西安纺织城区污水回用系统设计与管网优化研究

论文摘要

水资源短缺和水体污染已成为严重制约西安地区可持续发展的主要因素。污水回用是解决该问题的有效途径,它不仅可以提高水资源利用率,降低用水成本,减少污水排放量,改善水污染状况,而且对于促进水资源的良性循环和区域社会、经济、环境的可持续发展具有重要意义。本文结合西安纺织城区实际情况,从污水回用的市场需求出发,研究该区污水回用系统设计和系统优化问题。通过调查分析目前国内外污水回用技术的研究与发展状况,结合纺织城区回用水市场需求分析和用水结构分析,确定了该区污水回用的方向;在确定西安纺织城区污水回用系统的组成基础上,运用静态评价指标,利用SPSS分析统计软件对城市污水回用系统不同工程规模单位投资费用和单位制水成本方面进行了分析,得出了纺织城区污水回用系统的经济处理规模;结合国内外污水回用标准和纺织城区具体实际情况提出了适合纺织城区的污水回用水质标准。设计提出了三个污水再生处理工艺方案,并对其进行了比较选优,确定了最适合该区的回用水水处理工艺;通过借鉴给水管网优化设计的思路,以年费用折算值为目标函数,应用改进遗传算法建立了回用水配水管网优化设计的遗传算法模型,并应用经典算例对改进遗传算法优化模型进行了验证,通过对比分析说明本文的改进遗传算法计算效率更高、收敛性更好、优化结果更加理想。本文应用MATLAB遗传算法工具箱完成了算法的求解,与传统的完全手工编程相比具有效率高、快捷方便等优点,为污水回用系统管网优化提供了新的方法和思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 水资源短缺与水污染现状
• 1.1.1 西北地区水资源短缺与水污染现状
• 1.1.2 西安市水资源短缺与水污染现状
• 1.1.3 解决水资源短缺问题的途径
• 1.2 国内外污水回用研究进展
• 1.2.1 国外污水回用概况
• 1.2.2 国内污水回用概况
• 1.2.3 西安市污水回用现状
• 1.3 本文问题的提出及研究的主要内容
• 2 西安纺织城区污水回用市场需求分析
• 2.1 纺织城区工业对回用水的市场需求分析
• 2.1.1 纺织城区污水回用于工业冷却的水质需求
• 2.1.2 纺织城区工业冷却对回用水量的需求
• 2.2 纺织城区景观水体对回用水的市场需求
• 2.2.1 纺织城区污水回用于景观水体的水质需求
• 2.2.2 纺织城区景观水体对再生水量的需求
• 2.3 纺织城区生活杂用对回用水的市场需求
• 2.3.1 纺织城区污水回用于生活杂用的水质需求
• 2.3.2 市政、园林等生活杂用对回用水量的需求
• 2.4 纺织城区农业对回用水的市场需求
• 2.4.1 污水再生利用于农业的水质需求
• 2.4.2 纺织城区农业对再生水量的需求
• 2.5 纺织城区回用水需求量的分配比例分析
• 2.5.1 纺织城区近期回用水需求量的分配比例
• 2.5.2 纺织城区远期回用水需求量分配比例
• 2.6 小结
• 3 西安纺织城区污水回用系统设计
• 3.1 纺织城区污水回用系统的组成
• 3.1.1 纺织城区污水收集系统
• 3.1.2 纺织城区污水处理再生系统
• 3.1.3 纺织城区回用水配水系统
• 3.1.4 水质监测与运行、管理和维护系统
• 3.2 纺织城区污水回用系统的原水选择
• 3.3 纺织城区污水回用方向的确定
• 3.3.1 纺织城区用水结构分析
• 3.3.2 纺织城区污水回用方向的确定
• 3.4 纺织城区水质回用标准和水压分析
• 3.4.1 纺织城区回用水水质标准
• 3.4.2 纺织城区回用水配水管网水压分析
• 3.5 纺织城区污水回用系统处理工艺的选择
• 3.5.1 现行污水再生处理工艺分析
• 3.5.2 纺织城污水厂再生处理工艺的选择
• 3.6 纺织城区污水回用系统经济处理规模的确定
• 3.6.1 单位投资费用的规模效应分析
• 3.6.2 单位制水成本的规模效应分析
• 3.6.3 纺织城区污水回用系统规模量的确定
• 3.6.4 确定纺织城回用系统规模的意义
• 3.7 小结
• 4 西安纺织城区回用水系统配水管网优化设计
• 4.1 回用水配水管网优化目的和内容
• 4.1.1 回用水管网优化设计必要性
• 4.1.2 回用水管网优化设计的目的和意义
• 4.1.3 回用水管网优化设计的内容
• 4.2 回用水配水管网优化设计的数学模型
• 4.2.1 纺织城区回用水配水管网的设计目标
• 4.2.2 回用水配水管网设计的目标函数
• 4.3 纺织城区管网优化模型参数的确定
• 4.3.1 管线布置
• 4.3.2 初始流量的分配
• 4.3.3 管网水力计算
• 4.3.4 纺织城区管网优化目标函数参数的确定
• 4.4 回用水管网优化设计方法的选择
• 4.4.1 现代优化技术概述
• 4.4.2 回用水管网优化设计方法分析与确定
• 4.5 管网优化方法—改进遗传算法
• 4.5.1 遗传算法的基本原理
• 4.5.2 改进的遗传算法
• 4.6 纺织城区回用水配水管网的改进遗传算法优化设计
• 4.6.1 纺织城区回用水配水管网的改进遗传算法优化设计内容
• 4.6.2 纺织城区回用水配水管网的改进遗传算法优化设计结果
• 4.7 模型验证
• 5 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录一