排海浓盐水对胶州湾典型浮游植物影响及环境容量研究

摘要

随着可持续发展战略的实施，海水淡化过程对环境的影响日益受到关注，海水淡化在有效解决缺水问题的同时，也对环境产生了不利影响，其中浓盐水对排放地的污染就是一个有待解决的重要问题。本文采用现场调查、室内模拟、现场试验和数值模拟“四位一体”的综合实验方法，在对青岛华欧海水淡化厂排海浓盐水的性质进行系统分析的基础上，通过实验室和现场模拟实验确定排海浓盐水对胶州湾典型浮游植物影响基准，并结合胶州湾盐度扩散模型模拟预测青岛市现有和2010年规划海水淡化规模下排海浓盐水对胶州湾整体和局部盐度分布以及平均盐度增量的影响，进而初步估算胶州湾排海浓盐水的海洋环境容量。研究可为胶州湾海水淡化产业规模和布局提供理论依据。主要研究内容及结果如下： 1、通过现场调查与系统分析华欧海水淡化厂排海浓盐水的性质、室内和现场模拟试验，考察了浓盐水对胶州湾典型浮游植物生长的影响，进而确定了对胶州湾海洋环境具有明显影响的盐度基准。 (1)青岛华欧海水淡化厂排海浓盐水的盐度高达50.0，比原海水盐度高20.0左右；悬浮颗粒物含量比原海水高一倍多：pH为7.45，比原海水低0.69；另外，浓盐水中的DTN和DTP浓度分别是原海水的3.3和16.2倍，而其中的NH3-N、NO3-N、NO2-N、PO4-P和SiO3-Si分别为原海水的6.7、1.6、5.7、7.9和3.6倍；与原海水相比，浓盐水中重金属含量明显增高，Mn、Hg、Ni、Cu和Cd分别为原海水的2.1、2.8、3.7、2.5和1.5倍，Cr和Pb的含量则分别达到0.42和0.13μg/L，而原海水中这两类重金属并未检出。 (2)浓盐水生态效应实验结果表明，影响柔弱角毛藻生长的因素不仅是浓盐水的高盐度，还包括浓盐水中其它成分的共同作用；而浓盐水的高盐度是影响中肋骨条藻、海洋原甲藻和尖刺拟菱形藻这3种浮游植物生长的主要原因。 (3)利用排海浓盐水对胶州湾典型浮游植物的非检测效应模型，结合实验室和现场培养实验计算了浓盐水对胶州湾典型浮游植物的非检测效应浓度，初步将37.1作为浓盐水对胶州湾海洋环境具有明显影响的盐度基准。 2、基于POM模式，建立了浓盐水排放条件下的胶州湾盐度扩散模型，模拟预测了青岛市现有和2010年规划海水淡化规模下排海浓盐水对胶州湾盐度分布的影响。结果表明，现有和2010年规划条件下排海浓盐水虽然对胶州湾整体盐度分布影响不大，但能导致局部盐度明显增加。 (1)从湾内平均盐度来看，由于降水作用的影响，冬季湾内平均盐度最高，春秋两季其次，夏季最低；2008年不同季节平均盐度较无浓盐水排放时略有增加，增加范围在0.0003-0.0013内；2010年不同季节平均盐度较无浓盐水排放时进一步增加，增加范围在0.0183-0.0229内，比2008年高几十倍。 (2)从湾内盐度高值海域面积来看，2008年春、夏、秋、冬四季盐度超过32.0的海域面积分别为0.04、0.04、0.00和0.04km2，而2010年则分别为0.37、0.21、0.21和0.33km2，均超过2008年同期五倍以上，并且2010年出现盐度超过33.0的海域，春、夏、秋、冬分别为0.08、0.12、0.08和0.12km2。 (3)从湾内盐度最高值来看，2008年春、夏、秋、冬四季华欧海水淡化厂浓盐水排放源附近最高盐度值已分别达到32.4626、32.1613、31.9469和32.6664，略高于无浓盐水排放时同期盐度最高值；2010年分别达到39.5799、39.1602、37.5569和39.9239，明显高于无浓盐水排放和2008年同期情况，增幅超过20％，并且2010年各季节盐度最高值均超过对胶州湾浮游植物生长有明显影响的非检测效应浓度值37.1，这可能会对胶州湾典型浮游植物生长产生明显抑制作用，从而影响其海洋生态环境。 3、在水质控制点设置和排海通量非负约束等计算条件前提下，应用排海通量最优化法计算表明，在满足胶州湾海水淡化排海浓盐水非检测效应浓度的条件下，胶州湾海水淡化排海浓盐水海洋环境容量为6.7×108m3·a-1，其中，青岛发电厂排放源最优化分配率最大，可达42.8％左右，华欧海水淡化厂次之，可达31.3％左右，青岛石油化工厂最低，约占25.9％；在拟定的11个浓盐水排放源基础上，胶州湾海水淡化排海浓盐水优化布局条件下的海洋环境容量约为8.8×108m3·a-1。其中，团岛污水处理厂排放源最优化分配率最大，可达17.8％左右，华欧海水淡化厂、李村河、大沽河、青岛发电厂、青岛石油化工厂、墨水河、板桥坊河、洋河和娄山河排放源依次降低，分别为14.7％、12.9％、12.8％、10.8％、10.3％、8.2％、7.2％，4.0％和1.2％左右，而白沙河排放源最低，仅占0.2％。基于胶州湾盐度扩散模型最优化法估算的浓盐水的海洋环境容量是基本合理的。