超濾水處理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究.pdf

1、水資源短缺和水污染已成為制約社會(huì)發(fā)展的世界性問(wèn)題，多方面進(jìn)行治理是解決水資源短缺問(wèn)題的重要方法。隨著人口的增加和工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)高質(zhì)量水的需求越來(lái)越多，超濾膜技術(shù)替代傳統(tǒng)預(yù)處理方法具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)；另外，超濾在其他水處理方面的應(yīng)用也愈來(lái)愈廣。因此，超濾技術(shù)在水處理領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。但目前，超濾的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和理論值相比，還有一定的差距，其工藝設(shè)計(jì)和系統(tǒng)操作等仍有很大的待改進(jìn)空間。隨著新工藝的不斷出現(xiàn)，需要有新的模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)

2、行描述。膜污染是超濾技術(shù)應(yīng)用時(shí)面臨的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，早期的研究缺乏對(duì)膜組件清洗更換問(wèn)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(duì)超濾過(guò)程進(jìn)行分析，采用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法對(duì)超濾水處理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，得出了系統(tǒng)工藝流程的最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)果。主要內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　 1.超濾水處理過(guò)程膜組件選型的研究。基于超濾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(guān)的經(jīng)濟(jì)模型。考察了一級(jí)一段超濾系

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(guò)程熱力學(xué)和處理要求等約束條件下，以年費(fèi)用最小為目標(biāo)，將問(wèn)題表達(dá)為一個(gè)非線性規(guī)劃(NLP)，運(yùn)用GAMS軟件進(jìn)行求解。結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)料液質(zhì)量濃度高、產(chǎn)水水質(zhì)要求低時(shí)，宜選用高通量膜；當(dāng)進(jìn)料液質(zhì)量濃度低、產(chǎn)水水質(zhì)要求高時(shí)，宜選用低通量膜。
　　 2.超濾水處理系統(tǒng)中膜污染是應(yīng)用中遇到的一個(gè)難題，對(duì)膜組件進(jìn)行清洗是防治超濾膜污染的關(guān)鍵措施。本文對(duì)一級(jí)一段超濾水處理系統(tǒng)中膜組件

4、的化學(xué)清洗問(wèn)題進(jìn)行了研究。改進(jìn)了膜污染模型，同時(shí)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(gè)月為一個(gè)時(shí)段，以規(guī)劃期內(nèi)總的操作費(fèi)用最小為目標(biāo)，將膜組件的化學(xué)清洗時(shí)機(jī)表達(dá)為一個(gè)混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)問(wèn)題，通過(guò)求解優(yōu)化獲得了規(guī)劃期內(nèi)膜組件的最佳清洗時(shí)機(jī)。實(shí)例結(jié)果表明，提出的超濾膜組件的化學(xué)清洗策略和求解方法是可行的，與實(shí)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(wèn)題，進(jìn)一步對(duì)超濾水處理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

5、進(jìn)行了研究。以兩年為規(guī)劃期，一個(gè)月為一個(gè)時(shí)段，同時(shí)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(fèi)用最小為目標(biāo)，將超濾系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)表達(dá)為一個(gè)混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)問(wèn)題。提出了超濾水處理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟：①給出超濾過(guò)程單元數(shù)學(xué)模型，以此模擬超濾過(guò)程；②用單元數(shù)學(xué)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(shí)機(jī)；④給出設(shè)備經(jīng)濟(jì)模型