沉淀池优化设计研究
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摘要
本文运用系统工程的理论与方法，研究了沉淀池的优化设计问题，以寻求沉淀池的最小建设费用的方案。该研究，对降低沉淀池成本以及水厂的建设费用具有重要意义。
文中主要研究了平流式沉淀池、异向流斜板沉淀池的优化设计问题。分别对两者在有沉淀资料和无沉淀资料的情况下，进行优化设计研究，运用BP网络进行非线性函数逼近，结合回归正交设计方法建立沉淀池的费用函数模型，为优化设计提供了目标函数。沉淀池的设计要求满足一定去除效果及水流条件，且各参数均有一定的范围限制，因此结合规范要求，建立相应的约束条件，据此建立了完整的优化设计模型。
文中采用现代优化计算方法Hopfield网络并结合模拟退火算法对优化模型进行优化计算，分别建立了平流式沉淀池、斜板沉淀池优化模型的非线性动力学系统，并利用神经网络动力学系统的动态演化特性，实现动力学系统的求解。
文中采用该方法对沉淀池进行优化设计，得出的设计方案是经济可行的。
In this paper, the problems of optimal design of sedimentation tanks are studied by adopting theories and methods of system engineering to seek the scheme of the least sedimentation tanks building cost. It is significant to reduce sedimentation tank cost and water and waste water plant cost.
The optimal designs of horizontal sedimentation tanks and plated upflow sedimentation tanks are made when sedimentation data is provided or not. By BP neural network perfoming nonlinear mapping and combining regression orthogonal,the sedimentation tank cost functions are set up, the objectives are provided. The sedimentation tank designs are demanded to meet the efficiency and the hydrolic condition ,and the parameters are comfined in the range according to the criterion , so the integrate optimal design models are set up.
The Hopfield network optimal computation theory combining simulating annealing is applied in this paper to make caculation. Nonlinear dynamical systems of the nonlinear programming model of the horizontal sedimentation tanks and plated upflow sedimentation tanks are separately constituted and solved by software simulation method which utilized the neural network dynamical evolution property.
It is economical and feasible in such method to gain optimal design of sedimentation tanks.
文中主要研究了平流式沉淀池、异向流斜板沉淀池的优化设计问题。分别对两者在有沉淀资料和无沉淀资料的情况下，进行优化设计研究，运用BP网络进行非线性函数逼近，结合回归正交设计方法建立沉淀池的费用函数模型，为优化设计提供了目标函数。沉淀池的设计要求满足一定去除效果及水流条件，且各参数均有一定的范围限制，因此结合规范要求，建立相应的约束条件，据此建立了完整的优化设计模型。
文中采用现代优化计算方法Hopfield网络并结合模拟退火算法对优化模型进行优化计算，分别建立了平流式沉淀池、斜板沉淀池优化模型的非线性动力学系统，并利用神经网络动力学系统的动态演化特性，实现动力学系统的求解。
文中采用该方法对沉淀池进行优化设计，得出的设计方案是经济可行的。
In this paper, the problems of optimal design of sedimentation tanks are studied by adopting theories and methods of system engineering to seek the scheme of the least sedimentation tanks building cost. It is significant to reduce sedimentation tank cost and water and waste water plant cost.
The optimal designs of horizontal sedimentation tanks and plated upflow sedimentation tanks are made when sedimentation data is provided or not. By BP neural network perfoming nonlinear mapping and combining regression orthogonal,the sedimentation tank cost functions are set up, the objectives are provided. The sedimentation tank designs are demanded to meet the efficiency and the hydrolic condition ,and the parameters are comfined in the range according to the criterion , so the integrate optimal design models are set up.
The Hopfield network optimal computation theory combining simulating annealing is applied in this paper to make caculation. Nonlinear dynamical systems of the nonlinear programming model of the horizontal sedimentation tanks and plated upflow sedimentation tanks are separately constituted and solved by software simulation method which utilized the neural network dynamical evolution property.
It is economical and feasible in such method to gain optimal design of sedimentation tanks.
引文
[1] 钟淳昌．净水厂设计．北京：中国建筑工业出版社，1986．
[2] 许保玖，安鼎年．给水处理理论与设计．北京：中国建筑工业出版社，1992．
[3] 张自杰．排水工程．北京：中国建筑工业出版社，1997．
[4] 高允彦．正交回归设计方法．北京：冶金工业出版社，1988．
[5] 上海师范大学数学系编．回归分析及其实验设计．上海：上海教育出版社，1978。
[6] 张庄.沉砂池沉淀效果的数值分析．清华大学学报，1998(3)．
[7] 光明，葛卫华．数值模拟方法在二维沉淀池优化设计中的应用．环境工程，2002(4).
[8] 曾光明，葛卫华．污水场二维沉淀池水流和悬浮物运动数值模拟．中国环境科学，2002(4)．
[9] 赵雅明，王翠艳．回归正交实验设计在水飞蓟素提取工艺中的应用． 数理统计与管理， 2000(5)．
[10] Camp.T.R.(1946). "Sedimentation and design of settling tanks."Trans.ASCE, 111 (2285),895～936
[11] P.Chatellier and J.M.Cudi. "A new model for waste water treatment plant clarifier simulation." Water Research. 2000.34(2) 690～693.
[12] Ozer .A .(1994). "Simple Equations to express settling column data ."J.Envir. Engrg.,ASCE, 120(3) , 677～681.
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[14] Eckenfedlder, W.W.Jr.(1996). Industrial water pollution control McGraw-Hill Book Co.,NewYork,N.Y.
[15] O'Connor, D.J.,and Eckenfelder.W.W.Jr.(1961).Biological waste treatment. PergamonPress,New York,N.Y .
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[17] Chatellier .P and Audic .P. (2000). "A new model for wastewater treatment plant clarifier simulation ." , Wat. Rec. , 34(2) 690～693.
[18] Bhargava. D.S. and Rajagopal .K. (1989)"Modeling for class-I sedimentation ." J.Envir. Engrg.,ASCE, 115(6)., 1191～1198
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[20] Zhou.S., and McCorquodale.J.A.(1992). "Modeling of rectangular settling tanks." J.Hydr.Engrg.,ASCE,118(10),1391～1405.
[21] Swamee,EK.,and Tyagi ,A.(1996) . "Design of Class-I sedimentation tanks." J.Envir. Engrg.,ASCE, 122(1),71～73.
[22] Ostendorf, D.W., and Botkin,BC.(1987). "Sediment diffusion in primary shallow rectangular clarifiers ." J.Envir. Engrg.,ASCE,113(3) 595～611.
[23] Adams. E. W., and Rodi .W. (1990) . "Modeling flow and mixing in sedimentation tanks." J.Hydr.Engrg.,ASCE,116(7) ,895～913.
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[28] 杨镭．沉淀池设计参数与产水量分析．给水排水，1994(6)．
[29] 杨镭，赵亚乾．基于沉淀颗粒粒度分布的沉淀池设计．给水排水，
1993(4)．
[30] 张玉先．沉淀池沉淀去除率计算和表面负荷率确定的新方法．中国给水排水，1995(4)．
[31] 严宜怀．初沉池简便图算法和设计中的几个问题的探讨．给水排水，1990(2)．
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[33] 严煦世、范谨初．给水工程．北京：中国建筑工业出版社，1996．
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[51] 张际先 宓霞编著．神经网络及其在工程中的应用．北京：机械工业出版社，1996．
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[68] 耿昌松，林泳等．YAG激光焊接参数的人工神经网络模型．焊接学报，2001(6)．
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[70] 王子若，陈永昌．优化计算方法．北京：机械工业出版社，1989．
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[73] 张氢．基于人工神经网络的优化设计专家系统．机械科学与技术，1999(6)．
[74] 郭鹏．Hopfield网络在优化计算中的应用．计算机仿真，2002(5)．
[75] 欧阳军．利用神经网络建立有机物厌氧生物降解性定量结构关系．给水排水，2002(4)．
[76] 顾强生．人工神经网络模型在均匀设计试验数据处理中的应用．河海大学学报，2001(3)．
[77] 王强．利用人工神经网络实现函数逼近．计算机仿真，2002(9)．
[78] 周荣敏．遗传算法于人工神经网络优化理论及其在压力管网最优化中的应用研究．西北农林科技大学硕士学位论文，2000(3)．
[79] 袁曾任．人工神经网络及其应用．北京：清华大学出版社，1999．
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