本文在全面分析水网络研究现状和发展趋势基础上,对其同步优化设计方法进行了深入的研究,以期对过程工业的节水减排提供一定的理论指导。本论文的主要研究内容有:（1）本文采用数学规划法对多杂质水网络考虑水的回用、再生回用和再生循环进行同步设计,建立包括上述各种可能方案的水网络同步设计超结构。对超结构分析后建立了水网络同步设计的混合整数非线性规划模型。该模型以水网络全年的总费用为目标函数,以水网络中物料守恒、废水排放中杂质浓度的环境限制和有价值的物质回收要求为约束,模型更贴近于工程设计目标。通过对此模型的改进,使模型简化,同时也使模型中变量的个数和约束方程的个数都不同程度减少,降低了问题的规模以及模型求解的难度。采用GAMS对提出的混合整数非线性规划模型进行求解,算例验证本文的优化结果更接近全局最优解。（2）本文对电镀废水的资源化处理进行研究,将电镀工艺用水单元和废水处理单元同步设计,对电镀水系统建立同步设计的混合整数非线性规划模型,将有价值的物质回收写入目标函数,减少新鲜水使用量和废水处理量,并实现节约物质,减少环境污染的目标。以合成氨工业含碳稀氨水的生成和处理过程为研究对象,针对含碳稀氨水的组成和排放特征,考虑CO₂和NH₃在特定条件下的回收,改进有条件物质回收的约束,通过用水单元和废水处理单元的同步设计优化结构。研究结果表明该模型可以合理表征有效物质回收、杂质间存在反应以及废物处理等多种技术。