随着经济的飞速增长，工业用水占全球用水的比重大幅增加。煤化工行业的高耗水性已受到了广泛的关注。由于水资源短缺、用水成本增加以及越来越严格的废水排放标准和环境友好要求，提高煤化工企业用水的循环利用率势在必行。本文从煤化工企业回用水水质保障与水系统集成优化的关键出发，对企业用水系统进行分析，研发高效稳定的三相内循环非均相光芬顿水处理体系，为水网络集成提供基础与保障。同时，采用水夹点法和数学规划法对典型煤化工企业的用水网络进行优化设计，结合深度处理效率优化，寻求经济与环境的最佳平衡点。并采用表面响应法对水网络中有效过程改变及再生水水质变化进行了灵敏度分析。　　对煤化工企业现有水系统进行调研分析。通过为期一年的跟踪调查，对水系统水量平衡进行校核。确定节水潜力较大的用水单元，并选定优化系统中的水阱：循环水站、脱盐水站、气化车间；水源：循环水站、脱盐水站、气化车间、精馏车间。对待优化水系统中的用水单元进行水质检测，取得足够样本数，进行水质指标的相关性分析及主成分分析，确定了水系统优化的关键组分：化学需氧量（COD）、氨氮（NH4+-N）、钙硬度。　　为了水网络集成得以实施，研究了高效稳定的废水再生技术，保证其出水可以达到水网络回用要求。采用浸渍法制备了以 TiO2-Al2O3 为载体的负载型Cu-Fe/TiO2-Al2O3催化剂，构建了新型非均相光芬顿水处理体系。催化剂的BET、SEM和XPS分析结果表明，催化剂为介孔结构，具有较大的比表面积和总孔体积，催化剂表面金属氧化物负载均匀，其主要成分包括FeOOH、Fe2O3、CuO和 Cu2O。利用所构建的非均相光芬顿体系对煤化工特征污染物喹啉和煤化工实际废水进行处理，结果表明该体系具有较高的处理效能，并具有较好的稳定性和适用性。Cu-Fe/TiO2-Al2O3催化剂有效拓展了芬顿反应的pH 值，在催化剂表面铜、铁异相催化过氧化氢分解生成羟基自由基是主要的作用机制。采用非均相光芬顿作为深度处理技术，无需改变原有的水处理系统，方便工厂改造水系统，减少投资成本。　　采用水夹点法对水网络进行了初步优化。分别以COD、NH4+-N、钙硬度为目标污染物，采用浓度间隔表计算直接回用系统的水夹点，得到系统的最小新鲜水流量分别为174.9、171.5和186.5 t/h，分别节约新鲜水量46.65%、47.71%和43.14%。以最邻近规则（Nearest Neighbors Algorithm，NNA）为指导，基于流量守恒和质量守恒计算，进行了水网络设计。　　采用了数学规划法进行水网络深度优化。通过建立超结构数学模型，求解单污染物直接回用系统模型，得到优化后的用水网络，在水夹点法基础上，对比水网络结构，进一步优化水网络。直接回用达到回用极限后通过加入再生单元继续提高废水回用率。在单污染物再生循环水系统中，基于废水再生技术提供的再生水水质保障，确定回用单元的污染物浓度，对水网络进行优化设计。再生单元的增加大大减少了新鲜水量的需求量。分别以COD、NH4+-N、钙硬度为目标污染物，新鲜水需求量分别为90.8、15.0和30.4 t/h；再生水量分别为205.2、313.0和267.6 t/h。　　采用基于中心组合设计的表面响应法进行了水网络中有效过程变化的灵敏度分析。以系统的新鲜水量和再生水量为响应值，以循环水站、脱盐水站和气化装置的COD 极限进口浓度和再生单元出水 COD 浓度为自变量，获得二次拟合方程。通过响应曲面分析自变量对响应值的影响，排除优化过程中得到的不可靠结果，确保模型的可靠性。同时以非均相光芬顿体系为再生水处理单元，保障稳定的再生水水质，考察再生水水质对水网络变化的影响，从水网络设计的角度考察节水工艺的可实施性。从水量及水网络分布两方面分析再生浓度对水系统经济效益的影响。　　本文所采用的水网络优化从用水系统全局出发，提高废水利用率，减少新鲜水用量和废水的排放量，发展高效稳定的废水回用处理技术，使水网络优化设计与废水回用处理技术相结合，保障水系统优化的可行性。全方面高效节水为煤化工行业的长期稳定发展提供有力保障，具有较大的理论意义和广阔的应用前景。