CN111709132A - 一种全流程反渗透海水淡化装置及其优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全流程反渗透海水淡化装置及其优化方法。本发明采用法线边界交叉法(NBI)，为实现反渗透海水淡化过程中在水质达标情况下的能耗费用最低提供了有利的保障；提出了一种线边界交叉法(NBI)的方法，通过对反渗透海水淡化预处理环节与反渗透环节的系统建模，确定其优化参数，通过法线边界交叉法(NBI)，求解每个子问题使得乌托邦线(CHIM)与Pareto前沿之间的距离最大，得到每个子问题的解构成分布均匀的Pareto解。本发明为反渗透海水淡化过程中水质最优与费用最低的控制提供了有利的保障，对于反渗透海水淡化厂节能减排具有重要的意义。

Description

一种全流程反渗透海水淡化装置及其优化方法

技术领域

本发明涉及反渗透海水淡化，尤其涉及一种全流程反渗透海水淡化装置及其优化方法。

背景技术

反渗透海水淡化技术的广泛应用虽然有效地缓解了沿海地区淡水资源严重不足的问题，但其能耗巨大始终是制约其发展及应用的主要瓶颈。如何通过控制生产过程影响水质与能耗的参数，合理制定反渗透海水淡化工程中各个机组的产水计划，以提高系统中各个设备的利用率，实现在保障淡化水质量的前提下系统的节能降耗、有效降低制水的成本，成为新的研究热点。

法线边界交叉法(NBI)作为一种多目标优化方法，与反渗透海水淡化实际工程相结合，将生产过程中的水质目标与能耗费用目标问题转化为一系列子问题，求解每个子问题使得乌托邦线(CHIM)与Pareto前沿之间的距离最大，得到每个子问题的解构成分布均匀的Pareto解，从而得到水质与能耗费用的最优解，实现在保障水质条件下的能耗费用有效下降。

发明内容

本发明专利的目的是针对现有反渗透海水淡化过程中电能消耗巨大，本发明给出了一种全流程反渗透海水淡化装置及其优化方法。该方法采用法线边界交叉法(NBI)，为实现反渗透海水淡化过程中在水质达标情况下的能耗费用最低提供了有利的保障；提出了一种线边界交叉法(NBI)的方法，通过对反渗透海水淡化预处理环节与反渗透环节的系统建模，确定其优化参数，通过法线边界交叉法(NBI)，求解每个子问题使得乌托邦线(CHIM)与Pareto前沿之间的距离最大，得到每个子问题的解构成分布均匀的Pareto解。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种全流程反渗透海水淡化的优化方法，主要包括如下步骤：

步骤一、建立深层过滤模型之前，对机械过滤器滤膜的滤床孔隙度、体积比沉积量、水流流态、过滤流量、水头损失参数进行分析，为模型建立提供理论依据，具体如下：

深层过滤过程中，科泽尼-卡曼方程如下：

其中，V为时间t内流过滤层的液体体积(m³)、S₀为垂直于流向的滤饼表面积(m²)、Δp为厚度为L的滤饼两侧的压降(Pa)、μ为液体粘度，K”为数值常数、ε为滤床的孔隙度即总体积与空隙体积的比值、S_p为微粒的比面积。

深层过滤中的水流流态有雷诺数Re决定，其表达式如下：

其中，ρ为海水密度(kg·m^-3)、v表示液体垂直透过滤层表面的速度(m·h^-1)、d_e为滤料的当量直径(m)、α为非均匀颗粒的表面形状系数即为非均匀颗粒的表面积与相同体积下球形颗粒表面积的比值。假定当前滤层为清洁滤层，此时滤层孔隙度为ε₀，滤层两侧压降为Δp₀，将ε₀与Δp₀代入科泽尼-卡曼方程中得到清洁滤层的过滤流量：

其中，Q₀为清洁滤层的过滤流量(m³·h^-1)。

随着过滤时间的增加，进料水中的颗粒物杂质被截留在滤层中，累积在滤层中的颗粒物杂质对滤料产生堵塞，导致滤层的孔隙度减小，其水头损失表达式如下：

其中，f表示沉淀量的累积因子，σ为体积比沉积量，ε为滤床的孔隙度。

为液面高度与滤饼厚度的偏微分。

步骤二、建立预处理单元的深层过滤模型，确定影响参数：在深层过滤过程中，对过滤效果产生影响的体积比沉积量σ，对反渗透模型有影响的滤出液浓度C，过滤系数λ的数学表达式如下：

其中，

t为过滤时间(h)，C₀为过滤液的进料浓度(kg·m^-3)，λ₀为初始过滤系数，ρ_p为过滤液的密度(kg·m^-3)，ε为滤床孔隙度，L为滤饼厚度(m)，e为指数常数。

步骤三、根据流量平衡、溶质平衡公式建立水质模型、流量模型；具体如下：

根据膜渗透过程中水质与流量的相对关系，得出流量平衡公式：Q_f＝Q_p+Q_b；溶质平衡公式：Q_f·C_f＝Q_b·C_b+Q_p·C_p；Q_f为高压泵的出水口流量(L·h^-1)，Q_p为进入清水池的淡水出水口流量(L·h^-1)，Q_b为进入PX能量回收装置的浓水流量(L·h^-1)，C_f为卷式膜组件中进水侧盐浓度(mg·L^-1),C_b为进入PX能量回收装置的浓水盐浓度(mg·L^-1)，C_p为进入清水池的淡水盐浓度(mg·L^-1)。

根据渗透压、校正系数、膜污染因子得出透水系数、渗透压差公式，作为水质模型使用：A＝A_ref(Δπ)·FF·TCF；

π＝R·T·∑c；

C_w-C_p＝(C_m-C_p)·e^K·r；其中，A为反渗透膜的透水系数(L·m^-2h^-1Pa^-1)，A_ref(Δπ)为参考渗透系数(L·m^-2h^-1Pa^-1)，FF为反渗透膜的污染系数，TCF为温度校正系数，T₀为参考水温(K)，e₀为反渗透膜的活性能量(J·mol^-1)，R为气体常数(J·mol^-1K^-1)，π为渗透压(Pa)，T为原料水池中的取水温度(K)，c为卷式膜组件进料水的盐浓度(mg·L^-1)，Δπ为反渗透膜两侧的渗透压差(Pa)，ρ为海水密度(kg·m^-3)，M_NaCl为氯化钠的摩尔质量(kg·mol^-1)，C_w为反渗透膜壁侧的盐浓度(mg·L^-1)，K为传质系数，r为水回收率。

建立水质模型，具体如下:

其中，B为反渗透膜的透盐系数(L·m^-2h^-1)，C_m为由高压泵将原料水送入卷式膜组件后高压侧的膜表面盐浓度(mg·L^-1)，P_f为高压泵的进料压强(Pa)，P_b为进入能量回收装置的浓水压强(Pa)，P_p为进入清水池的淡化水压强(Pa)，ΔP为反渗透膜两侧的压强差(Pa)。

建立流量模型，具体如下：J_w＝A·(ΔP-Δπ)；J_s＝B·ΔC_s；

Q_p＝J_w·S；Q_s＝S·J_s；其中，J_w为反渗透膜的水通量(L·m^-2h^-1)，J_s为反渗透膜的盐通量(mg·m^-2h^-1)，S为膜面积(m²)，ΔC_s为膜两侧盐浓度差(mg·L^-1)。

步骤四、建立膜法反渗透海水淡化系统的设备投资成本和运营模型；

膜法反渗透海水淡化系统的整体成本包括系统设备投资成本和反渗透淡化过程中的运营成本两部分：TC＝CC+OC；其中，TC为淡化水总成本，CC为系统设备投资成本，OC为运营成本，其中运行成本如下：OC＝OC_EN+OC_CH+OC_ME+OC_LB；其中，化学添加剂费用OC_CH，反渗透膜更换费用OC_ME，保养费用OC_MN和人工费用OC_LB假设为定值，运行电力能耗费用模型公式如下：OC_EN＝C_IN+C_Hpp+C_BP+C_RD；C_IN＝P_IN×Q_f/h_IP×P_e×PLF；C_HPP＝(P_f-P₀)×Q_HF/h_HPP×h_VFD×P_e×PLF；

C_BP＝Q₂×(P_b-P_s)/h_BP×P_e；C_RD＝-(P_H-P_I)×Q_H/h_PX×P_e；其中，C_IN为原料水取水与预处理的能耗费用，C_Hpp为反渗透环节中高压泵能耗费用，C_BP为增压泵能耗费用，C_RD为能量回收装置能耗费用，P_IN为取水泵出水压力(Pa)，Q_f为高压泵的出水口流量(L·h^-1)，h_IP为取水泵效率，PLF为负载系数，P_e为电价，P_f为高压泵的进料压强(Pa)，P₀表示出口压力(Pa)，Q_HF为出口流量(L·h^-1)，h_HP和h_VFD为高压泵与变频器的效率。P_b为进入能量回收装置的浓水压强(L·h^-1)，P_s为PX能量回收装置出口压强(Pa)，h_BP为增压泵的效率，h_PX为能量回收装置的效率，P_H为能量回收装置进水侧压强(Pa)，P_I为出水侧压强(Pa)，Q_H为进水测流量(L·h^-1)。

步骤五、创建水质最优与费用最低的多目标优化目标函数，确定等式约束和不等式约束。目标函数如下：Minf₁＝C_IN+C_HPP+C_BP+C_RD；Min f₂＝Cp；

其中，Minf₁为费用目标最小的目标函数，Minf₂水质目标最小的目标函数，

为进料水含盐量的最小值与最大值，

为高压泵所给压强的最小值与最大值，

为进料水流量的最小值与最大值，

为反渗透过程中高压浓水流量的最小值与最大值；s.t.为约束条件。

步骤六、利用NBI-GA方法对目标函数进行优化求解。具体如下：

确定多目标优化函数矩阵及其参数范围：

min

n≥2；subject to D＝{X:H(X)＝0,G(X)≤0,A≤X≤B}；其中，F(X)为多目标目标函数的函数矩阵，区域D为变量约束范围。min表示函数最小值，n为X的取值范围，X为每个目标函数中决策变量组成的矩阵，H(X)，G(X)，A，B为变量矩阵的约束条件。

对于多个目标函数求解各自的全局最优解，其函数值组成最优解矩阵：

f_i*＝f_i(X_i*)；

其中，F*为各目标函数全局最优解组成的矩阵，X_i*为第i个目标函数的最小值点，f_i*为第i个目标函数在约束条件下的最小值点，f_i(Y)为任意值点。

创建n维方阵Φ，函数矩阵：

其中Φ为一个n维方阵，其在每一行的取值为当前目标函数f_i(X₁*)...f_i(X_n*)将各目标函数最优解代入求解的函数值f_i(X_i*)与其自身最优解函数值的差值，F_i*为一个n维方阵，其每一行取值为当前目标函数将各自目标函数最优解代入求解的函数值。

创建乌托邦函数曲线函数：CHIM＝{ΦB+F*:B＝[b₁,b₂,…,b_n]^T,∑b_i＝1,b_i≥0}；其中，CHIM为乌托邦线函数，B为NBI方法中各子目标在乌托邦线上的比例因子，b₁,b₂,…,b_n为B中的各个分量，∑b_i为所有b分量的和，值为1。

创建对于多目标问题求解的整合函数：F_i＝ΦB_i+F*；N_i(z)＝F_i-zΦ^TU；

h_i(F)＝d(N_i(z_LS),F)-2z_LS；其中，F_i为乌托邦线上确定的某一函数值，N_i(z)为将目标函数投影在乌托邦线法线向量上的投影函数,z为比例系数，U为单位向量，Φ^T为Φ的转置，h_i(F)为最终所求的Pareto最优点与原点最小距离的函数，d(N_i(z_LS),F)为目标空间中两点的距离，z_LS为法线向量上最接近F的点的估计，求解得到水质与费用的最优值后，进入步骤七。

步骤七、由NBI方法求解得水质与费用的最优解后，根据

与C_IN＝P_IN×Q_f/h_IP×P_e×PLF得到压差与进料流量，通过计算得到所需提供的压力，之后高压泵与增压泵通过控制程序驱动步进电机，再由步进电机驱动器控制其调节阀的开启程度，从而控制进料压力与进料流量，使得在最合适的进料压力和进料流量的情况下，达到NBI方法所计算的最优值。

用于上述方法一种全流程反渗透海水淡化装置包括原料海水取水泵与蓄水池、凝絮过滤池、机械过滤器、保安过滤器、高压泵、增压泵，ERI公司生产的PX-220能量回收装置、陶氏公司生产的SW30-HR380卷式膜组件、清水池。原料海水取水泵通过输水管道连接蓄水池，蓄水池连接凝絮过滤池，凝絮池通过水泵连接机械过滤器，机械过滤器与保安过滤器之间通过进水阀连接，保安过滤器后接高压泵入水口，高压泵出水口连接卷式膜组件进料水入口，卷式膜组件淡水出水口连接清水池，浓水出水口连接PX能量回收装置入水口，能量回收装置将一部分浓海水通过出水口排出，另一部分由增压泵加压后通过输水管道送入卷式膜组件入水口。

本发明提出了一种基于NBI-GA方法的全流程反渗透海水淡化优化方法，对生产过程中的多目标优化问题进行优化求解。通过对于反渗透海水淡化过程中的预处理单元和反渗透单元进行系统建模，得到其优化参数与目标函数，之后通过NBI方法对多目标函数进行整合，通过求解其乌托邦线上法线向量投影点到原点距离的最小值求得目标函数的最小值；为反渗透海水淡化过程中水质最优与费用最低的控制提供了有利的保障，对于反渗透海水淡化厂节能减排具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明系统全流程图；

图2为本发明的模型过程图；

图3为本发明NBI方法求解流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的分析。

如图1所示，一种全流程反渗透海水淡化多目标问题的NBI优化方法的全流程系统框图，首先通过原料海水取水泵由近海抽取原料海水1，之后通过凝絮过滤池2，机械过滤器3，保安过滤器4对原料海水进行过滤，得到符合浊度小于0.2NTU，淤泥密度指数小于2.0的原料水，之后由高压泵5将进料水加压送入陶氏公司生产的SW30-HR380反渗透膜组7中，淡化得到的淡水进入产品水池9，反渗透过后的高压浓海水一部分由管道排出，另一部分由ERI公司生产的PX-220能量回收装置8和增压泵6将损失的压力弥补到设定压力后送入反渗透膜组7中继续进行反渗透处理。对全流程反渗透海水淡化系统中的预处理单元与反渗透单元进行系统建模，并对反渗透单元进行优化求解。

如图2所示，一种全流程反渗透海水淡化多目标问题的NBI优化方法的具体实施采用一下步骤：

步骤1、建立反渗透海水淡化系统的预处理单元深层过滤模型，确定影响参数，然后进入步骤2；

步骤2、建立反渗透单元中的水质模型与费用模型，确定影响参与并与预处理单元模型建立联系，然后进入步骤3；

步骤3、建立法线边界交叉方法(NBI)模型，对淡化水质及能耗费用进行优化求解，优化完成后得到淡化水质与能耗费用的最优结果。

如图3所示，NBI方法具体求解采用以下步骤：

创建水质最优与费用最低的多目标优化目标函数，确定等式约束和不等式约束。利用NBI-GA方法的具体步骤对目标函数进行优化求解。其具体求解步骤如下：

Minf₁＝C_IN+C_HPP+C_BP+C_RD；Minf₂＝Cp；

其中，Minf₁为费用目标最小的目标函数，Minf₂水质目标最小的目标函数，

为进料水含盐量的最小值与最大值，

为高压泵所给压强的最小值与最大值，

为进料水流量的最小值与最大值，

为反渗透过程中高压浓水流量的最小值与最大值。确定多目标优化函数矩阵及其参数范围：

min

n≥2；subject to D＝{X:H(X)＝0,G(X)≤0,A≤X≤B}；

其中，F(X)为多目标目标函数的函数矩阵，区域D为变量约束范围。

对于多个目标函数求解各自的全局最优解，其函数值组成最优解矩阵，具体公式如下：

f_i*＝f_i(X_i*)；

其中，F*为各目标函数全局最优解组成的矩阵，X_i*为第i个目标函数的最小值点，f_i*为第i个目标函数在约束条件下的最小值点。

创建n维方阵Φ，函数矩阵，具体公式如下：

其中Φ为一个n维方阵，其在每一行的取值为当前目标函数将各目标函数最优解代入求解的函数值与其自身最优解函数值的差值，F_i*为一个n维方阵，其每一行取值为当前目标函数将各自目标函数最优解代入求解的函数值。

创建乌托邦函数曲线函数：CHIM＝{ΦB+F*:B＝[b₁,b₂,…,b_n]^T,∑b_i＝1,b_i≥0}；其中，CHIM为乌托邦线函数，B为NBI方法中各子目标在乌托邦线上的比例因子。

创建对于多目标问题求解的整合函数，具体如下：F_i＝ΦB_i+F*；N_i(z)＝F_i-zΦ^TU；h_i(F)＝d(N_i(z_LS),F)-2z_LS；其中，F_i为乌托邦线上确定的某一函数值，N_i(z)为将目标函数投影在乌托邦线法线向量上的投影函数，h_i(F)为最终所求的Pareto最优点与原点最小距离的函数，d(N_i(z_LS),F)为目标空间中两点的距离，z_LS为法线向量上最接近F的点的估计。

由NBI方法求解得到水质最优与费用最优后，步骤4根据式(14)与式(24)得到其压差与进料流量，通过计算得到所需提供的压力，之后高压泵与增压泵通过控制程序驱动步进电机，再由步进电机驱动器控制其调节阀的开启程度，从而控制进料压力与进料流量，使得在最合适得压力和进料流量的情况下，达到NBI方法所计算的最优值。

通过上述方法，有效地对于水质目标与费用目标求得了最优解，对实现反渗透海水淡化厂的节能减排具有重要的实际意义。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下还可以做出一定程度的简单推演或者替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种全流程反渗透海水淡化的优化方法，主要包括如下步骤：

步骤一、建立深层过滤模型之前，对机械过滤器滤膜的滤床孔隙度、体积比沉积量、水流流态、过滤流量、水头损失参数进行分析，为模型建立提供理论依据，具体如下：

深层过滤过程中，科泽尼-卡曼方程如下：

其中，V为时间t内流过滤层的液体体积(m³)、S₀为垂直于流向的滤饼表面积(m²)、Δp为厚度为L的滤饼两侧的压降(Pa)、μ为液体粘度，K”为数值常数、ε为滤床的孔隙度即总体积与空隙体积的比值、S_p为微粒的比面积；

深层过滤中的水流流态有雷诺数Re决定，其表达式如下：

其中，ρ为海水密度(kg·m^-3)、v表示液体垂直透过滤层表面的速度(m/h)、d_e为滤料的当量直径(m)、α为非均匀颗粒的表面形状系数即为非均匀颗粒的表面积与相同体积下球形颗粒表面积的比值；

假定当前滤层为清洁滤层，此时滤层孔隙度为ε₀，滤层两侧压降为Δp₀，将ε₀与Δp₀代入科泽尼-卡曼方程中得到清洁滤层的过滤流量：

其中，Q₀为清洁滤层的过滤流量(m³·h^-1)；

随着过滤时间的增加，进料水中的颗粒物杂质被截留在滤层中，累积在滤层中的颗粒物杂质对滤料产生堵塞，导致滤层的孔隙度减小，其水头损失表达式如下：

其中，f表示沉淀量的累积因子，σ为体积比沉积量，ε为滤床的孔隙度，

为为液面高度与滤饼厚度的偏微分；

步骤二、建立预处理单元的深层过滤模型，确定影响参数：在深层过滤过程中，对过滤效果产生影响的体积比沉积量σ，对反渗透模型有影响的滤出液浓度C，过滤系数λ的数学表达式如下：

其中，

T为过滤时间(h)，C₀为过滤液的进料浓度(kg·m^-3)，λ₀为初始过滤系数，ρ_p为过滤液的密度(kg·m^-3)，ε为滤床孔隙度,L为滤饼厚度(m)，e为指数常数；

步骤三、根据流量平衡、溶质平衡公式建立水质模型、流量模型；具体如下：

根据膜渗透过程中水质与流量的相对关系，得出流量平衡公式：Q_f＝Q_p+Q_b；溶质平衡公式：Q_f·C_f＝Q_b·C_b+Q_p·C_p；Q_f为高压泵的出水口流量(L·h^-1)，Q_p为进入清水池的淡水出水口流量(L·h^-1)，Q_b为进入PX能量回收装置的浓水流量(L·h^-1)，C_f为卷式膜组件中进水侧盐浓度(mg·L^-1),C_b为进入PX能量回收装置的浓水盐浓度(mg·L^-1)，C_p为进入清水池的淡水盐浓度(mg·L^-1)；

根据渗透压、校正系数、膜污染因子得出透水系数、渗透压差公式，作为水质模型使用：A＝A_ref(Δπ)·FF·TCF；

π＝R·T·∑c；

C_w-C_p＝(C_m-C_p)·e^K·r；其中，A为反渗透膜的透水系数(L·m^-2h^-1Pa^-1)，A_ref(Δπ)为参考渗透系数(L·m^-2h^-1Pa^-1)，FF为反渗透膜的污染系数，TCF为温度校正系数，T₀为参考水温(K)，e₀为反渗透膜的活性能量(J·mol^-1)，R为气体常数(J·mol^-1K^-1)，π为渗透压(Pa)，T为原料水池中的取水温度(K)，c为卷式膜组件进了水的盐浓度(mg·L^-1)，Δπ为反渗透膜两侧的渗透压差(Pa)，ρ为海水密度(kg·m^-3)，M_NaCl为氯化钠的摩尔质量(kg·mol^-1)，C_w为反渗透膜壁侧的盐浓度(mg·L^-1)，K为传质系数，r为水回收率；

建立水质模型，具体如下:

其中，B为反渗透膜的透盐系数(L·m^-2h^-1)，C_m为由高压泵将原料水送入卷式膜组件后高压侧的膜表面盐浓度(mg·L^-1)，P_f为高压泵的进料压强(Pa)，P_b为进入能量回收装置的浓水压强(Pa)，P_p为进入清水池的淡化水压强(Pa)，ΔP为反渗透膜两侧的压强差(Pa)；

建立流量模型，具体如下：J_w＝A·(ΔP-Δπ)；

Q_p＝J_w·S；Q_s＝S·J_s；其中，J_w为反渗透膜的水通量(L·m^-2h^-1)，J_s为反渗透膜的盐通量(mg·m^{- 2}h^-1)，S为膜面积(m²)，ΔC_s为膜两侧盐浓度差(mg·L^-1)；

步骤四、建立膜法反渗透海水淡化系统的设备投资成本和运营模型；

膜法反渗透海水淡化系统的整体成本包括系统设备投资成本和反渗透淡化过程中的运营成本两部分：TC＝CC+OC；其中，TC为淡化水总成本，CC为系统设备投资成本，OC为运营成本，其中运行成本如下：

OC＝OC_EN+OC_CH+OC_ME+OC_LB；其中，化学添加剂费用OC_CH，反渗透膜更换费用OC_ME，保养费用OC_MN和人工费用OC_LB假设为定值，运行电力能耗费用模型公式如下：

OC_EN＝C_IN+C_Hpp+C_BP+C_RD；C_IN＝P_IN×Q_f/h_IP×P_e×PLF；

C_HPP＝(P_f-P₀)×Q_HF/h_HPP×h_VFD×P_e×PLF；C_BP＝Q₂×(P_b-P_s)/h_BP×P_e；

C_RD＝-(P_H-P_I)×Q_H/h_PX×P_e；

其中，C_IN为原料水取水与预处理的能耗费用，C_Hpp为反渗透环节中高压泵能耗费用，C_BP为增压泵能耗费用，C_RD为能量回收装置能耗费用，P_IN为取水泵出水压力(Pa)，Q_f为高压泵的出水口流量(L·h^-1)，h_IP为取水泵效率，PLF为负载系数，P_e为电价，P_f为高压泵的进料压强(Pa)，P₀表示出口压力(Pa)，Q_HF为出口流量(L·h^-1)，h_HP和h_VFD为高压泵与变频器的效率；P_b为进入能量回收装置的浓水压强(L·h^-1)，P_s为PX能量回收装置出口压强(Pa)，h_BP为增压泵的效率，h_PX为能量回收装置的效率，P_H为能量回收装置进水侧压强(Pa)，P_I为出水侧压强(Pa)，Q_H为进水测流量(L·h^-1)；

步骤五、创建水质最优与费用最低的多目标优化目标函数，确定等式约束和不等式约束；目标函数如下：Min f₁＝C_IN+C_HPP+C_BP+C_RD；Min f₂＝Cp；

其中，Minf₁为费用目标最小的目标函数，Minf₂水质目标最小的目标函数，

为进料水含盐量的最小值与最大值，P_{f min}，P_{f max}为高压泵所给压强的最小值与最大值，Q_{f min}，Q_{f max}为进料水流量的最小值与最大值，Q_{b min}，Q_{b max}为反渗透过程中高压浓水流量的最小值与最大值；s.t.为约束条件；

步骤六、利用NBI-GA方法对目标函数进行优化求解；具体如下：

确定多目标优化函数矩阵及其参数范围：

subject to D＝{X:H(X)＝0,G(X)≤0,A≤X≤B}；其中，F(X)为多目标目标函数的函数矩阵，区域D为变量约束范围；min表示函数最小值，n为X的取值范围，X为每个目标函数中决策变量组成的矩阵，H(X)，G(X)，A，B为变量矩阵的约束条件；

对于多个目标函数求解各自的全局最优解，其函数值组成最优解矩阵：

f_i*＝f_i(X_i*)；

其中，F*为各目标函数全局最优解组成的矩阵，X_i*为第i个目标函数的最小值点，f_i*为第i个目标函数在约束条件下的最小值点，f_i(Y)为任意值点；

创建n维方阵Φ，函数矩阵：

其中Φ为一个n维方阵，其在每一行的取值为当前目标函数f_i(X₁*)...f_i(X_n*)将各目标函数最优解代入求解的函数值f_i(X_i*)与其自身最优解函数值的差值，F_i*为一个n维方阵，其每一行取值为当前目标函数将各自目标函数最优解代入求解的函数值；

创建乌托邦函数曲线函数：CHIM＝{ΦB+F*:B＝[b₁,b₂,…,b_n]^T,∑b_i＝1,b_i≥0}；

其中，CHIM为乌托邦线函数，B为NBI方法中各子目标在乌托邦线上的比例因子，b₁,b₂,…,b_n为B中的各个分量，∑b_i为所有b分量的和，值为1；

创建对于多目标问题求解的整合函数：F_i＝ΦB_i+F*；N_i(z)＝F_i-zΦ^TU；

h_i(F)＝d(N_i(z_LS),F)-2z_LS；其中，F_i为乌托邦线上确定的某一函数值，N_i(z)为将目标函数投影在乌托邦线法线向量上的投影函数,z为比例系数，U为单位向量，Φ^T为Φ的转置，h_i(F)为最终所求的Pareto最优点与原点最小距离的函数，d(N_i(z_LS),F)为目标空间中两点的距离，z_LS为法线向量上最接近F的点的估计，求解得到水质与费用的最优值后，进入步骤七；

步骤七、由NBI方法求解得水质与费用的最优解后，根据

与C_IN＝P_IN×Q_f/h_IP×P_e×PLF得到压差与进料流量，通过计算得到所需提供的压力，之后高压泵与增压泵通过控制程序驱动步进电机，再由步进电机驱动器控制其调节阀的开启程度，从而控制进料压力与进料流量，使得在最合适的进料压力和进料流量的情况下，达到NBI方法所计算的最优值。

2.用于权利要求1所述方法的一种全流程反渗透海水淡化装置，其特征在于：包括原料海水取水泵与蓄水池、凝絮过滤池、机械过滤器、保安过滤器、高压泵、增压泵，ERI公司生产的PX-220能量回收装置、陶氏公司生产的SW30-HR380卷式膜组件、清水池；原料海水取水泵通过输水管道连接蓄水池，蓄水池连接凝絮过滤池，凝絮池通过水泵连接机械过滤器，机械过滤器与保安过滤器之间通过进水阀连接，保安过滤器后接高压泵入水口，高压泵出水口连接卷式膜组件进料水入口，卷式膜组件淡水出水口连接清水池，浓水出水口连接PX能量回收装置入水口，能量回收装置将一部分浓海水通过出水口排出，另一部分由增压泵加压后通过输水管道送入卷式膜组件入水口。

3.如权利要求2所述的一种全流程反渗透海水淡化装置，其特征在于：所述的保安过滤器对原料海水进行过滤，得到符合浊度小于0.2NTU，淤泥密度指数小于2.0的原料水。

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