科技日报记者 陈汝健
曹妃甸工业园区内，唐山三友集团化工股份有限公司纯碱分公司轻灰车间一派繁忙，二号输送皮带上，白色纯碱粉末源源不断匀速输送，企业年产纯碱达200余万吨。
鲜为人知的是，支撑这条生产线稳产高产的关键原料，正是来自50公里外海水淡化企业产生的废弃浓海水。近日，全球首条废弃浓海水资源化利用项目一期，进入试生产阶段。
由唐山三友蓝海科技有限责任公司（以下简称蓝海科技）牵头，联合多家国内科研院所、高校协同攻关研发的“浓海水歧化处理及深度利用技术”，精准破解传统海水淡化后，废弃浓海水成分杂、提浓难、利用率低等痛点，实现废弃浓海水“变废为宝”。
“该技术攻坚实现了四个‘全球之最’——全球首例、规模最大、浓度最高和能耗最低。”蓝海科技研发团队负责人赵琳表示，项目将成为海水综合利用示范工程，为海洋化工绿色转型、培育海洋领域新质生产力提供核心样板。
除杂破局
走进蓝海科技浓海水预处理车间，38个蓝色多介质过滤器整齐排列，在绿色管道和银色设备映衬下格外醒目。浓海水从顶部输入，经多层过滤介质逐级拦截，滤除不溶物等杂质。
“这只是第一步。”赵琳指着设备说，真正棘手的是那些钙、镁离子和硫酸根等二价离子。在普通海水中，这些离子安分守己。可一旦进行高倍提浓，它们就像水壶里的水垢一样迅速析出，堵塞管道、损坏膜设备，而且比水垢难去除。
“既要保留盐分，又要除掉这些结垢离子。”赵琳打了个比方，“这就像从沙子里挑出芝麻，还不能把沙子弄丢。”
2023年初秋，蓝海科技成立了一支8人研发团队。“我们都是搞机械设备出身，对水处理一窍不通。”赵琳回忆。怎么办？“买书，一页一页翻，翻到懂为止。”
他们从零开始啃行业标准、啃技术规范。很快，更大的难题随之而来——浓海水中钙镁离子与氯化钠的分离，技术上本就困难，要在工业规模上实现经济可行的分离，更是难上加难。
团队从纳滤环节入手，用膜将二价离子与一价离子分开。“我们试了国内外膜产品不下十家，粗的不行换细的，细的不行再细一点。”研发团队成员李晓光说。每次测试至少持续15天，分三个阶段推进。“有可能前两个阶段都挺好，到第三阶段就不行了。”
除杂一度陷入僵局。上百次反复试验，团队找到了症结。“是功能层被压密了。”李晓光解释。膜的功能层由聚酰胺构成，一旦压密，密度增加，分离性能急剧下降。“理想的膜结构要像弹簧，压到一定程度还能够回弹。”
最终，团队从三种制膜工艺中找到适配方案。2023年9月22日，蓝海科技中试线正式启动。纳滤车间5条生产线同时运转，钙镁离子被精准拦截，高纯度氯化钠溶液得以保留。
这一步破局，为后续提浓清除了最大障碍。
提浓攻坚
除杂只是第一关。将浓度仅40至45克/升的废弃浓海水提浓到120克/升，才是真正的“硬骨头”。
“传统方法下，想把浓度提高到120克/升，设备抗压能力和电耗都是一般企业难以承受的。”李晓光直言。传统反渗透技术面临一道无解的矛盾：浓度越高，渗透压越大，所需压力就越大。可压力大了，膜会发生物理形变，电耗也会飙升。
对此，研发团队跳出“单段施压”的思维定式。“我们把漫长的浓缩过程拆解为四个阶段。”赵琳又打了个比方，“好比把万米长跑分成四棒接力，每一段都在做挤淡水、留盐分。但每一段特点不同，需要匹配不同的膜元件。”
“这就是我们首创的‘四段两级式’反渗透增浓工艺。”赵琳说。“四段”是指四级串联的浓缩段，“两级”是指两级反渗透系统。
听起来简单，做起来极难。“每一段用多少膜、用哪种型号的膜、膜与膜之间串联还是并联、哪些部分需要回流再跑一遍——每个参数都要反复调试。”赵琳说。
在反渗透车间，6套白色大机组正在运行。赵琳告诉记者，“四段”中每一段的膜元件配置都不同，整个系统的“拓扑结构”——膜组件如何串联、如何并联、如何回流……这些才是真正的核心。
“选膜是关键，但膜的串联与并联方式更关键。”赵琳说，团队花了数月时间反复调试每一段的参数组合，“从三段开始试，一段一段往上加。”
为此，他们创造性引入“循环反渗透”概念——让部分浓海水返回前段再处理，像毛细血管与主动脉协同工作一样。最终，这套系统实现了120克/升的高浓度。
“项目万元产值电耗，较现有的海水淡化技术下降 60%。”赵琳说。浓度上去了，能耗下来了。但工艺路线确定后，怎么落地实现，又横亘着一道新坎。
选型定盘
“最难的是膜元件的选型。”赵琳直言，不同厂家的膜参数各异，同一厂家不同批次的膜性能也有波动。更棘手的是，实验室表现优异的膜，到了工业现场可能“水土不服”。
蓝海科技上级公司——唐山三友化工股份有限公司与河北工业大学的合作，为选型提供了深厚的技术积淀。“我们2013年与唐山三友联合研发超滤、纳滤和电渗析等膜技术时，都是自己组装膜组件。”河北工业大学海水资源高效利用化工技术教育部工程研究中心主任纪志永回忆，“当时的纳滤与电渗析膜受国外垄断，我们在科技部与河北省科技厅项目资助下，通过产学研联合攻关，多途径推进国产化替代。2017年，唐山三友打造了一条‘纳滤+电渗析’中试线，并推动‘纳滤+反渗透’浓缩方式。”
这条中试线为后来的工业化选型积累了宝贵经验。但从小试到中试再到工业化，每一步都是全新的挑战。
“刚开始试的时候，不论产水率、浓缩倍数还是能耗，都挺好。可过了几天，再进行下一个测试，又不行了。”赵琳说。团队把国内外主流膜厂商的产品逐一上机实测——从纳滤膜到反渗透膜，从一段到四段，反复比对、交叉验证。
“这相当于一场‘马拉松式’的选拔赛。”赵琳谈道。“通用软件模拟不太准确，只能靠中试环节一遍遍试。”最终，团队选定了一家国产品牌。
“我们只是选膜方，膜的核心技术在厂家手里。但我们是需求和技术条件的输入方——知道自己要什么，也知道怎么用。”赵琳说。
选型定盘的背后，是对整个工艺系统的深刻理解。“每一段用什么样的膜、每一只膜壳里装什么样的膜、段与段之间如何衔接——这些东西大有学问。”赵琳深有感触地说。
经过团队攻克一个又一个难关后，整个生产线打通了。
今年 6 月，项目一期正式进入生产调试阶段。赵琳告诉记者，每投入三吨废弃浓海水，可产出一吨浓度120克/升的精制浓海水和两吨淡水。精制浓海水通过管道直供50公里外的纯碱厂，替代外购原盐。
“精制浓海水直接用作盐化工原料，是从源头规避浓盐水排潜在海生态风险的关键技术路径。”中国海洋大学海洋发展研究院高级工程师刘兰这样评价。该技术为破解浓海水排海这一世界性难题提供了可行路径。
曹妃甸钢铁电力园区管委会副主任于斌透露，蓝海科技三期建成后，每年可消纳近亿吨废弃浓海水，这片半封闭的渤海湾海域，将卸下沉重的生态负担。
“这个量级，从国际范围来看，目前还没有如此大规模的浓海水资源化利用先例。”刘兰表示。废弃浓海水资源化利用，首次实现工业级全链条闭环。“这项技术打通了‘海水淡化—精制浓海水—盐化工’循环产业链。”
在这座占地400余亩的车间里，纵横交叉的管道设备平稳运转，精制浓海水源源不断地输送至纯碱厂。曾经困扰海水淡化产业的废弃浓海水，正在这里完成从“环境负担”到“资源宝藏”的蜕变。
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