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基于数学规划法的工业园区间接循环水网络优化

胡官墨 毕莹莹 董莉 孙晓明

胡官墨,毕莹莹,董莉,等.基于数学规划法的工业园区间接循环水网络优化[J].环境工程技术学报,2022,12(4):1144-1152 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220233
引用本文: 胡官墨,毕莹莹,董莉,等.基于数学规划法的工业园区间接循环水网络优化[J].环境工程技术学报,2022,12(4):1144-1152 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220233
HU G M,BI Y Y,DONG L,et al.Indirect circulating water network optimization of industrial parks based on mathematical planning method[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2022,12(4):1144-1152 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220233
Citation: HU G M,BI Y Y,DONG L,et al.Indirect circulating water network optimization of industrial parks based on mathematical planning method[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2022,12(4):1144-1152 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220233

基于数学规划法的工业园区间接循环水网络优化

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220233
基金项目: 国家水体污染控制与治理科技重大专项(2017ZX07402-002)
详细信息
    作者简介:

    胡官墨(1995—),男,硕士,主要研究方向为清洁生产与循环经济,1250501339@qq.com

    通讯作者:

    孙晓明(1978—),男,研究员,博士,主要从事清洁生产与循环经济、水污染控制与废水资源化研究,sunxm52@126.com

  • 中图分类号: X24

Indirect circulating water network optimization of industrial parks based on mathematical planning method

  • 摘要:

    为解决工业园区水资源消耗高和水污染排放强度大等问题,整体优化园区水资源网络,实现水资源的高效利用是非常必要的。基于数学规划法,以园区企业间水耗、排水量和水质的差异为基础,兼顾经济和环境要素,构建了包括水源、处理单元以及水阱的水网络优化模型,形成适用于工业园区水资源间接循环利用的优化方法。以典型工业园区为研究对象,基于水网络优化模型,在园区最小新鲜水需求量目标下,比较了不同情景的新鲜水需求量、废水排放量和总费用。结果表明:采用间接循环水网络优化方案可使园区总新鲜水需求量减少24.7%,废水排放量减少40.5%,废水重复利用率提升40.5%,总费用比较适中,为486.09万元/a,具有较高的环境效益,该优化模型能够显著提升工业园区水资源利用效率。

     

  • 图  1  工业园区水网络优化模型

    注:i为水源;j为水阱;w1,w2,……wnn种处理单元;G为新鲜水;E为外排单元;箭头代表水流可能分配的路径。

    Figure  1.  Water network optimization model for industrial parks

    2  7种情景下的园区水网络优化结果

    2.  Optimization results of water network in the park under 7 scenarios

    2  7种情景下的园区水网络优化结果(续)

    2.  Optimization results of water network in the park under 7 scenarios (continued)

    2  7种情景下的园区水网络优化结果(续)

    注:箭头旁边数字为流量,t/d。

    2.  Optimization results of water network in the park under 7 scenarios (continued)

    图  3  园区新鲜水量优化结果

    Figure  3.  Optimization results of freshwater quantity in the park

    图  4  不同情景下各费用情况

    Figure  4.  Costs under different scenarios

    表  1  优化前园区给排水现状和水资源利用情况

    Table  1.   Current situation of water supply and drainage and water utilization in the park before optimization m3/d 

    优化前食品饮料制药电子信息金属材料能源化工机械装备园区总量
    新鲜水耗 3 900 750 1 700 400 1 550 2 050 10 350
    废水排放量 1 950 600 1 370 240 930 1230 6 320
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    表  2  各处理单元COD去除率及运行成本

    Table  2.   Treatment unit and cost of COD removal rate

    编号进口COD
    限值/(mg/L)
    出口COD/
    (mg/L)
    COD
    去除率/%
    运行成本/
    (元/t)
    w1(混凝沉淀) 200 50 75 0.5
    w2(好氧) 500 60 88 1.0
    w3(好氧+厌氧) 1 000 100 90 1.5
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    表  3  园区水源数据

    Table  3.   Water source data in the park

    行业排水类型水源COD/(mg/L)流量/(m3/d)
    食品饮料 制糖 1 440 400
    乳业 2 750 650
    肉类加工 3 890 900
    制药 混合制剂 4 350 250
    化学制剂 5 660 200
    中药 6 900 150
    电子信息 集成电路 7 125 400
    半导体 8 140 470
    电子器件 9 215 500
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    表  4  园区水阱数据

    Table  4.   Water trap data in the park

    行业需水类型水阱COD/(mg/L)流量/(m3/d)
    金属材料冷却循环水150160
    冲渣水210090
    工业用水360150
    能源化工冷却循环水450600
    冲渣水5100450
    工业用水660500
    机械装备冷却循环水7501 000
    冲洗水880450
    工业用水960600
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    表  5  各行业与分质单元之间的距离

    Table  5.   Distance between industries and quality units m 

    食品饮料制药电子信息金属材料能源化工机械装备
    124013601310156014701520
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    表  6  不同情景下园区废水排放量

    Table  6.   Wastewater discharge in the park under different scenarios

    情景未达到处理单元
    要求的流量/(m3/d)
    未被水阱利用
    外排流量/(m3/d)
    废水排放量/
    (m3/d)
    园区废水总排放量/
    (m3/d)
    园区废水重复
    利用率/%
    w1外排w2外排w3外排
    06 3200
    10001 3601 3603 76040.5
    22 75002 7505 15013.8
    31 9004802 3804 78032.0
    403 3803 3805 7808.5
    51 900001 9004 30032.0
    6002 5102 5104 91022.3
    70016801 6804 08035.4
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  • 收稿日期:  2022-03-11
  • 录用日期:  2022-03-22

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