我国苦咸水利用与淡化技术/非常规水源利用与技术丛书

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第1章 我国苦咸水资源概况
　　1.1 苦咸水定义与界定技术标准
　　1.1.1 苦咸水的定义
　　苦咸水是一个由来已久的通俗称法，是非常规水源的一种，其口感苦涩，属于很难直接饮用的水体。通常将矿化度介于2～50g/L的水体称为苦咸水，包括微咸水（矿化度为2～3g/L）、半咸水（矿化度为3～5g/L）、咸水（矿化度为5～10g/L）、盐水（矿化度为10～50g/L）（邓惠森，1992）。目前，苦咸水没有统一的界定标准，一般将矿化度作为界定苦咸水的主要依据，据此可定义苦咸水是指由于矿化度高而无法直接利用或利用范围大大受限的天然劣质水。根据《地表水资源质量评价技术规程》（SL 395—2007），当水体矿化度或氯化物、硫酸盐浓度超过标准限值时称其为苦咸水。根据《地下水质量标准》（GB/T 14848—2017），当溶解性总固体（亦称矿化度）指标大于2000mg/L时，即为Ⅴ类水体，属苦咸水，其化学组分含量高，不宜作为生活饮用水水源。需经适当淡化处理后，达到《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006），其中溶解性总固体小于1000mg/L时，才可作为生活饮用水水源。
　　氟化物也是衡量苦咸水的一个指标。氟化物在高矿化度水中也常常超标，二者往往是伴生的。依据《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）规定，集中式生活饮用水地表水源地氟化物限值应小于等于1.0mg/L，超过该浓度值的水体不得直接饮用。
　　1.1.2 苦咸水界定技术标准
　　在水质评价中，我国学者常用矿化度、溶解性总固体、含盐量指标评价水质优劣。
　　矿化度是评价水质优劣的常用指标之一，其含义与溶解性总固体相同，是指水体中所含无机矿物成分的总量；或者是指水体中所含各种离子、分子与化合物的总量。习惯上以水在105～110℃时蒸干后所得的干涸残余物总量来表征矿化度。一般用M表示，单位为“mg/L”或“g/L”。
　　溶解性总固体是溶解在水里的无机盐和有机物的总称，主要成分包括钾、钠、钙、镁、氯离子和硫酸、硝酸、碳酸及碳酸氢根离子等离子、分子及络合物，但不包括悬浮物和溶解气体。通常在105～110℃温度下，将水蒸干后所得干涸残余物总量称为溶解性总固体（total dissolved solids，TDS），单位为“mg/L”或“g/L”。它是反映地下水化学成分的主要指标。TDS含量低的淡水常以碳酸盐为其主要成分；TDS含量中等的微咸水及苦咸水常以硫酸盐为其主要成分；而TDS含量高的盐水和卤水则常以氯化物为其主要成分。
　　含盐量是指水样各组分的总量，该指标系计算值。含盐量常用于农田灌溉水质评价，单位为“mg/L”或“g/L”。
　　目前，对苦咸水没有统一的界定标准，学者多根据现行规范和标准进行分析界定。
　　（1）《地表水资源质量评价技术规程》（SL 395—2007）规定：当地表水体的矿化度大于2000mg/L，或氯化物大于450mg/L，或硫酸盐大于400mg/L时，称其为天然劣质水，亦称为苦咸水。对于矿化度小于2000mg/L的水体按淡水资源进行评价。
　　（2）《地下水质量标准》（GB/T 14848—2017）规定：当地下水溶解性总固体介于1000～2000mg/L时，该水体为Ⅳ类水体，其化学组分含量较高，以农业和工业用水质量要求及一定水平的人体健康风险为依据，适用于农业和部分工业用水，经适当处理后可作生活饮用水。当溶解性总固体大于2000mg/L时，该水体则为Ⅴ类水体，属苦咸水，不宜直接作为生活饮用水水源，需经过适宜的淡化工艺处理后才能饮用。
　　（3）《农村实施〈生活饮用水卫生标准〉准则》规定：受水源选择和处理条件限制的地区，其三级饮用水标准对溶解性总固体指标放宽限值，不得大于2000mg/L。
　　（4）《农田灌溉水质标准》（GB 5084—2005），对含盐量限值做出规定：当土地含盐量等于或大于2000mg/L，则为盐碱地。
　　（5）《供水水文地质》（刘兆昌等，2011）把溶解性总固体含量小于1g/L的水体划为淡水，把溶解性总固体含量在1～3g/L的水体划为微咸水，把溶解性总固体含量在3～10g/L的水体划为咸水，把溶解性总固体含量在10～50g/L的水体划为盐水，把溶解性总固体含量大于50g/L的水体划为卤水。
　　从以上五个标准可以得知：不同的水质标准由于其侧重点和用途的不同，对矿化度的具体限值也不尽相同，但各类标准对直接利用水体的矿化度限值均限定不超过2g/L。一般当水体的矿化度指标超过1.5g/L时其用途就会受到限制，当矿化度大于2g/L时，不经过淡化处理，就不能直接作为生活饮用水及工农业用水，利用价值会大大降低。
　　综上所述，把矿化度大于2000mg/L或氯化物大于450mg/L和硫酸盐大于400mg/L或氟化物大于1.0mg/L的水体称为苦咸水。
　　1.2 我国苦咸水资源量
　　通过收集研究《中国河湖大典》（中国河湖大典编纂委员会，2014）、《**次全国水利普查成果》（**次全国水利普查成果丛书编委会，2017）、《中国湖泊资源》（王洪道等，1989）、《中国湖泊志》（王苏民等，1998）、《中国湖泊分布地图集》（中国科学院南京地理与湖泊研究所，2015）、《中国地下水资源图》（张宗祜等，2017）、《全国地下水资源调查成果》（中国地质调查局，2014）、《鄂尔多斯盆地地下水勘查研究》（侯光才等，2008）、《华北平原地下水可持续利用调查评价报告》（张兆吉等，2008）、《银川平原地下水资源合理配置调查评价》（吴学华等，2008）、《青海地质环境》（李小林等，2009）、《中国地质调查百项成果》（中国地质调查局，2016）等专著，以及专项调查评价成果、区域专项研究、技术论文等涉及苦咸水资源的相关资料，结合《第三次全国水资源调查评价成果》，研究得出：我国现有苦咸水资源2599.508亿m3，其中，地表苦咸水河流年径流量为134.412亿m3，占现有苦咸水资源量的5.2%；地表苦咸水湖泊蓄水量为2295.900亿m3，占现有苦咸水资源量的88.3%；浅层地下苦咸水资源量为169.196亿m3，占现有苦咸水资源量的6.5%。2019年影响用水人口约5295万，占统计分布有苦咸水的省（自治区、直辖市）总人口的7%。我国苦咸水资源量详见表1-1。
　　表1-1 我国苦咸水资源量(单位：亿m3)
　　1.3 我国苦咸水资源开发利用
　　1.3.1 直接利用苦咸水的危害
　　1）长期饮用苦咸水会对人体健康造成严重的危害
　　苦咸水的盐碱浓度较高、硬度较大，氟、砷、铁、锰元素含量较高，碘、硒元素含量较低，口感苦涩。其中，多项指标不符合或达不到《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）要求。流行病学调查结果显示，长期饮用高氟水、高砷水、苦咸水等不达标水体对人体的危害如下（张兆吉等，2008）。
　　高氟水：氟对人体的损害具有慢性且长期的特点，受害较轻者会出现牙齿发黄、断裂，俗称氟斑牙，也就是常说的黄牙病；重者会引起氟骨症，表现为驼背、行动不便，甚至导致智力出现问题，乃至瘫痪，丧失劳动能力，生活不能自理。
　　高砷水：由于砷化合物有剧毒性，长期饮用砷化合物含量较高的水体会引起砷中毒，甚至死亡。
　　苦咸水：长期饮用苦咸水会导致人体胃肠功能紊乱、免疫力低下，易得肾结石，甚至可能诱发和加重心脑血管疾病。
　　2）苦咸水对农业生产有一定的危害
　　苦咸水中含有较多的杂质和盐类，如果长期用于灌溉耕地，会破坏当地的土壤团块，使耕地质量下降，影响农作物的生长，甚至会使某些农作物枯萎乃至死亡，造成当地的农作物产量下降，同时对农产品质量也会产生很大影响。
　　3）苦咸水对当地的部分工业发展有一定的负面影响
　　有些行业如化工业、造纸业等需要大量的水，长期使用苦咸水不仅会降低产品质量，还会增加对生产机器的损耗程度，增大工业生产成本，滞缓当地工业发展速度，影响当地经济发展。
　　1.3.2 苦咸水利用的意义
　　全国地下水资源评价成果显示（吴学华等，2008）：我国苦咸水资源经过适当处理，可作为缺水地区的居民生活饮用水、农业灌溉用水和部分工业用水，对缓解当地水资源紧缺起到了不可替代的作用。目前，全国每年开采利用浅层地下苦咸水资源量约为31.15亿m3，开采利用浅层地下苦咸水的主要地区为河北、山东、甘肃、内蒙古、宁夏、新疆、陕西等。
　　1）苦咸水影响我国约7%人口的生活质量
　　苦咸水与贫困地区的发展密切相关。我国苦咸水资源总量较小，约占水资源总量的9%。我国农村约有3亿人饮水不安全，其中约有3800万人饮用苦咸水，约6300万人饮用高氟水，约200万人饮用高砷水（中国地质调查局，2014）。由此可见，中国约有1亿人仍然在饮用苦咸水、高氟水、高砷水，由饮水水质带来的危害，已严重影响人的生命健康。苦咸水等问题关系到我国约7%人口的生活质量，因此是一个不容忽视的重要问题。
　　2）苦咸水影响我国西北地区的社会经济发展
　　我国西北广大地区多属于资源型、工程型、水质型并存的严重缺水地区淡水资源天然匮乏，对苦咸水资源的开发利用能力又不强，严重影响居民生活饮用水安全、工农业发展供水和生态环境保护需水保障。
　　3）微咸水是我国西北贫困地区人畜饮用水的重要水源
　　相关研究成果显示，微咸水是我国西北贫困地区人畜饮用水的重要水源，每年约有400万m3微咸水用于人畜饮用。在苦咸水淡化技术日渐成熟的今天，亟须加强苦咸水淡化处理与科学利用研究，尽早解决缺水地区居民饮用水问题，保障全国人民饮用水安全。
　　1.3.3 苦咸水开发利用现状
　　目前，我国苦咸水开发利用总体状况：一是地表苦咸水（苦咸水河流、苦咸水湖泊）资源开发利用较少；二是目前开采利用的多为浅层地下微咸水（矿化度为2～3g/L）和半咸水（矿化度介于3～5g/L），开发利用量趋于减少。
　　1）苦咸水利用现状
　　第二次全国水资源调查评价成果和相关区域地下水专项调查评价成果显示，我国每年开采利用地下水总量为445亿m3，约80%（356亿m3）的地下水（淡水）可直接利用，约13%（57.85亿m3）的地下水（微咸水）经适当处理后可以利用，约7%（31.15亿m3）属地下苦咸水，需采取必要的淡化工艺处理后才能加以利用。多年来，我国开采利用地下苦咸水总量较多的省（自治区、直辖市）主要在华北和西北缺水地区，如河北、内蒙古、甘肃、陕西等省（自治区、直辖市）。我国主要省（自治区、直辖市）地下水开采利用总量与浅层地下苦咸水开采利用总量详见表1-2。
　　表1-2 主要省（自治区、直辖市）地下水开采利用总量与浅层地下苦咸水开采利用总量