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。     

多杂质体系间歇过程用水网络优化

对多杂质体系完全间歇过程用水网络优化进行了研究,建立了用水网络超结构和非线性规划数学模型,利用中间储罐跨越时间约束,设置用水过程流量上下限以加速收敛。首先确定关键杂质,并将关键杂质浓度最大的水源直接排往废水,获得简化的用水网络超结构;其次,运用GAMS求解,得到最小新鲜水量、废水量、中间储罐数目及优化的用水网络结构。实例研究证明本文提出的方法可行,并能以较少周期获得优化的网络结构,同时可以减少中间储罐数目。     

间歇用水系统中废水回用与集中再生处理的调度优化设计方法

针对间歇用水系统建立了废水回用与废水集中再生处理协调运行和调度优化的数学规划设计模型。在多周期运行条件下,以保证循环周期中水系统最优运行为目标,提出了消除不同操作周期下储罐中水量和浓度波动的多周期反算求解策略,并确定了多周期操作下优化的用水网络。通过单杂质间歇用水系统实例阐明了所提出方法的有效性,为具有废水集中再生处理的间歇用水系统从启动到稳定的多周期操作和设计提供依据。     

基于截断器半连续操作的间歇过程性质集成

生产过程对水质的要求不仅体现于杂质浓度,还包括毒性、pH、化学需氧量等流股性质,因此仅以杂质浓度作为水源使用及废水排放依据进行用水过程设计无法满足生产要求,有必要在用水网络综合过程中考虑多种性质的同时集成。针对间歇过程性质集成问题,在考虑环境约束的基础上,以最小年度总费用为目标,建立了包含半连续操作性质截断器的用水网络超结构。其中,截断器在不同时间间隔内可以按不同操作速率运行;在截断器前后分别设置缓冲储罐以满足水源水阱的间歇操作要求,允许前置缓冲储罐中的水源不经过截断器直接回用至水阱。算例计算结果表明,本文方法可以有效降低年度总费用,同时减少截断器数量,验证了本文方法的有效性和优越性。     

基于截断器半连续操作的间歇过程性质集成

生产过程对水质的要求不仅体现于杂质浓度，还包括毒性、pH、化学需氧量等流股性质，因此仅以杂质浓度作为水源使用及废水排放依据进行用水过程设计无法满足生产要求，有必要在用水网络综合过程中考虑多种性质的同时集成。针对间歇过程性质集成问题，在考虑环境约束的基础上，以最小年度总费用为目标，建立了包含半连续操作性质截断器的用水网络超结构。其中，截断器在不同时间间隔内可以按不同操作速率运行；在截断器前后分别设置缓冲储罐以满足水源水阱的间歇操作要求，允许前置缓冲储罐中的水源不经过截断器直接回用至水阱。算例计算结果表明，本文方法可以有效降低年度总费用，同时减少截断器数量，验证了本文方法的有效性和优越性。     

具有中间水道的废水再生循环水网络的优化

考虑废水再生循环的水网络,可以最大限度地减少系统的新鲜水消耗和废水排放量,具有中间水道的水网络结构,可以有效地提高系统的柔性,本文建立了具有中间水道的废水再生循环水网络的超结构,提出了网络优化的数学模型。由于该最优网络涉及多参数的优化,本文采用了分步优化的策略,根据各参数的相对重要性,依次对新鲜水消耗量、再生水流率和再生负荷进行优化。计算实例表明,本文建立的方法是有效的。     

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。     

基于水源-水阱匹配关系约束的用水网络优化方法

以水源-水阱匹配关系为约束条件,建立了单杂质用水网络的混合整数线性规划模型。提出了通过逐步调整水源与水阱匹配关系矩阵,把混合整数线性规划问题转化成多步的线性规划问题的求解策略。本文提出的优化方法,在最小新鲜水用量相同的条件下,能设计出水源与水阱匹配关系数少,流程结构简单、投资成本少的水网络。应用两个实例说明了本文方法的有效性。     

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.     

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。     

基于线性规划的单杂质间歇过程用水最小化

对间歇化工过程的单杂质用水网络提出了以新鲜水量最小为目标的优化设计方法。该方法对间歇过程的每个操作假定为一个操作接一个储罐,对所有操作按出口浓度从小到大排序,避免了高浓度水回用到低浓度水的操作中,去掉了用水网络中多余的连接,构造了用水网络超结构。该超结构可以表述为一个线性规划模型。通过GAMS求解该模型得出每个操作周期的最小新鲜水量,并通过证明得出该最小用水量随操作周期增加最终不再变化。该方法可以用作有、无中间储罐间歇过程用水网络综合,实例计算结果表明该方法是可行的,与其他方法相比更简单。     

考虑环境及处理单元流股回用的多性质用水网络集成

水资源的日益匮乏和更为严格的废水排放法律法规促使过程工业必须重视节水减排问题,而传统的用水网络综合仅将杂质浓度作为约束物料回用的限制因素,忽略流股的性质或功能对流股回用的影响,不足以反映实际的工业生产要求。因此,开展用水网络的多性质集成问题研究具有重要的现实意义。本文在考虑环境问题的多性质用水集成超结构模型基础上,增加了对废水流股性质处理中部分流股依次回用给阱单元使用的过程。该方法以最小年度总费用为目标函数,建立了考虑环境和过程流股性质的直接回用及经过处理单元后流股回用的混合整数非线性规划(MINLP)模型,并将其用于实例计算,结果表明本文方法在降低年度总费用的同时还减少了新鲜水使用量及废水排放量,验证了本文方法的有效性及优越性。     

废水回用方式对水网络碳足迹的影响分析

针对典型高耗水化工企业,分析其水网络的碳足迹,对推进清洁生产、优化水资源配置、降低二氧化碳排放具有重要意义.选择新鲜水和电能这两项决定性因素.计算水网络的碳足迹,分析了钛白粉厂不同废水回用方式对水网络碳足迹的影响.研究结果表明,钛白粉厂直接回用水网络和再生回用水网络的碳足迹分别比初始水网络降低了24.69%和26.38...     

水夹点分析与数学规划法相结合的用水网络优化设计

提出了水夹点分析和数学规划法相结合的用水网络最优设计法。水夹点分析基于对过程用水的理解,获得新鲜水用量目标并给出用水网络设计的基本规则。在此基础上建立过程使用新鲜水、排放废水和回用的各种可能匹配方案的用水网络超结构及其MINLP模型。既避免了用水夹点综合设计用水网络得不到真正意义上的最优解,又在一定程度上防止超结构规模过大,MINLP维数太高,求解困难。采用通用代数建模系统GAMS得到用水网络最优设计方案。文献中的应用实例表明,本文所提方法可充分发挥水夹点分析确定新鲜水用量或回用结构的简洁实用性和超结构MINLP寻求最佳方案的优点。     

具有双出口再生单元再生循环水网络的优化

污水循环回用,提高污水的重复利用率,是实现节水优化的有效途径。再生后浓度是影响污水回用再生系统新鲜水用量、操作费用的关键因素。随着处理深度的增加,再生水的水质不断上升,可匹配的水阱增加,但污水的回用成本不断上涨,再生率也相应下降,可回用水量减少。本文提出双出口再生单元再生后浓度与再生率、回用成本关系的关联模型,并求解具体的案例说明具有双出口再生单元再生循环水网络的优化设计步骤。采用改进的问题表法,确定不同再生后浓度下具有双出口再生单元再生循环水网络的目标值。综合考虑新鲜水量和操作成本,确定最优再生后浓度,并对水网络进行优化。计算实例表明,本文建立的方法是可行的。工业实例分析,石化企业雨排水处理回收利用项目考虑了再生率与再生后浓度关系,比较两种方案的节水量,以便指导方案的选择。     

通过改进网络结构提高多杂质水系统柔性的集成方法

水系统集成导致用水过程之间联系紧密、相互作用、相互影响.为了改善系统柔性,可通过改进网络结构提高系统的柔性.对多杂质水回用网络系统的柔性进行了分析,提出了用过程附加控制数和过程连接数同时表征多杂质水回用系统柔性的评价指标,建立了新鲜水耗量最小化、过程附加控制数优化和过程连接数优化的分步优化数学模型,并通过多杂质水网络实例研究了该方法的可行性,得到了具有最小新鲜水耗量、过程附加控制数和过程连接数均最小的水网络结构.     

啤酒工业用水分析

啤酒工业是用水和废水排放大户,通过分析啤酒生产工艺及其各操作单元用水和排水情况,建立用水平衡图;并根据各水源水质进行分类,分析水回用可能,从而减少新鲜水用量和废水排放量,达到节水减排目的。     

水系统集成技术在甲醇厂的应用

水系统集成技术是把整个工业用水系统作为一个整体来看待,并考虑水质、水量的分配,从而使系统用水的重复利用率达到最大,同时废水排放量最小。甲醇企业是用水和废水排放的大户,将水系统集成技术应用于甲醇工业,具有重要意义。文中结合水系统集成技术的工业应用现状,总结了水系统集成技术在工业企业中应用的一般步骤,具体分为以下几步:选定目标系统,明确水源水阱,确定关键污染物组分和极限进出口浓度,生成初始网络和用水网络调优。并以某甲醇厂简化的用水系统为实例,采用文中所提出的一般应用步骤,对用水网络进行了优化,获得了新鲜水节水率达34.5%的节水效果。     

再生循环水网络设计在火电厂的应用

为解决水网络集成优化方法在火电厂水网络优化应用中存在的问题，该研究对杂质的传递过程进行了扩展，使用移质推动描述杂质负荷单元用水过程，以及用最大移质能力及移除率描述再生过程，并通过邻接矩阵描述网络单元间的连接关系，从而构建再生循环水网络模型；对3300 MW火电厂进行模型应用研究，将案例水网络划分为9个用水子系统，等效拆分为11个用水单元并对移质单元构建浓度修正模型从而实现最大移质过程，选取Cl^-、总悬浮固体(SS)、SO₄^2-三个杂质指标进行节水优化应用，通过对该优化问题KKT条件进行求解从而实现模型的简化，优化后水网络新鲜水取用量减少6.7%、排污量减少62.9%。通过案例研究表明，构建的基于“供-用-耗-排”过程的再生循环水网络模型是成功的，可实现火电厂多杂质指标、复杂系统考虑再生循环的水网络节水优化设计，解决了水网络集成优化方法在火电厂应用中单元间回用过程描述不够准确以及再生单元描述不适用于节水改造情景的问题。     

分阶段线性规划法快速设计含有多种污染物的用水网络

针对含有多种污染物用水网络的设计问题,提出了一种新方法.该方法先基于各个用水过程的污染物最大出口浓度对过程排序,然后采用GAMS(general algebraic modeling system)语言建立线性规划模型,依次对序列中的每个过程的废水回用方案进行优化计算,以确定出其最小新鲜水用量和来自前驱的废水回用量.该方法虽然不能保证所得解的全局最优性,但它能快速地找到最优或近似最优解,而且方法简单.