海水淡化排放的高盐废水对海洋生态环境的影响

摘要：盐度是海洋环境中最重要的生态因子之一， 每种生物各有其适宜生长盐度要求， 当环境盐度超过该范围时， 生物体的生长、发育、生殖、行为和分布都会受到影响。近10 年来， 随着淡水资源紧缺和海水淡化处理成本的下降， 海水淡化厂数量急剧增加， 大量浓盐水进入海区导致受纳海域盐度升高。高浓度盐水给海洋生态环境带来许多负面影响， 有关浓盐水的海洋生态安全问题备受人们关注。在总结和分析浓盐水对海洋浮游生物、底栖动物、甲壳类动物、鱼类和海草等影响的基础上， 指出海水淡化厂排放的高盐废水对海洋生态的潜在威胁， 浓盐水的排放使一些经济水产种类产量减少， 给渔业资源和海洋经济带来损失。不同地域环境对海水淡化厂排放水的敏感程度不同， 且潮流、海流和水团等水文因素以及海水淡化厂的日处理量和规模等因子决定了排放的高盐废水对海域生态影响的程度。为减少排放的高盐废水对出水口附近海域的影响， 提出了海水淡化工程合理规划和布局的可行措施， 要选择水体交换良好的海域作为海水淡化工程所在地， 对排水口要进行因地制宜地设计， 做好高盐废水的再利用工作， 以最大限度地减少排放的高盐废水对海区环境的负面影响。建议对海水淡化厂附近海域进行有针对性的水质调查和监测， 并做好环境风险影响的评价工作；制定及完善相关的法律法规， 建立统一的高盐废水排放标准， 而该标准则要以排放的高盐废水对当地海洋生态不造成较大的影响为依据， 使海水淡化产业的发展有法可依。

关键词：海水淡化；浓盐水；海洋生物

0 引言

目前， 世界上许多地区面临着淡水资源短缺问题， 我国也不例外， 人均淡水拥有量仅为世界平均水平的1/4 。世界上常用的淡水来源除河流外， 主要有地下水、远程调水和海水（苦咸水）淡化三种[ 1] 。其中， 海水淡化作为水资源供给的一种重要途径得到广泛认可， 目前应用范围较广的海水淡化方法有反渗透膜法、蒸馏法和电渗析法[ 2] 。反渗透膜法在欧洲地中海地区得到广泛应用， 而中东地区更多的是采用蒸馏法， 电渗析法在世界范围内应用较少[ 3 -4] 。

据统计， 世界范围内海水淡化日产量为2.45 ×107 m3[ 4] 。在我国， 随着沿海地区经济的迅速发展和人口的高速增长， 淡水供求矛盾日益突出；而海水淡化产业正处于起步阶段， 目前建成并运行的海水淡化厂日产量约为1.2 ×105 m3 [ 5] ， 预计到2010 年我国海水淡化日产量将达到0.1 ×107 m3[ 4] 。海水淡化是目前解决缺水问题的一个有效的办法， 但同时它也将对环境产生一系列的负面影响。其中排放的浓盐水污染就是一个亟待解决的严峻问题。在20 世纪90 年代初， 有关浓盐水的海洋生态安全问题已经开始引起国际上一些学者的关注[ 6 -7] ， 且至今一直未终止过对其研究[ 4 ， 8 -11] 。而在我国国内却还未引起足够的重视， 该方面的研究报道并不多见[ 5] 。

本文在总结和分析浓盐水对海洋浮游植物、浮游动物、底栖动物、甲壳类经济动物、鱼类和海草等影响的基础上， 指出了海水淡化厂排放的高盐废水对海洋生态的潜在威胁。

1 海水淡化排放的高盐废水对受纳海域盐度的影响

沿海地区海水淡化厂排放的高盐废水主要影响浅海及河口。受大陆淡水影响， 浅海盐度一般为27～ 30 ， 河口区盐度一般为0 ～ 30[ 12] 。海湾地区由于其蒸发量较高、淡水径流较少和受海水淡化厂排放的高盐废水的影响， 其盐度往往高于45 ；地中海和红海的盐度也超过41[ 13] 。地中海国家， 如西班牙有超过700家的海水淡化厂， 日产量达80 万m3 ， 其排放的高盐废水盐度是周围海域盐度的1.3 ～ 1.7 倍[ 3] 。

浓盐水的性质主要是由原料水组分决定的， 在浓盐水中它们将得到浓缩。回收率为50 %时， 反渗透海水淡化排放的高盐废水盐度是自然海水的两倍；而蒸馏法淡化海水时， 浓盐水与冷却海水混合后排放， 其排放的高盐废水盐度较普通海水约高10 %～ 15 %[ 14] 。

2海水淡化排放的高盐废水对海洋生物的影响

盐度是海洋生态环境中最重要的生态因子之一，其对生物的生长、发育、生殖、行为和分布均有直接或间接的影响[ 15] 。大部分海洋无脊椎动物和某些软骨鱼类属于等渗动物， 其血液和体液含盐量与海水含盐量相近；而变渗动物（如硬骨鱼类）的血液盐含量仅为环境海水含盐量的30 % ～ 50 %。当环境盐度变化时， 就会出现渗透过程。因此， 当环境盐度骤然升高时， 那些没有渗透调节机制的海洋生物体细胞就可能产生质壁分离， 从而发生代谢失调甚至死亡。海洋生物通过细胞内外的离子转运机制来维持细胞内结构组分的动态平衡[ 16] ， 维持渗透压的稳定， 从而能适应一定范围内的盐度波动， 得以生存。生物体的耐盐性受其内在基因调控， 在外界盐度变化时， 会启动各种蛋白参与渗透调节过程[ 17] 。

2 .1 高盐对浮游生物的影响

2 .1 .1 对浮游植物的影响

每种生物各有其最适的生长盐度， 室内研究和野外调查都表明， 盐度对浮游植物有较大的影响。RO UBEIX et al[ 1 8] 对梅尼小环藻Cy clotel la meneghiniana、美丽星杆藻Asterionella f ormosa 和中肋骨条藻Skeletonema costatum 3 种硅藻在不同盐度下进行室内培养， 发现海藻细胞体内硅的生化过程受到盐度的影响， 淡水种随盐度的增加其代谢能力持续下降， 而广盐种则随盐度的增加其代谢趋于活跃。室内研究表明， 当盐度为18 ～ 38 时， 三角褐指藻Phaeodactylum tricornutum 和新月菱形藻N i tzschiaclosterium 的相对生长率和饱和脂肪酸含量均随盐度的增加而降低[ 19] 。对辽东湾的野外调查和分析表明， 浮游植物多样性受盐度的影响较大[ 20] 。

海水淡化排放的高盐废水含有大量固体悬浮颗粒及营养盐， 这些成分可造成局部海域富营养化， 促使浮游植物物种单一化和个别种群的爆发性生长、繁殖， 从而严重扰乱了该海区的生态平衡[ 9 -10] 。申屠青春等[ 21] 的室内研究发现， 盐度升高使浮游植物群落的多样性指数下降， 而藻类中的耐盐性微藻就成了优势种。高密度浓盐水还可导致海水浊度升高， 使入射光线减少， 从而抑制浮游植物的光合作用[ 9] 。

2 .1 .2 对浮游动物的影响

盐度的升高或降低都会影响水生生物的代谢活动[ 22 -23] 。各种浮游动物均有各自的耐盐范围和最适盐度， 如表1 所示的各种桡足类动物对盐度均具有不同的耐受能力。浮游动物在不同发育阶段的适盐范围也存在差异， 桡足成体的适盐范围大于桡足幼体，而桡足幼体的适盐范围又大于无节幼体[ 24] 。

盐度对浮游动物的分布、群落组成有较大的影响， 盐度过高会引起浮游动物生物量的降低和种类数的减少；多样性指数的降低， 使浮游动物群落向耐盐类型方向演替[ 21] 。TOUMI e t al[ 28] 对地中海沿岸滨海湿地盐田的浮游动物的研究表明， 随着盐度的增高， 浮游动物种类数呈下降趋势， 桡足类和轮虫类对盐度较敏感， 纤毛虫类和盐水虾类对高盐的忍耐力较强， 成为优势种群。

甲壳类和双壳类浮游幼体对盐度的升高非常敏感。具有较长胃腺的甲壳类动物对高盐的耐受能力通常弱于具有较短胃腺的甲壳类动物， 且其幼体的适盐能力弱于成体[ 29] 。盐度对浮游幼体生长、存活和变态都有显著影响， 且各种浮游幼体均有各自的适宜和最适盐度范围（表2）。许多经济贝类的浮游期幼虫对低盐的适应能力较强， 对高盐的耐受性较差， 且幼虫的适盐范围较稚贝窄[ 30 -33] 。其原因可能是， 浮游幼虫生活在盐度相对稳定的海水中， 而稚贝生活在潮间带， 受突变盐度的影响机会多， 在漫长的进化过程中就形成了适应盐度大范围变化的特性[ 34] 。