Lý thuyết và mô hình hóa quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học nguyễn xuân nguyên, phạm hồng hải

THƯ VIỆN ĐẠI HỌC NHA TRANG M Ng 527 Ng NGUYỄN XUÂN NGUYÊN PHẠM HỒNG HẢI LÝ THUYẾT VÀ M Ơ HÌNH HĨA Q TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHUONG PHẤP SINH HỌC NGUYÊN XN NGUN, PHẠM HỒNG HẢI LÝ THUYẾT VÀ MƠ HÌNH HỐ Q TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT Hà Nội - 2003 LỜI NÓI ĐẦU Trước yêu cầu công tác bảo vệ môi trường năm gần xuất số sách công nghệ xử lý nước thải Những sách trang bị cho bạn đọc kiến thức trình thiết bị cơng nghệ xử lý nước thải, phục vụ đắc lực cho cộng tác giảng dạy, nghiên cứu sản xuất Xử lý nước thải phương pháp sinh học q trình cơng nghệ phức tạp q trình phát triển vi sinh vật xảy thiết bị bị ràng buộc tượng hoá lý liên quan đến chuyển chất lượng Tính phức tạp cịn tăng thêm q trình mức độ vi mơ (các tượng tế bào, quần thể vi sinh vật) xảy đồng thời với trình mức độ vĩ mơ (các q trình trao đổi chất truyền nhiệt phụ thuộc vào điều kiện thuỷ động cụ thể thiết bị) Phương pháp khảo sát q trình cơng nghệ phức tạp mơ hình hố tốn học với việc sử dụng máy tính Nhờ mơ hình tốn tiến hành tối ưu hố q trình hoạt động, điều khiển tự động trình sản xuất, thiết kế tối ưu thiết bị dây chuyền với hiệu kinh tế hiển nhiên ghi nhận Trên sở hệ thống hoá kết nghiên cứu nước vấn đề kết hợp với số kinh nghiệm vận dụng thực tiễn xử lý nước thải năm vừa qua, biên soạn sách nhằm cung cấp cho bạn đọc kiến thức cần thiết lý thuyết mô hình hố q trình xử lý nước thải phương pháp sinh học Cuốn sách làm tài liệu tham khảo cho cán làm công tác nghiên cứu tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải, nghiên cứu sinh, học viên cao học sinh viên ngành q trình thiết bị cơng nghệ hố học cơng nghệ mơi trường Q trình biên soạn chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến bạn đọc Thư từ xin gửi về: Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 70 Trần Hưng Đạo - Hà Nội Liên hiệp Khoa học-sản xuất Cơng nghệ hố học (UCE), 18 Hoàng Quốc Việt - Hà Nội Trung tâm Tư vấn chuyển giao Công nghệ nước Mơi trường (CTC), 1001 Hồng Quốc Việt - Hà Nội Các tác giả LỜI GIỚI THIỆU Trung tâm Tư vấn chuyển giao Công nghệ nước Môi trường (CTC) thuộc Ban đạo Quốc gia Cung cấp nước Vệ sinh môi trường tổ chức khoa học, cơng nghệ có chức đào tạo nâng cao trình độ cho cán khoa học cồng nghệ, cán quản lý công nhân kỹ thuật theo Chương trình Ban đạo Quốc gia Cung cấp nước Vệ sinh mơi trường, lĩnh vực phịng chống nhiễm cơng nghiệp Xin trân trọng giới thiệu sách “Lý thuyết mơ hình hóa q trình xử lý nước thải phương pháp sinh học” tác giả Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải, gồm có nám chương: Chương /: Trình bày lý thuyết trình xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí Chương II: Trình bày mơ hình hóa q trình xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí Chương 111: Mơ hình hóa q trình xử lý nước thải phương pháp sinh học kỵ khí Chương IV: Xác định thơng số mơ hình động học xử lý nước thải phương pháp sinh học Chương V: Sử dụng mạng nơron phân tích dự báo q trình xử lý nước thải bùn hoạt tính Cuốn sách tài liệu nằm chương trình đào tạo nói Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật xuất bản, tài liệu tham khảo hấp dẫn bổ ích cho cán khoa học, cán giảng dạy sinh viên chuyên ngành hóa sinh, đặc biệt cho cán khoa học thuộc lĩnh vực xử lý nước thải vệ sinh môi trường Xin giới thiệu bạn đọc Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật MỤC LỤC Lịi nói đầu Chương I Lý thuyết trình xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí 1.1 Xác định chất hữu nước thải 1.1.1 Xác định nhu cầu oxy hoá học COD 1.1.2 Xác định nhu cầu oxy sinh hoá BOD 9 15 1.1.3 Xác định nhiễm bẩn hữu dạng Chc 21 1.1.4 Mối liên hệ ThOD, COD, BOD Chc 22 1.2 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí với việc sử dụng bùn hoạt tính 1.2.1 Sự tăng trưởng sinh sản vi sinh vật 1.2.1.1 Các hệ pha Đường cong tăng trưởng 1.2.1.2 Các hệ liên tục khơng có tuần hồn sinhkhối 1.2.1.3 Sử dụng phương trình Monod với giống dị thể Sự chọn lọc tự nhiên vi sinh vật 1.2.2 Động học khử chất hữu nước thải 1.2.3 Quá trình làm hiếu khí bùn hoạt tính 1.2.3.1 Bùn hoạt tính có khả tạo bơng 1.2.3.2 Bùn hoạt tính khơng có khả bơng tụ (sự tãng trưởng phân tán) 1.2.3.3 Sự trương phồng bùn hoạt tính 1.2.4 Các thơng số cơng nghệ q trình làm hiếu khí 1.2.5 Các phương pháp ni cấy bùn hoạt tính 1.2.5.1 Hệ gián đoạn (chu kỳ) 1.2.5.2 Hệ bán liên tục 1.2.5.3 Hệ liên tục đẩy lý tưởng 1.2.5.4 Hệ liên tục trộn lý tưởng 1.2.6 Sự sản sinh sinh khối bùn hoạt tính 1.2.6.1 Tính nồng độ lượng sinh khối aeroten 26 26 27 33 35 39 48 50 52 53 57 59 59 60 62 65 66 67 1.2.6.2 Tính nồng độ lượng bùn hoạt tính 1.2.7 Sự tiêu thụ oxy khơng khí 1.2.7.1 Các phản ứng aeroten liên quan đến sử dụng oxy 1.2.7.2 Tính nhu cầu oxy 1.2.7.3 Quá trinh chuyển oxy vào nước 1.2.7.4 Cơng suất oxy hố 1.2.7.5 Tính cơng suất oxy hố cần thiết cường độ sục khí Chương II Mơ hình hố q trình xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí 2.1 Mơ hình hố aeroten 2.1.1 Mơ hình tốn khuấy trộn dọc kênh hạn chế với vài vùng trộn 2.1.2 Thí nghiệm nghiên cứu thuỷ động học aeroten 2.1.3 Mơ hình thuỷ động aeroten 2.1.3.1 Mơ hình đẩy lý tưởng 2.1.3.2 Mơ hình khuếch tán tham số 2.1.3.3 Mơ hình aeroten với cấp phân tán nước thải 2.1.3.4 Mơ hình aeroten với thơng khí học 2.1.4 Động học trình sử dụng chất vị sinh vật 2.2 Mơ hình tốn q trình xử lý nước thải biofin 2.3 Mơ hình tốn thiết bị phản ứng sinh hố lên men hiếu khí 2.4 Mơ hình tốn đầy đủ thiết bị phản ứng sinh hoá 2.5 Xác định nồng độ vi sinh vật cố định chất mang 2.6 Thiết bị phản ứng sinh hóa airlift với đệm trơi vi sinh vật cố định đệm 2.6.1 Kết thực nghiệm xử lý kết 2.6.2 Kết mô hình hóa 2.7 Mơ hình tốn q trình lắng 2.8 Mơ hình tốn q trình làm nước thải phương pháp sinh học 2.9 Mơ hình tốn q trình tạo bơng 2.10 Tổ chức dịng aeroten làm nước thải phương pháp sinh học 73 77 77 79 80 81 83 86 89 90 95 101 105 106 108 111 114 122 124 132 140 144 147 147 152 160 164 173 2.10.1 Cấp tập trung nước thải bùn hoạt tính 2.10.2 Cấp phân tán nước thải cấp tập trung bùn hoạt tính 2.10.3 Cấp phân tán khơng nước thải cấp tập trung bùn hoạt tính 173 175 177 Chương III Mơ hình hố q trình xử lý nước thải bàng phương pháp sinh học ky khí 182 3.1 Mở đầu 3.2 Xây dựng mơ hình 3.2.1 Các phản ứng sinh học 3.2.2 Phép tỉ lượng 3.2.3 Mô hình động học 3.2.4 Các hệ thức khác 3.2.5 Cân vật liệu 3.2.6 Mơ hình tốn thiết bị UASB 3.2.6.1 Mơ hình cấu trúc dịng 3.2.6.2 Phưcmg trình cân chất 3.2.6.3 Các dòng tuyến ngắn chảy qua 3.2.6.4 Mơ hình vận tải bùn 3.2.6.5 Phương trình cân theo vi sinh vật 182 182 184 186 187 191 192 196 197 198 200 200 201 3.2.6.6 Cân C02 202 3.2.6.7 Tốc độ sản sinh CH4 205 3.2.6.8 Tóm tất mơ hình tốn thiết bị UASB 3.3 Kiểm nghiệm mơ hình 206 210 Chương IV Xác định thơng số mơ hình động học xử lý nước thải phương pháp sinh học 213 4.1 Phương pháp tuyến tính hóa 4.2 Phương pháp lấy tích phân 214 217 Chương V Sử dụng mạng nơron phân tích dự báo q trình xử lý nước thải bùn hoạt tính 221 5.1 Mở đầu 5.2 Cân sinh khối chất trạng thái ổn định trình 221 223 5.3 Đồ thị hoạt động mơ hình bể lắng 5.3.1 Đồ thị mô tả hoạt động bể lắng 5.3.2 Xây dựng mơ hình bể lắng 5.4 Mơ hình tốn điều khiển q trình cácthơng số cơng nghệ 5.5 Hoạt động q trình với tải trọng tới hạn 5.6 Sử dụng mạng nơron để khảo sát trình xử lý nước thải bàng bùn hoạt tính 5.6.1 Mạng nơron dự báo tốc độ tăng trưởng vi sinh vật 5.6.2 Sử dụng mạng nơron dự báo chế độ công nghệ tác động điều khiển q trình 5.6.2.1 Bài tốnthứ 5.6.2.2 Bài toán thứ hai Phụ lục 226 226 228 234 237 Tài liệu 285 tham khảo 240 240 245 245 250 254 CHƯƠNG I LỶ THUYẾT QUÁ TRÌNH xử LỶ NC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC HIỂU KHÍ 1.1 Xác định chất hữu nưóc thải Thơng thường nước thải chứa hỗn hợp chất hữu khác Việc phân tích định tính định lượng hợp chất riêng biệt địi hỏi chi phí lớn lao động thời gian, phân tích khơng tiến hành Chỉ vài trường hợp người ta xác định nhóm chất riêng, ví dụ, phenol, axit béo dễ bay hơi, thành phần anion hoạt tính Do người ta thường nhận dạng nhóm hợp chất giống nhờ phép chuẩn mà cách xác định gọi xác định nhóm Liệt vào xác định nhóm phương pháp xác định lượng tổng tất hợp chất hữu cơ, dựa sở đo lượng oxy tiêu thụ cho việc oxy hoá chúng Trong trường hợp sử dụng phương pháp sở oxy hoá hoá học, người ta xác định nhu cầu oxy hoá học (COD - Chemical Oxygen Demand) Phương pháp sở oxy hố sinh hố cho phép tính nhu cầu oxy sinh hoá (BOD - Biochemỉcal Oxygen Demand) Vì hai phương pháp sử dụng rộng rãi tất nước giới nên cần có chuẩn hố quốc tế Một phương án khác xác định hàm lượng tổng tất chất hữu nước xác định tổng cacbon hữu (TOC - Total Organic Carbon) Việc hoàn thiện phổ biến loại phân tích phụ thuộc vào phát triển phương pháp hố phân tích đại 1.1.1 Xác định nhu cầu oxy hoá học COD Đối với hợp chất hữu tính nhu cầu oxy lý thuyết riêng (ThOD - Theoreticaỉ Oxygen Demand) lượng oxy (biểu diễn g) cần để oxy hố hồn tồn (theo hệ thức tỉ lượng) g hợp chất hữu Nhu cầu oxy lý thuyết riêng ThOD thường phụ thuộc vào thành phần nguyên tố hợp chất sản phẩm oxy hoá giả định Axit oxalic có ThOD riêng nhỏ 0,178g/g, metan có ThOD riêng lớn g/g Đối với hợp chất thành phần chung CaHbOc viết phương trình phản ứng oxy hố: \ o = aC 02 + - H 20 y C.,HbOc + 2a + ■ V ( 1) Giá trị ThOD riêng (g/g) tính theo cơng thức: n D = (í H± -2c)8 M M - khối lượng phân tử hợp chất Nếu phân tử hợp chất chứa nitơ mà điều kiện oxy hoá nitơ giải phóng dạng amoniac phương trình phản ứng oxy hố có dạng: CaH bOcN d + 2a + (b -3 d ) AI o = aC 02 + ———H20 + dNH3 (1.2) Trong trường hợp giá trị ThOD riêng (g/g) bằng: ThOD = (4a + b -2 c -3 d )8 M Nếu phân tử hợp chất ngồi nitơ cịn có lưu huỳnh phương trình phản ứng oxy hố có dạng: „ b -3 d CaH bOcN dSe + 2a + — - c + 3e = (1.3) aC 02 + b -3 d H 20 + dNH3+ e S ThOD riêng (g/g) tính theo cơng thức: ThOD Í4a + b - 2c - 3d + 6e)8 M Rõ ràng giá trị ThOD riêng hợp chất hữu mà phân tử ngồi oxy cịn có ngun tử khác phụ thuộc vào sản phẩm oxy hố giả định Ví dụ, hợp chất chứa nitơ ađenin (6-aminopuryn) 10 IF{SUM(K3).GT.SUMS) GO TO 13 GO TO 14 C C FORM EXPANSION OF NEW MINIMUM IF REFLECTION HAS PRODUCED ONE MINIMUM C 11 DO 15 J = 1, NX XI(K4,J) = XI(K2,J) + 2.*(XI(K3,J) - X1(K2,J)) 15 X(J) = XI (K4 ,J ) IN = K4 CALL SUMR IF(SUM(K4).LT.SUML) GO TO 16 GO TO 14 13 IF(SUM(K3).GT.SUMH) GO TO 17 DO 18 J = 1, NX 18 X I (INDEX,J) = X1(K3,J) 17 DO 19 J = 1, NX XI(K4,J) = 0.5*X1(INDEX,J) + 0.5*X1(K2,J) 19 X(J) = XI(K4,J) IN = K4 CALL SUMR IF(SUMH.G T SUM(K4)) GO TO C C REDUCE SIMPLEX BY HALF IF REFLECTION HAPPENS TO PRODUCE A LARGER VALUE THAN THE MAXIMUM C C DO 20 J = 1, NX DO 20 I = 1, K1 20 X ( I , J ) 30 29 23 27 274 = * ( X I ( I , J) + X I(K O U N T ,J )) DO 29 I = 1, K1 DO 30 J = 1, NX X(J) = X1(I,J) IN = I CALL SUMR CONTINUE SUML = S U M (1) KOUNT = DO 23 I = 2, K1 I F (SUML.L T SUM(I)) GO TO 23 SUML = SUM(I) KOUNT = I CONTINUE SR(INF) = SQRT(SUM(KOUNT)) DO 27 J = 1, NX X(J) = XI(KOUNT,J) GO TO 26 DO 31 J = 1, NX 31 XI(INDEX,J) =X1(K4,J) SUM (INDEX) = SUM (K4) GO TO 16 DO 21 J = 1, NX X I (INDEX,J) = X1(K4,J) 21 X(J) = XI (INDEX, J) SUM (INDEX) = SUM (K4 ) SR (INF) =SQRT (SUM (K4) ) GO TO 26 14 DO 22 J = 1, NX X I (INDEX,J) = X1(K3,J) 22 X(J) = XI(INDEX,J) SUM (INDEX) = SUM (K3) SR(INF) = SQRT(SUM(K )) 26 ICONT = ICONT + DO 36 J = 1,NX 36 X2(INF,J) = X (J) IF(ICONT.L T 2*K1) GO TO 50 ICONT = DO 24 J = 1, NX 24 X(J) = XI (K2 ,J) IN = K2 CALL SUMR DIFER = DO 57 I = 1, K1 57 DIFER = DIFER + (SUM(I) - SUM(K2))**2 DIFER = 1./(K7*XNX)*SQRT(DIFER) IF(DIFER.GT.1.0E-14) GO TO 50 C C C C C C IF FLEXIBLS SIMPLEX METHOD FAILED TO SATISFY THE CONSTRAINTS WITHIN THE TOLERANCE CRITERION FOR THE CURRENT STAGE, THE SEARCH IS PERTURBEL FROM THE POSITION WHERE THE X.VECTOR IS STUCK AND THEN FEASBL IS REPEATED ONCE MORE FROM THE BEGINNING 51 IN = K1 STEP = 20.*FDIFER CALL SUMR SR(INF) = SQRT(SEQL) DO 52 J = 1, NX 52 XI(K1,J) = X(J) 275 DO 53 J = 1, NX FACTOR = X(J) = XI (K1,J) + FACTOR*STEP X1(L9,J) = X(J) IN = L9 CALL SUMR X(J) = XI(K1,J) - FACTOR*STEP XI (L5,J) = X(J) IN = L5 CALL SUMR 56 IF(SUM(L9).LT.SUM(Kl)) GO TO 54 IF(SUM(L5).LT.SUM(Kl)) GO TO 55 GO TO 97 54 XI(L5,J) = XI(Kl,J) SUM(L5) = SUM(Kl) XI(Kl, J) = XI(L9,J) SUM(Kl) = SUM(L9) FACTOR = FACTOR + X(J) = XI(Kl,J) + FACTOR* STEP IN = L9 CALL SUMR GO TO 56 55 XI(L9,J) = XI(Kl,J) SUM (L9) = SUM (Kl) XI (Kl,J) = XI (L5 ,J) SUM (Kl) = SUM (L5) FACTOR = FACTOR + X(J) = XI(Kl,J) - FACTOR*STEP IN = L5 CALL SUMR GO TO 56 C C ONE DIMENSIONAL SEARCH BY GOLDEN SECTION ALONG EACH COORDINATE C 97 H H (J) = XI(L9,J) - XI(L5,J) XI(L6,J) = X1(L5,J) + H H (J)*R1A X(J) = XI (L6 ,J) IN = L6 CALL SUMR XI(L7,J) = XI(L5,J) + H H (J)*R2A X(J) = XI(L7,J) IN = L7 CALL SUMR IF(SUM(L6).GT.SUM(L7)) GO TO 68 XI(L8,J) = XI(L5,J) + (1 - R3A)*HH(J) 276 76 68 71 75 53 760 761 50 XI(L5,J) = X1(L7,J) X(J) = X1(L8,J) IN = L8 CALL SUMR IF(SUM(L8) ,GT.SUM(L6) ) GOTO 76 X1(L5,J) = X1(L6,J) SUM(L5) = SUM(L6) GO TO 75 XI(L9, J) = XI(L8,J) SUM(L9) = SUM(L8) GO TO 75 XI(L9, J) = XI(L6,J) XI(L8,J) = X1{L5,J) + R3A*HH(J) X(J) = XI(L8,J) IN = L8 CALL SUMR STEP = SIZE SUM(L9) = SUM(L6) IF(SUM(L7).GT.SUMÍL8)) GO TO 71 XI(L5,J) = X1(L8,J) SUM(L5) = SUM(L8) GO TO 75 XI (L9,J) = XI(L7,J) SUM(L9) = SUM(L7) IF (ABS (XI (L9, J) - XI (L5,J) ) GT 0.01*FDIFER) GO TO 97 X1(K1,J) = X1(L7,J) X(J) = XI (L7 ,J) SUM (K1) = SUM (L5) SR(INF) = SQRT(SUM(K1)) IF(SR(INF).LT.FDIFER) GO TO 760 CONTINUE ICHEK = ICHEK + STEP = FDIFER I F (ICHEK.L E 2) GO TO 25 FOLD = 1.0E-12 WRITE(3,853) WRITE(3,850) WRITE(3,851) (X(J),J=1,NX) WRITE(3,852) FDIFER, SR(INF) GO TO 46 DO 761 J = 1,NX X (INF,J ) = XI(Kl,J) X(J) = XI (K1,J) IF(SR(INF).GT.FDIFER) GO TO 28 C c MODIFIED LAGRANGE INTERPOLATION FOR TIGHT INEQUALITIES 277 c 139 40 41 42 43 44 45 48 49 465 278 IF(SR(INF).GT.O.) GO TO 35 CALL PROBLEM (3) FINT = R(K9) DO 139 J = 1, NX X(J) = X2(INF,J) CALL PROBLEM(2) DO 40 J = K7,K8 RI (J) = R (J) DO 41 J = 1, NX X(J) = XI(KOUNT,J) CALL PROBLEM(2) DO 42 J = K7,K8 R (J) = R (J) DO 43 J = 1, NX HH(J) = XI(KOUNT,J) - X (INF,J) X(J) = X (INF,J) + 0.5*HH(J) CALL PROBLEM(2) FLG(l) = F L G (2) = FL G (3) = DO 44 J = K7,K8 IF(R3(J ) G E 0.) GO TO 44 FLG(l) = FLG(l) + R l (J)*R1(J) F L G (2) = F L G (2) + R(J)*R(J) F L G (3) = F L G (3) + R (J)*R3(J) CONTINUE SR (INF) = SQRT(FLGd) ) IF(SR(INF).LT.FDIFER) GO TO 35 ALFA1 = FLG(l) - 2.*FLG(2) + FLG(3) BETA1 = 3.*FLG(1) - 4.*FLG(2) + FLG(3) RATIO = BETA1/(4.*ALFA1) DO 45 J = 1,NX X(J) = X (INF,J) + H H (J)*RATIO IN = INF CALL SUMR SR(INF) = SQRT(SEQL) IF(SR(INF).L T FDIFER) GO TO 465 DO 49 I = 1, 20 DO 48 J = 1, NX X(J) = X(J) - 0.05*HH (J) CALL SUMR SR(INF) = SQRT(SEQL) IF(SR(INF).LT.FDIFER) GO TO 465 CONTINUE CALL PROBLEM(3) IF(FINT.GT.R(K9)) GO TO 46 SR(INF) = GO TO 35 46 DO 47 J = 1, NX 47 X2(INF,J) = X (J) 35 CONTINUE DO 335 J = 1, NX 335 X(J) = X2(INF,J) 850 FORMAT (//108H IT IS NOT POSSIBLE TO SATISFY THE VIOLATED CONSTRAIN *T SET FROM THIS VECTOR THE SEARCH WILL BE TERMINATED /68H PLEASE *CHOOSE A NEW STRARTING VECTOR AND REPEAT SOLUTION AGAIN ) 851 FORMAT(//,63HTHE VECTOR FOR WHICH THE CONSTRAINTS COULD NOT BE SA *TISFIED IS / , (8E16.6)) 852 FORMAT (//,27H THE TOLERANCE CRITERION = E14.6,20X, 49H THE SQUARE *ROOT OF THE CONSTRAINTS SQUARED IS = E16.6) 853 FORMAT(//,81H * * * * * * SUBROUTINE FEASBL FAILS TO FIND A FEASI *BLE POINT * * * * * * * * *) RETURN END SUBROUTINE START C ************************************************************* DIMENSION A(50,50) DIMENSION X(50),X I (50,50),X2(50,50),R(100),SUM(50),F (50), S R (50), *ROLD(100),H H (50) COMMON NX,NC,NIC,STEP,SIZE,ALFA,BETA,GAMA,IN,INF,FDIFER, SEQL,Kl, *K2 ,K3 ,K4 ,K5 ,K6 ,K7 ,K8 ,K9, X, XI,X2 ,R, SUM, F, SR, ROLD, HH, SCALE,FOLD, *LFEAS,L5,L6,L7,L8,L9,R1A,R2A, R3A VN = NX STEP1 = STEP/(VN*SQRT(2.))*(SQRT(VN +1.) + VN - ) STEP2 = STEP/(VN*SQRT(2.))*(SQRT(VN + 1.) - 1.) DO J = 1, NX A (1,J) = DO I = 2, Kl DO J = 1, NX A (I,J) = STEP2 L = I - A (I,L) = STEP1 CONTINUE 279 DO I = 1, K1 DO J = 1, NX XI (I, J) = X(J) + A (I,J) RETURN END SUBROUTINE WRITEX Q ★ ★ *★ ★ **★ ***★ *★ ★ ★ ***★ ★ ★ **★ *★ **★ ****★ ★ ★ ***★ *’***★ **★ *****'*•****■ DIMENSION X (50),X1(50,50),X2(50,50),R(100),SUM(50),F(50), S R (50), *ROLD(100),H H (50) COMMON NX,NC,NIC,STEP,SIZE,ALFA,BETA,GAMA,IN,INF,FDIFER, SEQL,K , *K2 ,K3 ,K4 ,K5 ,K6 ,K7 ,K8 ,K9, X, X I ,X2 ,R, SUM, F, SR, ROLD, HH, SCALE,FOLD, *LFEAS,L ,L ,L7,L8,L9,R1A,R2A,R3A CALL PROBLEM(3) W R ITE(3,1) R(K9) FORMAT(/,28H OBJECTIVE FUNCTION VALUE = E17.7) W R ITE(3,2) (X(J), J = 1, NX) FORMAT(/,29H THE INDEPENDENT VECTORS ARE /(6E17.7)) IF(NC.EQ.O) GO TO CALL PROBLEM(1) WRITE(3,3) (R(J ) , J = 1, NC) FORMAT(/,36H THE EQUALITY CONSTRAINT VALUES ARE /(6E17.7)) IF(NIC.EQ.0) GO TO CALL PROBLEM(2) WRITE(3,4) (R(J) , J = K7,K6) FORMAT(/, 34H THE INEQUALITY CONSTRAINT VALUES /(6E17.7)) RETURN END SUBROUTINE SUMR C £ *********************************************************** THIS SUBROUTINE COMPUTES THE SUM OF THE SQUARE VALUES OF THE VIOLATED CONSTRAINTS IN ORDER TO BE COMPARED WITH THE TOLERANCE C C CRITERION C DIMENSION X (50),X1(50,50),X2(50,50),R (100),S U M (50),F(50), S R (50), *ROLD(100),HH (50) COMMON NX,NC,NIC,STEP,SIZE,ALFA,BETA,GAMA,IN,INF,FDIFER, SEQL,K1, *K2 ,K3 ,K4 ,K ,K6,K7,K8,K9,X ,X I ,X ,R ,SUM,F ,SR,ROLD,H H , SCALE,FOLD, *LFEAS,L5,L ,L7,L ,L ,R1A,R2A,R3A 280 c c c SUM(IN) = CALL PROBLEM(2) SEQL = IF(NIC.EQ.0) GO TO DO J = K7, K8 IF(R(J).GE.O.) GO TO SEQL = SEQL + R(J)*R(J) CONTINUE IF(NC.EQ.O) GO TO CALL PROBLEM(1) DO J = 1, NC SEQL = SEQL + R(J)*R(J) SUM(IN) = SEQL RETURN END SUBROUTINE PROBLEM(INQ) ********************************************************** DIMENSION X (50),X I (50,50) ,X2 (50,50),R(100),SUM(50),F(50), S R (50), *ROLD(100),HH(50) COMMON NX, NC,NIC, STEP, SIZE, ALFA, BETA, GAMA, IN, INF, FDIFER, SEQL,K1, *K2 ,K3 ,K4 ,K5,K6 ,K7,K8 ,K9, X, XI,X2 ,R, SUM, F, SR, ROLD, HH, SCALE,FOLD, *LFEAS,L5,L6,L7,L8,L9,R1A,R2A,R3A GOTO (1,2,3),INQ EQUALITY CONSTRAINS CONTINUE R (1)=X (1)**2+X(2)**2+X(3)**2-25 R(2)=8.*X(1)+14.*X(2)+7.*X(3)-56 GOTO INEQUALITY CONSTRAINS CONTINUE R ( ) =X ( 1) R(4) =X(2) R (5) =X (3) c GOTO OBJECTIVE FUNCTION CONTINUE R(6) =1000.-X(1)**2-2.*X (2)**2-X (3)**2-X(1)*X(2)-X(1)*X(3) RETURN END 281 Hướng dẫn sử dụng Chương trình tơi ưu hóa có ràng buộc FLEXIPLEX - HAIOPT.FOR I Chương trìn h PROBLEM (INQ) Ví dụ: f(X ) = 0 -x ^ - x ị - x ị - X ị X -X ]X hj ( X ) : Xj + xị + x3 - 25 = h2(X): Xị + x + 7x3 -56 =0 gi (X): C X, > 0, i = 1, 2, Equality Constraints Continue C R (1) = X ( ) * * + X ( ) * * R (2) = * X (1) + 14 * X (2) + X ( ) * * + - * X (3) 25 - 56 Inequality constaints Continue R(3) = X(l) R(4) = X (2) R (5) = X (3) C Objective function Continue R (6) = 1000 - X (1) **2 - 2*X (2) **2 - X(3)**2 - X(1)*(X(2) X(l) * X (3) II SỐ liệu vào NX, NC, NIC, SIZE, CONVER NX - số biến độc lập NC - số ràng buộc dạng đẳng thức NIC - số ràng buộc dạng bất đẳng thức 282 SIZE = t - đại lượng xác định kích thước khối đa diện bị biến dạng (ở giai đoạn khởi đầu tìm kiếm) • Trong trường hợp tổng quát: 02 t = min< — Ế í U ị - L ) >(U] - L j ),(U2 - L 2), ,(Un - L „ ) n i=i u - giới hạn trên; L - giới hạn • Trong trường hợp riêng: - SIZE « 20% hiệu số giới hạn vectơ X khoảng thay đổi Xj dọc theo trục tọa độ xấp xỉ Ví dụ: -11 < X] < 98,7 -10 < x2 < 100,1 -9,5 < x3 < 101 -10,2 < x < 99,5 -9,8 < x5 < 100 SIZE » 0,2 X 110 = 22 - Nếu khoảng thay đổi X dọc theo trục tọa độ khác SIZE cho nhận giá trị hiệu nhỏ giới hạn Xị Ví dụ: < Xj < 98,7 < x < 100,1 340 < x3 < 101 340 < x4 < 99,5 -1000 < x5 < 100 < x6 < 0,5236 SIZE * 0,2 X 110 = 22 283 CONVER = e - sô' dương nhỏ để kết thúc tìm kiếm, độ hội tụ, lấy 1er5 1er6 (nên 1er5 sau giảm dần đến gần sát 1er6, ví dụ 1,01.1 o-6 lẽ 1er6 khơng đạt Giá trị ban đầu vectơ X ( x r x f , .x