水系统集成优化 内容简介

水系统集成技术是20世纪80年代再现，到90年代中期发展起来的可实现用水系统节水减排的一种重要的新方法。该方法可用于现有用水系统的分析、新用水系统的设和现有用水系统的改造。本快步仅可作为工程技术人员节水减排的参考书，也可作为化工、环境和土木及其相关专业学生的教材。
作者从2000年开始涉足水系统集成的理论研究与应用开发工作。在理论研究方面，在前人研究工作的基础上．使水系统集成的理论和方法更趋于系统、完善和深入。在实际应用方面．将该技术从石化、化工行业进一步推广到更广泛的过程工业，例如冶金、造纸、食品行业等。
本书系统介绍了水系统集成的理论、方法及应用。介绍了单杂质水系统基于图示法的水夹点技术和常规水网络的废水直接目用系统的数学规划方法，并给出了考虑网络结构、网络柔性及不确定性等园素时的集成策略。阐述了具有常规农网络的废水再生循环和再生回用系统的优化方法。详细阐述了具有中间水道的水阿络结构的水系统集成优化新方法，并给出了废水直接日用系统、废水再生循环系统和废水再生回用系统的数学规划方法以及调优策略。
通过水夹点图分析了如何合理设置节水工艺以取得进一步节水减排效果的方法。结合作者的理论研究与工业实践，给出了八个水系统集成优化的工业应用实例；作者还将水系统集成技术应用于市政用水网络的集成优化中。阐述了考虑作为能量载体的蒸汽和循环冷却水的节约方法．阐述了水系统与能量系统同步优化的多目标规划数学方法和实例分析方法。*后简要介绍了一些典型的废水再生或处理技术。
本书不仅可作为工程技术人员节水减排的参考书，也可作为化工、环境和土木及其相关专业学生的教材。

水系统集成优化 本书特色

水系统集成技术是20世纪80年代出现，到90年代中期发展起来的可实现用水系统节
水减排的一种重要的新方法。该方法可用于现有用水系统的分析、新用水系统的设计和现有
用水系统的改造。
作者从2000年开始涉足水系统集成的理论研究与应用开发工作。在理论研究方面，在
前人研究工作的基础上，使水系统集成的理论和方法更趋于系统、完善和深入。在实际应用
方面，将该技术从石化、化工行业进一步推广到更广泛的过程工业，例如冶金、造纸、食品
行业等。
本书系统介绍了水系统集成的理论、方法及应用。介绍了单杂质水系统基于图示法的水
夹点技术和常规水网络的废水直接回用系统的数学规划方法，并给出了考虑网络结构、网络
柔性及不确定性等因素时的集成策略。阐述了具有常规水网络的废水再生循环和再生回用系
统的优化方法。详细阐述了具有中间水道的水网络结构的水系统集成优化新方法，并给出了
废水直接回用系统、废水再生循环系统和废水再生回用系统的数学规划方法以及调优策略。
通过水夹点图分析了如何合理设置节水工艺以取得进一步节水减排效果的方法。结合作者的
理论研究与工业实践，给出了八个水系统集成优化的工业应用实例。作者还将水系统集成技
术应用于市政用水网络的集成优化中。阐述了考虑作为能量载体的蒸汽和循环冷却水的节约
方法；阐述了水系统与能量系统同步优化的多目标规划数学方法和实例分析方法。*后简要
介绍了一些典型的废水再生或处理技术。
本书不仅可作为工程技术人员节水减排的参考书，也可作为化工、环境和土木及其相关
专业学生的教材。

水系统集成优化 目录

主要符号表
1绪论
1.1水资源利用中的挑战与对策
1.1.1水资源的危机
1.1.2水资源的浪费
1.1.3水污染的加剧
1.1.4面临的挑战和对策
1.2节水减排的技术途径
1.3水系统集成的主要方法与技术
参考文献
2基本概念
2.1用水单元模型
2.1.l用水单元物理模型
2.1.2水量和杂质的质量衡算
2.2水源与水阱
2.3极限水数据
2.4极限水曲线与极限水复合曲线
2.4.1极限水曲线
2.4.2极限水复合血线
2.5供水线与水夹点
2.6用水单元的分解
2.7废水直接回用、再生回用与再生循环
2.7.1废水直接回用
2.7.2废水再生回用
2.7.3废水再生循环
2.8图示法与数学规划法
参考文献
3单杂质水系统的水夹点技术
3.1废水直接回用系统*小新鲜水目标的确定
3.1.1图示法
3.1.2同题表法
3.2夹点的意义
3.3废水直接回用水网络的设计
3.3.1用水网络的描述
3.3.2*大传质推动力法
3.3.3*小匹配数法
3.4废水再生循环系统*小新鲜水和再生水目标的确定
3.4.1三种典型的用水系统
3.4.2再生循环系统的*小新鲜水目标值
3.4.3再生循环系统的*优再生后浓度
3.4.4再生循环系统的*小再生水流率目标值
3.4.5再生循环系统的*优再生浓度
3.4.6再生后浓度对再生浓度的影响
3.4.7*小再生水流率和*优再生浓度的计算公式
3.4.8采用问题表法确定再生循环系统的目标值
3.5废水再生循环水网络的设计
3.6废水再生回用系统*小新鲜水和再生水目标的确定
3.6.1完全再生回用与部分再生回用
3.6.2用水系统1的优化
3.6.3用水系统2的优化
3.6.4用水系统3的优化
3.6.5通用计算公式
3.6.6问题表法
3.7废水再生回用水网络的设计
参考文献
4废水直接回用的*优常规水网络
4.1概述
4.2废水直接回用常规水网络的超结构
4.3单杂质水系统的设计方法
4.3.1有关定义
4.3.2*优性必要条件
4.3.3算法设计
4.4单杂质系统与多杂质系统的比较
4.5多杂质水系统的数学规划法
4.5.1非线性数学模型
4.5.2数学模型的求解
4.6考虑*简网络结构的水系统集成
4.6.1优化新鲜水用量
4.6.2优化连接数
4.6.3数学模型的求解
4.6.4实例
4.7考虑系统结构柔性的水系统集成
4.7.1水网络垂性的评价指标
4.7.2水网络系统的柔性化合成方法
……
5废不再生循环的*优常规水网络
6废水再生回用的*优常规水网络
7具有中间水道网络集成
8通过改变工艺节水减排
9水系统集成优化的工业应用实例
10市政用水网络的集成与优化
11作为能量载体的用水系统优化
12考虑能量性能的水系统集成
13废水的再生处理技术
附录

水系统集成优化 节选

资源与能源的消耗和浪费是目前国际工业界面临的重要挑战之一。水资源的高效综
合利用和工业废水减排是中国工业节水工作的当务之急。
长期以来，水作为工业废弃物和废热的载体，工业界一直将其看作是一种低值商品。然
而，在地球淡水资源总量基本保持不变的前提下，世界人口在20世纪增长了近3倍，淡水
消耗量增加了约6倍．，工业用水增加了26倍，水资源短缺的问题日益严重。同时，工业和
城市化的迅猛发展导致废水排放和污染又吞食了大量可供人类利用的水资源。目前全世界可
供人类使用总量1/3的淡水资源受到污染，水资源利用和环境污染的矛盾日益突出。水资源
利用和废水排放不仅影响工业和城市的发展，也成为制约国民经济和社会可持续发展的主要
因素之一。
化工、冶金、能源、轻工、食品和制药等过程工业和城市用水是水资源的需求大户，同
时也是废水产生和排放的主要源头。常规的工业和城市用水节水策略主要通过直观定性分
析，通常是着眼于单个用水过程、器具或局部用水网络，通过改进单个和局部的用水过程达
到节水的目的。这种基于局部和定性的方法只能达到有限的节水要求，不能使整个用水系统
的水资源利用和废水的重复再利用达到*优。而水系统的集成优化技术是将整个用水系统视
为一个有机的整体，系统和综合地合理分配各用水过程的水量和水质，通过定量计算使全系
统的水重复利用率达到*大*优，同时使废水的排放量达到*小*优。水系统集成优化技术
可以在现有水处理和水利用技术条件下使用水系统取得*大的节水效果和经济效益。
水系统的集成优化技术是20世纪80年代出现，到9O年代中期发展起来的可实现用水
系统节水减排的一种重要的新方法。该方法可用于现有用水系统的分析、新用水系统的设计
和现有用水系统的改造。
本书作者自2000年起涉足水系统集成优化技术的理论研究与工业应用。在理论研究方
面，在前人研究工作的基础上，使水系统集成的理论和方法更趋于系统、完善和深入；在实
际应用方面，开展了深入系统的研究和开发工作，已将该技术成功地应用于国内大型炼油、
石化和化工企业的节水优化中，取得了显著的社会效益和经济效益。自2000年以来，先后
在齐鲁石化公司、兰州石化公司、乌鲁木齐石化公司、辽阳石化公司、锦州石化公司、锦西
石化公司、大庆石化公司、陕西渭河煤化工集团公司和西安西化热电化工公司等二十余家国
内大型企业开展了卓有成效的节水改造研究项目。以齐鲁石化公司用水优化项目为例，针对
该公司的烯烃厂和氯碱厂进行水系统的集成优化，取得了节约新鲜水301万吨／年，减少污
水排放量301万吨／年的节水减排效益，直接经济效益达1043．66万元／年。水系统集成技术
已经从石化和化工行业推广到更广的过程工业(例如冶金、造纸、食品行业等)和城市用水
系统。本书是作者在此方面理论研究和开发应用工作的总结。
本书系统介绍了水系统集成的理论、方法与应用，具体结构如下。
第1章介绍了节水减排的意义和技术途径以及水系统集成的主要方法与技术。
第2章给出了水系统集成方法中的一些基本概念，使读者易于理解后面章节的内容。
第3章介绍了单杂质水系统中基于图示法的水夹点技术，包括废水直接回用、废水再生
循环、废水再生回用系统目标值的确定和网络的设计方法。
第4章针对具有常规水网络的废水直接回用系统，基于数学规划模型，给出了考虑网络
结构、网络柔性及不确定性等因素时的集成策略。
第5章针对具有常规水网络的废水再生循环系统，基于数学规划模型，分析了各参数对
*优结果的影响。
第6章针对具有常规水网络的废水再生回用系统，基于数学规划模型，通过实例给出计
算和分析方法。
第7章提出具有中间水道的水网络结构，并给出废水直接回用系统、废水再生循环系统
和废水再生回用系统的超结构和数学规划模型以及调优的策略。
第8章通过水夹点图示法阐述了合理设置节水工艺以取得进一步节水减排效果的分析
方法。
第9章阐述了八个水系统集成优化方法的工业应用实例。
第10章阐述了水系统集成技术在市政用水网络优化中的理论和应用。
第11章阐述了作为能量载体的蒸汽和循环冷却水的节水方法。
第12章阐述了水系统与能量系统同步优化的多目标规划数学模型和计算分析实例。
第13章简单介绍了废水再生或处理技术。
本书的编写分工为：
第1章：刘永忠、冯霄；
第2章：冯霄；
第3章：冯霄；
第4章：冯霄、刘永忠、沈人杰；
第5章：冯霄；
第6章：冯霄；
第7章：冯霄、沈人杰、刘永忠；
第8章：冯霄；
第9章：冯霄；
第10章：刘永忠；
第11章：冯霄、沈人杰；
第12章：冯霄；
第13章：王黎；
附录：刘永忠、沈人杰。
本书不仅可作为工程技术人员节水减排的参考书，也可作为化工、环境和土木及其相关
专业学生的教材。
本书的工作得到了王斌硕士、曹殿良硕士、郑雪松硕士、白洁硕士、马航硕士、李育才
硕士、王会民硕士、王宁生硕士、段海涛硕士、张进治硕士、张镇硕士、钱锋硕士等人的帮
助，特此致谢。
本书的工作还得到国家自然科学基金(20376066和20436040)的资助，在此表示感谢。
由于作者学识有限，书中难免有不妥之处，恳请读者批评指正，以利日后之修订。
著者
2008．1