图1  超微过滤设备（冷却塔水循环系统）的三维图形

水资源缺乏的国家和地区越来越多，在德国，节水和水资源循环利用的市场需求越来越大，主管当局颁布的文件无不要求节约用水。而节约用水不仅仅可以直接通过节水措施来实现，还可以通过水处理方案以及水的回收利用方案来实现。

基于现代化的、创新性的流程工艺技术，水处理和水资源循环利用已不再是纸上谈兵的技术理论；相反它已经成为切实可行的应用技术，例如，冷却塔的补充水可以处理得很好，能够明显地减少冷却塔排放出来的污水量。另外还可以对流程工艺用水进行相应的处理，使其可以反复使用。

实例一：冷却塔工作时的状况

在火力发电厂和工业企业中，种种技术方法产生的废水应从产生这些废水的系统中排出来。作为冷却介质，最常使用的是水和空气，由它们把多余的热能散发到周围环境之中。而它的冷却原理则会在这一冷却过程中蒸发一部分冷却水，因此也必须补充这部分蒸发掉的水量。除了水中含有有机物和无机物（溶解盐）之外，冷却水中也含有大量空气中的污染物和微生物。为了避免冷却水中盐度增加而给流程工艺生产过程带来损害，除了要对冷却水进行化学调整之外，还要定期从整个系统中排净冷却水、加入新的冷却水。

另外，在降低冷却水的盐度时也会带来一些附加的水量损失、必须通过添加原水来补充。除了地表水之外，地下水、饮用水或者工业用水也都可以当作添加、补充的原水来使用。除了调整水的成分、降低盐度所需的化学品成本费用之外，补充新水和废水排放也都会带来很高的费用和成本，因此，从经济性的角度出发有必要进行尝试：达到盐度降低成本的极致。

图2  超滤膜设备

实例二：垃圾焚烧发电厂无害化排放

在垃圾焚烧发电厂中不时的要出现一些废水。通常情况下，首先是把这些废水收集起来，一般情况下，这些废水是由雨水、生产和垃圾场地的渗透水以及其他使用过的水所构成的。本文所介绍的项目是如何对这样的水进行彻底净化，使垃圾焚烧发电厂实现废水无害化排放。由于净化处理后的水质得到了改善，因此可以在其他领域中使用，如作为冷却设备、锅炉设备的辅助供水，从而明显节约冷却设备和锅炉设备的水资源消耗费用。

另外，可用水水质的改善也能够有效洗渣，提高石灰水的利用率。这些技术措施保障了垃圾焚烧发电厂无需排水沟和排水渠。

膜技术解决方案

两例中的废水回收再利用设备的主要技术是超滤和反渗透（图1）。从上世纪70年代开始，膜过滤技术就在流程工业领域中开始了应用。从那时起，原来针对特殊应用的膜过滤技术也逐步发展成为技术可靠的标准工艺技术了，成为今天工业水处理、污水净化处理中必不可少的组成部分。与初期膜过滤技术相比较，由于膜过滤技术的不断研发和膜品种类型的不断增加，膜过滤设备的投资费用和使用运行费用都明显得到降低，原来因经济性原因无法使用膜过滤技术的领域也可以采用膜过滤技术了。

图3  水资源回收利用设备（终级净化处理）

反渗透的工艺过程

这样净化处理的水将被输送到两条反渗透生产线中去，每一条反渗透生产线的生产能力为50%。溶解了的盐、大分子等都可以在反渗透过滤中，从液体中过滤出来。在反渗透过滤时，被过滤的水首先由精过滤系统先过滤，再送至高压泵，经升压泵升压之后直接定量输送到定量-阻垢器中分离出污垢。定量-阻垢器具有抑制功能，用于减少及阻止在后续反渗透模块中浓缩时在反渗透模块中出现硬化沉淀。随后的工作压力泵保障了反渗透所需的工作压力，保障了反渗透过程中所需的流动条件（图3）。

反渗透设备是按照横流模式工作的，即不像咖啡那样垂直过滤，而是沿着膜的表面流动的，这就保证了连续的净化效果，保证了连续出盐。真正的反渗透是在模块系统中进行的。由于渗透膜两侧的压力差，部分泵入的体积流量（水和盐析）被压入到膜片中，并汇集在渗透侧；与此同时，其他泵入的体积流量则从流入侧流到了流出侧，与保留下来的物质（水和盐）一起浓缩了。这样原水水流的反渗透过滤就得到了两种液体：浓度较低的部分液体：渗透液（产品）和浓度较高的部分液体：浓缩液（废水）。

这两部分液体的比例可用浓度调节阀调整。脱盐时可高于96%。若在工作的一个月中出现产能缓慢下降和不良的“管道结垢”现象，即渗透液的产量减少，就有必要对反渗透膜过滤设备进行化学清洗了。在化学清洗时，利用单独的CIP容器（原位清洁设备）中的清洁液对反渗透模块进行周期性的循环冲洗。在完成原位清洁之后，所使用的清洁液体丢掉。反渗透过程可以重新开始，反渗透设备生产出来的渗透液被输送到脱气设备那里以便清除CO2，然后输送到锅炉水储水设备中。超微过滤反冲洗的水被回输到冷却塔冷却水的水处理设备中，而反渗透设备排出的废水排放到污水流中。

图4  超滤膜设备示例

经济性评估

这一回收再利用方法的经济性评估与各个使用地点的具体情况有关，因此不可能一概而论。例如，不同地点不同质量的原水对能源消耗、对回收设备中化学药剂的消耗有着重要的影响；另外，化学品费用、人工费用、能源费用等在各个地区也有着很大的差异。

但还是可以用两种方法制定出一个费用清单：其中一种方法是从最坏情况考虑制定出来的费用清单，从这一角度考虑时假设能源费用0.15欧元/kWh；另一个方法是从最好情况考虑制定的，并假设能源费用为0.07欧元/kWh。从最坏情况考虑，每立方米产品的总成本为0.69欧元；从最好情况考虑每立方米产品的总成本为0.34欧元。

本文介绍的设备涉及到的只是纯运行费用，也就是说：这些费用中不包含设备的初期投资。

小结

随着膜类产品价格的下降，生产运行经验的积累，以及不断发展的水处理技术，利用膜技术在能源生产企业中循环利用水资源已成为具有突出经济效益的流程工艺方法。