随着化工行业对清洁水需求的不断增长以及近零排放概念的深入提出,废水的处置及资源化愈发重要。尤其在印染工业中,高排放量的印染废水已经严重危害人类健康和生态环境,成为化工行业最具挑战性的废水之一。然而由于废水成分的复杂性,实现印染废水的近零排放在技术及工艺方面存在巨大挑战。针对此,本课题提出“纳滤-正渗透-膜蒸馏（NF-FO-MD）”的全膜耦合工艺,通过新膜材料的构建与膜过程的合理组合,有效地实现了废水中盐分的去除、高附加值染料分子的回收,并同时产出大量清洁水可用于工业回用。该工艺的提出与成功应用可为“近零排放”概念在印染化工行业的推进提供新策略与新思路,新膜材料的开发与联用系统的稳定构建也可为目标的实现提供理论依据与技术保障。研究内容主要尝试解决了三个关键问题:（1）如何制备具有盐、染高效分离能力的纳滤膜材料;（2）如何解决染料深度浓缩及回收过程中严重的膜污染问题,并抑制FO过程中的内浓差极化;（3）如何构建合理的全膜耦合工艺,并强化工艺的兼容性及稳定性。具体的研究内容如下:（1）首先,选用了一种新型水溶性单体（2,2’-双磺酸联苯胺）作为水相反应物,与均苯三甲酰氯通过界面聚合制备出系列聚酰胺复合纳滤膜（TFC-BDSA）。由于疏松的脱盐层结构,最优膜TFC-BDSA-0.2表现出优异的水渗透性(纯水渗透系数高达48.1±2.1L m-2 h-1 bar-1)。该膜对刚果红染料的截留率高达99%,且在较宽的无机盐（Na Cl）浓度范围内(10-100 g L-1)均表现出极低的截留率（<1.8%）,体现出绝佳的“溶质-溶质”（染料/盐）选择性。对模拟高盐印染废水的分离测试结果表明,相较于商用NF270膜（Dow公司）,TFC-BDSA-0.2纳滤膜可以在更少的纯水投加量、更短的运行时间内完成染料分子与无机盐的选择性分离。此外,TFC-BDSA-0.2纳滤膜可以使用20%的乙醇水溶液进行清洗再生,其通量恢复率达到95.6%,而NF270膜的脱盐层结构则遭受不可逆的破坏。（2）尽管上述TFC-BDSA-0.2疏松纳滤膜可以实现染、盐的快速分离,但其在对分离后的染料废水进一步浓缩过程中出现了较为严重的膜污染问题,膜通量的衰减较为明显。因此,我们考虑引入具有“低污染”本征特质的正渗透技术来实现染料溶液的深度浓缩。然而由于聚合物种类与制膜工艺的限制,目前商用与文献报道的FO膜无一例外均为非对称结构。汲取液的扩散与稀释造成严重的内浓差极化现象,大幅降低FO膜对渗透压差的利用率,实为正渗透领域的“阿喀琉斯之踵”。基于此,本研究提出了“均相薄膜正渗透技术”的概念,通过主链设计、侧链修饰合成出聚（三唑-芳醚二恶唑-酰肼）型共聚物PTAODH-1.0,并经由溶剂浇筑法制备出厚度范围为5-15μm的均相薄膜。由于对称结构,薄膜两面的物理化学性质基本一致,且未发现由于朝向设置带来的FO性能的明显差异,其纯水通量及反向溶质通量均与汲取液的盐浓度呈正相关关系。控制均相薄膜厚度为8μm时,其反向通量选择性（Jw/Js）达到峰值412.0±30.9 mmol L-1,高于商用HTI-CTA（HTI公司）膜。经实验与理论双重验证,均相薄膜的结构参数（S值）为统计学意义上的0,进一步论证了体系内不存在内浓差极化现象。（3）基于上述研究所制备的均相PTAODH-1.0 FO薄膜,进一步开展了针对染料废水的深度浓缩及资源化研究。在控制汲取液浓度不变的情况下,均相PTAODH-1.0薄膜在染料废水深度浓缩的全过程中均保持水通量恒定(10.6±0.3 L m-2 h-1),而商用FO膜HTI-CTA和CSM-TFC（Toray Chemical Korea公司）则均由于浓缩倍数持续增长带来较为严重的膜污染、及通量大幅降低等问题。造成这一结果的原因也是因为均相薄膜的超光滑表面特性、及其对内浓差极化现象的成功消除。因此,均相薄膜可以在在更短的时间内实现染料的高倍回收（浓缩倍数为10）。此外,由于二恶唑与三氮唑基团的引入,均相PTAODH-1.0薄膜也体现出优异的抗生物污染特性——其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均表现出较强的抑制作用（相对于HTI-CTA膜,菌落残留率仅分别为14.0±1.4%和18.0±12.6%）。此外,采用40%的乙醇水溶液可对高倍浓缩运行后的均相PTAODH-1.0薄膜进行有效的清洗与性能再生,其通量恢复率达到98.7%,而在此条件下两类商用膜的脱盐层结构均在一定程度上遭到不可逆的破坏。（4）上述研究已证实均相PTAODH-1.0薄膜可以完成染料废水的深度浓缩,但手动补充汲取液溶质以控制浓度恒定的操作方式,必然带来汲取液体积的不断扩大与系统成本的相应提高。因此,通过引入MD技术构建FO-MD联用工艺实现汲取液的原位再生。在上述基础上,我们进一步考察了不同FO膜（HTI-CTA,CSM-TFC,PTAODH-1.0）在三种不同运行模式下（A:单独FO工艺;B:单独FO+单独MD工艺;C:FO-MD联用工艺）对染料废水的深度浓缩及汲取液的同步回收情况。结果表明,由于低污染和无内浓差极化特性,均相PTAODH-1.0薄膜在FO-MD联用工艺中可以实现FO单元和MD单元的水传输平衡,保证汲取液浓度恒定,维持系统的连续稳定运行。而商用膜HTI-CTA和CSM-TFC则由于严重的膜污染与内浓差极化,很难实现两个单元的水传输平衡,使得系统水管理变得复杂。最后,对各组合工艺进行了技术经济性分析,包括能耗/热耗、增益输出比、系统成本及运行费用等。结果表明,采用两类商用FO膜的联用工艺其吨水处理成本约为47-48美元（考虑膜片的清洗再生能力）,而均相FO薄膜的联用系统仅为14-15美元,体现出巨大的技术与经济优势。综上所述,本课题通过对新膜材料的基础研发及膜过程的合理组合,设计了“NF-FO-MD”的全膜耦合工艺。该工艺可以有效实现印染废水中的盐分去除、染料回收及清洁水的再生回用,为化工行业印染废水的处理及资源化提供了材料与工艺两方面的新选择与新思考。