给水处理工艺的模糊优化组合

西安建筑科技大学 硕士学位论文
给水处理工艺的模糊优化组合 姓名：李玉仙
申请学位级别：硕士 专业：市政工程 指导教师：黄廷林 20050601
西安建筑科技大学硕士学位论文
给水处理工艺的模糊优化组合
专 业：市政工程 研究生：李玉仙 导 师：黄廷林教授
摘要
随着水源水质污染的不断加剧以及供水水质标准的不断提高，对供水工艺的要求 也逐渐提高。因此，在满足出水水质约束的条件下，水处理工艺的优化成为该领域研 究的重要课题。
ｃｏｍｔｙ ｓｎｉｌｌｇｅｎｔ．Ｓｏ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｌｒｅａｔｍｅｎｔ ｐＩ＂ＯＣｅＳＳ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ
ｓｔａｎｄａｒｄ ｉｓ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ ｗａｔｅｒ－ｓｕｐｐｌｙ ｆｉｅｌｄ．
ｒｅｑｔ蛔ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ Ｔｈｅ ｄ衄ｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ＳＯｔｌｒｅ圩ｗａｔｅｒ ｑｕａＵｔｙ
Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｎｏｎ－ａｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｗｈｅｎ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ
ｆｌｏｗ ｔａｎｋｓ ｉｎｔｏ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｐｉｐｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔａｎｋｓ，讹ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ ｏｎ ｔｈｅ
（保密的论文在论文解密后
论文作者签名：艿五仙
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西安建筑科技大学硕士学位论文
第ｌ章饮用水处理系统优化研究进展
随着社会的进步和人民生活水平的提高，人们对饮用水水质的要求也越来 越高，感官上干净的水已经不能满足人们的需要；同时，随着淡水资源的短缺 和水环境污染的加剧，传统的饮用水处理工艺面对日益严格的饮用水卫生标准 已显得力不从心；如何在保证出水水质满足水质标准的前提下，最大限度地降 低生产运行费用一直是供水行业追求的目标。国内外的研究也从很多方面来改 善水处理技术和处理效果，均是为了在满足“三低一高（基建费用低、低耗能、 运行费用低和效益高）”的目标下，确保用水卫生安全。
第５、６水质期，该原水水质条件下所要求的水处理工艺最为复杂“混凝饩浮＋普通
过滤＋普通０３氧化＋生物活性炭”，在其他水质期内可以根据实际情况超越部分处理单 元，以达到不同处理单元水处理工艺的优化组合。
基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３）项目（２００２ＡＡ６０１１４０）；北京市水质利学与水环境恢复工程重点实验室 开放ｉ果韪；陕西省自然科学基金项目（２００２Ｅ２１４）
其次，针对目前平流沉淀池改造为斜管沉淀池所面临的布水不均匀问题，根据水 力学原理，从理论上对布水不均匀性进行了分析。研究结果表明，长宽比（Ｌ侣）、布 水渠高度以及斜管管径是影响布水不均匀性的主要因素，且不均匀性与长宽比呈３次 方的关系，当Ｌ／Ｂ大于４时，不均匀性急剧增加。同时从理论上提出了解决该问题的 几个可能方案。
ｍｅｅｔｔｈｅｄｒｉｎｋｉｎｇｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙ Ｓｃｔａｎｄｉｌｒｄ８．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｄｉｆｆｃｒｅｍｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｉｔｅｍｓｈａｖｅｔｈｅ
Ｈ】黜ｔｈａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｅｉｇｈｔｓ，ｗｈｉｃｈ
ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｓ ｆＬｌ２Ｚｙ．Ｓｏ ｔｈｅ ｆｂｚｚｙ ｉｄｅａ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｅｌｅｃｔ
ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｖｉＳｉｎ．ｉｓ ｈｎｐｃｒｓｏｍｆｉｔｙ，ｃｒｅｄｉｂｉｌｉｔｙ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｕｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｃｏｎｌｍｌ ｔｈｅ
ｒａｎｎ＿ｉＩｌｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．
Ｔｏ ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｔｒｅａｌｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｔｏ ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ０ｎｅ ｔｈａｔ ｃｏｕｌｄ
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论文作者签名：夕｝童；仙
日期：沙。ｒ．ｆ．哆
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全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。
ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．
Ｋ州ｏｒｄｓ：Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｕｒｃｅ Ｗａｔｅｒ Ｑｕａｌｉｔｙ，Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｍｏｄｅｌ，
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｒｅａｌａｎｅｎｔ Ｐｒｏｃｅｓｓ，Ｆｕｚｚｙ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，Ｋｍｅ，ａｎｓ Ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ，Ｍａｉｎ ＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓＡｎａｌｙｓｉｓ
ｗａｔｅｒ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｐｔｉｍａｌ ＪＸ＇ＯＣ圮ＳＳ ａｎｄ ｄｉｆｆｅａ［ｅｎｔ ｏｐｔｉｍａｌ ｒｕｎｎｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｑｕａｌｉｔｙｌｅｖｅｌｓ．ｗｈｉｃｈｉｓｂａｓｅｄＯｎｔｈｅｔｒｉａｌ龇Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｏｆ
Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｈｕａｎｇ Ｔｍｇ．１ｉｎ Ｐｒｏｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｓｅｒｉｏｕｓ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ＳＯＬｌｌＸ２ｅｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ
ａｄｖａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｑｔｍｌｉｔｙ ｓｔａｎｄａｒｄ，ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｔｏ ｔｈｅ ｔｒｅａｌｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｍｏｒｅ
ｂａｓｉｓ ｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｎｃｅｐｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ａｒｃ ｓｅｖｅｒａｌ ｆａｃｔｏｒｓ（ｔｈｅ ｒａｔｉｏ（ＺＪＢ）ｏｆ
ｔａｎｋ’Ｓ ｌｅｎｇｔｈ（上）ｔｏ ｗｉｄｔｈ㈣，ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆｍｅ ｗａｔｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｒｅａ，ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆｔｈｅ ｉｎｃｌｉｎｅｄ
ｉｌｉ
西安建筑科技大学硕士学位论文
Ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ、Ⅱ血Ｓ，ｒｕｎｎｉｎｇ ｃｏｎｎ＇ｏＪｓ ａ陀哪而ｍｉ２ｅｄ．Ａｂｏｖｅ ａｌｌ，ｔｈｅ ＡＮＮ ｍｏｄｅｌ ｏｆ
Ｃｏａｇｕｌａｎｔ－ＤＡＦ Ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅｌｓ ｉｔｓ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ ａｎｄ ＵＶ２５４ ｉｄｅａｌｌｙ，谢ｍ
ｉ
两安建筑科技大学颂士学位论文
对水处理单元操作进行了优化。首先，利用神经网络对非线性函数的逼近精度高、 容错性和自学习自适应能力强等特点，模拟了“混凝＋气浮”单元对浊度和ｕＶ２５。的处 理效率，且相关系数（舻）分别为Ｏ，８４和０．７８，达到了较高的预测精度；建立了“混 凝＋气浮＋过滤”常规系统神经网络模型，对浊度、ＵＶ２补混凝剂投药量进行了模拟， 并与偏最小二乘回归模型的模拟结果进行对比，进一步证明了神经网络模型的精确模 拟性质以及较好的预测精度，为下一步对“混凝＋气浮”单元和常规处理系统的优化控 制以及运行参数优化奠定了良好基础。
分，利用Ｉ‰ｅｍｌｓ聚类分析把Ｔ市水源水质划分为９个水质期，从而为水厂处理工艺 的优化选择提供了依据。水源水质分期结果表明，Ｉ细ｃａｎｓ聚类适合于大量数据的聚类
分析，结果合理可信，对水厂处理工艺的选择控制具有重要的参考价值。 水处理工艺的优化组合即是在不同水源水质条传下，选择满足饮照水水质要求的
最合理的工艺方案。但由于出水水质指标的多样性，各指标所占权重比例的不同，使 得水处理工艺方案的的优化选择就存在一定的模糊性。因此，本研究针对供水水源的 不同水质欺，根据中试试验的运ｌ亍结果，科用模颧优化组合的思路，对不同水质期的 水处理工艺以及工艺条件进行优化选取，给出不同水质期优选的处理工艺方案以及在 该处理工艺下的一些主要运行参数。最终模糊优选结果表明，全年内水质最不利点为
关键词：水源水质分期，神经网络模型，工艺优化组合，模糊优化，Ｋｍｅａｎｓ聚类， 主成分分析
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Ｆｕｚｚｙ Ｏｐｔｉｍｕｍ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｒｉｎｋｉｎｇ Ⅵ『ａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｐｍｃｅ鼹
Ｓｐａｃｉａｌｔｙ： Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｅｎｇｎｅｅｒｉｎｇ Ｃａｎｄｉｄａｔｅ：Ｌｉ Ｙｕ－ｘｉａｎ
ｓｕｒｐａｓｓｅｄ ｕｎｄｅｒ ｂｅｔｔｅｒ ｓｏｍｖｅｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ．
Ｔｈｅ畔ｉ鳅Fra Baidu bibliotekｆｉｎａｎｃｉａｌｌｙｖ＃ｘｍｓｏｒｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌ埔ｇｈＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｅｃｍｃｈ ａｎｄＩ）ｅｖｅｌｏｌ＊ｎｅｎｔＰｒｏｇｒａｍ（８６３Ｐｒｏｅｍ）
（ＮＯ ２００２ＡＡ６０１１４０），ｔｈｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＢ面ｉｎｇⅥｈ时Ｑｌａｌｉ姆ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＷａｔｅｒＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＲｅｃｏｖｅｒｙＺｎ６ｎｅｅｎｒ唱 ∞ｄｔｈｅＮａｔｕｒｅＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＳｈａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ（ｈｂ，２００２Ｅ２１４、
水源水质的变化对给水处理工艺的选择在客观上提出了要求。作为北方地区的Ｔ 市，其地袁水水源水质具有较好的代表性。如何根据现有水源水质和中试工艺的运行 情况，提出不同水质期内的优化水处理工艺则是本文研究的核Ｊ心内容。本研究根据年 内水源水质的变化情况，综合主成分分析与聚类分析的特点，基于所选择的６个主成
Ｎｏ．５ ａｎｄ Ｎｏ．６ ｌｅｖｅｌ ａｒｅ ｆｉｌｅ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｎｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｔｒｅａｌｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ
“Ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ—ＤＡＦ—Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ—Ｏｚｏｎａｌｉｏｎ—ＢＡＣ”Ｓｏｍｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｕｎｉｔｅｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ
ｏｐｔｉｌｌｌａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｏｕｒ ｍａｉｎ ｐｏｉｎｔ．Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆｓｏｕｒｃｅ ｗａｔｅｒ ｉｓ ｍａｌｙｓｉｓｅｄ；ａｎｄ ｔｈｅｎ ｂａｓｅｄ
ｓ呻ｄｉｖｉｄｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ６ ｍａｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｔｈｅ
ｔｈｅ ＳＯＬＬｒＣｅ ｗａｔｅｒ ｉｎｔｏ ９ ｌｅｖｅｌｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ
Ｋｍｅ如砌１珊妇壤ｗｈｉｃｈ ｐｍｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｆｏｒ ｏｐ血ｍｌ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌ＇ＯＯ嚣Ｓ．ｑｑａｅ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ Ｋｍｅａｎｓ－Ｃｈｓｔｅｒｉｎｇ ｉｓ ｆｉｔ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉｔｕｄｉｎｏｕｓ ｓｗ砒ｃｈ＇ｓ ｃ１璐衄ｊｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ，
ｔｏ㈣’，刹ｔｈｅ ｐｉｐｅｓ）ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｎｏｎ－ｔｍｉｆｏｌｍｉｔｙ＠Ｖａｌ旧；ｋ ｖａｌｕｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ
ｎｏｎ－ａｎｉｆｏｎｎｉｔｙ ｂｅｃｏｍｅｓ ｓｅｖｅｒｅ ｗｈｅｎ ＬＩＢ ｉｓ ｅｘｃｅｅｄｉｎｇ ４．Ｉｎ ｔｈｅ ｅｎＯ，ｓｏｍｅ ｐｏｓｓｉｂｌｅ
ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ（∥）ｖａｌｕｅｓ ｒａｎｇｉｎｇ ｆｒｏｍ ０．８４ ｔＯ Ｏ．７８．Ｗｈｅｎ ｍｏｄｅｌｉｌｌｇ ｔｈｅ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｗａｔｅｒ
ｉｄｅａ／ｃｏｍｐａｒｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，ＡＮＮ ｍｏｄｅｌ＇ｓ ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｓ
ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
Ｍａｃｅ ｗ妇ｃｏｕｌｄ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ａｓ ｔｈｅ ｎｏｌ＇ｔｈｅｉｎ ｃｉｔｙ，Ｔ ｃｉｔｙ＇ｓ
ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅ ｎｏｒｔｈｅｒｎ ｓｏｕｒｃｅｗａｌｅｒ
ｐａｒｔｉａｌｌｙ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｉｌｏｔ＇ｓ ｒｕｎｎｉｎｇ ｄａｄａ，ｈｏｗ ｔｏ ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ
ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｐａｒｔｉａｌ
Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ Ｒｅｇｌｅｓｓｉｏｎ（ＰＬＳ）ｍｏｄｅｌ．Ａｌｌ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｓ ａｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｎｅｘｔ ｏｐｔｉｍａｌ
ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｎ４９ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｎａｍｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．
Ｙ ８４２０１９
声
明
本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位 已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的 所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。