水網(wǎng)絡(luò)與虛擬水的過(guò)程系統(tǒng)工程研究進(jìn)展

楊友麒，賈小平 ，石磊

（1中國(guó)化工信息中心，北京 100029；2青島科技大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，山東 青島 266042；3清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100084）

引 言

我們所在的藍(lán)色地球似乎充滿著水，但是絕大部分是人類(lèi)難以用的海水，只有2.5%是淡水。而這2.5%中又有 68.7%是冰川，30.1%是地下水，只有0.4%是地表水和大氣水[1]。如此，人類(lèi)便于利用的新鮮淡水就并不豐富了。21世紀(jì)以來(lái)，隨著人口增長(zhǎng)、工業(yè)化和城市化加速、耗水量急劇增加，水資源短缺成為全球面臨的主要挑戰(zhàn)之一。

（1）水危機(jī)是全球性的，在中國(guó)尤為嚴(yán)重

20世紀(jì)世界人口增加近3倍，淡水消耗量增加了6倍，其中工業(yè)用水增加了26倍，但水資源并未增加。20世紀(jì)末人均占有水量?jī)H為世紀(jì)初的1/18。地球上的可飲用水正在面臨枯竭。除資源性缺水之外，結(jié)構(gòu)性和水質(zhì)性缺水又進(jìn)一步加劇了問(wèn)題的嚴(yán)重性。從世界范圍看由于工業(yè)發(fā)展迅速，全世界每年排放工業(yè)廢水 4260億立方米，排放的污水已使可供人類(lèi)使用水量 1/3 的淡水資源受到污染，約20%的人口缺乏安全飲用水，26億人口缺乏充分的衛(wèi)生設(shè)施條件保障干凈的生活用水[2]。

水危機(jī)在中國(guó)尤為嚴(yán)重，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①水資源短缺，加上時(shí)空上分布不均更加重了危機(jī)：我國(guó)人口占世界的22%，而水資源只有世界的8%，我國(guó)人均水資源占有量約2200 m3，僅相當(dāng)于世界人均水資源占有量的 1/4，是聯(lián)合國(guó)認(rèn)定的“水資源緊缺國(guó)家”[2]。不僅如此，水資源在全國(guó)范圍的分布嚴(yán)重不均，從東南向西北遞減。占全國(guó)面積1/3的長(zhǎng)江以南地區(qū)擁有全國(guó)4/5的水量，而面積廣大的北方地區(qū)只擁有不足1/5的水量，因此，黃淮海及內(nèi)陸河流域有11個(gè)省、區(qū)、市的人均水資源擁有量低于聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展委員會(huì)研究確定的 1750 m3用水緊張線[2]。②環(huán)境污染造成進(jìn)一步水質(zhì)性缺水：我國(guó)水體污染日益嚴(yán)重，每年排放污水高達(dá)600億噸（其中生活污水約占66%，工業(yè)廢水占34%），部分污水未經(jīng)處理直接排入江河湖海，致使水質(zhì)嚴(yán)重惡化。2012年，在全國(guó) 20.1萬(wàn)千米的河流水質(zhì)狀況中，全年Ⅲ類(lèi)～劣Ⅴ類(lèi)水河長(zhǎng)占54.8%。在全國(guó)開(kāi)發(fā)利用程度較高和面積較大的112個(gè)主要湖泊中，55.8%的湖泊面積為Ⅳ類(lèi)～劣Ⅴ類(lèi)水質(zhì)[3]。③用水效率低，浪費(fèi)嚴(yán)重也加深了危機(jī)：我國(guó)大部分地區(qū)的農(nóng)業(yè)采用大水漫灌方式，水有效利用率僅為40%～50%。工業(yè)用水重復(fù)利用率只有30%左右，損耗量高出發(fā)達(dá)國(guó)家2倍。由于工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和污水回用率大幅度提高，從 20世紀(jì) 80年代起，雖然用水量上升，但新鮮水取水量呈下降趨勢(shì)。但我國(guó) 20世紀(jì)末，每年取水總量仍然呈每年1.3%增長(zhǎng)率上升，21世紀(jì)初仍以約1%的增長(zhǎng)率上漲。按 1995年美元不變價(jià)格計(jì)，以每立方米新鮮水創(chuàng)造的工業(yè)增加值為指標(biāo)衡量用水效率：日本用水效率為119.6 $·m?3，英國(guó)為47.2$·m?3，德國(guó)為 23.4 $·m?3[1]，而我國(guó) 2013 年用水效率只有17.5 $·m?3[4]；④水生態(tài)系統(tǒng)危機(jī)：水生態(tài)環(huán)境容量不能承載現(xiàn)有人類(lèi)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)，水生態(tài)系統(tǒng)已不能自我修復(fù)；進(jìn)而造成一系列嚴(yán)重的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)后果。我國(guó)淡水生態(tài)系統(tǒng)功能還將持續(xù)“局部改善、整體退化”的局面，其環(huán)境惡化的趨勢(shì)整體上還未得到遏制，破壞的范圍還在擴(kuò)大，程度還在加劇，危害還在加重。

（2）水危機(jī)的對(duì)策

鑒于以上嚴(yán)峻情勢(shì)，國(guó)務(wù)院頒發(fā)了國(guó)發(fā)〔2012〕3號(hào)文件《國(guó)務(wù)院關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見(jiàn)》。提出“以水定需、量水而行、因水制宜”的方針，目標(biāo)是“三條紅線”：到 2030年全國(guó)用水總量控制在 7000億立方米以內(nèi)；萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量比2010年下降30%以上，也即達(dá)到73.5 m3/萬(wàn)元，到2020年，萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量降低到65 m3以下；確立水功能區(qū)限制納污紅線，到2030年主要污染物入河湖總量控制在水功能區(qū)納污能力范圍之內(nèi)，水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率提高到 95%以上[5]。與此同時(shí)，從“十二五”規(guī)劃起這10年將大大提高國(guó)家對(duì)水資源方面的投入，預(yù)計(jì)為上個(gè) 10年投資的4倍，達(dá)到4萬(wàn)億元，以加快節(jié)水型社會(huì)建設(shè)[6]。

圖1 歷年關(guān)于water network文獻(xiàn)發(fā)表的統(tǒng)計(jì)情況Fig.1 Literatures retrieval for water network field

圖2 不同范疇的水網(wǎng)絡(luò)概念圖Fig.2 Different system boundaries for water network

（3）國(guó)內(nèi)外化學(xué)工程和環(huán)境工程界開(kāi)展研究高潮

正是由于水危機(jī)的迫切性，21世紀(jì)起引起全世界過(guò)程系統(tǒng)工程學(xué)界的強(qiáng)烈關(guān)注，早期有Bagajewicz[7]，后來(lái)有 Foo[8]和 Jezowski[9]。都發(fā)表了很好的綜述文章。此外，從 20世紀(jì)末起還陸續(xù)出版了這方面的專(zhuān)著[10-12]，表現(xiàn)在國(guó)際性刊物上發(fā)表該課題的文章顯著增加，根據(jù)作者檢索國(guó)際9大化學(xué)工程雜志[包括中國(guó)化學(xué)工程學(xué)報(bào)（英文版）]和7大環(huán)境保護(hù)雜志上從1994～2012年發(fā)表的水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究文章，結(jié)果如圖 1 所示（此圖在文獻(xiàn)[9]基礎(chǔ)上將數(shù)據(jù)重新校正并擴(kuò)充）。從圖上可發(fā)現(xiàn)，從2005年起這一主題的研究報(bào)告有一個(gè)發(fā)表高潮，這一高潮一直持續(xù)到如今，2011年Ind.Eng.Chem.Res.專(zhuān)門(mén)出了水網(wǎng)絡(luò)的專(zhuān)刊[13]。同時(shí)，在工業(yè)上也開(kāi)始了大規(guī)模的實(shí)踐，取得了明顯的效益[12-16]。

國(guó)內(nèi)著名過(guò)程系統(tǒng)工程學(xué)者也紛紛加入了這一行列，作者重點(diǎn)檢索了他們圍繞這一課題 2013年前發(fā)表的文章，如西安交通大學(xué)/中國(guó)石油大學(xué)馮霄42篇；大連理工大學(xué)都健24篇；臺(tái)灣成功大學(xué)張玨庭22篇；臺(tái)灣大學(xué)陳誠(chéng)亮28篇；河北工業(yè)大學(xué)劉智勇15篇；天津大學(xué)袁希鋼10篇；青島科技大學(xué)鄭世清10篇；中國(guó)海洋大學(xué)胡仰棟9篇。

下面分3個(gè)層次將水網(wǎng)絡(luò)和虛擬水的研究進(jìn)展做一綜述，即單個(gè)工業(yè)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)―跨企業(yè)水網(wǎng)絡(luò)―跨地區(qū)/國(guó)家的虛擬水網(wǎng)絡(luò)。

1 工業(yè)企業(yè)內(nèi)水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成優(yōu)化

1.1 單個(gè)水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

1.1.1 單個(gè)水網(wǎng)絡(luò)涵蓋范疇 不同范疇的水網(wǎng)絡(luò)概念如圖2所示。

從水網(wǎng)絡(luò)的研究范疇來(lái)看，開(kāi)始的研究主要集中在用水網(wǎng)絡(luò)（water-using network，WUN）。早在1980年日本的 Takama 等[17]就提出過(guò)多組分用水網(wǎng)絡(luò)的超結(jié)構(gòu)模型。但是直到1994年英國(guó)Wang等發(fā)表了著名的“廢水最小化”論文，提出水夾點(diǎn)方法，才算對(duì)用水網(wǎng)絡(luò)的新鮮水用量最小化求解有了里程碑式的突破[18]，同年他們就將該方法推廣到廢水處理網(wǎng)絡(luò)（wastewater treatment network，WWTN)[19]。作為WUN，又包含2個(gè)子領(lǐng)域：不帶再生系統(tǒng)的和帶再生系統(tǒng)的。有再生裝置使部分排污水可以回用當(dāng)然會(huì)降低新鮮水消耗，Kuo等[20]首先提出對(duì)有再生系統(tǒng)的用水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化辦法。同年又提出總水網(wǎng)絡(luò)（total water network， TWN）的概念，也就是將前述二者結(jié)合起來(lái)，即TWN = WUN +WWTN。理由是：如果WUN后面沒(méi)有聯(lián)接WWTN，則出口會(huì)將幾種不同雜質(zhì)濃度的水流股合并成一股污水流，以最終達(dá)到污染物排放標(biāo)準(zhǔn)即可。但有了WWTN后，則WUN的出口就可分成多股濃度不同的污水，實(shí)現(xiàn)“清污分流”的原則，在 WWTN中進(jìn)行分布式優(yōu)化處理。這使得結(jié)果完全不同：TWN 不論在經(jīng)濟(jì)成本指標(biāo)上，還是在環(huán)保指標(biāo)上都會(huì)優(yōu)于WUN方案[21]。

2009年 Bagajewicz等[22]提出全水網(wǎng)絡(luò)（complete water network，CWN）的概念，即在TWN的前面增加一個(gè)預(yù)處理（water pretreatment，WPT）環(huán)節(jié)，即CWN = WPT + TWN，這樣可以進(jìn)一步降低新鮮水耗量。只要預(yù)處理環(huán)節(jié)允許其進(jìn)口水中的雜質(zhì)含量能接受任何用水單元排出水（哪怕是經(jīng)過(guò)稀釋的廢水），則當(dāng)然就會(huì)使最小水耗量下降。

20世紀(jì)研究水網(wǎng)絡(luò)WUN沒(méi)有和對(duì)環(huán)境的影響結(jié)合起來(lái)，到2006年才出現(xiàn)第1篇考慮水網(wǎng)絡(luò)對(duì)環(huán)境的影響文章，Ku-Pineda等[23]將可持續(xù)過(guò)程指數(shù)結(jié)合到水網(wǎng)絡(luò)集成中，證明如果考慮環(huán)境影響，不見(jiàn)得新鮮水用量最小是最佳方案，必須在節(jié)水和降低環(huán)境影響二者之間進(jìn)行平衡。其后幾年陸續(xù)有這方面的研究發(fā)表[24-25]。近年來(lái) El-Halwagi等[26]更進(jìn)一步研究新廠建設(shè)選址與河流流域環(huán)境的影響，模型涉及到工廠排放的污染物和居民生活污水、自然現(xiàn)象化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的組分變化，優(yōu)化的目的函數(shù)是年運(yùn)行成本最?。òㄐ聫S設(shè)置成本、新鮮資源獲取成本、污水處理成本）。

1.1.2 解算方法概覽 大體上看WUN問(wèn)題解算方法可粗略地分成兩大類(lèi)：基于理解的方法（insight-based method）和數(shù)學(xué)規(guī)劃優(yōu)化方法（mathematic programming method）。前者基于機(jī)理概念，主要是夾點(diǎn)集成原理的各種變化方法；后者基于超結(jié)構(gòu)模型的數(shù)學(xué)規(guī)劃優(yōu)化解算。

（1）基于理解的方法

這類(lèi)方法已經(jīng)有Foo[8]的綜述，可以粗略地說(shuō)，主要是基于水夾點(diǎn)方法，而且集中于單雜質(zhì)組分的水網(wǎng)絡(luò)。Foo將所有已發(fā)表的文獻(xiàn)分為兩大類(lèi)：第一類(lèi)側(cè)重以傳質(zhì)為基礎(chǔ)的用水單元，把雜質(zhì)移除負(fù)荷固定，稱為“固定負(fù)荷問(wèn)題”，這主要是歐洲學(xué)派在 1994～2000年期間發(fā)表的成果為主；第二類(lèi)側(cè)重于從水源-水阱方面來(lái)考察問(wèn)題，把它們之間流量當(dāng)成主要約束，稱為“固定流量問(wèn)題”，這主要是亞洲學(xué)派 21世紀(jì)用得較多的方法。當(dāng)然，這二者只是處理方法不同，對(duì)于同一個(gè)問(wèn)題是可以互相轉(zhuǎn)換的。

這種基于理解的圖表方法，從最開(kāi)始的單一新鮮水源，發(fā)展到多個(gè)水源，到含有雜質(zhì)的不潔凈水源[27-35]；從只考慮回用發(fā)展到考慮回用-廢水再生回用/廢水循環(huán)利用[12,15,36-40]；從只考慮用水單元到考慮污水處理單元[19,21]，到考慮總水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)TWN[41-42]。近年來(lái)有人將原來(lái)只適應(yīng)單雜質(zhì)組分流推廣用于雙雜質(zhì)組分場(chǎng)合及多組分場(chǎng)合[43-45]。

應(yīng)當(dāng)指出，以El-Halwagi為代表的學(xué)派[35,46-48]開(kāi)發(fā)的代數(shù)目標(biāo)化方法（algebraic targeting approach）表現(xiàn)為物料回收夾點(diǎn)圖，以累計(jì)移除雜質(zhì)負(fù)荷為縱坐標(biāo)，以累積流量為橫坐標(biāo)，形成一種新的水源-水阱組合曲線。這種方法具有消除分步迭代試差的優(yōu)點(diǎn)。

（2）數(shù)學(xué)規(guī)劃優(yōu)化方法

雖然早在1980年Takama等[17]就提出用數(shù)學(xué)規(guī)劃法解算水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問(wèn)題，但真正按這個(gè)思路深入研究確是 21世紀(jì)以來(lái)的事。雖然構(gòu)造超結(jié)構(gòu)模型來(lái)表達(dá)多組分復(fù)雜水網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，數(shù)學(xué)規(guī)劃法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但是由于形成的復(fù)雜水網(wǎng)絡(luò)模型往往是非線性規(guī)劃（nonlinear programming，NLP）或混合整數(shù)非線性規(guī)劃問(wèn)題（mixed integer nonlinear programming，MINLP），存在非凸性和雙線性問(wèn)題，難以求解，特別難以保證得到全局優(yōu)化解（global optimum）。所以研究主要側(cè)重在找尋各種解算途徑上，有學(xué)者將其做了以下分類(lèi)。

① 直接線性化。首先適合單組分場(chǎng)合[49]，這自然容易線性化，后來(lái)推廣到“關(guān)鍵組分”的場(chǎng)合[50]，胡仰棟等[51]提出“逐次線性規(guī)劃法”，Tan等[52]提出“系統(tǒng)模糊線性規(guī)劃”，李保紅等[53]提出“分階段線性規(guī)劃法”，Jezowski等[54]提出利用選擇用水工藝參數(shù)的邏輯條件來(lái)使模型線性化的方法。

② 生成好的搜索起始點(diǎn)。通常利用一個(gè)簡(jiǎn)化的超結(jié)構(gòu)模型（如用現(xiàn)有的處理工藝序貫來(lái)安排結(jié)構(gòu)）[55]。

③ 序貫求解法。歐洲學(xué)派學(xué)者提出將濃度分區(qū)，以極限最大濃度為固定出口濃度，形成線性化的混合整數(shù)規(guī)劃（mixed integer linear programming，MILP）問(wèn)題，從而獲得各流股的流量作為線性模型（linear programming，LP）的起點(diǎn)，通過(guò)MILP-LP模型反復(fù)迭代，最終收斂到MINLP的最終解[56-58]。

④ 隨機(jī)優(yōu)化法。早在2001年Chang等[59]就開(kāi)始應(yīng)用遺傳算法（genetic algorithm，GA）來(lái)隨機(jī)搜索水網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)解，證明這種辦法有很高的效率，后來(lái)Jezowski等[60]也在此方向上做出改進(jìn)。

⑤ 全局優(yōu)化法。這是 Grossmann為代表的學(xué)派十幾年一直研究的方向，其最新的成果可參見(jiàn)文獻(xiàn)[61]。

（3）啟發(fā)式與數(shù)學(xué)規(guī)劃相結(jié)合的方法

由于數(shù)學(xué)規(guī)劃法構(gòu)造的 MINLP超結(jié)構(gòu)模型往往過(guò)于龐大復(fù)雜，為了防止超結(jié)構(gòu)規(guī)模過(guò)大，MINLP維數(shù)太高，求解困難，就會(huì)想到采用把水夾點(diǎn)分析提供的工程見(jiàn)解和數(shù)學(xué)規(guī)劃工具結(jié)合起來(lái)，用基于理解的方法簡(jiǎn)化超結(jié)構(gòu)，降低搜索維度。Aiva-Argaez等[62]最早提出用這種方法研究廢水最小化。

李英等[63]提出用水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中對(duì)單雜質(zhì)和多雜質(zhì)系統(tǒng)的基于水夾點(diǎn)原理的新鮮水使用、廢水排放、回用的判斷規(guī)則剔除不必要結(jié)構(gòu)，以簡(jiǎn)化超結(jié)構(gòu)模型。劉強(qiáng)等[64]則提出水質(zhì)分析的方法來(lái)降低回用結(jié)構(gòu)以簡(jiǎn)化模型。Feng等[65]提出用過(guò)程分解（濃度分解）策略來(lái)進(jìn)一步降低新鮮水耗的一般性方法。梁肇銘等[66]綜合了夾點(diǎn)規(guī)則、排序思路等經(jīng)驗(yàn)，提出了基于經(jīng)驗(yàn)規(guī)則的數(shù)學(xué)規(guī)劃法來(lái)快速設(shè)計(jì)多雜質(zhì)用水網(wǎng)絡(luò)。結(jié)果證明：這些采用啟發(fā)式經(jīng)驗(yàn)規(guī)則的數(shù)學(xué)規(guī)劃算法比完全不采用的數(shù)學(xué)規(guī)劃算法往往可成倍縮短CPU計(jì)算時(shí)間，有的甚至可以下降一個(gè)數(shù)量級(jí)。

1.1.3 單個(gè)水網(wǎng)絡(luò)中的特殊問(wèn)題 這里主要是3類(lèi)特殊問(wèn)題，即冷卻循環(huán)水系統(tǒng)問(wèn)題、有中水道水網(wǎng)絡(luò)和間歇水網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題。

冷卻循環(huán)水系統(tǒng)是一種與換熱器系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的專(zhuān)門(mén)水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。由于過(guò)去都將換熱器設(shè)計(jì)成平行設(shè)置，即所有進(jìn)口冷卻水溫度是相同的，出口溫度也相同（通常進(jìn)出口溫差約8～10℃），這就造成循環(huán)水用水效率低下，存在循環(huán)水節(jié)水的巨大潛力。Kim 等[67-68]最早提出冷卻水網(wǎng)絡(luò)中的水夾點(diǎn)原理，也即找尋循環(huán)水串級(jí)利用使用量最小化的T-H圖方法。后來(lái)Kim等[69]及其他作者[70-74]將這類(lèi)問(wèn)題表述為超結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題以使冷卻水系統(tǒng)得以整體優(yōu)化（包括設(shè)計(jì)參數(shù)和操作變量）。用這種方法對(duì)一個(gè)實(shí)際工廠案例研究表明：循環(huán)冷卻水用量可下降40%以上。Panjeshahi等[75]開(kāi)發(fā)了一種“先進(jìn)夾點(diǎn)設(shè)計(jì)（advanced pinch design，APD）方法”，其目標(biāo)是使回用水量最大及冷卻水用量最小前提下，使投資和操作成本最小化，該方法允許涼水塔性能和換熱器網(wǎng)絡(luò)之間互動(dòng)。Gololo 等[76-79]把涼水塔性能優(yōu)化與冷卻水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化結(jié)合起來(lái)，該方法的好處是可以使涼水塔解瓶頸，即使現(xiàn)有的涼水塔能處理更高的熱負(fù)荷。Wang等[80]提出一種兩步法來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

具有中水道（間接水回用）的水網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題是Feng等[81]提出的，理由是這可以增加水網(wǎng)絡(luò)的操作彈性，就其作用和中間儲(chǔ)槽相當(dāng)，都是有一個(gè)濃度均一的緩沖區(qū)作為調(diào)節(jié)手段。后來(lái)沿這個(gè)方向也發(fā)表了一系列文章[82-86]。

最早將用水網(wǎng)絡(luò)研究從連續(xù)過(guò)程擴(kuò)展到間歇過(guò)程的是Wang等[87]，他們將水夾點(diǎn)的幾何圖解法推廣到間歇過(guò)程。其后 Majozi 等[88]進(jìn)一步做了改進(jìn)，但均限于進(jìn)水量和出水量一致的場(chǎng)合。到2004年 Kim 等[89]第一次采用超結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)規(guī)劃優(yōu)化方法來(lái)處理間歇水網(wǎng)絡(luò)，增加了用水操作的分割，即時(shí)間分隔，從而形成為MINLP模型。從此掀起一個(gè)間歇水網(wǎng)絡(luò)研究高潮，發(fā)表了一系列的文章[90-114]。

1.2 同時(shí)優(yōu)化水用量和能耗最小

雖然優(yōu)化用能的換熱器網(wǎng)絡(luò)和優(yōu)化用水配置的水網(wǎng)絡(luò)早在20世紀(jì)80年代就開(kāi)始了，但是將二者結(jié)合起來(lái)同時(shí)優(yōu)化的研究卻是20世紀(jì)末開(kāi)始的，這類(lèi)問(wèn)題可稱之為水配置和換熱網(wǎng)絡(luò)（water allocation and heat exchange network，WAHEN）[115]。Savulescu等[116]開(kāi)始用夾點(diǎn)圖示法的概念（二維網(wǎng)格圖）來(lái)求解，但這只能局限于單污染雜質(zhì)。沿著這條路線也不斷有新的發(fā)展[117-130]。

Bagajewicz 等[117]、Feng 等[118]和 Du[119]均提出用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法來(lái)優(yōu)化WAHEN問(wèn)題。用數(shù)學(xué)規(guī)劃法又可分成兩大類(lèi)：序貫法和聯(lián)立求解法。前者分成2步來(lái)求解：第一步先用水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)找到水耗最小的目標(biāo)值，這是一個(gè)NLP問(wèn)題；第二步再找到這一水網(wǎng)絡(luò)的最小能耗方案，這是 MINLP問(wèn)題；后者是將水網(wǎng)絡(luò)和換熱網(wǎng)絡(luò)同時(shí)表達(dá)成一個(gè)大型MINLP問(wèn)題，但這樣就由于變量過(guò)多難以求解。于是又有混合方法的提出，即采用夾點(diǎn)技術(shù)來(lái)縮小可行解的搜索范圍[126-129]。

Boix等[130]提出新的 2步法：第一步用混合整數(shù)線性規(guī)劃解多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，涉及4個(gè)目標(biāo)：F1-新鮮水耗量；F2-能耗；F3-交互聯(lián)接數(shù)目；F4-換熱器數(shù)目。先將 F3和 F4設(shè)為固定值以求Min[F1,F2]的 Pareto前沿解。第二步在Pareto前沿解中尋找成本最小的目標(biāo)函數(shù)，這是一個(gè) MINLP問(wèn)題。應(yīng)注意，為了達(dá)到能耗最小，新鮮水耗量可能就并非最小。他們用此法對(duì)一個(gè)造紙廠的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了案例核算，證明可使能耗下降20%。

在WAHEN問(wèn)題中，將水流股直接混合換熱是水網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)換熱的獨(dú)有方式，這方面的研究是關(guān)于WAHEN研究的重要方面。袁希鋼等[131-133]深入地研究了該問(wèn)題，討論了WAHEN中非等溫混合對(duì)能量目標(biāo)的影響，提出了分割溫度的概念和非等溫混合規(guī)則。該混合規(guī)則用來(lái)判斷是否存在能量懲罰（energy penalty），以及如何通過(guò)設(shè)計(jì)混合溫度來(lái)避免能量懲罰。對(duì)于同性混合，系統(tǒng)的公用工程需求不會(huì)減少，但可能減少換熱器數(shù)量。對(duì)于異性混合，通過(guò)確定分割溫度并比較分割溫度以上區(qū)間混合流股的熱量之和與低溫區(qū)間所需的熱量，可確定系統(tǒng)公用工程會(huì)增加、減少或保持不變。

1.3 多種工藝與能、水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)同時(shí)集成優(yōu)化

近期有兩大學(xué)派同時(shí)開(kāi)展了多種工藝與能、水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)同時(shí)集成優(yōu)化研究。一派是以 Grossmann為代表的，他們面向巴西、美國(guó)等大規(guī)模地采用生物質(zhì)原料（主要是玉米）制造車(chē)用乙醇燃料的工業(yè)需求，研究如何找到能耗/水耗最小的工藝路線[134-137]。另一派是以Floudas為代表，他們針對(duì)運(yùn)輸用燃油原料的多樣化，包括通過(guò)費(fèi)托合成將煤液化（coal to liquids，CTL）、生物質(zhì)液化（biomass to liquids，BTL）、天然氣液化（natural gas to liquids，TL）以及它們的混合路線：煤-生物質(zhì)液化（coal/biomass to liquids，CBTL）、煤-天然氣液化（coal/gas to liquids，CGTL）及煤-生物質(zhì)-天然氣液化（coal/biomass/gas to liquids，CBGTL）等多種路線，究竟哪個(gè)更有競(jìng)爭(zhēng)力呢？以往工作僅模擬計(jì)算某一特定工藝路線的生產(chǎn)成本，以判斷其與石油化工傳統(tǒng)路線比較的競(jìng)爭(zhēng)力，這無(wú)法在統(tǒng)一的條件下進(jìn)行公平客觀比較。為了科學(xué)地評(píng)判就需要統(tǒng)一的基礎(chǔ)上，將能量/水網(wǎng)絡(luò)均已達(dá)到優(yōu)化最小值的條件下來(lái)對(duì)比才有意義[138-144]。

Floudas 等[141]已將 2012年以前的工作做了很好的綜述。這種綜合性網(wǎng)絡(luò)集成，既包括單一原料，也包括多種原料；既包括單個(gè)工藝路線，也包括全國(guó)性的能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)（如生物質(zhì)能源就包括收集—儲(chǔ)存—運(yùn)輸—配送等環(huán)節(jié)）。這種集成包括了熱集成、水集成、電集成和工藝綜合。采用的方法是構(gòu)建考慮所有可能性的超級(jí)結(jié)構(gòu)模型，從而形成一個(gè)非線性規(guī)劃（nonlinear programming，NLP）問(wèn)題，而由于存在大量的聯(lián)接流股的0-1選擇，所以成為一個(gè)混合整數(shù)非線性規(guī)劃問(wèn)題。應(yīng)當(dāng)指出：這種包括熱/水/工藝路線集成的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是一個(gè)十分復(fù)雜的超結(jié)構(gòu)模型，僅就水資源而言，除了要使GTL煉廠的新鮮水和排污水最小化之外，還要加上地區(qū)水資源的限制：取水源不得超過(guò)半徑5英里（約8047 m）外；取水量不得超過(guò)當(dāng)?shù)乜h歷年報(bào)告總用量的15%，以防過(guò)度消耗當(dāng)?shù)毓霉こ獭Ｍ瑫r(shí)輸水管線的成本需納入總供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)成本。

2 跨企業(yè)多個(gè)水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成優(yōu)化

如果將水網(wǎng)絡(luò)集成的尺度放大一個(gè)層次，集成的范圍不限于一個(gè)企業(yè)內(nèi)部，那么就會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的優(yōu)化機(jī)會(huì)。如由于生產(chǎn)工藝的限制，一個(gè)工業(yè)過(guò)程內(nèi)部往往產(chǎn)生本企業(yè)內(nèi)部難以消解的廢水，但這些廢水可能滿足附近另外一個(gè)企業(yè)的某些工業(yè)過(guò)程中用水單元的用水要求，因此，研究跨企業(yè)多個(gè)水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成優(yōu)化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。自從Olesen等[145]基于夾點(diǎn)技術(shù)第一次進(jìn)行跨企業(yè)多過(guò)程間的水系統(tǒng)集成后，水網(wǎng)絡(luò)集成優(yōu)化研究和應(yīng)用從單個(gè)企業(yè)內(nèi)水網(wǎng)絡(luò)集成（intra-plant water network）演變到跨企業(yè)多水網(wǎng)絡(luò)集成（inter-plant water network，IPWN）；相應(yīng)地，其集成方法和技術(shù)也發(fā)生了變化。

2.1 IPWN集成優(yōu)化策略

根據(jù)有無(wú)在企業(yè)間增設(shè)公用工程設(shè)施（如中間儲(chǔ)槽等），對(duì)多個(gè)企業(yè)間不同水網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集成又可分為直接集成和間接集成策略[146]，如圖3所示。與直接集成和間接集成相似，Chew等[147-148]將跨企業(yè)能量集成中有關(guān)的概念類(lèi)推到跨企業(yè)水網(wǎng)絡(luò)研究中，提出了無(wú)輔助集成策略和輔助集成策略，相對(duì)而言，輔助集成能夠最大化地對(duì)物質(zhì)進(jìn)行回用，但同時(shí)增加了管道成本，因此在選擇這兩種方法時(shí)需要在資源稀缺性和經(jīng)濟(jì)上做出權(quán)衡。Chew等[149-150]利用博弈方法分別對(duì)直接集成和間接集成策略進(jìn)行了研究。

（1）直接集成策略

該策略中，一個(gè)水網(wǎng)絡(luò)中用水單元的出水，作為水源直接成為另一個(gè)水網(wǎng)絡(luò)中用水單元的進(jìn)水。任何企業(yè)中的用水單元的流股以水源和水阱的方式直接通過(guò)跨企業(yè)的管線進(jìn)行集成優(yōu)化。因此，無(wú)企業(yè)邊界的概念，即跨企業(yè)多個(gè)水網(wǎng)絡(luò)等同于一個(gè)更大的水網(wǎng)絡(luò)。為了獲得最大的節(jié)水減排效果，整個(gè)水網(wǎng)絡(luò)會(huì)被高度集成，以至于各用水單元之間連接緊密。此時(shí)如果生產(chǎn)中有某一企業(yè)的某用水單元的水量、水質(zhì)狀況發(fā)生變化時(shí)，將影響其他用水單元的運(yùn)行。如此，由于水網(wǎng)絡(luò)過(guò)于復(fù)雜，有可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)柔性不足，不便于運(yùn)行和控制。另外，管道成本也會(huì)比較高。

圖3 IPWN策略[146]Fig.3 IPWN schemes[146]

（2）間接集成策略

該策略中，一個(gè)水網(wǎng)絡(luò)中用水單元的出水，首先排放到中間儲(chǔ)罐或再生裝置，然后再?gòu)闹虚g水池或再生裝置作為另一個(gè)水網(wǎng)絡(luò)中用水單元的水源。所有用水單元的流股以水源和水阱的方式不能直接通過(guò)跨企業(yè)的管線進(jìn)行集成優(yōu)化，必須經(jīng)過(guò)設(shè)在企業(yè)間的公用工程設(shè)施來(lái)重新分配；該策略中企業(yè)有明顯的系統(tǒng)邊界概念。作為緩沖罐的公用工程設(shè)施，可以是一級(jí)或多級(jí)儲(chǔ)罐，也可以是一級(jí)或多級(jí)再生設(shè)備，抑或集中或分散存在的若干儲(chǔ)罐與若干再生設(shè)備的組合[151]。

由于所有用水單元只與公用工程設(shè)施相連接，彼此之間相互不能相通。如此，可避免生產(chǎn)過(guò)程中一些用水單元的水質(zhì)發(fā)生波動(dòng)對(duì)其他用水單元的直接影響。使得系統(tǒng)的柔性增加，系統(tǒng)中水質(zhì)的控制以及操作易于進(jìn)行。應(yīng)用該策略進(jìn)行跨企業(yè)多個(gè)水網(wǎng)絡(luò)集成優(yōu)化，新鮮水用量會(huì)減少，廢水排放量也相應(yīng)地減少；如果公用工程設(shè)施設(shè)置越多，新鮮水會(huì)進(jìn)一步減少，但是也增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，投資也會(huì)相應(yīng)地增加。研究結(jié)果表明，與直接集成相比，間接集成策略的年均總成本高，間接集成消耗的新鮮水量大，但是整個(gè)水網(wǎng)絡(luò)的柔性和實(shí)用性增強(qiáng)[146]，而且在給定集中式公用工程設(shè)施數(shù)情況下，集中式公用工程較多時(shí)年均總費(fèi)用較少[147]。

（3）無(wú)輔助集成

該策略中，首先對(duì)各個(gè)企業(yè)的水網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)進(jìn)行集成，得到各個(gè)水網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)，根據(jù)最高夾點(diǎn)濃度和最低夾點(diǎn)濃度的大小，可以確定一個(gè)夾點(diǎn)區(qū)域。然后將不同企業(yè)的水源和水阱當(dāng)成同一個(gè)企業(yè)的水源和水阱進(jìn)行集成，若得到的最小新鮮水消耗量等于單個(gè)企業(yè)新鮮水消耗量的總和，此類(lèi)問(wèn)題往往采用無(wú)輔助集成策略。在此策略中，跨企業(yè)流股處于該夾點(diǎn)區(qū)域內(nèi)[147]。

（4）輔助集成

將不同企業(yè)的水源和水阱當(dāng)成同一個(gè)企業(yè)的水源和水阱進(jìn)行集成后，得到的最小新鮮水消耗量與單個(gè)企業(yè)新鮮水消耗量的總和不相等時(shí)，若采用無(wú)輔助集成策略將會(huì)減少水的最大回用，換句話說(shuō)，將消耗更多的新鮮水，因此，此類(lèi)問(wèn)題往往采用輔助集成策略。在該策略中，跨企業(yè)流股可能處于該夾點(diǎn)區(qū)域內(nèi)，也可能處于夾點(diǎn)區(qū)域外，將夾點(diǎn)區(qū)域外的跨企業(yè)流股和從具有較高夾點(diǎn)濃度的水網(wǎng)絡(luò)回用給較低夾點(diǎn)濃度的水網(wǎng)絡(luò)的跨企業(yè)流股稱為輔助物流。相對(duì)而言，輔助集成能夠最大化地對(duì)物質(zhì)進(jìn)行回用，但同時(shí)增加了管道成本，因此在選擇這兩種方法時(shí)需要在資源稀缺性和經(jīng)濟(jì)上做出權(quán)衡[148]。

2.2 IPWN優(yōu)化方法

（1）常規(guī)集成方法及若干改良

常規(guī)集成方法及若干改進(jìn)的水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化集成方法，如自動(dòng)定目標(biāo)化法、極限負(fù)荷曲線圖（limiting composite curve）、水節(jié)余圖（water surplus diagram）、物料回收夾點(diǎn)圖（material recovery pinch diagram）、水級(jí)聯(lián)分析（water cascade analysis）、數(shù)學(xué)規(guī)劃法[152-154]，均在單個(gè)水網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題有很好的應(yīng)用。不少研究者將其擴(kuò)展到跨企業(yè)水網(wǎng)絡(luò)集成優(yōu)化。Olesen等[145]利用各個(gè)子區(qū)域的夾點(diǎn)濃度不同，將夾點(diǎn)濃度較低的子區(qū)域的水跨區(qū)域供給夾點(diǎn)濃度高的子區(qū)域利用，可減少低夾點(diǎn)濃度區(qū)域的廢水排放，同時(shí)減少高夾點(diǎn)濃度區(qū)域的新鮮水消耗[145]。與極限負(fù)荷曲線和水節(jié)余圖相比，水級(jí)聯(lián)分析法可快速精準(zhǔn)地找到夾點(diǎn)位置和確定夾點(diǎn)源流股，而且對(duì)于物質(zhì)傳遞模型或非物質(zhì)傳遞模型均適用，當(dāng)用水過(guò)程發(fā)生變化或存在多個(gè)夾點(diǎn)時(shí)，水級(jí)聯(lián)分析法仍然適用。Foo[36]利用水級(jí)聯(lián)分析法對(duì)廠區(qū)間水網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究。Foo等[147]指出利用水級(jí)聯(lián)分析法對(duì)跨企業(yè)水網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析有一個(gè)前提就是在確定最小水流量之前，必須產(chǎn)生水網(wǎng)絡(luò)集成方案，當(dāng)用水網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量比較大時(shí)，計(jì)算過(guò)程變得比較復(fù)雜且效率低。對(duì)于多個(gè)新鮮資源的網(wǎng)絡(luò)而言，應(yīng)用圖示法和水級(jí)聯(lián)分析法獲得結(jié)果不一定最優(yōu)[155]。Foo等結(jié)合了圖示法和數(shù)學(xué)規(guī)劃法的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種單個(gè)水網(wǎng)絡(luò)的新的自動(dòng)定目標(biāo)化方法[156]，并將它擴(kuò)展到跨企業(yè)水網(wǎng)絡(luò)集成[157]。

Liao等[158]提出一種新的結(jié)合夾點(diǎn)技術(shù)和數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法求解復(fù)雜的多個(gè)廠區(qū)用水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問(wèn)題，得到各裝置的柔性用水網(wǎng)絡(luò)。Bandyopadhyay等[159]在確定分區(qū)定目標(biāo)問(wèn)題（segregated targeting problem）的資源最優(yōu)化利用時(shí)，提出了一種通用的分解方法，并將其應(yīng)用于跨企業(yè)水網(wǎng)絡(luò)集成。以再利用、再循環(huán)和再生處理的超結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)，Rubio-Castro等[160]提出了基于物性的跨企業(yè)多個(gè)水網(wǎng)絡(luò)全局優(yōu)化集成方法，求得總年費(fèi)用最小的全局最優(yōu)解。

（2）基于博弈論（game theory）優(yōu)化集成方法

眾多研究表明，基于工業(yè)共生思想的IPWN策略比單企業(yè)的水集成策略節(jié)水多。但是，在進(jìn)行跨企業(yè)水網(wǎng)絡(luò)集成時(shí)，需要考慮各企業(yè)間的相互作用以及參與水網(wǎng)絡(luò)集成的各企業(yè)業(yè)主自身的利益等因素，從而使跨企業(yè)水網(wǎng)絡(luò)集成更加復(fù)雜。雖然上述的傳統(tǒng)集成優(yōu)化方法可以使新鮮水用量或運(yùn)行成本最小化，但是不能保證所有參與集成的各個(gè)水網(wǎng)絡(luò)的業(yè)主的利益最大化，也不能完全反映各個(gè)業(yè)主按自身利益運(yùn)行時(shí)會(huì)不會(huì)與跨企業(yè)水網(wǎng)絡(luò)集成的總目標(biāo)發(fā)生矛盾。實(shí)際上，由于諸多企業(yè)的多樣性和對(duì)水質(zhì)要求的不同，既存在較大的共生關(guān)系，又存在水資源量和水質(zhì)的分配利益沖突的問(wèn)題。

Chew等[149]用博弈論方法分析了采用直接集成策略集成的跨企業(yè)水網(wǎng)絡(luò)，參與集成的各個(gè)廠區(qū)均為理性參與者，求解得到全局Pareto最優(yōu)解。Chew等[150]考慮了生態(tài)工業(yè)園管理者的干預(yù)對(duì)跨企業(yè)水網(wǎng)絡(luò)的影響，將博弈方法用來(lái)分析采用間接集成策略集成的跨企業(yè)間接水網(wǎng)絡(luò)，結(jié)果表明，采用該合作博弈策略得到的各個(gè)參與者的收益勝過(guò)非合作博弈策略各個(gè)參與者的收益。劉永忠等 提出了基于博弈論的水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化定量分析方法，以具有中間水道水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的決策為例進(jìn)行了方案的分析與評(píng)價(jià)。Lou等[162]利用層次帕累托優(yōu)化方法（hierarchical pareto optimization）對(duì)工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，由于該方法采用模塊化結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需要增加或減少系統(tǒng)的企業(yè)成員，并為整個(gè)系統(tǒng)以及其中的個(gè)體企業(yè)提供綜合分析和可持續(xù)性優(yōu)化。羅柳紅[163]對(duì)園區(qū)內(nèi)水資源梯級(jí)利用模式開(kāi)展了博弈分析，從微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度對(duì)各利益主體參與水資源梯級(jí)利用的動(dòng)因和積極性進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)學(xué)的分析，得出生態(tài)工業(yè)園區(qū)中水資源梯級(jí)利用體系能否達(dá)成“物盡其用、廢物最小化”的目標(biāo)，取決于不同利益者的博弈結(jié)果。水資源價(jià)格和排污收費(fèi)價(jià)格的提高，可以減少新鮮水資源的購(gòu)買(mǎi)量和最終的排污量，有利于促進(jìn)園區(qū)內(nèi)企業(yè)間的水資源梯級(jí)利用；而梯級(jí)利用的過(guò)程，也是各級(jí)消費(fèi)者之間的一場(chǎng)博弈，博弈結(jié)果將決定再生水資源的售出價(jià)格。

2.3 生態(tài)工業(yè)園的水網(wǎng)絡(luò)集成

生態(tài)工業(yè)園（eco-industrial park，EIP）是自然生態(tài)系統(tǒng)和人工生態(tài)系統(tǒng)融合的復(fù)雜系統(tǒng)，而水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正是這種聯(lián)合的紐帶。EIP能有效地共享資源（信息、物資、水、能源、基礎(chǔ)設(shè)施等），尋求能源和原材料消耗的最小化、廢物產(chǎn)生的最小化，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境質(zhì)量的改善?！笆晃濉币詠?lái)，我國(guó)生態(tài)工業(yè)園迅猛發(fā)展，省級(jí)以上化工園區(qū)數(shù)量增長(zhǎng)近20倍[164]。

工業(yè)園區(qū)是多個(gè)工業(yè)企業(yè)和過(guò)程的集合，在工業(yè)園區(qū)尺度上既存在著過(guò)程尺度上的水優(yōu)化管理問(wèn)題，也存在區(qū)域尺度上的水資源優(yōu)化和水生態(tài)保護(hù)的問(wèn)題。通常EIP水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化目標(biāo)是：通過(guò)梯級(jí)利用使水綜合利用率最高、對(duì)外部供水需求最小。按照生態(tài)工業(yè)園區(qū)的發(fā)展理念，加強(qiáng)企業(yè)之間的廢水交換和梯級(jí)利用，權(quán)衡廢水集中處理與分散處理，加強(qiáng)用水和水處理在基礎(chǔ)設(shè)施方面的共享等。所使用的方法從過(guò)程系統(tǒng)工程角度并未超出上節(jié)的IPWN集成優(yōu)化方法。

Spriggs等[165]在生態(tài)工業(yè)園尺度上利用多企業(yè)之間的物質(zhì)回收夾點(diǎn)圖進(jìn)行最小新鮮水量定目標(biāo)化。Chew等[166]對(duì)廠區(qū)間水網(wǎng)絡(luò)的定目標(biāo)化的詳細(xì)步驟進(jìn)行了總結(jié)。Zeng等[167]在水質(zhì)分級(jí)和水夾點(diǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以園區(qū)總的新鮮水用來(lái)最小為目標(biāo)，提出了設(shè)計(jì)生態(tài)工業(yè)園區(qū)企業(yè)間水網(wǎng)絡(luò)的方法和步驟，可對(duì)企業(yè)之間的水回用和再生水的合理分配提供指導(dǎo)。Rubio-Castro等[168]建立生態(tài)工業(yè)園的不同企業(yè)水網(wǎng)絡(luò)的 MINLP模型，并改進(jìn)廠區(qū)內(nèi)和廠區(qū)間的水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如替換或重新布置已有廢水處理單元、提高已有廢水處理單元的處理效率、增設(shè)公用廢水處理設(shè)施等。案例分析結(jié)果表明：設(shè)計(jì)的生態(tài)工業(yè)園水網(wǎng)絡(luò)和單個(gè)改進(jìn)的水網(wǎng)絡(luò)相比，年均總費(fèi)用可節(jié)省19%，新鮮水量消耗減少47%，廢水排放量減少47%；設(shè)計(jì)的生態(tài)工業(yè)園水網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有的水網(wǎng)絡(luò)相比，年均總費(fèi)用可節(jié)省47%，新鮮水消耗量可減少約67%，水排放量減少67%，具有很好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。Boix等[169]以新鮮水量、再生水量和網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)最小為目標(biāo)，建立多目標(biāo)MILP模型優(yōu)化工業(yè)園區(qū)水網(wǎng)絡(luò)，分別分析了園區(qū)內(nèi)無(wú)再生單元、每個(gè)企業(yè)擁有各自的再生單元和所有企業(yè)共用一個(gè)再生單元的情景。

跨企業(yè)水網(wǎng)絡(luò)集成優(yōu)化可能會(huì)導(dǎo)致額外的投資和操作費(fèi)用，另外，還有一些實(shí)際問(wèn)題的約束，如某些企業(yè)的產(chǎn)品可能會(huì)根據(jù)市場(chǎng)和季節(jié)的變化會(huì)有所調(diào)整，從而導(dǎo)致下游企業(yè)的水網(wǎng)絡(luò)也相應(yīng)地變化；參與跨企業(yè)水網(wǎng)絡(luò)集成的各個(gè)企業(yè)的相互作用以及水價(jià)等因素對(duì)園區(qū)水網(wǎng)絡(luò)的影響等。Aviso等[170]利用模糊數(shù)學(xué)規(guī)劃法將廠區(qū)間的合作嵌入模型中，結(jié)果表明，單廠區(qū)的求解結(jié)果最優(yōu)并不能保證全工業(yè)園的求解結(jié)果最優(yōu)。Tan等[171]提出了一種模糊雙層規(guī)劃方法來(lái)優(yōu)化生態(tài)工業(yè)園區(qū)廠區(qū)間的水網(wǎng)絡(luò)，該方法從園區(qū)管理者的角度，以新鮮水、廢水排放費(fèi)和水再利用補(bǔ)貼為刺激手段進(jìn)行優(yōu)化。該模型既滿足了園區(qū)管理者的愿望新鮮水消耗最小，又能使各個(gè)廠的成本最小。由于以往研究過(guò)程中水的流率和水質(zhì)都是確定的，但在實(shí)際用水過(guò)程中存在許多不確定性。在上述研究中，水價(jià)確定，供水無(wú)限制，但水資源越來(lái)越緊缺，用水過(guò)程存在很多不確定性，賈小平等[172]以新鮮水價(jià)格變化為驅(qū)動(dòng)力，提出新鮮水價(jià)格區(qū)間與其對(duì)應(yīng)的用水網(wǎng)絡(luò)綜合關(guān)系。周建仁[173]從工業(yè)過(guò)程內(nèi)部、工業(yè)過(guò)程之間及區(qū)域范圍3個(gè)層次，通過(guò)研究水資源分配網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化集成模型及其應(yīng)用研究，建立相應(yīng)的水資源高效利用、廢水最小化技術(shù)方法。針對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)的多種新鮮水源（包括地下水、河水、湖水、水庫(kù)蓄水、外調(diào)水等）、污水處理廠達(dá)標(biāo)出水在各產(chǎn)業(yè)間缺乏合理配置的問(wèn)題，建立了區(qū)域各產(chǎn)業(yè)間水資源分配網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化集成超結(jié)構(gòu)模型，對(duì)環(huán)境影響最小和年度總費(fèi)用最小兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行權(quán)衡。

3 虛擬水與產(chǎn)品水足跡

3.1 概念辨析

虛擬水的概念由Allan[174]在1997年提出，是指“嵌入”產(chǎn)品中的水量。如果一個(gè)國(guó)家出口或進(jìn)口某種產(chǎn)品，就意味著以虛擬的形式出口或進(jìn)口了水。虛擬水的提出不僅是為了量化產(chǎn)品生產(chǎn)或消費(fèi)過(guò)程中的水資源消耗，更重要的是它表明可以通過(guò)貿(mào)易來(lái)解決國(guó)家或者地區(qū)的水資源危機(jī)。因此，虛擬水在國(guó)際貿(mào)易研究中得到了越來(lái)越多的關(guān)注。虛擬水的計(jì)算有兩大類(lèi)方法[175]。一種是 Hoekstra等[176]提出的“生產(chǎn)樹(shù)法”，也就是說(shuō)從生產(chǎn)者的角度，依據(jù)不同產(chǎn)地的產(chǎn)品生產(chǎn)情況以及水資源利用情況，來(lái)核算產(chǎn)品的虛擬水含量；另一種就是Zimmer等[177]提出以消費(fèi)者的角度，把產(chǎn)品消費(fèi)分為不同類(lèi)型，根據(jù)不同類(lèi)型進(jìn)行產(chǎn)品的區(qū)別計(jì)算。

水足跡的概念出現(xiàn)于 2002年，是類(lèi)比于生態(tài)足跡的概念，是指一個(gè)國(guó)家、地區(qū)或個(gè)人在一定時(shí)間內(nèi)消費(fèi)或生產(chǎn)所有產(chǎn)品和服務(wù)所需要的水資源總量[178]。由于“足跡”可以形象地表達(dá)出用水單元對(duì)水資源環(huán)境的壓力，因此水足跡概念提出后迅速應(yīng)用到國(guó)家、區(qū)域、流域、企業(yè)、產(chǎn)品和消費(fèi)者等尺度[179]。水足跡在應(yīng)用時(shí)往往會(huì)區(qū)分出藍(lán)水足跡、綠水足跡和灰水足跡。藍(lán)水足跡是指產(chǎn)品在其供應(yīng)鏈中對(duì)地表水和地下水資源的消耗；綠水足跡是指對(duì)綠水（不會(huì)成為徑流的雨水）資源的消耗；灰水足跡是與污染有關(guān)的指標(biāo)，定義為以自然本底濃度和現(xiàn)有的環(huán)境水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，將一定的污染物負(fù)荷吸收同化所需的淡水的體積。之所以要區(qū)分不同的水足跡，主要目的在于這些水足跡所對(duì)應(yīng)的實(shí)際含義、減排措施和政策手段不同。藍(lán)水足跡強(qiáng)調(diào)了實(shí)際可利用水資源的耗用，綠水足跡強(qiáng)調(diào)了對(duì)雨水的利用，而灰水足跡則強(qiáng)調(diào)了水污染所帶來(lái)的環(huán)境影響。

與化工過(guò)程密切相關(guān)的水足跡主要有：過(guò)程水足跡、產(chǎn)品水足跡、企業(yè)水足跡和行業(yè)水足跡。過(guò)程水足跡是指單位時(shí)間內(nèi)對(duì)象過(guò)程系統(tǒng)的總用水量；產(chǎn)品水足跡是指生產(chǎn)某產(chǎn)品直接或間接消耗的總用水量，它不僅包括生產(chǎn)該產(chǎn)品的所有直接生產(chǎn)過(guò)程所耗用的水量，也包括供應(yīng)鏈上原輔材料生產(chǎn)過(guò)程所耗用的水量，因此是一個(gè)產(chǎn)品生命周期含義上的水足跡；企業(yè)水足跡是指支撐和運(yùn)營(yíng)一個(gè)企業(yè)直接或間接消耗的水資源量，包括運(yùn)營(yíng)水足跡（直接水足跡）和供應(yīng)鏈水足跡（間接水足跡）。運(yùn)營(yíng)水足跡指企業(yè)經(jīng)營(yíng)時(shí)消耗的淡水量，供應(yīng)鏈水足跡指企業(yè)所購(gòu)原材料或能源所蘊(yùn)含的水足跡，二者又可進(jìn)一步分為與產(chǎn)品生產(chǎn)有直接關(guān)系的水足跡和日常開(kāi)支部分的水足跡[177]；行業(yè)水足跡是指以一定區(qū)域內(nèi)某一行業(yè)為評(píng)價(jià)對(duì)象的水足跡，以表征區(qū)域內(nèi)該行業(yè)的水資源與水環(huán)境影響。行業(yè)水足跡可以用來(lái)反映行業(yè)整體用水效益和水平以及企業(yè)之間的差異，能夠警示管理部門(mén)或決策者來(lái)限制和規(guī)范高耗水與高污染物排放行業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而降低國(guó)家或區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中環(huán)境成本。

行業(yè)是由生產(chǎn)同一類(lèi)產(chǎn)品的企業(yè)構(gòu)成的；企業(yè)可以生產(chǎn)一種或多種產(chǎn)品，可以包含一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)過(guò)程；產(chǎn)品生產(chǎn)所涉及的過(guò)程往往有多個(gè)，產(chǎn)業(yè)鏈則是由一系列的生產(chǎn)過(guò)程所組成。因此，上述 4種水足跡存在密切的關(guān)聯(lián)，在計(jì)算時(shí)需要界定系統(tǒng)邊界以及進(jìn)行過(guò)程單元的劃分。其中，單一過(guò)程的水足跡是所有水足跡核算的基礎(chǔ)；計(jì)算產(chǎn)品水足跡必須劃定產(chǎn)品所涵蓋的生產(chǎn)系統(tǒng)邊界，在考慮過(guò)程單元關(guān)系的基礎(chǔ)上計(jì)算加和。企業(yè)水足跡等于該企業(yè)輸出產(chǎn)品的水足跡之和；企業(yè)供應(yīng)連水足跡等于投入產(chǎn)品的水足跡之和。計(jì)算企業(yè)的水足跡和計(jì)算企業(yè)主要產(chǎn)品的水足跡大致相同，但側(cè)重點(diǎn)不同。計(jì)算企業(yè)水足跡側(cè)重于劃分運(yùn)營(yíng)水足跡和供應(yīng)鏈水足跡。這主要是從政策角度出發(fā)，因?yàn)槠髽I(yè)可以直接控制自身的運(yùn)營(yíng)水足跡，但對(duì)于供應(yīng)鏈水足跡只能間接控制。計(jì)算一種產(chǎn)品的水足跡時(shí)，通常只考慮生產(chǎn)系統(tǒng)相關(guān)過(guò)程的水足跡，不會(huì)區(qū)分直接和間接水足跡，也不考慮生產(chǎn)系統(tǒng)由哪家企業(yè)控制或經(jīng)營(yíng)。通常計(jì)算特定產(chǎn)品水足跡，一般將產(chǎn)品水足跡和企業(yè)水足跡核算聯(lián)系在一起。行業(yè)水足跡是行業(yè)內(nèi)所有企業(yè)水足跡和消耗的商品、服務(wù)的水足跡總和。

按照“水足跡評(píng)價(jià)手冊(cè)”，產(chǎn)品的虛擬水含量和產(chǎn)品的水足跡這兩個(gè)概念是可以相互替代的[178]。水足跡也有消費(fèi)者和生產(chǎn)者兩種視角，對(duì)產(chǎn)品和服務(wù)的消費(fèi)所產(chǎn)生的水足跡可以稱為消費(fèi)者水足跡，對(duì)產(chǎn)品和服務(wù)的生產(chǎn)所產(chǎn)生的水足跡可以稱為生產(chǎn)者水足跡。所不同的是，水足跡的概念不像虛擬水含量那樣簡(jiǎn)單地指水的體積，水足跡是一個(gè)綜合的指標(biāo)，不僅指用水量，還會(huì)明確水足跡產(chǎn)生的時(shí)間、地點(diǎn)以及何種水源，這些信息有利于評(píng)價(jià)產(chǎn)品水足跡對(duì)當(dāng)?shù)氐挠绊憽?/p>

3.2 研究進(jìn)展

與過(guò)程水足跡、企業(yè)水足跡和行業(yè)水足跡比較，產(chǎn)品水足跡的政策含義更加明確，因此也得到了更為廣泛的重視和應(yīng)用。農(nóng)作物的產(chǎn)品水足跡就是農(nóng)作物的虛擬水，因此農(nóng)作物例如棉花、玉米、小麥、大米等的水足跡最先得到了研究。后來(lái)，產(chǎn)品水足跡逐漸擴(kuò)展到面包、黃油、啤酒、農(nóng)產(chǎn)品或畜牧產(chǎn)品（如肉類(lèi)）等，這很大程度上是因?yàn)檫@些產(chǎn)品的加工過(guò)程耗水量大，并且大部分是人類(lèi)直接利用的消費(fèi)品。如歐盟的研究表明，150 g牛肉漢堡平均水足跡2350 L，比同量的黃豆?jié)h堡158 L高近 15倍。以色列的研究表明這個(gè)國(guó)家水利用的高效率，他們?nèi)司阚E為 1391 m3/(人·年)，是人均水資源占有量的3.16倍。文獻(xiàn)報(bào)道的農(nóng)產(chǎn)品和工業(yè)品的虛擬水與水足跡見(jiàn)表1。

隨著水足跡概念的進(jìn)一步傳播以及測(cè)算方法的成熟，大宗工業(yè)品例如鋼鐵、印染、造紙和電力等產(chǎn)品水足跡研究近些年也活躍起來(lái)。研究發(fā)現(xiàn)：不同行業(yè)水足跡結(jié)構(gòu)差異很大，如德國(guó)對(duì)3種大眾轎車(chē)水足跡研究表明，其全生命周期的用水量在52～84 m3/車(chē)，95%消耗在生產(chǎn)階段；而造紙業(yè)相反，樹(shù)木生長(zhǎng)耗水占主要部分，99%的水耗在供應(yīng)鏈上，只有 1%消耗在紙張生產(chǎn)過(guò)程。對(duì)于汽車(chē)、半導(dǎo)體等高度復(fù)雜的工業(yè)產(chǎn)品，盡管也出現(xiàn)了水足跡研究，但并沒(méi)有形成氣候。其中一個(gè)主要原因在于，工業(yè)產(chǎn)品的水足跡計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，系統(tǒng)邊界的界定和過(guò)程單元的分割存在難度。

虛擬水主要用于地區(qū)/國(guó)際貿(mào)易領(lǐng)域的研究。水資源稟賦以及水資源利用效率的差異，導(dǎo)致不同國(guó)家和地區(qū)生產(chǎn)相同產(chǎn)品的水資源成本不盡相同。如以色列經(jīng)濟(jì)學(xué)家指出，出口水資源密集型的產(chǎn)品對(duì)于嚴(yán)重缺水的以色列來(lái)說(shuō)是不經(jīng)濟(jì)的。荷蘭國(guó)際水文和環(huán)境工程研究所支持下，Hoekstra等[178]對(duì)世界上 100 多個(gè)國(guó)家由糧食和動(dòng)物產(chǎn)品貿(mào)易所引起的虛擬水流動(dòng)研究。Chen等[180]基于多地區(qū)投入產(chǎn)出模型測(cè)算了2004年112個(gè)國(guó)家虛擬水的貿(mào)易圖景（圖4）。結(jié)果表明，農(nóng)產(chǎn)品引致的虛擬水比率不到35%，但卻占用了69%的取水。虛擬水用戶最大的國(guó)家是印度、美國(guó)和中國(guó)。人均水足跡的變化很大，中非洲國(guó)家最小為29 m3，盧森堡最大為3290 m3。世界虛擬水貿(mào)易量是世界新鮮取水量的30%左右，其中 57%的虛擬水貿(mào)易蘊(yùn)含在非食品貿(mào)易中。中國(guó)是世界上最大的虛擬水出口國(guó)，出口了 204 Gm3，進(jìn)口了142 Gm3。美國(guó)是最大的進(jìn)口國(guó)（178 Gm3），日本是世界上最大的虛擬水凈進(jìn)口國(guó)（77 Gm3）[180]。

表1 文獻(xiàn)報(bào)道的農(nóng)產(chǎn)品和工業(yè)品的虛擬水與水足跡Table 1 Literatures retrieval for virtual water and water footprint of agro-products and industrial products

Table 1 (continued)

Table 1 (continued)

圖4 全球112個(gè)國(guó)家的虛擬水貿(mào)易情況[180]Fig.4 Major virtual water flows embodied in international trade in 2004

3.3 研究展望

產(chǎn)品水足跡研究是水足跡發(fā)展的起源與基礎(chǔ)，也是最為廣泛的研究領(lǐng)域，而未來(lái)工業(yè)產(chǎn)品以及第三產(chǎn)業(yè)類(lèi)服務(wù)的水足跡將會(huì)成為重要研究方向，但難點(diǎn)在于如何準(zhǔn)確追蹤和量化工業(yè)產(chǎn)品的供應(yīng)鏈、產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈的水流動(dòng)以及工業(yè)產(chǎn)品系統(tǒng)的邊界界定問(wèn)題。未來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外政策對(duì)于水足跡、環(huán)境足跡的重視以及生命周期評(píng)價(jià)軟件的普及，復(fù)雜工業(yè)產(chǎn)品和服務(wù)的水足跡研究將越來(lái)越多。

同時(shí)，隨著越來(lái)越多工業(yè)產(chǎn)品水足跡的測(cè)算，國(guó)家之間、地區(qū)之間的虛擬水貿(mào)易將會(huì)受到新一輪的重視。也就是說(shuō)，過(guò)去虛擬水只關(guān)注了農(nóng)作物及其農(nóng)副產(chǎn)品，那么現(xiàn)在將更多關(guān)注工業(yè)產(chǎn)品貿(mào)易所帶來(lái)的水問(wèn)題。同時(shí)，由于工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈一般都很長(zhǎng)，區(qū)域產(chǎn)業(yè)鏈配置以及產(chǎn)業(yè)布局問(wèn)題將會(huì)得到重視。

就國(guó)內(nèi)而言，在研究區(qū)域上，現(xiàn)有水足跡研究多針對(duì)北方或較發(fā)達(dá)地區(qū)，南方及偏遠(yuǎn)區(qū)域的研究較少，同時(shí)省域或城市尺度的比較研究薄弱。在研究對(duì)象上，大多數(shù)研究都以單個(gè)產(chǎn)品為研究對(duì)象，目前主要側(cè)重在農(nóng)作物產(chǎn)品和動(dòng)物產(chǎn)品，對(duì)工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)水足跡的研究雖很有必要但仍較少，未來(lái)研究將拓展到更多復(fù)雜的工業(yè)產(chǎn)品和服務(wù)，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)多種產(chǎn)品或服務(wù)的綜合水足跡研究，從而能夠從系統(tǒng)層面探討產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)業(yè)集群或產(chǎn)業(yè)布局上的水足跡量化及其流動(dòng)規(guī)律，解析更高層次上的水足跡政策涵義，服務(wù)于產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和結(jié)構(gòu)升級(jí)。在研究方法上，隨著數(shù)據(jù)可得性的進(jìn)一步改善，水足跡的時(shí)空分異性研究將得到重視。

4 結(jié) 論

（1）由于水危機(jī)越來(lái)越嚴(yán)重，在國(guó)家政府、產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界也越來(lái)越受到關(guān)注，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的PSE 界人士投入水系統(tǒng)的研究，這是非常必要和有益的。但由于水作為國(guó)家戰(zhàn)略資源優(yōu)化配置問(wèn)題的重要性，包括水網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的水的系統(tǒng)工程和管理研究還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步引起整個(gè)工程界和學(xué)術(shù)界的關(guān)注。

（2）水生態(tài)系統(tǒng)是多尺度、多層次的復(fù)雜系統(tǒng)，PSE的過(guò)程集成和優(yōu)化方法不僅可在尋求節(jié)水減排優(yōu)化方案中發(fā)揮重要作用，而且可以為過(guò)程工業(yè)技術(shù)路線決策、生態(tài)工業(yè)系統(tǒng)建設(shè)政策制定提供理論依據(jù)。實(shí)際上，過(guò)去十幾年來(lái)已在煉油、化工、鋼鐵、醫(yī)藥和造紙等過(guò)程工業(yè)的節(jié)水減排中發(fā)揮了顯著作用。但國(guó)內(nèi)目前研究還多集中在單個(gè)水網(wǎng)絡(luò)的集成方面，跨企業(yè)多個(gè)水網(wǎng)絡(luò)集成、水-能-原料同時(shí)優(yōu)化集成、企業(yè)水網(wǎng)絡(luò)與環(huán)境集成等方面也應(yīng)開(kāi)展工作?？傮w而言，目前我國(guó)對(duì)水網(wǎng)絡(luò)的研究與其重要性相比還顯得薄弱，無(wú)法滿足當(dāng)前國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的需要，亟需進(jìn)一步加強(qiáng)。

（3）虛擬水和水足跡研究進(jìn)一步拓寬了水系統(tǒng)研究領(lǐng)域。它雖然是才開(kāi)展近十余年的新研究方法，但在研究國(guó)家、地區(qū)之間水的實(shí)際流動(dòng)走向、水的利用效率和產(chǎn)品全生命周期的耗水等方面，可以對(duì)政策決策提供重要依據(jù)，在城市地區(qū)-國(guó)家宏觀層面上對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)具有重要作用。今后這方面研究的深度和廣度有待進(jìn)一步提高和加強(qiáng)。

[1]The United Nations. World Water Development Report (WWDR2)2006 [EB/OL]. http://www.unesco.org/water/wwap

[2]Yang Youqi (楊友麒), Zhuang Xianqin (莊仙芹). Water conservation and waste water reduction of chemical and refinery enterprises [J].Chemical Industry and Engineering Progress(化工進(jìn)展), 2012, 31(12): 2780-2785

[3]MEP. Report on the State of the Environment in China (2010—2012)[EB/OL]. http://www.zhb.gov.cn/

[4]National Bureau of Statistics of China. Statistical Communiqué of the People’s Republic of China on the 2013 National Economic and Social Development [EB/OL]. http://www.stats.gov.cn/

[5]State Council of China. Opinions of the State Council on Applying the Strictest Water Resources Control System [EB/OL].http://www.gov.cn/zhengce/xxgkzl.htm

[6]Liu J G, Yang W. Water sustainability for China and beyond [J].Science, 2012, 337: 649-650

[7]Bagajewicz M J. A review of recent design procedures for water networks in refineries and process plants [J].Comput.Chem.Eng.,2000, 24: 2093-2113

[8]Foo D C Y. State-of-the-art review of pinch analysis techniques for water network synthesis [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2009, 48: 5125-5159

[9]Jezowski J. Review of water network design methods with literature annotations [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2010, 49: 4475-4516

[10]E1-Halwagi M M. Pollution Prevention through Process Integration Systematic Design Tools [M]. San Diego: Academic Press, 1997

[11]Mann J G, Liu Y A. Industrial Water Reuse and Wastewater Minimization [M]. New York: McGraw-Hill, 1999

[12]Feng Xiao (馮霄). Process Integration for Water-Using Network: A Systematic Methodology for Water Conservation and Wastewater Minization (水系統(tǒng)集成優(yōu)化——節(jié)水減排的系統(tǒng)綜合方法)[M].Beijing: Chemical Industry Press, 2008

[13]Foo D C Y, Biegler T. Preface for water network synthesis [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2011, 50: 3634-3635

[14]Yang Youqi (楊友麒), Zhuang Xianqin (莊仙芹). Process system engineering methods for water conservation [J].Modern Chemical Industry(現(xiàn)代化工), 2008, 28 (1): 8-11

[15]Bai Jie (白潔), Feng Xiao (馮霄). Research progress on water system integration [J].Computer and Applied Chemistry(計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)), 2008, 25 (10): 1215-1219

[16]Liu Zhiyong (劉智勇), Fan Xiaoyan (樊霄雁). Research progress of water system integration [J].Journal of Hebei University of Technology(河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)). 2013, 42 (1): 55-60

[17]Takama N, Kuriyama T, Shiroko K, Umeda T. Optimal water allocation in a petroleum refinery [J].Comput.Chem.Eng., 1980, 4:251-258

[18]Wang Y P, Smith R. Wastewater minimization [J].Chem.Eng.Sci.,1994, 49 (7): 981-1006

[19]Wang Y P, Smith R. Design distributed effluent treatment systems[J].Chem.Eng.Sci., 1994, 49: 3127-3145

[20]Kuo W C J, Smith R. Design of water-using systems involving regeneration [J].Trans.Inst.Chem.Eng., 1998, 76 (B): 94-114

[21]Kuo W C J, Smith R. Designing for the interactions between water-use and effluent treatment [J].Trans.Inst.Chem.Eng., 1998,76: 287-301

[22]Bagajewicz M J, Faria D C. On the appropriate architecture of the water/wastewater allocation problem in process plants [J].Comput.Aided.Chem.Eng., 2009, 26: 1-20

[23]Ku-Pineda V, Tan R R. Environmental performance optimization using process water integration and sustainable process index [J].J.Clean.Prod., 2006, 14: 1586-1592

[24]Lim S R, Park J M. Environmental and economic analysis of a water network system using LCA and LCC [J].AIChE Journal, 2007, 53(12): 3253-3262

[25]Lim S R, Park J M. Synthesis of an environmentally friendly water network system [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2008, 47: 1988-1994

[26]Lira-Barragán Luis Fernando, Ponce-Ortega J M, El-Halwagi M M.Synthesis of water networks considering the sustainability of the surrounding watershed [J].Comput.Chem.Eng., 2011, 35: 2837-2852

[27]Wang Y P, Smith R. Wastewater minimization with flow rate constraints [J].Chem.Eng.Res.Des., 1995, 73: 889-904

[28]Dhole V R, Ramchandani N, Tainsh R A, Wasilewski M. Make your process water pay for itself [J].Chem.Eng., 1996, 103: 100-103

[29]Buehner F W, Rossiter A. Minimize waste by managing process design [J].Chemtech, 1996, 4: 64-72

[30]Hallale N. A new graphical targeting method for water minimization[J].Adv.Environ.Res., 2002, 6 (3): 377-390

[31]Manan Z A, Tan Y L, Foo D C Y. Targeting the minimum water flow rate using water cascade analysis technique [J].AIChE Journal，2004, 50 (12): 3169-3183

[32]Wan Alwi S R, Manan Z A. Targeting multiple water utilities using composite curves [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2007, 46: 5968-5976

[33]Foo D C Y, Manan Z A, Tan Y L. Use cascade analysis to optimize water networks [J].Chem.Eng.Progress, 2006, 102 (7): 45-52

[34]Foo D C Y. Water cascade analysis for single and multiple impure fresh water feed [J].Chem.Eng.Res.Des., 2007, 85 (A8): 1169-1177

[35]Almutlaq A M, Kazantzi V, El-Halwagi M M. An algebraic approach to targeting waste discharge and impure fresh usageviamaterial recycle/reuse networks [J].Clean Technol.Environ.Policy,2005, 7 (4): 294-305

[36]Foo D C Y. Flow rate targeting for threshold problems and plant wide integration for water network synthesis [J].Environ.Manage,2007, 88 (2): 253-274

[37]Bai J, Feng X, Deng C. Graphical based optimization of single contaminant regeneration reuse water systems [J].Chem.Eng.Res.Des., 2007, 85 (A8): 1178-1187

[38]Feng X, Bai J, Zheng X. On the use of graphical method to determine the targets of single-contaminant regeneration recycling water systems [J].Chem.Eng.Sci., 2007, 62: 2127-2138

[39]Deng C, Feng X, Bai J. Graphical based analysis of water system with zero liquid discharge [J].Chem.Eng.Res.Des., 2008, 86: 165-171

[40]Bandyopadhyay S, Cormos C C. Water management in process industries incorporating regeneration and recycle through a single treatment unit [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2008, 47: 1111-1119

[41]Ng D K S, Foo D C Y, Tan R R. Targeting for total water networks(Ⅰ): Waste stream identification [J].Ind.Eng.Chem.Res.,2007, 46:9107-9113

[42]Ng D K S, Foo D C Y, Tan R R. Targeting for total water networks(Ⅱ): Waste treatment targeting and interactions with water system elements [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2007, 46: 9114-9125

[43]Tan Y L, Foo D C, Tan R R, Ng D K S. Approximate graphical targeting for water network with two contaminants [J].Chem.Eng.Trans., 2007, 12: 347-352

[44]Liu Z Y, Yang Y, Wan L Z,et al. A heuristic design procedure for water-using networks with multiple contaminants [J].AIChE Journal, 2009, 55 (2): 374-382

[45]Wang Zhen (王震), Fan Xiaoyan (樊霄雁), Li Qiuhan (李秋晗).Design procedure for water networks of multiple contaminants with fixed flow rate processes [J].CIESC Journal(化工學(xué)報(bào)), 2012, 63(7): 2143-2148

[46]El-Halwagi M M, Gabriel F, Harell D. Rigorous graphical targeting for resource conservationviamaterial recycle/reuse networks [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2003, 42: 4319-4328

[47]Prakash R, Shenoy U V. Targeting and design of water networks for fixed flow rate and fixed contaminant load operations [J].Chem.Eng.Sci., 2005, 60 (1): 255-268

[48]Almutlaq A M, El-Halwagi M M. An algebraic targeting approach to resource conservationviamaterial /reuse [J].Int.J.Environ.Pollut.,2007, 29 (1/2/3): 4-18

[49]Savelski M J, Bagajewicz M J. On the optimality conditions of water utilization systems in process plants with single contaminants[J].Chem.Eng.Sci., 2000, 55 (21): 5035-5048

[50]Bagajewicz M J, Rivas M, Savelski M J. A robust method to obtain optimal and sub-optimal design and retrofit solutions of water utilization systems with multiple contaminants in process plants [J].Comput.Chem.Eng., 2000, 24: 1461-1466

[51]Hu Yangdong (胡仰棟), Xu Dongmei (徐冬梅), Hua Ben (華賁),Han Fangyu (韓方煜). Step by step linear programming method for wastewater minimization [J].Journal of Chemical Industry and Engineering(China)(化工學(xué)報(bào)), 2002, 53 (1): 66-71

[52]Tan R R, Cruz D E. Synthesis of robust water reuse networks for single component retrofit problems using symmetric fuzzy 1inear programming [J].Comput.Chem.Eng., 2004, 28 (12): 2547-2551

[53]Li Baohong (李保紅), Fei Weiyang (費(fèi)維揚(yáng)). Design water-using network with multiple contaminants by step by step linear programming [J].Journal of Chemical Industry and Engineering(China)(化工學(xué)報(bào)), 2005, 56 (2): 285-290

[54]Wa?czyk K, Jezowski J M. A single stage approach for designing water networks with multiple contaminants [J].Comput.-Aided Chem.Eng., 2008, 25: 719-725

[55]Li B H, Chang C T. A simple and efficient initialization strategy for optimizing water-using network designs [J].Ind.Eng.Chem.Res.,2007, 26: 8781-8786

[56]Ullmer C, Kunde N, Lassahn A, Gruhn G, Schultz K. WADO: water design optimizations methodology and software for the synthesis of process water systems [J].J.Cleaner Prod., 2005, 13: 485-494

[57]Gunaratnam M, Alva-Argaez A, Kokossis A, Kim J, Smith R.Automated design of total water systems [J].Ind.Eng.Chem.Res.,2005, 44: 588-599

[58]Savelski M J, Bagajewicz M J. On the necessary conditions of optimality of water utilization systems in process plants with multiple contaminants [J].Chem.Eng.Sci., 2003, 58 (23/24):5349-5362

[59]Tsai M J, Chang C T. Water usage and treatment network design using genetic algorithms [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2001, 40:4874-4888

[60]Jezowski J, Bochenek R, Poplewski G. On application of stochastic optimization techniques to designing heat exchanger- and water networks [J].Chem.Eng.Process, 2007, 46 (11): 1160-1174

[61]Karuppiah R, Grossmann I E. Global optimization of multi-scenario mixed integer nonlinear programming models arising in the synthesis of integrated water networks under uncertainty [J].Comput.Chem.Eng., 2008, 32: 145-160

[62]Aiva-Argaez A, Kokossis A C, Smith R. Wastewater minimization of industrial systems using an integrated approach [J].Comput.Chem.Eng., 1998, 22 (suppl.): 741-744

[63]Li Ying (李英), Yao Pingjing (姚平經(jīng)). Optimal design of water utilization networks by combination of water pinch analysis and mathematical programming [J].Journal of Chemical Industry and Engineering（China） (化工學(xué)報(bào)), 2004, 55 (2): 220-225

[64]Liu Qiang (劉強(qiáng)), Yan Guangxu (閻光緒), Guo Shaohui (郭紹輝).Optimal design of water utilization networks with multiple contaminants water quality analysis and mathematical programming[J].Journal of Chemical Industry and Engineering(China)(化工學(xué)報(bào)), 2008, 59 (6): 1441-1447

[65]Hu N, Feng X, Deng C. Optimal design of multiple-contaminant regeneration reuse water networks with process decomposition [J].Chemical Engineering Journal, 2011, 173: 80-91

[66]Liang Zhaoming (梁肇銘), Li Yan (李雁), Xie Xin’an (解新安).Rapid design method for water using network with multiple contaminants based on mathematical programming and rules of thumb [J].CIESC Journal(化工學(xué)報(bào)), 2013, 64 (7): 2535-2542

[67]Kim J K, Smith R. Cooling water system design [J].Chem.Eng.Sci.,2001, 56: 3641-3658

[68]Kim J K, Smith R. Cooling system design for water and wastewater minimization [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2004, 43: 608-613

[69]Kim J K, Smith R. Automated retrofit design of cooling water systems [J].AIChE Journal,2003, 49 (7): 1712-1730

[70]Feng X, Shen R J, Wang B. Re-circulating cooling-water network with an intermediate cooling-water main [J].Energy Fuel, 2005, 19(4): 1723e

[71]Chen C L, Lin L F, Ciou Y J, Chen W C. Superstructure-based MINLP formulation for synthesis of re-circulating cooling-water networks with intermediate mains [J].J.Chem.Eng.Jpn, 2007, 40(3): 235-243

[72]Ponce-Ortega J M, Serna-González M, Jiménez-Gutiérrez A.MINLP synthesis of optimal cooling networks [J].Chem.Eng.Sci.,2007, 62 (21): 5728-5735

[73]Ponce-Ortega J M, Serna-González M, Jiménez-Gutiérrez A.Optimization model for re-circulating cooling water systems [J].Comput.Chem.Eng., 2010, 34 (2): 177-195

[74]Majozi T, Moodley A. Simultaneous targeting and design for cooling water systems with multiple cooling water supplies [J].Comput.Chem.Eng., 2008, 32: 540-551

[75]Panjeshahi M H, Ataei A, Gharaie M, Parand R. Optimum design of cooling water systems for energy and water conservation [J].Chem.Eng.Res.Des., 2009, 87: 200-209

[76]Gololo K V, Majozi T. On synthesis and optimization of cooling water systems with multiple cooling towers [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2011, 50: 3775-3787

[77]Rubio-Castro E, Serna-González M, Ponce-Ortega J M, El-Halwagi M M. Synthesis of cooling water systems with multiple cooling towers [J].Appl.Therm.Eng., 2013, 50 (1): 957-974

[78]Lee J Y, Foo D C Y, Wang T C. Synthesis and design of chilled water networks using mathematical optimization [J].Appl.Therm.Eng., 2013, 58: 638-649

[79]Lei Zhe (雷哲), Feng Xiao (馮霄). Targeting minimal flow rate of circulating cooling water [J].CIESC Journal(化工學(xué)報(bào)), 2011, 62(4): 1006-1013

[80]Wang Y F, Chu K H, Wang Z F. Two-step methodology for retrofit design of cooling water networks [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2014,53: 274-286

[81]Feng X, Seider W D. New structure and design methodology for water networks [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2001, 40: 4140-4146

[82]Wang B, Feng X, Zhang Z X. A design methodology for multiple contaminant water networks with single internal water main [J].Comp. Cheml. Eng., 2003, 27 (7): 903-911

[83]Wang Dongming (王東明), Yang Fenglin (楊鳳林), Zhang Xingwen(張興文). Design methodology for water networks with internal water mains [J].Journal of Chemical Industry and Engineering(China)(化工學(xué)報(bào)), 2005, 56 (6): 1051-1056

[84]Ma H, Feng X, Cao K. A rule-based design method for water networks with internal water mains [J].Chemical Eng.Research and Design, 2007, 85 (A4): 431-444

[85]Feng Xiao (馮霄), Shen Renjie (沈人杰), Yu Xinjiang (余新江).Optimization of regeneration recycling water networks with internal water mains [J].Journal of Chemical Industry and Engineering(China)(化工學(xué)報(bào)), 2008, 59 (8): 2046-2051

[86]He Haina (何海娜), Wan Linzhan (萬(wàn)林戰(zhàn)), Liu Zhiyong (劉智勇).A simple design method for water network with multi-contaminant internal water mains [J].CIESC Journal(化工學(xué)報(bào)), 2010, 61 (5):1176-1181

[87]Wang Y P, Smith R. Time pinch analysis [J].Chem.Eng.Res.Des.,1995, 73: 905-913

[88]Majozi T B, Rouckaert C J, Buckley C A. A graphical technique for wastewater minimization in batch processes [J].Environ.Manage,2006, 78: 317-329

[89]Kim J K, Smith R. Automated design of discontinuous water systems [J].Trans.Inst.Chem.Eng., 2004, 82 (B3): 238-248

[90]Foo D C Y, Manan Z A, Tan Y L. Synthesis of maximum water recovery network for batch process systems [J].J.Clean.Prod.,2005, 13: 1381-1394

[91]Foo D C Y, Manan Z A, Yunus R M, Aziz R A. Synthesis of mass exchange network for batch processes (Ⅰ): Utility targeting [J].Chem.Eng.Sci., 2004, 59: 1009-1026

[92]Foo D C Y, Manan Z A, Yunus R M, Aziz R A. Synthesis of mass exchange network for batch processes (Ⅱ): Minimum units target and batch network design [J].Chem.Eng.Sci., 2005, 60: 1349-1362

[93]Almato M, Sanmarti E, Espuna A, Puigjaner L. Rationalizing the water use in the batch process industry [J].Comput.Chem.Eng.,1997, 21: s971-s976

[94]Almato M, Espuna A, Puigjaner L. Optimization of water use in batch process industries [J].Comput.Chem.Eng., 1999, 23:1427-1437

[95]Majozi T. An effective technique for wastewater minimization in batch processes [J].J.Clean.Prod., 2005, 13: 1374-1380

[96]Li B H, Chang C T. A mathematical programming model for discontinuous water-reuse system design [J].Ind.Eng.Chem.Res.,2006, 45: 5027-5036

[97]Shoaib A M, Aly S M, Awad M E, Foo D C Y, El-Halwagi M M. A hierarchical approach for the synthesis of batch water network [J].Comput.Chem.Eng., 2008, 32: 530-539

[98]Rabie A H, El-Halwagi M M. Synthesis and scheduling of optimal batch water-recycle networks [J].Chin.J.Chem.Eng., 2008, 16:474-479

[99]Ng D K S, Foo D C Y, Rabie A, El-Halwagi M M. Simultaneous synthesis of property-based water reuse/recycle and interception networks for batch processes [J].AIChE Journal,2008, 54: 2624-2632

[100]Chen C L, Chang C Y, Lee J Y. Continuous-time formulation for the synthesis of water-using networks in batch plants [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2008, 47: 7818-7832

[101]Chen C L, Lee J Y, Tang J W, Ciou Y J. Synthesis of water using network with central reusable storage in batch processes [J].Comput.Chem.Eng., 2009, 33: 267-276

[102]Chen C L, Lee J Y, Ng D K S, Foo D C Y. A unified model of property integration for batch and continuous processe s [J].AIChE Journal, 2010, 56: 1845-1858

[103]Chen C L, Lee J Y. A graphical technique for the design of water-using networks in batch processes [J].Chem.Eng.Sci., 2008,63: 3740-3754

[104]Tokos H, Pintaric Z N. Synthesis of batch water network for a brewery plant [J].J.Clean.Prod., 2009, 17: 1465-1479

[105]Majozi T. Wastewater minimization using central reusable storage in batch plants [J].Comput.Chem.Eng., 2005, 29: 1631-1646

[106]Majozi T. Storage design for maximum wastewater reuse in multipurpose batch plants [J].Ind.Eng.Chem.Res.,2006, 45:5936-5943

[107]Gouws J F, Majozi T. Impact of multiple storage in waste water minimization for multi-contaminant batch plants: towards zero effluent [J].Ind.Chem.Eng.Res., 2008, 47: 369-379

[108]Majozi T, Gouws J. A mathematical optimization approach for waste water minimization in multiple contaminant batch plants [J].Comput.Chem.Eng., 2009, 33: 1826-1840

[109]Cheng K F, Chang C T. Integrated water network designs for batch processes [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2007, 46: 1241-1253

[110]Zhou R J, Li L J, Wu X, Dong H G. Simultaneous optimization of batch process schedules and water-allocation network [J].Comput.Chem.Eng., 2009, 33: 1153-1168

[111]Li L J, Zhou R J, Dong H G. State-time-space super structure based MINLP formulation for batch water-allocation network design [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2010, 49: 236-251

[112]Oliver P, Rodríguez R, Udaquiola S. Water use optimization in batch processes industries (Ⅰ): Design of water network [J].J.Clean.Prod., 2008, 16: 1275-1286

[113]Halima I, Srinivasan R. Sequential methodology for integrated optimization of energy and water use during batch process scheduling [J].Comput.Chem.Eng., 2011, 35: 1575-1597

[114]Yang Xia (楊霞), Yue Jincai (岳金彩), Bi Rongshan (畢榮山), Li Yugang (李玉剛), Zheng Shiqing (鄭世清). Single contaminant water network design for batch process [J].Journal of Chemical Industry and Engineering(China)(化工學(xué)報(bào)), 2007, 58 (1):161-167

[115]Savelski M, Bagajewicz M J. Design and retrofit of water utilization systems in refineries and process plants//Annual National AlChE Meeting [C]. Los Angeles, 1997

[116]Savulescu L E, Sorin M, Smith R. Direct and indirect heat transfer in water network systems [J].Appl.Therm.Eng., 2002, 22: 981-988

[117]Bagajewicz M, Rodera H, Savelski M. Energy efficient water utilization systems in process plants [J].Comput.Chem.Eng., 2002,26 (l): 59-79

[118]Zheng X, Feng X, Cao D. Design water allocation network with minimum fresh water and energy consumption [J].Comput.Aided Chem.Eng., 2003, 15: 388-393

[119]Du J, Meng X Q, Du H B, Yu H M, Fan X S, Yao P J. Optimal design of water utilization network with energy integration in process industries [J].Chin.J.Chem.Eng., 2004, 12: 247-255

[120]Savulescu L, Kim J K, Smith R. Studies on simultaneous energy and water minimization (Ⅰ): Systems with no water re-use [J].Chem.Eng.Sci., 2005, 60: 3279-3290

[121]Savulescu L, Kim J K, Smith R. Studies on simultaneous energy and water minimization (Ⅱ): Systems with maximum re-use [J].Chem.Eng.Sci., 2005, 60: 3291-3308

[122]Martínez-Pati?o J, Picón-Nú?ez M, Serra L M, Verda V. Design of water and energy networks using temperature-concentration diagrams [J].Energy, 2011, 36: 3888-3896

[123]Klemes J J, Varbanov P S, Pierucci S. Process integration for energy and water saving, increasing efficiency and reducing environmental impact [J].Appl.Therm.Eng.,2011, 30: 2265-2269

[124]Liu L, Du J, El-Halwagi M M, Ponce-Ortega J M, Yao P. A systematic approach for synthesizing combined mass and heat exchange networks [J].Comput.Chem.Eng., 2013, 53: 1-13

[125]Sahu G C, Bandyopadhyay S. Energy optimization in heat integrated water allocation networks [J].Chem.Eng.Sci., 2012, 69: 352-364

[126]Bogataj M, Bagajewicz M. Synthesis of non-isothermal heat integrated water networks in chemical processes [J].Comput.Chem.Eng., 2008, 32: 3130-3142

[127]Dong H G, Lin C Y, Chang C T. Simultaneous optimization approach for integrated water-allocation and heat-exchange networks [J].Chem.Eng.Sci., 2008, 63: 3664-3678

[128]Liao Z, Jiang B, Wang J, Yang Y. Design energy efficient water utilization systems allowing operation split [J].Chin.J.Chem.Eng.,2008, 16 (1): 16-20

[129]Feng X, Li Y, Shen R J. New approach to design energy efficient water allocation networks [J].Appl.Therm.Eng.,2009, 29:2302-2307

[130]Boix Marianne, Pibouleau Luc. Minimizing water and energy consumptions in water and heat exchange networks [J].Appl.Therm.Eng.,2012, 36: 442-455

[131]Luo Y, Mao T, Luo S, Yuan X. Studies on the effect of non-isothermal mixing on water-using network’s energy performance[J].Comput.Chem.Eng., 2012, 36: 140-148

[132]Mao Tingbi (毛庭璧), Luo Yiqing (羅祎青), Yuan Xigang (袁希鋼).Design method of heat integrated water networks considering non-isothermal mixing [J].CIESC Journal(化工學(xué)報(bào)), 2010, 61 (2):369-377

[133]Luo Y Q, Liu Z M, Luo S C, Yuan X G. Thermodynamic analysis of non-isothermal mixing's influence on the energy target of water-using networks [J].Comput.Chem.Eng., 2014, 61: 1-8

[134]Grossmann I E, Martín M. Energy and water optimization in biofuel plants [J].Chin.J.Chem.Eng., 2010, 18 (6): 914-922

[135]Ahmetovic E, Mart?n M, Grossmann I E. Optimization of energy and water consumption in corn-based ethanol plants [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2010,49: 7972-7982

[136]Grossmann I E, Martín M. Energy and water optimization in biofuel plants [J].Chin.J.Chem.Eng., 2010, 18 (6): 914-922

[137]Cucek L, Grossmann I E, Kravanja Z. Energy, water and process technologies integration for the simultaneous production of ethanol and food from the entire corn plant [J].Comput.Chem.Eng., 2011,35: 1547-1557

[138]Richard C, Baliban Josephine A, Elia Christodoulos A. Floud as optimization framework for the simultaneous process synthesis, heat and power integration of a thermochemical hybrid biomass, coal, and natural gas facility [J].Comput.Chem.Eng., 2011, 35: 1647-1690

[139]Elia J A, Baliban R C, Xiao X, Floudas C A. Optimal energy supply network determination and life cycle analysis for hybrid coal,biomass, and natural gas to liquid (CBGTL)plants using carbon-based hydrogen production [J].Comput.Chem.Eng., 2011,35 (8): 1399-1430

[140]Elia J, Baliban A R C, Floudas C A. Nationwide energy supply chain analysis for hybrid feedstock processes with significant CO2emissions reduction [J].AIChE Journal, 2012, 58 (7): 2142-2154

[141]Floudas C A, Elia J A, Baliban R C. Hybrid and single feedstock energy processes for liquid transportation fuels: a critical review [J].Comput.Chem.Eng., 2012, 41: 24-51

[142]Baliban R C, Elia J A, Misener R, Floudas C A. Global optimization of a MINLP process synthesis model for thermochemical based conversion of hybrid coal, biomass, and natural gas to liquid fuels [J].Comput.Chem.Eng., 2012, 42: 64-86

[143]Baliban R C, Elia J A, Weekman V W, Floudas C A. Process synthesis of hybrid coal, biomass, and natural gas to liquidsviaFischer-Tropsch synthesis, ZSM-5 catalytic conversion, methanol synthesis, methanol-to-gasoline, and methanol-to-olefins/distillate technologies [J].Comput.Chem.Eng., 2012, 47: 29-56

[144]Baliban R C, Elia J A, Floudas C A. Biomass and natural gas to liquid transportation fuels: process synthesis, global optimization,and topology analysis [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2013, 52: 3381-3406

[145]Olesen S G, Polley G T. Dealing with plant geography and piping constraints in water network design [J].Process Safety and Environmental Protection, 1996, 74 (4): 273-276

[146]Chew I M L, Tan R R, Ng D K S, Foo D C Y, Majozi T, Jacques Gouws. Synthesis of direct and indirect interplant water network [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2008, 47 (23): 9485-9496

[147]Chew I M L, Foo D C Y, Ng D K S, Tan R R. Flow rate targeting algorithm for interplant resource conservation network (Ⅰ):Unassisted integration scheme [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2010, 49(14): 6439-6455

[148]Chew I M L, Foo D C Y, Tan R R. Flow rate targeting algorithm for interplant resource conservation network (Ⅱ): Assisted integration scheme [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2010, 49 (14): 6456-6468

[149]Chew I M L, Tan R R, Foo D C Y, Chiu A. Game theory approach to the analysis of inter-plant water integration in an eco-industrial park[J].J.Clean.Prod., 2009, 17 (18): 611-619

[150]Chew I M L, Thillaivarrna S, Foo D C Y, Tan R R. Analysis of inter-plant water integration with indirect integration schemes through game theory approach: Pareto optimal solution with interventions [J].Clean Technologies and Environmental Policy,2010, 13 (1): 49-62

[151]Chen C L, Hung S W, Lee J Y. Design of inter-plant water network with central and decentralized water mains [J].Comput.Chem.Eng.,2010, 34 (9): 1522-1531

[152]Foo D C Y. Process Integration for Resource Conservation [M]. NY:CRC Press, 2013

[153]Manan Z A, Tan Y L, Foo D C Y. Targeting the minimum water flow rate using water cascade analysis technique [J].AIChE Journal,2004,50 (12): 3169-3183

[154]Foo D C Y. Flow rate targeting for threshold problems and plant-wide integration for water network synthesis [J].Journal of Environmental Management, 2008, 88 (2): 253-274

[155]Ng D K S, Foo D C Y, Tan R R. Automated targeting technique for single-impurity resource conservation networks (Ι): Direct reuse recycle [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2009, 48 (16): 7637-7646

[156]Ng D K S, Foo D C Y, Tan R R. Automated targeting technique for resource conservation networks//Asia Water Conference [C].Malaysia, 2008

[157]Chew I M L, Foo D C Y. Automated targeting for inter-plant water integration [J].Chemical Engineering Journal,2009, 153 (1/2/3):23-36

[158]Liao Z W, Wu J T, Jiang B B, Yang Y R. Design methodology for flexible multiple plant water networks [J].Ind.Eng.Chem.Res.,2007, 46 (14): 4954-4963

[159]Bandyopadhyay S, Sahu G C, Foo D C Y, Tan R R. Segregated targeting for multiple resource networks using decomposition algorithm [J].AIChE Journal,2009, 56 (5): 1135-1148

[160]Rubio-Castro E, Ponce-Ortega J, Serna-González M, El-Halwagi M M, Pham V. Global optimization in property-based interplant water integration [J].AIChE Journal, 2013, 59 (3): 813-833

[161]Liu Yongzhong (劉永忠), Duan Haitao (段海濤), Feng Xiao (馮霄).Approach to evaluation of optimal schemes for water networks based on game theory [J].CIESC Journal(化工學(xué)報(bào)), 2009, 60 (4):945-951

[162]Singh A, Lou H H. Hierarchical Pareto optimization for the sustainable development of industrial ecosystems [J].Ind.Eng.Chem.Res., 2006, 45 (9): 3265-3279

[163]Luo Liuhong (羅柳紅). Graded use of water resource in eco-industrial park based on game theory [J].China Population Resources and Environment(中國(guó)人口資源環(huán)境), 2011, 21 (8):138-141

[164]Xu Ming (許銘). Distribution of chemical industry parks approved by provincial governments or the central government in China [J].Modern Chemical Industry(現(xiàn)代化工), 2014, 34 (2): 17-19

[165]Spriggs D, Lowe L, Watz J, El-Halwagi M M. Design and development of eco-industrial parks//AIChE Spring Meeting [C].New Orleans, 2004

[166]Chew I M L, Foo D C Y, Ng D K S. Targeting for plant-wide water integration//Joint Symposium for Chemical and Metallurgical Engineering [C]. Pretoria, South Africa, 2007

[167]Zeng L, Zhang T Z, Jia X P. A framework for designing inter-plant water networks in eco-industrial parks [C]. Lushan: Electric Technology and Civil Engineering (ICETCE), 2011: 3793-3796

[168]Rubio-Castro E, Ponce-Ortega J, Serna-Gonzalez M, El-Halwagi M M. Optimal reconfiguration of multi-plant water networks into an eco-industrial park [J].Comput.Chem.Eng., 2012, 44: 58-83

[169]Boix M, Montastruc L, Pibouleau L, Azzaro-Pantel C, Domenech S.Industrial water management by multi-objective optimization: from individual to collective solution through eco-industrial parks [J].J.Clean.Prod., 2012, 22 (1): 85-97

[170]Aviso K B. Tan R R, Culaba A B. Designing eco-industrial water exchange networks using fuzzy mathematical programming [J].Clean Technologies and Environmental Policy,2009, 12 (4):353-363

[171]Tan Raymond R, Aviso Kathleen B, Cruz Jose B , Culaba Alvin B. A note on an extended fuzzy bi-level optimization approach for water exchange in eco-industrial parks with hub topology [J].Process Safety and Environmental Protection, 2011, 89 (2): 106-111

[172]Jia Xiaoping (賈小平), Liu Caihong (劉彩洪), Shi Lei (石磊).Synthesis of total water network based on water prices in eco-industrial parks [J].Computer and Applied Chemistry(計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)), 2010, 27 (10): 1449-1452

[173]Zhou Jianren (周建仁). Optimization and application for the synthesis of region-wide water resource allocation networks [D].Jinan: Shandong University, 2011

[174]Allan T. Virtual water: a long term solution for water short Middle Eastern economies// Association Festival of Science [C]. Roger Stevens Lecture Theatre, British: University of Leeds, 1997

[175]Allan T. Virtual water—the concept of virtual water, a report prepared for the Victorian department of primary industries [R]. 2008

[176]Hoekstra A Y, Chapagain A K. Water footprints of nations: water use by people as a function of their consumption pattern [J].Water Resources Management, 2007, 21 (1): 35-48

[177]Zimmer D, Renault D. Virtual water in food production and global trade: Review of Methodological issues and preliminary results [R].the Netherlands: IHE, Delft F, 2003

[178]Hoekstra A Y, Ashok K Chapagain, Aldaya Maite M，et al. Water Footprint Assessment Manual ：Setting the Global Standard [M].NY:Earthscan, 2011

[179]Hoekstra A Y. Human appropriation of natural capital: a comparison of ecological footprint and water footprint analysis [J].Ecological Economics, 2009, 68 (7): 1963-1974

[180]Chen Z M, Chen G Q. Virtual water accounting for the globalized world economy: national water footprint and international virtual water trade [J].Ecological Indicators, 2012, 28: 142-149

[181]El-Sadek A. Virtual water trade as a solution for water scarcity in Egypt [J].Water Resources Management, 2010, 24 (11): 2437-2448

[182]Oki T, Sato M, Kawamura A,et al. Virtual water trade to Japan and in the world [C]. Value of Water Research Report Series, 2003

[183]Mc Kay J. A Proposal for International Virtual Water Trading Council: Building Institutional Frameworks at International Level to Reduce Poverty [M]. US: Springer, 2003

[184]Cheng Guodong (程國(guó)棟). Virtual water – a strategic instrument to achieve water security [J].Bulletin of the Chinese Academy of Sciences(中國(guó)科學(xué)院院刊), 2003, 4 (1): 15-17

[185]Kumar M D, Singh O P. Virtual water in global food and water policy making: is there a need for rethinking [J].Water Resources Management, 2005, 19 (6): 759-789

[186]He Yanmei (何艷梅). Virtual water trading [J].Water Resources and Development Research(水利發(fā)展研究), 2006, 6 (8): 18-21

[187]Liu Xinghan (劉幸菡). Research on China’s virtual water trade strategy [D]. Beijing: Beijing University of Technology, 2007

[188]Guan D, Hubacek K. Assessment of regional trade and virtual water flows in China [J].Ecological Economics, 2007, 61 (1): 159-170

[189]Zhou Jiao (周姣),Shi Anna (史安娜). Method for calculating virtual water trade and demonstration [J].China Population Resources and Environment(中國(guó)人口資源與環(huán)境), 2008, 18 (4): 184-188

[190]Zhao Xu (趙旭), Yang Zhifeng (楊志峰), Chen Bin (陳彬). Study on Chinese virtual water trade and consumption in an input-output framework [J].Journal of Natural Resources(自然資源學(xué)報(bào)), 2009,24 (2): 286-294

[191]El-Sadek A. Virtual water trade as a solution for water scarcity in Egypt [J].Water Resources Management, 2010, 24 (11): 2437-2448

[192]Yang H, Zehnder A J B. Water scarcity and food import: a case study for southern Mediterranean countries [J].World Development, 2002,30 (8): 1413-1430

[193]Xu Changxin (許長(zhǎng)新), Ma Chao (馬超), Tian Guiliang (田貴良).Study on mechanisms of virtual water trade and its contribution to regional economic growth [J].China Soft Science(中國(guó)軟科學(xué)),2012 (12): 110-119

[194]Abu-Sharar T M, Al-Karablieh E K, Haddadin M J. Role of virtual water in optimizing water resources management in Jordan [J].Water Resources Management, 2012, 26 (14): 3977-3993

[195]Qin Lijie (秦麗杰), Li Ming (李明). The water footprint of Israel and its inspirations for the arid regions of northwest China [J].World Regional Studies(世界地理研究), 2008, 17 (1): 67-73

[196]Zhang Jinping (張金萍), Guo Bingtuo (郭兵托), Liu Junge (劉俊閣).Analysis on water consumption for crops of Ningxia plain based on water footprint theory [J].Yellow River(黃河), 2011, 33 (5): 36-37

[197]Cao Lianhai (曹連海),Wu Pute (吳普特), Zhao Xining (趙西寧).Evaluation of grey water footprint of grain production in Hetao irrigation district, Inner Mongolia [J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)), 2014, 30 (1):63-72

[198]Guan Bo (關(guān)博), Fu Qiang (付強(qiáng)), Li Ting (李婷). Research on water requirement of agricultural and livestock products in Sanjiang Plain based on virtual water [J].Research of Agricultural Modernization(農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究), 2008, 29 (4): 457-459

[199]Khan S, Hanjra M A. Footprints of water and energy inputs in food production–global perspectives [J].Food Policy, 2009, 34 (2):130-140

[200]Gai Liqiang (蓋力強(qiáng)),Xie Gaodi (謝高地), Li Shimei (李士美). A study on production water footprint of winter-wheat and maize in the North China Plain [J].Resources Science(資源科學(xué)), 2010, 32 (11):212-218

[201]He Hao (何浩), Huang Jing (黃晶), Huai Heju (淮賀舉),et al. The water footprint and its temporal change characteristics of rice in human [J].Chinese Agricultural Science Bulletin(中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)),2010, 26 (14): 294-298

[202]Herath I, Deurer M, Horne D. The water footprint of hydroelectricity:a methodological comparison from a case study in New Zealand [J].J.Clean.Prod., 2011, 19 (14): 1582-1589

[203]Yin Tingting (尹婷婷), Li Enchao (李恩超), Hou Hongjuan (侯紅娟). Research on water footprint of steel products [J].Bao-Steel Technology(寶鋼技術(shù)), 2012 (3): 25-28

[204]Cooper T, Pafumi J. Performing a water footprint assessment for a semiconductor industry//Sustainable Systems and Technology(ISSST)[C]. 2010 IEEE International Symposium, 2010: 1-6

[205]Berger M, Warsen J, Krinke S. Water footprint of European cars:potential impacts of water consumption along automobile life cycles[J].Environmental Science & Technology, 2012, 46 (7): 4091-4099

[206]Ercin A E, Aldaya M M, Hoekstra A Y. The water footprint of soy milk and soy burger and equivalent animal products [J].Ecological Indicators, 2012, 18: 392-402

[207]Jefferies D, Mu?oz I, Hodges J. Water footprint and life cycle assessment as approaches to assess potential impacts of products on water consumption. Key learning points from pilot studies on tea and margarine [J].J.Clean.Prod., 2012, 33: 155-166

[208]Ene S A, Teodosiu C, Robu B,et al. Water footprint assessment in the winemaking industry: a case study for a Romanian medium size production plant [J].J.Clean.Prod., 2013, 43: 122-135

[209]Chico D, Aldaya M M, Garrido A. A water footprint assessment of a pair of jeans: the influence of agricultural policies on the sustainability of consumer products [J].J.Clean.Prod., 2013, 57: 238-248

[210]Wang Laili (王來(lái)力), Wu Xiongying (吳雄英), Ding Xuemei (丁雪梅),et al. Case study on industrial carbon footprint and industrial water footprint of cotton knits [J].Printing(印染), 2012, 38 (7):43-46

[211]Ayres A. Germany’s water footprint of transport fuels [J].Applied Energy, 2014, 113: 1746-1751

[212]Chooyok P, Pumijumnog N, Ussawarujikulchai A. The water footprint assessment of ethanol production from molasses in Kanchanaburi and Supanburi Province of Thailand [J].APCBEE Procedia, 2013, 5: 283-287

[213]Qin Lijie (秦麗杰), Jin Yinghua (靳英華), Duan Peili (段佩利).Production water footprint of maize in western of Jilin province [J].Geography(地理科學(xué)), 2012, 32 (8): 1020-1025

[214]Su Mingtao (蘇明濤), Zhang Yu (張郁). Study on water footprint of grain production in Heilongjiang reclamation region [J].Northeast Normal University(東北師范大學(xué)學(xué)報(bào)), 2012 (6): 51-66

[215]Deng Xiaojun (鄧曉軍), Xie Shiyou (謝世友), Cui Tianshun (崔天順). Research of the water footprint of cotton consumption and its effect on ecological environment in southern of Xingjian [J].Research of Soil and Water Conservation(水土保持研究), 2009, 16(2): 176-180

[216]Zhang Yin (張音), Ding Xuemei (丁雪梅), Wu Xiongying (吳雄英).Certain problems arising in industrial water footprint of garment products [J].Printing(印染), 2013, 39 (7): 43-46

[217]Ruini L, Marino M, Pignatelli S. Water footprint of a large-sized food company: the case of Barilla pasta production [J].Water Resources and Industry, 2013, 1: 7-24

[218]Pfister S, Bayer P. Monthly water stress: spatially and temporally explicit consumptive water footprint of global crop production [J].J.Clean.Prod., 2014, 73 (15): 52-62

[219]Yu Cheng (于成), Zhang Zulu (張祖陸). Study on production water footprint of winter-wheat and summer-maize in Shandong province[J].Water Resources and Power(水電能源科學(xué)), 2013, 31 (12):202-204

[220]Zhang Ming (張明), Wang Renrong (王仁榮), Xing Baozhen (邢寶珍). Water footprint for pulp and paper industry [J].China Pulp &Paper Industry(中華紙業(yè)), 2013, 17: 50-53