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主要符号表1

1绪论5

1.1水资源利用中的挑战与对策5

1.1.1水资源的危机5

1.1.2水资源的浪费7

1.1.3水污染的加剧7

1.1.4面临的挑战和对策8

1.2节水减排的技术途径9

1.3水系统集成的主要方法与技术10

参考文献12

2基本概念14

2.1用水单元模型14

2.1.1用水单元物理模型14

2.1.2水量和杂质的质量衡算14

2.2水源与水阱15

2.3极限水数据15

2.4极限水曲线与极限水复合曲线16

2.4.1极限水曲线16

2.4.2极限水复合曲线17

2.5供水线与水夹点17

2.6用水单元的分解18

2.7废水直接回用、再生回用与再生循环19

2.7.1废水直接回用19

2.7.2废水再生回用19

2.7.3废水再生循环19

2.8图示法与数学规划法20

参考文献20

3单杂质水系统的水夹点技术21

3.1废水直接回用系统最小新鲜水目标的确定21

3.1.1图示法21

3.1.2问题表法21

3.2夹点的意义23

3.3废水直接回用水网络的设计23

3.3.1用水网络的描述23

3.3.2最大传质推动力法25

3.3.3最小匹配数法26

3.4废水再生循环系统最小新鲜水和再生水目标的确定31

3.4.1三种典型的用水系统31

3.4.2再生循环系统的最小新鲜水目标值32

3.4.3再生循环系统的最优再生后浓度33

3.4.4再生循环系统的最小再生水流率目标值36

3.4.5再生循环系统的最优再生浓度37

3.4.6再生后浓度对再生浓度的影响40

3.4.7最小再生水流率和最优再生浓度的计算公式42

3.4.8采用问题表法确定再生循环系统的目标值45

3.5废水再生循环水网络的设计46

3.6废水再生回用系统最小新鲜水和再生水目标的确定49

3.6.1完全再生回用与部分再生回用49

3.6.2用水系统1的优化50

3.6.3用水系统2的优化52

3.6.4用水系统3的优化53

3.6.5通用计算公式55

3.6.6问题表法56

3.7废水再生回用水网络的设计57

参考文献61

4废水直接回用的最优常规水网络63

4.1概述63

4.2废水直接回用常规水网络的超结构63

4.3单杂质水系统的设计方法64

4.3.1有关定义64

4.3.2最优性必要条件64

4.3.3算法设计65

4.4单杂质系统与多杂质系统的比较65

4.5多杂质水系统的数学规划法67

4.5.1非线性数学模型67

4.5.2数学模型的求解68

4.6考虑最简网络结构的水系统集成70

4.6.1优化新鲜水用量71

4.6.2优化连接数72

4.6.3数学模型的求解73

4.6.4实例73

4.7考虑系统结构柔性的水系统集成75

4.7.1水网络柔性的评价指标75

4.7.2水网络系统的柔性化合成方法76

4.7.3实例研究77

4.8考虑不确定性的水系统集成79

4.8.1水网络的扰动工况及其超结构79

4.8.2考虑不确定性的用水网络的优化设计步骤80

4.8.3模型的求解83

4.8.4实例分析84

参考文献90

5废水再生循环的最优常规水网络92

5.1概述92

5.2废水再生循环常规水网络的超结构92

5.2.1用水单元的假定92

5.2.2再生循环网络的超结构92

5.3废水再生循环常规水网络的数学模型93

5.3.1优化新鲜水用量93

5.3.2优化再生水流率95

5.3.3优化杂质再生负荷96

5.4实例研究97

参考文献101

6废水再生回用的最优常规水网络103

6.1概述103

6.2用水单元分解对水系统的影响103

6.2.1用水单元按质量负荷分解104

6.2.2用水单元按浓度区间分解104

6.2.3分解对再生回用水系统的影响105

6.3废水再生回用常规水网络的超结构107

6.4废水再生回用常规水网络优化的数学模型108

6.4.1新鲜水流率的优化108

6.4.2再生水流率的优化109

6.4.3再生杂质负荷的优化110

6.4.4模型的应用110

6.5实例分析111

参考文献120

7具有中间水道的水网络集成121

7.1具有中间水道水网络结构的提出及特点121

7.1.1常规水网络存在的问题121

7.1.2具有中间水道水网络的结构121

7.1.3具有中间水道水网络的特点122

7.2废水直接回用水网络的数学规划法122

7.2.1水网络的超结构122

7.2.2数学优化模型的建立123

7.2.3实例125

7.3多杂质单中间水道用水网络的简化设计方法131

7.3.1中间水道的浓度的确定131

7.3.2各用水单元节水因子的计算136

7.3.3各单元进水流率分配137

7.3.4实例137

7.4基于经验规则的网络调优设计方法139

7.4.1问题的提出139

7.4.2调优设计的步骤与方法139

7.4.3实例146

7.5废水再生循环水网络153

7.5.1水网络结构153

7.5.2水网络的超结构154

7.5.3数学优化模型的建立155

7.5.4实例157

7.6具有中间水道的再生循环水网络的简化设计方法159

7.6.1再生浓度的确定159

7.6.2简化设计方法161

7.6.3实例162

7.7废水再生回用水网络163

7.7.1一般优化模型164

7.7.2考虑单元分解的中间水道再生回用水网络优化169

7.7.3单元并联分解的数学模型169

7.7.4单元串联分解的数学模型173

7.8混合结构水网络176

7.8.1具有混合结构的水回用网络与超结构177

7.8.2数学优化模型的建立178

7.8.3实例180

参考文献185

8通这改变工艺节水减排187

8.1概述187

8.2极限浓度改变的方向分析187

8.2.1增大跨越夹点单元的进出口浓度187

8.2.2减小跨越夹点单元的进出口浓度188

8.2.3改变夹点左侧单元的进出口浓度190

8.2.4改变夹点右侧单元的进出口浓度190

8.3杂质负荷改变的方向分析191

8.3.1减小夹点左侧用水单元的杂质负荷191

8.3.2减小夹点右侧用水单元的杂质负荷191

8.4节水工艺的采用193

8.4.1空冷代替水冷193

8.4.2汽化冷却与水冷却193

8.4.3干法熄焦与湿法熄焦194

参考文献194

9水系统集成优化的工业应用实例195

9.1水中杂质种类与极限浓度的确定195

9.2某氯碱厂水系统集成优化196

9.2.1现行水系统概况196

9.2.2现行水系统用水状况分析197

9.2.3水系统集成优化方案198

9.2.4节水成效201

9.3某催化剂厂水系统集成优化201

9.3.1现行水系统概况201

9.3.2初始水网络的生成202

9.3.3废水回用方案的可行性实验203

9.3.4实验结果分析204

9.4某炼油厂水系统集成优化206

9.4.1现行水系统概况206

9.4.2现行水系统用水状况分析206

9.4.3水系统集成优化方案207

9.5某合成氨厂水系统集成优化211

9.5.1现行水系统概况211

9.5.2现行水系统用水状况分析211

9.5.3水系统集成优化方案213

9.6某氧化铝厂水系统集成优化219

9.6.1现行水系统概况219

9.6.2水系统集成优化方案220

9.7某造纸厂水系统集成优化225

9.7.1现行水系统概况225

9.7.2关键杂质浓度的测定226

9.7.3水系统集成优化方案226

9.8某啤酒厂水系统集成优化231

9.8.1现行水系统概况231

9.8.2现行水系统用水状况分析231

9.8.3水系统集成优化方案232

9.8.4对水系统进行直接水回用的分析236

9.8.5考虑直接水回用的节水成效237

参考文献238

10市政用水网络的集成与优化239

10.1市政用水节水概述239

10.2市政用水网络的特点240

10.3市政用水网络的集成优化模型241

10.3.1城市区域水回用网络的特点与用水单元的超结构241

10.3.2半连续的间歇用水单元水回用网络优化模型241

10.4市政用水网络优化的实例243

10.4.1用水时段的划分243

10.4.2用水单元极限数据的获得243

10.4.3模型的求解结果与分析246

参考文献247

11作为能量载体的用水系统优化248

11.1通过能量系统优化减少蒸汽和冷却水用量248

11.2换热器网络的优化248

11.2.1循环水系统及并联设计的换热器网络248

11.2.2串联设计的换热器网络的最优化249

11.2.3具有中间水道的循环水网络结构258

11.3冷凝水的回收261

11.4改直流水为循环水262

11.5循环水的节水措施262

11.5.1减少循环水在循环过程中的损失262

11.5.2合理控制循环水温升263

11.5.3循环水循环倍率的合理确定263

11.5.4循环水的混合补水方式264

参考文献264

12考虑能量性能的水系统集成265

12.1问题的提出265

12.2换热网络的超结构及约束条件265

12.3水系统与能量系统同步优化的多目标规划数学模型266

12.3.1总新鲜水用量为主目标267

12.3.2公用工程用量为主目标268

12.3.3以系统经济性为总目标268

12.3.4水系统与能量系统同步优化计算实例269

12.4具有较好能量特性的水网络的特点270

12.4.1水网络能量性能差异的物理原因分析270

12.4.2具有较好能量性能的水网络的特性272

12.5具有较好能量性能的初始水网络的生成273

12.6水网络能量性能的调优275

12.6.1非等温混合对网络能量性能的影响275

12.6.2以不增加公用工程量为目标的混合规则277

12.6.3具体调优方法278

12.7具有较好能量特性的水网络设计实例279

12.7.1利用改进后的水网络模型和换热网络模型相结合方法279

12.7.2利用改进后的具有较优能量特性的水网络模型方法282

参考文献283

13废水的再生处理技术285

13.1废水的特性与再生处理285

13.1.1废水的特性285

13.1.2废水的再生处理方法与分级286

13.1.3废水处理流程的确定287

13.2废水的再生处理方法289

13.2.1物理法289

13.2.2化学法292

13.2.3物理化学法295

13.2.4生物法297

参考文献300

附录301

A水系统集成优化对水平衡测试和水质调查的要求301

A.1水平衡测试和水质调查的重要性301

A.2水平衡测试表301

A.2.1水的分类与定义301

A.2.2水平衡测试表302

A.2.3水平衡测试表的填写说明302

A.3水质调查与估计305

A.3.1企业中需测试水质的水流股305

A.3.2水质的预估305

A.3.3极限水数据估计的简化方法305

A.3.4水质调查表305

B《用水网络设计与优化》软件介绍305