基于博弈论的大型纺织废水处理单元优化：TSS与TDS高效去除策略

本研究针对纺织废水处理中总悬浮固体(TSS)和总溶解固体(TDS)去除效率低、成本高的问题，采用博弈论(GT)逆向归纳法优化处理单元配置。研究发现筛选/除油(SR/OR)、沉淀(SD)和砂/活性炭过滤(SGF)单元组合可实现99.99%的TSS去除率，臭氧(OZ)单元对TDS去除率达45%/mgd，单元数量减少50%显著降低成本。该研究为工业废水处理的智能化设计提供了新范式。

　　

纺织工业是全球水污染大户，每年排放含染料、有机酸和盐类的高浓度废水，其中总悬浮固体(TSS)和总溶解固体(TDS)对水体生态破坏尤为严重。传统处理工艺存在单元冗余、能耗高、去除效率不平衡等问题，尤其当进水TSS_in=440 mg/L、TDS_in=7800 mg/L时，现有技术难以兼顾经济性与处理效果。更棘手的是，不同处理单元之间存在复杂的协同或拮抗作用，传统经验式设计无法量化这些交互效应。

King Abdulaziz University的研究团队独辟蹊径，将博弈论(Game Theory, GT)引入废水处理系统设计。这项发表在《Journal of Environmental Management》的研究创新性地将处理单元视为"伪被动决策者"，通过非合作博弈模型解析单元间相互作用，最终开发出能同步优化TSS和TDS去除的智能决策系统。

研究采用三大关键技术：1) 基于60 mgd处理规模的物质平衡模型，量化各单元输入输出参数；2) 逆向归纳法(Backward Induction)求解纳什均衡，确定最优单元序列；3) 归一化求和(NS)方法评估单元组合效能。特别针对纺织废水特征参数(Q_in=60 mgd, TSS_in=440 mg/L, TDS_in=7800 mg/L)进行系统优化。

质量平衡分析与处理单元评估
通过全流程物质平衡计算，发现SR→SD1→SD2→SGF四单元组合可实现TSS去除率99.99%，处理能力达170%/mgd；而OR→RM-FL→ON→OZ组合对TDS去除效果最佳(22.68%)。值得注意的是，臭氧(OZ)单元对TDS*的归一化去除率高达45%/mgd，成为关键单元。

结论
研究突破性地证明：1) 博弈论可有效建模处理单元间的非合作博弈关系，[SR→SD1→SD2→SGF]序列实现TSS-R%最大化；2) 单元数量可减少50%而不影响处理效能，显著降低建设和运营成本；3) 通过TSS-R%-Max设计，硝酸盐-N去除率N* = N%/Q_out>80%/mgd。

这项研究的意义在于：首次将博弈论从"主动决策者"拓展至"伪被动单元"的优化配置，消除了人为设计偏差。提出的GT算法为处理厂设计提供了量化工具，尤其适合纺织废水等高复杂度工业废水处理。该成果对实现联合国可持续发展目标(SDG6)中"清洁饮水和卫生设施"具有重要实践价值，为工业废水处理的智能化转型提供了方法论基础。