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煤化工行业基于煤炭储备丰富、生产清洁能源及能源需求增长的背景下,近年来发展迅猛。但该行业具有高污染和高耗水的特点,且多分布于环境容量差的地区。为了缓解环境保护和行业发展之间的矛盾,国家环保部对煤化工废水处理提出近零排放的严格要求。煤化工浓盐水来自于煤化工废水处理末端的反渗透浓水,由于具有水质复杂、污染物浓度高及处理难度大的特点成为煤化工废水处理近零排放的瓶颈。本文针对煤化工浓盐水无机盐资源化及该过程中出现膜污染现象,探究了煤化工浓盐水的纳滤分离效能、溶质截留机理及膜污染机理。最后应用碟管式纳滤膜进行煤化工浓盐水热膜耦合工业盐分离及资源化技术中试试验,探究了碟管式纳滤膜对煤化工浓盐水的分离效能,其次分析工业盐质量、环境经济效益及运行投资费用,为应用纳滤实现煤化工浓盐水资源化提供了理论依据和应用参考。本文通过考察煤化工浓盐水的纳滤分离效能随溶液组分、浓度、p H值及运行压力的变化,探讨了单价盐、多价盐和有机物的截留机理及影响因素。当运行压力为1.5 MPa时,NF270型号纳滤膜对煤化工浓盐水中硫酸根和COD的截留率分别为90.52%和74.64%,分别低于盐混合液的3.1%和12.75%,该现象归因于煤化工浓盐水中高浓度无机盐和有机物与纳滤膜之间的相互作用对截留效能的影响,附着于纳滤膜表面的有机物会削弱纳滤膜与离子之间的静电排斥效应,降低硫酸根截留率。同时由于纳滤膜孔受到高浓度无机盐影响出现膜孔溶胀现象,从而降低空间位阻效应对有机物的截留效能。纳滤截留煤化工浓盐水时出现氯离子负截留率现象,其原因为硫酸根作为煤化工浓盐水的多价同离子,在静电排斥作用下优先被截留,为了保持纳滤膜两侧溶液的电中性条件,氯离子透过纳滤膜进入产水的传输作用被促进,导致纳滤膜产水中氯离子浓度高于煤化工浓盐水,从而出现负截留现象。煤化工浓盐水有机物是影响浓盐水资源化的重要污染物,本文分析纳滤对煤化工浓盐水中特征难降解有机物(Typical refractory organic compounds,TRCs)的截留效能,优化道南空间位阻与介电排斥模型(Donnan steric pore model&dielectric exclusion,DSPM&DE)模型,提出了适用于煤化工浓盐水的纳滤截留模型参数。NF270对苯酚和吲哚的试验截留率分别为61.05%和85.62%,分别低于其截留率预测值63.27%和86.46%。正十一烷的分子量大于苯酚和吲哚,因此其试验截留率和模型预测截留率高于苯酚及吲哚。苯酚、吲哚及正十一烷的纳滤截留率表明,纳滤能够有效截留低于纳滤膜截留分子量的煤化工浓盐水TRCs。通过分析电中性TRCs物化性质及DSPM&DE模型公式,认为电中性TRCs试验截留率与模型预测截留率之间的偏差归因于分子尺寸、分子结构及亲疏水性。通过正电性TRCs的纳滤截留效能试验得知,正电性TRCs的试验截留率低于具有相同分子量的电中性TRCs的试验截留率,并且正电性TRCs的DSPM&DE模型预测截留率略高于其试验截留率。通过优化分配系数及介电排斥效应提高了DSPM&DE模型预测煤化工浓盐水TRCs截留率的精确度。煤化工浓盐水对纳滤膜具有高污染性,本文通过分析纳滤膜通量变化、产水水质变化及污染膜表征,探讨了膜污染机理及影响因素。纳滤分离试验进行至20 h时,NF270的膜通量与初始膜通量之比下降至57.97%,总有机碳、不定形硅和总溶解性固体的截留率分别从84.41%、73.26%和71.55%降低至69.37%、50.99%和53.64%,氯离子截留率从-9.82%提高至-4.23%。降低不定形硅浓度或升高溶液p H值,纳滤膜污染减轻,膜通量增大,并且有机物、总溶解性固体和不定形硅截留率提高。通过纳滤原膜与污染膜表征分析得知纳滤分离煤化工浓盐水过程中膜表面形成一种以硅胶体为主,同时包含有机物和无机盐的多孔花菜状的复合污染层,该膜污染层受到无机盐/有机物/硅胶体之间相互作用的影响。试验初期,煤化工浓盐水中的有机物首先附着于纳滤膜表面。继而截留于膜表面的不定形硅通过聚合作用形成硅胶体污染层。随着分离过程进行,纳滤膜污染层中的硅胶体与煤化工浓盐水中的不定形硅通过沉淀-沉淀作用形成严重的膜污染。采用多种化学清洗药剂对煤化工浓盐水污染膜进行清洗,探讨纳滤膜污染清洗效能。Na OH溶液和EDTA溶液的清洗效能高于柠檬酸溶液,清洗后纳滤膜通量分别恢复至初始膜通量的93%和99%。煤化工浓盐水热膜耦合工业盐分离及资源化中试试验探究了煤化工工业盐资源化效能。试验应用“钝化络合预处理-碟管式纳滤-臭氧催化氧化-蒸发结晶”集成技术实现煤化工工业盐制备。碟管式纳滤膜将煤化工浓盐水中氯化钠与无机盐总量的质量比和氯化钠与硫酸钠的质量比分别从0.64:1和2:1显著提高至0.91:1和27:1。MVR蒸发器平均蒸发量为492.12 kg/h,进料量介于0.8～1.3 m3/h之间,压缩机进出口温差和压力波动为0.2℃和1.5 k Pa。应用蒸发结晶将煤化工浓盐水制备为氯化钠,氯化钠工业盐的产量为33 kg/h,该氯化钠工业盐达到国家干盐优级品标准。基于中试试验运行情况分析投资费用和运行成本。煤化工浓盐水热膜耦合工业盐分离及资源化中试试验结果表明该技术是一种具有广泛前景的实现煤化工浓盐水工业盐资源化的技术。