再生水中重金属元素聚类分析和主成分分析PPT学习教案

1、会计学1再生水中重金属元素聚类分析和主成分再生水中重金属元素聚类分析和主成分分析分析研究背景及研究目的聚类分析主成分分析总结分析及与实际联系第1页/共20页研究背景研究背景研究背景及研究目的再生水一般是指污水处理厂二级处理后的水，它可以用于一些水质要求不高的场合，如冲洗厕所、冲洗汽车、喷洒道路、绿化等。污水再生利用过程中重金属含量是一个重要的控制指标，这是因为重金属毒性很大，可以危害生态环境和人类的生命健康。第2页/共20页 此次共检测了此次共检测了1010个再生水样品个再生水样品CrCr、MnMn、FeFe、 NiNi等等1010种重金属含量，以监测再生水水种重金属含量，以监测再生水水质的稳

2、定性。连续监测质的稳定性。连续监测1010天，共天，共1010个样品个样品。监测结果见表。监测结果见表1 1。研究目的研究目的第3页/共20页序号CrMnFeNiCuZnAsCdPbHg17.19163.3441.412.2631.31418.773.1930.0111.2030.025727.34967.8824.272.0991.28513.181.9730.0091.5020.022737.60982.6222.512.2523.5811.342.0430.0221.350.023447.4186.7436.432.0551.65810.581.5930.0081.2330.02557.

3、07278.9528.761.9992.27213.561.7890.0181.1070.027667.25981.7825.792.2752.24514.871.8810.0141.1420.031877.34182.134.842.2051.40113.322.0450.0081.0920.033987.13680.6845.472.3471.71113.771.860.0121.0720.033996.91176.4446.472.71.60213.011.780.0111.0130.0349106.83376.3148.612.7131.83113.941.7970.0080.9970

4、.0377表表1 再生水重金属含量再生水重金属含量第4页/共20页聚类分析聚类分析第5页/共20页图图1 十种元素聚类分析十种元素聚类分析第6页/共20页10种重金属元素可以分为4类，其中Cu、Cd为第一类，Cr、Mn、Pb为第二类，Zn、As为第三类，Ni、Hg、Fe为第四类， 上述同一类中的元素具有相似的变化规律，可能是受到相同因素的影响，因此，控制其中某种元素的含量，则其他元素含量可以得到有效控制。这样可以选择每一类里面的一种元素作为再生水重金属指标的质量控制因子进行监测，而不必对10种元素的每一个都进行监测，从而可以有效减少监测工作量。第7页/共20页表表2 再生水中重金属元素的相关系

5、数矩阵再生水中重金属元素的相关系数矩阵主成分分析主成分分析CrMnFeNiCuZnAsCdPbHgCr1.000 Mn0.263 1.000 Fe-0.739 -0.133 1.000 Ni-0.672 -0.114 0.699 1.000 Cu0.399 0.456 -0.500 -0.071 1.000 Zn-0.345 -0.737 0.257 0.138 -0.380 1.000 As0.098 -0.730 0.064 -0.059 -0.201 0.824 1.000 Cd0.337 0.204 -0.547 -0.230 0.885 -0.127 0.016 1.000 Pb0.

6、743 -0.264 -0.724 -0.589 0.151 -0.180 0.174 0.187 1.000 Hg-0.728 0.208 0.688 0.740 -0.236 0.119 -0.275 -0.357 -0.884 1.000 第8页/共20页显著相关，表明这两种元素各自有相同的变化趋势，说明它们可能有共同的来源。Hg和Cr、Pb则表现出相反的变化，表明它们在再生水中的浓度具有一定的拮抗性。相关性分析相关性分析 第9页/共20页表表3 特征值及主成分贡献率特征值及主成分贡献率主成分特征值贡献率 %累积贡献率 %z14.40644.06344.063z22.79927.9947

7、2.057z31.43114.30686.363z40.5755.75192.113z50.4244.23696.349z60.2592.59398.942z70.0490.48699.428z80.0340.33699.764z90.0240.236100.000z103.11E-173.118E-16100.000第10页/共20页第11页/共20页表表4 主成分载荷主成分载荷z1z2z3Cr0.882-0.068-0.148Mn0.2270.891-0.103Fe-0.9050.044-0.034Ni-0.7550.2190.310Cu0.5780.4570.648Zn-0.407-0.

8、7720.363As-0.048-0.8770.337Cd0.5940.1930.746Pb0.793-0.404-0.255Hg-0.8400.4210.113第12页/共20页特征向量矩阵特征向量矩阵 z1z1z2z2z3z3CrCr0.42 0.42 -0.04 -0.04 -0.06 -0.06 MnMn0.11 0.11 0.53 0.53 0.75 0.75 FeFe-0.43 -0.43 0.03 0.03 0.04 0.04 NiNi-0.36 -0.36 0.13 0.13 0.18 0.18 CuCu0.28 0.28 0.27 0.27 0.38 0.38 ZnZn-0.

9、19 -0.19 -0.46 -0.46 -0.65 -0.65 AsAs-0.02 -0.02 -0.52 -0.52 -0.73 -0.73 CdCd0.28 0.28 0.12 0.12 0.16 0.16 PbPb0.38 0.38 -0.24 -0.24 -0.34 -0.34 HgHg-0.40 -0.40 0.25 0.25 0.35 0.35 第13页/共20页利用主成份进行综合评价时，从特征向量我们可以写出所有两个主成份的具体形式Y1=0.42x1+0.11x2-0.43x3-0.36x4+0.28x5-0.19x6-0.02x7+0.28x8+0.38x9-0.4x10Y2

10、=-0.04x1+0.35x2+0.03x3+0.13x4+0.27x5-0.65x6-0.73x7+0.16x8-0.34x9+0.35x10Y3=-0.06x1+0.75x2+0.04x3+0.18x4+0.38x5-0.65x6-0.73x7+0.16x8-0.34x9+0.35x10综合得分的计算公式是根据上式可计算出各工业行业的综合得分，并可据此排序。其中Y1,Y2,Y3计算采用Excel计算。Y=4.4064.406+2.799+1.431Y1+4.406+2.799+1.4314.406+2.799+1.4312.7991.431Y2Y3+第14页/共20页Y1Y1Y2Y2Y3Y

11、3Y Y排名排名CrCr0.1382440.1382440.3994170.3994170.5589050.5589050.2925970.2925974 4MnMn-7.68423-7.68423-2.05246-2.05246-2.87201-2.87201-5.06153-5.061531010FeFe10.3041110.304110.5514190.5514190.7716010.7716015.5636285.5636281 1NiNi0.1251470.125147-0.00403-0.00403-0.00564-0.005640.0616090.0616096 6CuCu-0.

12、93339-0.933390.0636810.0636810.0891080.089108-0.4408-0.44089 9ZnZn4.3949244.394924-0.24565-0.24565-0.34374-0.343742.1056712.1056712 2AsAs0.6617530.661753-0.03111-0.03111-0.04353-0.043530.3203260.3203263 3CdCd-0.00036-0.000360.0009760.0009760.0013660.0013660.000360.000367 7PbPb-0.01211-0.012110.28080

13、50.2808050.3929310.3929310.1499420.1499425 5HgHg0.0025220.002522-0.005-0.005-0.007-0.007-0.00149-0.001498 8主成分份得分及排序主成分份得分及排序 第15页/共20页 从表4可以看出第一主成分z1主要由Pb、Hg、Ni、Fe、Cr五种元素组成，z1与Cr，Pb呈较强的正相关，与Fe，Hg呈较强的负相关，由于第一主成分z1主要与重金属含量有关，而重金属主要来源于实验室废水。因此，因子1可能代表了与研究对象实验室废水有关的因素对再生水重金属含量的影响，这部分因素占水质因素的44%。 Zn主要含于植物中，与居民生活有密切的关系。处理后再生水中Zn含量主要取决于处理工艺流程对有机物等的去除程度。因此，第二主成分z2可能代表了研究对象污水处理站CASS工艺对污水的处理效果，即污水处理站的运行稳定性。 第三主成分z3主要受到Cu、Cd含量的控制。Cu和Cd常大量