上一周對(duì)數(shù)據(jù)分析污水水質(zhì)變化的過(guò)程中的作用進(jìn)行了探討，那么數(shù)據(jù)分析在污水廠的工藝調(diào)整中還有什么其他的作用呢？數(shù)據(jù)分析究竟要怎樣應(yīng)用到污水廠的運(yùn)行管理中去呢？從這一周開(kāi)始我們將逐步深入的進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的污水廠工藝應(yīng)用的探討。
數(shù)據(jù)分析作為現(xiàn)今社會(huì)重要的科學(xué)手段，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)起到了非常重要的作用，無(wú)論從科技發(fā)展，工農(nóng)業(yè)發(fā)展，商業(yè)應(yīng)用中都有非常多的應(yīng)用。和我們老百姓常見(jiàn)的就是大數(shù)據(jù)無(wú)時(shí)無(wú)刻的影響著我們的日常生活，購(gòu)物，出行，日常生活都會(huì)被大數(shù)據(jù)包圍，我們也越來(lái)越享受大數(shù)據(jù)帶給我們便捷的生活，而這些大數(shù)據(jù)背后就是各種各樣深入的數(shù)據(jù)歸納和分析。作為污水廠，其實(shí)每天都在不斷的產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)于污水廠的管理，能不能像大數(shù)據(jù)一樣，使我們的管理更加便捷，高效呢？所以我們是需要對(duì)污水廠產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析，從而使污水廠的運(yùn)行管理更加精準(zhǔn)和到位。
那么數(shù)據(jù)分析是如何影響到污水廠的運(yùn)行管理的呢？我們先來(lái)了解數(shù)據(jù)分析，在沒(méi)有確定我們需要通過(guò)數(shù)據(jù)分析來(lái)了解什么的時(shí)候，這些來(lái)自于生產(chǎn)一線(xiàn)的數(shù)據(jù)往往只是一堆數(shù)字或者文字，沒(méi)有任何的貢獻(xiàn)。但其實(shí)這些數(shù)字是來(lái)源于每一個(gè)污水廠的實(shí)際運(yùn)行的情況，這些數(shù)據(jù)背后隱藏了每個(gè)污水廠的運(yùn)行管理方方面面，包括活性污泥的各種生存狀況。而我們需要做的就是通過(guò)數(shù)學(xué)手段進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，把這些冷冰冰的數(shù)據(jù)背后鮮活的污水廠運(yùn)行的情況挖掘出來(lái)，成為我們運(yùn)行管理的扎實(shí)基礎(chǔ)。
下面我們來(lái)舉一個(gè)例子，看看如何用數(shù)學(xué)手段挖掘數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，對(duì)污水廠的運(yùn)行管理做出幫助。
我們知道在一個(gè)污水廠里，進(jìn)水水質(zhì)是非常重要的，進(jìn)水水質(zhì)中的BOD更為重要，特別是近年來(lái)對(duì)出水氮磷的要求，從普遍理論上，去除氮磷是對(duì)進(jìn)水中的BOD要有一定的比例關(guān)系的。但是對(duì)于一般的污水廠來(lái)說(shuō)，BOD的化驗(yàn)難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于COD，很多污水廠都不會(huì)去每日進(jìn)行BOD的化驗(yàn)，但是會(huì)長(zhǎng)期進(jìn)行COD的化驗(yàn)。這就出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，我們能不能用COD來(lái)替代BOD，進(jìn)行每日的進(jìn)水水質(zhì)的評(píng)估呢？如果進(jìn)水的COD是400mg/L，我們能不能預(yù)測(cè)出進(jìn)水的BOD是多少呢？我們來(lái)用一個(gè)污水廠的數(shù)據(jù)進(jìn)行討論。
這是某個(gè)污水廠在2004~2007年的COD和BOD的化驗(yàn)數(shù)據(jù)得月平均數(shù)值，一般來(lái)說(shuō)，污水廠由于是專(zhuān)屬服務(wù)某一個(gè)地區(qū)的污水處理的，這個(gè)地區(qū)由于居民生活水平，工業(yè)比例，管網(wǎng)建設(shè)情況在一定時(shí)期內(nèi)穩(wěn)定，那么也就是說(shuō)這個(gè)地區(qū)的污水的組分是固定的，我們需要通過(guò)這些化驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)做出一個(gè)COD和BOD之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系來(lái)，方便我們后期更加快捷方便的通過(guò)COD的化驗(yàn)就能預(yù)測(cè)到BOD的數(shù)值，來(lái)衡量進(jìn)水中的碳源。
首先利用EXCEL中的作圖功能，這種尋求兩個(gè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)的方法，一般采用這種散點(diǎn)圖，散點(diǎn)圖一般用于比較至少兩組數(shù)值或者兩對(duì)數(shù)據(jù)，使用它可以顯示值集之間的關(guān)系，當(dāng)我們把某污水廠2004~2007年的COD和BOD月平均值值得數(shù)據(jù)做成散點(diǎn)圖之后，大家可以看到，這個(gè)散點(diǎn)圖非常明顯的顯示出兩者之間的關(guān)系呈線(xiàn)性分布，那么我們現(xiàn)在需要做的就是如何把這個(gè)線(xiàn)性關(guān)系找到。
這種線(xiàn)性關(guān)系得尋找，在計(jì)算機(jī)輔助下，可以非常方便快捷的得到，大家可以利用EXCEL里面得數(shù)據(jù)趨勢(shì)線(xiàn)的添加方式來(lái)進(jìn)行，選擇添加趨勢(shì)線(xiàn)，在趨勢(shì)線(xiàn)的選擇框里，選擇線(xiàn)性，注意下面要把“顯示公式”得選項(xiàng)選擇上，這樣這個(gè)公式就能很方便的得出來(lái)了。
當(dāng)我們通過(guò)幾年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，得出得這個(gè)公式
Y=0.4366X+45.574，換成BOD和COD的關(guān)系就是：
BOD=0.4366COD+45.574
能夠通過(guò)COD來(lái)預(yù)估進(jìn)水的BOD，從而研判進(jìn)水中得碳源是否充足了。
當(dāng)然這個(gè)是快捷得方式，如果是要采用數(shù)學(xué)推理計(jì)算的方式，這種線(xiàn)性關(guān)聯(lián)的方式就要通過(guò)線(xiàn)性回歸方程來(lái)進(jìn)行計(jì)算。
第一：用所給樣本求出兩個(gè)相關(guān)變量的(算術(shù))平均值：
xp=(x1+x2+x3+...+xn)/n
yp=(y1+y2+y3+...+yn)/n
第二：分別計(jì)算分子和分母：(兩個(gè)公式任選其一)
分子=(x1y1+x2y2+x3y3+...+xnyn)-nXpYp
分母=(x12+x22+x32+...+xn2)-n*x2
第三：計(jì)算b： b=分子/分母
第四：最后把x,y的平均數(shù)xp，yp代入a=Yp-bXp
求出a并代入總的公式y(tǒng)=bx+a得到線(xiàn)性回歸方程。
為了驗(yàn)證這個(gè)數(shù)學(xué)計(jì)算方法，數(shù)學(xué)方法要求數(shù)據(jù)樣本更多，更多的數(shù)據(jù)樣本可以反應(yīng)出更準(zhǔn)確的數(shù)值，我們把某廠的2007年的每日的COD和BOD的值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，出于篇幅原因，我們把數(shù)據(jù)表的部分列出來(lái)，然后用EXCEL里面的公式進(jìn)行上述的數(shù)學(xué)運(yùn)算，計(jì)算的結(jié)果見(jiàn)表后的數(shù)據(jù)：
最終計(jì)算出2007年的COD和BOD的關(guān)系式為：
y=0.3455X+85.56
也就是BOD=0.3455COD+85.56
然后我們用EXCEL的散點(diǎn)圖和趨勢(shì)線(xiàn)的方式來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，可以看到這個(gè)曲線(xiàn)圖的方程是：
這個(gè)方程和我們數(shù)學(xué)計(jì)算的方程基本一致，因此可以知道數(shù)學(xué)方法和表格方法都是可以完成這個(gè)線(xiàn)性方程式的推算的。這個(gè)線(xiàn)性方程的得出，可以便捷的通過(guò)進(jìn)水的COD來(lái)快捷的判斷進(jìn)水的BOD值，不必要等到5天后出來(lái)BOD5再來(lái)判斷系統(tǒng)的碳源是否充足。
這一期的公眾號(hào)通過(guò)利用計(jì)算機(jī)軟件和數(shù)學(xué)方法進(jìn)行了污水廠進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性分析，得到的方程可以作為污水廠的運(yùn)行管理有利工具，簡(jiǎn)化了污水廠對(duì)水質(zhì)的化驗(yàn)程序，增強(qiáng)了污水廠工藝管理人員對(duì)水質(zhì)的把控，從而更準(zhǔn)確的對(duì)工藝進(jìn)行控制。這就是我們數(shù)據(jù)化分析在污水廠中的應(yīng)用。往期回顧：數(shù)據(jù)分析對(duì)污水廠工藝調(diào)控的作用（一）