以迭代设计与物流衡算分析为基础优化具有再生过程的水网络

废水再生处理后再利用或循环利用可以最大限度地降低新鲜水用量和废水排放量，若再生浓度足够低，可以实现废水零排放，所以具有再生过程的水网络（简称再生水网络）的研究有着特殊的重要意义。本项目将进一步完善我们提出的迭代设计方法，使之适用于各种复杂的再生水网络设计；由物流衡算关系，研究由已知再生浓度下再生水目标值预测其它再生浓度下目标值的方法及再生浓度变化对夹点的影响，揭示再生水网络的实质，所得结果将极大地简化再生水网络目标值的计算，为网络优化研究提供有力支撑；在上述设计与分析的基础上以总费用最小为目标函数研究再生水网络优化。研究的体系包括：再生再利用、再生循环利用及既有再生再利用又有循环利用的多杂质水网络；首先研究有单个再生过程的系统，再研究有多个再生过程的系统。给出既有明确工程意义、又能有效解决再生水网络的设计、分析及优化的方法；开发相应计算机软件，使所得方法更好地应用于实践。

节水减排是解决我国水资源短缺问题的根本出路。水系统集成是节水减排的重要技术之一，通过全面考虑废水的再利用、再生回用和再生循环来同时达到节水、减排的目的。本项目研究了工业水系统集成，主要分为以下几个方面：（1）分布式废水处理体系设计。分布式废水处理系统集成的本质特征之一是通过最大程度地减少不必要的水流混合量而降低系统的总处理量。根据这一思想，提出了一种基于启发式规则的设计方法，解决处理单元有最大入口浓度限制的水处理网络集成问题。（2）具有再生单元的体系设计。具有两个再生单元的用水网络更加接近工业实际，且再生水用量较少，再生单元总负荷较低，从而降低总处理费用。（3）预测再生水网络的目标值。根据再生水夹点之下质量守恒和水流流率守恒，导出了一些数量关系式，以此来预测再生水流需求量的目标值。对于存在“伪夹点”的水网络系统，提出了预测临界再生水流浓度和临界再生水流流量的公式。另外，针对具有再生单元的简单水网络及复杂水网络进行分析，得出不同杂质的再生后浓度变化对再生水消耗量的影响不同，并识别出对再生水消耗量影响最大的杂质。这部分研究为我课题组原创成果，文献中未见相关报道。（4）研究了固定流量过程、一级二级中间水道、同时考虑用水和能量的用水网络设计方法。（5）将水网络的新方法、新理念应用于氢气网络中，并针对工业实际情况，给出优化方法。在本项目支持下，共发表论文16篇，SCI收录论文13篇，EI收录论文3篇。其中化学工程领域两大顶尖期刊“AIChE Journal” 1篇及“Chemical Engineering Science” 5篇。SCI收录论文中，一区刊物1篇，二区刊物10篇，四区刊物2篇。另有4篇论文进入修改阶段，其中1篇投稿于SCI二区刊物“Jounal of Cleaner Production”，2篇投稿于国内EI刊物“化工学报”，1篇投稿于国内核心期刊“现代化工”。培养毕业生11名，其中硕士生9名，博士生2名。目前在读博士生2名，硕士生6名，均有望在国内外高水平刊物发表学术论文。取得一定的国际学术威望，课题负责人刘智勇教授当选为“PRES’15国际会议”学术委员及“第二届亚洲低碳学术会议”主席之一，在明年举办的“第二届东欧能量、水及环境可持续发展”国际会议中将做特邀报告。