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遗传算法在用水网络优化中的应用 林瓦妹。李科群罗行 (上海理工大学动力工程学院，上海200093) 摘要： 减少污水排放，尤其是减少工业废水排放，对于减轻水资源污染具有重要的意义。污水 排放量的减少，可以通过水的回用、水的再生回用和水的再生循环等方法来实现。本文分别研究 了这三类多杂质用水网的优化问题，首先应用最优化必要条件简化所建立的用水网络超结构，建 立以最小新鲜水量为目标的数学模型，然后应用遗传算法对这三类问题进行了求解。算例计算表 明，遗传算法能有效地解决这三类用水网络优化问题。 关键词： 遗传算法；水回用用水网络；再生回用用水网络；再生循环用水网络 能和威力，现代算法也逐渐地被应用于解决工业用 l引言 近年来，我国水体污染日益严重，其中工业废 等[9]和林瓦妹等E10j都成功地将遗传算法运用于用 水在整个污水排放中约占2／3。因此，为了更有效 水网络的优化设计。 地减少污水排放量，就应严格控制工业废水排放 迄今为止，上述方法主要都是对含有水的回用 量，亦即减少工业过程所用新鲜水量。 处理的用水网络进行研究。但是用水网络的综合 对于工业用水网络的研究，早在1980年，及优化可以基于水的回用、水的再生循环以及水的 Takama等E1一即采用数学规划方法对某炼油厂的水再生回用这三类节水措施。本文运用遗传算法分 分配网络进行了设计。1989年，El Halwagi和别对含有这三种处理过程的用水网络进行了优化 Manousiouthaki在Linnhoff和HindmarhE色换热网研究，并进行了比较。 络思想的基础上提出了质量交换网络的设计方法， 2问题的描述 并将用水网络中杂质的传递类比于质量交换网络 中杂质的传递。1994年，Wang和Smith-3]首次提污水排放量的减少，即新鲜用水量的减少，可 出了“水夹点”的概念。水夹点法能有效地解决单 以通过水的回用(回用到其他用水过程)、水的再生 杂质用水网络的优化问题，但它在解决多杂质用水 回用(再生后回用到其他用水过程)和水的再生循 网络问题时就显得比较繁杂。 环(再生后回用到自身或者其他用水过程)等三类 1997年，Doyle和SmithE4]提出了求解多杂质方法来实现。 问题的迭代方法。2002年，胡仰栋等Ej]分别对单组 分再利用、多组分再利用以及单组分再生再利用问 多杂质用水网络设计最优性必要条件可知。如果一 题，提出了逐步线性规划解法。徐冬梅等[6]对多组 个用水网络是最优的，那么它一定满足： 分废水问题提出了逐步非线性规划。但是运用数 (1)出口浓度最大：所有新鲜水用水过程的出 学规划法所建立的超结构维数比较大，求解比较困 口浓度达到它们所允许的最大值。 难。2004年，姚平经等[7一把水夹点法与数学规划法 (2)浓度单调性：每个用水过程的出口浓度不 结合起来，既避免了采用水夹点法得不到真正意义 低于该过程的等效进口浓度。 的最优解的问题，又在一定程度上防止了超结构规 根据这两个必要条件，我们依据以下原则对这 模过大。随着数学方法和计算机技术的进步，用建 三类用水网络超结构进行简化： 模和数值模拟方法解决优化问题，越来越显示了效 (1)依据等效出口浓度从小到大对各用水过程 li@usst．edu．cn *通讯联系人．E-mail：kequn ·542· 计算机应用 进行排序。这里的等效出口浓度为各杂质出口浓 rain∑fI，i∈竹 度之和。