作为使用水资源和排放废水大户的化工工业,对其节水减排的研究自20世纪80年代开始被人们关注以来,经过几十年的发展,已经有了很广泛的进展。目前单杂质用水网络的理论研究比较成熟,但是对多杂质用水网络的设计研究仍然还不够,所以本文对多杂质用水网络进行了进一步的研究。高可靠性不仅能大大减少维修费用,提高总的经济效益,更与安全生产紧密相关。针对换热网络的可靠性研究已经展开,而对于在化工系统工程中同样重要的用水网络的可靠性研究还未引起关注。基于以上研究背景,本文对给定的用水网络进行了可靠性分析并在此基础上采用多目标优化法对基于可靠性分析的用水网络设计进行了研究,得到满足可靠度要求且新鲜水用量最小的用水网络,以期对工业用水和生产可靠性之间的合理权衡提供理论依据。本论文的主要研究内容有：(1)对于多杂质用水网络的优化设计开展了进一步的研究。通过分析用水单元各杂质的极限进出口浓度,确定用水单元提供回用水的能力和接受回用水的能力,并分别将其排序作图,从而确定作为回用水源的用水单元,合理简化超结构模型,用GAMS软件求解相应的非线性规划数学模型得到最小新鲜水用量和用水网络结构。通过对文献中两个实例的求解验证了本方法的可行性。(2)本文对网络结构已定的用水网络进行了可靠性分析,从化工系统特点出发,采用适应性的失效模式、后果与严重度分析(FMECA)来计算用水网络系统的可靠性,通过矩阵识别用水网络子系统,将子系统看作串联系统并计算其可靠度,根据瓶颈原则(木桶原理)得到系统可靠度,并判断其是否满足要求。若满足要求则接受现有网络结构；若不满足要求则需要断开相关的回用流股,补充一定量的新鲜水来承担相关流股的传质负荷。本文通过实例说明,提高可靠度后,对用水单元的水分配进行再优化比直接对相关单元补充新鲜水而保持其它的回用流股不变有更好的节水效果。(3)本文在网络结构已定的用水网络进行了可靠性分析的基础上,对基于可靠性分析的用水网络优化设计进行了研究,采用多目标优化问题中的约束法,将系统的可靠度要求作为约束,并据此建立以最小新鲜水用量为目标的非线性规划数学模型,采用GAMS软件求解,枚举所有满足可靠度要求的子系统的组合及其最小新鲜水用量。通过求解两个实例,表明多目标优化的约束法能很好的解决同时考虑新鲜水用量和可靠性问题。