[发明专利]一种具有分布式性质调级器水网络设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有分布式性质调级器水网络设计方法，属于技术领域。

背景技术

我国是一个水资源紧缺的国家，随着工业的发展，工业排放废水对环境的污染日趋严重，造成我国水资源日趋紧张，如何最大化减少新鲜水用量和降低废水排放量已成为人们关注的焦点。

在传统的水网络设计中，往往以流股中杂质浓度作为控制物料回用的限制因素。然而，废水回用问题并不是仅仅由化学组分的浓度控制（例如，油含量，硫化物，氨氮，悬浮物，氯离子，硫酸根离子，总铁，挥发酚），还取决于其他物理化学性质（温度，pH值、浊度NTU，电导率，总硬度（以CaCO₃计），总碱度（以CaCO₃计），化学耗氧量COD，等），此外，环境法规包括一些性质的限制（例如pH值、颜色、毒性、化学耗氧量COD、臭氧消耗能力等）。

CN02114597基于中间水道杂质浓度确定的方法及水网络：公开了一种基于中间水道杂质浓度确定的方法及水网络，通过在网络中设置中间水道避免了用水单元之间直接相连，简化了水网络的设计与控制，得到了具有较大弹性的网络结构。其中采取浓度的约束的方法不适用于实际的具有性质约束的生产过程，而且没有引入再生过程（即浓度调整过程）。CN200410026101.2具有两级水道的循环冷却水网络结构及设计方法：采用两级循环水道，确定温度较高的循环水道的最优温度，能够减少循环水用量，简化循环冷却水网络的设计与控制，得到具有较大弹性的网络结构。该发明针对循环冷却水系统，也仅仅在于增强网络的弹性，并不适用于通用的水网络的设计。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种具有分布式性质调级器水网络设计方法。

一种具有分布式性质调级器水网络设计方法，包括：

步骤1)、确定目标系统的水源水阱；

步骤2)、根据各用水设备（水阱）对水质的要求，选择关键的物理化学性质；

步骤3)、提取具有分布式性质调级器的水网络设计数据，提取的数据包括：

根据用水设备（水阱）的用水要求，用水过程中每个水阱SK约束数据，包括进口流率的上界和下界限制，污染物c的浓度上界和下界约束，其他物理化学性质p的上界和下界约束;

确定用水过程中每个水源SR的出口流率污染物c的浓度和其他物理化学性质

每个新鲜水源具有一定的组分浓度和其他物理化学性质

环保法规对污水排放的组分浓度和其他物理化学性质的排放要求；

步骤4)、建立具有分布式性质调级器的水网络优化模型；其中所述水网络优化模型包括目标函数、约束条件和操作变量；

所述的水网络优化模型目标函数为最小化新鲜水流率；

步骤5)、求解具有分布式性质调节器的水网络优化模型；结合企业实际情况，并考虑其他物理化学性质约束，对初始的水网络进行调整，以获得最终的水网络结构；

步骤6)、考虑其他实际约束，对初始的水网络进行调整，以获得最终的水网络结构。

所述提取具有分布式性质调节器的水网络设计数，具体包括：每个水阱进口流率的上下界限制、污染物浓度上下界限制和其他物理化学性质的上下界限制数据;每个水源出口流率、污染物浓度和其他物理化学性质数据；新鲜水源组分浓度和其他物理化学性质；环保法规对污水排放的组分浓度和其他物理化学性质的排放要求。

所述建立具有分布式性质调节器的水网络优化模型，具体包括水网络优化模型的目标函数、约束条件和操作变量；

所述的水网络优化模型目标函数为最小化新鲜水流率；

所述的水网络优化模型约束条件包含每个新鲜水源出口流率平衡、每个过程水源的出口流率平衡、每个过程水阱进口流率平衡、每个水处理单元进口流率平衡、排放至环境中的污水总流率平衡以及每个过程水阱、水源、新鲜水和污水排放约束数据；

所述操作变量包括表示新鲜水源与环境、过程水阱及水处理单元之间流率和连接关系（0-1变量）；过程水源与环境、过程水阱及水处理单元之间流率和连接关系（0-1变量）；水处理单元与过程水阱、其他水处理单元及环境之间流率和连接关系（0-1变量）。

所述求解具有分布式性质调节器的水网络优化模型，具体包括利用混合整数非线性规划算法，获得初始的水网络目标值和网络结构。

所述水网络优化模型中包括浓度和其他物理化学性质的约束限制。

所获得水网络结构中水源和水阱通过分布式性质调级器相连接。