平台推进领先一步 海水淡化的青岛“打法”

文/图　半岛全媒体记者　李红梅

为缓解水资源短缺问题,促进海洋经济高质量发展,山东省近日印发《关于加快发展海水淡化与综合利用产业的意见》,明确在青岛等沿海7市布局海水淡化与综合利用产业,计划到2022年,全省海水淡化产能超过100万吨/日。

青岛是全国严重缺水城市之一,人均淡水资源占有量仅为247立方米,仅为全国平均水平的11%,城市用水主要依靠跨流域调水。为了从根本上改变缺水的局面,青岛市在国内最早开展海水淡化与综合利用。资料显示,山东现有规模最大的2个海水淡化工程,分别为青岛百发海水淡化工程和青岛董家口海水淡化工程,产能均达到10万吨/日。目前,青岛已建成海水淡化产能22.37万吨/日,占全国已建成规模的近1/5、占全省60%。

那么,苦咸的海水究竟是怎么变成淡水的?海水淡化后都用到哪里去了?青岛海水淡化产业发展现状及前景怎么样?半岛记者带您一探究竟。

青岛百发海水淡化公司生产车间里,通过电脑程序自动控制运行,几乎不需要人工干预。

海水变淡水 仨人“搞定”

“向浩瀚的海洋要水”,走进位于李沧区印江路的青岛百发海水淡化有限公司,随处可见这条标语。来自胶州湾的海水,在这里源源不断地变成淡水。

“海水淡化的主要工艺流程,包括取水工程、预处理、反渗透和后处理等。”青岛百发海水淡化公司生产部运营科主任李珂说,该公司采用先进的“超滤+反渗透”双膜法海水淡化技术,具有运行成本低、水质优良、稳定性强的特点。

借助靠近胶州湾的区位优势,百发海水淡化公司从胶州湾取得优质底层海水,引入烟墩山西侧的海水湖里暂存。随后,海水湖里的海水经取水泵站加压,通过埋藏在地下的1.3公里长玻璃钢管道输送到厂区,在超滤车间进行预处理。“海水透过超滤膜,可以去除95%以上的悬浮物,变成只含有盐分的洁净海水。”李珂介绍道。

接下来,要进行反渗透处理,这是海水淡化的核心工艺,投资占比最大、生产能耗最高,与水质关系也最大。反渗透系统由两级组成,一级反渗透主要脱除海水中的盐分,二级反渗透进一步脱除盐分和硼元素,以提升水质。“反渗透膜的脱盐率可达99.3%,能够截留糖类、氨基酸、细菌、病毒等物质,产品水质优良且稳定。”李珂说。

经过超滤处理的海水，在超滤水池暂存后进行反渗透处理

海水脱盐之后产生的淡化水,还要进行矿化处理,通过投加矿物质、二氧化碳、次氯酸钠等,增强产品水的稳定性,提高饮用舒适度。

有五六个篮球场面积大小的车间里,机器轰鸣为何却不见有工作人员现场操作?“超滤膜组和反渗透膜组等关键设备均从国外进口,主要生产系统通过电脑程序自动控制运行,几乎不需要人工干预。”李珂说,一个生产班组只有3个人,负责全厂设备的运行和操作。其中,一位生产运营班长在中控室通过电脑对全厂设备进行监控,另外两位操作人员在现场负责巡检和设备的基础维护。

海水淡化主要生产系统通过电脑程序自动控制运行，几乎不需要人工干预

作为一家专业从事海水淡化处理的高科技企业,青岛百发海水淡化公司设计产能10万吨/日,2013年1月投产运营,最高日供水量达10.5万吨,是全国首个主要用于市政供水的日产10万吨级海水淡化项目。青岛百发海水淡化有限公司前身是中外合资企业,2014年青岛水务集团收购外方全部股份,该公司实现由中外合资企业到国有企业的转身,现由青岛水务集团、青岛碱业和青岛市海润自来水集团共同出资经营。

成本降一半 不输自来水

成本是制约海水淡化规模化利用的重要因素。目前,国内海水淡化成本与国际水平基本持平,在4～8元/吨。随着新工艺、新材料、新装备的涌现,海水成本有望进一步下降。

近几年,青岛百发海水淡化有限公司通过改进工艺技术和设备,海水淡化成本大幅降低。自2014年底,青岛水务集团收购外方全部股份后,百发海水淡化公司技术人员克服重重困难,根据外文工艺流程图,逐一梳理每一个阀门、水泵乃至细小接口等节点位置,分析研究并制定运营管控体系,掌握并形成了自己的核心技术。

海水淡化主要生产系统通过电脑程序自动控制运行

通过膜组容量等技术改造,提高运行负荷,百发海水淡化公司提升海水淡化产能,降低边际成本。“在反渗透环节,100吨海水可以淡化出44吨淡水,剩下56吨浓盐水进行能量回收,为系统进水提供压力。”据李珂介绍,5套反渗透膜组高负荷模式下,可实现全厂产能增加约0.5万立方米/天。

此外,百发海水淡化公司还对高压给水泵进行改造。“同样运行条件下,单泵运行功耗降低一半,整体日节电量可达1万千瓦时,每年可节约用电成本费用200万元左右。”李珂说。

通过多种节能技改措施,百发海水淡化公司生产吨水能耗由4.18千瓦时/立方米降至3.4千瓦时/立方米,降幅高达19%,吨水单位电耗居全国领先水平。

近年来,自来水的成本在不断提高,而海水淡化成本从2016年的10元/吨,到目前降了近一半,具备一定价格优势。“通过节能技术和反渗透膜的改造、提升泵站效率,海水淡化成本还会进一步降低。”李珂透露,这对海水淡化广泛应用及产业化进程将产生极大的促进作用。

主要供市政 口感还不错

百发海水淡化公司生产的淡化水,大部分供给和保障市政供水,剩下的“点对点”直供给重点工业企业。2019年,该公司供市政用水1679万吨、工业用水440万吨、农业用水2.8万吨。

在青岛百发海水淡化有限公司会议室的桌子上,摆放着“内部专供”的瓶装海水淡化饮用水。半岛记者品尝后发现,这种水喝起来比普通自来水要清甜一些。

用海水淡化水制成的瓶装水，喝起来比普通自来水要甘甜一些

“海水淡化水硬度比较低,而且比较纯净,水质远远优于我国《生活饮用水卫生标准》的106项指标要求,可以改善自来水水质和口感。”李珂说,青岛百发海水淡化有限公司于2014年成为全国首家获得卫生许可证的海水淡化企业,自2015年至2019年底,累计供水近7000万立方米。

华电青岛发电有限公司化水车间

据了解,2017年,青岛市在省内率先颁布《海水淡化生活饮用水集中式供水单位卫生管理规范》,根据海水淡化工艺特点,对海水取水水质、滤后水水质、出厂水调质后水质的特征指标规定了明确限值,一些指标限值严于国家《生活饮用水卫生标准》要求。

除了市政供水,百发公司生产的海水淡化水还“点对点”直供给重点工业企业。电力、石化等行业工艺用水、锅炉用水,一般要求水质比较高的纯净水,普通的自来水需要净化后才能用。水费成本加上净化处理等相关费用,每吨纯净水的综合成本在10元左右。

“海水淡化水硬度低,水中的钙、镁、硫酸根等离子极少,企业使用后可大幅降低水处理的成本。”李珂说,用海水淡化水替代自来水,还可以节约紧缺的淡水资源,实现经济效益和社会效益双丰收。

目前,百发海水淡化公司已为华电青岛发电有限公司、中石化青岛石化公司、沧海新城热力公司等周边大型企业直供淡化水。近期,还将为泰能热电、后海热电等企业供水。

“相对其他水源,海水淡化水比较适合我们的制水设备运行,目前我们每天使用400多吨海水淡化水。”华电青岛发电有限公司化水车间运行专工张莹莹说,就总成本而言,用海水淡化水比用自来水每吨省三四毛钱,职工工作量也要小一些。据了解,华电青岛发电有限公司分两个系统使用海水淡化水,其中,热网系统可以直接用,机组用水需要进一步处理后再用。

海水淡化水输送到华电青岛发电有限公司后，在生水池内暂存

据记者了解,为了进一步提高海水淡化功能,百发海水淡化公司还研发设计小型海水淡化设备,用于海岛、船舶及陆地供水。青岛大公岛海水淡化项目产水20立方米/日,所用设备即为百发海水淡化公司生产。

>>>现状

岛城年海水淡化利用量3500万立方米

作为全国严重缺水的城市之一,为改善淡水资源严重不足、客水依赖度高的状况,青岛市在大力倡导节约用水的同时,通过多种渠道合理开发水资源。2019年,青岛市城市再生水(中水)利用率达到45%以上,被广泛用于工业冷却、工艺、绿化、保洁、冲厕、基建、河道景观、水源热泵等方面。

青岛市充分利用近岸海域水质优良的优势,在国内最早开展海水综合利用。目前,青岛市建成海水直接利用装置2套,年海水直接利用总量约14亿立方米,居全国前列。除了作为工业冷却水外,还用于做溶剂、还原剂、化盐、化灰、除尘、冲渣、冲洗、水产品加工、冲厕、热泵等方面。

此外,青岛市早在2005年就制定了海水淡化产业发展规划,在海水淡化技术研究和产业化方面取得较快发展,涌现了一批在海水淡化领域拥有自主知识产权的生产企业。

2013年,青岛市成立建设全域统筹水务体系的平台公司——青岛水务集团,负责城镇供水、排水、污水处理、海水淡化等相关业务。

目前,青岛市已建成海水淡化装置5套,设计海水淡化能力达到22.37万吨/日,占全国已建成规模的近1/5,占全省的60%。其中,青岛水务集团运营管理的百发海水淡化公司和董家口海水淡化厂设计规模均为10万吨/日。

青岛百发海水淡化公司设计日产能为10万吨,每天生产的淡水相当于整个青岛市用水高峰时日供水总量的1/8左右。截至2020年6月,该公司已产8500万吨淡化水,相当于6个西湖的容量,极大缓解了青岛市紧张的供水形势。

2016年建成通水的董家口10万吨/日海水淡化项目,是我国首个自主研发、自主设计、自主建设及自主运营的大型海水淡化工程。由于关键技术和设备实现了国产化,打破了长期以来海水淡化膜技术的国际垄断,该项目淡化水成本仅为4.25元/吨,低于国内外同类项目30%～50%,被国家发改委确定为“反渗透膜材料研发与产业化及应用示范项目”。董家口海水淡化项目2016年10月起向董家口港区大工业用户稳定供水,有效解决了青岛西海岸新区和董家口区域水资源短缺问题。

目前,青岛市年海水淡化利用量3500万立方米。根据《青岛市海水淡化产业发展规划(2017～2030年)》,到2020年,全市海水淡化产能达到50万立方米/日以上,海水淡化对保障全市供水的贡献率达到15％以上。据了解,今年青岛计划实施百发海水淡化公司二期扩建工程,再造一个10万吨/日的海水淡化项目。

青岛市拥有海水综合利用技术研发及人才培养机构30余家,拥有学科领军人物和工程技术人员组成的综合人才梯队。众多海内外海水淡化相关企业及技术装备研发机构拟投资青岛,如以色列国家水务集团、西班牙水务公司、合肥通用技术研究院、天津膜天膜科技、巴安水务、鲁信集团和中信环境等企业与青岛保持密切沟通衔接。

>>>前景

潜藏巨大产业链条,争相打造产业集群

海水淡化不仅可以增加本地水源供给,缓解本地淡水资源严重不足的问题,背后还潜藏着一个巨大的产业链条。海水淡化产业作为战略性新兴产业,是海洋经济的重要引擎。

“推动海水淡化规模化应用,一方面可以保障战略水源,应对极端干旱天气、原水资源不足、供水能力告急等状况,确保把水杯牢牢端在自己手里。另一方面,对企业直供可以降低生产成本,节约淡水资源。”李珂说,围绕海水淡化还可以发展高端装备制造等上下游产业。

根据《青岛市海水淡化产业发展规划(2017～2030年)》,青岛市将确立海水淡化稳定水源及战略保障地位,逐步将海水淡化水并入市政供水管网,纳入全市水资源平衡供需管理,统一调配使用。为推动海水淡化产业发展,青岛市规划了以“一谷一区一带”为支撑的产业发展空间布局体系,近期重点扩大海水淡化规模,中期重点发展海水淡化关键装备研发制造,远期重点构建科技引领的海水淡化全产业链条。

青岛水务集团是国内最大的海水淡化设施运营企业,已完成海水淡化产业基本布局:与鲁信集团合作成立50亿元规模的海洋产业基金,以延伸海水淡化产业链；与天津膜天膜科技、上海联和科海材料科技、美国马文集团合资成立青岛青水津膜高新科技有限公司,拟在中德生态园建设超/微滤膜生产基地；今年3月,专门成立了海水淡化科技公司,统筹管理青岛百发和董家口两个产能10万吨/日海水淡化项目、1个污水处理项目和1个海水淡化膜装备制造基地……

海洋是高质量发展的战略要地,青岛发展的最大优势在海洋,推动山东海洋强省建设,必须把青岛这个龙头昂起来。《山东海洋强省建设行动方案》将海水淡化及综合利用列为重点推动发展的海洋新兴产业,并明确提出“支持青岛建设国家海水淡化与综合利用示范城市”。

放眼全国,在打造国家级海水淡化产业集群方面,青岛不乏竞争者。据报道,天津滨海新区海水淡化能力全国第一,拥有4家海水淡化及综合利用企业,总设计规模31.6万吨/日,占全国的26.3%。滨海新区将海水淡化产业作为“十四五”时期重点产业,于8月2日成立天津海水淡化产业(人才)联盟,将全国海水淡化技术研发、装备制造、产品生产、工程建设及场景应用等优势资源汇聚津门。

8月4日,胶东经济圈海水淡化与综合利用产业联盟在青岛成立,50多家设计研发、生产制造、配套服务企业及有关科研机构成为首批会员,致力于打造海水淡化与综合利用领域“政产学研金服用”的一体化创新平台,推动海水淡化与综合利用产业加快发展。未来几年,海水淡化产业在缺水的胶东半岛地区或将实现规模化应用,成为带动区域经济发展新的增长点。