随着全球经济以及人口的快速增长,水资源短缺问题日益显现。为缓解日益增长的水资源短缺问题,膜法反渗透技术凭借其成本和工艺优势已成为当前发展前景最好的淡水资源获取技术。但是基于高压驱动的膜法海水淡化系统运行成本仍然偏高,限制了膜法反渗透海水淡化技术的进一步大规模应用。因此,在理解反渗透系统的工作原理基础上进行反渗透过程的操作优化研究,将有助于反渗透海水淡化厂节能运行。本文在分析反渗透系统的工作原理和建立模型的基础上,进行了以下三个方面的工作:1、全面介绍了反渗透海水淡化问题的背景概况,并根据质量守恒、溶解扩散理论,建立了反渗透过程的数学机理模型。考虑到模型方程中含有非线性微分方程组导致的求解困难问题,本文采用有限元正交配置的联立法进行求解。然后将本模型求解得到的各参数情况与实际工厂数据作对比,验证了模型的准确性和有效性,为后续的优化和计算奠定了基础。2、为了确保膜法反渗透海水淡化系统优化求解的快速性和准确性,研究了全联立离散动态优化问题的离散精度和网格划分问题,提出了一种基于非配置点误差估计的移动有限元网格划分方法。该改进算法采用自适应迭代优化求解思想,在保证求解精度的同时能够尽可能减少有限元个数,并且计算时间也大幅度减少。为验证算法有效性,采用了多个动态优化控制实例进行了验证,在此基础上将该方法用于本海水淡化系统操作优化,有效减少了有限元网格数量,使得优化计算时间明显降低。3、将海水淡化系统反渗透制水和产水过程联合起来开展操作优化研究以降低运行费用,提出了一种基于用水负荷滚动预测的实时操作优化控制策略。该策略利用分时电价和中间蓄水环节提高系统节能降费潜力,采用一种新的时间序列用水负荷预测方法以提高预测精度,并通过滚动预测和校正的策略修正负荷预测,在此基础上通过滚动地求解优化操作命题以得到最优操作压力和最优操作流量曲线。计算结果表明采用该方法能够很好的解决负荷大范围变化的情况,与常规预测方法相比不仅能耗费用更低,而且更加实用和安全。