水系统集成优化:节水减排的系统综合方法

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

《水系统集成优化》的第一版于2008年1月正式出版，受到了来自国内大专院校、科研院所和企业的广泛关注。在化学工业出版社的大力支持下，该书于2010年10月获得了中国石油和化学工业联合会所颁发的"中国石油和化学工业科学技术奖科技进步一等奖"。

随着水系统集成技术的发展和我们研究工作的拓展与深入，希望为读者系统地介绍水系统集成优化的技术前沿和最新进展。因此，在该书第一版的基础上，我们进行了补遗、修订和撰写工作，并调整了部分章节的内容编排，特别是在改进极限水侧形的水网络优化、多水源直接回用和再生循环水系统目标和网络确定、总水网络合成、间歇用水网络的集成以及循环水系统的最优设计等方面进行了有益扩充，使得水系统集成理论、方法与应用的体系和内容更加完整，主要内容也从第一版的13章扩充到了第二版的16章，汇集成了《水系统集成优化》第二版。

本书力图从图示法和数学规划方法两个方面系统阐释水系统集成与优化技术的优化原理和计算技术，使读者能够理解和掌握水系统集成技术的基本原理和应用方法。在介绍了各种优化方法之后，都辅以相应的实例或工程案例来详细阐明其工程应用。因而，本书不仅可以作为水系统集成优化的教科书，还适用于入门研究、工业实践和继续教育的课程。

《水系统集成优化》第二版的具体结构如下:

第1章介绍了水资源的利用现状和水系统集成的主要方法与技术。

第2章阐述了水系统集成方法中涉及的基本概念，为读者顺利理解水系统集成理论和方法提供帮助。

第3章阐述了水夹点方法在单杂质水系统优化中的应用，重点补充了极限水侧形改进的优化方法以及多水源网络目标的确定和网络的设计方法。

第4章阐述了单杂质废水再生循环水系统的水夹点法，补充了改进的问题表法以确定多水源再生循环水网络的目标值，阐述了总水网络的合成方法。

第5章阐述了单杂质废水再生回用水系统的水夹点法。

第6章阐述了多杂质废水直接回用水系统的最优常规水网络设计方法，并着重介绍了水网络结构的简化、水网络结构的柔性和考虑不确定性的水系统集成方法。

第7章阐述了多杂质废水再生循环的最优常规水网络设计方法。

第8章阐述了多杂质废水再生回用的最优常规水网络设计方法。

第9章系统地阐述了具有中间水道的水网络的集成和优化方法。

第10章介绍了通过改变工艺进行节水减排的方法，以及通过图像进行表征的方法。

第11章通过炼油、化工、冶金、造纸和食品行业水系统优化的实例，阐述了水系统集成优化方法在工业中的应用。

第12章阐述了间歇用水系统集成优化的方法，重点介绍了中央储罐、中央废水处理和间歇操作周期的优化方法。

第13章以市政用水系统优化为例，阐述了半连续的间歇用水系统优化方法。

第14章介绍了作为能量载体的用水系统优化，着重阐述了循环冷却水系统的优化方法。

第15章考虑水系统的能量性能，介绍了在水系统集成时综合考虑能量性能的优化方法，重点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。

第16章简要介绍了目前现有的废水再生处理技术。

水系统集成优化:节水减排的系统综合方法 [平装]

~ 冯霄 (作者), 等 (作者)

出版社: 化学工业出版社; 第2版 (2012年5月1日)

平装: 395页

正文语种: 简体中文

开本: 16

ISBN: 9787122134141, 7122134148

条形码: 9787122134141

商品尺寸: 25.8 x 18.4 x 2 cm

商品重量: 581 g

《水系统集成优化:节水减排的系统综合方法(第2版)》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。