[发明专利]一种基于废水零排放的工业水系统节水优化方法

说明书

本发明公开了一种基于废水零排放的工业水系统节水优化方法，以整个工业水系统为研究对象，根据不同的用水功能将工业水系统划分为若干个特定的用水子系统，通过构建基于各个用水子系统的供需水关系的水系统优化模型，以用水成本最小为目标进行优化配置，运用沃格尔法确定最优水量分配方案，实现了工业用水在经济、社会及生态效益上的最大化；针对工业系统中用新鲜水驱稀释单元用水及单元间配水成本消耗的问题，以及基于杂质负荷优化得到的用水网络难以实现等问题，构建了简化的水网络用水运输模型，按照各单元间的配水成本进行水量的分配，从而简化水系统优化过程的同时可以得到与当下用水系统更加贴合的水网结构。

技术领域

本发明属于节水优化技术领域，具体涉及一种基于废水零排放的工业水系统节水优化方法。

背景技术

2019年，全国工业用水量为1217.6亿m³，占到全国用水总量的20.2％，万元工业增加值用水量为38.4m³，超过了发达国家的两倍，与当前国际先进工业水平仍有较大的差距，废水零排放是通过工业水的循环使用、串级使用、处理再用，来实现工业污水的不外排，其根本目的是要提高工业用水的效率，进一步降低工业用水量，同时也是为了响应国家日益束紧的环保政策。

目前常规的用水网络的研究，主要集中在新鲜水用量优化方法上，包括水夹点法和数学规划法，在1980年国外学者就首次将数学规划方法用于工业用水系统的用水优化配置，以实现工业水的串级使用，之后Wang YP和Smith R对传质型用水网络提出了一种利用杂质负荷曲线和供水负荷曲线的夹点来确定最小新鲜水用量的办法——水夹点法(waterpink)。2002年，冯霄等首次将水夹点技术用于国内工业用水系统的分析中。针对水夹点方法在处理超结构水网络以及多杂质水系统优化问题中的不足，国内学者开展了多角度多层次的研究，不断地对水系统集成理论及方法进行完善。刘永健等针对单组分杂质用水和废水处理网络同步集成优化问题，以最小总操作费用为目标，建立了非线性规划模型进行求解。刘永忠等针对水系统集成优化中的新鲜水用量、用水系统的柔性和用水网络结构复杂程度三方面的目标，提出利用博弈理论对水网络优化方案分析的方法。丁力等为了解决优化后的水网结构复杂的问题，建立了冷却塔循环水量最小、流股数最少的多目标水系统优化模型，能够得到结构相对简单的用水网络。韩政针对循环冷却系统中回水重用问题，构建了最大回用冷却水为目标的水网优化模型。李爱红针对水网络中的多杂质问题，提出了具有再生单元的多杂质间歇过程用水水网络集成方法。

工业用水系统优化研究方面，前人主要围绕水质指标进行节水优化研究，弱化了各个用水单元的需水量以及排水量因素，单纯的从化工专业的角度去对水系统进行优化，得到的复杂水网络模型难于指导实践。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于废水零排放的工业水系统节水优化方法解决了现有的工业用水优化过程中，没有考虑各个用水单元的排水量及需水量因素，得到的复杂模型难以指导于实践的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于废水零排放的工业水系统节水优化方法，包括以下步骤：

S1、构建基于废水零排放理念的工业用水系统优化模型；

S2、确定工业用水系统优化模型的约束条件；

S3、基于约束条件，采用沃格尔法对工业用水系统优化模型进行优化求解，获得优化结果；

S4、根据优化结果对工业水系统中的用水路径进行调节，实现工业水系统节水优化。

进一步地，所述步骤S1中，构建的工业用水优化系统模型的目标函数为：