基于SVR的滴濾池處理TP關(guān)系模型研究

摘 要：文章利用了支持向量機(jī)對(duì)滴濾池處理生活污水中的TP進(jìn)行了細(xì)致的研究，建立出了支持向量機(jī)的TP去除率的模型，得到模型的準(zhǔn)確性達(dá)到了82%以上，說(shuō)明了模型的準(zhǔn)確性科學(xué)性。同時(shí)建立了34個(gè)支持向量，通過(guò)投影高維面，很好的對(duì)TP去除率模型進(jìn)行研究，對(duì)于工程中處理生活污水模型具有一定的意義。

關(guān)鍵詞：生活污水；滴濾池；工程項(xiàng)目；支持向量機(jī)模型；TP去除率

1 概述

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。工業(yè)廢水和生活污水的亂排成為了最主要的原因，即造成了點(diǎn)源污染和面源污染。面源污染已經(jīng)成為了相當(dāng)難處理的問(wèn)題，也引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。面源污染主要來(lái)自于農(nóng)村生活污水的排放，農(nóng)村生活污水與城市生活污水有很大不同點(diǎn)，主要是由洗滌、沐浴排水，衛(wèi)生潔具等排水比較少。農(nóng)村生活污水，一般兩種類型，第一種水量低但是濃度比較高，另外一種是水量比較高濃度比較低。水質(zhì)特點(diǎn)主要是COD變化一般在780-1349mg/L之間，TN一般70-80mg/L之間，TP一般在4.5-6.5mg/L之間。經(jīng)常農(nóng)村污染的不加控制排放進(jìn)入河道、湖泊中導(dǎo)致了富營(yíng)養(yǎng)化形成，太湖、滇池等湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題很大一部分原因是營(yíng)養(yǎng)鹽的過(guò)剩，TP在其中起了很大的作用，TP的來(lái)源大部分是農(nóng)村含磷的物質(zhì)大量使用，因此在農(nóng)村生活污水進(jìn)入河道湖泊之前，對(duì)磷的控制很有必要。文章主要采用了滴濾池對(duì)生活污水中的P的處理效果進(jìn)行了研究，進(jìn)行連續(xù)觀察一段時(shí)間磷的變化特點(diǎn)，對(duì)于這種復(fù)雜的非線性變化特征，文章利用了支持向量機(jī)（SVM）模型對(duì)滴濾池中TP的變化模型進(jìn)行了研究。

2 生物濾池簡(jiǎn)介

近年來(lái)，水污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，越來(lái)越多污水處理工藝應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)活性污泥處理水相比，生物膜法因其抗沖擊負(fù)荷、剩余污泥產(chǎn)量少等特點(diǎn)適合低濃度污水處理。生物滴濾池是生物膜法的傳統(tǒng)工藝。隨著國(guó)家大力提倡城市污水廠的節(jié)能降耗，該工藝被得到重視和研究。它是由池體、濾料、布水裝置和排水系統(tǒng)組成。生物滴濾池具有耐沖擊負(fù)荷、可持續(xù)性好、能耗低、維護(hù)和運(yùn)行簡(jiǎn)便、處理效果較好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，改變其填料可以處理高有機(jī)物濃度的廢水，能夠達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。另外，它具有占地面積大，頂部填料易堵塞，蚊蟲(chóng)和氣味等問(wèn)題影響環(huán)境衛(wèi)生等缺點(diǎn)。因?yàn)椋谖鬯幚砥鹗茧A段，有機(jī)負(fù)荷較高，使微生物生長(zhǎng)旺盛，極易發(fā)生堵塞，影響了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。對(duì)于生物濾池的研究，首先在濾料的選擇，包括其材質(zhì)、比表面積等參數(shù)進(jìn)行深入研究，使得既能保證污水停留時(shí)間，又有利于氧氣的傳質(zhì)效率。其次，需要改善進(jìn)水方式和通風(fēng)的裝置。

3 支持向量機(jī)簡(jiǎn)介

用于非線性回歸和模式分類的支持向量機(jī)（Support Vector Machine，SVM）是Vapnik首先提出來(lái)的。支持向量機(jī)主要是建立了一個(gè)分類超平面的決策曲面，使得不同類別之間的分隔最大化，主要運(yùn)用了統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論，使得結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化。支持向量機(jī)避免了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大數(shù)據(jù)量問(wèn)題，只需要有限的數(shù)據(jù)量建立支持向量機(jī)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。支持向量機(jī)同時(shí)還具有魯棒性、計(jì)算簡(jiǎn)單、泛化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)于給定的樣本，支持向量機(jī)將原樣本空間投影到高維的映射空間，尋找出？漬和b，使非線性回歸函數(shù)：

結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化，即min5×w×wT。引入懲罰因子C和松弛變量？孜i優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為：

支持向量機(jī)中的參數(shù)能夠使用遺傳算法、粒子群算法等進(jìn)行尋優(yōu)。

4 工程試驗(yàn)裝置

整個(gè)生活污水通過(guò)提升泵進(jìn)入滴濾池的頂部，滴濾池的平面尺寸2m*1m，填料高2m，填料體積4立方米，填料選擇了鵝卵石。當(dāng)生活污水進(jìn)入滴濾池的高位水箱之后，進(jìn)行噴灑，進(jìn)入填料。最終經(jīng)過(guò)填料底部排出。如圖1所示。

5 工程試驗(yàn)處理效果與結(jié)論

不斷的改變進(jìn)水負(fù)荷，對(duì)滴濾池進(jìn)行運(yùn)行，進(jìn)行連續(xù)35天的運(yùn)行處理，得到了總磷了去除效果，根據(jù)總磷的去除率與時(shí)間之間的非線性關(guān)系，建立支持向量機(jī)模型，得到34個(gè)支持向量，同時(shí)將兩者進(jìn)行對(duì)比。如圖2所示。

得到了模型的精確性高達(dá)82%以上，說(shuō)明模型的準(zhǔn)確性與合理性。說(shuō)明了支持向量機(jī)對(duì)滴濾池的TP的處理效果模型能夠很好的描述。因此可以根據(jù)這個(gè)得到一般滴濾池的去除TP的特點(diǎn)。TP的去除效果呈現(xiàn)出二次曲線變化特點(diǎn)，但是又不是完全的，降解的效果也是開(kāi)始與最后比較好，說(shuō)明剛開(kāi)始截留作用強(qiáng)，去除效果強(qiáng)，最后形成了生物膜，對(duì)TP的效果又出現(xiàn)提升，但是中間由于負(fù)荷的沖擊效應(yīng)導(dǎo)致了去除不穩(wěn)定，在時(shí)間中段，更加小，出現(xiàn)了負(fù)值，說(shuō)明了穩(wěn)定的滴濾池很重要，穩(wěn)定后研究模型才更加有意義，對(duì)于后一部分處于穩(wěn)定狀態(tài)，呈現(xiàn)出了增長(zhǎng)的趨勢(shì)。最終與開(kāi)始都40%，說(shuō)明滴濾池對(duì)TP的去除呈現(xiàn)出40%的穩(wěn)定狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1]郭建青，王洪勝，李云峰.確定河流縱向離散系數(shù)的相關(guān)系數(shù)極值法[J].水科學(xué)進(jìn)展，2000，11（4）：387-391.

[2]郭建青，李彥，王洪勝，等.利用混沌優(yōu)化算法確定河流水質(zhì)模型參數(shù)[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2004，23（4）：92-96.

[3]杜樹(shù)新，吳鐵軍.用于回歸估計(jì)的支持向量機(jī)方法[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2003，15（11）：1580-1585.

[4]葉美盈，汪曉東，張浩然.基子在線最小二乘支持向量機(jī)回歸的混沌時(shí)間序列預(yù)測(cè)[J].物理學(xué)報(bào)，2005，54（6）：2568-2573.

作者簡(jiǎn)介：王能杰（1989-），廣東汕尾人，工程師，主要從事機(jī)械工程及其自動(dòng)化研究。