水污染控制系统规划

2.均匀处理最优规划—厂群规划问题
目的是在区域范围内寻求最佳的污水处理厂的位置与规模的 组合，在同一的污水处理效率的条件下，追求全区域的污水 处理费用最低。
3.区域处理最优规划
是排放口处理最优规划和均匀处理最优规划的综合。既要寻 求最佳的污水处理厂的位置和容量，又要寻求每座污水处理 厂的最佳处理效率的组合。
7.2 规划的依据 一、水污染控制系统的费用构成
污水处理费用 ＋ 污水输送费用
对水污染控制系统的费用起决定性影响的要素包括： 1. 水体的自然净化能力（同化能力） 2. 污水处理与输送的规模经济效应 3. 污水处理效率的经济效应
二、水体的自净能力
水体的自净能力：水体能够同化污染物质而保证水 质满足某种同能要求的能力。
n维向量； m 、n — 河流水质模型中的常数向量；
i1、i2 — 对各污水处理厂效率的技术约束。
目标函数中的变量是污水处理效率η，而约束条 件中的变量则是污染物的排放浓度Li，二者之间 的关系可用下式表达：
i＝1
Li L0i
Li 1-i L0i
该模型中约束条件是线性的，而目标函数是非线 性的，最常用的解法是动态规划。
一、排放口处理最优规划模型
n
min Z Ci (i ) i1
UL m L0
VL n O0
L 0
1 i
i
2 i
Ci (i ) — 第i个小区的污水处理费用； i — 第i个小区的污水处理效率；
U、V — 河流BOD和DO的响应矩阵；
Fra Baidu bibliotekL0 — 河流各断面的BOD约束组成的n维向量；
O0 — 河流各断面的DO约束组成的n维向量； L —由输入河流各断面的BOD组成的
二、目标函数线性化模型
排放口处理最优规划模型中，污水处理的费用函 数可以写为：
C a b K4
上式是非线性的，需要对性函数较好地代表原函 数，通常采用分段线性化方法，即将污水处理效 率分成几个区间。
假定η在［0，1）区间内， 用n段线性函数来近似原
函数，每一段直线斜率 为si：
第一段 C1 a s1 -0 0 1
污水处理规模经济效应的存在，确立了大型污水处 理厂在经济上的优势地位，是建设集中的区域污水 处理厂的经济依据。
四、污水处理效率的经济效应
如果污水处理的规模不变，即Q为常数，则有：
C a b K4
a K1QK2 , b K3QK4
大量研究成果表明K4>1,因此处理单位污染物所需 的费用将随着污水处理效率的增加而增加。这种关 系，称为污水处理效率的经济效应。K4为污水处理 效率的经济效应指数。
7.1 系统的组成与分类
一、水污染控制系统的组成
污染源
污水的收集 和输送
污水处理 水体
二、水污染控制系统规划的分类
1.按规划的层次分类 •流域规划 •区域规划 •设施规划
2.按规划的方法分类 •排放口处理最优规划 •均匀处理最优规划 •区域处理最优规划
1.排放口处理最优规划—水质规划
排放口处理最优规划以每个小区的污水排放口为基础，在水 体水质条件的约束下，求解各排放口的污水处理效率的最佳 组合，目标是各排放口的污水处理费用之和最低。
s j j - j-1
j1
线性规划模型
n
m
min Z ai0 sijij
i1
j1
UL m L0
VL n O0
L 0
1 ij
ij
2 ij
i 1， ，n是污水处理厂 的编号；
j 1, ，m是费用函数 线性化的段数；
a i0是第i个污水处理厂的 费用函数的常数项；
sij 是第i个污水处理厂 第j段线型函数的斜率；
取决于：水体自身的物理、化学和生物学等方面的 特性，还与对水质的要求、与污水的排放方式（排 放点位置、分散排放或集中排放等）等有关。
水体自净能力可以看成是一种自然环境资源，合理 开发和利用这一资源可以降低污水处理的费用。
在决定水体自净能力的诸多要素中，水体自身的特 性是不可控制的，制订合理的水质标准、合理布置 污水排放点位置是合理利用水体自净能力的保证。
j1
si -i-1
-
a b K4
d
d i dZ
令 i-1 0，则可得各段直线的斜率： dsi
si
A1 1
3
A2 A3
i -i-1 3
A1
b K4 2
K42 i
- K42 i-1
A2
-
bi-1
K4 1
K4 1 i
- K4 1 i-1
A3
-
i
-i-1
2
2
i-1
三、污水处理与输送的规模经济效应
污水处理的费用函数反映了污水处理规模、效率的 经济特征。经验模型
C K1QK2 K3QK2 K4
式中：C—污水处理的费用；Q—污水处理的规模 η— 污水处理的效率
在污水处理效率不变时： C aQK2
a K1 K3 K4
参数K2的值在0.7－0.8之间。
由于K2<1，处理单位污水的费用将随着处理规模的 增大而降低。费用和规模的这种关系称为污水处理 规模的经济效应。K2为污水处理规模的经济效应指 数。
由于污水处理效率的经济效应存在，在规划水污染 控制系统时，应首先致力于解决那些尚未处理的污 水的治理，或者首先提高那些低水平处理的污水处 理程度，然后再进行污水的高级处理。
水体自净能力，污水处理规模的经济效应和污水处 理效率的经济效应这三个方面，在水污染控制系统 中相互影响、相互制约。
7.3 排放口处理最优规划
第二段 C2 a s11 -0 s2 -1
1 2
i-1
第i段 Ci a s j j - j-1 si -i-1
j1
i-1 i
为了使每一段直线与原函数的误差最小，要求直 线和原曲线之间所夹的面积最小，即满足：
2
Min
i i-1
a
i-1
s j j - j-1
ij是第i个污水处理厂
第j段线型函数的效率
7.4 均匀处理最优规划
三、最优规划与方案选优
最优规划的特点：根据污染源、水体、污水处理厂和 输水管线提供的信息，一次求出水污染控制的最佳方 案。
方案选优的工作程序： I. 首先进行污水收集和处理系统的设计，作出各种规划 方案， II. 然后对各种方案的污水排放和水体水质之间的关系 进行水质模拟，检验规划方案的可行性， III. 最后通过损益分析或其它决策分析的方法选出满意 的解。