申請日2013.10.27
公開(公告)日2014.03.12
IPC分類號G06Q50/00
摘要
一種印染行業(yè)污水處理調控方法,涉及印染行業(yè)污水處理技術。確定印染行業(yè)污水的指標體系;利用采集數據和行業(yè)標準建立原始數據指標矩陣;對矩陣進行有量綱矩陣模型的規(guī)范化;利用無量綱的樣本矩陣獲得每一次取樣過程各指標的最優(yōu)處理值和最劣處理值;用熵權法確定規(guī)范化矩陣中各指標的權重;計算最優(yōu)密切值與最劣密切值;改進密切值法進行結果排序比較;根據步驟7排序結果調整印染行業(yè)污水處理工藝,直到輸出符合行業(yè)標準的污水停止。本發(fā)明提出的一種印染行業(yè)污水處理調控方法,可以提高印染廢水的出水水質,保證設備實際運行效率,提高技術的可靠性和穩(wěn)定性,同時最大限度降低其對周圍環(huán)境的影響。
權利要求書
1.一種印染行業(yè)污水處理調控方法,其特征在于:包括以下步驟:
步驟1:確定印染行業(yè)污水的指標體系;所述的指標體系包括定量指標和定性指標共15 項評價指標,其中,定量指標包括:COD去除率、色度、pH值、SS的去除率、污水處理量、 初期投入資金和運行管理費用共7項指標;定性指標包括:技術可靠性和穩(wěn)定性、耐水力沖 擊負荷能力、在技術上對設備實際運行效率、技術人員達標率、管理人員分配效率、對周圍 環(huán)境的影響、對操作人員的健康的影響和對周圍具名健康的影響共8項指標;
對于定量指標,通過現(xiàn)場實地調研和多次取樣獲得;對于定性指標,通過專家評分法給 予各指標評分,評分方法采用五標度的評價標準;
步驟2:利用步驟1采集數據和行業(yè)標準建立原始數據指標矩陣,過程如下:
原始數據指標矩陣共有15列,每一列表示步驟1中的一個指標,原始數據指標矩陣的行從 第一行開始,按由上至下的順序,依次表示第一次取樣、第二次取樣、直至最后一次取樣、 一般情況下進行m次取樣,且m取正整數,原始數據指標矩陣共有m+z行,第m行之后的每行 表示不同國家標準下的定性指標的標準值、定量指標的標準值;
步驟3:利用步驟2得到的矩陣進行有量綱矩陣模型的規(guī)范化;
步驟4:通過步驟3無量綱的樣本矩陣獲得每一次取樣過程各指標的最優(yōu)處理值和最劣 處理值;
步驟5:用熵權法確定步驟3規(guī)范化矩陣中各指標的權重;
步驟5-1:確定信息熵值,過程為:
將由m+z個樣本與n個指標構成的m+z行,n=15列的原始數據指標矩陣(Aij)(m+z)×n進行標準 化處理,公式如下:
令
式中,正向指標Qj指的是該指標數據越小則符合標準要求,負向指標Qj表示該數據越大越 能夠符合標準要求,當第n列指標為正向指標時,新的標準化矩陣中的的元素等于原始數據指 標矩陣中的元素與該列的最小值的比值,當第n列的指標為負向指標時,新的標準化矩陣中的 的元素等于原始數據指標矩陣中的元素與該列的最大值的比值,由此變換之后能夠得到新的 標準化矩陣,公式為:
Y=Yij(m+z)×n
根據斯梯林公式計算,可得第i行中第j項指標的信息熵值ej:此信息熵值ej為之后的信息 效用價值做準備,
式中,常數k與系統(tǒng)的樣本數m+z有關,k=[ln(m+z)]-1
步驟5-2:確定權重函數:
某項指標的信息效用價值取決于該指標的信息熵ej與1的差值hj,即hj=1-ej,計算第i 行的第j項指標的權重,即每項指標的信息效用價值與該項指標所在行的和值的比值,公式 如下:
式中,hj表示第i行第j個評價指標的信息效用價值,wj表示第j列評價指標的權重值;
步驟6:利用步驟4與步驟5的結果計算最優(yōu)密切值與最劣密切值,過程為:
待評價的每行印染處理工藝指標數據與步驟4中該污水處理工藝能夠達到的最優(yōu)和最劣 的污水處理工藝指標進行計算,采用歐氏距離計算求得和待評價指標數據與虛擬最優(yōu)和最劣 的污水處理工藝指標間的差距和通過此差距進而求得最優(yōu)密切值與最劣密切值,公 式如下:
最優(yōu)密切值
最劣密切值
步驟7:改進密切值法進行結果排序比較;
在技術評價中的15個指標數據中轉化為:能從總體上衡量環(huán)境質量優(yōu)劣的單指標最優(yōu)密 切值或最劣密切值來進行描述,針對關于印染行業(yè)處理工藝的不同指標參數,進行大小評價 比較:
當最優(yōu)密切值越小,說明待評價的15項印染污水處理指標與該工藝在此條件下能夠達到 的最佳處理效果越接近,證明該工藝已經處于良好的處理效果,改進空間較少;
當與最劣密切值越近時,證明該工藝處于較差的處理效果,有較大的提升與改進空間; 當密切值為零時,證明此時的印染污水處理技術達到最佳處理效果;
步驟8:根據步驟7排序結果調整印染行業(yè)污水處理工藝,直到輸出符合行業(yè)標準的污 水停止。
2.根據權利要求1所述的印染行業(yè)污水處理調控方法,其特征在于:步驟3所述的對步驟2 的矩陣進行有量綱模型的規(guī)范化,過程如下:
采用改進后的目標差值率法,各評價指標的量綱、數量級及指標優(yōu)劣的取向進行規(guī)范化處 理,公式為:
式中,Aij為第i個測得數據中第j個指標監(jiān)測值;Ej為第j個評價指標的目標值,即正向指 標取第j個評價指標中i個測得數據連同3級評價標準取最大值,負向指標取第j個評價指標中 i個測得數據連同3級評價標準最小值;rij為第i個測得數據中第j個指標的無量綱化值,
綜上可得無量綱的樣本矩陣:
(rij)(m+z)×n。
說明書
一種印染行業(yè)污水處理調控方法
技術領域
本發(fā)明涉及印染行業(yè)污水處理技術,特別涉及一種印染行業(yè)污水處理調控方法。
背景技術
紡織印染工業(yè)是我國傳統(tǒng)的支柱產業(yè),包括紡織、印染、化纖、服裝和紡織專用設備制造等5個部分。據不完全統(tǒng)計,我國印染廢水每天排放量為300~400萬m3。印染廢水具有水量大、有機污染物濃度高、色度深、堿性大、水質變化大、成分復雜等特點,屬較難處理的工業(yè)廢水之一。
印染行業(yè)污水處理技術好壞,主要采用傳統(tǒng)方法進行評估,包括層次分析法(APH)、加權優(yōu)序法、效用函數法、相關分析法、綜合評價法、模糊綜合評價法等,對于以上列舉的各種方法均存在一定的缺點。不能完全準確的評估污水處理技術,由于在指標的選擇方面不夠完善具體,也就不能給出合理的調控手段,關于印染行業(yè)污水處理調控的方法還是處于起步價段。
發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術存在的不足,本發(fā)明的目的是提供一種印染行業(yè)污水處理調控方法。
本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:一種印染行業(yè)污水處理調控方法,包括如下步驟:
步驟1:確定印染行業(yè)污水的指標體系;所述的指標體系包括定量指標和定性指標共15項評價指標,其中,定量指標包括:COD去除率、色度、pH值、SS的去除率、污水處理量、初期投入資金和運行管理費用共7項指標;定性指標包括:技術可靠性和穩(wěn)定性、耐水力沖擊負荷能力、在技術上對設備實際運行效率、技術人員達標率、管理人員分配效率、對周圍環(huán)境的影響、對操作人員的健康的影響和對周圍具名健康的影響共8項指標;
對于定量指標,通過現(xiàn)場實地調研和多次取樣獲得;對于定性指標,通過專家評分法給予各指標評分,評分方法采用五標度的評價標準;
步驟2:利用步驟1采集數據和行業(yè)標準建立原始數據指標矩陣,過程如下:
原始數據指標矩陣共有15列,每一列表示步驟1中的一個指標,原始數據指標矩陣的行從第一行開始,按由上至下的順序,依次表示第一次取樣、第二次取樣、直至最后一次取樣、一般情況下進行m次取樣,且m取正整數,原始數據指標矩陣共有m+z行,第m行之后的每行表示不同國家標準下的定性指標的標準值、定量指標的標準值;
步驟3:利用步驟2得到的矩陣進行有量綱矩陣模型的規(guī)范化;
步驟4:通過步驟3無量綱的樣本矩陣獲得每一次取樣過程各指標的最優(yōu)處理值和最劣處理值;
步驟5:用熵權法確定步驟3規(guī)范化矩陣中各指標的權重;
步驟5-1:確定信息熵值,過程為:
將由m+z個樣本與n個指標構成的m+z行,n=15列的原始數據指標矩陣(Aij)(m+z)×n進行標準化處理,公式如下:
令
式中,正向指標Qj指的是該指標數據越小則符合標準要求,負向指標Qj表示該數據越大越能夠符合標準要求,當第n列指標為正向指標時,新的標準化矩陣中的的元素等于原始數據指標矩陣中的元素出該列的最小值的比值,當第n列的指標為負向指標時,新的標準化矩陣中的的元素等于原始數據指標矩陣中的元素出該列的最大值的比值,由此變換之后能夠得到新的標準化矩陣,公式為:
Y=Yij(m+z)×n
根據斯梯林公式計算,可得第i行中第j項指標的信息熵值ej:此信息熵值ej為之后的信息效用價值做準備,
式中,常數k與系統(tǒng)的樣本數m+z有關,k=[ln(m+z)]-1
步驟5-2:確定權重函數:
某項指標的信息效用價值取決于該指標的信息熵ej出1的差值hj,即hj=1-ej,計算第i行的第j項指標的權重,即每項指標的信息效用價值出該項指標所在行的和值的比值,公式如下:
式中,hj表示第i行第j個評價指標的信息效用價值,wj表示第j列評價指標的權重值;
步驟6:利用步驟4出步驟5的結果計算最優(yōu)密切值出最劣密切值,過程為:
待評價的每行印染處理工藝指標數據出步驟權中該污水處理工藝能夠達到的最優(yōu)和最劣的污水處理工藝指標進行計算,采用歐氏距離計算求得和待評價指標數據出虛擬最優(yōu)和最劣的污水處理工藝指標間的差距和通過此差距進而求得最優(yōu)密切值出最劣密切值,公式如下:
最優(yōu)密切值
最劣密切值
步驟7:改進密切值法進行結果排序比較;
在技術評價中的15個指標數據中轉化為:能從總體上衡量環(huán)境質量優(yōu)劣的單指標最優(yōu)密切值或最劣密切值來進行描述,針對關于印染行業(yè)處理工藝的不同指標參數,進行大小評價比較:
當最優(yōu)密切值越小,說明待評價的15項印染污水處理指標出該工藝在此條件下能夠達到的最佳處理效果越接近,證明該工藝已經處于良好的處理效果,改進空間較少;
當出最劣密切值越近時,證明該工藝處于較差的處理效果,有較大的提升出改進空間。當密切值為零時,證明此時的印染污水處理技術達到最佳處理效果;
步驟8:根據步驟7排序結果調整印染行業(yè)污水處理工藝,直到輸出符合行業(yè)標準的污水停止。
步驟3所述的對步驟2的矩陣進行有量綱模型的規(guī)范化,過程如下:
采用改進后的目標差值率法,各評價指標的量綱、數量級及指標優(yōu)劣的取向進行規(guī)范化處理,公式為:
式中,Aij為第i個測得數據中第j個指標監(jiān)測值;Ej為第j個評價指標的目標值,即正向指標取第j個評價指標中i個測得數據連同3級評價標準取最大值,負向指標取第j個評價指標中i個測得數據連同3級評價標準最小值;rij為第i個測得數據中第j個指標的無量綱化值,
綜上可得無量綱的樣本矩陣:
(rij)(m+z)×n。
本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提出的一種印染行業(yè)污水處理調控方法,對多目標決策的優(yōu)選,最終解決有限方案多目標決策的技術問題;計算簡便靈活,結果直觀,分辨率高;對印染技術的清潔生產的污水處理技術進行排序優(yōu)化。此評價方法能夠結合具體印染污水處理工藝過程,對每種指標進行評價,并且給出解決方案,可以提高印染廢水的出水水質,保證設備實際運行效率,提高技術的可靠性和穩(wěn)定性,同時最大限度降低其對周圍環(huán)境的影響。
附圖說明
圖1為本發(fā)明一種實施方式指標體系結構示意圖;
圖2為本發(fā)明一種實施方式印染行業(yè)污水處理調控方法流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明的實施方式作一步詳細的說明。
本實施方式采用的一種印染行業(yè)污水處理調控方法,其流程,如圖2所示,包括如下步驟:
步驟1:確定印染行業(yè)污水的指標體系;本實施方式中的指標體系包括定量指標和定性指標共15項評價指標,如圖1所示。其中,定量指標包括:COD去除率(如采用重鉻酸鹽法獲得)、色度(如依據GB/T11903-1989標準)、pH值(如采用玻璃電極法獲得)、SS的去除率(如采用重量法獲得)、污水處理量、初期投入資金和運行管理費用共7項指標。上述指標一般通過現(xiàn)場實地調研和多次取樣獲得,本實施方式中,取樣的次數取3~10次均可。指標所對應的標準是根據《清潔生產標準紡織業(yè)(棉印染)》(HJ/T185-2006)而確定的,包括:該工藝下的出水COD的排放限值應小于等于50-70mg/L,色度30-50,SS懸浮物的濃度小于等于30-50,pH值的范圍在6-8之間等,
定性指標包括技術可靠性和穩(wěn)定性、耐水力沖擊負荷能力、在技術上對設備實際運行效率、技術人員達標率、管理人員分配效率、對周圍環(huán)境的影響、對操作人員的健康的影響和對周圍具名健康的影響共8項指標。本實施方式通過專家評分法給予各指標評分,評分方法可采用五標度的評價標準。根據評價決策的需要,本文欲建立得定性指標評分表將根據模糊綜合評判法中的隸屬度概念進行評價劃分,將評價等級劃分為好、較好、一般、較差、差五標度的評分原則。然后根據《清潔生產標準紡織業(yè)(棉印染)》(HJ/T185-2006)中的確定的 三級標準,即z=3,
步驟2:利用步驟1采集數據和行業(yè)標準建立原始數據指標矩陣。
本實施方式中建立的原始數據指標矩陣如下:
式中,Q1,Q2,…Qj…Qn表示評價指標,對于本實施方式來說,n=15(即代表步驟1的15個指標),其中,j=1,2,…,n。
每一行表示每一次取樣過程,如本實施方式設置取樣的次數為5次,則A1表示第一次取樣,測得的15項評價指標Q1~Q15的各自對應的取值;A2表示第二次取樣,測得15項評價指標Q1~Q15的各自對應的取值;……;A5表示第五次取樣,測得15項評價指標Q1~Q15的各自對應的取值。本實施方式中行業(yè)標準數據分為3級,即z=3,其中包括15項指標,定性指標為印染行業(yè)允許排放污染物的限值,例如COD、SS等的三級排放限值和處理率,定量指標需要根據五級評分標準進行評定,一般標準中的三級標準可以按照較好、好、一般來進行評價,其中差和較差為不符合印染廢水處理標準和要求的。本實施方式中,第A6行表示按照印染污水處理排放要求的第一個評價標準的,第A7和A8行表示第二個和第三個評價標準的15項指標。
步驟3:利用步驟2得到的矩陣進行有量綱矩陣模型的規(guī)范化;
本實施方式中采用改進后的目標差值率法,各評價指標的量綱、數量級及指標優(yōu)劣的取向進行規(guī)范化處理。如,本實施方式中定量指標之間如COD、SS、pH值等量綱存在差異,并且定性和定量指標之間量綱也不一致,則利用如下公式進行處理:
舉例說明:其中正向指標指的是該指標數據越小則符合標準要求,負向指標表示該數據 越大越能夠符合標準要求,如,COD出水指標越低則處理效果越好,則應該取正向;技術可靠性和穩(wěn)定性的指標越高越好,則應該取負向。
如本實施方式中COD指標與SS等指標數量級不一致,并且定性與定量指標的數量級不一致,需要對原始數據指標矩陣進行規(guī)范化處理,處理目的是為得到統(tǒng)一量綱的規(guī)范化矩陣。
如本實施方式中COD、SS、色度等指標的為正向指標,所以按照公式(2)中的Qj為正向指標進行計算,AiJ表示原始數據指標矩陣的元素,其中Ej表示該列指標的目標值,即需要達到的最好的處理效果值。對于技術可靠性和穩(wěn)定性、耐水力沖擊負荷的能力等指標為負向指標,需要按照公式(2)中Qj為負向指標進行計算,最終得到標準化之后量綱一致的矩陣。
步驟4:確定每一次取樣各指標的最優(yōu)處理值和最劣處理值,具體過程為:確定此時的處理工藝可達到的最佳處理效果和最差處理效果,本實施方式中。用如下公式描述印染污水處理工藝的最優(yōu)水質,公式為:
A+(r1+,r2+,…,r3+,rn+)
由于是針對每一行的所以對于矩陣A解釋這個公式
用如下公式描述印染污水處理最劣水質,公式為:
A-(r1-,r2-,…,r3-,rn-)
由于是針對每一行的所以對于A解釋這個公式
步驟5:用熵權法確定步驟3規(guī)范化矩陣各評價指標權重;
將由m+z個樣本(本實施方式中為m=5,z=3)與n(各指標構成的原始數據指標矩陣[Aij](m+z)×n進行標準化處理,公式如下:
令
(Aij)min表示第j列中評價指標的最小值,即每個定性和定量指標的最小值,(Aij)max表示第j列中評價指標的最大值,即每個定性和定量指標的最大值。
由此可得標準化矩陣:
Y=[Yij](m+z)×n
根據斯梯林公式計算,可得j項指標的信息熵值ej:
式中主常數k與系統(tǒng)的樣本數m+z有關,k=[ln(m+z)]-1。m一般取5,z取3,則得到k=[ln8]-1,
步驟6:利用步驟4與5結果計算最優(yōu)密切值與最劣密切值。
本實施方式采用歐氏距離計算待評價指標數據(本實施方式指測定的15項指標數據)與虛擬最優(yōu)處理值(本實施方式指在該印染污水處理工藝下虛擬的最佳的處理效果值)的距離 和虛擬最劣處理值即得到現(xiàn)有檢測處理結果與該工藝最佳和最差處理效果之間的距離關系,其工程上的意義表示該處理工藝能夠在現(xiàn)有基礎上提高的潛力或是減排量。
式中,Wj為第j個評價指標的權重;
最優(yōu)密切值:
最劣密切值:
步驟7.改進密切值法進行結果排序比較;
步驟8:根據步驟7排序結果調整印染行業(yè)污水處理工藝,直到輸出符合行業(yè)標準的污水停止。印染廢水處理方法有:物理法,化學法,生物法,或者它們中的兩種或更多的方法結合在一起,如:物理-化學法,化學-生物法,物理-生物法等,如果所得結果COD不達標要采用厭氧-好氧聯(lián)合處理法,出水色度如果不符合要求,要進行pH不符合要求就需要用物理方法進行加強處理,出水中SS如果超標,改進物理方法,例如采用納濾法。如果其他定性指標排序與最優(yōu)值差距較大,需要按照清潔生產標準和污水排放標準進行改進,具體指標見清潔生產具體標準。
雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式,但是本領域內的熟練的技術人員應當理解,這些僅是舉例說明,可以對這些實施方式做出多種變更或修改,而不背離本發(fā)明的原理和實質。本發(fā)明的范圍僅由所附權利要求書限定。