一种印染工业园水网络的优化模型的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境污染治理技术领域，涉及一种印染工业园水网络的优化模型，该 优化模型通过数学规划得到，建立的模型是一种工业园用水、排水途径规划设计及水资源 有效回用的工业模型。
【背景技术】
[0002] 中国水资源严重匮乏，且随着经济的不断发展，工业耗水量大，工业排水造成的水 污染问题日益严重，在印染工业园区内聚集着数家高耗水的印染及水洗企业，集中排污量 大，对区域环境冲击严重问题突显，因此印染工业园区水资源的合理有效利用问题的研宄 被逐渐引起重视。
[0003] 数学规划方法既对影响系统各相关因素进行量化，建立数学模型，从而进行统筹 规划，寻求最优方案的数学方法，在国内研宄中未见工业园水网络优化的数学模型构建，而 国外的工业园水网络数学模型并不符合我国的印染工业园水网络特点。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种印染工业园水网络的优化模型，该模型根据我国大多数工业园 水网络特点进行数学模型构建，在成本最经济、用水量最少或者排水量最低的目标下，明确 企业用水最佳途径、企业内部及企业间的的水循环利用途径、各级处理设施最佳污水回用 途径及水处理组合工艺等级。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
[0006] 该模型根据所要达到的目标是成本最低、新鲜用水量最低或排水量最低不同，建 立不同的优化模型；具体步骤如下：
[0007] 第一步：根据水流的输入或输出途径将水网络分成四部分，分别是：
[0008] (1)企业排水节点--水源；
[0009] (2)企业用水节点--水阱；
[0010] (3)企业污水集中缓冲池；
[0011] (4)污水处理设施。
[0012] 所述的水阱和水源，是各用水企业的用水和排水节点。每个水阱都有对应的需水 要求，需水要求中每个因子为约束因子，约束因子可以是某污染物质浓度、COD、SS、温度、pH 值等，因为模型中有水流的混合，混合水流的约束因子计算方式为混合规则。
[0013] 从节点的设立位置可以将节点分为印染工业园内的节点和印染工业园内设立的 企业节点。
[0014] 印染工业园内的污水处理设施和各企业的污水缓冲池，都作为一个节点。
[0015] 印染工业园内设立的企业的所有进水及排水点也都作为一个节点，包括：
[0016] A、各企业的污水处理设施；B、各企业的污水缓冲池；
[0017] C、印染厂的烧毛工序节点；D、印染厂的退煮工序节点；
[0018] E、印染厂的氧漂工序节点；F、印染厂的丝光工序节点；
[0019] G、印染厂的印染工序节点；H、印染厂的后整理工序节点；
[0020] J、水洗厂的砂洗工序节点；K、水洗厂的烘干工序节点；
[0021] 依据进水及出水所满足的水流平衡、水质因子的混合规则、各个节点的进水需求、 排水标准及成本等限制条件，将各部分节点的水流关系进行量化，即建立具有决策变量的 约束函数。排水标准，指的是国家法律法规规定的污水环境排放标准。
[0022] 第二步：将与决策变量相关的，该模型所要达到的目标量化，建立目标函数，用二 进制变量决定水流途径是否存在。
[0023] 印染工业园每个进水及排水节点的水质条件，如某污染物质浓度、COD、SS、温度、 PH值等因素为水质因子，因为印染工业园的水网络中有水流的混合，混合水流的水质因子 计算方式为混合规则。
[0024] 本发明可以明确各级处理设施最佳污水回用途径及水处理组合工艺等级，为工业 园节水减排水网络管理、污水处理设施设计及提标改造提供参考信息。
【附图说明】
[0025] 图Ia是印染工业园水网络的企业用水排水途径示意图。
[0026] 图Ib是印染工业园水网络的污水缓冲池进水排水途径示意图。
[0027] 图Ic是印染工业园水网络的污水处理厂进水排水途径示意图。
[0028] 图2是一种印染工业园水网络优化模型图。
【具体实施方式】
[0029] 现以目标为成本最低为例，进行所述的工业园水网络的优化，通过数学规划方法 建立水网络优化模型，确定包括确定新鲜水使用、废水循环回用、废水排放、废水处理在内 的工业园区水网络的具体水流途径；具体步骤是：
[0030] 所述的水阱和水源，是各用水企业的用水和排水节点。每个水阱都有对应的需水 要求，需水要求中每个因子为约束因子，约束因子可以是某污染物质浓度、COD、SS、温度、pH 值等，因为模型中有水流的混合，混合水流的约束因子计算方式为混合规则。
[0031] 各个企业水源的水流量（FSpi)可被分流流向自身企业水阱（fsspij)和自身企业 缓冲池中（fSCpi)。水源的水流平衡公式如下：
【主权项】
1. 一种印染工业园水网络的优化模型，根据所要达到的目标是成本最低、新鲜用水量 最低或排水量最低不同建立不同的优化模型；其特征在于具体步骤如下： 第一步：根据水流的输入或输出途径将水网络分成四部分，分别是： (1) 企业排水节点一一水源； (2) 企业用水节点一一水阱； (3) 企业污水集中缓冲池； (4) 污水处理设施 所述的水阱和水源，是各用水企业的用水和排水节点；每个水阱都有对应的需水要求， 需水要求中每个因子为约束因子，约束因子可以是某污染物质浓度、COD、SS、温度、pH值等， 因为模型中有水流的混合，混合水流的约束因子计算方式为混合规则； 从节点的设立位置可以将节点分为印染工业园内的节点和印染工业园内设立的企业 节点； 印染工业园内的污水处理设施和各企业的污水缓冲池，都作为一个节点； 印染工业园内设立的企业的所有进水及排水点也都作为一个节点，包括： A、各企业的污水处理设施；B、各企业的污水缓冲池； C、印染厂的烧毛工序节点；D、印染厂的退煮工序节点； E、印染厂的氧漂工序节点；F、印染厂的丝光工序节点； G、印染厂的印染工序节点；H、印染厂的后整理工序节点； J、水洗厂的砂洗工序节点；K、水洗厂的烘干工序节点； 第二步：将与决策变量相关的，该模型所要达到的目标量化，建立目标函数，用二进制 变量决定水流途径是否存在； 印染工业园每个进水及排水节点的水质条件，因为印染工业园的水网络中有水流的混 合，混合水流的水质因子计算方式为混合规则。
2. 根据权利要求1所述的优化模型，所要达到的目标是成本最低；其特征在于具体步 骤如下： 各个企业水源的水流量FSiu被分流流向自身企业水阱fsspu.和自身企业缓冲池 fscp，i;水源的水流平衡公式如下：
水阱的水流量FUiu分别来自于新鲜水源fw 、自身企业水源水流fssp，u、除自身外其 他企业缓冲池水流fCSx，Pd和各级污水处理设施流水fts 水流平衡公式如：
水阱混合流值的计算满足前面定义的混合规则如下：
约束因子满足需水要求，如下公式：/<1^ h；：::, 其中hup j f、hwf、hsp i f、hcx {和〇分别为第P个企业的水阱j、新鲜水、第P企业中水 源i、第X企业缓冲池及第w级污水处理设施出口水流的约束因子f的值，和二分 别为约束因子f的最小和最大限制值； 各个企业缓冲池的水流量FCp来自各自企业水源水流量fsc p，i;且缓冲池污水汇集后流 向各个企业的水阱水流量fcsp，x，」和流向一级污水处理设施水流量fct p; 水流平衡公式如下公式所示：
约束因子混合规则可由下公式表示：
一级污水处理设施的水FT1来源于各企业缓冲池废水fct p，假设水没有损失，则流入的 水量等于流出的水流；另外各级污水处理设施的水流FTw分别分配到企业水阱ftsw，Rj、下 一级污水处理设施FT W+1和环境fe ￥中，其中显然末级处理设施水流只有两个分配途径； 流入一级污水处理设施的水流量FTl和约束因子规则满足下面两公式，其中.代表 第w级污水处理设施入口水流的约束因子f的值：
各级污水处理设施出水水流平衡公式如下公式所示：
末级处理设施的水流FTw流向企业水阱代^^^或环境中few，表达式如下公式所示：
每一级污水处理设施流入的约束因子f的值等于上一级流出的约束因子f的值，这里 一级处理设施除外，表达式如下公式所示： - in - out . ht^f = ht^-Ufu ^ 1 每个污水处理设施的转化因子Rw，f;进口水流的约束因子f的值和出口水流的约束因 子f的值可以满足下公式： = FT，giht: - R'' 排放到环境中的污水限制因子值必须满足当地政府规定，和分别代表排放标 准各项指标的最低和最后限制，其约束公式如下公式所示： /e,,. X g(he'"n) < few x giht^ ) < /ew x g(he'"a') 下列公式分别用来决定缓冲池和水阱、缓冲池和处理设施、处理设施和水阱、处理设施 和环境之间的管道是否存在，其中<和之^为二进制变量，要注意一点，同一处理 设施回用到同一企业的不同水阱的污水只需一条管道，因此公式如下：
目标函数是使年总成本最小TAC，总成本包括新鲜水成本WC、污水处理设施成本TCW、管 道成本PC ;表达式如下公式所示： TAC = WC+TC.+PC 其中新鲜水成本WC用下公式计算：
Hr代表年运行时，CUW是当地单位工业新鲜用水成本； 各段污水处理设施成本由固定成本CH和运行成本CUM表示，如下公式：
< ?为二进制函数，来决定各段污水处理设施是否存在，因为如果上一级污水处理设施 不存在，则其下面各级污水处理设施都不存在，限制公式如下两式所示：
管道的成本计算公式如下：
Dp，x代表两企业之间的距离，Dp代表污水处理设施到公式ρ的距离；A指的是管道成本 参数，CUP为管单位成本，P为污水密度，V为污水流速。
【专利摘要】一种印染工业园水网络的优化模型，根据所要达到的目标是成本最低、新鲜用水量最低或排水量最低不同建立不同的优化模型；该优化模型将印染工业园和印染工业园内设立的企业都设立不同的节点，分别为排水节点、用水节点、企业污水集中缓冲池、污水处理设施，将与决策变量相关的，该模型所要达到的目标量化，建立目标函数，用二进制变量决定水流途径是否存在；该优化模型明确企业用水最佳途径、企业内部及企业间的水循环利用途径、各级处理设施最佳污水回用途径及水处理组合工艺等级，为工业园节水减排水网络管理、污水处理设施设计及提标改造提供了一种重要的参考方式。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104765950
【申请号】CN201510104778
【发明人】张芸, 于金巧
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月10日