考虑再生操作的间歇过程用水网络优化

当前,水资源短缺与污染问题日益严重,废水再生后回用对节约水源和保护环境具有重要的意义。针对间歇过程,为了合理利用不同品质的过程水源,实现用水系统的最大水回用,本文建立了一个包含水源-水阱、水源-中间储罐-水阱、水源-连续再生体系-水阱与水源-废水处理系统的用水网络超结构,基于连续时间模型建立数学模型,并采用多目标分步法依次优化新鲜水用量、再生单元的再生速率以及中间储罐数目,最终得到新鲜水消耗量以及废水排放量最小的最优用水网络结构。同时,为贴近实际生产中的多操作周期过程,本文针对用水系统从启动周期到稳定周期的全过程,进行了用水网络的设计、分析与优化。最后通过算例计算,验证了本文所提方法的合理有效性。     

并联连续再生/再循环的多杂质间歇用水系统优化方法

为了有效地减少多杂质间歇用水系统的新鲜水消耗量和再生处理量,针对多杂质间歇过程用水网络提出连续操作并联再生处理单元水网络结构模型及其优化设计方法。通过在用水网络中设置中间储罐和再生单元以实现对不同水质废水并联分质处理,建立了减少用水系统的新鲜水用量和再生水量以及废水排放量的数学规划模型,采用GAMS软件对一个实例进行求解。计算和分析表明：提出的水网络结构与优化设计方法可有效地解决按水质对废水进行并联处理的间歇用水系统,使系统的新鲜水用量和再生水流率同时达到最小。     

基于杂质赤字的再生回用水网络集成图示法

将氢网络中基于剩余率的集成优化法扩展至水网络，以杂质浓度为基础进行分析，提出了基于杂质赤字的再生回用水网络图像集成优化方法。该方法无需图像试差和迭代，通过构建浓度-流量图和杂质赤字图，可确定未考虑再生回用的水网络夹点位置及最小新鲜水用量。并在此基础上，考虑再生装置和水网络的优化以及二者的集成，分析水网络的新鲜水节省量与杂质脱除率、再生水源流量及再生废水浓度的定量关系；构建定量关系图确定最小新鲜水用量随各参数的变化关系、夹点位置、最大新鲜水节省量以及一定再生条件下的极限及最优提纯参数。案例分析表明，该方法简单、高效，对于各工况下的水网络，均可使新鲜水消耗量及废水排放量减小，为工艺设计和操作提供重要的参考。     

水系统集成优化方案的博弈分析与评价方法

对水系统集成优化方案的分析和决策需要考虑新鲜水用量、用水系统的柔性和用水网络结构的复杂程度等方面。水网络优化设计方案的确定一般需要在这三者之间进行折中和协调,属于多目标优化问题。为了综合考虑新鲜水消耗量和网络结构复杂程度等指标,并定量分析和确定水网络的优化设计方案,本文提出一种基于博弈分析的水网络优化方案的定量分析方法。以具有中间水道水网络优化设计方案的决策为例,采用本文方法进行了优化设计方案的分析与评价。研究表明：该定量分析和评价用水网络的方法可以合理地评价用水网络的设计方案,该方法可用于定量确定水系统优化问题中的多目标优化方案,可为水系统优化集成方案的确定提供分析依据和指导。     

具有最简结构水回用网络的优化

当前对水回用网络的研究主要集中在如何构造新鲜水量最小的水网络, 却忽视了该水网络的不唯一性.为了降低水回用网络的费用,应考虑水网络的最简结构.今用连接数的概念来描述用水网络的结构复杂性.连接数就是新鲜水道与过程、过程与过程、过程与废水道之间连接个数的总和.今以最小新鲜水量和网络连接数为目标,在网络超结构的基础上,建立了多杂质水回用网络优化的数学模型.用该模型确定的用水网络,具有最小新鲜水用量和最简结构,因而具有很好的经济性.最后通过实例说明了本方法的有效性.     

具有两个再生单元的多杂质水网络设计

在水网络中引入再生回用/循环,可以有效地减少新鲜水消耗量和废水排放量。目前文献大多只讨论了具有一个再生单元的系统。作者研究了具有两个再生单元并产生两个不同浓度再生水流的水网络。对于一些使用高浓度再生水流即可满足的过程,无需使用低浓度再生水流,这样可以减少低浓度再生水的使用量,即减少费用较高处理过程的处理量,从而降低再生处理费用。采用迭代方法进行计算,计算过程稳定可靠。     

多杂质水网络集成技术的研究进展

介绍了近年来多杂质水网络集成研究进展，讨论了当前设计多杂质水网络的几种方法，包括水夹点及图解方法、数学规划法、中间水道技术及基于经验的设计方法。探讨了各种方法的特点以及各方法涉及废水的直接回用、再生回用和再生循环。最后对今后的发展方向做了展望。     

具有多级中间水道的循环冷却水系统优化研究

结合当前水资源短缺形势的日益严峻,对工业中热物流温度差别大、水冷器数量多的循环冷却水系统进行了优化研究,并引入新的优化方案,即水冷器网络采用多级中间水道的系统结构。总结出多级中间水道的设计规则,并在此结构下考虑水冷器、冷却塔等装置的设备投资,建立包括设备费用和操作费用的数学模型,确定系统的运行方式。经过实例验证可知,系统中水冷器网络采用多级中间水道后的运行费用明显减少,所建数学模型行之有效。     

Progress of water network integration with multiple contaminants

介绍了近年来多杂质水网络集成研究进展,讨论了当前设计多杂质水网络的几种方法,包括水夹点及图解方法、数学规划法、中间水道技术及基于经验的设计方法。探讨了各种方法的特点以及各方法涉及废水的直接回用、再生回用和再生循环。最后对今后的发展方向做了展望。     

最小化新鲜水量与废水处理量的图形方法

水分配网络由回用、再生和废水处理3个相互作用的子系统构成。设计水分配网络需考虑质量负荷固定和流量固定两类用水操作模型。目前,兼顾两类用水操作的图形方法对水分配网络的研究局限于一个或两个子系统的设计,而缺少一种能同时处理3个子系统的方法。本文用新的方法合成了反映用水网络水源盈亏情况的总组合曲线,并由此得到最小废水量和新鲜水量。为考虑废水再生情况,提出通过用再生水线和废水线合成废水排放线的方法求解再生情况下的最小新鲜水量。同时,根据总组合曲线得到了废水组合曲线,求得最小废水处理量。实例表明,本文所提方法可在具体网络设计前,在同一浓度-质量负荷图中确定单杂质水分配网络的各目标参数,且简便易行。     

Grass-roots design of regeneration recycling water networks

In this paper, mathematical programming coupled with superstructure is utilized to optimize regeneration recycling water networks at the stage of grass-roots design. The optimization is virtually a multi-objective problem with several important parameters on regeneration recycling involved. Considering the relative importance of these parameters, sequential optimization is adopted to solve this multi-objective problem. Freshwater consumption, regenerated water flowrate and contaminant regeneration load, are in turn minimized, which correspond to three mathematical models. By solving these models step by step, a regeneration recycling water network can be constructed, which is economically favorable in terms of qualitative analysis. The complexity of water network configuration is also taken into account by minimizing the number of interconnections among processes. Additionally several examples are used to demonstrate the application of the proposed methodology. In comparison with the available technologies, the proposed methodology excels in simplicity and adaptability for grass-roots design by exempting from complicated and variable economic parameters.     

Optimal design of single‐contaminant regeneration reuse water networks with process decomposition

Water network with regeneration schemes (e.g., regeneration reuse, regeneration recycling) can reduce freshwater consumption further than water network merely with direct reuse. Regeneration reuse, compared with regeneration recycling, can additionally avoid unexpected accumulation of contaminants. Owing to these features, process decomposition can help to reduce freshwater usage and wastewater discharge of regeneration reuse water systems and achieve the results, which graphical method delivers. In this article, the effect of decomposition on water‐using process and further on regeneration reuse water system is briefly analyzed on the concentration‐mass load diagram. Then a superstructure and three sequential mathematical models, which take process decomposition into account, are in turn developed to optimize single contaminant regeneration reuse water systems. By several examples, the reliability of the models is verified. Moreover, several decomposition strategies are summarized to realize the regeneration reuse water network, which attains the targets from graphical method. The results indicate that postregeneration concentration has a major impact on the scheme of process decomposition. © 2009 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2009     

具有中间水道的多杂质用水网络简化设计方法

与常规水网络相比,具有中间水道的水网络更有利于运行和控制。浓度势是作者最近提出的解决多杂质用水网络设计的新概念。在浓度势概念基础上提出了一种具有中间水道的多杂质用水网络设计新方法。该方法采用浓度势方法设计出初始水网络,并在此基础上初步确定各中间水道的结构及水量,然后根据浓度势从小到大的顺序依次由中间水道满足各用水过程,而各级中间水道的最终水量以能满足各级水阱需求来确定。该方法只需简单计算即可完成具有两级中间水道的水网络设计。对文献实例求解结果表明,所得结果与由数学规划法得出的结果接近。     

具有中水道的过程工业水网络设计方法

提出了一种具有中水道的过程工业水网络设计方法,该方法强调合理地确定第一中水道位置的重要性,运用一种确定某一中水道回用到它的后续过程的优先顺序的新方法精确地完成了从任意一个中水道到它的后续过程的水分配,并在设计步骤中给出了一些可能出现情况的处理方法.实例求解结果表明,具有中水道的水网络能明显减少新鲜水的消费,设计方法简便易行.     

双组分污染物系统用水网络优化研究

运用水夹点技术,对某石化企业9个用水操作进行用水网络优化研究。结果表明,单组分和双组分污染物用水网络初始设计分别节约新鲜水38.31%和19.17%;对初始设计用水网络的优化设计可简化用水网络,双组分污染物用水网络优化后回用管路数由11条减少为6条。水夹点技术在节约工业用水和废水减量方面具有实用价值和较好的应用前景。     

水网络与虚拟水的过程系统工程研究进展

水危机的迫切性已经引起了全世界过程系统工程领域的普遍关注。首先概述了全球和中国水危机的严重情况, 介绍了政府和学术界的对策, 系统地检索了1994年以来对水网络和虚拟水问题发表的文献著作。分3个层次对国内外的研究做了系统综述:①单个企业内水网络系统集成优化, 包括用水网络(WUN)、废水处理网络(WWTN)、总水网络(TWN)和全水网络(CWN)及冷却循环水系统问题、有中水道水网络和间歇水网络问题3个特殊问题;热量和水耗同时最小化的水配置和换热网络问题(WAHEN);多种工艺与能、水网络系统同时集成优化研究;②跨企业多个水网络系统集成优化;③跨地区/国家的虚拟水与产品水足迹研究。这些研究对企业的、跨企业的生态工业园区以及区域产业系统的节水减排和提高水、能的利用效率可以发挥重要作用, 并对解决缺水地区/国家的政策制定提供依据。     

A stepwise optimal design of water network☆

In order to take full advantage of regeneration process to reduce fresh water consumption and avoid the accumu-lation of trace contaminants, regeneration reuse and regeneration recycle should be distinctive. A stepwise opti-mal design for water network is developed to simplify solution procedures for the formulated MINLP problem. In this paper, a feasible water reuse network framework is generated. Some heuristic rules from water reuse net-work are used to guide the placement of regeneration process. Then the outlet stream of regeneration process is considered as new water source. Regeneration reuse network structure is obtained through an iterative optimal procedure by taking the insights from reuse water network structure. Furthermore, regeneration recycle is only utilized to eliminate fresh water usage for processes in which regeneration reuse is impossible. Compared with the results obtained by relevant researches for the same example, the present method not only provides an appro-priate regeneration reuse water network with minimum fresh water and regenerated water flow rate but also sug-gests a water network involving regeneration recycle with minimum recycle water flow rate. The design can utilize reuse, regeneration reuse and regeneration recycle step by step with minor water network structure change to achieve better flexibility. It can satisfy different demands for new plants and modernization of existing plants. ? 2016 The Chemical Industry and Engineering Society of China, and Chemical Industry Press. Al rights reserved.