Identification of the risk factors in concentrated seawater from seawater desalination process

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2023-0466

Abstract

Abstract:

Based on the whole desalination process, this paper reviewed the source and fate of risk factors in concentrated seawater including salinity, temperature, chemicals used for pretreatment, chemicals required in desalination process, by-products, corrosion products, and filter backwash. According to the hazard and toxicological thresholds combined with the no-effect concentration for marine species, the risk factors of brine discharge to seawater environment were further identified. The results showed that the risk factors contained ferric salt, aluminium salt, acrylamide, phosphates and total phosphorus, residual chlorine, total chlorine and disinfection by-products, isothiazolinone, sodium bisulfite, and heavy metals/metalloids such as copper, nickel, chromium, molybdenum, zinc, lead, titanium, cadmium, arsenic, selenium, mercury and barium. After the preliminary assessment, it was necessary to further monitor the risk factors in situ and know their actual concentration level in brine from seawater desalination, so as to provide a scientific basis for accurately assess the environmental influence of discharge brine in the seawater.

Key words: desalination, concentrated seawater, environmental impacts, heavy metals, disinfection by-product

摘要：

基于海水淡化整个工艺流程，综述了浓海水中盐度、温度、原海水中的污染物、用于预处理的化学药品、淡化工艺过程中所需的药剂、化学品反应产生的副产物、腐蚀产物和过滤器反冲洗液等风险因素的引入过程及最终赋存情况，结合国内外风险物质危害阈值以及国外关于海洋生物的无影响浓度的预测结果，筛选和识别浓海水排放可能引入的具有潜在海洋环境影响的风险物质，结果表明，需要关注的风险物质包括铁盐，铝盐，丙烯酰胺，磷酸盐和总磷，余氯、总氯和消毒副产物，异噻唑啉酮，亚硫酸氢钠，还有重金属及类金属铜、镍、铬、钼、锌、铅、钛、镉、砷、硒、汞、钡。初步判定后还需进一步对风险物质进行实地验证性监测，更准确地掌握风险物质的浓度水平，以期更准确地评估浓海水排放的环境风险。

关键词: 海水淡化, 浓海水, 环境影响, 重金属, 消毒副产物

CLC Number:

P747

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Figures/Tables 1

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药剂种类	成分	典型投加量/ （mg·L^-1）	可能杂质或相关单体	浓海水中风险因素的评估	初判风险因子
混凝剂	三氯化铁	1~5.2	锌、铅、汞、砷、镉、铬	少量铁盐进入浓海水，可能导致水体变色降低海水透光性，对海洋生物代谢生长造成一定影响	Fe
	聚合氯化铝	0.2~1.4	铁、铅、汞、砷、镉、铬	少量铝盐进入浓海水，可能增加水体中有机物的凝聚沉淀，对水生生物造成影响	Al
	聚丙烯酰胺	0.2~1.4	丙烯酰胺单体	聚丙烯酰胺可降解生成对水生生物具有毒性的丙烯酰胺	丙烯酰胺
阻垢剂	正磷酸盐	2~6	—	磷酸盐可对造礁珊瑚造成显著损害	磷酸盐
	低磷聚合物		马来酸酐、丙烯磺酸钠、羟基亚乙基二膦酸（HEDP）	马来酸酐质量分数≤40 mg/kg时未观察到有害作用，为非致癌物；丙烯磺酸钠、丙烯酸羟丙酯和HEDP属于低毒类化学物质；丙烯酸在质量浓度≤800 mg/L时未观察到有害作用；高分子化合物本身无毒或毒性很弱	—
	改性聚羧酸		丙烯酸、丙烯酸羟丙酯		—
	聚丙烯酸		丙烯酸		—
绿色阻垢剂	聚天冬氨酸（PASP）	2~6	马来酸酐	PASP的LD₅₀ ≥ 5 000 mg/kg，是实际无毒物质，可被生物降解	—
绿色阻垢剂	聚环氧琥珀酸（PESA）	2~6	马来酸酐	PESA可被微生物或真菌高效稳定地降解为对环境无害的最终产物	—
还原剂	焦亚硫酸钠	2	氯化钠、硫酸钠	亚硫酸钠对海草栖息地有不利影响	亚硫酸钠
清洗剂	盐酸、硫酸、氢氧化钠	不确定	汞、砷、铅、硒	清洗液带来pH波动，但在排放前会进行中和处理，不会对环境带来影响	—
缓蚀剂	苯并三唑	不确定	—	绿色缓蚀剂，无环境影响	—
消泡剂	脂肪类	0.1~0.3	脂肪酸及其酯	脂肪酸及其酯是无毒的，对海洋生态系统没有明显负面影响	—
	聚醚类		多元醇、多碳酸、胺类、环氧乙烷、环氧丙烷	聚醚型消泡剂无毒	—
	有机硅		二甲基硅油	鼠经口LD₅₀≥2 008 mg/kg，未表现出慢性毒性、致癌性、生殖发育毒性和遗传毒性	—
	聚醚改性有机硅（复合型）		氯铂酸、异丙醇和甲苯	被认为是无毒的	—
杀菌剂	次氯酸钠（氧化型）	1~10	有效氯、铁、铅、砷	美国环境保护署建议海水中氯的长期水质标准为<7.5 µg/L，短期标准为<13 µg/L。欧盟风险评估中确定总THNs对淡水物种的预测无影响质量浓度为146 µg/L	余氯及总氯，消毒副产物（三溴甲烷、一溴乙酸、二溴乙酸、二溴乙腈、三碘甲烷、碘乙酸）
杀菌剂	异噻唑啉酮类（非氧化型）	1~10	—	具有细胞毒性与神经毒性，对大型蚤、卤虫和虹鳟鱼水生生物LC₅₀范围为1.35~10.4 mg/L	甲基异噻唑啉酮、甲基氯异噻唑啉酮

药剂种类	成分	典型投加量/ （mg·L^-1）	可能杂质或相关单体	浓海水中风险因素的评估	初判风险因子
混凝剂	三氯化铁	1~5.2	锌、铅、汞、砷、镉、铬	少量铁盐进入浓海水，可能导致水体变色降低海水透光性，对海洋生物代谢生长造成一定影响	Fe
	聚合氯化铝	0.2~1.4	铁、铅、汞、砷、镉、铬	少量铝盐进入浓海水，可能增加水体中有机物的凝聚沉淀，对水生生物造成影响	Al
	聚丙烯酰胺	0.2~1.4	丙烯酰胺单体	聚丙烯酰胺可降解生成对水生生物具有毒性的丙烯酰胺	丙烯酰胺
阻垢剂	正磷酸盐	2~6	—	磷酸盐可对造礁珊瑚造成显著损害	磷酸盐
	低磷聚合物		马来酸酐、丙烯磺酸钠、羟基亚乙基二膦酸（HEDP）	马来酸酐质量分数≤40 mg/kg时未观察到有害作用，为非致癌物；丙烯磺酸钠、丙烯酸羟丙酯和HEDP属于低毒类化学物质；丙烯酸在质量浓度≤800 mg/L时未观察到有害作用；高分子化合物本身无毒或毒性很弱	—
	改性聚羧酸		丙烯酸、丙烯酸羟丙酯		—
	聚丙烯酸		丙烯酸		—
绿色阻垢剂	聚天冬氨酸（PASP）	2~6	马来酸酐	PASP的LD₅₀ ≥ 5 000 mg/kg，是实际无毒物质，可被生物降解	—
绿色阻垢剂	聚环氧琥珀酸（PESA）	2~6	马来酸酐	PESA可被微生物或真菌高效稳定地降解为对环境无害的最终产物	—
还原剂	焦亚硫酸钠	2	氯化钠、硫酸钠	亚硫酸钠对海草栖息地有不利影响	亚硫酸钠
清洗剂	盐酸、硫酸、氢氧化钠	不确定	汞、砷、铅、硒	清洗液带来pH波动，但在排放前会进行中和处理，不会对环境带来影响	—
缓蚀剂	苯并三唑	不确定	—	绿色缓蚀剂，无环境影响	—
消泡剂	脂肪类	0.1~0.3	脂肪酸及其酯	脂肪酸及其酯是无毒的，对海洋生态系统没有明显负面影响	—
	聚醚类		多元醇、多碳酸、胺类、环氧乙烷、环氧丙烷	聚醚型消泡剂无毒	—
	有机硅		二甲基硅油	鼠经口LD₅₀≥2 008 mg/kg，未表现出慢性毒性、致癌性、生殖发育毒性和遗传毒性	—
	聚醚改性有机硅（复合型）		氯铂酸、异丙醇和甲苯	被认为是无毒的	—
杀菌剂	次氯酸钠（氧化型）	1~10	有效氯、铁、铅、砷	美国环境保护署建议海水中氯的长期水质标准为<7.5 µg/L，短期标准为<13 µg/L。欧盟风险评估中确定总THNs对淡水物种的预测无影响质量浓度为146 µg/L	余氯及总氯，消毒副产物（三溴甲烷、一溴乙酸、二溴乙酸、二溴乙腈、三碘甲烷、碘乙酸）
杀菌剂	异噻唑啉酮类（非氧化型）	1~10	—	具有细胞毒性与神经毒性，对大型蚤、卤虫和虹鳟鱼水生生物LC₅₀范围为1.35~10.4 mg/L	甲基异噻唑啉酮、甲基氯异噻唑啉酮

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