工业水与能源双效升级：迈向数智化、精细化、资源化的可持续未来

工业水与能源双效升级 迈向数智化、精细化、资源化的可持续未来 出版方： 联合出版方： 全球工业可持续发展概况 中国工业可持续发展驱动力 工业可持续案例 ——微电子行业 工业可持续案例 ——石化行业 工业可持续案例 ——电力行业 工业可持续案例 ——造纸行业 工业可持续案例 ——钢铁行业 结论与未来展望 名词解释 •联合国2023年发布的《世界水发展报告：水与气候变化》中提到，一个世纪以来，人类的用水量增加了6倍，并仍在以每年1%的速度增长。由废水处理的能源消耗和生化工序所产生的温室气体排放量约占全球温室气体排放总量的3%-7%，水管理不善将会加剧气候变化对水资源和整个社会的影响。 •我国是一个严重缺水的国家，人均水资源占有量仅为世界的1/4，所面临的水资源挑战不单单是“人多水少”的水资源匮乏，更是水土资源与国家工业生产分布不相匹配、供需矛盾尖锐的严峻问题。 •工业是我国最重要的用水部门之一，2021年工业用水量为1049.6亿立方米，占全国用水总量的17.7%。水资源短缺叠加环保政策和监管力度的不断加严，正在倒逼工业企业重新审视自身的水管理模式，并积极承担起可持续发展的责任。 目录&名词解释 废水回用：对废水进行适当处理，使其达到重新使用的水质标准后回用。工业企业根据不同的用水需求，其回用水主要有四种用途，分别为：杂用水、冷却水、锅炉补给水、和工艺用水。 循环冷却水：是指通过换热器交换热量或直接接触换热方式来交换介质热量并经冷却塔凉水后，循环使用，以节约水资源。 沼气发电：将工业污泥厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能。 绿色制氢：绿氢是通过使用再生能源 （例如太阳能、风能、核能等）制造的氢气。 膜技术：包含工业纯水制备和废水处理过程所用到的膜过滤技术，主要分为微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）和反渗透膜（RO）。 工业新水：新水指取自自然水源或经过处理后用于工业生产的水。 工业纯水：纯水是指经过一系列物理或化学处理后,去除水中离子、微生物、悬浮物等杂质,达到特定纯度要求的水。 浓盐水：浓盐水是工业生产过程中产生的一种高浓度废水，其特点是水质复杂、毒性大、难处理，一般采用生化法或物化法进行处理。 物联网：英文缩写为IoT，是一种通过信息传感设备将各种物体与互联网连接，使物体能够交换和通信信息的技术。 大数据：或称巨量资料，指的是所涉及的资料量规模巨大到无法透过主流软件工具，在合理时间内达到撷取、管理、处理、并整理成为帮助企业经营决策更积极目的的资讯。 AI：人工智能，英文缩写为AI，是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。 GlobalWaterIntelligence（GWI国际水务智库）总部位于英国，是全球水务行业权威的第三方研究机构以及水务平台，专注于为国际水务行业提供大数据研究、技术交流和商务合作，依托逾20年的全球网络和实践积累，提供高价值商业信息与洞见。 序言 序言 水与能源作为工业生产的重要组成部分，拥有巨大的节能降碳潜力。根据GWI国际水务智库对2018年至2022年主要工业行业用水量的统计（以各行业用水量最高的前二十个终端用户平均用水量计算），行业用水量自高到低排序为电力、采矿、食品饮料、炼油石化、上游油气、造纸、微电子、制药、消费品。 其中，电力和炼油石化是五年间用水量减少最明显的两个行业，这主要得益于企业对节水技术的投资和废水回收系统的应用。另一方面，微电子行业在2018年至2022年间用水量则不断增加，而随着干旱事件频发，半导体行业的缺水压力指数亦逐日增高。 工业企业正面临着越来越多来自投资者、监管机构和公众在可持续制造方面的压力，要求他们以对环境负责的方式进行生产。因此，各大企业纷纷订立气候战略，对二氧化碳排放量、取水量、用水量、水回用率等关键指标进行控制。其中，多元化利用不同水源进行工业生产、数智化赋能工业制造节能增效、资源化回收利用工业废弃物发电供能，逐渐成为全球工业可持续发展的三大重要变革趋势。 随着世界各地受气候变化影响的加剧，暴雨、台风、干旱、洪水等极端天气事件变得日益频繁和强烈。引发全球变暖危机的直接因素是全球范围内的温室气体的增加，而工业部门作为温室气体的重要排放来源之一，在对抗全球变暖的斗争中扮演着至关重要的角色。 中国作为水资源严重短缺的国家，正面临着供需矛盾日益突出的用水问题。优化工业生产中水与能源的利用效率已然成为支撑节水优先与“双碳”目标同步实现的关键措施。 因此，GWI携手全球水资源管理和可持续解决方案专家艺康集团，共同出版本白皮书。希望通过分析不同工业领域水与能效可持续管理的优秀案例，为国内工业企业参与绿色转型发展提供参考。工业企业可以通过改进生产工艺、采用数字化方案提高废水和能源的回用效率，并推广废物资源化技术实现资源的循环利用。 本白皮书旨在呼吁更多工业企业从水与能源的消耗者和利用者，转变为绿色可持续发展的践行者和赋能者。我们相信，通过全球水业合作伙伴的共同努力，必将见证更多企业在绿色发展的道路上取得辉煌成就。 以水之力，推动工业可持续未来 孔听云 艺康集团全球执行副总裁兼大中华区总裁 水是生命之源、工业血液，在生产中发挥着不可或缺的作用。但中国的工业领域正面临着水资源供应短缺、供需不平衡等诸多挑战，这些问题在目前复杂多变的宏观经济环境下变得愈发引人担忧。正是这些接踵而至的挑战，促使我们更加重视水资源及水对可持续发展产生的影响，亟需我们积极寻找创新的、可持续的解决方案，以确保水资源的可持续使用。 作为水资源管理和可持续解决方案领域的全球领导者，艺康很早就意识到到企业在助力社会实现更安全、更繁荣的发展方面所发挥的作用。因此，我们一直致力于携手客户，共同为子孙后代创造一个水资源更安全、更可持续的未来。 通过艺康的“以水之力，实现气候目标”这一全面、环保的可持续发展战略，以及艺康旗下专业水管理品牌纳尔科的整体解决方案，我们希望帮助中国工业领域的各行业客户，在关注水资源管理的同时，有效地管理和利用水资源，从而减少能源的使用和相应产生的碳排放。通过运用艺康和纳尔科在智能水管理领域的专业知识，我们希望帮助企业优化生产中水资源的使用，加强循环利用，降低企业的温室气体排放，进而实现更环保、更可持续的生产模式。 今年是艺康集团新百年的起步之年，明年艺康也将迎来进入中国市场的第50周年，我们很荣幸在这个时间节点借助本白皮书，分享工业水领域的洞察与经验，展望行业可持续未来。艺康一直主张，用对了方法，企业是可以实现经济收益和环境收益双丰收的。我们期许通过技术创新、可持续理念和战略升级，引领产业优化变革，推进中国工业水资源的可持续利用。 我们希望与更多的合作伙伴共同推进工业的可持续水资源管理和能效升级，为中国工业绿色、高质量与可持续发展积极贡献力量。 水是社会经济与可持续发展的战略性基础资源。随着全球气候变化对降雨模式影响的加剧，水资源对工业生产的约束日益趋紧。开发多元化新水源供给工业生产、采用数字化技术优化工业能效、利用工业废水资源发电供能已然成为当下全球工业可持续发展的三大重要变革趋势。 水源多元化 推行“闭环水圈”清洁生产理念 自2017年起，法国欧莱雅公司引入回用水技术，在世界各地的工厂推行闭环水圈“Waterloop”清洁生产理念的实践探索，即水回用率达100%，并计划于2030年将这一理念推广至其所有工厂。 促建全球首座半导体工业再生水厂 为应对干旱带来的断水风险，台积电除积极使用工厂周边市政再生水厂的供水之外，还与工程公司中鼎集团合力打造全球首座工业再生水回用至半导体制程的再生水厂，践行多元水资源循环再生的目标。 运营数字化 数智赋能打造精益水管理系统 越来越多的工业企业开始重视数字化技术在冷却水系统中的应用，以对腐蚀、沉积、微生物三大潜在风险进行精确控制和自动化。艺康纳尔科推出的Ecolab3D™艺康数智汇®智能水管理平台通过丰富的模块化功能，结合自动化终端3DTRASAR™、创新的化学品和设备方案、现场和远程的专家服务，对工业水系统和回用水系统实现实时多维的智能管理，进一步节省水和能源的消耗。 全球工业可持续发展概况 发展趋势与先进范例 能源清洁化 食品废水沼气发电清洁供能 食品饮料废水高有机物含量的特点使其尤其适合沼气发电。美国的通用磨坊食品公司利用其在美国田纳西州和法国阿拉斯的酸奶生产厂的废水产生沼气，为其设施提供能源。 油气田采出水用于绿色制氢 美国雪佛龙石油公司2024年宣布在加利福尼亚州南部科恩县的LostHills油田开发其首个绿色氢能工厂，计划利用油田采出水作为电解制氢的生产原料。 中国工业可持续发展：市场驱动力 供需矛盾|水资源与工业生产分布不匹配 石油化工 食品饮料 石油天然气 石油化工 煤化工 煤化工 制药 煤化工 微电子 食品饮料 微电子 食品饮料 食品饮料 造纸 电力 制药微电子 人均水资源量（m³） 制药 食品饮料 微电子 重度缺水中度缺水轻度缺水水资源充足 <1,000 <2,000 <3,000 >3,000 造纸 数据来源：《中国水资源公报》 工业生产与水资源协同发展 •水资源的严重短缺与工业生产分布不匹配的问题，不仅对工业企业的生产用水形成了压力。同时，因为工厂所在地自然水体资源的匮乏，也使工业企业所产废水面临无处可排的排水难题。 •减少单位产品取水量、提升废水回用效率、实现废物资源化、优化生产能效已 经成为工业企业的必然选择。 中国水资源量和工业分布 •中国的石油、天然气、煤炭等能源大多富集于最干旱、最缺水的西北部，这导致了中国的高耗水工业产业如煤化工、石油开采等大多集中在西北地区。 •此外，电力、食品饮料、造纸等产业所聚集的华北、华东和沿海地区水资源也相当匮乏。 •而石化和化工产业所集中的长江经济带区域则面临着既缺水又亟需生态治理的 环保压力。 中国工业可持续发展：市场驱动力 政策约束|监管和惩罚力度不断加严 达标与合规的压力 交税与罚款的压力 2015年《新环境保护法》的实施和“水十条”的出台，为中国的污染治理提供了系统化的顶层行动方案，并带动后续多项配套法规与措施——排污许可证与环保税制度的确立，多项产业及地方和工业园区排放标准的更新修订等，从法、税、标准等多方面对工业企业的水资源使用和污染物排放进行全面管理和约束。自此，工业企业对环保的重视程度逐日增高，而企业自身订立的可持续发展目标也不断地推动他们向生产过程废水废渣资源化及生产工艺节能降耗方向倾斜。 排放标准 技术指南 水污染防治行动计划 （2015年4月） 法律法规税收制度 行政许可 《环境保护法》最新修订版本实施 （2015年1月） “十三五”生态环境保护规划 （2016年11月）“十四五”生态环境保护规划 （各省分别发布） 工业园区污染物排放要求 《控制污染物排放许可制实施方案》 （2016年11月） 工业企业终端用户 《工业水效提升行动计划》 《工业能效提升行动计划》 （2022年6月） 《环境保护税法》正式开征 （2018年1月） 工业可持续案例：微电子行业 特色案例：微生物控制方案提升回用系统运行效率 回收水系统 自来水原水 处理在微电子行业废水回用系统中，膜表面的微生物污染问题不仅会增加膜清洗的运行 挑战费用，也会缩短膜的使用寿命，管理人员常常困扰于当前的系统不能满足废水回用 率的要求 技术微生物控制方案PermaClean®：通过新型生物粘泥抑制剂，对大量微生物聚集、介绍污染严重的废水回用系统的微生物进行控制，达到防止膜污染、延长膜寿命的目 的。 案例工厂研磨废水回用水系统处理规模：1,800立方米/天。 应用 案例节约水资源：3.5万吨/年；水重复利用率：85%； 数据节约药剂成本：16万元/年；