Polym A dv 空纤维超滤膜纤维壁厚为0.15~0.18mm时膜结构 Technol,2005,16524-532. 破坏程度较低,制得的超滤膜具有优良的超滤性能, STUDY ON NOVEL POLY (PH THALAZNONE ETHER N ITRLE KETONE)HOLLOW FBER ULTRAFILTRATION MEMBRANES YANG Da-ling, ZHANG Y ao, ZHANG Shouhai, han Jun-man, JIAN X igao ( eparm entofPolym erM aterial dalian University ofTechnology, L ion ing H igh Perform ance R esin Engineering R esearch Center, Dalian 116012, China) A bstract: By using poly phthalazinone ethernitrile ketone)PEN K )as m em brane m aterial, N-m ethy h2-pynclidone NM P)as solvent, the hollow fber m em brane were prepared by the dry wetphase inversion techn ique. T he effectof PpEN K concentration, additive content, air gap distance, ge Hath tem perature and fiber thickness during the m em brane prepared process on the structure and property ofppen k ho llow fiberultrafiltration m em branes were studied. By the retention test ofB SA, the resu Its show ed that the pure w ater flx of m em branes w as 770 L.m+h- when the ppenk concentration was 13% and rato of near-to cud point (F0.9 for Ego H content: w ith the increase of the air gap distance pure w ater flux of the m em brane decreased w hile the retention of BsA increased, the best air gap range w as 5-8 cm: w ith the increase of ge Hath tem perature, pure water fluxes increased while the retention of BSa decreased. The proper ge hath tem perature w as 21-25C and the optim um range of fiber thickness w as about 15-0. 18 mm K eyw ords: PPEN K: ho low fiberu ltrafiltration m em brane: po lym erconcentration: air gap distance: ge Hath tem perature (上接第9页) ANALYSIS OF ENV RONM ENTAL EFFECT BY SEA WATER DESALINATION JIN CHUNHUA SHAO KUN, JIANG HUA JN Chun-hua ShAo Kuixin, JIANG Hua China W ater Intemational E ngineering Consulting, CoLtd, Beiing 100053, China) A bstract: Three w ere m any problem s in the sea w ater desalination, such as energy consum ption, so lid w aste, concentrated salt solution, chem ical epc- on etc. The potentaleffectof them on ocean environm entex isted. The prevention and so hutton for these prob lem s shou d be done as soon as possible. K eyw ords: sea w aterdesalination: environm entaleffect: coun tem easure C1994-2008ChinaAcademicjOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
ANALYSIS OF ENVIRONMENTAL EFFECT BY SEA WATER DESALINATION JIN CHUNHUA SHAO KUIXIN, JIANG HUA JIN Chun-hua SHAO Kui-xin, JIANG Hua (China Water International Engineering Consulting,Co.Ltd, Beijing 100053, China) Abstract: Three were many problems in the sea water desalination, such as energy consumption, solid waste, concentrated salt solution, chemical ejection etc. The potential effect of them on ocean environment existed. The prevention and solution for these problems should be done as soon as possible. Keywords: sea water desalination; environmental effect; countermeasure STUDY ON NOVEL POLY( PHTHALAZINONE ETHER NITRILE KETONE ) HOLLOW FIBER ULTRAFILTRATION MEMBRANES YANG Da-ling, ZHANG Yao, ZHANG Shou-hai, HAN Jun-nan, JIAN Xi-gao (Department of Polymer Materials, Dalian University of Technology, Liaoning High Performance Resin EngineeringResearch Center, Dalian 116012, China) Abstract: By using poly(phthalazinone ether nitrile ketone)(PPENK) as membrane material, N-methyl-2-pyrrclidone (NMP) as solvent, the hollow fiber membrane were prepared by the dry-wet phase inversion technique. The effect of PPENK concentration, additive content, air gap distance, gel-bath temperature and fiber thickness during the membrane prepared process on the structure and property of PPENK hollow fiber ultrafiltration membranes were studied. By the retention test of BSA, the results showed that the pure water flux of membranes was 770 L·m-2 ·h-1 when the PPENK concentration was 13% and ratio of near-to cloud point α=0.9 for EgOH content; with the increase of the air gap distance, pure water flux of the membrane decreased while the retention of BSA increased, the best air gap range was 5～8 cm; With the increase of gel-bath temperature, pure water fluxes increased while the retention of BSA decreased. The proper gel-bath temperature was 21～25℃ and the optimum range of fiber thickness was about 0.15～0.18 mm. Keywords: PPENK; hollow fiber ultrafiltration membrane; polymer concentration; air gap distance; gel-bath temperature 预压后膜的水通量随着纤维壁厚的增加而降低，但 相差不大，当厚度达到 0.188 mm 时，通量降低程度 偏大，这是因为纤维厚度的增加增大了膜的传质阻 力，表现为膜的水通量偏小。综合以上因素，确定最 佳纤维壁厚为 0.15～0.18 mm。 3 结 论 采用干 - 湿相转化法制备中空纤维超滤膜，当 聚合物浓度取 13%～14%，添加剂 EgOH 含量 α在 0.8～0.9 范围内，制得的超滤膜性能较优，最高通量 可达 770 L·m-2 ·h-1 。 空气间隙的增加可提高膜的截留性能，但通量 会有所下降，选取最佳空气间隙为 5～8 cm。凝胶浴 温度在试验范围内升高有利于膜通量的增大，而截 留率变化不大，因此在制膜时，可以适当提高凝胶浴 温度，本试验选取最佳凝胶浴温度为 21～25℃。中 空纤维超滤膜纤维壁厚为 0.15～0.18 mm 时膜结构 破坏程度较低，制得的超滤膜具有优良的超滤性能。 参考文献: [1] 华耀祖.超滤技术与应用[M].北京:化学工业出版社,2004. [2] Hanemaaijer J H, Robbertsen T, Th Van Den Boomgaard, et al. Fouling of UF Membranes. The role of protain adsorption and salt precipitation[J]. J Membr Sci.,1989,40:199-217. [3] 王国庆,蹇锡高,张守海,等.低截留分子质量新型聚芳醚腈酮超 滤膜的研制[J].现代化工,2003,23(7):37-40. [4] 王国庆,张守海,杨大令,等.新型聚芳醚腈酮超滤膜制备:非溶剂 添加剂的影响[J].功能高分子学报,2005,18(1):105-110. [5] 王国庆,张守海,杨大令,等.蒸发对新型聚芳醚腈酮超滤膜性能 的影响[J].膜科学与技术,2005,25(3):18-21. [6] 杨永强,杨大令,张守海,等.高性能中空纤维超滤膜结构和性能 研究[J].现代化工,2005,25(5):44-47. [7] 贠延滨,李继定,陈翠仙.PVPK30 和 Tween80 对中空纤维超滤 膜结构和性能的影响[J].水处理技术,2006,32(1):14-17. [8] Wen-Li Chou,Ming-Chien Yang. Effect of coagulant temperature and composition on surface morphology and mass transfer properties of cellulose acetate hollow fiber membranes [J]. Polym Adv Technol., 2005,16:524-532. （上接第 9 页） !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 杨大令等，新型聚芳醚腈酮中空纤维超滤膜的研究 25
