一种基于优化算法的纺织染整行业纳管标准计算方法与流程

本发明属于生态环境保护领域计算纺织染整工业园区接管标准的方法，具体涉及一种基于优化算法的纺织染整行业纳管标准计算方法。

背景技术：

1、2012年10月19日，国家生态环境部正式发布《纺织染整工业水污染物排放标准》(gb4287-2012)，其中间接排放浓度限值为：cod≤200mg/l；ph值6-9；bod5≤50mg/l；tp≤1.5mg/l；色度≤80倍；nh3-n≤20mg/l；tn≤30mg/l；硫化物≤0.5mg/l，该标准于2013年1月1日正式实施。2015年3月27日，国家生态环境部发布《纺织染整工业水污染物排放标准》(gb4287-2012)修改单，其中说明园区(包括工业园区、开发区、工业聚集地等)企业向能够对纺织染整废水进行专门收集和集中预处理(不与其他废水混合)的园区污水处理厂化学需氧量(cod)间接排放限值调整为500mg/l，五日生化需氧量(bod5)间接排放限值调整为150mg/l。纺织染整行业cod是难以去除的污染物，且接管的标准值存在较大争议。

2、现纺织染整行业纳管标准尚有不足：1、纺织染整工业园区涉及不同产品、不同原料的使用和不同印染工艺，目前采用统一接管标准，但调研发现采用统一接管标准对于部分企业过严，对于部分企业过松，因此统一接管标准制约印染企业发展。2、纺织染整行业污水处理存在碳源重复利用问题，行业接管标准较严，企业过度预处理消耗大量可生化性碳源，废水达标后排入集中污水厂可生化性有机物较低，污水厂为水质达标大量加入葡萄糖等碳源，导致整个污水处理系统碳排放量大大增加，与“碳达峰”“碳中和”相违背。

技术实现思路

1、1.要解决的问题

2、针对统一接管标准制约印染企业发展和碳源重复利用等问题，本发明将污水处理成本、处理效果和碳排放量作为限制条件，并基于响应曲面优化算法，提出一种适用性强，可科学计算纺织染整工业园区纳管标准的方法。

3、2.技术方案

4、为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

5、s1：确定园区企业数量、排水量和废水cod浓度；

6、s2：根据污水厂工艺计算进水cod浓度最大值；

7、s3：根据污水厂进水cod浓度最大值确定纳管标准梯度；

8、s4：计算不同进水cod浓度梯度条件下吨水处理成本；

9、s5：计算不同进水cod浓度梯度条件下吨水碳排放量；

10、s6：计算不同进水cod浓度梯度条件下出水浓度；

11、s7：根据响应曲面法计算得出最优条件下园区纳管标准。

12、作为本发明的进一步改进，所述的s1步骤具体为：通过现场调研的方式，确定管辖范围内纺织工业园区企业个数，每家企业排水量和生产废水cod浓度。

13、作为本发明的进一步改进，所述的s2步骤具体为：根据污水处理厂排水cod目标值c0，《纺织染整工业废水治理工程技术规范》(hj 471-2020)不同污水处理工艺对应去除效率η，由以下公式计算污水厂进水cod浓度最大值cmax。

14、

15、作为本发明的进一步改进，所述的s3步骤具体为：根据污水厂进水cod浓度最大值cmax和《纺织染整工业水污染物排放标准》(gb4287-2012)中间接排放浓度限值200mg/l，确定纳管标准梯度为c1、c2、c3……cn，其中200≤c1、c2、c3……cn≤cmax。

16、作为本发明的进一步改进，所述的s4步骤具体为：根据污水厂建设费用s0，污水厂运行期内处理水量q，单位水量污水厂建设费用为s0/q，污水厂运行期间吨水药耗为s1，吨水电耗为s2，吨水设备维修费s3，吨水人工费s4，园区第i个印染企业预处理吨水总成本为ri，总共n个企业，计算园区污水处理的吨水处理成本s为：

17、

18、作为本发明的进一步改进，所述的s5步骤具体为：根据《城镇水务系统碳核算与减排路径技术指南》计算不同进水cod浓度梯度条件下园区污水处理的吨水碳排放量，主要包括：

19、①纺织工业园区共n家企业，园区纳管标准为ci时，企业预处理吨水直接碳排放量为ki，第j家企业生产废水cod浓度为tj，排水量为qj，总氮排放浓度为tnj，co2和ch4碳排放因子为ef，园区污水处理总量为q，总氮纳管浓度为tn。满足下式：

20、

21、②纺织工业园区共n家企业，园区纳管标准为ci时，企业预处理吨水间接碳排放量为oi，第j家企业污水处理电耗为dhj，药耗为yjj，电耗排放因子为ef电耗，药耗排放因子为ef药耗。满足下式：

22、

23、③纺织工业园区共n家企业，园区纳管标准为ci时，污水厂吨水直接碳排放量yi，污水处理厂排水cod目标值为c0，总氮目标值为tn0。满足下式：

24、

25、④纺织工业园区共n家企业，园区纳管标准为ci时，污水厂吨水间接碳排放量vi，污水厂污水处理电耗为dh，药耗为yj。满足下式：

26、

27、⑤纺织工业园区共n家企业，园区纳管标准为ci时，纺织工业园区污水处理的吨水碳排放量为pi。满足下式：

28、pi＝ki+oi+yi+vi

29、作为本发明的进一步改进，所述的s6步骤具体为：根据《纺织染整工业废水治理工程技术规范》(hj471-2020)不同污水处理工艺对应去除效率η，以及设定的纳管标准梯度ci，计算出水浓度cout为：

30、cout＝ci-ci·η

31、作为本发明的进一步改进，所述的s7步骤具体为：利用design-expert13软件进行响应曲面分析，在response surface栏下选择randomized，在randomized栏下选择box-behnken，设定吨水碳排放量、吨水处理成本和出水浓度三个因素的低水平值和高水平值，以污水处理评分为响应值，由现状调研数据计算的污水处理评分作为三个因素不同水平随机组合的响应值，最后进行响应曲面优化分析。在方差分析结果显著的前提下，得出污水处理评分在最高条件下三个因素的数值。

32、3.有益效果

33、相比于现有纺织染整行业水污染物排放标准，本发明的有益效果为：本发明提出一种将污水处理成本、处理效果和碳排放量作为限制条件，并基于响应曲面优化算法的纺织染整工业园区纳管标准计算方法，可用于不同纺织工业园区纳管标准的计算，与现有纺织染整行业纳管标准相比，适用性更强，促进企业绿色低碳发展。

技术特征：

1.一种基于优化算法的纺织染整行业纳管标准计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于优化算法的纺织染整行业纳管标准计算方法，其特征在于，所述的s1步骤具体为：确定纺织工业园区企业个数，每家企业排水量和生产废水cod浓度。

3.根据权利要求1所述的一种基于优化算法的纺织染整行业纳管标准计算方法，其特征在于，所述的s2步骤具体为：根据污水处理厂排水cod目标值c0，不同污水处理工艺对应去除效率η，由以下公式计算污水厂进水cod浓度最大值cmax；

4.根据权利要求3所述的一种基于优化算法的纺织染整行业纳管标准计算方法，其特征在于，所述的s3步骤具体为：根据污水厂进水cod浓度最大值cmax和间接排放浓度限值200mg/l，确定纳管标准梯度为c1、c2、c3……cn，其中200≤c1、c2、c3……cn≤cmax。

5.根据权利要求4所述的一种基于优化算法的纺织染整行业纳管标准计算方法，其特征在于，所述的s4步骤具体为：根据污水厂建设费用s0，污水厂运行期内处理水量q，单位水量污水厂建设费用为s0/q，污水厂运行期间吨水药耗为s1，吨水电耗为s2，吨水设备维修费s3，吨水人工费s4，园区第i个印染企业预处理吨水总成本为ri，总共n个企业，计算纺织工业园区污水处理的吨水处理成本s为：

6.根据权利要求5所述的一种基于优化算法的纺织染整行业纳管标准计算方法，其特征在于，所述的s5步骤具体为：计算不同进水cod浓度梯度条件下纺织工业园区污水处理的吨水碳排放量，包括：

7.根据权利要求6所述的一种基于优化算法的纺织染整行业纳管标准计算方法，其特征在于，所述的s6步骤具体为：根据不同污水处理工艺对应去除效率η，以及设定的纳管标准梯度ci，计算出水浓度cout为：

8.根据权利要求7所述的一种基于优化算法的纺织染整行业纳管标准计算方法，其特征在于，所述的s7步骤具体为：利用design-expert13软件进行响应曲面分析，在responsesurface栏下选择randomized，在randomized栏下选择box-behnken，设定吨水碳排放量、吨水处理成本和出水浓度三个因素的低水平值和高水平值，以污水处理评分为响应值，由现状调研数据计算的污水处理评分作为三个因素不同水平随机组合的响应值，最后进行响应曲面优化分析；在方差分析结果显著的前提下，得出污水处理评分在最高条件下三个因素的数值。

技术总结
本发明提供了一种基于优化算法的纺织染整行业纳管标准计算方法，通过企业调研采样与优化算法结合的方式计算纺织染整工业园区污染物接管标准的方法体系，具体包含以下步骤：步骤S1，确定园区企业数量、排水量和废水COD浓度；步骤S2，根据污水厂工艺计算进水COD浓度最大值；步骤S3，根据污水厂进水COD浓度最大值确定纳管标准梯度；步骤S4，计算不同进水COD浓度梯度条件下吨水处理成本；步骤S5，计算不同进水COD浓度梯度条件下吨水碳排放量；步骤S6，计算不同进水COD浓度梯度条件下出水浓度；步骤S7，根据响应曲面法计算得出最优条件下园区纳管标准。本发明可用于不同纺织工业园区纳管标准的计算，与现有纺织染整行业纳管标准相比，适用性更强，促进企业绿色低碳发展。

技术研发人员：施梦琦,刘伟京,刘广兵,娄明月,张艳红,佟思齐,喻学敏,孟溪,吴金华
受保护的技术使用者：江苏省环境科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/6/18