CN109002978A - 一种基于模糊综合数学的混凝剂效能评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模糊综合数学的混凝剂效能评价方法，包括如下步骤：1.选取评价指标：浊度去除率(u1)、CODMn去除率(u2)、UV254去除率(u3)、絮体粒径(u4)、Zeta电位(u5)；2.构造评价等级集V：评价集是评价者对评价对象所作用的各种可能的判断结果的集合；3.隶属度计算：从因素集U中单个因素出发进行评价，确定评价对象对评价集中各元素的隶属度；4.建立权重集：对各个选取的指标赋予相应的权重；5.模糊综合评价。本发明提出的一种综合的混凝剂效能综合评价方法，能从多方面综合的反应混凝剂的效果，并将产生的评价结果以量化的方式直接、简介的呈现出来。

Description

一种基于模糊综合数学的混凝剂效能评价方法

技术领域

本发明涉及一种混凝剂使用效能评价方法，属于水处理技术领域。

背景技术

混凝工艺是一种应用范围广、简单有效的水处理技术。合理选择混凝剂是混凝工艺工程应用成功的关键因素之一。我国水处理混凝剂自20世纪70年代以来，特别是近20年来取得了突飞猛进的发展，以无机高分子混凝剂为代表的新型混凝剂层出不穷，产销量大幅上升。目前，市面上的混凝剂主要有铝盐混凝剂、铁盐混凝剂、无机高分子混凝剂、复合型混凝剂等。但对其的使用效果的评价方法比较单一。混凝机理的研究是伴随着混凝剂的开发而逐步发展起来的。不同类型的污染物，其去除的机理也具有一定差异性。因此，针对不同水源，需要对混凝剂效能进行评价以确定最适合该水源的混凝剂。传统的混凝剂筛选主要是依靠正交试验等手段进行，过程较为复杂。因此，准确、快捷的混凝剂评价方法对于混凝剂的筛选十分重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的混凝剂种类多、优劣性筛选难度大的缺陷，采用模糊综合评价方法来对混凝剂效能进行评价，提供一种效能评价方法。

为解决这一技术问题，本发明提供了一种基于模糊综合数学的混凝剂效能评价方法，包括如下步骤：

步骤1：选取评价指标，构建因素集U：因素集是影响评判对象的因素组成的集合，即U＝(u₁,u₂,u₃,u₄,u₅)

五个评价指标分别为浊度去除率(u₁)、COD_Mn去除率(u₂)、UV₂₅₄去除率(u₃)、絮体粒径(u₄)、Zeta电位(u₅)；

步骤2：构造出评价等级集V：评价集是评价者对评价对象所作用的各种可能的判断结果的集合，即V＝(v₁,v₂,v₃,v₄)

其中v₁代表优秀状态，v₂代表良好，v₃代表合格，v₄代表较差状态；

步骤3：隶属度计算：

首先进行单因素模糊评价：从因素集U中单个因素出发进行评价，确定评价对象对评价集中各元素的隶属度；设评判对象按因素集中第i个因素进行评判时，对评判集中第j个元素vij的隶属度为rij，R为单因素评价集，可简单表示为Ri＝(ri1,ri2,ri3,ri4)；

将n个因素的评判集组成一个评判矩阵：

步骤4：建立权重集：

为表征各指标的重要程度，对各个选取的指标赋予相应的权重，权重采用专家评议及层次分析法，按照成对比较法和1-9标度法构造两两比较的判断矩阵A，对于矩阵A进行一致性检验，检验通过后，其最大特征根对应的特征向量即为所需权重向量，再对其进行归一化处理；

步骤5：模糊综合评价：

当权重集和判别矩阵都为确定时，通过做模糊变化来进行综合评价

A。R＝(a₁,a₂,a₃,a₄,a₅)。

其中B成为模糊综合评价集，“。”表示一种模糊合成算子，选用M(∩，∪)模型，该模型计算方法为：

b_j＝(a₁∧r_1j)∨(a₂∧r_2j)∨…∨(a_m∧r_mj)j＝1,2,3…,m.

其中bj称为模糊综合评价集，为综合考虑所有指标的影响时，评价对象对评价集中第i各元素的隶属度。

步骤4中所述的权重计算采用层次分析法及专家法对指标因素集中各因素的重要程度进行分析计算，得到权矩阵。

步骤4中所述1-9标度法及两两比较法其比例标度为

步骤3中所述隶属度计算采用哥西分布隶属度函数给评价指标建立隶属度函数；哥西分布函数式为

对于第一等级，效果越好对其的隶属度越大，因此选择采用戒下型升半哥西分布函数：

对于第四等级，效果越差对其的隶属度越大，因此原则采用降半哥西分布函数：

对于第二、三等级，则直接考虑哥西分布函数：

μ_I(x)＝[1+(α(x-a))^β]^-1

上式中，x代表指标数据，α，β,a为函数参数，其中根据文献及书籍取β＝2。上式中，对于a的取值原则为：根据实际情况，结合取值范围的90％、80％、67.5％及55％进行取值；

上式中，对于α的取值为：对于第一、四等级，其α值根据a的取值进行求极限或带入求得；对于第二、三等级，其α值经计算选取为1/7.5。

有益效果：本发明提出了一种综合的混凝剂效能综合评价方法，能从多方面综合的反应混凝剂的效果，并将产生的评价结果以量化的方式直接、简介的呈现出来。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做具体描述。

图1为本发明的方法流程示意图。

传统的混凝剂的评价方法主要是以正交试验为主，且仅观测单一或少数几个指标，工作量庞大且不足以应对众多的混凝剂，本发明采用模糊综合评价的方法对混凝剂效果进行评价，将混凝效果分为4个等级，指标的选择既要能反应混凝剂的效果，又要容易获取且准确率较高。因此，在结合经验及专家建议的基础上，我们选取粒径、浊度去除率等五个指标作为衡量混凝效果的参数。

模糊综合评价按如下步骤进行：

1)建立指标因素集：指标因素集是影响评价对象的指标因素组成的集合，用U表示，即U＝(u₁,u₂,u₃,u₄,u₅)。根据经验以及专家建议，确定这五个评价指标因素分别为浊度去除率(u₁)、COD_Mn去除率(u₂)、UV₂₅₄去除率(u₃)、絮体粒径(u₄)、Zeta电位(u₅)。

2)建立评价等级集：评价等级集是评价者对评价对象所作用的各种可能的判断结果的集合，即V＝(v₁,v₂,v₃,v₄)。其中v₁代表优秀状态，v₂代表良好，v₃代表合格，v₄代表较差状态。

3)隶属度计算

首先进行单因素模糊评价：从因素集U中单个因素出发进行评价，确定评价对象对评价集中各元素的隶属度；设评判对象按因素集中第i个因素进行评判时，对评判集中第j个元素v_ij的隶属度为r_ij，R为单因素评价集，可简单表示为R_i＝(r_i1,r_i2,r_i3,r_i4)。将n个因素的评判集组成一个评判矩阵：

以粒径为例建立模糊评价的隶属度函数，其余四项指标均可按照该模型进行隶属函数的建立。

4)：建立指标权重集：为表征各指标的重要程度，对各个选取的指标赋予相应的权重，权重采用专家评议及层次分析法，按照成对比较法和1-9标度法构造两两比较的判断矩阵A，对于矩阵A进行一致性检验，检验通过后，其最大特征根对应的特征向量即为所需权重向量，再对其进行归一化处理即可。

根据公式可求出矩阵A的目标特征向量为w＝(0.098 0.16 0.062 0.417 0.263)^T

对其进行一致性检验：

①计算矩阵最大特征根λ_max

经计算得λ_max＝5.069

②判断矩阵的一致性CI

通过查阅一致性检验指数表可知，n＝5时，RI＝1.12

维数	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										RI值	0.00	0.00	0.58	0.90	1.12	0.24	1.32	1.41	1.45

③随即一致性比率CR

判断矩阵具有完全一致性。

5)模糊综合评价：当指标权重集和判别矩阵都为确定时，通过做模糊变化来进行综合评价

A。R＝(a₁,a₂,a₃,a₄,a₅)。

其中B成为模糊综合评价集，“。”表示一种模糊合成算子，选用M(∩，∪)模型，该模型计算方法为：

b_j＝(a₁∧r_1j)∨(a₂∧r_2j)∨…∨(a_m∧r_mj)j＝1,2,3…,m.

其中b_j称为模糊综合评价集，为综合考虑所有指标的影响时，评价对象对评价集中第i各元素的隶属度。

实例分析

实例以PAC混凝效果为例，投量在4mg/L时，对原水浊度为1NTU的湖库水进行处理。出水各指标数值为：粒径为225μm、Zeta电位为-8.2mV，浊度去除率为64％，COD_Mn去除率为30％，UV₂₅₄去除率为25％。利用本发明提出的模糊综合评价法进行计算，最终求得模糊综合评价集为(0,0.417,0.16,0.263)，综合可知PAC效果为良好状态。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于模糊综合数学的混凝剂效能评价方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：选取评价指标，构建因素集U：因素集是影响评判对象的因素组成的集合，即U＝(u₁,u₂,u₃,u₄,u₅)

五个评价指标分别为浊度去除率(u₁)、COD_Mn去除率(u₂)、UV₂₅₄去除率(u₃)、絮体粒径(u₄)、Zeta电位(u₅)；

步骤2：构造出评价等级集V：评价集是评价者对评价对象所作用的各种可能的判断结果的集合，即V＝(v₁,v₂,v₃,v₄)

其中v₁代表优秀状态，v₂代表良好，v₃代表合格，v₄代表较差状态；

步骤3：隶属度计算：

首先进行单因素模糊评价：从因素集U中单个因素出发进行评价，确定评价对象对评价集中各元素的隶属度；设评判对象按因素集中第i个因素进行评判时，对评判集中第j个元素vij的隶属度为rij，R为单因素评价集，可简单表示为Ri＝(ri1,ri2,ri3,ri4)；

将n个因素的评判集组成一个评判矩阵：

步骤4：建立权重集：

为表征各指标的重要程度，对各个选取的指标赋予相应的权重，权重采用专家评议及层次分析法，按照成对比较法和1-9标度法构造两两比较的判断矩阵A，对于矩阵A进行一致性检验，检验通过后，其最大特征根对应的特征向量即为所需权重向量，再对其进行归一化处理；

步骤5：模糊综合评价：

当权重集和判别矩阵都为确定时，通过做模糊变化来进行综合评价

其中B成为模糊综合评价集，“。”表示一种模糊合成算子，选用M(∩，∪)模型，该模型计算方法为：

b_j＝(a₁∧r_1j)∨(a₂∧r_2j)∨…∨(a_m∧r_mj)j＝1,2,3…,m.

其中bj称为模糊综合评价集，为综合考虑所有指标的影响时，评价对象对评价集中第i各元素的隶属度。

2.根据权利要求1所述的基于模糊综合数学的混凝剂效能评价方法，其特征在于：步骤4中所述的权重计算采用层次分析法及专家法对指标因素集中各因素的重要程度进行分析计算，得到权矩阵。

3.根据权利要求1所述的基于模糊综合数学的混凝剂效能评价方法，其特征在于：步骤4中所述1-9标度法及两两比较法其比例标度为

4.根据权利要求1所述的基于模糊综合数学的混凝剂效能评价方法，其特征在于：步骤3中所述隶属度计算采用哥西分布隶属度函数给评价指标建立隶属度函数；哥西分布函数式为

对于第一等级，效果越好对其的隶属度越大，因此选择采用戒下型升半哥西分布函数：

对于第四等级，效果越差对其的隶属度越大，因此原则采用降半哥西分布函数：

对于第二、三等级，则直接考虑哥西分布函数：

μ_I(x)＝[1+(α(x-a))β]^-1

上式中，x代表指标数据，α，β,a为函数参数，其中根据文献及书籍取β＝2；

上式中，对于a的取值原则为：根据实际情况，结合取值范围的90％、80％、67.5％及55％进行取值；

上式中，对于α的取值为：对于第一、四等级，其α值根据a的取值进行求极限或带入求得；对于第二、三等级，其α值经计算选取为1/7.5。