煤化工废水膜法深度处理与盐分协同控制技术路线
煤化工废水具有成分复杂、毒性大、可生化性差、含盐量高的特点，其COD、氨氮、总溶解固体（TDS）及特征污染物（如酚类、氰化物、多环芳烃）浓度均处于较高水平。采用膜法工艺进行深度处理与资源化，是实现废水高标准回用、趋零排放及污染物系统性削减的关键技术路径。以下为基于膜集成技术的煤化工废水污染物综合控制方案。
一、 处理目标与技术逻辑
核心目标：
深度去除COD、氨氮、悬浮物等常规污染物，使出水满足严格回用标准（如循环冷却水『补水』）。
高效脱除并分质回收无机盐分（如NaCl、Na₂SO₄），实现浓盐水资源化，最终达成系统零液体排放。
技术逻辑：
遵循“预处理减负-生化降解-膜法深度脱盐与分离-蒸发结晶固化”的总体路线。膜技术在其中主要承担深度净化与盐分分级分离两大核心任务，需与预处理及末端处置单元有机结合。
二、 膜法工艺核心单元技术解析
煤化工废水膜法处理并非单一技术应用，而是一个多级膜集成系统。
1. 超滤单元：精密预处理与保安过滤
功能定位：位于反渗透系统之前，作为关键的预处理单元。
作用机理：利用其微孔（孔径约0.01-0.1 μm）物理筛分作用，有效截留生化出水及高级氧化出水中残留的胶体、悬浮物、大分子有机物及微生物。
关键指标：保障出水污染指数（SDI）稳定低于3，浊度低于0.1 NTU，为后续反渗透膜提供合格的进水条件，防止胶体与颗粒物污染。
工艺要求：常采用抗污染能力强的外压式或浸没式超滤膜，并配合定期的气水反洗与化学清洗以维持通量。
2. 反渗透单元：核心脱盐与深度净化
功能定位：实现溶解性盐分、小分子有机物及离子的高效脱除，是产水回用的核心保障。
作用机理：在半透膜两侧施加高于渗透压的外力，驱使水分子透过膜，而绝大部分溶解盐（截留率＞98%）、离子、分子量大于100 Da的有机物及多价离子被截留。
处理效果：一级RO产水TDS通常可降至<100 mg/L，COD降至<30 mg/L，氨氮降至<5 mg/L，可直接回用于循环冷却水系统或经过进一步抛光处理后作为锅炉补给水。
系统挑战：面临高盐分带来的高渗透压、有机物及结垢离子（Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄²⁻、SiO₂）导致的膜污染与结垢风险。必须依赖完善的预处理和科学的阻垢剂投加方案。
3. 纳滤单元：分盐与资源化的关键
功能定位：用于RO浓水的分质盐分离或生化出水的预分盐，是实现盐分资源化、降低末端蒸发结晶成本的核心环节。
作用机理：基于尺寸筛分与道南效应，对二价及多价离子（如SO₄²⁻、Ca²⁺、Mg²⁺）具有高截留率（＞95%），对一价离子（如Cl⁻、Na⁺）截留率较低（20%-80%）。
应用模式：
模式A（NF预处理RO）：对生化出水进行分盐。NF产水（以NaCl为主）进入RO系统，可提高RO回收率并降低结垢倾向；NF浓水（富含Na₂SO₄及部分COD）单独处理。
模式B（NF处理RO浓水）：对RO浓水进行再分离。得到以NaCl为主的低硬度产水（可进一步浓缩制取工业盐）和以Na₂SO₄为主的浓水（可进行蒸发结晶制取无水硫酸钠）。
价值：通过分盐，避免末端产生混盐杂盐，提升结晶盐品质与资源化价值，大幅降低危废处置成本。
4. 高压膜单元：极限浓缩减量化
功能定位：对NF或RO浓水进行进一步脱水浓缩，最大限度减少进入蒸发结晶单元的废液体积。
技术选择：
高压反渗透：操作压力可达12-18 MPa，可将TDS为4-7万mg/L的进水浓缩至10万mg/L以上。
碟管式反渗透：采用开放式流道，抗污染能力强，尤其适用于高悬浮物、高污染潜能的浓水进一步浓缩。
核心作用：将浓水量缩减60%-80%，直接、显著地降低后续蒸发/结晶装置的规模、投资与蒸汽能耗。
三、 典型集成工艺路线
针对典型煤化工废水，推荐采用以下集成膜法工艺链：
“预处理 → 生化处理 → 高级氧化 → 超滤 → 纳滤 → 反渗透 → 高压RO/DTRO → 蒸发结晶”
生化与深度氧化：去除大部分可生化有机物与氨氮，并将难降解COD转化为易处理形态。
超滤：作为膜法的预处理屏障，提供稳定、低SDI的进水。
纳滤：实现盐分的初步分离，为后续单元创造有利条件。
反渗透：产水主体回用，浓水进入后续处理。
高压RO/DTRO：对分质后的浓水进行极限浓缩，实现减量化。
蒸发结晶：对终极浓缩液进行水分蒸发与盐分结晶，分质产出工业级氯化钠、硫酸钠，实现零排放。
四、 技术优势、挑战与对策
技术优势：
出水水质优异且稳定：膜分离为物理过程，抗进水波动性强，产水水质可达高标回用要求。
水资源回收率高：系统整体水回收率可达75%-95%，极大节约新鲜水耗。
资源化潜力明确：通过NF分盐与蒸发结晶耦合，可实现无机盐的分类回收，变废为宝。
自动化程度高：模块化设计，便于实现自动控制与远程监控。
关键挑战与应对策略：
膜污染与结垢：
挑战：废水中的有机物、胶体、微生物及无机盐离子易导致膜污染与化学结垢。
对策：强化预处理（混凝、高级氧化）与超滤保安；优化阻垢剂与杀菌剂投加；建立基于水质分析的在线/离线化学清洗规程；选用抗污染膜元件。
浓盐水处理成本高昂：
挑战：蒸发结晶单元能耗与投资占系统总成本主要部分。
对策：通过NF分盐、高压膜极限浓缩，最大化减少进入蒸发器的流量，是降低全流程成本的关键。
系统投资与运行成本：
挑战：膜系统及蒸发结晶投资较大，运行涉及电耗、药剂、膜更换等费用。
对策：通过精细化设计提高回收率与能效；通过水资源回用收益、减少排污费、副产品销售收入进行全生命周期成本平衡分析。
结论
采用以“纳滤分盐”和“反渗透深度脱盐”为核心的膜集成工艺，是针对煤化工废水实现污染物深度去除与盐分资源化的有效且必要的技术路径。其成功应用依赖于对水质特性的精准分析、合理的预处理保障、科学的膜工艺组合设计，以及针对浓盐水的协同处理策略。该技术路径契合当前煤化工行业绿色发展与水资源循环利用的战略要求，是实现环境效益与经济效益统一的重要工程技术选择。
