本发明公开了一种用于循环冷却水自动处理和排污水回用的集成设备及方法，该集成设备包括冷却水水质在线监控装置、冷却水处理效果监测装置、药剂投加装置、用水量及用药量统计装置、冷却水深度处理回用装置和现场控制装置。本发明可以有效地在线监测循环冷却水水质，针对水质的实际情况自动加药和调整，防止冷却水发生结垢，腐蚀，微生物和沉积等问题，保证冷却水水质满足深度处理回用水水质要求，并减少约30％冷却水处理化学品用量；在冷却水水质浓缩倍数达到国标允许最大值时，启动深度处理回用装置，使用反渗透系统配合专用阻垢剂对冷却水排污水进行深度处理，以回用50-60％排污水。实际提高冷却水排放钙离子+碳酸氢根达到2300ppm(以碳酸钙计)。