发展海水淡化技术是解决水资源短缺的重要途径。反渗透海水淡化技术由于其设备投资省、能量消耗低、建造周期短等诸多优点，近10年来发展速度很快，在未来将成为海水淡化的主导技术。根据热力学计算，常温下用反渗透法淡化海水的最低能耗仅为0.7kwh/m~3左右。从理论上讲，它是最节能的海水淡化方法。但目前，对于反渗透海水淡化，其技术经济指标与社会的期盼值之间，还存在一定的距离，淡化水的成本偏高。这说明当前的反渗透工艺、工程设计以及系统操作等方面仍有很多值得改进的地方。反渗透海水淡化系统优化设计的研究起步较晚，近十几年来一些学者对此开展了研究，提出了一些观点和方法，如超结构法等，然而由于问题本身的复杂性，所提的方法尚存不足之处，如高效率换能器的出现，产生了新的工艺，需要有新的模型来描述，另外他们对膜组件清洗和更换问题考虑也不够全面。本论文从系统工程角度，对反渗透海水淡化过程进行了分析，采用最优化方法对反渗透海水淡化系统的设计进行了研究，提出了一套优化设计的方法，主要内容有以下几点： 1．对反渗透淡化过程的工艺设计进行了研究。首先对过程的每个单元给出了单元操作模型和相关的经济模型。通过一定的变量将这些模型相互关联，组成系统模型。系统模型主要考虑了一级一段流程和一级两段流程。将膜组件分为高脱盐膜、高通量膜、普通膜、低脱盐膜四种类型，以年费用最小为目标，在满足过程热力学、设备选型、设计要求等约束的条件下，系统的设计问题可表达为一个混合整数非线性规划(MINLP)。当产品水的设计要求不同，给水浓度不同时，采用本文的设计方法分别得出了不同的最优设计方案。这个方法可用于海水、苦咸水淡化的工程设计，也可用于高浓度含盐废水的脱盐工艺设计。对两个实例进行了设计，得到的吨水费用，能耗低于文献报道值，表明这种方法是有效的。 2．膜污染是反渗透海水淡化法遇到的一个主要问题，对膜组件的定期清洗是防治膜污染的主要措施之一，在保证产水量的情况下，选择恰当的清洗策略和清洗时机可使所需的清洗次数最合理，清洗费用最低。本文在反渗透海水淡化过程工艺设计研究基础上，进一步对一级一段反渗透系统的清洗时机问题进行了研究。以规划期内总操作费用最 中国海洋大学硕士学位论文 小为目标，提出了新的污染模型，给出了清洗的判据，将清洗策略问题表达为一个混 合整数非线性规划(MINLP)。对一个实例进行计算，给出了该例中的反渗透系统在 五年规划期内的最优清洗策略和清洗时机。结果证明这种数学规划方法对于寿命为3一5 年的膜组件的清洗维护是有效的。3.在工艺优化和操作优化的基础上，进一步对反渗透系统的优化设计进行了研究。在设 计过程中同时考虑了五年规划期内膜组件的清洗和更换情况，采取了以下步骤对反渗 透过程进行设计:1)给出过程单元数学模型，用这些模型模拟反渗透过程，预测不 同条件下操作参数对过程的影响;2)建立系统模型对反渗透结构进行描述;3)建立 描述膜组件污染的数学模型，提出膜组件清洗和更换的判据，给出规划期内膜组件的 最优清洗和更换策略。4)给出相关的经济模型，将投资费用、操作费用和设计变量 相关联。5)在前四步的基础上用数学规划法对反渗透过程进行优化设计。采取以上 方法对两个反渗透海水淡化工程进行了设计，得到的吨水费用，能耗低于文献报道值， 表明这种方法是有效的。