水资源危机已经严重制约了世界经济和社会的可持续发展,甚至开始影响人类自身的生存。水系统集成技术能够取得很好的节水效果,目前已成为节水科学与技术研究的热点。过程工业水系统中通常含有多种杂质。目前,数学规划法是多杂质水系统集成的主要工具。然而,数学规划法在处理复杂问题时依然存在一定的局限性。本文围绕多杂质水系统集成问题,以过程的工程意义为指导,研究了以下几方面内容:1.对具有再生单元的多杂质水网络,分析了杂质的再生后浓度对再生水消耗量的影响,并识别出了对再生水消耗量影响最大的杂质(关键杂质)。根据多杂质再生水网络的特点将其分为简单网络和复杂网络。对于简单网络,提出了预测关键杂质再生后浓度变化时再生目标值随之变化的新方法,推导了非关键杂质对再生水消耗量无影响时的最大允许浓度。对于复杂网络,给出了再生水消耗量随不同杂质再生后浓度的变化率的计算方法,指出变化率之和最大的杂质为系统的关键杂质。本文方法可用于具有再生单元的多杂质水网络设计和改造时最佳再生后浓度的估算。2.提出了具有再生单元的多杂质间歇过程用水网络集成的新方法。对于多目的厂一个期限内的用水网络集成,通过引入时间特性并将其作为首要因素,与浓度势概念以及再生水网络的特点相结合,解决了过程执行顺序的确定以及再生水流浓度的估算两个关键问题。对于重复周期操作的多产品厂的用水网络集成,将过程的执行顺序做了适当修改,再以连续过程水网络集成方法为基础即可得到最终设计。此外,选择了以间歇方式运行的废水处理工艺作为再生单元。本文方法既可用于再生单元采用固定再生后浓度模型、也可用于固定移除率模型的水网络。3.提出了一种基于数值化指标的多杂质分布式废水处理系统设计的新方法。多杂质分布式废水处理系统中,先执行单元所引起的水流混合会导致后续单元处理量的增加进而增加系统的总处理量。基于此观点,引入了数值化指标——总混合影响势(TMIP)——来确定处理单元的执行顺序。设计过程中,TMIP值由基于夹点原理的解析法来计算。本文方法计算简单,能够得到近优解甚至是最优解,而且计算难度不会随着水流数、杂质数和/或处理单元数目的增加而明显变大。4.提出了一种基于启发式规则的新设计方法,解决处理单元有最大入口浓度限制的单/多杂质废水处理网络集成问题。规则的提出是基于“最大程度地减小不必要的水流混合量”的思想。为了满足最大入口浓度限制或环境排放要求,某个(些)单元可能需要采用循环结构。设计过程中,首先依据所提规则建立初始网络结构,然后综合运用杂质负荷平衡、夹点的确定和最大入口浓度限制条件对初始网络结构进行调整以得到最终设计。本文方法工程意义明确,只需简单计算,便可得到与数学规划法相媲美的设计结果。