工业园区作为经济增长的载体在为经济做出贡献的同时也对环境产生了一定的负担,在水资源短缺问题日益严重与环保法规日益严格的背景下,工业园区的水系统优化具有十分重要的意义,它可以有效节约水资源,缓解工业园区的用水压力。目前的水系统优化只考虑了新鲜水,再生水和废水排污,而忽略了如除盐水,除氧水,循环冷却水,各等级蒸汽以及蒸汽冷凝水等其他类型的水。因此现在的水系统优化的数学模型不能直接应用在实际的炼油厂水系统优化中。为了克服这种局限性,将理论和应用结合起来,本文首先提出了一种包含多种用水类型的通用用水过程模型和一种炼油厂水系统优化的通用超结构。另外,在水的循环回用中引入了替换类型水的替代率的概念,从而避免了极限水质数据的不准确提取。本文提出了两个具有不同目标函数(最小水资源流率(情景1)和最小部分年度费用(情景2))的数学模型,并将所提出的模型应用于中国的一家大型炼油厂的水系统优化。结果表明,情景1可以获得最小的水资源流率,节水率达到21.6%。情景2中,由于5种节水策略的效益不能抵消新增管线的投资费用,因而它们的实际替代率为0。这就导致了一个更加简单和经济的水系统,它水资源流率比情景1略高。传统的工业水系统只包括用水过程和水处理过程。实际的用水过程可能使用新鲜水,除盐水,蒸汽冷凝水,蒸汽,循环冷却水等典型的水公用工程。现有的工业水系统优化模型中没有考虑到这一点。为了克服这一局限,本文提出了一种集成公用工程的工业水系统的超结构,它由水公用工程,用水系统和水处理系统三部分组成,并建立了相关的数学模型。通过对中国的某煤化工企业的水系进行了优化来说明该模型。结果表明,水系统的年度总费用从1.825×10~8元/年(初始设计)减少到1.494×10~8元/年(优化设计),水资源流率也从1369.855 t/h降至1030.498t/h,从而验证了该模型的适用性。基于单厂的工业水系统优化的研究内容,本文进一步提出了工业园区水系统优化的通用超结构,并建立了相关的数学模型。该模型包括了每个单厂的公用工程系统,用水系统和水处理系统,并考虑了这些单元在单厂内和厂际之间的集成。通过对某个工业园区水系统进行优化来说明该模型。结果表明,通过在整个化工园区的范围内进行水系统集成,以最小年度总费用为目标函数进行优化达到最优解时,工业园区中所有使用的除盐水均来自厂2的除盐水站,从而实现了工业园区除盐水站的共享,达到了厂际的水集成和装置集成。