CN116712794A - 基于均匀设计确定板框压滤机调理剂参数和压滤参数的方法 - Google Patents

基于均匀设计确定板框压滤机调理剂参数和压滤参数的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于均匀设计确定板框压滤机调理剂参数和压滤参数的方法，包括：S1，初选影响调理剂效果的N个因素；S2，根据S1初选的N个因素，依据絮凝小试实验结果确定每个因素的i个水平；S3，根据N个因素及每个因素的i个水平设计均匀设计表，得到均匀设计使用表；S4，根据均匀设计使用表进行板框压滤试验，获得调理剂效果的试验结果；S5，基于S4的试验结果，通过多因素回归分析建立因素对调理剂效果的多目标函数，得出最优的调理剂和压滤参数。本发明降低了获取板框压滤确定调理剂参数和压滤参数所需要的时间和实验成本，间接提高了板框压滤的工作效率。

Description

基于均匀设计确定板框压滤机调理剂参数和压滤参数的方法
技术领域
本发明涉及板框压滤机调理剂参数确定领域，具体地说，基于均匀设计确定板框压滤机调理剂参数和压滤参数的方法。
背景技术
板框压滤机作为矿业、污泥、食品等行业常用的过滤分离设备，具有结构简单和较高的过滤效率等优势。进料调理是板框压滤工艺中的核心部分，其效果的好坏直接影响后续单元的压滤效果和压滤成本。常用的调理剂有聚丙烯酰胺(PAM)、聚合氯化铝(PAC)、多孔生物聚合剂(DK)和助滤底泥调理剂(助滤剂)等。然而，实际生产中，由于压榨物的特性存在差异性，导致添加调理剂后出现压滤效果好但成本高、成本低但效果差等现象。PAM投加量、PAC投加量、DK投加量、无机盐调理剂投加量、物料浓度、调理剂反应时间、压滤时间和压榨压力等是影响调理剂的效果和成本的主要参数。这些参数的控制相对独立，并具有多因素和多水平的复杂特性，导致其在实际生产过程中需要投入较高的时间和实验成本来确定。因此，十分有必要开发一种快速确定板框压滤机的调理剂参数和压滤参数的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种基于均匀设计快速确定板框压滤机的调理剂参数和压滤参数的方法，该方法可以降低获取板框压滤调理剂参数和压滤参数所需要的时间和实验成本，能够间接提高板框压滤的工作效率。
为此，本发明采用以下技术方案：
一种基于均匀设计确定板框压滤机调理剂参数和压滤参数的方法，包括以下步骤：
S1，结合现场实际情况，初选影响调理剂效果Y1、Y2、Y3……Yj的N个因素X1、X2、X3...XN，其中，j≥1，N≥3；
S2，针对S1初选的N个因素，依据絮凝小试实验结果确定每个因素的i个水平M1、M2……Mi，其中，i≥3；
S3，根据S1初选的N个因素及S2确定的每个因素的i个水平设计均匀设计表，进而得到均匀设计使用表；
S4，根据S3设计的均匀设计使用表进行板框压滤试验，获得所述调理剂效果Y1、Y2、Y3……Yj的试验结果；
S5，基于S4获得的试验结果，通过多因素回归分析建立因素对调理剂效果的多目标函数，并得出最优的调理剂和压滤参数。
其中，步骤S5包括以下分步骤：
S51，将所述调理剂效果Y1、Y2、Y3...Yj作为因变量，将所述因素X1、X2、X3...XN作为自变量；
S52，根据S4得到的Y1、Y2、Y3...Yj的试验结果分别建立回归方程：
Y1＝F1(X1,X2,X3,..XN)，
Y2＝F2(X1,X2,X3,..XN)，
……，
Yj＝Fj(X1,X2,X3,..XN)；
S53，分别检验每个所述因变量的显著性f是否≤0.01，若否，则调高水平i的个数，执行S3；若是，则方程成立，执行步骤S54；
S54，多目标函数Y＝(Y1，Y2，...Yj)优化求解：
(1)对目标函数Y1、Y2、Y3...Yj分别归一化，有：
Yj’＝(Yj-min(Yj))/(max(Yj)-min(Yj))，j＝1、2、……、j；
(2)通过规划求解分别计算max(Y1)、min(Y1)、max(Y2)、min(Y2)、……max(YN)、min(YN)；
(3)根据实际情况，分别对不同的Yj’赋予系数±1，求Yj’最大值系数为+1，求最小值系数为-1，将不同的Yj’合并求Y’＝±Y1’±Y2’±…±Yj’的最大值；
S55，通过规划求解，得出当Y’为最大值时，自变量X1、X2、X3...XN和因变量Y1、Y2、Y3...Yj的数值。
步骤S2中依据絮凝小试实验结果确定因素水平的方法包括以下步骤：
(1)配置不同种类的调理剂；
(2)取不同投加量的所述调理剂分别与物料充分混合，观察絮凝效果；
(3)通过所述絮凝效果和板框压滤机的硬件条件得出调理剂和压滤参数相关因素水平Mi。
在本发明的另一个实施例中，所述污泥为河湖底泥，所述因素包括PAM投加量(kg/m3)、DK投加量(kg/m3)、PAC投加量(kg/m3)、助滤剂投加量(kg/m3)、反应时间(s)、压榨时间(min)和压榨压力(MPa)。依据絮凝小试实验结果确定不同因素的水平范围，其中，PAM投加量为0-0.0050kg/m3；DK投加量为0-0.0050kg/m3；PAC投加量为0-0.010kg/m3；助滤剂投加量为0-0.040kg/m3；反应时间为20-120s；压榨时间为5-45min；压榨压力为0.5-3.5MPa。
在本发明的另一个实施例中，所述污泥为河湖底泥，所述因素包括PAM投加量(kg/m3)、DK投加量(kg/m3)、助滤剂投加量(kg/m3)、物料浓度、反应时间(s)、压榨时间(min)和压榨压力(MPa)。依据絮凝小试实验结果确定不同因素的水平范围，其中，PAM投加量为0-0.0050kg/m3；DK投加量为0-0.0050kg/m3；助滤剂投加量为0-0.040kg/m3；物料浓度为1.03-1.50g/cm3；反应时间为20-120s；压榨时间为9-45s；压榨压力为0.5-3.5MPa。
在本发明的又一个实施例中，所述污泥为矿山洗沙场泥浆，所述因素包括PAM投加量(kg/m3)、PAC投加量(kg/m3)、DK投加量(kg/m3)、助滤剂投加量(kg/m3)、反应时间(s)、压榨时间(min)和压榨压力(MPa)。依据絮凝小试实验结果确定不同因素的水平范围，其中，PAM投加量为0-0.0050kg/m3；PAC投加量为0-0.010kg/m3；DK投加量为0-0.0050kg/m3；助滤剂投加量为0-0.040kg/m3；反应时间为20-120s；压榨时间为5-45s；压榨压力为0.5-3.5MPa。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.与正交设计相比，本发明采用均匀设计法，通过较少的数据获得可靠性指标，节省了四至十几倍的实验次数，显著降低了在板框压滤调理剂参数和压滤参数确定过程中的工作量，相关费用也随之降低；
2.在不同行业的板框压滤过程中，通过均匀设计与板框压滤实际相结合的方式，将实际问题转化为数学问题，有效解决了板框压滤过程中产生的多种结果指标问题，比如效果好但成本高、成本低但效果差等难以快速寻优的情况。
3.本发明通过均匀设计能快速确定板框压滤工艺的调理剂参数和压滤参数，通过较短时间即可确定高适配度的调理剂，对类似工程的设计及施工也具有指导作用，间接提高了板框压滤的工作效率。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
以下实施例中，PAM代表聚丙烯酰胺；PAC代表聚合氯化铝；DK代表多孔生物聚合剂。
以下实施例中采用的是离子度为30的PAM，使用时将PAM用自来水配制成1wt‰的水溶液。配置时一定要使PAM均匀、分散地落在不断搅拌的水中，并且确保入水时都是分散的单独颗粒，不形成团。
以下实施例中采用的是Al2O3含量为30wt％的PAC，使用时将PAC用自来水配制成5wt％的水溶液，搅拌均匀。
以下实施例中采用的DK为中国发明专利ZL2019112756648(一种河湖生态清淤底泥脱水用多孔生物聚合剂)的申请文件中，实施例1中记载的多孔生物聚合剂。
以下实施例中采用的助滤剂为助滤底泥调理剂，具体为中国发明专利ZL2019112364957(一种河湖生态清淤底泥板框压滤脱水用助滤底泥调理剂)的具体实施方式中记载的助滤底泥调理剂。
以下实施例中所述絮凝小试实验确定不同因素的水平的方法包括以下步骤：
(1)配置不同种类的调理剂；
(2)取不同投加量的所述调理剂分别与物料充分混合，观察絮凝效果；
(3)通过所述絮凝效果和板框压滤机的硬件条件得出调理剂和压滤参数相关因素水平Mi。
在实际生产中，影响调理剂效果的不同因素X通常会对多种结果指标Y产生影响。本发明针对在板框压滤过程中产生的多个目标函数，通过对不同Y赋予系数并累加后求最值，可以得到关于多结果Y的综合X解。
实施例1
本发明在白洋淀某河湖底泥压滤过程中，通过均匀设计快速确定板框压滤机的调理剂参数和压滤参数，具体如下：
S1，结合现场实际情况，初选影响板框压滤机调理剂成本(Y1)、滤饼含水率(Y2)和滤饼产量(Y3)的7个主要因素：PAM投加量(kg/m3)、DK投加量(kg/m3)、PAC投加量(kg/m3)、助滤剂投加量(kg/m3)、反应时间(s)、压榨时间(min)和压榨压力(MPa)。
S2，针对S1中的7个因素，依据絮凝小试实验结果确定不同因素的水平Mi，其中i＝1，2，3，……11，具体为：
PAM投加量(kg/m3)的水平为0、0.0005、0.0010、0.0015、0.0020、0.0025、0.0030、0.0035、0.0040、0.0045、0.0050；DK投加量(kg/m3)的水平为0、0.0005、0.0010、0.0015、0.0020、0.0025、0.0030、0.0035、0.0040、0.0045、0.0050；PAC投加量(kg/m3)的水平为0、0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.010；助滤剂投加量(kg/m3)的水平为0、0.004、0.008、0.012、0.016、0.020、0.024、0.028、0.032、0.036、0.040；反应时间(s)的水平为20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120；压榨时间(min)的水平为5、9、13、17、21、25、29、33、37、41、45；压榨压力(MPa)的水平为0.5、0.8、1.1、1.4、1.7、2.0、2.3、2.6、2.9、3.2、3.5。
S3，根据S1初选的因素和S2确定的的水平，设计均匀设计表U11 *(117)以及均匀设计使用表，分别见表1和表2；
表1均匀设计表U11 *(117)
表2均匀设计使用表
S4，根据S3中的均匀设计使用表进行800m2的板框压滤试验，得到的试验结果见表3；
表3：基于均匀设计的板框压滤试验结果
S5，基于S4的试验结果，通过多因素回归分析建立因素对调理剂效果的多目标函数，并得出最优参数：
其中，各药剂的单价分别为：PAM为20元/kg，DK为60元/kg，PAC为2元/kg，助滤剂为10元/kg。
得到以下回归方程：
Y1＝20X1+60X2+2X3+10X4；
Y2＝0.618-1.666X1-12.487X4-10813.631X2*X2+0.004X7*X7+2445.382X2*X4-0.982X2*X6+0.648X3*X6-0.071X4*X7+0.0001X5*X7；
Y3＝14.137+66.439X3-88.787X4-0.007X5+0.001X6-78995.193X1*X3+12012.993X1*X4-169702.854X2*X3+8.867X2*X5+15060.156X3*X4；
经检验，Y1、Y2和Y3的显著性f均≤0.01，所以方程成立。
其中，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7的取值范围分别为[0,0.005]、[0,0.005]、[0,0.01]、[0,0.04]、[20,120]、[5,45]、[0.5,3.5]。
多目标函数Y＝(Y1，Y2，Y3)优化求解过程如下：
(1)对目标函数归一化：
Y1’＝(Y1-min(Y1))/(max(Y1)-min(Y1))；
Y2’＝(Y2-min(Y2))/(max(Y2)-min(Y2))；
Y3’＝(Y3-min(Y3))/(max(Y3)-min(Y3)))；
(2)max(Y1)、min(Y1)、max(Y2)、min(Y2)、max(Y3)、min(Y3)通过规划求解计算得：max(Y1)＝0.8，min(Y1)＝0，max(Y2)＝1.0，min(Y2)＝0.1，max(Y3)＝18.6，min(Y3)＝3.1。并得出：
Y1’＝(20X1+60X2+2X3+10X4)/0.8；
Y2’＝(0.618-1.666X1-12.487X4-10813.631X2*X2+0.004X7*X7+2445.382X2*X4-0.982X2*X6
+0.648X3*X6-0.071X4*X7+0.0001X5*X7-0.1)/0.9；
Y3’＝(14.137+66.439X3-88.787X4-0.007X5+0.001X6-78995.193X1*X3+12012.993X1*X4-
169702.854X2*X3+8.867X2*X5+15060.156X3*X4-3.1)/15.5；
(3)在实际工程中，调理剂成本Y1和滤饼和含水率Y2求最小值，Y3求最大值。因此，将归一化后的Y1’Y2’Y3’合并求最值：Y’＝-Y1’-Y2’+Y3’，即求：
Y’＝-(20X1+60X2+2X3+10X4)/0.8-(0.618-1.666X1-12.487X4-10813.631X2*X2+0.004X7*X7+
2445.382X2*X4-0.982X2*X6+0.648X3*X6-0.071X4*X7+0.0001X5*X7-0.1)/0.9+(14.137+66.439X3-88.787X4-0.007X5+0.001X6-78995.193X1*X3+12012.993X1*X4-169702.854X2*X3+8.867X2*X5+15060.156X3*X4-3.1)/15.5的最大值。
通过规划求解，当Y’最大时，X1＝0，X2＝0.005，X3＝0，X4＝0，X5＝60，X6＝21，X7＝3.5，即：此工程在PAM投加量为0，DK投加量为0.005kg/m3，PAC投加量为0，助滤剂投加量为0，反应时间为60s，压榨时间为21min，压榨压力为3.5MPa的条件下，调理剂成本(Y1)最低为0.3元/方，滤饼含水率(Y2)最低为31.91％，滤饼产量(Y3)最高为16.37m3/h。
为了验证上述方法的准确性，以上述结果为压滤参数进行实际压滤实验，并计算Yj的偏差，结果如下：
调理剂成本(Y1)偏差为4.7％，滤饼含水率(Y2)偏差为2.8％，滤饼产量(Y3)偏差为3.3％。
由上述结果可知，本实施例的方法得出的调理剂和压滤参数值与实际结果基本一致。并且，由于均匀设计大幅度降低了实验次数，所以可以有效、快速地确定板框压滤工艺的调理剂和压滤参数。
实施例2
本发明在太湖河湖底泥压滤过程中，通过均匀设计快速确定板框压滤机的调理剂参数和压滤参数，具体实施方式如下：
S1，结合现场实际情况，初选影响板框压滤机调理剂成本(Y1)、滤饼含水率(Y2)和滤饼产量(Y3)的因素为：PAM投加量(kg/m3)、DK投加量(kg/m3)、助滤剂投加量(kg/m3)、物料浓度、反应时间(s)、压榨时间(min)和压榨压力(MPa)，共7个因素。
S2，针对S1中的7个因素，依据絮凝小试实验结果确定不同因素的水平Mi，其中i＝1，2，3……11，有：
PAM投加量(kg/m3)的水平为0、0.0005、0.0010、0.0015、0.0020、0.0025、0.0030、0.0035、0.0040、0.0045、0.0050；DK投加量(kg/m3)的水平为0、0.0005、0.0010、0.0015、0.0020、0.0025、0.0030、0.0035、0.0040、0.0045、0.0050；助滤剂投加量(kg/m3)的水平为0、0.004、0.008、0.012、0.016、0.020、0.024、0.028、0.032、0.036、0.040；物料浓度(g/cm3)的水平为1.03、1.05、1.10、1.15、1.20、1.25、1.30、1.35、1.40、1.45、1.50；反应时间(s)的水平为20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120；压榨时间(min)的水平为5、9、13、17、21、25、29、33、37、41、45；压榨压力(MPa)的水平为0.5、0.8、1.1、1.4、1.7、2.0、2.3、2.6、2.9、3.2、3.5。
S3，根据S1初选的因素和S2确定的水平设计均匀设计表U11 *(117)以及均匀设计使用表，分别如表4和表5所示：
表4均匀设计表U11 *(117)
表5均匀设计使用表
S4，根据S3的试验方案进行800m2的板框压滤试验，结果见表6：
表6：基于均匀设计板框压滤结果
S5，基于S4的试验数据，通过多因素回归分析建立影响因素对调理剂效果的多目标函数，并得出最优参数：
其中，各药剂的单价分别为：PAM为20元/kg，DK为60元/kg，助滤剂为10元/kg。
得到以下回归方程：
Y1＝20X1+60X2+10X3
Y2＝0.328+0.003X5+12005.879X1*X1+5220.541X2*X2+0.002X7*X7+0.385X1*X5-23.686X1*X7+4.862X2*X4-0.002X4*X5+0.001X4*X7
Y3＝12.450+0.087X6+80812.781X1*X1-1.468X4*X4-0.0017X6*X6+195.599X2*X4+6.113X2*X5-3.911X2*X6+0.001X4*X5-0.002X5*X7
经检验，Y1、Y2和Y3的显著性f均≤0.01，所以方程成立。
其中，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7的取值范围分别为[0,0.005]、[0,0.005]、[0,0.04]、[1.03,1.50]、[20,120]、[5,45]、[0.5,3.5]。
多目标函数Y＝(Y1，Y2，Y3)优化求解：
(1)对目标函数归一化：
Y1’＝(Y1-min(Y1))/(max(Y1)-min(Y1))
Y2’＝(Y2-min(Y2))/(max(Y2)-min(Y2))
Y3’＝(Y3-min(Y3))/(max(Y3)-min(Y3)))
(2)max(Y1)、min(Y1)、max(Y2)、min(Y2)、max(Y3)、min(Y3)通过规划求解计算得：max(Y1)＝0.8，min(Y1)＝0，max(Y2)＝0.6，min(Y2)＝0.3，max(Y3)＝18.2，min(Y3)＝8.8。并得出：
Y1’＝(20X1+60X2+10X3)/0.8
Y2’＝(0.328+0.003X5+12005.879X1*X1+5220.541X2*X2+0.002X7*X7+0.385X1*X5-23.686
X1*X7+4.862X2*X4-0.002X4*X5+0.001X4*X7-0.3)/0.3
Y3’＝(12.450+0.087X6+80812.781X1*X1-1.468X4*X4-0.0017X6*X6+195.599X2*X4+6.113
X2*X5-3.911X2*X6+0.001X4*X5-0.002X5*X7-8.8)/9.4
(3)在实际工程中，调理剂成本Y1和滤饼和含水率Y2求最小值，Y3求最大值。因此，将归一化后的Y1’Y2’Y3’合并求最值：Y’＝-Y1’-Y2’+Y3’，即求：
Y’＝-(20X1+60X2+10X3)/0.8-(0.328+0.003X5+12005.879X1*X1+5220.541X2*X2+0.002X7*
X7+0.385X1*X5-23.686X1*X7+4.862X2*X4-0.002X4*X5+0.001X4*X7-0.3)/0.3+(12.450+0.087X6+80812.781X1*X1-1.468X4*X4-0.0017X6*X6+195.599X2*X4+6.113X2*X5-3.911X2*X6+0.001X4*X5-0.002X5*X7-8.8)/9.4的最大值。
通过规划求解，当Y’最大时，X1＝0，X2＝0，X3＝0.036，X4＝0，X5＝20，X6＝10，X7＝3，即此工程在PAM投加量为0，DK投加量为0，助滤剂投加量为0.036kg/m3，反应时间为20s，压榨时间为10min，压榨压力为3MPa的条件下，调理剂成本(Y1)最低为0.4元/方，滤饼含水率(Y2)最低为43.06％，滤饼产量(Y3)最高为13.02m3/h。
为了验证上述方法的准确性，以上述结果为压滤参数进行实际压滤实验，并计算Yi的偏差，结果如下：
调理剂成本(Y1)偏差为1.3％，滤饼含水率(Y2)偏差为5.6％，滤饼产量(Y3)偏差为4.8％。
由上述结果可知，本实施例的方法得出的调理剂参数和压滤参数理论值与实际效果基本一致。由于均匀设计大幅度降低了实验次数，所以可以有效、快速确定板框压滤工艺的调理剂参数和压滤参数。
实施例3
本发明在湖北某矿山洗砂场的泥浆压滤过程中，通过均匀设计快速确定板框压滤机的调理剂参数和压滤参数，具体实施方式如下：
S1，初选影响板框压滤机调理剂成本(Y1)、滤饼含水率(Y2)和滤饼产量(Y3)的因素：PAM投加量(kg/m3)、(DK投加量(kg/m3)、PAC投加量(kg/m3)、助滤剂投加量(kg/m3)、反应时间(s)、压榨时间(min)和压榨压力(MPa)，其7个因素。
S2，针对S1中的7个因素，依据絮凝小试实验结果确定不同因素的水平Mi，其中i＝1，2，3……11，有：
PAM投加量(kg/m3)的水平为0、0.0005、0.0010、0.0015、0.0020、0.0025、0.0030、0.0035、0.0040、0.0045、0.0050；DK投加量(kg/m3)的水平为0、0.0005、0.0010、0.0015、0.0020、0.0025、0.0030、0.0035、0.0040、0.0045、0.0050；PAC投加量(kg/m3)的水平为0、0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.010；助滤剂投加量(kg/m3)的水平为0、0.004、0.008、0.012、0.016、0.020、0.024、0.028、0.032、0.036、0.040；反应时间(s)的水平为20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120；压榨时间(min)的水平为5、9、13、17、21、25、29、33、37、41、45；压榨压力(MPa)的水平为0.5、0.8、1.1、1.4、1.7、2.0、2.3、2.6、2.9、3.2、3.5。
S3，根据S1S1初选的因素和S2确定水平，设计相应均匀设计表U11 *(117)以及均匀设计使用表，分别如表7和表8所示：
表7均匀设计表U11 *(117)
表8均匀设计使用表
S4，根据S3的试验方案，进行800m2的板框压滤试验，结果见表9：
表9：基于均匀设计板框压滤结果
S5，基于S4的试验数据，通过多因素回归分析，建立影响因素对调理剂效果的多目标函数，并得出最优参数。其中，各药剂的单价分别为：PAM为20元/kg，DK为60元/kg，PAC为2元/kg，助滤剂为10元/kg。
得到以下回归方程：
Y1＝20X1+60X2+2X3+10X4
Y2＝0.298+3.439X3-5897.587X2*X2+116.844X3*X3+0.503X1*X5+2660.701X2*X4+0.096X2*
X6-13.093X3*X4-0.135X3*X5-0.009X4*X5
Y3＝13.895-1714.931X2-7.433X4+364324.290X2*X2+52052.565X3*X3+19618.482X1*X2-112
72.987X3*X4+0.144X4*X5+1.020X4*X6-0.008X5*X7
经检验，Y1、Y2和Y3的显著性f均≤0.01，所以方程成立。
其中，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7的取值范围分别为[0,0.005]、[0,0.005]、[0,0.01]、[0,0.04]、[20,120]、[5,45]、[0.5,3.5]。
多目标函数Y＝(Y1，Y2，Y3)优化求解：
(1)对目标函数归一化：
Y1’＝(Y1-min(Y1))/(max(Y1)-min(Y1))
Y2’＝(Y2-min(Y2))/(max(Y2)-min(Y2))
Y3’＝(Y3-min(Y3))/(max(Y3)-min(Y3)))
(2)max(Y1)、min(Y1)、max(Y2)、min(Y2)、max(Y3)、min(Y3)通过规划求解计算得：max(Y1)＝0.82，min(Y1)＝0，max(Y2)＝0.96，min(Y2)＝0.04，max(Y3)＝16.66，min(Y3)＝8.44。并得出：
Y1’＝(20X1+60X2+2X3+10X4)/0.82
Y2’＝(0.298+3.439X3-5897.587X2*X2+116.844X3*X3+0.503X1*X5+2660.701X2*X4+0.096
X2*X6-13.093X3*X4-0.135X3*X5-0.009X4*X5-0.0.04)/0.92
Y3’＝(13.895-1714.931X2-7.433X4+364324.290X2*X2+52052.565X3*X3+19618.482X1*X2-
11272.987X3*X4+0.144X4*X5+1.020X4*X6-0.008X5*X7-8.44)/8.22
(3)在实际工程中，调理剂成本Y1和滤饼和含水率Y2求最小值，Y3求最大值。因此，将归一化后的Y1’Y2’Y3’合并求最值：Y’＝-Y1’-Y2’+Y3’，即求
Y’＝-(20X1+60X2+2X3+10X4)/0.82-(0.298+3.439X3-5897.587X2*X2+116.844X3*X3+0.503
X1*X5+2660.701X2*X4+0.096X2*X6-13.093X3*X4-0.135X3*X5-0.009X4*X5-0.0.04)/0.92+(13.895-1714.931X2-7.433X4+364324.290X2*X2+52052.565X3*X3+19618.482X1*X2-11272.987X3*X4+0.144X4*X5+1.020X4*X6-0.008X5*X7-8.44)/8.22的最大值。
通过规划求解，当Y’最大时，X1＝0.005，X2＝0，X3＝0.01，X4＝0，X5＝100，X6＝25，X7＝3，即此工程在PAM投加量为0.005kg/m3，DK投加量为0，PAC投加量为0.01kg/m3，助滤剂投加量为0，反应时间为100s，压榨时间为25min，压榨压力为3MPa的条件下，调理剂成本(Y1)最低为0.03元/方，滤饼含水率(Y2)最低为23.38％，滤饼产量(Y3)最高为16.64m3/h。
为了验证上述方法的准确性，以上述结果为压滤参数进行实际压滤实验，并计算Yi的偏差，结果如下：
调理剂成本(Y1)偏差为5.3％，滤饼含水率(Y2)偏差为4.6％，滤饼产量(Y3)偏差为3.8％。
由上述结果可知，本实施例的方法得出的调理剂参数和压滤参数理论值与实际效果基本一致，由于均匀设计可以大幅度降低实验次数，所以可以有效、快速确定板框压滤工艺的调理剂参数和压滤参数。

Claims (9)

1.一种基于均匀设计确定板框压滤机调理剂参数和压滤参数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，结合现场实际情况，初选影响调理剂效果Y1、Y2、Y3……Yj的N个因素X1、X2、X3...XN，其中，j≥1，N≥3；
S2，针对S1初选的N个因素，依据絮凝小试实验结果确定每个因素的i个水平M1、M2……Mi，其中，i≥3；
S3，根据S1初选的N个因素及S2确定的每个因素的i个水平设计均匀设计表，进而得到均匀设计使用表；
S4，根据S3设计的均匀设计使用表进行板框压滤试验，获得所述调理剂效果Y1、Y2、Y3……Yj的试验结果；
S5，基于S4获得的试验结果，通过多因素回归分析建立因素对调理剂效果的多目标函数，并得出最优的调理剂和压滤参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5包括以下分步骤：
S51，将所述调理剂效果Y1、Y2、Y3...Yj作为因变量，将所述因素X1、X2、X3...XN作为自变量；
S52，根据S4得到的Y1、Y2、Y3...Yj的试验结果分别建立回归方程：
Y1＝F1(X1,X2,X3,..XN)，
Y2＝F2(X1,X2,X3,..XN)，
……，
Yj＝Fj(X1,X2,X3,..XN)；
S53，分别检验每个所述因变量的显著性f是否≤0.01，若否，则调高水平i的个数，执行S3；若是，则方程成立，执行步骤S54；
S54，多目标函数Y＝(Y1，Y2，...Yj)优化求解：
(1)对目标函数Y1、Y2、Y3...Yj分别归一化，有：
Yj’＝(Yj-min(Yj))/(max(Yj)-min(Yj))，j＝1、2、……、j；
(2)通过规划求解分别计算max(Y1)、min(Y1)、max(Y2)、min(Y2)、……max(YN)、min(YN)；
(3)根据实际情况，分别对不同的Yj’赋予系数±1，求Yj’最大值系数为+1，求最小值系数为-1，将不同的Yj’合并求Y’＝±Y1’±Y2’±…±Yj’的最大值；
S55，通过规划求解，得出当Y’为最大值时，自变量X1、X2、X3...XN和因变量Y1、Y2、Y3...Yj的数值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中依据絮凝小试实验结果确定因素水平的方法包括以下步骤：
(1)配置不同种类的调理剂；
(2)取不同投加量的所述调理剂分别与物料充分混合，观察絮凝效果；
(3)通过所述絮凝效果和板框压滤机的硬件条件得出调理剂和压滤参数相关因素水平Mi。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述污泥为河湖底泥，所述因素X为7个，分别为PAM投加量、DK投加量、PAC投加量、助滤剂投加量、反应时间、压榨时间(min)和压榨压力。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：依据絮凝小试实验结果确定不同因素的水平范围，其中，PAM投加量为0-0.0050kg/m3；DK投加量为0-0.0050kg/m3；PAC投加量为0-0.010kg/m3；助滤剂投加量为0-0.040kg/m3；反应时间为20-120s；压榨时间为5-45min；压榨压力为0.5-3.5MPa。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述污泥为河湖底泥，所述因素为7个，分别为PAM投加量、DK投加量、助滤剂投加量、物料浓度、反应时间、压榨时间和压榨压力。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：依据絮凝小试实验结果确定不同因素的水平范围，其中，PAM投加量为0-0.0050kg/m3；DK投加量为0-0.0050kg/m3；助滤剂投加量为0-0.040kg/m3；物料浓度为1.03-1.50g/cm3；反应时间为20-120s；压榨时间为9-45s；压榨压力为0.5-3.5MPa。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述污泥为矿山洗沙场泥浆，所述因素为7个，分别为PAM投加量、PAC投加量、DK投加量、助滤剂投加量、反应时间、压榨时间和压榨压力。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：依据絮凝小试实验结果确定不同因素的水平范围，其中，PAM投加量为0-0.0050kg/m3；PAC投加量为0-0.010kg/m3；DK投加量为0-0.0050kg/m3；助滤剂投加量为0-0.040kg/m3；反应时间为20-120s；压榨时间为5-45s；压榨压力为0.5-3.5MPa。
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