水污染和水资源短缺是目前人类面临的重大问题。水网络优化设计的研究以节约新鲜水用量、减少废水排放为目的,对节约水资源及保护环境有重要意义。目前对水网络系统的研究主要以单个工厂为研究对象。其中涉及的过程包括废水再利用、再生再利用以及再生循环使用。文献中有效的研究方法主要有两类:水夹点分析法和数学规划法。作者在文献工作的基础上,从分析各类水网络的特性入手,对水网络的最小新鲜水量问题及最优设计问题进行了研究,开发了一系列新方法。主要内容有以下几点:第一:对于只考虑废水再利用的单杂质单水源水网络,传统方法都是同时确定新鲜水夹点和新鲜水最小用量,这就需要在计算过程中详细考虑所有用水过程。由于水夹点的一个特性是新鲜水只能用在夹点之下的用水过程,本文利用这个特性,提出一种新方法,首先根据水夹点原理确定该水网络的新鲜水夹点,由于水夹点以下的用水过程只能用新鲜水供给,而夹点之上的用水过程可以回用水网络中其它用水过程排出的废水,因此在计算过程中只需要考虑水夹点以下的用水过程就可以得到新鲜水最小用量。该方法可以简化新鲜水最小量目标值的计算过程。第二:对于多水源水网络,本文提出一种新方法确定各新鲜水源的最小用量。对于这类水网络,不仅要考虑量的问题,还要考虑新鲜水源水质的问题。一般来说应先使用水质低的新鲜水源以降低资金消耗。同时,多水源水网络中水夹点可能存在多个。当一个水源的量足够时,该水源即可能有其相应的夹点。采用该方法,可以同时确定各新鲜水源的最小用量和其相应的夹点,同时也可以得到该网络的优化设计结果和相应的流程。第三:对于考虑再生再利用的单杂质和多杂质水网络来说,在处理包含再利用的单杂质水网络的基础上,我们提出了一种新观点:如果将再生以后的水流作为新增源水流加入到原来只考虑再利用的水网络中,则用设计只考虑再利用的水网络的方法就可以设计考虑再生再利用的水网络。这种方法可以将设计再生再利用的水网络这样一个复杂的工作转化为计算再生后水流的流量和浓度这样一个简单的工作。与传统方法相比,本方法极大地简化了考虑再生再利用水网络的设计过程。