目前,水资源和能源枯竭问题日益突出,全世界都面临着资源匮乏的问题,尤其是中国。工业生产是消耗资源的大户,然而在实际生产过程中,水与能量的利用效率却不容乐观,水在实际生产中具有重要地位,不仅仅传递质量,而且往往也是能量的载体,因此,研究实际生产过程中的水热同时优化问题具有重大的现实意义。系统工程是一种很好的解决水热同时优化问题的方法,本文提出了一种新的概念性方法来解决水热同时优化问题,该方法不仅可以解决单污染系统的优化问题,而且也可以解决多污染的优化问题,与此同时在热集成方面我们也分别针对等温和非等温换热网络进行了讨论。该方法的创新性主要表现一下几个方法:1将温度参数考虑到了水网络的设计中,实现了用概念法一次性同时获得水热目标,而不是顺序优化获得目标值。2首次用概念方法解决了水热同时优化中的多污染物问题,具有重要的工程应用价值。3提出一种组合曲线图,来方便进行水网络的设计。本文的主要研究内容包括以下几个方面:首先,分析了水热优化的基本原理,其优化的本质其实就是各个过程单元根据浓度和温度限定条件,选用一种合理的排序方法对操作单元进行排序,使得最终的优化网络的目标值最小。其次,在此理论的基础上,我们分别提出了两种不同的设计方法来解决单污染和多污染物的水热同时优化问题。最后,在每种方法下面我们分别采用两个到三个文献中的例证对其方法的有效性进行验证,通过验证,我们发现该方法是有效的,而且能够得出相比其它文献更为优秀的结果。