張召才，呂經(jīng)烈，郭春剛，關(guān)毅鵬，陳 穎

（國(guó)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(píng)價(jià)指標(biāo)淺析*

張召才，呂經(jīng)烈，郭春剛，關(guān)毅鵬，陳 穎

（國(guó)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(diǎn)及脫硫工程用海對(duì)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(píng)價(jià)指標(biāo)，提出海水脫硫工程用海的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；采用相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求作為各承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)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(píng)價(jià)等級(jí)；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(píng)價(jià)；指標(biāo)體系；海域生態(tài)環(huán)境

21世紀(jì)以來(lái)，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(wèn)題。如何有效地保護(hù)近海海域生態(tài)環(huán)境已成為當(dāng)前世界各沿海國(guó)家共同面臨的問(wèn)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(huì)給海洋環(huán)境帶來(lái)二次污染，是目前許多專家學(xué)者所關(guān)心的問(wèn)題之一。已有研究機(jī)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(duì)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(duì)海洋環(huán)境的短期影響不明顯，而長(zhǎng)期累積效應(yīng)還有待于進(jìn)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(jìn)入海洋的重金屬經(jīng)海洋生物富集作用，通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體產(chǎn)生危害。過(guò)量的重金屬往往會(huì)對(duì)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(guò)生物作用使形態(tài)發(fā)生變化，例如無(wú)機(jī)汞在微生物作用下轉(zhuǎn)化為有機(jī)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(huì)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(huì)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(shí)環(huán)境中，大多數(shù)污染物會(huì)在生物體內(nèi)蓄積而長(zhǎng)時(shí)間難以排除體外。因此開展海水脫硫工程用海對(duì)海域環(huán)境的影響與評(píng)價(jià)的研究意義重大。

本文針對(duì)海水脫硫技術(shù)帶來(lái)的海洋環(huán)境問(wèn)題，結(jié)合我國(guó)沿海各電廠海水脫硫工程用海實(shí)際狀況，給出評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)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(guó)海水脫硫工程用海評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為定量分析沿海各電廠海水脫硫工程對(duì)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(shí)現(xiàn)海洋生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，促進(jìn)沿海地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取原則

基于海水脫硫工程用海評(píng)價(jià)的內(nèi)涵，借鑒國(guó)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(píng)價(jià)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(duì)海域環(huán)境影響復(fù)雜，海水脫硫工程用海評(píng)價(jià)的因素很多，且影響程度的差異性較大。通過(guò)多因素綜合評(píng)定法，既要對(duì)近海海域的海水質(zhì)量、生態(tài)環(huán)境資源及電廠實(shí)際工況等因素進(jìn)行全面、綜合的分析；同時(shí)還應(yīng)突出重點(diǎn)，避繁就簡(jiǎn)，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(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)能客觀反映海水脫硫工程對(duì)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(shí)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?cái)?shù)據(jù)來(lái)源準(zhǔn)確且便于統(tǒng)計(jì)與測(cè)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(duì)海洋生態(tài)環(huán)境影響的定量性評(píng)價(jià)指標(biāo)，以減少主觀任意性，且應(yīng)是最常用、同時(shí)也是易獲取的、綜合性強(qiáng)、信息量大的規(guī)范性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

此外各評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)相互獨(dú)立，盡量避免重復(fù)計(jì)算；同時(shí)所選指標(biāo)內(nèi)容要簡(jiǎn)單明了，容易理解，并具有較強(qiáng)的可比性。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

目前，海水脫硫工程用海的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系尚未建立，也無(wú)統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可循。如何構(gòu)建海水脫硫工程用海的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，筆者在此略作嘗試。遵循上述原則，結(jié)合我國(guó)各沿海電廠海水脫硫工程對(duì)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(yàn)選擇和專家咨詢相結(jié)合的方法，著重考慮對(duì)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(guò)篩選集聚構(gòu)建一套相應(yīng)的內(nèi)容豐富、層次清晰、針對(duì)性強(qiáng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 （圖1）。

圖1 海水脫硫工程用海評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

海水脫硫工程用海的評(píng)價(jià)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(yùn)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(píng)價(jià)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(duì)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(duì)海水脫硫工程運(yùn)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(píng)價(jià)指標(biāo)及其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

為了分析海水脫硫工程對(duì)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(shí)際情況，又簡(jiǎn)便易行的評(píng)價(jià)方法。針對(duì)不同的承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用定量化計(jì)算并充分考慮相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量要求來(lái)確定各指標(biāo)的評(píng)價(jià)等級(jí)，各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的檢測(cè)參照 《海洋調(diào)查規(guī)范》《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》《海濱觀測(cè)規(guī)范》等相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。

3.1 海水水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)海水脫硫工藝排水特點(diǎn)，基于保護(hù)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(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽、汞、銅、鉻、鉛、鋅、鎘、砷等14項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)用于評(píng)價(jià)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(guò)程中被消耗掉大部分，低氧或缺氧狀況下常會(huì)伴隨著大量的生物降解，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生藻類殘?jiān)⑨尫鸥魵馕叮黄浯伟殡S煙氣中的飛灰進(jìn)入海水的汞、銅、鋅、鎘、鉻等重金屬元素會(huì)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(huì)嚴(yán)重危害養(yǎng)殖業(yè)類生物的繁殖與生長(zhǎng)。

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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)富集等情況。當(dāng)水質(zhì)指標(biāo)等級(jí)被定為較差時(shí)，表明在監(jiān)測(cè)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(huì)出現(xiàn)較差的水質(zhì)狀況，在其他時(shí)段有可能會(huì)出現(xiàn)短暫的水質(zhì)較差的狀況。為了在具體站位評(píng)估這種不確定性，應(yīng)適當(dāng)提高采樣率。14項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的檢測(cè)參照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》（GB17378—2007）和《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB3097—1997）實(shí)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(duì)單個(gè)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(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)等級(jí)如表1所示。然后根據(jù)這14項(xiàng)指標(biāo)確定單個(gè)站位的水質(zhì)指標(biāo)等級(jí)，如表2分為良好、一般和較差3個(gè)等級(jí)。然后參考美國(guó)2005年 《全國(guó)近岸狀況報(bào)告Ⅱ》的判斷標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算各區(qū)域的水質(zhì)指標(biāo)等級(jí) （表3）。

表1 各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表2 單個(gè)站位的水質(zhì)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

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

3.2 表層沉積物質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于海水脫硫工藝排水的受納海域水體來(lái)說(shuō)，另一個(gè)主要的環(huán)境問(wèn)題就是沉積物中有毒化學(xué)品等污染物的富集。來(lái)自燃煤煙氣中的多種金屬和有機(jī)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(wú)脊椎動(dòng)物、貝類和甲殼類動(dòng)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(guò)食物鏈進(jìn)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(guó)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(jī)碳、硫化物等10項(xiàng)沉積物質(zhì)量指標(biāo)，由于我國(guó)海洋功能區(qū)劃中并未對(duì)海洋沉積物質(zhì)量進(jìn)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(lái)評(píng)價(jià)10項(xiàng)沉積物質(zhì)量指標(biāo)的良好、一般、較差 （表4）。

表4 10項(xiàng)沉積物質(zhì)量指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

完成單個(gè)站位沉積物中的總有機(jī)碳、硫化物、油類以及汞、銅、鋅、鎘、鉻等指標(biāo)的評(píng)價(jià)，然后根據(jù)這10項(xiàng)指標(biāo)確定單個(gè)站位的沉積物質(zhì)量指標(biāo)等級(jí)，也分為良好、一般和較差3個(gè)等級(jí) （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(jí)。

表5 單個(gè)站位的沉積物質(zhì)量指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

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

3.3 底棲生物污染物評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)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(wú)法規(guī)避環(huán)境的污染問(wèn)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(píng)價(jià)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(jìn)行重金屬殘毒量分析，對(duì)評(píng)價(jià)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(xiàng)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(guó)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(píng)價(jià)汞、銅、鉻、鉛、鋅、鎘、砷等6項(xiàng)底棲生物污染物指標(biāo)狀況。

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

最后，計(jì)算該區(qū)域底棲生物污染物指標(biāo)的評(píng)價(jià)等級(jí)，其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表7。

表7 底棲生物污染物指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3.4 海洋生物質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

浮游生物的物種組成、優(yōu)勢(shì)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(shì)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(guó)內(nèi)外普遍被用來(lái)描述生物群落的生態(tài)學(xué)特征，也常用來(lái)監(jiān)測(cè)海水底棲生物群落結(jié)構(gòu)的變化，被認(rèn)為是個(gè)較好的評(píng)價(jià)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(lái)說(shuō)，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(xiàng)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)。

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(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3.5 承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合分析

海水脫硫工程用海對(duì)近海域生態(tài)環(huán)境承載力的評(píng)價(jià)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(xiàng)的等級(jí)被定為較差，那么這個(gè)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(xiàng)或多項(xiàng)的等級(jí)被定為一般，并且沒(méi)有1項(xiàng)被評(píng)為較差，那么這個(gè)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(píng)為良好，或者只有1項(xiàng)指標(biāo)被評(píng)為一般，沒(méi)有指標(biāo)被評(píng)為較差，那么這個(gè)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(píng)價(jià)結(jié)果可用于評(píng)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(píng)價(jià)指標(biāo)體系方面研究很少，本文就這方面進(jìn)行了初步探討，由于不同海域的擴(kuò)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(shí)際狀況，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，或選擇試點(diǎn)海域，建立一個(gè)更合理、科學(xué)、完善的評(píng)價(jià)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(guó)家海洋局業(yè)務(wù)化項(xiàng)目資助.