中國(guó)京津冀地區(qū)淡化水利用模式探討

韓旭 袁建新 張松濤

1.天津市水利科學(xué)研究院，中國(guó)·天津 300061

2.中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，中國(guó)·天津 300222

3.水利部海委海河下游管理局獨(dú)流減河進(jìn)洪閘管理處，中國(guó)·天津 300380

1 中國(guó)京津冀地區(qū)淡化水利用現(xiàn)狀

京津冀地區(qū)是中國(guó)政治、經(jīng)濟(jì)、文化與科技中心，是推動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要引擎，卻也是中國(guó)水資源承載壓力最大、水資源安全保障難度最大的地區(qū)。隨著近年來京津冀地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)總量的快速增長(zhǎng)，本地區(qū)的水資源供需矛盾日益突出。為緩解這種不利局面，京津冀地區(qū)紛紛加大對(duì)海水淡化的開發(fā)利用。目前，京津冀地區(qū)淡化海水的生產(chǎn)能力已達(dá)到65萬m3/d的規(guī)模。

2 淡化水與傳統(tǒng)水源水質(zhì)對(duì)比

2.1 膜法制水水質(zhì)

膜法工藝?yán)梅礉B透膜來去除海水中的無機(jī)鹽和其他雜質(zhì)。在所有無機(jī)鹽離子中，氯離子是最難去除的，通常反滲透膜對(duì)氯離子的去處率達(dá)到98%～99%，所以如果僅經(jīng)過一次反滲透處理，出水的含鹽量無法滿足飲用標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)階段中國(guó)和國(guó)際上最常規(guī)的做法是把第一次反滲透的產(chǎn)水再經(jīng)過一級(jí)反滲透處理，二級(jí)反滲透出水的水質(zhì)的離子含量可以滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2.2 熱法制水水質(zhì)

熱法工藝的原理是在低真空、高溫下使水蒸發(fā)為蒸汽，再把蒸氣冷凝成淡水，也就是蒸餾水。這一工藝對(duì)無機(jī)鹽離子脫除更徹底，但是在蒸發(fā)過程中，如海水的前處理工藝較差或海水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，海水中的揮發(fā)性污染物會(huì)隨著一起揮發(fā)，并隨著水蒸氣冷凝的過程溶解到水中，成為潛在的風(fēng)險(xiǎn)[2]。

2.3 淡化水與傳統(tǒng)自來水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

中國(guó)和國(guó)際主流的淡化海水的處理工藝為熱法和膜法。目前中國(guó)海水淡化水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是參照HY／T 247-2018《海水淡化產(chǎn)品水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，傳統(tǒng)水自來水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。其中，HY／T 247-2018《海水淡化產(chǎn)品水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》是以GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》為基礎(chǔ)編制的，其水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不能低于GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。在實(shí)際淡化水水樣檢測(cè)中，通過對(duì)比淡化水出水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果和GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比可以看出，不論是膜法工藝還是熱法工藝的淡化海水，水質(zhì)指標(biāo)一般均優(yōu)于自來水[3]。

3 中國(guó)京津冀地區(qū)傳統(tǒng)水源和淡化水供水成本對(duì)比

3.1 京津冀自來水水價(jià)

京津冀地區(qū)是中國(guó)自來水水價(jià)最高的地區(qū)，居民用水的水價(jià)基本在4～5元/t，工業(yè)水價(jià)在6～10元/t，遠(yuǎn)高于其他地區(qū)。

中國(guó)北京市自來水水價(jià)：居民生活用水價(jià)格3.64元/t，排污費(fèi)1.36元/t，綜合水價(jià)合計(jì)5元/t；非居民用水價(jià)格6～6.5元/t，排污費(fèi)3元/t，綜合水價(jià)合計(jì)9～9.5元/t。

中國(guó)天津市自來水水價(jià)：居民生活用水價(jià)格4元/t，排污費(fèi)0.9元/t，綜合水價(jià)合計(jì)4.9元/t；非居民用水價(jià)格6.65元/t，排污費(fèi)1.2元/t，綜合水價(jià)合計(jì)7.85元/t。

中國(guó)河北滄州市自來水水價(jià)：居民生活用水價(jià)格3.2元/t，排污費(fèi)0.8元/t，綜合水價(jià)合計(jì)4元/t；非居民用水價(jià)格4.66元/t，排污費(fèi)1.1元/t，綜合水價(jià)合計(jì)5.76元/t。

中國(guó)河北唐山市自來水水價(jià)：居民生活用水價(jià)格3.5元/t，排污費(fèi)1.5元/t，綜合水價(jià)合計(jì)5元/t；非居民用水價(jià)格6.5元/t，排污費(fèi)2.2元/t，綜合水價(jià)合計(jì)8.7元/t。

3.2 淡化水制水成本和水價(jià)

淡化水的制水成本不僅與制水工藝、生產(chǎn)規(guī)模、淡化水水質(zhì)有關(guān)，而且與能源價(jià)格、固定資產(chǎn)折舊年限、資金來源、海水水質(zhì)、水溫以及企業(yè)管理水平、設(shè)備利用率等諸多因素密切相關(guān)。由于目前中國(guó)尚無海水淡化成本核算方法的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn), 造成計(jì)算口徑不統(tǒng)一。因此，不同的淡化水廠測(cè)算的成本包括的內(nèi)容會(huì)有所不同，所以不同淡化廠計(jì)算的成本不完全具備可比性。目前，海水淡化造水成本的區(qū)間大致在：反滲透淡化技術(shù)造水成本為4元/t～6元/t；低溫多效蒸餾技術(shù)造水成本為5元/t～7元/t；多級(jí)閃蒸技術(shù)（MSF）造水成本為6～8元/t[4]。

淡化水的水價(jià)除制水成本外還應(yīng)加上相應(yīng)的稅費(fèi)、污水處理費(fèi)和管網(wǎng)費(fèi)用等費(fèi)用，故實(shí)際供水水價(jià)要高于制水成本。以天津某淡化水供水工程為例，其售水水價(jià)約為7.6元/t；河北省某淡化水供水工程售水水價(jià)在6.5～7元/t。以上水價(jià)均未包含排污費(fèi)[4]。

通過與自來水水價(jià)的比較，淡化水的制水成本和供水價(jià)格均高于傳統(tǒng)自來水，價(jià)格上處于劣勢(shì)。

4 淡化水利用的主要模式

淡化海水供水模式可分為市政管網(wǎng)供水、直接供水和作為原水供水三種模式。

4.1 市政管網(wǎng)摻混模式

市政管網(wǎng)供水是先將淡化海水進(jìn)行礦化調(diào)值，然后和常規(guī)自來水按一定的比例摻混，再通過市政管網(wǎng)輸送到用水戶的供水模式。此種模式適用于居民生活用水的供給和對(duì)分散的中小用水戶供水，尤其是對(duì)于非針對(duì)淡化海水設(shè)計(jì)的市政管網(wǎng)。此種模式在中國(guó)和國(guó)際已經(jīng)廣泛應(yīng)用于市政供水。

4.1.1 此種供水模式的優(yōu)點(diǎn)

（1）水量穩(wěn)定

淡化海水產(chǎn)水水量穩(wěn)定，不會(huì)受到干旱等問題的影響，保障率高；如果水廠具有備用產(chǎn)能，不僅可以用于城市供水，還可以在水資源嚴(yán)重匱乏短缺的時(shí)段作為城市最可靠的備用水源和應(yīng)急水源。所以淡化海水不僅是水資源的必要補(bǔ)充，也是城市供水應(yīng)急處置方案的一種選擇。

（2）水質(zhì)穩(wěn)定可控

由于淡化海水水源獨(dú)立，并具有完善的前處理環(huán)節(jié)、嚴(yán)格的制水工藝，使得出水水質(zhì)純凈且穩(wěn)定可靠，不會(huì)受到突發(fā)污染、藻類等因素的影響。即使水質(zhì)出現(xiàn)問題，也可立即切換成傳統(tǒng)水源供水，水質(zhì)保證率高。

4.1.2 此種供水模式的缺點(diǎn)

（1）成本高但售水價(jià)格低

這種模式存在淡化水制水成本高于售水價(jià)格的問題。目前京津冀地區(qū)水價(jià)居全國(guó)最高，1t水價(jià)格也只有5元。而在北方地區(qū)由于海水泥沙含量高、污染嚴(yán)重、冬季溫度低等原因，導(dǎo)致淡化海水的成本高。淡化水水價(jià)目前在京津冀地區(qū)直接進(jìn)入民用市場(chǎng)是沒有競(jìng)爭(zhēng)力的，必須依靠政府的補(bǔ)貼；更不適合用作農(nóng)業(yè)、景觀、生態(tài)等領(lǐng)域。

（2）對(duì)出廠水水質(zhì)要求嚴(yán)格

淡化海水水質(zhì)良好，生產(chǎn)成本高，所以出廠之后往往作為清水直接和自來水摻混后供入市政管網(wǎng)。這就要求淡化海水的出廠水質(zhì)不僅滿足淡化工藝對(duì)淡化能力的要求，還得滿足自來水的衛(wèi)生安全指標(biāo)，并可以安全地和自來水摻混進(jìn)入管網(wǎng)，不破壞管網(wǎng)的物理、化學(xué)、生物穩(wěn)定性。為了滿足后者，必須對(duì)淡化海水進(jìn)行必要的、嚴(yán)格的后處理。一方面增加了淡化水的成本；另一方面對(duì)水質(zhì)的管理要求更加嚴(yán)格。

4.2 專用管網(wǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接供應(yīng)模式

直接供水是將高品質(zhì)的淡化海水通過專為輸送海水淡化而設(shè)計(jì)的專用管道，直接輸送至用水戶的供水模式。此種模式適用于擁有專為輸送淡化海水而建設(shè)管道的大型用水戶，尤其適用于為需要高品質(zhì)用水的大型區(qū)域。此種供水模式更適合于有較大用水需求和較高用水品質(zhì)的工業(yè)用水戶。

4.2.1 此種供水模式的優(yōu)點(diǎn)

（1）水量穩(wěn)定，水質(zhì)良好

與地表水資源的水量受到多因素影響從而導(dǎo)致水量毫不穩(wěn)定不同，淡化海水的生產(chǎn)主要由人為因素決定，可以做到供水水量穩(wěn)定。而且與地表水相比，淡化水水質(zhì)全面優(yōu)于地表水水質(zhì)。

（2）用戶明確，收益有保障

推廣淡化海水的最大障礙在于成本過高，難以被普通用戶接受。生產(chǎn)淡化海水的成本價(jià)已經(jīng)高于自來水水價(jià)，如果用于市政供水，需要政府對(duì)差價(jià)進(jìn)行補(bǔ)貼。而對(duì)于高端用水需求來說，這一價(jià)格的可接受度較高。

4.2.2 此種供水模式的缺點(diǎn)

不間斷供水存在風(fēng)險(xiǎn)。由于淡化水廠向企業(yè)供水環(huán)節(jié)中通常沒有調(diào)蓄單元且是一個(gè)獨(dú)立的供水系統(tǒng)，如果該區(qū)域把淡化海水作為唯一水源，一旦海水淡化廠因?yàn)楣收贤C(jī)，將直接影響到區(qū)域供水。

4.3 作為原水供水模式

淡化水進(jìn)入水庫和其他水源混合后進(jìn)入自來水廠，經(jīng)自來水廠處理后，通過市政管網(wǎng)對(duì)用水戶供水。

4.3.1 此種供水模式的優(yōu)點(diǎn)

水量穩(wěn)定。首先淡化水不受豐枯水的影響，可以很好地配合其他水源，大大提高了供水保證率；其次是水質(zhì)穩(wěn)定安全性高，淡化水和其他水源可以在水庫中充分摻混，進(jìn)入自來水廠后還需要再一次處理；最后，自來水廠可根據(jù)來水水質(zhì)調(diào)節(jié)處理工藝，使處理后的自來水具有較好的穩(wěn)定性。

4.3.2 此種供水模式的缺點(diǎn)

最主要的缺點(diǎn)就是成本太高。淡化水的制水成本本身就已經(jīng)較常規(guī)地表水高出很多。將淡化水引入水庫，沿程損失和蒸發(fā)滲漏損失會(huì)較大。另外，淡化水還需要進(jìn)入自來水廠再進(jìn)行一次處理，又增加了供用水成本。

5 京津冀地區(qū)的淡化水利用模式的建議

5.1 明確淡化水利用工程的定位

應(yīng)當(dāng)全面地分析當(dāng)?shù)氐墓┧?、需水的情況，分析存在的供水缺口，明確海水淡化水的用戶和供水范圍。在確定了海水淡化水供水對(duì)象的前提下，應(yīng)當(dāng)根據(jù)用戶需要以及發(fā)展規(guī)劃，合理制定海水淡化水的產(chǎn)能，確定供水水質(zhì)和水質(zhì)保障措施，明確淡化海水在本地區(qū)供水水源中的定位。

5.2 淡化水供水模式的選擇

根據(jù)論文上述三種供水模式的優(yōu)缺點(diǎn)以及中國(guó)京津冀地區(qū)的現(xiàn)狀情況，建議在京津冀地區(qū)優(yōu)先采用專用管網(wǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的供水模式將淡化水優(yōu)先共給工業(yè)企業(yè)使用；其次采用是市政管網(wǎng)摻混模式將淡化水作為市政用水利用。

對(duì)于沿海有熱源的大型用水工業(yè)企業(yè)，如火電廠、鋼鐵廠，建議采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的供水模式，最優(yōu)的方案是自建淡化水工程為自身供水。對(duì)于工業(yè)用水比較集中的工業(yè)園區(qū)，建議采用專用管網(wǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的供水模式，為需水企業(yè)供應(yīng)生產(chǎn)用水。對(duì)于工業(yè)用淡化水的水質(zhì)可以和企業(yè)約定，但工業(yè)用淡化水不得隨意用于居民和企業(yè)工作人員的生活用水。

對(duì)于居民用的市政用水，建議采取安全性更高，但經(jīng)濟(jì)性較差的市政管網(wǎng)摻混模式供應(yīng)淡化水。此種供水模式供應(yīng)的淡化水水質(zhì)應(yīng)嚴(yán)格遵守GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求，不僅出廠水符合以上標(biāo)準(zhǔn)，到達(dá)終端用水戶是也必須滿足以上標(biāo)準(zhǔn)。由于此種供水模式的供水滿足GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，故其不但可以用于生活也可用于工業(yè)。

5.3 完善淡化水水質(zhì)監(jiān)管體系

目前，淡化水利用的管理體系尚不完善，不僅京津冀地區(qū)無統(tǒng)一的管理模式，即使在同一省份不同地區(qū)對(duì)淡化水利用工作的管理也不同。各部門對(duì)淡化水的管理存在職能交叉、管理空白、職責(zé)不明確的問題，在管理過程中有時(shí)會(huì)發(fā)生矛盾，缺乏對(duì)海水利用和海水淡化進(jìn)行引導(dǎo)、統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)和實(shí)施監(jiān)督的主管機(jī)構(gòu)[5]。

京津冀地區(qū)應(yīng)盡快，建立淡化海水與區(qū)域傳統(tǒng)水統(tǒng)一調(diào)配機(jī)制，統(tǒng)籌區(qū)域內(nèi)各種水源的利用，將淡化海水利用納入水資源管理之中?？蓢L試設(shè)立淡化水利用試點(diǎn)地區(qū)并摸索總結(jié)出一套符合水資源統(tǒng)一規(guī)劃的管理體系，總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)。各地應(yīng)結(jié)合本地區(qū)實(shí)際情況，根據(jù)政府職責(zé)劃分，建立和完善淡化海水利用的組織機(jī)構(gòu)。