中國京津冀地區淡化水利用模式探討

韓旭 袁建新 張松濤

1.天津市水利科學研究院，中國·天津 300061

2.中水北方勘測設計研究有限責任公司，中國·天津 300222

3.水利部海委海河下游管理局獨流減河進洪閘管理處，中國·天津 300380

1 中國京津冀地區淡化水利用現狀

京津冀地區是中國政治、經濟、文化與科技中心，是推動國家經濟發展的重要引擎，卻也是中國水資源承載壓力最大、水資源安全保障難度最大的地區。隨著近年來京津冀地區的社會經濟總量的快速增長，本地區的水資源供需矛盾日益突出。為緩解這種不利局面，京津冀地區紛紛加大對海水淡化的開發利用。目前，京津冀地區淡化海水的生產能力已達到65萬m3/d的規模。

2 淡化水與傳統水源水質對比

2.1 膜法制水水質

膜法工藝利用反滲透膜來去除海水中的無機鹽和其他雜質。在所有無機鹽離子中，氯離子是最難去除的，通常反滲透膜對氯離子的去處率達到98%～99%，所以如果僅經過一次反滲透處理，出水的含鹽量無法滿足飲用標準。現階段中國和國際上最常規的做法是把第一次反滲透的產水再經過一級反滲透處理，二級反滲透出水的水質的離子含量可以滿足飲用水標準[1]。

2.2 熱法制水水質

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

2.3 淡化水與傳統自來水的水質標準對比

中國和國際主流的淡化海水的處理工藝為熱法和膜法。目前中國海水淡化水的水質標準是參照HY／T 247-2018《海水淡化產品水水質標準》，傳統水自來水水質標準是GB5749-2006《生活飲用水衛生標準》。其中，HY／T 247-2018《海水淡化產品水水質標準》是以GB5749-2006《生活飲用水衛生標準》為基礎編制的，其水質標準不能低于GB5749-2006《生活飲用水衛生標準》。在實際淡化水水樣檢測中，通過對比淡化水出水水質檢測結果和GB5749-2006《生活飲用水衛生標準》標準的對比可以看出，不論是膜法工藝還是熱法工藝的淡化海水，水質指標一般均優于自來水[3]。

3 中國京津冀地區傳統水源和淡化水供水成本對比

3.1 京津冀自來水水價

京津冀地區是中國自來水水價最高的地區，居民用水的水價基本在4～5元/t，工業水價在6～10元/t，遠高于其他地區。

中國北京市自來水水價：居民生活用水價格3.64元/t，排污費1.36元/t，綜合水價合計5元/t；非居民用水價格6～6.5元/t，排污費3元/t，綜合水價合計9～9.5元/t。

中國天津市自來水水價：居民生活用水價格4元/t，排污費0.9元/t，綜合水價合計4.9元/t；非居民用水價格6.65元/t，排污費1.2元/t，綜合水價合計7.85元/t。

中國河北滄州市自來水水價：居民生活用水價格3.2元/t，排污費0.8元/t，綜合水價合計4元/t；非居民用水價格4.66元/t，排污費1.1元/t，綜合水價合計5.76元/t。

中國河北唐山市自來水水價：居民生活用水價格3.5元/t，排污費1.5元/t，綜合水價合計5元/t；非居民用水價格6.5元/t，排污費2.2元/t，綜合水價合計8.7元/t。

3.2 淡化水制水成本和水價

淡化水的制水成本不僅與制水工藝、生產規模、淡化水水質有關，而且與能源價格、固定資產折舊年限、資金來源、海水水質、水溫以及企業管理水平、設備利用率等諸多因素密切相關。由于目前中國尚無海水淡化成本核算方法的統一標準, 造成計算口徑不統一。因此，不同的淡化水廠測算的成本包括的內容會有所不同，所以不同淡化廠計算的成本不完全具備可比性。目前，海水淡化造水成本的區間大致在：反滲透淡化技術造水成本為4元/t～6元/t；低溫多效蒸餾技術造水成本為5元/t～7元/t；多級閃蒸技術（MSF）造水成本為6～8元/t[4]。

淡化水的水價除制水成本外還應加上相應的稅費、污水處理費和管網費用等費用，故實際供水水價要高于制水成本。以天津某淡化水供水工程為例，其售水水價約為7.6元/t；河北省某淡化水供水工程售水水價在6.5～7元/t。以上水價均未包含排污費[4]。

通過與自來水水價的比較，淡化水的制水成本和供水價格均高于傳統自來水，價格上處于劣勢。

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供水、直接供水和作為原水供水三種模式。

4.1 市政管網摻混模式

市政管網供水是先將淡化海水進行礦化調值，然后和常規自來水按一定的比例摻混，再通過市政管網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分散的中小用水戶供水，尤其是對于非針對淡化海水設計的市政管網。此種模式在中國和國際已經廣泛應用于市政供水。

4.1.1 此種供水模式的優點

（1）水量穩定

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

（2）水質穩定可控

由于淡化海水水源獨立，并具有完善的前處理環節、嚴格的制水工藝，使得出水水質純凈且穩定可靠，不會受到突發污染、藻類等因素的影響。即使水質出現問題，也可立即切換成傳統水源供水，水質保證率高。

4.1.2 此種供水模式的缺點

（1）成本高但售水價格低

這種模式存在淡化水制水成本高于售水價格的問題。目前京津冀地區水價居全國最高，1t水價格也只有5元。而在北方地區由于海水泥沙含量高、污染嚴重、冬季溫度低等原因，導致淡化海水的成本高。淡化水水價目前在京津冀地區直接進入民用市場是沒有競爭力的，必須依靠政府的補貼；更不適合用作農業、景觀、生態等領域。

（2）對出廠水水質要求嚴格

淡化海水水質良好，生產成本高，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。這就要求淡化海水的出廠水質不僅滿足淡化工藝對淡化能力的要求，還得滿足自來水的衛生安全指標，并可以安全地和自來水摻混進入管網，不破壞管網的物理、化學、生物穩定性。為了滿足后者，必須對淡化海水進行必要的、嚴格的后處理。一方面增加了淡化水的成本；另一方面對水質的管理要求更加嚴格。

4.2 專用管網點對點直接供應模式

直接供水是將高品質的淡化海水通過專為輸送海水淡化而設計的專用管道，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管道的大型用水戶，尤其適用于為需要高品質用水的大型區域。此種供水模式更適合于有較大用水需求和較高用水品質的工業用水戶。

4.2.1 此種供水模式的優點

（1）水量穩定，水質良好

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

（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。生產淡化海水的成本價已經高于自來水水價，如果用于市政供水，需要政府對差價進行補貼。而對于高端用水需求來說，這一價格的可接受度較高。

4.2.2 此種供水模式的缺點

不間斷供水存在風險。由于淡化水廠向企業供水環節中通常沒有調蓄單元且是一個獨立的供水系統，如果該區域把淡化海水作為唯一水源，一旦海水淡化廠因為故障停機，將直接影響到區域供水。

4.3 作為原水供水模式

淡化水進入水庫和其他水源混合后進入自來水廠，經自來水廠處理后，通過市政管網對用水戶供水。

4.3.1 此種供水模式的優點

水量穩定。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；其次是水質穩定安全性高，淡化水和其他水源可以在水庫中充分摻混，進入自來水廠后還需要再一次處理；最后，自來水廠可根據來水水質調節處理工藝，使處理后的自來水具有較好的穩定性。

4.3.2 此種供水模式的缺點

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

5 京津冀地區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

應當全面地分析當地的供水、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象的前提下，應當根據用戶需要以及發展規劃，合理制定海水淡化水的產能，確定供水水質和水質保障措施，明確淡化海水在本地區供水水源中的定位。

5.2 淡化水供水模式的選擇

根據論文上述三種供水模式的優缺點以及中國京津冀地區的現狀情況，建議在京津冀地區優先采用專用管網點對點的供水模式將淡化水優先共給工業企業使用；其次采用是市政管網摻混模式將淡化水作為市政用水利用。

對于沿海有熱源的大型用水工業企業，如火電廠、鋼鐵廠，建議采用點對點的供水模式，最優的方案是自建淡化水工程為自身供水。對于工業用水比較集中的工業園區，建議采用專用管網點對點的供水模式，為需水企業供應生產用水。對于工業用淡化水的水質可以和企業約定，但工業用淡化水不得隨意用于居民和企業工作人員的生活用水。

對于居民用的市政用水，建議采取安全性更高，但經濟性較差的市政管網摻混模式供應淡化水。此種供水模式供應的淡化水水質應嚴格遵守GB5749-2006《生活飲用水衛生標準》的要求，不僅出廠水符合以上標準，到達終端用水戶是也必須滿足以上標準。由于此種供水模式的供水滿足GB5749-2006《生活飲用水衛生標準》，故其不但可以用于生活也可用于工業。

5.3 完善淡化水水質監管體系

目前，淡化水利用的管理體系尚不完善，不僅京津冀地區無統一的管理模式，即使在同一省份不同地區對淡化水利用工作的管理也不同。各部門對淡化水的管理存在職能交叉、管理空白、職責不明確的問題，在管理過程中有時會發生矛盾，缺乏對海水利用和海水淡化進行引導、統籌、協調和實施監督的主管機構[5]。

京津冀地區應盡快，建立淡化海水與區域傳統水統一調配機制，統籌區域內各種水源的利用，將淡化海水利用納入水資源管理之中?？蓢L試設立淡化水利用試點地區并摸索總結出一套符合水資源統一規劃的管理體系，總結成功經驗。各地應結合本地區實際情況，根據政府職責劃分，建立和完善淡化海水利用的組織機構。