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关于建设冶金渣结合尾矿废石混凝土人工鱼礁项目的分析报告

浏览次数: 日期:2017年2月22日 09:04

1.污染及近海渔业的过渡开发,导致生态破坏,渔业减产 

我国海岸线总长度约1.8万公里,居世界第四位,大陆架面积位居世界第五,200海里专属经济区面积为世界第十,因此我国在海洋资源的拥有上占有较大的优势。然而由于过去几十年来对生态环境的不重视,导致了各类污染物源源不断地从江河汇入大海,使我国近海海域遭受了不同程度的污染。与此同时,对鱼类资源的过度捕捞,特别是沿海大陆架的底拖网作业,造成海底生态的严重破坏,导致渔业资源的衰退[1]。

近年来,国家投入了大量的资金用于污染治理,收到了一定的效果,但是局面仍不容乐观。2006年7月国家环境保护总局发布的《2005年中国环境状况公报》海洋环境部分显示,2005年我国虽然远海海域水质保持良好状况,而且近岸大部分海域水质良好,全国近岸海域一、二类海水比例占67.2%,与上年相比上升17.6个百分点。但局部海域污染仍很严重,珠江口、辽东湾、渤海湾水质较差,四类、劣四类海水比例在60%~80%之间;长江口、杭州湾水质最差,以劣四类海水为主(图1)[2]。水质差的近海海域,海洋生态环境严重恶化,经常发生赤潮和死鱼事件。2006年5月17日农业部和国家环保总局联合发布的2005年度《中国渔业生态环境状况公报》表明,局部渔业水域污染比较严重,主要污染物为氮、磷、石油类和铜[3]。 

                                                 

2.发展人工鱼礁对于生态恢复、海岸重建、渔业增产、促进旅游都有重要的意义 

在深化污染物治理的同时,近海生态环境的恢复和改善日显重要。设置人工鱼礁,发展海洋牧场被认为是近海生态修复、促进渔业增产的有效方法。所谓人工鱼礁即人为在水域中设置构造物,以改善修复和优化水生生物栖息环境,为鱼类等生物提供索饵、繁殖、生长发育等场所,达到保护、增殖资源和提高渔获质量的目的[4]。其海洋生态修复机理是通过人工鱼礁对藻类的吸附作用、鱼礁附着生物的滤食作用、鱼礁区大量生物摄食对赤潮引发因子的抑制作用以及礁体阻碍海底有机物的释放等功能机理,降低水体富营养化程度,起到净化水质与减少赤潮发生的效用[5,6]。 

另一方面,由于生态破坏、温室效应等影响,全球气候发生很大改变。近些年我国沿海台风、暴风等灾难性海洋气候日渐频繁、强度更大,破坏力更为显著。每年我国因台风而造成的经济损失达上亿,甚至上千亿元。同时,因地震导致的海啸也对海底生态及海岸造成巨大的破坏作用。人工鱼礁的建设,也就相当于在近海海底设置了一道“防浪堤”,可以有效阻止这些自然灾害对海岸的破坏作用。如果这种“防浪堤”设置在海滨浴场外侧海底,则可以减弱海浪对沙滩的冲刷与侵蚀,甚至还有集沙的作用。图2为多米尼加共和国一海滩使用人工鱼礁后的变化情况。图2(a)为刚设置人工鱼礁后两个月,沙量少,沙滩岩石裸露;设置40个月后,沙量明显增加,原先荒凉的沙滩已变成度假休闲的好去处(见图2(b))[7]。

                               

                                                    图2 设立人工鱼礁对沙滩的保护作用[7]

建设人工鱼礁对生态环境修复与改善,保护和诱集鱼类、促进渔业增产,防止海岸侵蚀、保护沙滩,同时促进旅游垂钓、海底潜水、休闲生态旅游发展等方面具有重要的意义。建设人工鱼礁所带来的巨大生态环境效益、经济效益已在发达国家如美国、日本及我国的香港、台湾得到了充分的验证。 

日本于1974年制定了《沿岸渔场整备开发法》,有计划地开展渔场建设。2002年又出台了《渔港渔场整备法》,第二年开始了渔港与渔场的一体化长期建设计划项目[8]。到目前为止,日本共投放人工鱼礁5000多座,达5306万m3[9]。根据佐藤修的研究,1m3的人工鱼礁平均形成1.837m3的人工渔场,每年可增加18.37kg的渔获量[10]。由于人工鱼礁的建设,使日本渔业年增产97万吨,产生显著的经济效益。相对于日本,美国更注重“休闲鱼礁”的建设。目前美国沿海各地设置的鱼礁已有1200多处,参加游钓活动的人数近6000万,钓捕产量约150万吨,占渔业总产量的35%。据统计,全美每年因游钓渔业带来的社会效益达500亿美元[9]。许多沿海国家和地区都在建设人工鱼礁,把人工鱼礁和旅游景点结合起来,既保护了渔业资源,又丰富旅游业的内容,使人工鱼礁建设在国际上得到蓬勃发展[11-13]。 

我国台湾、香港人工鱼礁的发展速度也相当迅猛。台湾到1999年已设礁区75区,投放礁体166万m3;香港于1998年通过议案,拨款6亿港元用于建设人工鱼礁[9],到2003年止香港共投放礁体16.8万m3。香港的目标是(1)增加海产资源,(2)重建受破坏的生态环境,(3)保护鱼类的孵化及育苗场,(4)改善平坦海床生态环境的素质[14]。内地也于1970年代末开展人工鱼礁建设探索与试验,但由于缺乏资金,曾经一度停滞。2000年后人工鱼礁建设事业又在各地重新兴起,目前我国大部分沿海省区,都在启动人工鱼礁的规划和建设[15-17]。 

3.改善水域生态环境,促进渔业可持续发展,发展人工鱼礁建设得到国家的高度重视 

为养护和合理利用水生生物资源,促进渔业可持续发展、维护国家生态安全,2006年2月14日国务院发布了《中国水生生物资源养护行动纲要》(国发[2006]9号)。《中国水生生物资源养护行动纲要》中确定了中国水生生物资源养护行动的三个目标[18]: 

1)近期目标:到2010年,水域生态环境恶化、渔业资源衰退、濒危物种数目增加的趋势得到初步缓解,过大的捕捞能力得到压减,捕捞生产效率和经济效益有所提高。

2)中期目标:到2020年,水域生态环境逐步得到修复,渔业资源衰退和濒危物种数目增加的趋势得到基本遏制,捕捞能力和捕捞产量与渔业资源可承受能力大体相适应。 

3)远景展望:经过长期不懈努力,到本世纪中叶,水域生态环境明显改善,水生生物资源实现良性、高效循环利用,濒危水生野生动植物和水生生物多样性得到有效保护,水生生态系统处于整体良好状态。基本实现水生生物资源丰富、水域生态环境优美的奋斗目标。 

为了达到这些目标,《中国水生生物资源养护行动纲要》提出了三项水生生物资源养护行动:1)渔业资源保护与增殖行动;2)生物多样性与濒危物种保护行动;3)水域生态保护与修复行动。要求财政、发展改革、科技等部门要加大支持和投入力度,同时要积极改革和探索在市场经济条件下的政府投入、银行贷款、企业资金、个人捐助、国外投资、国际援助等多元化投入机制,为水生生物资源养护提供资金保障。 

2006年5月15日农业部发布了“农业部关于贯彻实施《中国水生生物资源养护行动纲要》做好当前渔业重点工作的意见”(农渔发[2006]17号)。意见说农业部将组织制定《全国渔业资源增殖发展规划》和《全国人工鱼礁建设规划》,并组织制定《人工鱼礁许可管理办法》等规章,规范人工鱼礁建设管理[19]。2006年11月7日农业部在《全国渔业发展第十一个五年规划(2006-2010年)》(农渔发[2006]37号)中确定了八个重点工程,其中“水生生物资源养护工程”中就有建设水生生物与水域生态保护区、海洋大型人工鱼礁群等五个的重点建设项目[20]。 

4.传统人工鱼礁体积空间小,有污染,国外大力发展混凝土鱼礁 

早期的人工鱼礁多采用天然石、砖、植物等原料建造人工鱼礁,后来废旧汽车、轮胎、船、油罐等被大量用于人工鱼礁的建设[15]。这些废弃物人工鱼礁存在礁体空腔布局不合理、体积空间小外,更为严重的这些废弃物可在海水中分解并释放出有害物质,不仅不能提高鱼类产量,而且还会破坏海岸带的生态系统。这种方法同时也使海洋成为一些公司处置废弃物的场所。鉴于上述原因,国外纷纷发展混凝土人工鱼礁。 

日本在1954年就开始混凝土人工鱼礁的建设[8]。经过几十年的发展,日本已开发式样众多、规格齐全的混凝土人工鱼礁,礁体大小、空腔体积灵活多变(图3)。美国的reefball基金会,开发出一种形同“鸡笼”的人工鱼礁(图4)。据介绍,这种形态的人工鱼礁可抵御飓风和风暴的袭击,浪波推动海水从侧孔进入礁体,从上侧开口排出,从而保持礁体在海底的稳定[11]。Reefball人工鱼礁已在世界56个国家和地区得到应用,我国的台湾和香港也有应用。

                              

5.普通水泥混凝土碱度过大,不适合用于建造人工鱼礁,必须通过中性化处理使其pH值与海水接近或其它方法抑制混凝土中Ca(OH)2的溶出 

用混凝土来建造人工鱼礁具有一系优点,混凝土材料可以制备出形状多样、规格各异、结构复杂、外形美观的人工鱼礁体。然而普通水泥混凝土碱性强,pH值通常大于13,而海水的pH值约为8.3[22]。由于混凝土中Ca(OH)2在海水中的不断溶解,导致礁体表面及附近海水pH值大大升高,这种强碱性条件对普通海洋生物的育成具有危害作用。它破坏对水产资源有益的藻类及微生物的栖息环境,造成鱼类等幼仔缺乏饵料而难以生存,所以普通混凝土不能直接用来建造人工鱼礁。当普通混凝土在海水中长期浸泡时,随着Ca(OH)2的不断溶出,碱性度下降。在此过程中混凝土外侧会附着上耐碱能力强的藤壶等贝壳生物,而影响了微生物的附着与藻类的生长[22,23]。 

为了降低普通混凝土的碱性,许多研究采用粉煤灰等活性掺合料以抑制Ca(OH)2的大量生成,以此建造的人工鱼礁得到较为广泛的应用[24]。但由于粉煤灰等掺合料的大量加入,却使混凝土的早期强度下降。Reefball基金会采用二氧化硅微粉来降低混凝土的碱度,采用聚合物纤维及玻璃纤维做增强筋来建造人工鱼礁[11]。2007年初,我们与Reefball基金会联系过,得到的回答是这种人工鱼礁建造成本很高,恐难以在中国推广。Dooley K.M.等人研究采用超临界CO2碳化养护技术可使水泥体整体快速中性化[25],因此采用此技术可对普通混凝土进行中性化处理。但铃木哲绪认为水泥的碳酸化反应产物CaCO3的生成,会使助长石灰藻的繁殖,而对水产资源有益的硅藻类、绿藻类、褐藻类和红藻类及微生物的生长却大为不利[26]。铃木哲绪研究采用硫酸亚铁制成混凝土外层涂料或改性体,来抑制内部普通混凝土Ca(OH)2的溶出。这种硫酸亚铁为钛矿石精炼副产物,具强酸性,作为废弃物而未能得到有效利用。采用硫酸亚铁作为抑制剂,既利用了工业废弃物,又为海生植物的生长提供必须的Fe元素,为此还申请了多项发明专利[27,28]。 

6.采用冶金渣制备生态型中性冶金渣结合尾矿废石混凝土,具成本低、耐久性好、强度高等优点,是建造人工鱼礁的理想材料 

冶金渣结合尾矿废石是基于仿地成岩理论制备而成的硅铝基胶凝材料。由于冶金渣结合尾矿废石具有天然岩石的生态相容性,pH值可以很容易地控制成中性,因此是制造混凝土鱼礁的理想胶凝材料。冶金渣结合尾矿废石是以固体废弃物为主要原料(固体废弃物利用率最高可以达到95%)制备而成的硅铝基胶凝材料。常见的工业固体废弃物,如各种炉渣、各种冶金渣、粉煤灰、煤矸石、尾矿、赤泥、各种水体清淤污泥、各种城市建筑废旧砖瓦、废旧混凝土等都可以作为生产冶金渣结合尾矿废石的主要原料。使用冶金渣结合尾矿废石作为胶凝材料制造中性生态鱼礁混凝土,还可以大量的海砂和城市废旧混凝土为骨料,其综合制造成本比制造正常的水泥混凝土可降低50%以上。已有的实验数据表明冶金渣结合尾矿废石混凝土的耐久性是普通水泥混凝土的10倍以上。由于其特有的生态相容性,使冶金渣结合尾矿废石混凝土的表面特别适合于水生藻类和水生植物生长,并为浮游生物的繁殖提供良好生态环境,从而消耗大量来自陆源的有机污染物,并为鱼、虾、贝类提供大量的食物和栖息场所,促进鱼、虾、贝类的繁殖和快速生长。最终实现净化海水,改善滨海环境和保护生态平衡的目标。 

7.投资人工鱼礁,发展海洋旅游产业的经济效益 

(1)投资预算 

按国内外已经实施的普通水泥混凝人工鱼礁估算,每公顷人工鱼礁需投资80000美元左右,折合人民币65万元,而采用冶金渣结合尾矿废石混凝土人工鱼礁可节省投资50%,即37.5万元/公顷。 

(2)普通混凝土人工鱼礁约3年后开始在渔业生产中发挥效益,并在10年内逐渐增长。采用普通捕捞方法,从第3年开始每年可增加效益3万元,10年内平均年效益8.4万元,10年内总效益为84万元,相当于原始投资的2.6倍。 

(3)采用冶金渣结合尾矿废石混凝土人工鱼礁可提前两年开始在渔业生产中发挥效益,按水泥混凝鱼礁同比例效益增长计算,10年内总效益为135万元,相当于原始投资的4.2倍。 

(4)根据美国投放人工鱼礁发展渔业旅游的经验,由旅游而带来的间接效益是简单捕鱼效益的5—10倍(旅游配套设施还需要进一步投资)。 

(5)冶金渣结合尾矿废石混凝土人工鱼礁具有极好的耐久性,特别适合海洋环境的长期服役,预计服役寿命为500年以上,因此发展人工鱼礁是一项一次投资、长期受益、造福子孙的工程。 

(6)从我国土地使用权私有化的历史来看,在开始阶段,当大多数人还没有认识到其开发的潜在价值时可以非常低价地拿到大片土地。随着开发的不断进行,土地的价值可以上涨几倍至几十倍,甚至上百倍。目前我国大面积海域使用权的商业开发项目还没有真正开始,随着人们对其商业价值认识的不断深入,我国海域使用权的价格将会大幅度增长。根据天津市海洋局提供的信息,目前渤海湾地区,渔业海域租赁价格为25元/公顷·年,海滨商业旅游租赁价格为10000元/公顷·年。这种极低的成本与建设人工鱼礁的投入和产出相比可以忽略不计。可以预计,现在投资10亿元建设人工鱼礁,同时买下海域使用权,10年以后,其海域使用权市值将达到上百亿元,甚至几百亿元。 


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