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| 數據的(de)相關性在污水廠(chang)工(gong)藝分析中(zhong)的(de)應用(yong) |
| 發(fa)表時間(jian)：2024-01-23 15:24:02 作者：admin |
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作(zuo)(zuo)為污(wu)水(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)的(de)(de)運(yun)(yun)營(ying)人員來(lai)說，每(mei)天需(xu)要面(mian)對污(wu)水(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)在(zai)運(yun)(yun)行(xing)(xing)(xing)中出現的(de)(de)各類問(wen)題，特(te)別(bie)是在(zai)工(gong)(gong)藝運(yun)(yun)行(xing)(xing)(xing)方面(mian)，污(wu)水(shui)(shui)(shui)處理工(gong)(gong)藝是一(yi)個(ge)綜(zong)合了很多外界和內部因(yin)素(su)的(de)(de)過(guo)程(cheng)，而且每(mei)個(ge)廠(chang)(chang)都(dou)有自己具(ju)體(ti)的(de)(de)不(bu)同的(de)(de)影響因(yin)素(su)，這些(xie)因(yin)素(su)互相(xiang)作(zuo)(zuo)用(yong)，形(xing)成(cheng)了每(mei)個(ge)廠(chang)(chang)里具(ju)體(ti)的(de)(de)運(yun)(yun)行(xing)(xing)(xing)工(gong)(gong)況。基于這種(zhong)原(yuan)因(yin)，對污(wu)水(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)的(de)(de)運(yun)(yun)行(xing)(xing)(xing)工(gong)(gong)藝的(de)(de)分(fen)(fen)析往往需(xu)要綜(zong)合各個(ge)方面(mian)來(lai)進行(xing)(xing)(xing)。隨(sui)著近年來(lai)污(wu)水(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)運(yun)(yun)行(xing)(xing)(xing)中越(yue)來(lai)越(yue)多的(de)(de)在(zai)線儀表，運(yun)(yun)行(xing)(xing)(xing)統(tong)計，化驗分(fen)(fen)析的(de)(de)應(ying)用(yong)，污(wu)水(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)產生了大(da)量的(de)(de)運(yun)(yun)行(xing)(xing)(xing)數(shu)據，這些(xie)數(shu)據成(cheng)為了工(gong)(gong)藝運(yun)(yun)行(xing)(xing)(xing)工(gong)(gong)況分(fen)(fen)析的(de)(de)主要依據。本篇和大(da)家探討(tao)一(yi)下運(yun)(yun)行(xing)(xing)(xing)數(shu)據的(de)(de)相(xiang)關性在(zai)污(wu)水(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)工(gong)(gong)藝分(fen)(fen)析中的(de)(de)應(ying)用(yong)。
在污水廠的運(yun)行數(shu)據中進(jin)行關聯性分(fen)析可以(yi)幫助(zhu)我們(men)理解各個參數(shu)之間的相互關系(xi)，以(yi)及它(ta)們(men)對污水處(chu)理過程的影(ying)響。在做這個之前，需要了解什么是數(shu)據的相關性分(fen)析？
數(shu)據的(de)(de)(de)相(xiang)關(guan)(guan)(guan)性分析是一種(zhong)統計(ji)方法(fa)，用(yong)于(yu)衡(heng)量(liang)和描述兩個或(huo)多(duo)個變量(liang)之(zhi)(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)關(guan)(guan)(guan)聯程度(du)。它(ta)(ta)幫助我(wo)們確定變量(liang)之(zhi)(zhi)間(jian)是否存在(zai)某種(zhong)關(guan)(guan)(guan)系(xi)，以(yi)及這(zhe)種(zhong)關(guan)(guan)(guan)系(xi)的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)和方向(xiang)(xiang)。在(zai)相(xiang)關(guan)(guan)(guan)性分析中，常用(yong)的(de)(de)(de)指標是相(xiang)關(guan)(guan)(guan)系(xi)數(shu)，它(ta)(ta)可以(yi)衡(heng)量(liang)兩個變量(liang)之(zhi)(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)線(xian)性關(guan)(guan)(guan)系(xi)的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)和方向(xiang)(xiang)。最常見的(de)(de)(de)相(xiang)關(guan)(guan)(guan)系(xi)數(shu)是皮(pi)爾遜(xun)(xun)相(xiang)關(guan)(guan)(guan)系(xi)數(shu)，它(ta)(ta)的(de)(de)(de)取值(zhi)范圍在(zai)-1到1之(zhi)(zhi)間(jian)，表示變量(liang)之(zhi)(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)線(xian)性關(guan)(guan)(guan)系(xi)強(qiang)度(du)和方向(xiang)(xiang)。除了(le)皮(pi)爾遜(xun)(xun)相(xiang)關(guan)(guan)(guan)系(xi)數(shu)，還有其他(ta)相(xiang)關(guan)(guan)(guan)性指標，如(ru)斯皮(pi)爾曼(man)相(xiang)關(guan)(guan)(guan)系(xi)數(shu)和判定系(xi)數(shu)等(deng)，用(yong)于(yu)衡(heng)量(liang)非(fei)線(xian)性關(guan)(guan)(guan)系(xi)或(huo)解釋相(xiang)關(guan)(guan)(guan)性的(de)(de)(de)方差比(bi)例。
污(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)的(de)(de)(de)實際運(yun)行(xing)(xing)(xing)人員并(bing)不是要(yao)深入(ru)掌握系(xi)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)計算方法，這(zhe)一篇只是給大家普及(ji)(ji)一下數(shu)(shu)據關(guan)聯性(xing)(xing)分析(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)概念(nian)。從污(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)的(de)(de)(de)運(yun)行(xing)(xing)(xing)角度來說，每天運(yun)行(xing)(xing)(xing)過程中產(chan)生的(de)(de)(de)大量的(de)(de)(de)運(yun)行(xing)(xing)(xing)數(shu)(shu)據，這(zhe)些數(shu)(shu)據給我們提(ti)供了怎樣(yang)的(de)(de)(de)活性(xing)(xing)污(wu)泥狀態(tai)的(de)(de)(de)描述，進(jin)水(shui)(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)(shui)質(zhi)狀態(tai)的(de)(de)(de)描述，出水(shui)(shui)(shui)(shui)變(bian)化趨勢(shi)(shi)的(de)(de)(de)描述，這(zhe)都是需(xu)要(yao)利(li)用這(zhe)些大量的(de)(de)(de)每日(ri)運(yun)行(xing)(xing)(xing)數(shu)(shu)據進(jin)行(xing)(xing)(xing)相關(guan)性(xing)(xing)分析(xi)(xi)(xi)來得(de)出正(zheng)確的(de)(de)(de)判斷。通過污(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)每日(ri)產(chan)生的(de)(de)(de)運(yun)行(xing)(xing)(xing)數(shu)(shu)據的(de)(de)(de)相關(guan)性(xing)(xing)分析(xi)(xi)(xi)，可以了解污(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)各(ge)個(ge)運(yun)行(xing)(xing)(xing)參數(shu)(shu)/變(bian)量之間的(de)(de)(de)關(guan)聯程度，幫助工藝管理人員理解數(shu)(shu)據的(de)(de)(de)模式、預測趨勢(shi)(shi)以及(ji)(ji)探索因果關(guan)系(xi)。這(zhe)對于污(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)進(jin)行(xing)(xing)(xing)工藝分析(xi)(xi)(xi)、決策和問題(ti)解決具有重要(yao)的(de)(de)(de)作用。
如何進行(xing)污水廠的(de)運(yun)行(xing)數(shu)據(ju)的(de)相關性(xing)(xing)分析呢？在(zai)污水廠的(de)運(yun)行(xing)過程(cheng)中(zhong)，數(shu)據(ju)在(zai)不(bu)斷(duan)的(de)產生，如何把這些(xie)數(shu)據(ju)之間的(de)關聯(lian)性(xing)(xing)找到，這需要通(tong)過一定(ding)的(de)程(cheng)序和(he)方法來進行(xing)，下面圍繞(rao)對污水廠的(de)運(yun)行(xing)數(shu)據(ju)進行(xing)關聯(lian)性(xing)(xing)分析的(de)一般步驟來和(he)大家(jia)探討一下：
數(shu)(shu)據(ju)收集：首先(xian)，收集和(he)整理(li)與污(wu)(wu)水(shui)(shui)處理(li)過程相關(guan)的各種運(yun)行數(shu)(shu)據(ju)，這可能包括進(jin)水(shui)(shui)流量、進(jin)水(shui)(shui)水(shui)(shui)質(zhi)參數(shu)(shu)(如懸浮物、化學(xue)需(xu)氧(yang)量、氨(an)氮(dan)等(deng))、處理(li)單元的運(yun)行參數(shu)(shu)(如曝氣時間、溶解氧(yang)、污(wu)(wu)泥濃(nong)度(du)、揮發性污(wu)(wu)泥濃(nong)度(du)、污(wu)(wu)泥齡等(deng))等(deng)。這些數(shu)(shu)據(ju)的來源可以(yi)是化驗室、在線監測儀表，第三方檢測數(shu)(shu)據(ju)，統(tong)計數(shu)(shu)據(ju)等(deng)等(deng)。
數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)預處理：對(dui)收集到的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)進(jin)行預處理，包括數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)清(qing)洗(xi)、缺(que)失(shi)值(zhi)處理和(he)(he)異常值(zhi)處理。這(zhe)(zhe)項工作(zuo)是很關(guan)鍵的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)步，很多污(wu)水(shui)廠(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)并不是完全準確的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，失(shi)真的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原因可以從在線儀表數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)波動、化(hua)驗誤(wu)差、取(qu)樣(yang)偶然(ran)性(xing)等(deng)方面進(jin)行分(fen)析，比如(ru)說污(wu)泥車間清(qing)洗(xi)或(huo)者污(wu)泥儲池(chi)溢流造成(cheng)造成(cheng)進(jin)水(shui)取(qu)樣(yang)瞬(shun)時(shi)值(zhi)很高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)，就(jiu)不能(neng)作(zuo)為(wei)進(jin)水(shui)水(shui)質(zhi)來進(jin)行分(fen)析，取(qu)樣(yang)時(shi)要(yao)刻意避(bi)開這(zhe)(zhe)些時(shi)段。針對(dui)一(yi)些特殊的(de)(de)(de)(de)(de)(de)偏離正常的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)，要(yao)結合(he)工藝運行來進(jin)行判斷其(qi)真實性(xing)和(he)(he)準確性(xing)，剔除(chu)和(he)(he)清(qing)洗(xi)受(shou)影(ying)響而(er)失(shi)真的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)，確保(bao)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)準確性(xing)和(he)(he)完整性(xing)是進(jin)行關(guan)聯(lian)性(xing)分(fen)析的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重要(yao)前(qian)提。
相(xiang)關性(xing)計算(suan)(suan)：使用(yong)合(he)適的(de)統(tong)計方(fang)法(fa)或機器學習算(suan)(suan)法(fa)計算(suan)(suan)各(ge)個參數(shu)之間的(de)相(xiang)關性(xing)。常用(yong)的(de)方(fang)法(fa)包括相(xiang)關系數(shu)(如(ru)皮爾遜相(xiang)關系數(shu))、協方(fang)差分(fen)析、回歸(gui)分(fen)析等。這(zhe)些方(fang)法(fa)可以(yi)幫助確定(ding)參數(shu)之間的(de)線(xian)性(xing)或非線(xian)性(xing)相(xiang)關性(xing)。這(zhe)個可以(yi)作為具有一定(ding)數(shu)學分(fen)析基礎的(de)污(wu)水廠管理(li)人員來進行，如(ru)果確實沒有這(zhe)方(fang)面的(de)能(neng)力，可以(yi)跳過這(zhe)個環節，先用(yong)可視化的(de)方(fang)式來進行分(fen)析。
可(ke)(ke)視化(hua)分(fen)析：將相(xiang)關(guan)性(xing)(xing)分(fen)析的結(jie)果可(ke)(ke)視化(hua)，以便更好地理解數據(ju)之間的關(guan)系。可(ke)(ke)以使用散點圖、熱力圖、線性(xing)(xing)回(hui)歸曲(qu)線等可(ke)(ke)視化(hua)工具來(lai)展示(shi)相(xiang)關(guan)性(xing)(xing)的程度和趨勢，如果沒有進行相(xiang)關(guan)性(xing)(xing)的計算，可(ke)(ke)以簡單的用同時期兩個或多個參(can)數的變化(hua)曲(qu)線進行簡單的對比分(fen)析。
統計(ji)顯(xian)(xian)著(zhu)性(xing)檢驗(yan)：對于(yu)得(de)到的相關性(xing)結(jie)果，可以進(jin)行統計(ji)顯(xian)(xian)著(zhu)性(xing)檢驗(yan)，以確(que)定關聯性(xing)是(shi)否具(ju)(ju)有統計(ji)學上的顯(xian)(xian)著(zhu)性(xing)。這(zhe)可以通過計(ji)算相關系數(shu)的置信區間或(huo)進(jin)行假設檢驗(yan)來實現。簡(jian)單的說就是(shi)分析我們(men)做出(chu)(chu)來的相關性(xing)具(ju)(ju)備(bei)不(bu)具(ju)(ju)備(bei)常規性(xing)，是(shi)偶然的數(shu)據巧合，還是(shi)長期穩(wen)定的關聯，這(zhe)項工作需(xu)要結(jie)合更長時間的周(zhou)期內更多的參數(shu)數(shu)據來進(jin)行統計(ji)對比，這(zhe)樣才能做出(chu)(chu)準(zhun)確(que)的判(pan)斷。
解釋(shi)和(he)應用：根據相(xiang)關(guan)性(xing)(xing)分(fen)(fen)析(xi)(xi)的(de)(de)結果(guo)，解釋(shi)不同參(can)數(shu)之(zhi)間(jian)(jian)的(de)(de)關(guan)系(xi)(xi)，并應用這(zhe)些(xie)(xie)結果(guo)來優化污(wu)(wu)水(shui)處理過程(cheng)。這(zhe)個是我們做數(shu)據相(xiang)關(guan)分(fen)(fen)析(xi)(xi)的(de)(de)最終(zhong)目標，對污(wu)(wu)水(shui)廠這(zhe)樣的(de)(de)復雜影響因素(su)的(de)(de)工藝(yi)(yi)系(xi)(xi)統，如(ru)果(guo)具備參(can)數(shu)之(zhi)間(jian)(jian)的(de)(de)關(guan)聯性(xing)(xing)分(fen)(fen)析(xi)(xi)，就會得到更(geng)多的(de)(de)綜(zong)合信息(xi)。例如(ru)，如(ru)果(guo)某(mou)些(xie)(xie)參(can)數(shu)之(zhi)間(jian)(jian)存在(zai)強(qiang)相(xiang)關(guan)性(xing)(xing)，比如(ru)污(wu)(wu)水(shui)廠中(zhong)的(de)(de)某(mou)一種(zhong)或多種(zhong)指示性(xing)(xing)微生物(wu)和(he)進出水(shui)質變(bian)化，活(huo)性(xing)(xing)污(wu)(wu)泥(ni)沉降性(xing)(xing)能，活(huo)性(xing)(xing)污(wu)(wu)泥(ni)的(de)(de)有機份(fen)之(zhi)間(jian)(jian)的(de)(de)關(guan)聯，通過可以基于這(zhe)些(xie)(xie)關(guan)系(xi)(xi)來基于指示性(xing)(xing)微生物(wu)進行工藝(yi)(yi)的(de)(de)預(yu)判，優化活(huo)性(xing)(xing)污(wu)(wu)泥(ni)的(de)(de)性(xing)(xing)狀(zhuang)、改進控制工藝(yi)(yi)或預(yu)測(ce)未來的(de)(de)變(bian)化。
我們在判(pan)斷(duan)某項(xiang)數據變化是(shi)(shi)否(fou)合(he)(he)理的(de)時(shi)候，可以通過相關性(xing)分析建立的(de)關聯數據之間(jian)的(de)彼(bi)此驗證(zheng)來判(pan)斷(duan)是(shi)(shi)否(fou)合(he)(he)理。比如對進(jin)(jin)(jin)水(shui)單一指標在線監(jian)測(ce)儀表(biao)數據的(de)突(tu)然躍遷(qian)，判(pan)斷(duan)是(shi)(shi)否(fou)是(shi)(shi)單一儀表(biao)的(de)問(wen)題還(huan)是(shi)(shi)進(jin)(jin)(jin)水(shui)水(shui)質的(de)問(wen)題時(shi)候，可以結合(he)(he)其他指標的(de)在線監(jian)測(ce)數據來進(jin)(jin)(jin)行綜合(he)(he)判(pan)斷(duan)，通過比對這(zhe)些(xie)相關性(xing)指標，可以看到指標躍遷(qian)的(de)合(he)(he)理性(xing)，如下圖所示(shi)，氨氮忽然增(zeng)高通過COD的(de)曲線對比，可以判(pan)定(ding)是(shi)(shi)進(jin)(jin)(jin)水(shui)水(shui)質突(tu)增(zeng)而(er)不是(shi)(shi)設備問(wen)題。
但(dan)是在(zai)應(ying)用(yong)(yong)數據(ju)進行相關(guan)性分(fen)析的同時，需(xu)要注意的是，應(ying)該注意相關(guan)性并不(bu)意味著(zhu)因(yin)果關(guan)系(xi)。相關(guan)性只(zhi)能顯示變(bian)量之間的關(guan)聯程(cheng)度，它們(men)是互(hu)相佐證的關(guan)系(xi)，不(bu)能確(que)定其中的因(yin)果方向。工藝人員在(zai)解釋某些工藝問(wen)題的結果時，需(xu)要謹慎分(fen)析，結合污水處理的理論(lun)知識(shi)和(he)近期和(he)遠期的工藝運行操作經驗，以得出(chu)準確(que)的結論(lun)和(he)應(ying)用(yong)(yong)建議。
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