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水污染和水资源短缺是人类面临的重大问题。对于过程工业来讲，提高水资源的利用效率，改善用水网络的设计以节约新鲜水、减少废水排放是值得研究的课题。本文对过程工业中用水网络的优化设计进行了研究，并对废水处理网络的优化设计进行了初步探索，最后，将过程集成优化技术综合应用于石化企业用水系统，以期对石化企业用水的节水降污提供一定的理论指导。主要内容有以下几点：
1、提出了水质分析与数学规划法相结合的用水网络最优化设计方法。在多杂质用水系统中，各操作出水水质以不同杂质为主要因素，难以直接比较水质优劣。本文对进出口水的极限数据进行分析得出水质状况，并对它们按优劣进行排序，优先将排在前面的，节水效果好的操作作为供水源，在水量足够的情况下，对后面的操作不予以考虑，以此来简化用水网络超结构模型，然后利用GAMS软件对经过简化后的超结构进行非线性规划并求解。通过两个例子的分析，证明了方法的有效性。
2、对废水处理网络优化方法的一些规则进行了归纳，并且在此基础上提出了新型的废水处理网络优化模型，该模型对处理流程的不确定性有所反映，建立该模型后，根据优化规则逐步调优，最终可以得出较为满意的优化解或者亚优解，该方法可根据去除单位负荷处理费用最小化为目标，也可以根据去除单位负荷处理流量最小化为目标，文中以后者为目标函数进行了实例研究，结果表明本方法可行。
3、优化理论技术应用于某石化公司有机厂，并且涉及了多种实际情况的考虑：同时考虑最小化连接数，最小化费用，多杂质、多过程、多水源选择等情况，最终得出了可供参考的污水回用方案。