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水在过程工业的发展中占有极为重要的地位，是可持续发展的关键因素。由于水资源的逐年匮乏和环境污染的日趋严重，水分配网络的研究已引起普遍关注。本文在全面分析水分配网络研究现状和发展趋势基础上，对其过程优化设计方法进行了详细、深入的研究，以期对过程工业的节水降污提供一定的理论指导。本论文的主要研究内容有：1.在废水处理网络中，杂质去除率是重要参数之一，而目前已发表的文献都把它作为常数考虑，但这在实际生产中是很难实现的。本文提出以杂质去除率为变量的废水处理网络设计方法，以生化处理为模型，采用Lawrence-McCarty模式在推流式反应器中的应用模型计算杂质去除率，并优化废水处理网络结构。最后，引用文献实例并与之结果进行了比较。
2.废水处理费用是由废水的数量和质量共同决定，水夹点分析可以有效地减少废水的数量，但同时可能对废水质产生负面的影响，导致废水处理费用的增加。本文将两种夹点分析法结合，采用水—氧夹点分析法，不仅可以确定处理过程的夹点，同时也能反应最小耗氧量等特性。在此基础上，本文采用水—氧夹点分析法与数学规划相结合的方法设计废水处理网络，有效地弥补了单独使用的夹点分析法和单独采用数学规划法的不足。
3.同步设计可以全面考虑子系统间的相互作用，同时对多个子系统和多个目标进行优化。对于单杂质系统，本文提出了考虑回用、再生回用和再生循环的逐步夹点分析法，并提出了相应的优先规则和设计步骤，能够有效的权衡用水网络和废水处理网络的相互作用，使水分配网络整体分布达到最优。
4.本文提出了夹点分析与数学规划相结合的方法求解多杂质、多单元水分配网络。首先建立一个包括水回用、废水再生回用和再生循环所有可能方案的超结构及其数学模型；然后用夹点分析法除去不存在的匹配，减少变量数；最后采用自适应模拟退火遗传算法对其进行求解。