（生物医学工程专业论文）egsb在酿酒污水处理中的应用及参数设计研究.pdf

硕士学位论文厌氧膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 在酿酒污水处理中的应用及参数设计研究 a b s t r a c t i nt h i s p a p e r ，b yr e s e a r e h i n gt h ea p p l i c a t i o no fe g s bt o d i s p o s et h ep o l l u t e dw a t e rp r o d u c e di nw i n ef a c t o r y ，d e s i g na n d b u i i dt h ee g s bs y s t e mi nl a h b yc o n t r o l l i n gt h ec o n d i t i o na n d c o n s t a n t s ，t h es y s t e mr u n se f f e c t i v e l y a tt h es a n et i m e ，u s i n g 3 - s t a g e sm e t h o da n du n i t e dd e s i g nm e t h o d ( u n ) t os e l e c tc o n s t a n t s o ft h ee g s b t h ee x a m p l e su s i n gt h em e t h o d sa r eg i v e n t h er e s u l t s a r eu s e f u lf o rt h ea p p l i c a ti o na n dd e e p r e s e a r c h i n gi n e g s b k e yw o r d s ：p o l l u t e dw a t e rc o de g s bc o n s t a n td e s i g n 6 2 乏8 7 3 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：继“l f 年6 月仟日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：i 主丝2 ，叶年月咱 硕士学位论文厌氧膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 在酿酒污水处理中的应用及参数设计研塞 0 序论 0 1选题的理论意义和实用价值 厌氧生物技术处理有机废水已经成为当今世界环境污染治理的重要手段之 。废水厌氧处理工艺的实质是利用厌氧微生物的代谢特性，将废水中的有机物 进行还原，在还原的同时产生甲烷气体的一种经济而有效的处理技术。但是传统 的厌氧方法存在污水停留时间长、有机负荷低、处理效率差等缺点，从而限制了 该技术在污水处理中的进一步推广应用。随着微生物学、生物化学等学科的发展， 人们对厌氧生物处理技术的研究不断深入，推动了以微生物固定化和提高污泥与 污水混合效率为基础的一系列高速厌氧反应器的研究和发展。厌氧膨胀颗粒污泥 床( e g s b ) 是以厌氧生物处理为理论依据开发的第三代高效厌氧反应器。川f 2 】 研究与实践证明以e g s b 反应器为代表的高速厌氧反应器工艺或处理系统处理 废水可以节省投资，降低能耗和运行费用，而且处理效果也较好，是一项有吸引 力的水处理技术，值得进一步推广应用，尤其是经济相对落后的发展中国家。随 着我国城市人口的急剧膨胀和国民经济的飞速发展，城市生活污水和工业废水的 总量也迅速增加。为了达到可持续发展的要求，必须不断开发和利用新型高效的 反应器技术。e g s b 反应器与其它反应器相比更具有市场竞争力，具有很高的推广 价值和广阔的应用价值。 0 2 国内外研究概况及发展趋势 2 0 世纪8 0 年代后期荷兰w a g e n i n g e n 农业大学的l e t t i n g a 等人开发第一座 从e g s b 反应器以来，e g s b 反应器以其它厌氧反应器无法比拟的优势得到许多专 家的青睐，e g s b 技术已被公认为是最有前途的厌氧生物处理技术。如今对e g s b 反应器的研究与应用国外进行得比较多，但是仅限于荷兰、德国等少数几个国家。 他们主要研究低温污水、有毒废水、难降解有机废水以及硫酸盐废水等实际工业 废水的治理，e g s b 反应器的运行与处理效果良好。 我国对于e g s b 反应器的研究与应用还则是刚刚起步，处于实验探索阶段。无 锡轻工大学的陈坚、伦世仪等人对e g s b 反应器的工作特性、运行特性、影响因素 以及颗粒污泥的生物学特性进行了研究。清华大学的左剑恶、王妍春等人也对e g s b 反应器的启动和运行特征进行了较为系统的探讨。季民、霍金胜对厌氧颗粒污泥 硕士学位论文厌氧膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 在酿酒污水处理趔应用及参墼堡! ! ! 堕 膨胀床的工艺特征与运行性能研究也有所深入。嘲删“叭“3 南开大学的张振家等人对 e g s b 反应器处理实际玉米槽废水进_ 亍了研究。王凯军与荷兰农业大学的v a nd e r l a s l ，ar ，l e t t i n g ag 合作，用水解和e g s b 反应器串联的工艺处理城市生活 污水，处理效果良好。我国迄今对e g s b 反应器应用处理实际工业废水的研究与到 很少，大多都处于实验室摸索阶段。 e g s b 的构成是由许多参数确定的，例如高径比、水流速度、回流比、运行温 度、水质构成、分离方式等都需要研究其规律，而传统的对比试验和爬坡试验法 存在着试验量大、交互作用无法控制，分析困难等缺陷。寻求一种高效的参数选 优方法可以节约试验成本。缩短试验时间，易于达到最优参数组合的要求，因此， 本文亦将对三次设计和均匀设计方法在e g s b 的应用可行性作为研究内容，以便于 工作指导、安排试验，这也将为试验设计在生物工程中的应用探索一条可行的路 径。 e g s b 反应器启动的关键就是要形成适应待处理废水有机物的颗粒化污泥。颗 粒污泥能够大大改善活性污泥的沉降性能，有效地减少悬浮于消化液中的微生物 个体数量，避免了微生物随消化液大量流失的可能性，保证了厌氧反应器中高浓 度活性污泥的滞留量。进而为反应器的高效、稳定运行奠定了基础。 本实验选用e g s b 反应器作为研究对象，以商浓度的酿酒废水作为处理对象， 研究e g s b 反应器处理实际工业废水的工作特性，对揭示反应器的结构及动力学研 究有极大的指导意义，可为e g s b 反应器在我国的应用与推广提供依据与参考。通 过在运行过程中对c o d 去除效率、进出水p h 值变化情况、甲烷产气量、有机负荷 率、表面上升速度、水力停留时间等工作参数的考察，可充分了解e g s b 反应器的 影响因素以及工作特性，加深对e g s b 反应器的理解与认识，可以为e g s b 反应器 的应用与推广提供可靠的工艺参数，具有一定的理论价值。 堡主兰垡兰苎堡鱼墅些塑焦望塑盎! ! ! ! ! ! 垄墼型塑查竺兰! 塑查旦垄兰塾堡生竺壅 一 1试验设计及其相关方法 1 1 试验设计方法及其发展 试验设计是要选择方案中所有参数( 包括成分、条件、原材料、设备等) 的 最佳条件，实质上是一个多因素选优问题。由于要考察三种干扰系统特性值波动 的影晌，探求抗干扰性能强的设计方案，因此参数设计比正交试验设计要复杂一 些。田口博士引进内侧正交表和外侧正交表，即应用了正交试验设计中的直积法。 用内侧正交表对可控因素进行表头设计，安排试验方案；用外侧正交表对误差因 素进行表头设计，并引进s n 比( 信号与噪声之比，简称信噪比) 作为输出特性的 稳定性指标，进行方差分析。但是，直积法虽然可以用来减少误差因素( 三种干 扰) 的影响，找到效率高、成本低、性能稳定可靠的最佳设计方案，但是它的试 验次数是非常大的。例如内侧正交交表为k ；( t 1 1 q ) ，外侧正交表为l 。2 ( t 2 9 2 ) ，则试 验总次数n = n l n 2 。设n l = n 2 = 9 ，则n = 9 2 = 8 1 ，这对大多数试验方案选优问题，要 求做8 1 次试验是太多了。1 4 4 众所周知，由方开泰教授和王元教授共同创造的均匀设计可大大减少试验次 数，并且试验组合点在试验范围内均匀散布。【4 5 l 【4 6 1 本文通过参数设计的基本思想和方法研究，对如何将参数设计方法与均匀设 计方法相结合应用于e g s b 作初步探索。达到减少参数设计总次数。节省设计成 本、缩短设计周期的目的。 1 2 三次设计 田口博士提出产品设计可以分为三个阶段进行，即系统选择、参数设计和容 差设计，简称三次设计。其中参数设计是三次设计中的关键阶段。 1 2 。1 系统选择( 系统设计) 系统选择就是功能设计，主要靠专业人员和专业技术去完成。系统选择的目 的是选择一个基本的模型系统，确定系统特性的目标值和容差使系统达到所要求 的功能。 系统选择是决定系统结构与要求设计，包括原材料、部件、运行条件等的选 择。它主要运用专业技术的理论和方法，决定系统的功能和结构，故也称为功能 设计。 硕士学位论文厌氧膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 在酿酒污水处理中的应用及参数设计研究 有机物质 z 上发酵细菌 - k 链脂肪酸、醇类 产乙酸细菌 乙酸t t z c0 ： 甲烷细菌 甲烷 图1 1 厌氧生物处理的三阶段理论示意图 系统选择在系统设计中占重要地位，但它与专业技术密切相关。由于时间和 财力不允许我们对所有系统进行研究，所以必须根据经验，从中挑选l 3 个系统 进行研究。图1 - 1 、1 - 2 就是系统选择的结果。 1 2 2 参数设计 图卜2egsb 反应器示意图 参数设计是系统设计的核心，它在系统选择之后进行。参数设计的基本思想 是通过选择系统中所有参数( 包括原材料、部件、条件等) 的最佳水平组合，从 j j i r ， 堡主堂生丝苎 鉴墨些壁墨墼望望盛! ! 璺塑! 垄壁翌望查竺翌! 盟查星墨兰塑兰笪堕壅一 而尽量减少各种干扰的影响，使所设计的方案特性波动小、稳定性好。 参数设计是一个多因素选优问题。由于要考察三种干扰对系统特性值波动的 影响，探求抗干扰性能好的设计方案，因此参数设计比正交试验设计要复杂一些。 田口博士采用正交一来安排试验方案，引进内侧正交表和外侧正交表，目p 应用正 交试验设计中的直积法，然后运用信噪比作为产品质量特性和稳定性指标来进行 统计分析。 1 2 3 容差设计 容差设计的目的是在参数设计阶段确定的最佳条件的基础上，确定各参合适 的容差。容差设计的基本思想如下：根据各参数的波动对系统特性贡献( 影响) 有大小，从经济性角度考虑有无必要对影响大的参数给与较小的容差( 例如有的 条件是否可以防宽) 。这样做。一方面可以进一步减少系统特性的波动。提高系统 的稳定性；另方面，由于放宽运行条件，使系统的运行成本有所降低。 容差设计中的主要工具有损失函数和正交多项式回归。 通过容差设计各参数的最合理的容差，使总损失( 目标与本之和) 达到最佳 ( 最小) 。 1 3 参数设计的两阶段设计法 设望目特性y 的目标值为i l l ，其参数设计的目标是期望值e ( ”= m ，方差 v f y ) = 6 2 ，越小越好。 所谓两阶段设计法是对信噪比( 反映波动大小) 和灵敏度( 反映平均性质) 这两个统计指标分别进行统计分析，分两个阶段进行： ( 1 ) 进行信噪比分析。寻找信噪比分析中显著的可控因素一称为稳定因素， 选取其最佳水平，使信噪比达到最大即先得到一个稳定性最好的最佳水平组合。 ( 2 ) 进行灵敏度分析。寻找灵敏度分析中显著且信噪比分析中不显著的要控 因素一称为调整因索，通过对调整因素进行调整，使指标特性的期望值趋值近目 标m ，于是得到个具有稳健性的最佳条件。从而把可控因素分为调整因素、稳 定因素与次要因素三类，列表如下： 表1 i 可控因素分类 类别信噪比分析灵敏度分析因素名称 1显著显著稳定因素 f 2显著不显著 稳定因素1 i3不显著显著 调整因素j 4 不显著不显著次要园素 i 堡主兰堕丝苎要墨堂壁塑望翌鎏堕! ! 鱼! ! ! 垄壁塑堡查竺堡主堕蜜旦垦茎塑堡生墅窒 从表1 _ l 司知： ( 1 ) 稳定因素：在信噪比分析中显著的可控因素，称为稳定因素。 ( 2 ) 调整因素：在信噪比分析中不显著，但在灵敏度分析中显著的因素，称 为调整因素。我们可通过对调整因素水平的“调整”，使可控因素最佳条件下的目 标特性的期望值趋近目标值i t i 。 ( 3 ) 次要因素：在信噪比一灵敏度分析中都不显著的可控因素称为次要因素。 需要注意，次要因素在减少成本，增加产量等方面可能具有相当重要的作用，不 要因其“次要”而忽视它。 1 4 参数设计的基本方法 1 4 1 基本思想 系统的特性偏离目标值或睫失功能主要是由于受到干扰、内干扰和物品间干 扰的影响。即使功能完备的系统，如果它的功能波动很大，那么这种系统仍然是 性能差的系统。系统应当具有何种功能，这是系统开发问题：而系统功能波动的 减少( 稳健性提高) ，这才是参数设计问题。“” 参数设计的基本思想是：在充分考虑三种干扰的条件下，在应用价格便宜的 原材料前提下，寻找功能稳定的参数组合，设计出稳健性商的系统。因此，这种 系统具有下述特点。 ( 1 ) 经济性系统成本低，价格便宜； ( 2 ) 稳健性特性指标波动小，抗干扰能力强； 在设计阶段具有稳健性的系统，具有两处优越性： ( 1 ) 在大规模生产过程中系统运行具有再现性： ( 2 ) 在用户使用过程中，不同使用条件下系统特性具有再现性。 1 4 2 基本方法 参数设计有内外表直积法与综台误差因素法两种方法。 对数设计必须模拟三种干扰的影响，因此需要引进误差因素，这是参数设计 法与实验设计法的区别之一。 误差因素是为模拟三种干扰( 内干扰、外干扰和产品间干扰) 而设置的因素。 在参数设计中，考虑误差因素的目的，是为了探求抗干扰性能强，指标特性稳定、 可靠的最佳设计方案。 参数设计法要用到实验设计中的正交表。首先将参数( 即可控因素a 、b 、c 、 d 、) 安排在一张正交表中，确定试验方案( 称为内设计) ；然后确定各种干扰 塑主兰堡垒苎一一垦塾壁鳖墅垫堡墨盎! ! 里! ! ! 垄! ! 塑望查塾堡! 塑查旦墨墨塑兰笪! 里l 一 ( 内干扰、外干扰和产品间干扰) 的各种组合，并把它们作为误差因素( a 7 、b 、c 、d 、) 。 1 4 2 1 内外表直积法 如果对误差因素采用正交表( 称为外表) 进行试验方案的设计( 称为外设计) ， 这样就组成了内表矩阵和外表矩阵的直积，所以称为内外表直积法( 见表1 - 2 ) 。 袁1 2 内外表直积法 试验号k l23 n 鼠素、列号j 7 、 a ，1 b 。2 c 3k 一( t q ) ： ： 外表 ： ： 0 f 素，列号j abc n i s i ( d b )y l l y 】2 y 1 3 m n f 123 a( d b ) l 试验号i 1 1 ls ly 1 1 y 1 2 y 1 3 。y 1n l 。( t 。) 兀is 】y 2 】y 2 2 n 3 y 2 口。 l 内表 ： ： 兀ns n y n l h 2 h 3 y n n 1 4 2 2 综合误差因素法 由于内外表直积法的总试验次数n = n 比较大。为了减少n ，田口博士提出 了综合误差因素法。 如果把所有误差因素综合成一个综合误差因素n ，并取三个水平n 1 ，n 2 ，n 3 ，作为外设计，这种方法称为综合误差因素法( 见表1 3 ) 。它的总试验 次数为n 。 表卜3 综合误差因素法 i 因素 a b c 综合误差因素n( n ) ( n 2 )( n j )n ts l ! 4 母j 123 q y 1 1y 1 2y 1 3( d b )( d b ) n ln 2n 3 ；试验号 ； l y y 1 2y l jq 1s 1 2 y 2 ly 2 2y z 3 n 2s 2 1 3 l 。( t q ) | i 内表 y ly 控y n n 3s 3 -_ - ： ： ： ： n y 卅y n 2y n 3 n ns n 、，一、j ，一 内表外表指标特性 硕士学位论文 厌氧膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 在酿酒污水处理中的应用及参数设计研究 1 4 3 工作步骤 参数设计的框图见图1 - 2 。 图1 - 2 参数设计框图 ( 1 ) 带j j 定可控因素水平表 选择在技术上可以指定，且可以选择和控制的因素为可控因素。 可控因素的水平一般取三水平，在试验费用较贵时，也可取二水平。水平应 根据专业技术来确定，但尽可能采用等间隔或等比列。 ( 2 ) 内设计 对可控因素所进行试验方案的设计称为内设计。根据可控因素个数和水平数 选用相应的正交表( 称为内表) 进行内设计。 ( 3 ) 制定误差因素水平表 误差因表为数众多，不可能一例举。通常只考虑内、外干扰中各1 2 个主 硕士学位论文厌氧膨胀颗粒污泥珠( e g s b ) 在酿酒污水处理中的应用及参数设计研究 要误差因素的影响就足够了，且不考虑误差因素之间的交互作用。因为不受主要 误差因素影响的指标特性稳定的系统，通常也不受其余误差因素的影响。 ( 4 ) 外设计 对误差因素所进行试验方案的设计称为外设计。 外设计有两种方法： ( i ) 内外表直积法根据误差因素个数和水平数选用相应的正交表进行外设 计。这种内外设计都采用政正交表直积法。内外表直积法主要用于指标特性存在 理论公式的场合，此时可利用计算机进行辅助设计( c a d ) 。 ( i i ) 综合误差因素法所有的误差因素综合成一个因素，记作n ，称n 7 为综合误差因素。n 的三水平如下： n i 负侧最不条件。使指标特性取最小值的各误差因素水平的组合。 n 7 2 标准条件。各误差因素第二水平的组合。 n 3 正侧最坏条件。使指标特性取最大值的各误差因素水平的组合。 内设计用正交表，外设计用综合误差因素的设计称为综合误差因素法。 ( 5 ) 求指标特性 当指标特性y 可计算时，可出公式直接求出具体值。 当指标特性y 不可计算时，需按设计方案组装样品，通过试验测得指标特性y 的试验值。e g s b 为不可计算，必须通过实验得出y 值。 ( 6 ) 计算s n 比和灵敏度 以望日特性情形为例： s n 比计算公式为 1 z ( s 。一圪) r = 1 0 1 9 卫_ 一( 抛) ( 1 ) p 口 灵敏度计算公式为： 1 s = 1 0 l g 二( ，一屹) ( 抬) ( 2 ) 以 ( 7 ) 内表的统计分析 以望目特性为例，通过对内表的试验数据进行统计分析或直观分析，分别找 出对s n 比和灵敏度影响显著的因素。 ( 8 ) 确定最佳参数设计方案 对望目特性，采用两阶段设计法，得到最佳方案最佳参数设计方案。 ( i ) 寻找对灵敏度影响显著，而对s n 比影响不显著的因素( 称为调整因素) ， 利用调整最好的最佳水平组台。 硕士学位论文厌氧膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 在酿酒污水处理中的应用及参数设计研究 ( i i ) 寻找对灵敏度影响显著，而对s n 比影响不显著的因素( 称为调整因素) ， 利用调整因素把最佳方案的指标特性值调整到目标值。 综合分析s n 比和灵敏度，确定最佳参数设计方案。 1 5 案例分析m 1 下面通过一个案例介绍参数设计中内外表直积法与综合误差因素法。 1 5 1电感电路的参数设计 为了设计一个电感电路，此电路由电阻r ( 单位：q ) 和电感l ( 单位：h ) 组成，线路图如图1 3 所示。 当输入交流电压为v ( 单位；v ) 和电源频率为f ( 单位：h z ) 时；输出电流 强度y ( 单位：a ) 为 矿 y = e 亍芎 ( 3 ) r 2 + ( 2 z f l ) 2 此为望目特性的参数设计，嚣标值m = 1 0 a ，且指标特性可壹接由公式求出，故也 称为可计算特性的参数设计。下面以此例为范例，分别介绍内外表直积法和综台 误差因素法。 下 rl 图1 3 ( 一) 内外表直积法 1 唏0 定可控因素水平表 因控因素是电阻r 和电感l ，它们的初始值由设计人员根据专业知识确定如 堡圭堂堡笙苎鉴墨墅些墨垄生堡堕! ! 塑! ! 垄堕重堡查竺望! 盟些旦墨童墼堡笪堕塑一 试验号k 冈素、列：驴 l23456789 i： l 9 ( 3 4 ) fv ，77 ( 外表) 坦素、列号j r l q is i y t t y t t y t 3 y dl 5 y i 批1 y j s y l 9 试验号i 1234 ( d b )( d b ) 1 n ls ly 1 1 y 1 2 y l q 2 q 2s 2 y 2 】y 2 2 y z 9 3n3 s 3 4 l 4 ( 3 4 ) n4s 4 5 ( 外表) n5 s 5 6n6 s 6 7n js 7 r 8 r lb s 8 y g l y 9 2 。y 9 9 9n9s 9 ( 5 ) 求指标特性y 由于电流强度可以计算，故由( 3 ) 式直接求出指标特性y 。 现以内表中n o 1 方案为例说明其计算过程。首先给出n o1 方案的外设计方案 表。 表卜8 内袁中n o 1 方案的外表 、剖号因素j i234 孔 序号i r 7 l 7 v 7 f 1 1 f 0 4 5 ) ir o0 0 9 ) 1 ( 9 0 )i ( 5 0 ) 3 1 4 4 2 2 ( 00 1 0 12 ( 1 0 0 ) 2 ( 5 5 ) 2 8 7 0 31 3 ( o 0 1 1 )3 0 1 0 ) 3 ( 6 0 ) 2 6 3 7 4 2 ( 0 5 0 ) 232 9 6 5 313 4 5 8 6 122 3 4 7 7 3 ( 0 5 5 ) 323 4 ，8 3 8 232 3 6 2 9 l l2 8 5 8 塑主堂垡堡苎丛墨些些墅垫要塑堕! ! 鱼! ! ! 垄墼翌塑查丝型主堕鏖旦墨童塑堡盐塑窒 一 表卜6 误差因素水平表 误差因素 内表方案号水平号 r 7 l 7 v f l0 4 50 0 0 9 9 05 0 l20 5 00 0 1 01 0 05 5 3o5 5o 0 1 11 1 06 0 10 4 50 0 1 89 05 0 2 20 5 00 ，0 2 01 0 05 5 30 ，5 50 、0 2 2n o6 0 10 4 50 0 2 79 05 0 3205 00 0 3 01 0 05 5 30 5 50 0 3 31 1 06 0 14 5 00 0 99 05 0 425 0 00 0 1 0 o o5 5 35 o0 0 1 11 1 06 0 l4 5 00 0 1 89 05 0 525 0 000 2 0 1 0 05 5 35 5 00 0 2 21 1 06 0 14 ，5 00 0 2 79 05 0 625 o o 0 0 3 01 0 05 5 35 5 00 0 3 31 1 06 0 18 5 50 0 0 99 05 0 7 29 5 00 0 1 01 0 05 5 31 0 4 5o 0 1 1“o6 0 18 5 50 0 1 89 0 5 0 8 29 5 000 2 0 1 0 05 5 31 0 4 50 0 2 2 1 1 06 0 18 5 50 2 7 9 05 0 9 29 5 00 0 3 0 l o o5 5 31 0 4 50 0 3 1 1 06 0 4 ) 3 7 i - 设计 选用b ( 3 4 ) 正交表进行设计，采用内外直积法，其直积方案如下表： 堡主兰鱼丝壅 垦墼些些墅垫曼婆堕! 堕! ! ! 垄壁亟堕查竺堡主箜生里垦兰墼丝生堕塞一一 承乎 蹦i 12 3 r ( q )0 55 0 9 5 l ( h )0 0 10 0 2 o 0 3 ( 2 ) 内设计 选用正交表l 9 ( 4 3 ) 进行内设计。设计方案如下 表卜5 试验方案( 内表) rl 序号 12 1 l ( o 5 )l ( 0 0 1 ) 21 2 ( 0 0 2 ) 。 3l 3 0 3 ) 4 2 ( 50 、 1 52 | 623 7 3 ( 9 5 ) 1 83 93 ( 3 ) 制定误差因素水平表 误差因素有4 令，它们是电压v ，频率f7 ，电阻r 和电感l 。电压和 频率的三水平如下： v l = 9 0 v ， v 7 2 = i o o v ，v 3 = 1 i o v f 7 l _ 5 0 h z ， f 7 2 = 5 5 h z ，f 3 = 6 0 h z 三级品电阻和电感的波动量为1 0 ，其三水平如下： 第二水平= 内表给出的中心值 第一水平= 内表给出的中心值( 1 1 0 ) 第三水平= 内表给出的中心值( 1 + 1 0 ) 表1 5 中的9 个方案的误差因素水平表如下： 堡主兰垡丝苎墨墨些堕墅垫堡堡窭! ! 鱼! ! ! 鱼翌塑翌查丝堡生竺生旦墨叁垫堡堡堑塞 然后对外表中的各号方案求指标特性。例如外表中的第2 号方案，其电路强度y 2 为 y1 0 0 = # 2 = = = = = = 一= = = = = = = = = = = = = = = = 一 7 足2 + ( 2 石f l ) 24 0 4 5 2 + ( 2 a 5 5 0 0 1 ) 2 = 2 8 7 0 ( a 、 其余8 个方案的电流强度见表1 - 8 右侧。 仿照上述过程，可分别求出内表中其余8 个方案的指标特性，见表1 - 9 表卜9内外表直积求出的电流强度 外表j yj ly 1 2y l3y 1 4y 1 5y 】6y 1 7y 1 8y 【9 内表i 13 1 。4 42 8 。7 02 6 1 2 72 9 1 63 4 s 82 3 4 73 4 8 32 3 6 22 85 8 _ 21 5 8 71 4 4 4l3 2 41 4 ，7 01 7 4 51 1 8 l1 7 6 21 1 9 l1 4 4 2 31 0 6 09 6 48 8 49 8 l1 1 6 67 8 81 1 7 77 9 59 6 3 41 6 9 31 7 6 21 7 ，9 81 6 5 51 8 6 31 4 3 31 7 4 l1 3 5 0】5 4 0 51 0 4 51 2 1 31 1 6 61 1 8 6 1 3 7 09 8 91 3 2 59 6 4 1 1 3 2 69 3 78 8 58 3 l8 8 2 1 0 3 l7 2 31 0 。1 67 1 6 8 5 2 79 9 91 0 8 41 1 5 89 9 l1 0 9 98 8 01 0 0 98 1 09 0 9 887 89 1 0 9 2 38 ，5 79 6 67 4 09 0 59 9 878 9 97 4 7 7 4 47 2 97 1 88 2 26 0 67 8 55 8 46 7 9 ( 6 ) 计算s n 比q 芹灵敏度s 对内表每号方案下得到9 个指标特性值y l l ，y 1 2 ，y 1 9 ，可利用下列公式算出s 和r l j 。 瓯2 ；( 肌) 2 2 吉( ，咒9 ) 2 k ，= _ 【1 厶 2 一瓦，)= ；( 巧- s ，) o i = 1 5 i = i | 5 ：= 1 0 1 9 吉( 瓯，一圪，) ( 嬲) s = 1 0 1 9 丢( 一k ，) ( 如) 纠咖挈( d b ) r i = 1 0 1 9 挚。 下面以内表n o 1 方案为例，进行计算： 堡主兰垡熊兰鉴墨些些婴垫塑堡堕! ! 鱼! ! ! 垄塑壅翌查丝兰生些壁旦墨堂堂塑盐堕塞一 ， 4 4 + 2 8 7 0 + 4 4 2 十2 8 7 0 2 + 2 8 5 8 ) 2 = 7 5 5 3 9 5 + - + 2 8 5 8 2 ) 一7 5 5 3 9 5 s = 1 0 1 9 - ；( 7 5 5 3 9 5 1 7 2 1 ) = 2 9 2 3 ( d b ) 7 三( 7 5 5 3 9 5 1 7 2 1 ) 1 0 1 9 l 而广一= 1 6 8 7 ( 翘) 仿此，可求出内表n o 2 - n 0 8 方案的灵敏度s 。和s n 比q i 。具体计算结果见 表1 1 0 。 ( 7 ) 内表的统计分析 下面对内表进行统计分析，计算结果见表1 1 0 ，对s n 比的方差分析见表1 1 1 ， 对灵敏度的方差分析见表1 1 2 。 表卜1 0 内表的统计分析 、4 号因素j rl( e ) ( e ) r t i ( d b )s i ( d b ) 序号i 1234 11il11 6 8 72 9 2 3 212221 6 7 82 3 2 8 313331 6 7 61 9 7 7 42 1 231 9 5 82 4 2 3 5223l1 8 7 42 14 1 623121 7 9 01 8 ，8 3 73l321 8 5 91 9 9 3 832131 9 5 91 8 6 l 9332l 1 9 ，2 21 7 0 5 q t 1 j 5 0 4 15 5 4 0t = 1 6 4 3 9 4 分 t 2 j 5 6 2 25 5 1 1 r = 1 8 2 7 t 3 j 5 7 7 65 3 8 3c t = 3 0 0 2 6 4 析 s l l o 0 20 4 4 s - r = 1 1 6 5 s t 】j 7 22 87 3 5 0 t = 1 9 2 4 5 分 t 2 j 6 4 5 86 3 6 0 c t = 4 1 1 52 2 t 萄 5 5 5 95 5 6 5 析 s i 4 6 5 25 3 4 7 s n 比r t 的方差分析 1 ) 总波动平方和s t 9 s 严才一c t i = 1 3 3 ，孙，挑 l i = 堡主堂竺兰苎丛墨些些塑垄至塑堕! ! 旦! ! ! 垄墼堡翌查丝兰主堕壁旦墨堡墼堡茎堡壅一 n 6 8 7 2 + 1 6 7 8 2 + - - + 1 9 2 2 2 ) 一3 0 0 2 6 7 3 0 1 4 3 2 3 0 0 2 6 7 = 11 6 5 办- 1 9 1 = 8 2 1 电阻和电感引起的波动平方和s r 和s l s。：5041 2 + 5 6 2 2 2 + 5 7 7 6 2 3 0 0 2 6 7 o r2 = 一一 = 3 0 1 2 6 9 3 0 0 2 6 7 = 1 0 0 2 = 3 1 = 2 s ，：! ! ：! ! ：! ! ：! ! ：! ! ：鲨一3 0 0 2 ，6 76 r = 一一j u u 二，o ， = 3 0 0 3 1 1 3 0 0 2 6 7 = 04 4 无= 3 1 = 2 3 ) 误差波动平和s 。 - 5 ：= s ，一( s r 一邑) = 1 1 6 5 一( 1 0 0 2 + 0 4 4 ) = 1 1 9 z = ；一( 一无) = 8 一( 2 + 2 ) = 4 将结果填入方差分析表1 1 l 中，进行方差分析。由于v l = 1 0 9 2 灵敏度s 的方差分析 1 ) 总波动平方和s t 2 ) 电阻和电感引起的波动平方和s r 和s l 6 26 i i 2，5斗一8j 叶622j 斗 l l rc一 牟 。m o j i = 品矗 硕士学位论文厌氧膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 在酿酒污水处理中的应用及参数设计固堕 s。：72282+64582+55592411522：4652 d p = = _ 一一 一 厶= 2 s ：7 3 5 0 2 + 6 1 3 3 0 2 + 5 5 6 5 2 4 1i 5 2 2 = 5 3 , 4 7 f l j = 2 3 ) 误差波动平方和s e = s r 一品一s = 1 1 1 6 2 4 6 5 2 + 5 3 4 7 = 1 1 6 3 。= 4 将上述结果填入方差分析表1 1 2 中，进行方差分析。 l来源 sf vf i r4 6 2 522 3 2 6 7 9 9 * l l5 3 4 722 6 7 4 9 1 9 + e1 1 6 342 9 1 f t1 1 1 6 28 f 0 0 5 ( 2 ，4 ) = 6 9 4 ，f oo 】( 2 ，4 户18 0 0 由表1 1 1 和表l 1 2 中显著因素，可得到因素分析表1 1 3 。 表1 - 1 3 因素分类表 因素类别s n 比分析灵敏度分析因素名称 1 + 稳定因素r 2 稳定因素无 3， + 调整因素l 4 次要因素无 由表可见，电阻r 为稳定因素， 调整因素，可以通过对因素l 的调整 ( 8 ) 确定最佳参数设计方案 它对s n 比n 值具有显著影响；而电感l 为 使最佳参数设计方案的期望值趋近目标值。 下面进行s n 比分析和灵敏度分析。 1 ) s n 比分析。由表1 - 1 1 可以看出，电阻r 为高度显著因素，电感l 为次要因 素。并且从表1 一l o 可见，r 的最优水平( n 分析中t 。最大相应的水平) 为r 3 ，l 的最优水平为l i ( 因素l 的水平可任意选择) ，因此最优水平组合为r 3 l 。，它使 s n 比n 值最大，是稳定性最好的设计方案。 堡：! 兰些竺苎垦墨堕监墅垫翌塑堕! ! 旦! ! ! 垄壁塑翌查墼望! 堕生旦墨童塑堡盐竺窭一 从表1 一1 0 中还可以看出，内表的第8 号条件r 3 l 2 的s n 比r t 8 ：1 9 5 9 d b ，是9 个方案中最大值。因此我们也可选r ；l 。为最优水平组合。 2 ) 灵敏度分析。从表1 1 2 中可以看出，电感l 与电阻r 都是显著因素，但电 感l 的f 值更大一些。由表1 1 3 可知，电感l 为调整因素。当最优水平组合的响 应没有达到目标值时，可通过调整因素l 进行调整。 下面是原方案r 2 l 2 与最优水平组合r 3 l i 的统计特性的比较。 内表i 原方案新方案 外表j r 2 = 5q ，l 2 = 0 0 2 hr 3 = 9 50 l i ；o 0 1 h l9 。9 9 1 04 5 21 0 8 4 1 2 13 31 1 5 8 1 16 6 49 9 1 1 3 7 0 51 0 9 9 9 8 9 68 8 0 1 3 ，2 5 71 0 ，0 9 9 ，6 4 88 1 0 1 1 3 2 99 ，0 9 n i1 8 7 41 8 9 5 y 。 1 17 7 9 9 3 v i 1 8 51 2 6 由于r 3 l l 下在电流强度的均值只为9 9 3 a 与目标值1 0 a 相差不大，故不进行 均值校正。若要调整均值，可用调整因素电感l 来进行校正。 1 5 1 2 综合误差因素法 ( 1 ) 制定可控因素水平表 ( 2 ) 内设计 ( 3 ) n 定误差因素水平表 上述内容与内外表直积法相同。 ( 4 ) j b 设计 我们把4 个误差因素v ，f ，r ，l 合并成一个综合误差因素n ，它 的三个水平规定如下： n t 负侧最坏水平，使指标特性y 取最小值的各误差因素水平的组合。由 ( 3 ) 式可知，州= k 侧爿。 n t 标准条件，各误差因素第二水平的组合，n r ；f d w 4 n a 正侧最坏水平，使指标特性y 取最大值的各误差因素水平的组合， 1r 堡主差竺笙苎 鉴壑堕壁婴壁望塑堕! ! ! ! ! ! 垄堕翌塑查竺垄主塑些旦! 堕墼堡生型至l 一 职= 嘶欠弼。 综合误差因素法可大大减少试验次数。本例采用综合误差因素法后的试验次数 为9 3 = 2 7 次，相当于内外表直积法试验数次的l 3 。 为了进一步减少试验次数，还可以只考虑综合误差因素n 取二个水平，例如取 n 7 1 和n 7 3 。 由误差因素水平表( 表卜6 ) 我们得到内表中9 个试验条件具体的n 和n 7 。， 见表1 4 。 ( 5 ) 指标特性y 的计算 把综合误差因素n 代入内表中，并按公式( 3 ) 计算指标特性值y ，其结果 见表i 一1 5 。 例如内表中n o 1 条件，指标特性y 1 1 ，y 1 3 分别为 m i ：了亍竺二焉：2 1 5 ( 爿) m 。而霸葡翥萧丽5 。 y 。：，：! 竺二：；一：3 8 4 ( 彳) y 萨而蓊雨磊菰菰两2 一 表1 4 试验方案与数据表 n t n 2醵列号 rlee ( 职)( 职) n i s l 123 d y 7 l ? s月2 f 3矿3 ? 、 r ， f 1y i ly 口( d b )( d b ) 序号i 11119 06 0o 5 50 0 1 11 1 05 00 4 50 0 0 92 】53 8 47 62 92 21 2229 06 0o 5 50 0 2 21 1 05 00 4 50 0 1 81 0 81 9 47 52 3 2 i3 133 39 06 0o 5 50 0 3 3o5 00 4 5o 0 2 77 | 21 2 97 61 9 7 42l2 39 06 05 50 0 1 11 1 05 04 50 0 0 91 3 12 0 79 72 4 3 522319 06 05 50 0 2 21 1 05 04 50 ，0 1 89 0 l5 28 52 1 4 623129 06 05 50 0 3 31 1 05 04 50 0 2 76 61 l ，58 01 8 0 731329 06 05 50 0 1 11 1 05 08 5 50 0 0 98 01 2 21 0 41 99 32139 06 05 50 0 2 21 1 05 08 5 5o 0 1 86 71 0 79 51 86 33219 06 05 50 0 3 31 1 0 5 08 5 50 0 2 75 59 18 91 7 0 ( 6 ) s n 比n 和灵敏度s 的计算 对每号试验下得到的两个指标y i l 和y i 3 ，可利用下列公式算出r l i 和s i 堡主堂垡鲨苎鉴墨墅壁婴垫生堡堕! ! 皇! ! ! 垄壁塑望查些型盟堕旦墨墨垫望盐! 墨一 s z 。= 去( m ，+ ，) 2 吒。= 去( m ，一只，) 2 妄( 疋。一圪，) 2 h ，咒， 铲蚓g 蒜， s = 1 0 1 9 y 1 1 只3 ( 扭) r l ，和s 的具体计算结果见表i - 1 5 。 以n o 1 为例，有 s = 1 0 1 9 ( 2 1 5 + 3 8 4 ) = 2 9 2 ( d 8 ) 纠o l g 等堋如) s = 1 0 1 9 ( 2 1 5 + 3 8 4 ) = 2 9 2 ( d b ) 州0 1 9 篙半堋拈) ( 7 ) 内表的统计分析 下面对内表进行统计分析，计算结果见表1 1 6 ，对s n 比的方差分析见表1 一1 7 对灵敏度的方差分析见表1 1 8 。 表t - 1 6 内表的统计分析 、列号因素j rl( e ) ( e ) 序号j l234 q i ( d a )s i ( d b ) 11l117 62 9 2 212227 52 3 2 31333 7 61 9 7 42l239 72 4 3 5223l8 52 1 4 623 】28 o1 8 0 731321 0 41 9 9 832139 51 8 6 933218 91 7 0 n t 1 j 2 2 72 7 72 5 12 5 0 t = n i = 7 7 7 分 t 2 j 2 6 22 552 612 5 9 c t = r 9 = 硼o 8 1 析 t 卸 2 8 馏2 4 52 652 6 8 s 6 2 51 7 9o 3 50 5 3 s t = 8 9 2 s t 1 j 7 2 17 346 6 66 7 6 分 t 2 j 6 4 56 3 26 4 ，56 1 9 t = s i = 1 9 2 1 析 t 动 5 5 55 5 56 1 o6 2 6 c t = r 9 = 4 1 0 0 2 6 s - r = 1 1 1 ；5 7 s ，4 6 0 45 3 7 55 3 4 6 ，4 5 硕士学位论文厌氧膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 在酿酒污水处理中的应用及参数设