1绪论001

1 1水资源利用的挑战与对策001

1 1 1水资源的危机001

1 1 2水资源的消耗004

1 1 3水污染的加剧005

1 1 4面临的挑战和对策006

1 2节水减排的技术途径007

1 3水系统集成的方法与技术009

参考文献011

2基本概念013

2 1用水单元模型013

2 1 1用水单元物理模型013

2 1 2水量和杂质的质量衡算013

2 2水源与水阱014

2 3极限水数据014

2 4极限水曲线与极限水复合曲线015

2 4 1极限水曲线015

2 4 2极限水复合曲线016

2 5供水线与水夹点017

2 6用水单元的分解017

2 7废水直接回用、再生回用与再生循环018

2 7 1废水直接回用018

2 7 2废水再生回用018

2 7 3废水再生循环019

2 8图示法与数学规划法019

参考文献019

3单杂质废水直接回用水系统的水夹点技术020

3 1废水直接回用系统最小新鲜水目标的确定020

3 1 1图示法020

3 1 2问题表法020

3 2夹点的意义022

3 3废水直接回用水网络的设计022

3 3 1用水网络的描述022

3 3 2最大传质推动力法024

3 3 3最小匹配数法026

3 4改进的极限水曲线030

3 4 1具有水损失的用水过程030

3 4 2具有水生成的用水过程031

3 4 3具有多股水源进料的用水过程032

3 5同时确定直接回用水系统目标值和网络设计033

3 5 1单水源固定流率问题033

3 5 2单水源固定杂质负荷问题037

3 5 3多水源固定流率问题039

3 6多源水网络目标值的确定041

参考文献047

4单杂质废水再生循环水系统的水夹点法048

4 1废水再生循环系统最小新鲜水和再生水目标的确定048

4 1 1三种典型的用水系统048

4 1 2再生循环系统的最小新鲜水目标值049

4 1 3再生循环系统的最优再生后浓度050

4 1 4再生循环系统的最小再生水流率目标值053

4 1 5再生循环系统的最优再生浓度054

4 1 6再生后浓度对再生浓度的影响057

4 1 7最小再生水流率和最优再生浓度的计算公式059

4 1 8采用问题表法确定再生循环系统的目标值062

4 2废水再生循环水网络的设计063

4 3废水零排放理论及应用066

4 3 1不考虑水损失的零排放水系统066

4 3 2考虑水损失的零排放水系统067

4 3 3某氧化铝厂水系统零排放分析073

4 4改进问题表法确定多水源再生循环水网络目标值076

4 5总水网络合成079

4 5 1同时确定再生循环水网络目标值和网络设计079

4 5 2确定最小处理流率目标值082

4 5 3总水网络合成步骤084

4 5 4案例分析085

参考文献090

5单杂质废水再生回用水系统的水夹点法092

5 1完全再生回用与部分再生回用092

5 2用水系统1的优化092

5 3用水系统2的优化095

5 4用水系统3的优化096

5 5通用计算公式098

5 6问题表法099

5 7废水再生回用水网络的设计100

参考文献104

6多杂质废水直接回用的最优常规水网络105

6 1概述105

6 2废水直接回用常规水网络的超结构105

6 3单杂质水系统的设计方法106

6 3 1有关定义106

6 3 2最优性必要条件106

6 3 3算法设计107

6 4单杂质系统与多杂质系统的比较108

6 5多杂质水系统的数学规划法109

6 5 1非线性数学模型109

6 5 2数学模型的求解110

6 6考虑最简网络结构的水系统集成113

6 6 1优化新鲜水用量113

6 6 2优化连接数114

6 6 3数学模型的求解116

6 6 4实例116

6 7考虑系统结构柔性的水系统集成117

6 7 1水网络柔性的评价指标118

6 7 2水网络系统的柔性化合成方法118

6 7 3实例研究119

6 8考虑不确定性的水系统集成122

6 8 1水网络的扰动工况及其超结构122

6 8 2考虑不确定性的用水网络的优化设计步骤123

6 8 3模型的求解126

6 8 4实例分析126

参考文献133

7多杂质废水再生循环的最优常规水网络134

7 1概述134

7 2废水再生循环常规水网络的超结构134

7 2 1用水单元的假定134

7 2 2再生循环网络的超结构134

7 3废水再生循环常规水网络的数学模型135

7 3 1优化新鲜水用量135

7 3 2优化再生水流率137

7 3 3优化杂质再生负荷138

7 4实例研究139

参考文献144

8多杂质废水再生回用的最优常规水网络145

8 1概述145

8 2用水单元分解对水系统的影响146

8 2 1用水单元按质量负荷分解146

8 2 2用水单元按浓度区间分解147

8 2 3分解对再生回用水系统的影响147

8 3废水再生回用常规水网络的超结构149

8 4废水再生回用常规水网络优化的数学模型150

8 4 1新鲜水流率的优化150

8 4 2再生水流率的优化152

8 4 3再生杂质负荷的优化152

8 4 4模型的应用153

8 5实例分析153

参考文献162

9具有中间水道的水网络集成163

9 1具有中间水道水网络结构的提出及特点163

9 1 1常规水网络存在的问题163

9 1 2具有中间水道水网络的结构163

9 1 3具有中间水道水网络的特点164

9 2废水直接回用水网络的数学规划法164

9 2 1水网络的超结构164

9 2 2数学优化模型的建立165

9 2 3实例167

9 3多杂质单中间水道用水网络的简化设计方法173

9 3 1中间水道浓度的确定173

9 3 2各用水单元节水因子的计算178

9 3 3各单元进水流率分配179

9 3 4实例180

9 4基于经验规则的网络调优设计方法181

9 4 1问题的提出181

9 4 2调优设计的步骤与方法182

9 4 3实例188

9 5废水再生循环水网络195

9 5 1水网络结构195

9 5 2水网络的超结构196

9 5 3数学优化模型的建立197

9 5 4实例199

9 6具有中间水道的再生循环水网络的简化设计方法201

9 6 1再生浓度的确定201

9 6 2简化设计方法203

9 6 3实例204

9 7废水再生回用水网络205

9 7 1一般优化模型206

9 7 2考虑单元分解的中间水道再生回用水网络优化211

9 7 3单元并联分解的数学模型211

9 7 4单元串联分解的数学模型215

9 8混合结构水网络218

9 8 1具有混合结构的水回用网络与超结构219

9 8 2数学优化模型的建立220

9 8 3实例222

参考文献228

10通过改变工艺节水减排229

10 1概述229

10 2极限浓度改变的方向分析229

10 2 1增大跨越夹点单元的进出口浓度230

10 2 2减小跨越夹点单元的进出口浓度230

10 2 3改变夹点左侧单元的进出口浓度232

10 2 4改变夹点右侧单元的进出口浓度232

10 3杂质负荷改变的方向分析233

10 3 1减小夹点左侧用水单元的杂质负荷233

10 3 2减小夹点右侧用水单元的杂质负荷233

10 4节水工艺的采用235

10 4 1空冷代替水冷235

10 4 2汽化冷却与水冷却235

10 4 3干法熄焦与湿法熄焦236

参考文献236

11水系统集成优化的工业应用实例237

11 1水中杂质种类与极限浓度的确定237

11 2某氯碱厂水系统集成优化238

11 2 1现行水系统概况238

11 2 2现行水系统用水状况分析238

11 2 3水系统集成优化方案240

11 2 4节水成效243

11 3某催化剂厂水系统集成优化243

11 3 1现行水系统概况243

11 3 2初始水网络的生成245

11 3 3废水回用方案的可行性实验245

11 3 4实验结果分析246

11 4某炼油厂水系统集成优化248

11 4 1现行水系统概况248

11 4 2现行水系统用水状况分析249

11 4 3水系统集成优化方案249

11 5某合成氨厂水系统集成优化253

11 5 1现行水系统概况253

11 5 2现行水系统用水状况分析254

11 5 3水系统集成优化方案255

11 6某氧化铝厂水系统集成优化261

11 6 1现行水系统概况261

11 6 2水系统集成优化方案262

11 7某造纸厂水系统集成优化267

11 7 1现行水系统概况267

11 7 2关键杂质浓度的测定268

11 7 3水系统集成优化方案268

11 8某啤酒厂水系统集成优化273

11 8 1现行水系统概况273

11 8 2现行水系统用水状况分析273

11 8 3水系统集成优化方案274

11 8 4对水系统进行直接水回用的分析277

11 8 5考虑直接水回用的节水成效279

参考文献279

12间歇用水网络的集成与优化280

12 1概述280

12 2间歇用水网络的特点及其集成方法280

12 2 1间歇用水网络的特点280

12 2 2间歇用水系统的缓冲储罐281

12 2 3间歇用水系统的再生循环与再生回用282

12 2 4间歇用水系统的调度优化282

12 3间歇用水系统操作周期的优化283

12 3 1概述283

12 3 2问题的描述283

12 3 3用水系统的超结构模型284

12 3 4数学规划模型284

12 3 5计算实例285

12 4废水直接回用的间歇用水网络优化288

12 4 1具有中央储罐的间歇用水网络288

12 4 2数学规划模型288

12 4 3单杂质用水网络的实例290

12 4 4多杂质用水网络的实例293

12 5间歇用水系统与集中再生单元的协调优化295

12 5 1问题的提出295

12 5 2超结构模型296

12 5 3间歇用水网络中时间节点的划分296

12 5 4新鲜水量、再生水流率和储罐容积的最小化297

12 5 5计算实例302

12 6多杂质间歇用水系统的并联连续再生循环305

12 6 1问题的提出305

12 6 2超结构模型305

12 6 3数学规划模型306

12 6 4计算实例309

12 7间歇用水系统的近优化运行与操作窗口312

12 7 1操作窗口312

12 7 2间歇用水的操作窗口及其获取方法313

12 7 3计算实例314

参考文献316

13市政用水网络的集成与优化317

13 1市政用水节水概述317

13 2市政用水网络的特点318

13 3市政用水网络的集成优化模型319

13 3 1城市区域水回用网络的特点与用水单元的超结构319

13 3 2半连续的间歇用水单元水回用网络优化模型320

13 4市政用水网络优化的实例321

13 4 1用水时段的划分321

13 4 2用水单元极限数据的获得322

13 4 3模型的求解结果与分析325

参考文献325

14作为能量载体的用水系统优化327

14 1通过能量系统优化减少蒸汽和冷却水用量327

14 2冷却器网络的优化327

14 2 1循环水系统及并联设计的冷却器网络327

14 2 2串联设计的冷却器网络的最优化的夹点法329

14 2 3循环冷却水最小目标值的确定331

14 2 4采用水夹点法设计最大回用冷却器网络336

14 2 5无夹点时冷却水网络的设计339

14 2 6采用数学规划法设计循环冷却水网络342

14 2 7具有中间水道的循环水网络结构347

14 3冷凝水的回收349

14 4改直流水为循环水350

14 5循环水的节水措施351

14 5 1减少循环水在循环过程中的损失351

14 5 2合理控制循环水温升351

14 5 3循环水循环倍率的合理确定352

14 5 4循环水的混合补水方式352

参考文献353

15考虑能量性能的水系统集成354

15 1问题的提出354

15 2换热网络的超结构及约束条件354

15 3水系统与能量系统同步优化的多目标规划数学模型356

15 3 1总新鲜水用量为主目标356

15 3 2公用工程用量为主目标357

15 3 3以系统经济性为总目标358

15 3 4水系统与能量系统同步优化计算实例359

15 4具有较好能量特性的水网络的特点359

15 4 1水网络能量性能差异的物理原因分析360

15 4 2具有较好能量性能的水网络的特性362

15 5具有较好能量性能的初始水网络的生成362

15 6水网络能量性能的调优365

15 6 1非等温混合对网络能量性能的影响365

15 6 2以不增加公用工程量为目标的混合规则366

15 6 3具体调优方法368

15 7具有较好能量特性的水网络设计实例368

15 7 1利用改进后的水网络模型和换热网络模型相结合方法369

15 7 2利用改进后的具有较优能量特性的水网络模型方法372

参考文献373

16废水的再生处理技术374

16 1废水的特性与再生处理374

16 1 1废水的特性374

16 1 2废水的再生处理方法与分级376

16 1 3废水处理流程的确定376

16 2废水的再生处理方法378

16 2 1物理法378

16 2 2化学法381

16 2 3 物理化学法384

16 2 4生物法386

参考文献389

附录390

A水系统集成优化对水平衡测试和水质调查的要求390

A 1水平衡测试和水质调查的重要性390

A 2水平衡测试表390

A 2 1水的分类与定义390

A 2 2水平衡测试表391

A 2 3水平衡测试表的填写说明391

A 3水质调查与估计394

A 3 1企业中需测试水质的水流股394

A 3 2水质的预估394

A 3 3极限水数据估计的简化方法394

A 3 4水质调查表394

B《用水网络设计与优化》软件介绍395