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黎明
作為污水廠的運(yùn)營人員來說，每天需要面對污水廠在運(yùn)行中出現(xiàn)的各類問題，特別是在工藝運(yùn)行方面，污水處理工藝是一個(gè)綜合了很多外界和內(nèi)部因素的過程，而且每個(gè)廠都有自己具體的不同的影響因素，這些因素互相作用，形成了每個(gè)廠里具體的運(yùn)行工況。基于這種原因，對污水廠的運(yùn)行工藝的分析往往需要綜合各個(gè)方面來進(jìn)行。隨著近年來污水廠運(yùn)行中越來越多的在線儀表，運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，化驗(yàn)分析的應(yīng)用，污水廠產(chǎn)生了大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)成為了工藝運(yùn)行工況分析的主要依據(jù)。本篇和大家探討一下運(yùn)行數(shù)據(jù)的相關(guān)性在污水廠工藝分析中的應(yīng)用。
在污水廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)中進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析可以幫助我們理解各個(gè)參數(shù)之間的相互關(guān)系，以及它們對污水處理過程的影響。在做這個(gè)之前，需要了解什么是數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析？
數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析是一種統(tǒng)計(jì)方法，用于衡量和描述兩個(gè)或多個(gè)變量之間的關(guān)聯(lián)程度。它幫助我們確定變量之間是否存在某種關(guān)系，以及這種關(guān)系的強(qiáng)度和方向。在相關(guān)性分析中，常用的指標(biāo)是相關(guān)系數(shù)，它可以衡量兩個(gè)變量之間的線性關(guān)系的強(qiáng)度和方向。最常見的相關(guān)系數(shù)是皮爾遜相關(guān)系數(shù)，它的取值范圍在-1到1之間，表示變量之間的線性關(guān)系強(qiáng)度和方向。除了皮爾遜相關(guān)系數(shù)，還有其他相關(guān)性指標(biāo)，如斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)和判定系數(shù)等，用于衡量非線性關(guān)系或解釋相關(guān)性的方差比例。
污水廠的實(shí)際運(yùn)行人員并不是要深入掌握系數(shù)的計(jì)算方法，這一篇只是給大家普及一下數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析的概念。從污水廠的運(yùn)行角度來說，每天運(yùn)行過程中產(chǎn)生的大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)給我們提供了怎樣的活性污泥狀態(tài)的描述，進(jìn)水水質(zhì)狀態(tài)的描述，出水變化趨勢的描述，這都是需要利用這些大量的每日運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析來得出正確的判斷。通過污水廠每日產(chǎn)生的運(yùn)行數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析，可以了解污水廠各個(gè)運(yùn)行參數(shù)/變量之間的關(guān)聯(lián)程度，幫助工藝管理人員理解數(shù)據(jù)的模式、預(yù)測趨勢以及探索因果關(guān)系。這對于污水廠進(jìn)行工藝分析、決策和問題解決具有重要的作用。
如何進(jìn)行污水廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析呢？在污水廠的運(yùn)行過程中，數(shù)據(jù)在不斷的產(chǎn)生，如何把這些數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性找到，這需要通過一定的程序和方法來進(jìn)行，下面圍繞對污水廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析的一般步驟來和大家探討一下：
數(shù)據(jù)收集：首先，收集和整理與污水處理過程相關(guān)的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，這可能包括進(jìn)水流量、進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)(如懸浮物、化學(xué)需氧量、氨氮等)、處理單元的運(yùn)行參數(shù)(如曝氣時(shí)間、溶解氧、污泥濃度、揮發(fā)性污泥濃度、污泥齡等)等。這些數(shù)據(jù)的來源可以是化驗(yàn)室、在線監(jiān)測儀表，第三方檢測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等等。
數(shù)據(jù)預(yù)處理：對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗、缺失值處理和異常值處理。這項(xiàng)工作是很關(guān)鍵的一步，很多污水廠的數(shù)據(jù)并不是完全準(zhǔn)確的，失真的原因可以從在線儀表數(shù)據(jù)波動(dòng)、化驗(yàn)誤差、取樣偶然性等方面進(jìn)行分析，比如說污泥車間清洗或者污泥儲(chǔ)池溢流造成造成進(jìn)水取樣瞬時(shí)值很高的數(shù)據(jù)，就不能作為進(jìn)水水質(zhì)來進(jìn)行分析，取樣時(shí)要刻意避開這些時(shí)段。針對一些特殊的偏離正常的數(shù)據(jù)，要結(jié)合工藝運(yùn)行來進(jìn)行判斷其真實(shí)性和準(zhǔn)確性，剔除和清洗受影響而失真的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性是進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析的重要前提。
相關(guān)性計(jì)算：使用合適的統(tǒng)計(jì)方法或機(jī)器學(xué)習(xí)算法計(jì)算各個(gè)參數(shù)之間的相關(guān)性。常用的方法包括相關(guān)系數(shù)(如皮爾遜相關(guān)系數(shù))、協(xié)方差分析、回歸分析等。這些方法可以幫助確定參數(shù)之間的線性或非線性相關(guān)性。這個(gè)可以作為具有一定數(shù)學(xué)分析基礎(chǔ)的污水廠管理人員來進(jìn)行，如果確實(shí)沒有這方面的能力，可以跳過這個(gè)環(huán)節(jié)，先用可視化的方式來進(jìn)行分析。
可視化分析：將相關(guān)性分析的結(jié)果可視化，以便更好地理解數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。可以使用散點(diǎn)圖、熱力圖、線性回歸曲線等可視化工具來展示相關(guān)性的程度和趨勢，如果沒有進(jìn)行相關(guān)性的計(jì)算，可以簡單的用同時(shí)期兩個(gè)或多個(gè)參數(shù)的變化曲線進(jìn)行簡單的對比分析。
統(tǒng)計(jì)顯著性檢驗(yàn)：對于得到的相關(guān)性結(jié)果，可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯著性檢驗(yàn)，以確定關(guān)聯(lián)性是否具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著性。這可以通過計(jì)算相關(guān)系數(shù)的置信區(qū)間或進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)。簡單的說就是分析我們做出來的相關(guān)性具備不具備常規(guī)性，是偶然的數(shù)據(jù)巧合，還是長期穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)，這項(xiàng)工作需要結(jié)合更長時(shí)間的周期內(nèi)更多的參數(shù)數(shù)據(jù)來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對比，這樣才能做出準(zhǔn)確的判斷。
解釋和應(yīng)用：根據(jù)相關(guān)性分析的結(jié)果，解釋不同參數(shù)之間的關(guān)系，并應(yīng)用這些結(jié)果來優(yōu)化污水處理過程。這個(gè)是我們做數(shù)據(jù)相關(guān)分析的最終目標(biāo)，對污水廠這樣的復(fù)雜影響因素的工藝系統(tǒng)，如果具備參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性分析，就會(huì)得到更多的綜合信息。例如，如果某些參數(shù)之間存在強(qiáng)相關(guān)性，比如污水廠中的某一種或多種指示性微生物和進(jìn)出水質(zhì)變化，活性污泥沉降性能，活性污泥的有機(jī)份之間的關(guān)聯(lián)，通過可以基于這些關(guān)系來基于指示性微生物進(jìn)行工藝的預(yù)判，優(yōu)化活性污泥的性狀、改進(jìn)控制工藝或預(yù)測未來的變化。
我們在判斷某項(xiàng)數(shù)據(jù)變化是否合理的時(shí)候，可以通過相關(guān)性分析建立的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)之間的彼此驗(yàn)證來判斷是否合理。比如對進(jìn)水單一指標(biāo)在線監(jiān)測儀表數(shù)據(jù)的突然躍遷，判斷是否是單一儀表的問題還是進(jìn)水水質(zhì)的問題時(shí)候，可以結(jié)合其他指標(biāo)的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)來進(jìn)行綜合判斷，通過比對這些相關(guān)性指標(biāo)，可以看到指標(biāo)躍遷的合理性，如下圖所示，氨氮忽然增高通過COD的曲線對比，可以判定是進(jìn)水水質(zhì)突增而不是設(shè)備問題。
但是在應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析的同時(shí)，需要注意的是，應(yīng)該注意相關(guān)性并不意味著因果關(guān)系。相關(guān)性只能顯示變量之間的關(guān)聯(lián)程度，它們是互相佐證的關(guān)系，不能確定其中的因果方向。工藝人員在解釋某些工藝問題的結(jié)果時(shí)，需要謹(jǐn)慎分析，結(jié)合污水處理的理論知識(shí)和近期和遠(yuǎn)期的工藝運(yùn)行操作經(jīng)驗(yàn)，以得出準(zhǔn)確的結(jié)論和應(yīng)用建議。
原標(biāo)題：數(shù)據(jù)的相關(guān)性在污水廠工藝分析中的應(yīng)用
