作者：David Kim-Hak，废水业务副总裁，Energy Recovery
在凤凰城，一家食品饮料工厂的水资源总监正在查看两个数字；在十年前，没有人会把这两个数字放在一起解读：她所在的 Central Arizona Project（CAP）配水额度正处于 Tier 1 短缺状态，该状态已使 CAP 供水量减少约 30 percent；而她的公用事业账单自 2020 年以来上涨了 more than 30 percent。在得克萨斯州中部，一家半导体晶圆厂的工厂经理正在 ERCOT 签署一份新的多年期电力合同，周边数据中心建设正增加数吉瓦的竞争性需求。在佛兰德斯，一名工艺工程师正在设计一个直接饮用水回用系统，其经济性如今既取决于每立方米耗电量，也取决于处理性能。 这三个人从未见过面。但他们面对的是同一个问题。在上个世纪的大部分时间里，水资源短缺、能源价格波动以及计算基础设施需求，分别是三个不同产业中的三个独立关切。如今，这些边界已经消失。
我在水处理领域工作了二十年，其中大部分时间都专注于用更少的能源实现更多的处理效果。我职业生涯的第一个十年，致力于让反渗透膜变得更好：选择性更高、能耗更低。这个行业一直重视能源效率，尤其是在海水淡化领域，因为其中涉及的压力使能耗计算无法回避。改变的是运营商所面临挑战的速度，以及这种计算如今已延伸到压力谱系中多低的范围。这不再只是一个可持续发展故事。它是一个风险管理故事，并且适用于每一座通过膜处理水的设施。 反渗透能耗高并不是什么新闻。发生变化的是范围。曾经使能源回收在海水淡化中成为必需的同一套计算，如今正延伸到苦咸水回用、工业废水处理和市政饮用水回用。曾经被认为低到不值得关注的压力（100 to 200 psi，而不是 1,000）如今已经大到足以产生影响。推动处理进入这些新应用的是水资源压力：World Resources Institute 估计，约 four billion 人已经每年至少有一个月生活在高度水资源压力之下，到本世纪中叶，约 70 trillion dollars 的全球 GDP 将面临风险。水资源压力迫使回用。回用意味着处理。处理，无论压力高低，都意味着用电。
在近十年的大部分时间里，工业电价就像一个缓慢移动的底线。从 2016 年到 2020 年，大多数主要市场的批发价格都异常稳定。这个基准已经不复存在。根据 U.S. Energy Information Administration（EIA）的数据，美国零售电价在 2021 年上涨 7.1 percent，2022 年上涨 12 percent，2023 年上涨 6.3 percent，并在截至 2025 年中期期间又跃升 7.6 percent。2025 年上半年，美国批发电价同比上涨约 40 percent。在主要数据中心州，自 2020 年以来的零售电价累计涨幅为 31 to 64 percent。EIA 预计，受超大规模运营商建设的主要推动，美国商业用电量将在 2026 年增长 5 percent。International Energy Agency（IEA）预测，到 2030 年，全球数据中心用电量将翻倍至约 945 terawatt hours。如今，每一座水处理设施都在与一个支付意愿高于自身的买方争夺电力。 围绕这一风险的公共讨论主要由供给侧主导：更多可再生能源、更多天然气、更多核能、长期 PPA。所有这些都很重要。但没有一项能够迅速见效。电网受制于许可时间表、以年计的并网排队，以及一场水务基础设施并不占优的电力竞争。 需求侧是几乎无人谈论的杠杆，也是任何设施唯一能够完全控制的杠杆。工厂每少消耗一千瓦时，就少一千瓦时需要购买、预测、对冲或解释。这个行业曾经把能源回收视为海水淡化领域的问题。这种框架已经过时。在海水淡化厂中证明 70 bar 下能源回收合理的同一物理原理，也证明了它在市政回用系统中 10 bar 下以及工业零排放产线中 120 bar 下的合理性。压力不同。逻辑不变。
以位于压力谱系两端的两个场地为例。在比利时 Hofstade，欧洲首批直接饮用水回用系统之一采用 100 to 200 psi 的低压反渗透，每年向 12,000 人提供 400 million liters 饮用水；集成低压能量回收装置后，电力消耗降低约 23 percent，投资回收期为三年。在中国中部的湖北省，一座磷酸铁锂正极材料设施采用最高 120 bar 的超高压反渗透，推动废水趋向零排放；集成能源回收后，高压阶段的能耗降低约 51 percent。一个比利时小镇处于低压端。一个中国工厂处于超高压端。物理原理相同，而经济性如今已适用于整个范围。 未来十年，对水处理设施来说不会比过去十年更友好。最成功应对这一时期的设施，将是那些在其运营涉及的每一个压力范围内，从建设或改造之初就着眼于降低单位水量能耗的设施。它们的回报将是安静的。这是为已经到来的风暴提前做好准备所获得的回报。
