随着制药行业的发展，纯化水浓缩水的利用和回收成为重要课题。目前，制药工业普遍采用一级 RO+EDI工艺、二级 RO+EDI 工艺、二级 RO 工艺这三种制备工艺路线来制备纯化水，三种工艺流程简述如下，如表 1 所示。

表 1 制药用水制备三种工艺流程简述

在上述三种纯化水制备工艺路线中，共同特点是均包含一级 RO 膜处理模块。一级 RO 膜产生的浓缩废水中含有大量溶解性固体和有机物质，水质相对较差；同时，一级 RO 膜排出的浓缩废水量占进水量的比例较高，约为 30%。由于浓缩水中杂质含量较多，设备制造商一般不推荐回收使用。对于制药工业的技术人员而言，在考虑该浓缩水的综合利用时，也因一级 RO 浓缩水中离子含量较高，存在处理成本高、结垢风险大、易引发腐蚀等问题，可能威胁回收目标设备与设施的安全运行，因此企业往往直接排放这些一级 RO 浓缩水，未实现大量回收，造成了宝贵资源的浪费。

在上述三种纯化水制备工艺路线中，后两种工艺路线均包含第二级 RO 膜。第二级 RO 膜产生的废水品质相对较高，设备制造商大多给出了适宜的浓缩水回收方案，例如直接回收到原水箱、回收到中间水罐（软水箱），或是回收到一级 RO 膜前再次进入纯化水制备流程。

图 1 为笔者所在公司综合生产大楼的纯化水工艺流程图，其中一级 RO 浓缩水每日约产生 60 t，直接排放至所在生物医药产业园的工业污水处理厂，经处理后排放至自然水体。

图 1 综合生产大楼纯化水工艺流程图

笔者咨询了所在生物医药产业园区近期新建药厂的相关信息，发现纯化水制备过程中产生的一级 RO 浓缩水被大量回收利用的企业并不多，仅有少数企业将一级 RO 浓缩水作为中水，用于地面清洁、厕所冲洗等用途。这种将回收水作为中水使用的方式虽较为可取，但缺点是中水的应用场景有限，实际能够回收利用的水量极少。

针对一级 RO 浓缩水回收这一问题，笔者查阅了工业场景循环水与补水控制的相关标准，同时检索了相关文献资料，并与水处理工程公司的技术人员就回收利用方案展开探讨，还在公司综合生产大楼进行了实际的调研和设计工作。

如前所述，综合生产大楼一楼的纯化水设备每天约产生 60 t 一级 RO 浓缩水；该大楼屋顶共有 6 台100 ～ 200 t 的冷却塔，其中 5 台全年 24 h 运行，一台根据生产情况启停。冷却塔每年的自来水补水量约为12000 t，夏季 7 ～ 9 月每天补水量约为 60 ～ 100 t，其他月份每天补水量约为 10 ～ 60 t。由此考虑，是否可以将纯化水机组的一级 RO 浓缩水用作冷却塔的补水呢？

例如，综合生产大楼共 3 层厂房。制水间位于一层，冷却水系统的冷却塔位于楼顶，冷水机组与冷却塔全年运行，此前冷却塔的补水均采用自来水。通过对一级 RO 浓缩水的水质进行分析，笔者发现，在采取适当控制手段的前提下，其水质可满足冷却塔（冷却水系统）的补水需求，因此开始尝试推进回收利用的实施工作。

3.1 一级 RO 浓缩水对冷水系统的影响

公司的冷却水系统主要由螺杆式冷水机组、开式冷却塔、水泵及管道等部件组成，以下对其影响进行评估。

● 一级 RO 浓缩水对冷却塔的影响：一级 RO 浓缩水中的杂质对冷却塔影响较大，其中的高盐浓缩物质可能对冷却塔性能产生不利影响，例如导致填料结垢、堵塞，造成空气与冷却水的热交换性能下降，无法达到预期冷却效果；

● 一级 RO 浓缩水对冷水机组的影响：一级 RO 浓缩水的高盐浓缩物会对冷水机组的冷凝器冷却效果产生一定影响。由于 RO 浓缩水中含有大量溶解固体，将它用于冷水机组时，其中的盐分会在冷却过程中逐渐沉积在冷水机组的热交换设备表面，导致冷凝器内部的热传导能力减弱，从而降低热交换冷却效果。因此，引入一级 RO 浓缩水的冷却水系统在运行过程中需加强预防性维护，以保证系统正常的散热效果，减少对设备的伤害；

● 对金属管道、水泵、阀门的影响：同理，可能产生金属表面结垢、管径逐渐缩小影响流量、设备腐蚀等风险。

3.2 一级 RO 浓缩水水质分析

为分析一级 RO 浓缩水回用对冷却水系统运行的影响，特邀请江苏某环保科技有限公司技术人员对纯化水的一级 RO 浓缩水进行水质监测。经检测，一级 RO 浓缩水呈现出如下水质特点：

● 一级 RO 浓缩水的电导率显著高于自来水，这是因为 RO 膜的脱盐效应，将溶解的固体物质（包括微生物和溶解性盐类）隔离在膜外形成浓缩水。因此，一级RO 膜产生的浓缩水电导率偏高，该现象对浓缩水的回收利用存在不利影响；

● 浓缩水的钙离子浓度明显低于自来水。这是因为公司纯化水制备工艺流程中，软化过滤器会吸附自来水中的钙镁阳离子，从而降低钙离子浓度。水中的钙离子会与碳酸根离子反应生成难溶于水的碳酸钙沉淀，当钙离子浓度超过水的溶解阈值时，就会在容器、管道内壁析出形成水垢。仅从水中钙离子浓度变化的角度来看，对浓缩水进行回收利用是有利的；

● 浓缩水的总碱度值明显高于自来水。这是因为反渗透膜对水中碳酸氢根（HC-O₃^-）、碳酸根（CO₃^2-）等碱度离子的截留率通常可达 98% 以上，几乎所有碱度离子都会被截留在浓水侧。随着制水过程的持续进行，浓水侧的碱度离子不断富集，而水的体积因产水持续排出逐渐减小，最终导致浓水总碱度远高于原水。从水中总碱度上升的角度来看，浓缩水的回收使用是不利的，会带来结垢问题；

● 通过查阅相关规范，回收水用于冷却水系统的影响分析结果如表 2 所示。

表 2 回收水用作冷冻水系统循环冷却水的影响分析

参考标准 ：GB/T 29044-2024、GB/T 19923-2005

3.3 冷冻水系统影响分析

结合水质关键指标对系统运行安全性展开评估，具体影响主要体现在结垢与腐蚀两方面：

● 结垢风险低于预期：虽然浓缩水总碱度（100 ～ 160 mg/L）略高于自来水（90 mg/L），但钙离子浓度从 93 mg/L 显著降至 16 mg/L。由于碳酸钙、碳酸镁水垢的形成核心是钙镁离子与碳酸根的结合，钙离子不足会大幅削弱结垢驱动力，因此实际结垢风险远低于“高碱 + 高钙”的常规浓水；

● 腐蚀风险较低， 设备适应性良好：pH 值（7.74 ～ 8.06）处于循环冷却水的最佳控制区间（7.5 ～ 8.5）， 无强碱性腐蚀风险；氯离子浓度（33 ～ 48 mg/L）低于碳钢、不锈钢设备的腐蚀临界值（＜ 100 mg/L），不会引发明显的氯离子点蚀；总铁、总磷均未检出，无额外腐蚀诱因。

3.4 水质分析结论

综合以上分析，浓缩水结垢风险低于预期且可控性强，一级 RO 浓缩水具备回收价值，但潜在结垢风险需通过以下措施降低：

● 采用连续加药系统（添加阻垢剂、缓蚀剂），针对高碱水质配置专用水处理药剂；

● 在线监控冷却循环水电导率，设定自动排污阀，实现电导率的精准控制。

将纯化水一级反渗透（RO）系统产生的浓缩水回收作为中水使用，是公司建设阶段环评方案中明确提出的内容。但后期执行中发现，中水每日用水量较少，综合生产大楼冲洗厕所、清洁普通区域地面的日均用水量仅约 2 t。在“太湖流域战略新兴”项目实施过程中，团队开展了纯化水一级 RO 浓缩水回用作为冷却塔补水的方案研究。

笔者基于上述调研，向公司提出将一级 RO 浓缩水回收用于制冷空调系统冷却塔补水的方案，并完成了方案的详细设计与实施，图 2 为本次综合生产大楼纯化水一级 RO 浓缩水回收系统图。

图 2 综合生产大楼纯化水一级 RO 浓缩水回收系统图

该方案的设计特点如下：

● 系统可平衡回收水液位的不稳定性：当地下回收水池液位较高时，水会自然溢流至排废水管道系统，而液位较低时，则不会向高位水箱补水。若高位回收水箱的液位装置出现异常，系统设有溢流管，便于巡检人员及时发现问题；

● 采用自来水作为补充水源。当高位回收水箱液位极低时，应开启电动阀门引入自来水，以确保在回收水供应不足的情况下，冷却塔补水不会中断；

● 尽量利用势能（高度差）减少水泵等动力设备的增设；

● 安装在综合生产楼一楼的纯化水机组排出的一级RO 浓缩水依靠重力流入室外新建的地下回收水池（见图 3）。回收水经水泵输送，进入安装于综合生产楼梯间屋顶（楼顶最高点）的高位回收水箱（见图 4），再依靠重力输送至 6 台冷却塔的补水点位。

图 3 地下回收水池

图 4 高位回收水箱

本项目于 2020 年 5 月施工完毕并投入使用，目前已稳定运行近 6 年，累计回收浓缩水 5.3 万吨。回收量占公司自来水用量的 25%，占冷却水补水量的 70%，直接产生经济效益 50 余万元。

前述分析涉及两类风险：结垢风险和腐蚀风险。在持续投加阻垢剂、缓蚀剂的工况下，目前冷冻水系统中的 3 台 300 冷吨制冷机组（含水泵、管道系统、冷却塔等配套设备）均未发生相关故障。值得注意的是，在未实施连续加药措施前，冷水机组每年需进行 2 次化学清洗，目前该环节已取消；同时，冷水机组的小温差常年稳定控制在＜ 3℃下，取得了不错的节电效果。此前，冷水机组小温差最差时曾攀升至 10℃，不仅导致能耗上升，还对机组制冷能力造成了影响。

本案例的核心优势在于“低钙+低腐蚀风险”，因此可考虑将一级RO浓缩水回收用作冷冻水系统的循环冷却水，这一特性可抵消高碱度带来的部分负面影响;针对结垢和腐蚀风险，需少量额外投入预处理和药剂成本，同时需加强水质管控。只要做好上述控制措施，回收产生的节水效益将远大于额外成本，是切实可行的环保节水方案。

本次研究通过设计开发一级 RO 浓缩水回收系统，成功实现了一级 RO 浓缩水在冷却塔中的高效回收利用。该研究的意义在于减少自来水消耗，提升水资源利用效率。将一级 RO 浓缩水回收再利用，既能节约水资源，又可降低生产成本。

笔者提出的回用方案及实践，尚未在网络上检索到相关类似应用。因此，该方案的实际应用开发，为纯化水一级 RO 浓缩水的综合利用找到了创新路径。此回收方案不仅对制药行业的工艺改进和可持续发展意义重大，也为冷却塔回收技术的推广应用提供了有益参考和借鉴。

此外，这项研究也为其他行业企业解决一级 RO 浓缩水排放处理问题提供了一个可行方案。该系统不仅提高了水资源利用效率，降低了制药企业的生产成本，具有重要的经济价值和广阔的市场前景，还为企业绿色认证奠定了基础，为制药行业的绿色可持续发展提供了有效的技术支持和借鉴。

参考文献

[1] GB/T 29044-2012 采暖空调系统水质 [S].2012.

[2] GB/T 50050-2017 工业循环冷却水处理设计规范 [S]. 北京：中国计划出版社， 2017.

[3] GB/T 19923-2024 城市污水再生利用 工业用水水质 [S]. 北京 : 中国标准出版社，2005.