2019年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会 ㄗ第十届ㄘ日程暨邀请函
 
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印染集中区水网络优化研究 于金巧ㄛ张芸∗ㄛ陈郁ㄛ刘素玲ㄛ李金花 工业生态与环境工程教育部重点实验室ㄛ大连理工大学环境学院ㄛ大连?#20445;保閎除產?/h1>
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详细介绍
 
第?#24120;?卷第?#20445;?期
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基金项目ㄩ 国家水体污染控制与治理科技重大专项ㄗ峉鵃 ㄡㄟ?#20445;產琭堧除簌產除?#8259;ㄟㄟ?#20445;岡?#39640;等学校博士学科点专项科研基金资助ㄗ峉鵃 ㄡㄟ?#20445;保除除提保保產除除除保?/div>
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作者简介ㄩ 于金巧ㄗ?#20445;馳腦?mdash;ㄘㄛ女ㄛ⁃瞨嶂憌鴥 灥鶜磩韗產?#20445;常保閎常?聜鵃瞨 ∗通讯作者ㄗ责任作者ㄘㄛ⁃瞨嶂憌鴥 鋆嶂謑蝤灥鶜謑 銫鴥鶜穬 憯銫鶜 聜
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于金巧ㄛ张芸ㄛ陈郁ㄛ等ㄝ ㄡㄟ?#20445;常?印染集中区水网络优化研究菇呁搟 环境科学学报ㄛ?#24120;常見保產岡海常產閎?#8259;?#24120;產閎?/div>
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印染集中区水网络优化研究
于金巧ㄛ张芸∗ㄛ陈郁ㄛ刘素玲ㄛ李金花
工业生态与环境工程教育部重点实验室ㄛ大连理工大学环境学院ㄛ大连?#20445;保閎除產?/div>
收稿日期?#28023;產除保?#8259;ㄟㄢ⁃?#20445;础﹛﹛?#20462;回日期?#28023;產除保?#8259;ㄟㄤ⁃ㄡㄢ﹛﹛﹛录用日期?#28023;產除保?#8259;ㄟㄥ⁃ㄟㄥ
摘要ㄩ耗水量大﹜水环境污染严重是印染集中区的一个突出问题ㄝ 本文建立水网络数学模型ㄛ对印染集中区用水排水网络进行系统规划ㄛ该模型
以集中区总成本最低为目标函数ㄛ模拟了以多级组合工艺为特点的污水处理设施数学模型ㄝ 运用该模型对东北某印染集中区水网络进行设计
和优化改进ㄛ在保证废水达标排放﹜成本最低的条件下ㄛ构建了企业内及企业间最佳回用网络ㄛ?#33539;?#20102;污水处理设施工艺最优方案ㄛ并明确各级
处理工艺中不同品?#23454;?#22788;理水回用集中区企业的最优途径ㄛ为集中区内污水处理设施提标改造计划提供参考ㄝ 研究结果表明ㄩ该模型在工业集
中区或工业园用水规划及废水减量方面具有实用价值和较好的应用前景ㄝ
关键词ㄩ印染集中区˙水网络˙优化模型
文章编号?#28023;除產?#8259;ㄡㄣㄥㄧㄗㄡㄟ?#20445;常岡保?#8259;?#24120;產閎?#8259;ㄟㄦ﹛﹛﹛中图分类号?#28023;堧常瓷﹛﹛?#25991;献标识码?#28023;?/div>
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礗憯聜鵃謑鞶穬礗鶜聜穬憌鵃 艞鴥嶂 鵃 驐嶂穬憯 穬礗憯嶂穬瞨憯謑 璉嶂聜憌鴥憌穬憌憯 憌 穬鋆 嶂礗憯嶂 啥鋆 礗憯鞶鶜鴥穬 憌謑銫憌聜嶂穬 穬鋆嶂 穬鋆 瞨嶂穬鋆憯瞨嶂穬憌聜嶂 瞨鵃銫憯 憌 艞礗嶂聜穬憌聜嶂 嶂謑 艞礗鵃瞨憌鞶憌謑 憌 驐嶂穬憯 鶜鞶
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ㄠ﹛引言ㄗ氿謑穬礗鵃銫鶜聜穬憌鵃謑
印染集中区聚集着以染整厂﹜印花厂﹜水洗厂
为代表采用以水为媒介的湿加工工艺的企业ㄛ此类
企业耗水﹜排水量大ㄛ水回收利用?#23454;礿?#19988;废水治理
?#35759;?#22823;ㄝ 因此ㄛ对印染集中区用水﹜排水网络进行研
究ㄛ系统规划企业用水途径ㄛ合理分配不同品?#23454;?/div>
水资源ㄛ提高水资源利用率ㄛ己成为印染集中区可
?#20013;?#21457;展战略最重要的内容ㄝ 为了提高工业水资源
利用率ㄛ优化工业用水系统ㄛ国内外研究者在ㄡㄟ 世
纪ㄧㄟ 年代开发出数学规划法水网络优化技术ㄛ并应
用于单个企业用水网络规划ㄛ在增加水资源利用
率﹜节约水资源及成本等方面取得很大成效
ㄗ芄嶂礗鶜艞艞憌嶂 嶂謑 ラ礗鵃鞶鞶瞨嶂謑謑 ㄡㄟㄟㄧ˙ 芄鋆鵃 憯 嶂鴥 ㄡㄟ?#20445;產?/div>
?#20445;?期于金巧等ㄩ印染集中区水网络优化研究
李英ㄛㄡㄟㄟ?#24120;?#29579;洪卫等ㄛㄡㄟㄟㄤ?#29615;?#38660;等ㄛㄡㄟ?#20445;產岡?其中ㄛ李
英ㄗㄡㄟㄟ?#24120;?#23558;水夹点技术与数学规划相结合ㄛ使分步
设计过程用水网络ㄝ 王洪卫等ㄗㄡㄟㄟㄤㄘ等提出不?#33539;?/div>
性条件下水网络优化设计方法ㄛ即水网络优化设计
柔性综合ㄛ应用多目标优化方法中的分层法ㄛ首先
满足柔性要求ㄛ然后优化水网络ㄛ使设计水网络满
足柔性要求且用水量最少ㄝ 冯霄等ㄗㄡㄟ?#20445;產延日?#23545;工
业用水系统中循环冷却水进行了优化研究ㄛ分别建
立了以流?#39318;?#23567;和连接数最少为目标的数学模型ㄝ
而国内研究者主要是针对单个企业水网络优化进
行深入研究ㄛ对企业间水网络优化研究较少ㄝ 瓊鋆憯
等ㄗㄡㄟㄟㄧㄘ首次将数学规划法应用于工业园水网络
优化中ㄛ建立企业间废水回用的水网络优化模型ㄛ
计算出?#32479;?#26412;﹜低耗水的最优水网络˙ 怗憌 等
ㄗㄡㄟ?#20445;除?#21516;样运用数学规划法建立数学模型ㄛ通过水
网络设计ㄛ将传统工业园改造为绿色生态工业园ㄛ
并运用生命周期评价和生命周期成本评价将设计
前后工业园进行?#21592;x?#24471;出设计后的工业园更加经
济环保的结论ㄝ 茛鵃穬憯鴥⁃?#26657;憌聜鋆嶂}銫?等ㄗㄡㄟ?#20445;保?建立重新
改造工业园模型ㄛ并将已有污水处理设施考虑到模
型优化中˙但以上研究尚未建立大多数集中区采用
的多级污水处理工艺模型ㄝ 晻 等ㄗㄡㄟ?#20445;常?#38024;对印染
工业园水网络优化方法进行研究ㄛ并建立了多级工
艺组合水处理设施模型ㄛ?#33539;?#20986;经?#23186;?#27700;的用水途
径ㄛ但文章为避免用水节点直接回用本节点排水的
计算缺陷ㄛ忽略了各企业各用水节点之间水循环利
用途径ㄛ本文将借鉴该研究成果ㄛ并改进优化模型ㄛ
重新建立完善的印染集中区水网络优化模型ㄝ
综上所述ㄛ本文利用数学规划法ㄛ综合考虑印
染集中区的用水﹜排水状况与特点ㄛ建立了完善的
印染集中区水网络优化模型˙同时将大多数集中区
采用的多级水处理组合工艺模式污水处理设施纳
入数学模型中ㄛ?#33539;?#26368;佳污水处理途径及回用途
径ㄛ明确污水处理组合工艺等级ㄛ以期为工业园污
水处理设施设计及提标改造提供参考信息ㄝ
ㄡ﹛模型建立ㄗ礿鵃銫憯 憯鞶穬嶂滹鴥憌鞶鋆瞨憯謑穬
ㄡㄝ ㄠ﹛数学规划法
数学规划方法既对系统进?#22411;?#31609;规划ㄛ寻求最
优方案的数学方法ㄝ 其数学模型由目标函数﹜约束
条件组成ㄛ目标函数是描述规划目标与决策变量间
的函数关系式ㄛ约束条件既环境约束﹜需求条件﹜自
然条件﹜设?#25913;?#21147;等限制ㄝ
数学规划法方法在水网络优化的应用中能全
面模拟水网络结构及节点用水的操作条件ㄛ综合水
质特性﹜需水要求﹜环境容量﹜经济效益等多种复杂
因素设计出耗水少﹜经济合理的用水网络ㄝ 其基本
步骤首先?#21069;?#29031;企业或集中区特点ㄛ建立涵盖所有
可能用水途径的水网络超结构图˙然后在超结构的
基础上ㄛ依据物质平衡﹜限制条件等ㄛ建立数学模
型ㄛ研究约束条件下目标函数的极值问题ㄛ最终计
算获得最佳用水途径ㄝ
ㄡㄝ ㄡ﹛水网络超结构
印染集中区的水网络超结构如图ㄠ 所示ㄛ其中
各符号含义和单位见附录ㄛ根据印染集中区特点ㄛ
该超级结构包括企业用水节点超结构﹜企业废水集
中池超结构﹜污水处理设施超结构ㄛ具体描述如图ㄠ
所示ㄝ
图ㄠ﹛水网络超结构图ㄗ嶂 企业过程节点超结构˙滹 企业废水
集中池超结构˙聜 污水处理设施超结构ㄘ
ゞ憌蝤 ㄠ﹛茛鶜艞憯礗鞶穬礗鶜聜穬鶜礗 璉鵃 驐嶂穬憯 憌謑穬憯蝤礗嶂穬憌鵃 憌 艞嶂礗諴 ㄗ 嶂
茛鶜艞憯礗鞶穬礗鶜聜穬鶜礗 璉鵃 驐嶂穬憯 謑鵃銫憯 滹 茛鶜艞憯礗鞶穬礗鶜聜穬鶜礗 璉鵃
驐嶂鞶穬憯驐嶂穬憯 聜鵃謑聜憯謑穬礗嶂穬憌鵃 艞鵃鵃鴥 聜 茛鶜艞憯礗鞶穬礗鶜聜穬鶜礗 璉鵃 驐嶂穬憯
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ㄡㄝ ㄡㄝ ㄠ﹛企业过程节点超结构﹛企业过程节点的水
网络超结构如图?#20445;?所示ㄝ 各个企业过程节点的用水
可以分别来源于新鲜水﹜企业内过程节点所排废
水﹜其他企业过程节点所排废水﹜各段污水设施的
回用水ㄝ 而企业各过程节点所排废水可以回用于自
身企业及其他企业过程节点或直?#20248;?#25918;到企业废
水集中池中ㄛ与其他废水混合排入污水处理设施
中ㄝ 企业各过程节点的需水量﹜需水水质标准﹜排水
量﹜废水水质均为已知条件ㄝ
ㄡㄝ ㄡㄝ ㄡ﹛企业废水集中池超结构﹛各个企业设有的
废水缓冲池ㄛ其水网络超结构如图?#20445;?所示ㄝ 未被企
业内部利用的废水全部集中到废水集中池中ㄛ然后
排放到污水处理设施中进行末端处理ㄝ
ㄡㄝ ㄡㄝ ㄢ﹛污水处理设施超结构﹛印染集中区污水处
?#24120;產閎?/div>
环﹛﹛境﹛﹛科﹛﹛学﹛﹛学﹛﹛报?#24120;?卷
理设施大部分采用多级水处理组合工艺ㄛ一般由生
物处理﹜混凝处理﹜消毒脱色等工艺组成ㄛ每级处理
设施都有自己的固定的处理效率ㄝ 本文中污水处理
厂超结构?#25216;?#22270;?#20445;聜?#21508;企业废水集中进入第一级处
理设施中ㄛ经过一级处理后ㄛ可?#21592;?#22238;用到企业过
程节点中ㄛ或者进入下一段处理设施ㄛ若水质达标
?#37096;?#20197;排放ㄝ 除一级处理设施外ㄛ其他级处理设施
废水都来自于上一级ㄝ
本模型以包括新鲜水成本﹜污水处理设施成
本﹜管道成本在内的集中区总成本最低为目标函
数ㄝ 最终?#33539;?#26032;鲜水使用量﹜企业间及企业内废水
的循环途径﹜污水处理组合工艺等级﹜废水处理途
径及回用途径ㄝ
ㄡㄝ ㄢ﹛公式建立
首先ㄛ在超结构的基础上ㄛ依据物质平衡﹜限制
条件等ㄛ建立约束条件ㄛ公式中各符号的含义和单
位见附录ㄝ
ㄡㄝ ?#24120;?ㄠ﹛企业过程节点﹛根据企业过程节点超结构
图ㄛ依据企业用水水量及水质限定条件ㄛ建立水量
平衡﹜物质平衡公式及水质限制不等式ㄛ作为模型
的约束条件ㄛ具体见公式ㄗ?#20445;?‵ ㄗㄤㄘㄛ其中ㄛ聜代表第
种污染物浓度ㄛ其他相关符号与流量类似ㄝ
ゞ氿艞派 ˊ Σ呁
ˊ ㄠ 璉鞶鞶艞派憌派 ㄚ Σ
ˊ ?#20445;派?ne;Σ呁
ˊ ㄠ 璉艞鞶艞派齮派憌派 ㄚ 璉鞶聜艞派 ㄗ?#20445;?/div>
璉鞶鞶艞派憌派 ˊ ㄟㄗ ˊ 磩 ㄗㄡㄘ
ゞ掁艞派 ˊ 璉驐艞派 ㄚ Σ氿
ˊ ?#20445;派?ne;磩璉鞶鞶艞派憌派 ㄚ Σ
ˊ ?#20445;派?ne;Σ氿
ˊ ㄠ 璉艞鞶齮派艞派憌派 ㄚ
Σ
ˊ ㄠ 璉穬鞶驐派艞派 ㄗ?#24120;?/div>
聜驐 × 璉驐艞派 ㄚ Σ氿
ˊ ㄠ 聜鞶艞派憌派 × 璉鞶鞶艞派憌派 ㄚ Σ
ˊ ?#20445;派?ne;Σ氿
ˊ ㄠ 聜艞齮派憌派 ×
璉艞鞶齮派艞派憌派 ㄚ Σ
ˊ ㄠ 聜穬鵃鶜 驐派 × 璉穬鞶驐派艞派 ˊ 聜鶜艞派磩派 ゞ掁艞派 ㄗㄣㄘ
聜鶜瞨憌 艞派磩派 ≤ 聜鶜艞派磩派 ≤ 聜鶜瞨嶂 艞派磩派 ㄗㄤㄘ
ㄡㄝ ?#24120;?ㄡ﹛企业废水集中池﹛根据企业废水集中池超
结构图ㄛ企业废水集中池的水量及物质平衡公式见
ㄗㄥㄘ ‵ ㄗㄦㄘㄝ
ゞ瓊 ˊ Σ氿
ˊ ㄠ 璉鞶聜艞派 ㄗㄥㄘ
聜聜艞派 × ゞ瓊 ˊ Σ氿
ˊ ㄠ 聜鞶艞派憌派 × 璉鞶聜艞派 ㄗㄦㄘ
ㄡㄝ ?#24120;?ㄢ﹛污水处理设施公式﹛根据污水处理设施超
结构图ㄛ建立水?#31185;?#34913;﹜物质平衡公式ㄛ同时依据污
水处理厂污染物排放标准ㄛ建立水质限制不等式ㄛ
作为模型约束条件ㄛ具体见公式ㄗㄧㄘ ‵ ㄗ?#20445;提岡?/div>
ゞ啥 ˊ Σ
ˊ ㄠ 璉聜穬 ㄗㄧㄘ
聜穬憌
?#20445;派?× ゞ啥 ˊ Σ
ˊ ㄠ 聜聜艞派 × 璉聜穬 ㄗㄨㄘ
ゞ啥 ˊ Σ
ˊ ㄠ Σ呁
ˊ ㄠ 璉穬鞶驐派艞派 ㄚ ゞ啥 ㄚㄠ ㄚ 璉憯 ㄗ ≠ 蛅
ㄗ?#20445;除?/div>
ゞ啥 ˊ Σ
ˊ ㄠ Σ呁
ˊ ㄠ 璉穬鞶蛅派艞派 ㄚ 璉憯 ㄗ?#20445;保?/div>
聜穬憌 驐派 ˊ 聜穬鵃鶜 ㄜ?#20445;派?ㄗ ≠ ?#20445;?ㄗ?#20445;產?/div>
聜穬鵃鶜 驐派 ˊ 聜穬憌 驐派 × ㄗㄠ ㄜ 猀 ㄘ ㄗ?#20445;常?/div>
璉憯 × 聜憯瞨憌 ≤ 璉憯 × 聜穬鵃鶜 驐派 ≤ 璉憯 × 聜憯瞨嶂 ㄗ?#20445;提?/div>
ㄡㄝ ?#24120;??#30784;?#31649;道的?#33539;芋?#19979;列公式分别用来决定缓冲
池和过程节点﹜缓冲池和处理设施﹜处理设施和过
程节点之间的管道是否存在ㄛ其中?#20445;?/div>
ㄛ ﹜堧產 ﹜?#24120;派?为
二进制变量ㄛ要注意一点ㄛ同一处理设施回用到同
一公司的不同过程节点的处理中水只需一条管道ㄛ
因此公式如下ㄩ
Σ呁
ˊ ㄠ 璉艞鞶齮派艞派憌派 ㄜ 瞨嶂齮Σ呁
ˊ ㄠ Σ氿
ˊ ㄠ 璉艞鞶齮派艞派憌派 ㄘ × ?#20445;?/div>
ㄛ ≤ ㄟ ㄗ?#20445;?/div>
璉聜穬 ㄜ 瞨嶂齮見璉聜穬 ㄘ × 堧產
≤ ㄟ ㄗ?#20445;閎?/div>
Σ呁
ˊ ㄠ 璉穬鞶驐派艞派 ㄜ 瞨嶂齮Σ呁
ˊ ㄠ 璉穬鞶驐派艞派 ㄘ × ?#24120;派?≤ ㄟ ㄗ?#20445;簌?/div>
ㄡㄝ ?#24120;?ㄤ﹛目标函数﹛目标函数总成本最少ㄛ其中包括
新鲜水成本蛅獺污水处理设施成本啥獺管道成本
?#26657;瓊?各成本表达式如下ㄩ
啥薜 ˊ 蛅 ㄚ 啥 ㄚ ?#26657;?ㄗ?#20445;腦?/div>
蛅 ˊ φㄗ礗派瓊掁蛅Σ璉驐 ㄗ?#20445;馳?/div>
啥瓊 ˊ φㄗ堧提 ㄛ瓊掁ゞ ㄛ礗派瓊?#24076;?ㄛゞ啥 ㄘ ㄗㄡㄟㄘ
?#26657;?ˊ 蝤見堧 ㄛ瓊?#26657;派模?Sigma;璉 ㄗㄡ?#20445;?/div>
堧提 为二进制函数ㄛ来决定各段污水处理设施是
否存在ㄛ因为如果上一级污水处理设施不存在ㄛ则
其下面各级污水处理设施都不存在ㄛ限制公式如下ㄩ
ゞ啥 ㄜ 瞨嶂齮見ゞ啥 ㄘ × 堧提 ≤ ㄟ ㄗㄡㄡㄘ
堧提 ˊ Π
ˊ ㄠ
堧提 ㄗㄡ?#24120;?/div>
ㄢ﹛案例研究ㄗ瓊嶂鞶 鞶穬鶜銫灥
本文以中国东北地区的某印染工业集中区为
例ㄛ应用以上所建模型建立最优水网络ㄛ该区域拥
有染色企业﹜印花企业﹜水洗企业﹜纺织企业﹜服装
加工企业等一条完善的纺织产业链ㄝ
?#24120;產閎?/div>
?#20445;?期于金巧等ㄩ印染集中区水网络优化研究
?#24120;?ㄠ﹛印染厂耗水﹜排水代谢途径?#27835;?/div>
包括染色厂和印花厂在内的印染行业工艺流
程主要?#27835;?#21069;处理﹜染色ㄞ 印花﹜后整理ㄢ 个工序ㄝ
前处理ㄩ指在染色﹜印花之前ㄛ利用各种助剂除
去成品布上的杂质ㄛ增加布的白度和柔软性ㄛ这个
过程需要大量的水作为生产介质ㄝ 前处理包括烧毛
工序﹜退煮工序﹜氧漂工序﹜丝光工序ㄛ其中烧毛是
将纱线或织物迅速通过火焰或在炽热的金属表面
擦过ㄛ烧去表面茸毛ㄛ因此需要用冷却水冷却具有
相当热度的织物表面ㄝ 其他工序消耗的水主要用于
?#32422;?#22788;理后的水洗过程ㄝ
染色ㄩ将织物在染液中经过短暂的浸渍后ㄛ随
即用轧辊轧压ㄛ本工艺染色水介质消耗较少ㄛ可以
忽略ㄛ主要是随后的水洗过程耗水ㄝ
印花ㄩ印花是用染料或颜料在纺织品上施印花
纹的工?#23637;?#31243;ㄛ完成固色后需洗去浮色ㄛ本工序的
主要水耗用于水洗过程ㄝ
后整理ㄩ?#21058;?#20877;经过物理或化学方法进一?#25945;?/div>
高面料品?#23454;?#36807;程叫做后整理ㄛ包括定型﹜拉幅﹜预
缩ㄛ后整理过程用水为冷却用水ㄝ
除上述水消耗外ㄛ退煮﹜漂白﹜丝光﹜染色工序
还需水蒸气加热烘干?#21058;希?#27700;蒸气冷凝形成冷凝
水ㄛ各节点的冷凝水﹜冷却水由于水质较好ㄛ符合生
产要求ㄛ可以回用到生产工艺中ㄝ 印染企业各工段
耗水﹜排水代谢途径见图ㄡㄝ
图ㄡ﹛印染企业各工段耗水﹜排水代谢途径
ゞ憌蝤 ㄡ﹛蛅嶂穬憯 瞨憯穬嶂滹鵃鴥憌鞶 嶂艞艞礗鵃嶂聜 鵃 穬鋆 ?#27169;灥憯憌謑?嶂謑 ゞ憌謑憌鞶鋆憌謑
艞鴥嶂謑穬?#27169;ゞ校?/div>
?#24120;?ㄡ﹛水洗厂耗水?#27835;?/div>
水洗厂的流程较为简单ㄛ由以下工序组成ㄝ
砂洗ㄩ既使用碱性助剂﹜氧化助剂和柔软剂ㄛ配
以石墨ㄛ使?#21058;?#21576;现褪色﹜陈旧的效果同时提高布
料的柔软舒?#35782;x?#35813;工序是水洗厂主要的耗水节点ㄝ
甩干ㄩ使用离心泵脱水机将?#21058;?#33073;水ㄛ该工序
不耗水ㄛ仅产生少量的水ㄛ水质与砂洗工序相同ㄝ
烘干ㄩ使用水蒸气ㄛ通过烘干机ㄛ将?#21058;?#28888;干ㄛ
烘干产生的少量冷凝水回用到水洗用水ㄝ
总结印染厂及水洗厂用水标?#25216;?#34920;?#20445;?/div>
表ㄠ﹛印染厂及水洗厂用水标准
啥嶂滹鴥 ㄠ﹛蛅嶂穬憯 韗鶜嶂鴥憌穬 礗憯韗鶜憌礗憯瞨憯謑 鵃 穬鋆 ?#27169;ゞ?嶂謑 驐嶂鞶鋆憌謑 艞鴥嶂謑
企业类型工序?#24076;?/div>
ㄞ ㄗ瞨· ㄜㄠ ㄘ 艞 茛
ㄞ ㄗ瞨· ㄜㄠ ㄘ 色度ㄗ倍ㄘ 总碱度ㄚ 总硬度ㄞ
ㄗ以瓊嶂?#24076;?计ㄛ瞨· ㄜㄠ ㄘ
染色厂与印花厂锅炉蒸汽ㄞ ≥ㄦㄝ ㄟ ≤?#20445;?ㄞ ≤?#24120;?/div>
冷却水≤ㄧㄟ ㄥㄝ ㄟ ‵ㄨㄝ ㄟ ≤ㄡㄟ ㄞ ≤ㄦㄟㄟ
水洗ㄗ前处理ㄘ ≤ㄤㄟ ㄥㄝ ㄟ ㄜㄨㄝ ㄟ ≤?#24120;?≤ㄡㄤ ≤ㄣㄤㄟ
水洗ㄗ染色ㄘ ≤ㄤㄟ ㄥㄝ ㄤ ㄜㄧㄝ ㄤ ≤?#20445;?≤?#20445;?≤ㄡㄟ
排放≤?#20445;除?ㄥㄝ ㄟ ㄜㄨㄝ ㄟ ≤?#24120;?≤ㄣㄟ
水洗厂砂洗≤ㄤㄟ ㄥㄝ ㄟ ㄜㄨㄝ ㄟ ≤?#24120;?≤ㄡㄤ ≤ㄣㄤㄟ
?#24120;?ㄢ﹛多段污水处理设施选择
在该印染集中区实际运行两级废水处理工艺ㄛ
分别是掁薜茛⁃好氧生物处理组合工艺﹜混凝技术ㄛ经
过前两级处理?#24076;?与茛 的去除效果好ㄛ但脱色效
果低ㄛ处理水不能回用到印染与水洗厂中ㄝ 污水处
理设施管理者考虑ㄛ对原有设施进行提标改造ㄛ添
加后续深度处理工艺ㄛ达到部分中水处理回用的
目的ㄝ
应用本文多级污水处理设施数学模型ㄛ可以明
确各级污水设施污水处理流量及回用途径和流量
的分配ㄛ同?#27604;范?#21518;续深度处理工艺等级ㄛ从而得
到成本最省的多级工艺污水处理方案ㄛ为提标改造
决策提供参考ㄝ
本文增加两级深度污水处理回用工艺ㄛ分别为
臭氧技术﹜膜处理技术ㄝ 臭氧技术深度处理工艺的
特点为?#24076;?去除率很低ㄛ但有较强的脱色﹜消毒和
?#24120;產閎?/div>
环﹛﹛境﹛﹛科﹛﹛学﹛﹛学﹛﹛报?#24120;?卷
矿化的效果ㄛ适用于印染中水回用处理工艺ㄝ 研究
成果表明ㄛ在?#23454;?#30340;操作条件下ㄛ臭氧氧化处理技
术的?#24076;?去除率能稳定达到至少ㄣㄟㄔㄛ若加入催
化剂ㄛ 去除率还能够进一?#25945;?#39640;ㄗ 瓊憌嶂礗銫憯鴥鴥 嶂謑
猀嶂謑憌憯礗憌 ㄡㄟㄟㄟ˙ 茛憯鴥聜鶜諴 ㄡㄟㄟㄤ˙ 蛅嶂謑 憯 嶂鴥 ㄛ ㄡㄟ?#20445;產岡?/div>
膜处理技术在印染废水处理中ㄛ效果好ㄛ脱色率高ㄛ
管理简单ㄛ但膜需要经常更换ㄛ运行费用高ㄛ不被广
泛采用ㄝ 随着用水成本的提高ㄛ膜处理技术处理废
水能够直接回用的优势ㄛ越来越被重视ㄝ
在优化模型公式中不设定一级﹜二级污水处理
水的在印染厂和水洗厂的回用ㄝ 本文中设计污水处
理设施设计规模为?#20445;除除除?·銫?#20445;?#36827;水?#24076;?为?#20445;除?/div>
瞨·怗?#20445;?#32467;合实践调查和文献查阅得出如表ㄡ 所示
的去除率˙同时结合上面设计条件ㄛ经文献查阅及
实际经验ㄛ得出各段处理工艺运行成本ㄛ如表ㄡ
所示ㄝ
表ㄡ﹛选择工艺及各污染物去除率﹜成本
啥嶂滹鴥 ㄡ﹛?#26657;墬ee鶜穬憌墬?礗憯瞨鵃鬕嶂 礗嶂穬 嶂謑 聜鵃鞶 璉鵃 憯嶂聜 聜鋆鵃鞶憯謑鞶穬嶂蝤
编号工艺名称?#24076;?去除率茛 去除率色?#28909;?#38500;率
固定成本
ㄞ 万元
运行成本系数
ㄞ ㄗ元· ㄜㄠ ㄘ
一级生物处理工艺ㄧㄤㄔ ㄦㄟㄔ ㄧㄟㄔ ?#20445;除除?ㄠ
二级混凝工艺ㄥㄟㄔ ㄦㄟㄔ ㄤㄟㄔ ?#20445;除?ㄟㄝ ㄡㄤ
三级臭氧氧化工艺ㄣㄟㄔ ㄞ ㄧㄟㄔ ㄣㄤㄟ ㄟㄝ ㄥ
四级膜系统技术ㄧㄟㄔ ㄨㄟㄔ ㄞ ?#24120;除除?ㄟㄝ ㄠ
﹛﹛表ㄢ 为印染集中区各企业过程节点数据ㄝ 本文
根据各个企业的水代谢途径进行?#27835;茿?#35843;查进水及
排水节点ㄛ弄清企业水流途径ㄛ?#33539;?#20225;业各工序的
用水要求与出水水质ㄝ 在此为简化计算ㄛ将用水要
求一?#34385;页?#27700;水质相似的节点合并ㄗ如ㄛ将前处理
工段所有用水节点合并ㄛ所有工序蒸汽﹜冷却用水
节点合并ㄘㄛ并取各节点流量﹜水质指标的平均值ㄝ
表ㄢ﹛印染集中区各企业过程节点数据
啥嶂滹鴥 ㄢ﹛?#27169;嶂穬?鵃 穬鋆 驐嶂穬憯 謑鵃銫憯 鵃 穬鋆 銫灥憯憌謑 嶂謑 璉憌謑憌鞶鋆憌謑 艞鴥嶂謑
企业名称用水节点
日水流量
?#24076;?/div>
ㄞ ㄗ瞨· ㄜㄠ ㄘ
ㄞ ㄗ瞨· ㄜㄠ ㄘ
染色厂i前处理?#20445;閎產??#20445;馳除?ㄡㄣㄟ
j染色ㄡㄧㄟ ㄣㄤㄟ ㄥㄟ
k冷凝?#20445;除?ㄡㄤ ㄦ
l冷却?#20445;產?ㄡㄤ ㄦ
印染厂ㄠ i前处理ㄣㄟㄟ ?#20445;除?ㄡㄤㄟ
j印染?#20445;產??#24120;?ㄥㄟ
k冷凝ㄥㄟ ㄡㄤ ㄦ
l冷却ㄨㄟ ㄡㄤ ㄦ
印染厂ㄡ i前处理?#20445;馳?ㄡㄤㄟㄟ ?#24120;除?/div>
j印染ㄣㄟㄟ ?#24120;?ㄦㄟ
k冷凝?#20445;保?ㄡㄤ ㄦ
l冷却?#20445;提?ㄡㄤ ㄦ
印染厂ㄢ i前处理ㄡㄨㄟㄟ ?#20445;除?ㄡㄟㄟ
j印染ㄧㄟㄟ ㄤㄤㄟ ㄦㄟ
k冷凝ㄡㄡㄟ ㄡㄤ ㄦ
l冷却ㄡㄦㄟ ㄡㄤ ㄦ
水洗厂砂洗ㄡㄟㄟ ㄤㄤㄟ ?#20445;除?/div>
﹛﹛各企业间及各企业与污水处理设施距离见
表ㄣㄝ
表?#30784;?#21508;企业距离
啥嶂滹鴥 ?#30784;﹝模憌鞶穬嶂謑聜?滹憯穬驐憯憯 穬驐 艞鴥嶂謑穬 憌 穬鋆 憯齮嶂瞨艞鴥
企业名称染色厂
印染
厂ㄠ
印染
厂ㄡ
印染
厂ㄢ 水洗厂
污水处
理设施
染色厂ㄟ ㄣ?#20445;?ㄥㄡㄟ ?#20445;??#24120;除?ㄤㄟ
印染厂ㄠ ㄣ?#20445;?ㄟ ㄡ?#20445;?ㄤㄟㄟ ?#20445;??#24120;馳?/div>
印染厂ㄡ ㄥㄡㄟ ㄡ?#20445;?ㄟ ㄦㄟㄟ ?#24120;?ㄥ?#20445;?/div>
印染厂ㄢ ?#20445;?ㄤㄟㄟ ㄦㄟㄟ ㄟ ?#24120;閎??#20445;閎?/div>
水洗厂?#24120;除??#20445;??#24120;??#24120;閎?ㄟ ?#24120;除?/div>
污水处理设施ㄤㄟ ?#24120;馳?ㄥ?#20445;??#20445;閎??#24120;除?ㄟ
?#24120;??#30784;?#35745;算结果
本数学优化问题为混合整数非线性规划ㄝ 选取
新鲜水费用为ㄣ 元·穬?#20445;?#24180;工作日为?#24120;除?銫运用
鴥憌謑蝤 软件编程ㄛ并且采用软件中的全局求解器求解
计算ㄝ 该求解器运用分支定界方法ㄗ 滹礗嶂謑聜 嶂謑
滹鵃鶜謑 瞨憯穬鋆鵃銫以非整数规划最优解为树根ㄛ最优目
标值为上届ㄛ按决策变量整数值ㄛ将模型分解为多
个凸分支ㄝ 分支定界法是一种求解整数规划问题的
最常用算法ㄛ可以?#34892;?#27714;解混合整数规划问题ㄝ 其
优点是不必对解空间进行遍历搜索就能够?#19994;?#20840;
局最优解ㄛ加快求解速度ㄝ 但当分支越多ㄛ要求的子
问题越多ㄛ且子问题的约束条件也会增多ㄛ求解过
程变的复杂费?#20445;?/div>
对计算结果整理后ㄛ实际水网络如图ㄢ 所示ㄝ 其
中ㄛi﹜j﹜k﹜l分别代表印染或染色厂的前处理﹜
?#24120;產閎?/div>
?#20445;?期于金巧等ㄩ印染集中区水网络优化研究
印染﹜冷凝﹜冷却过程节点ㄛm代表水洗厂过程节
点ㄛ直线上数据代表流量ㄛ单位为·銫?#20445;?结果?#33539;?#20102;
污水处理设施等级为ㄢ 级ㄛ并明确了企业内部及企
业之间的水循环回收利用最优途径ㄛ主要包括ㄩ印
染厂和染色厂中的冷凝﹜冷却水应回用于前处理工
序ㄛ见图ㄢ 企业内废水回用˙印染二厂的部分冷却水
回用于水洗厂ㄛ这样可使集中区整体成本花费下
降ㄛ见图ㄢ 企业间废水回用途径˙各印染厂印花与染
色水洗水和锅炉蒸汽用水除一部分来自新鲜水外ㄛ
还可来自于三级污水处理回用水ㄛ见图ㄢ 污水处理
设施中水回用途径ㄝ
二级污水处理设施的出水ㄛ只有一部分流入三
级处理设施进行深度处理ㄛ另一部分达标排放ㄝ 计
算结果明确了各部分的流量ㄝ 最终计算结果表明ㄛ
通过该优化模型优化ㄛ该水网络污水排放量由以前
的ㄨㄣㄡㄟ ·銫?#20445;狠档?#27745;水排放量为ㄡ?#20445;簌?·銫?#20445;?#22238;用
率达ㄦㄦㄔㄝ
图ㄢ﹛印染集中区最优水网络
ゞ憌蝤 ㄢ﹛?#24076;暈穬憌瞨嶂?聜鵃謑璉憌蝤鶜礗嶂穬憌鵃 憌 穬鋆 憯齮嶂瞨艞鴥
?#30784;?#32467;论ㄗ瓊鵃謑聜鴥鶜鞶憌鵃謑鞶
?#20445;?基于以上研究ㄛ本文所建立的水网络优化方
法能够通过综合印染集中区中各企业用水指标﹜排
水特点ㄛ兼顾水质特性﹜需水要求﹜环境容量﹜经济
效益等因素ㄛ搭建经?#23186;?#27700;的企业内及企业间水回
用途径ㄝ 该方法保证在整体集中区总成本最低的基
础上ㄛ使所研究的系统用水在达到水质标准的同
?#20445;?#23454;现水资源的合理分配ㄛ使得印染集中区中新
鲜水的使用?#26723;礿?#27700;资源利用率提高ㄝ
ㄡㄘ 本文所建立的包含多级污水处理设施的水
网络优化模型ㄛ能够经济合理的分配各级污水处理
设施处理水ㄛ明确了各级处理设施向企业输送处理
中水的最优回用途径﹜回用量及外界环境排放量ㄛ
更加符合实?#26159;?#20917;ㄝ 管理者可以参考本优化模型结
果ㄛ对污水处理设施的提标改造ㄛ作出提高水资源
利用率ㄛ节约成本的决策ㄝ
?#24120;?本文的计算结果表明ㄛ若处理设施的污染物
去除率提高及处理成本?#26723;礿?#38598;中区内水的回收利
用率随之上升ㄝ
责任作者简介ㄩ张芸ㄗ?#20445;馳閎?mdash;ㄘㄛ女ㄛ教授ㄛ博士ㄛ博士生?#38469;忙?/div>
主要从?#34385;?#27905;生产和循环经济方向的研究ㄝ ⁃瞨嶂憌鴥
?#24120;產閎?/div>
环﹛﹛境﹛﹛科﹛﹛学﹛﹛学﹛﹛报?#24120;?卷
鋆嶂謑蝤灥鶜謑 銫鴥鶜穬 憯銫鶜 聜謑
附录﹛主要符号意义和单位
聜鶜艞派磩派企业 的过程节点 出水的第 种污染物浓度
ㄗ瞨·怗迤 ㄘ
聜驐新鲜水的第 种污染物浓度值ㄗ瞨·怗迤 ㄘ
聜聜艞派 企业 的污水缓冲池第 种污染物浓度值
ㄗ瞨·怗迤 ㄘ
聜鞶艞派憌派企业 的过程节点 出水的第 种污染物浓度
ㄗ瞨·怗迤 ㄘ
聜艞齮派憌派企业 的过程节点 出水的第 种污染物浓度
ㄗ瞨·怗迤 ㄘ
聜鶜瞨憌謑艞派磩派 企业 的过程节点 需水第 种污染物浓度最小
限值ㄗ瞨·怗迤 ㄘ
聜鶜瞨嶂齮艞派磩派 企业 的过程节点 需水第 种污染物浓度最
大限值ㄗ瞨·怗迤 ㄘ
聜穬鵃鶜 驐派 级污水处理设施出水第 种污染物浓度值
ㄗ瞨·怗迤 ㄘ
聜穬憌 驐派 级污水处理设施入水第 种污染物浓度值
ㄗ瞨·怗迤 ㄘ
聜憯瞨憌 排放标准第 种污染物浓度最小限值ㄗ瞨·怗迤 ㄘ
聜憯瞨嶂 排放标准第 种污染物浓度最大限值ㄗ瞨·怗迤 ㄘ
ゞ氿艞派企业 过程节点 排水水总量ㄗ·銫迤 ㄘ
璉鞶鞶艞派憌派企业 内过程节点 流入节点 的水流量ㄗ·銫迤 ㄘ
璉鞶聜艞派企业 的过程节点 排入污水缓冲池水量ㄗ·銫迤 ㄘ
ゞ掁艞派企业 过程节点 用水总量ㄗ·銫迤 ㄘ
璉驐艞派企业 的过程节点 新鲜水需水量ㄗ·銫迤 ㄘ
璉艞鞶齮派艞派憌派企业 的过程节点 流入企业 的过程节点 的
流量ㄗ·銫迤 ㄘ
璉穬鞶驐派艞派 级污水处理设施流入企业 的过程节点 的回
用水量ㄗ·銫迤 ㄘ
ゞ瓊企业 污水缓冲池水量ㄗ·銫迤 ㄘ
璉聜穬企业 污水缓冲池中流入污水处理设施的流量
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璉憯 级污水处理设施排放环境的水量ㄗ·銫迤 ㄘ 猀 级污水处理设施的对第 种污染物浓度的转化因子
瓊掁 新鲜水成本ㄗ元·穬迤 ㄘ
瓊掁ゞ 级污水处理设施固定成本ㄗ元ㄘ
瓊?#24076;? 级污水处理设施运行成本ㄗ元·穬迤 ㄘ
瓊掁 管道成本ㄗ元ㄘ 企业年工作日ㄗ銫 ?#27169;暈派?#20225;业 与企业 之间的距离ㄗ瞨 ?#27169;?#20225;业 与污水处理设施之间的距离ㄗ瞨
二进制函数
?#20445;齮派?决定企业 与企业 过程节点之间管道的二进制函数
堧產
决定污水处理设施与企业缓冲池之间管道的二进制
函数
?#24120;派?决定污水处理设施与企业之间管道的二进制函数
堧提 决定 级污水处理设施的二进制函数
希?#30333;?#27597;
ρ 水密度ㄗ諴·瞨迤 ㄘ
下标
过程节点
过程节点
污染物质
处理设施级数
企业
企业
末级污水处理设施
上标
憌 进水
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瞨嶂 最大限
集合
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