超濾水處理系統(tǒng)優(yōu)化設計的研究.pdf

1、水資源短缺和水污染已成為制約社會發(fā)展的世界性問題，多方面進行治理是解決水資源短缺問題的重要方法。隨著人口的增加和工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，人們對高質(zhì)量水的需求越來越多，超濾膜技術替代傳統(tǒng)預處理方法具有明顯的應用優(yōu)勢；另外，超濾在其他水處理方面的應用也愈來愈廣。因此，超濾技術在水處理領域有著重要的應用價值。但目前，超濾的技術經(jīng)濟指標和理論值相比，還有一定的差距，其工藝設計和系統(tǒng)操作等仍有很大的待改進空間。隨著新工藝的不斷出現(xiàn)，需要有新的模型對系統(tǒng)進

2、行描述。膜污染是超濾技術應用時面臨的一個關鍵問題，早期的研究缺乏對膜組件清洗更換問題的全面考慮。鑒于以上原因，本論文從系統(tǒng)工程角度出發(fā)，對超濾過程進行分析，采用數(shù)學規(guī)劃方法對超濾水處理系統(tǒng)的優(yōu)化設計進行研究，得出了系統(tǒng)工藝流程的最優(yōu)設計結果。主要內(nèi)容和結論如下：
　　 1.超濾水處理過程膜組件選型的研究?；诔瑸V的基本原理和超濾水處理系統(tǒng)的特征，依據(jù)微孔理論建立了超濾系統(tǒng)的單元操作模型，并給出相關的經(jīng)濟模型?？疾炝艘患壱欢纬瑸V系

3、統(tǒng)工藝流程，將超濾膜分為高通量膜和低通量膜兩種類型，在滿足過程熱力學和處理要求等約束條件下，以年費用最小為目標，將問題表達為一個非線性規(guī)劃(NLP)，運用GAMS軟件進行求解。結果表明，當進料液質(zhì)量濃度高、產(chǎn)水水質(zhì)要求低時，宜選用高通量膜；當進料液質(zhì)量濃度低、產(chǎn)水水質(zhì)要求高時，宜選用低通量膜。
　　 2.超濾水處理系統(tǒng)中膜污染是應用中遇到的一個難題，對膜組件進行清洗是防治超濾膜污染的關鍵措施。本文對一級一段超濾水處理系統(tǒng)中膜組件

4、的化學清洗問題進行了研究。改進了膜污染模型，同時根據(jù)膜組件的分離性能給出清洗依據(jù)，規(guī)劃期為兩年，一個月為一個時段，以規(guī)劃期內(nèi)總的操作費用最小為目標，將膜組件的化學清洗時機表達為一個混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)問題，通過求解優(yōu)化獲得了規(guī)劃期內(nèi)膜組件的最佳清洗時機。實例結果表明，提出的超濾膜組件的化學清洗策略和求解方法是可行的，與實際生產(chǎn)中膜組件的清洗操作相一致。
　　 3.考慮膜組件的更換問題，進一步對超濾水處理系統(tǒng)的優(yōu)化設計

5、進行了研究。以兩年為規(guī)劃期，一個月為一個時段，同時考慮兩年規(guī)劃期內(nèi)超濾膜組件的清洗和更換情況，給出了清洗更換依據(jù)，以規(guī)劃期內(nèi)年總費用最小為目標，將超濾系統(tǒng)的優(yōu)化設計表達為一個混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)問題。提出了超濾水處理系統(tǒng)優(yōu)化設計的步驟：①給出超濾過程單元數(shù)學模型，以此模擬超濾過程；②用單元數(shù)學模型建立不同的系統(tǒng)模型；③給出膜組件的污染模型，確定膜組件的清洗更換依據(jù)，給出規(guī)劃期內(nèi)超濾膜組件的最佳清洗更換時機；④給出設備經(jīng)濟模型