第2章预处理2011
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第二章数据预处理-几何校正
6 像元的灰度确定有哪些方法
1. 所做的工作：
① 变换后的图像空间的各像元亮度值的计算。
2. 方法：
① 邻近点插值法（Nearest Neighbor) ② 双线性插值法 ③ 三次卷积插值法 ④ 双三次样条插值法
1．近邻点插值法
距离实际位置最近的像元的灰度值作为输出图像像元的灰 度值。
在待求点的四邻像素中，将距离这点最近的相邻像素灰度 赋给该待求点。公式为：
f (i 1, j 2)
f (i, j 2)
f (i 1, j 2)
f (i 2, j 2)
该算法计算量最大，但内插效果最好，精度最高。
7 输出纠正数字影像
1. 把经过逐个像元的几何位置变换和灰度 重采样得到的输出影像数据按照需要的 格式写入纠正后的影像文件。
2. 当n=2时，畸变关系式如下，包含12个未知数，至少需 要6个已知点来建立关系式，解求未知数。
x a00 a10x a01y a20x2 a11xy a02 y2
y b00 b10x b01y b20x2 b11xy b02 y2
模型系数的确定：
1. 数量应当超过多项式系数的个数，最少 为(n+1)*(n+2)/2个。
该方法要比最近邻元法复杂，计算量大。但没有灰 度不连续性的缺点，结果令人满意。
它具有低通滤波性质，使高频分量受损，图像轮廓 有一定模糊。
3．三次卷积法
该方法利用三次多项式S(x)来逼近理论上的最佳插值 函数sin(x)/x。其数学表达式为：
1 2 | x |2 | x |3 0 | x | 1
S(x)
4
8
|
x
|
5
|
x
|2
第二章：原料的预处理制药分离工程
二、细胞破碎评价及应用案例
细胞破碎评价：
细胞破碎率：被破碎细胞的数量占原始细胞数量的百分比
S = N0 − N 100% N0
N0和N主要通过直接和间接两类方式获得
应用案例：紫球藻细胞破碎方法研究
问题：紫球藻藻红蛋白为胞内产物，如何高产率的提取？ 关键：采用何种有效的藻类细胞破碎技术？ 工艺设计：对比反复冻融法和超声波细胞破碎法 反复冻融法破碎细胞方法：
一、 清洗及净选
1. 原料的清洗
2. 原料的净选
滚筒式洗药机
风选机
二、切片与粉碎 (一) 基本要求
切片目的：为了保证煎药或提取质量和效率，或者有利
于进一步炮制和调配
粉粹目的：均化和解离
(二) 基本方法和工艺
切片：切、镑、刨、锉、劈五种类型 粉粹： 干法、湿法、低温和超细粉碎
主要设备： 切片：往复式和旋转式切药机 粉粹：机械式粉碎机、气流粉碎机、
96 29.7 90
65 27.8
-20 478 249 47.9 272 145 46.7 230 116 49.5
-30
478 139
71
278
86 69.2 230
64 72.2
在相同温度下不同密度的细胞破碎率变化不大 而在同一密度下，温度对细胞破碎率的影响很大：随着冻融温 度的降低，细胞破碎率明显增大，-20℃ 时破碎率在50%左右 ，-30℃时破碎率达到70%左右
将三种不同密度的紫球藻藻液分别在-10℃、-20℃、-30 ℃ 温度下进行冻融，采用每次冷冻8 h，37 ℃温水浴中融解5 min 超声波法破碎细胞方法：
方案一 方案二 方案三 方案四
占空比（%） 0 20 50 50
输出功率（W） 135 140 150 150
02第二章 生物材料的预处理技术
★
有机高分子聚合物：聚丙烯酰胺类衍生物
絮 凝 剂
无机高分子聚合物：铝盐、铁盐、钙盐
天然高分子絮凝剂：壳聚糖类胶黏物、海藻酸 钠。
（二）絮 凝
flocculation
絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联 成网状，形成絮凝团的过程 机理：架桥作用 采用絮凝法可形成粗大的絮凝体，使发 酵液较易分离。
凝聚
絮凝
常用的凝聚剂与絮凝剂
凝集剂：铝盐，铁盐，钙盐，锌盐 絮凝剂： 阳离子型：阳离子聚丙烯酰胺，聚丙烯酸二 烷基胺乙酯，聚二烯丙基四胺盐。 阴离子型：聚丙烯酸钠，聚苯乙烯磺酸，木 质素磺酸盐 非离子型：聚氧乙烯 天然类：甲壳素
絮凝剂：是一种能溶于水的高分子聚合 物。 分子量：几万～1千万D（道尔顿）。
絮凝
絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，其相对分 子质量可高达数万至一千万以上，长链状结构，其 链节上含有许多活性官能团，包括离子基团以及非 离子型基团。 它们通过静电引力、范德华引力或氢键的作用，强 烈地吸附在胶粒的表面。 当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同的 胶粒表面上，产生架桥联结时，就形成较大絮团， 产生絮凝作用。
发酵液的预处理和固液分离 发酵液的带电现象
发酵液中的细胞、菌体或蛋白质等胶体粒子的表 面，一般都带有电荷，带电的原因很多，主要是 吸附溶液中的离子或自身基团的电离。通常发酵 液中细胞或菌体带有负电荷，由于静电引力的作 用使溶液中带相反电荷的粒于（即正离子）被吸 附在其周围，在界面上形成了双电层。 但是这些正离子还受到使它们均匀分布开去的热 运动的影响，具有离开胶粒表面的趋势，在这两 种相反作用的影响下，双电层就分裂成两部分， 在相距胶核表面约一个离子半径的stern平面以内， 正离子被紧密束缚在胶核表面，称为吸附层或 stern层；在stern平面以外，剩余的正离子则在 溶液中扩散开去，距离越远，浓度越小，最后达 到主体溶液的平均浓度，称为扩散层。这样就形 成了扩散双电层的结构模型。
有机高分子聚合物：聚丙烯酰胺类衍生物
絮 凝 剂
无机高分子聚合物：铝盐、铁盐、钙盐
天然高分子絮凝剂：壳聚糖类胶黏物、海藻酸 钠。
（二）絮 凝
flocculation
絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联 成网状，形成絮凝团的过程 机理：架桥作用 采用絮凝法可形成粗大的絮凝体，使发 酵液较易分离。
凝聚
絮凝
常用的凝聚剂与絮凝剂
凝集剂：铝盐，铁盐，钙盐，锌盐 絮凝剂： 阳离子型：阳离子聚丙烯酰胺，聚丙烯酸二 烷基胺乙酯，聚二烯丙基四胺盐。 阴离子型：聚丙烯酸钠，聚苯乙烯磺酸，木 质素磺酸盐 非离子型：聚氧乙烯 天然类：甲壳素
絮凝剂：是一种能溶于水的高分子聚合 物。 分子量：几万～1千万D（道尔顿）。
絮凝
絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，其相对分 子质量可高达数万至一千万以上，长链状结构，其 链节上含有许多活性官能团，包括离子基团以及非 离子型基团。 它们通过静电引力、范德华引力或氢键的作用，强 烈地吸附在胶粒的表面。 当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同的 胶粒表面上，产生架桥联结时，就形成较大絮团， 产生絮凝作用。
发酵液的预处理和固液分离 发酵液的带电现象
发酵液中的细胞、菌体或蛋白质等胶体粒子的表 面，一般都带有电荷，带电的原因很多，主要是 吸附溶液中的离子或自身基团的电离。通常发酵 液中细胞或菌体带有负电荷，由于静电引力的作 用使溶液中带相反电荷的粒于（即正离子）被吸 附在其周围，在界面上形成了双电层。 但是这些正离子还受到使它们均匀分布开去的热 运动的影响，具有离开胶粒表面的趋势，在这两 种相反作用的影响下，双电层就分裂成两部分， 在相距胶核表面约一个离子半径的stern平面以内， 正离子被紧密束缚在胶核表面，称为吸附层或 stern层；在stern平面以外，剩余的正离子则在 溶液中扩散开去，距离越远，浓度越小，最后达 到主体溶液的平均浓度，称为扩散层。这样就形 成了扩散双电层的结构模型。
第二章 预处理及固—液分离
4、过滤技术在生物技术中的应用
23、惰性助滤剂的使用
1）基本概念和使用方法
种颗粒均匀．质地坚硬．不可压缩的粉状或纤维状 的固体，能形成疏松结构。它能使滤饼疏松，减 小过滤阻力．使滤速增大，提高滤饼的刚性和孔 隙率的惰性材料。
要求：作助滤剂的物质应能较好地悬浮于料液 中，且颗粒大小合适，助滤剂中还不应含有可溶 于滤液的物质，以免污染滤液。助滤剂必须不吸 附或很少吸附生化物质。
对于好的定形的晶体，这是一种最直接的步
骤。常用来分离固体量较大的悬浮液.
在过滤操作中，要求滤速快、滤液澄清，并且有高的收 率。
根据过滤机理，过滤操作可分为澄清过滤和滤饼过滤。
澄清过滤：
过滤介质为硅藻土、砂、颗粒活性炭、玻璃珠、塑料颗粒等，当悬浮液通过滤 层时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层的颗粒上，使滤液得以澄清，适合于固体 含量少于0.1g/100ml、颗粒直径在5-100um的悬浮液的过滤分离，如河水、麦 芽汁、酒类和饮料等的澄清。
2）固体剪切：研磨，珠磨，捣碎。
• 高速珠磨法
• 设备是珠后机，瑞士WBC公司和德国西门 子机械公司均制造各种型号的珠磨机，其破碎机 下：微生物细胞悬浮液与极细的研磨剂在搅拌浆 作用下充分混合，珠子之间以及珠子和细胞之间 和互相剪切、碰撞，促使细胞壁破碎，释出内含 物，在珠波分离器的协助下，珠子被滞留在破碎 室内，浆液流出，从而实现连续操作，破碎中， 生的热量由夹套中的冷却液带走。 存在的问题：操作参数多，一般赁经验估计 并且珠子之间的液体损失30％左右。
4.酶解法（enzymatic lysis）：
外加酶法： 根据细胞壁的结构和组成特点，选用适当的酶：溶菌酶、 纤维素酶、蜗牛酶、半纤维素酶、脂酶等，将细胞壁分解， 使细胞内含物释放出来。有些细菌对溶菌酶不敏感，加入 少量巯基试剂或8摩尔尿素处理后，使之转为对溶菌酶敏 感而溶解。 自溶法（autolysis）: 在一定PH和适当的温度下，利用组织细胞内自身的酶系 统将细胞破碎的方法。此过程需较长时间，常用少量防腐 剂如甲苯、氯仿等防止细胞的污染。
23、惰性助滤剂的使用
1）基本概念和使用方法
种颗粒均匀．质地坚硬．不可压缩的粉状或纤维状 的固体，能形成疏松结构。它能使滤饼疏松，减 小过滤阻力．使滤速增大，提高滤饼的刚性和孔 隙率的惰性材料。
要求：作助滤剂的物质应能较好地悬浮于料液 中，且颗粒大小合适，助滤剂中还不应含有可溶 于滤液的物质，以免污染滤液。助滤剂必须不吸 附或很少吸附生化物质。
对于好的定形的晶体，这是一种最直接的步
骤。常用来分离固体量较大的悬浮液.
在过滤操作中，要求滤速快、滤液澄清，并且有高的收 率。
根据过滤机理，过滤操作可分为澄清过滤和滤饼过滤。
澄清过滤：
过滤介质为硅藻土、砂、颗粒活性炭、玻璃珠、塑料颗粒等，当悬浮液通过滤 层时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层的颗粒上，使滤液得以澄清，适合于固体 含量少于0.1g/100ml、颗粒直径在5-100um的悬浮液的过滤分离，如河水、麦 芽汁、酒类和饮料等的澄清。
2）固体剪切：研磨，珠磨，捣碎。
• 高速珠磨法
• 设备是珠后机，瑞士WBC公司和德国西门 子机械公司均制造各种型号的珠磨机，其破碎机 下：微生物细胞悬浮液与极细的研磨剂在搅拌浆 作用下充分混合，珠子之间以及珠子和细胞之间 和互相剪切、碰撞，促使细胞壁破碎，释出内含 物，在珠波分离器的协助下，珠子被滞留在破碎 室内，浆液流出，从而实现连续操作，破碎中， 生的热量由夹套中的冷却液带走。 存在的问题：操作参数多，一般赁经验估计 并且珠子之间的液体损失30％左右。
4.酶解法（enzymatic lysis）：
外加酶法： 根据细胞壁的结构和组成特点，选用适当的酶：溶菌酶、 纤维素酶、蜗牛酶、半纤维素酶、脂酶等，将细胞壁分解， 使细胞内含物释放出来。有些细菌对溶菌酶不敏感，加入 少量巯基试剂或8摩尔尿素处理后，使之转为对溶菌酶敏 感而溶解。 自溶法（autolysis）: 在一定PH和适当的温度下，利用组织细胞内自身的酶系 统将细胞破碎的方法。此过程需较长时间，常用少量防腐 剂如甲苯、氯仿等防止细胞的污染。
2011第二章 水和废水监测(2-3)
测定水样中的挥发酚、氰化物、氟化物时， 均需先在酸性介质中进行蒸馏分离。 测定水中的氨氮时，需在微碱性介质中进行 预蒸馏分离。
蒸馏具有消解、富集和分离三种作用
二、萃取法
溶剂萃取法 固体萃取法 超临界萃取法
•溶剂萃取法
基于物质在互不相溶的两种溶剂中分配系数不同， 而达到组分的富集与分离。
水相-有机相中的分配系数K K= 有机相中被萃取物浓度 水相中被萃取物浓度 Σ[A]有机相 Σ[A]水相
E（%） =
实例：
4—氨基安替比林光度法测定水样挥发酚时，当酚含 量低于0.05mg／L，则水样经蒸馏分离后需再用三氯 甲烷进行萃取浓缩；
紫外光度法测定油和用气相色谱法测定有机农药(666、 DDT)时，需先用石油醚萃取等。 分光光度法测定水中Cd2＋、Hg2＋、Zn2＋、Pb2＋等， 双硫腙(整合剂)能使上述离子生成难溶于水的鳌合物， 可用三氯甲烷(或四氯化碳)从水相中萃取后测定，三者 构成双硫腙—三氯甲烷—水萃取体系（鳌合物萃取体 系）。
微波消解法：
微波作为热源，从样品内部加热，并伴随激烈搅拌，分解速 率快，避免了易挥发组分的损失和有害气体的排放。
2.4.2 富集与分离
目的
欲测组分含量低于分析方法检测限时，进行富集或浓缩； 有共存干扰组分时，进行分离或掩蔽。 富集和分离往往是不可分割、同时进行的。
方法
过滤、气提、顶空、蒸馏、萃取、离子交换、吸附、共沉 淀、层析等。
悬浮物（SS)：水样过滤后留在过滤器上的固体物质，于
103-105℃烘至恒重得到的物质量。包括不溶于水的泥砂、各 种污染物、微生物及难溶无机物等。
2.5.7 矿化度
水化学成分测定的重要指标，用于评价水中总含盐量，是 农田灌溉用水适用性评价的主要指标之一。
蒸馏具有消解、富集和分离三种作用
二、萃取法
溶剂萃取法 固体萃取法 超临界萃取法
•溶剂萃取法
基于物质在互不相溶的两种溶剂中分配系数不同， 而达到组分的富集与分离。
水相-有机相中的分配系数K K= 有机相中被萃取物浓度 水相中被萃取物浓度 Σ[A]有机相 Σ[A]水相
E（%） =
实例：
4—氨基安替比林光度法测定水样挥发酚时，当酚含 量低于0.05mg／L，则水样经蒸馏分离后需再用三氯 甲烷进行萃取浓缩；
紫外光度法测定油和用气相色谱法测定有机农药(666、 DDT)时，需先用石油醚萃取等。 分光光度法测定水中Cd2＋、Hg2＋、Zn2＋、Pb2＋等， 双硫腙(整合剂)能使上述离子生成难溶于水的鳌合物， 可用三氯甲烷(或四氯化碳)从水相中萃取后测定，三者 构成双硫腙—三氯甲烷—水萃取体系（鳌合物萃取体 系）。
微波消解法：
微波作为热源，从样品内部加热，并伴随激烈搅拌，分解速 率快，避免了易挥发组分的损失和有害气体的排放。
2.4.2 富集与分离
目的
欲测组分含量低于分析方法检测限时，进行富集或浓缩； 有共存干扰组分时，进行分离或掩蔽。 富集和分离往往是不可分割、同时进行的。
方法
过滤、气提、顶空、蒸馏、萃取、离子交换、吸附、共沉 淀、层析等。
悬浮物（SS)：水样过滤后留在过滤器上的固体物质，于
103-105℃烘至恒重得到的物质量。包括不溶于水的泥砂、各 种污染物、微生物及难溶无机物等。
2.5.7 矿化度
水化学成分测定的重要指标，用于评价水中总含盐量，是 农田灌溉用水适用性评价的主要指标之一。
第二章样品预处理方法【共57张PPT】
❖ 注意测量pH值的准确性，误差不应超过0.1 固相萃取技术（SPE）的重要性
由于试剂未经纯化致使色谱分析中往往呈现额外的杂质峰。 ☞更严重的是干扰物在每批溶剂或试剂中有所不同，而影响不同实验室间、各分析人员间的实验结果。 0.
（3）温度 常用的溶剂有水、稀酸、稀碱、稀盐等，也可以采用不同比例的有机溶剂，如：乙醇、丙酮、氯仿、四氯化碳
使用方法
❖可先用6到10倍柱体积的去离子水或弱缓冲液平 微透析技术：实质上是一种膜分离技术，它利用膜透析原理，微量地对细胞液进行流动性连续采样的新型采样和色谱样品制备技术。
衡， 影响盐析的条件 盐的饱和浓度
动物体内—药物及代谢产物、糖类及有关化合物、脂类、维生素、核甘、核甘酸及其衍生物、磷酸酯类化合物、固醇类化合物、氨基酸、多肽、蛋
使用方法 ❖可先用6到10倍柱体积的甲醇或乙腈活化，再用 6到10倍柱体积的水或缓冲液平衡，不要让小柱 干了
❖样品溶解在强一些极性的溶剂中 ❖加入样品
❖用强极性溶剂洗脱不想要的组份
❖用极性弱些的溶剂洗脱第一组感兴趣的组份
❖用极性更弱的溶剂洗脱剩下的感兴趣的组份
确认回收率
各种SPE小柱（三）
❖ 离子交换
❖变离子型化合物为非离子型，用反相方法分离 ❖ 典型的例子
氨基酸分析
加速溶剂萃取（ASE）
ASE 是用溶剂对固体、半固体的样品进行萃取的技术.
ASE 的原理是选择合适的溶剂、通过增加温度和压力来提高 萃取过程的效率.
ASE 可用来替代索氏提取、超声萃取、手工振摇、煮沸法和 其他萃取方法
三种不同型号的ASE
组感兴趣的组份 以1～5ml/min流速洗脱样品
❖用更强的缓冲液洗脱剩下的感兴趣的组份
确认回收率
由于试剂未经纯化致使色谱分析中往往呈现额外的杂质峰。 ☞更严重的是干扰物在每批溶剂或试剂中有所不同，而影响不同实验室间、各分析人员间的实验结果。 0.
（3）温度 常用的溶剂有水、稀酸、稀碱、稀盐等，也可以采用不同比例的有机溶剂，如：乙醇、丙酮、氯仿、四氯化碳
使用方法
❖可先用6到10倍柱体积的去离子水或弱缓冲液平 微透析技术：实质上是一种膜分离技术，它利用膜透析原理，微量地对细胞液进行流动性连续采样的新型采样和色谱样品制备技术。
衡， 影响盐析的条件 盐的饱和浓度
动物体内—药物及代谢产物、糖类及有关化合物、脂类、维生素、核甘、核甘酸及其衍生物、磷酸酯类化合物、固醇类化合物、氨基酸、多肽、蛋
使用方法 ❖可先用6到10倍柱体积的甲醇或乙腈活化，再用 6到10倍柱体积的水或缓冲液平衡，不要让小柱 干了
❖样品溶解在强一些极性的溶剂中 ❖加入样品
❖用强极性溶剂洗脱不想要的组份
❖用极性弱些的溶剂洗脱第一组感兴趣的组份
❖用极性更弱的溶剂洗脱剩下的感兴趣的组份
确认回收率
各种SPE小柱（三）
❖ 离子交换
❖变离子型化合物为非离子型，用反相方法分离 ❖ 典型的例子
氨基酸分析
加速溶剂萃取（ASE）
ASE 是用溶剂对固体、半固体的样品进行萃取的技术.
ASE 的原理是选择合适的溶剂、通过增加温度和压力来提高 萃取过程的效率.
ASE 可用来替代索氏提取、超声萃取、手工振摇、煮沸法和 其他萃取方法
三种不同型号的ASE
组感兴趣的组份 以1～5ml/min流速洗脱样品
❖用更强的缓冲液洗脱剩下的感兴趣的组份
确认回收率
第2章 数据预处理
二、数据预处理
3.数据集成和数据变换 3.1 数据集成 3. 数据值冲突的检测与处理 在一个系统中记录的属性的抽象层可能比另一个系统中“相同的”属性
低。数据集成时将一个数据库的属性与另一个匹配时，要考虑数据的结构用 来保证原系统中的属性函数依赖和参照约束与目标系统中的匹配。
二、数据预处理
3.数据集成和数据变换 3.2 数据变换 数据变换的目的是将数据转换或统一成适合于挖掘的形式。
二、数据预处理
4.数据规约 数据归约技术可以用来得到数据集的归约表示，它比原数据小得多，但
仍接近保持原数据的完整性。
常见的数据规约的方法包括数据立方体聚集、维规约、数据压缩、数值 规约以及数据离散化与概念分层等。
二、数据预处理
4.数据规约 4.1 数据立方体聚集 数据立方体聚集主பைடு நூலகம்是用于构造数据立方体，数据立方体存储多维聚集
二、数据预处理
4.数据规约 4.5 数值离散化与概念分层
1、数值数据的离散化和概念分层产生
（5）聚类分析 聚类分析是一种流行的数据离散化方法。 将属性A的值划分成簇或组，聚类考虑A的分布以及数据点的邻近性，可
以产生高质量的离散化结果。遵循自顶向下的划分策略或自底向上的合并策 略，聚类可以用来产生A的概念分层，其中每个簇形成概念分层的一个节点。 在前者，每一个初始簇或划分可以进一步分解成若干子簇，形成较低的概念 层。在后者，通过反复地对邻近簇进行分组，形成较高的概念层。
i1 j1
eij
其中，oij是联合事件 ( Ai , Bj )的观测频度（即实际计数），而 eij是( Ai , Bj ) 的期
望频度，可以用下式计算
二、数据预处理
3.数据集成和数据变换
第2章大数据采集及预处理
2.1数据采集简介
2.1.1 数据采集
大数据的数据采集是在确定用户目标的基础 上，针对该范围内所有结构化、半结构化和非结 构化的数据的采集。
传统的数据采集 数据来源 来源单一，数据量相对大数据较小 大数据的数据采集 来源广泛，数据量巨大 数据类型丰富， 数据类型 结构单一 包括结构化、半结构化、非结构化 数据处理 关系型数据库和并行数据仓库 分布式数据库
7．网络矿工（上机应用） 网络矿工数据采集软件是一款集互联网数据 采集、清洗、存储、发布为一体的工具软件。 官方网站：/
（1）进入网络矿工官方网站，下载免费版，本例 下载的是sominerv5.33（通常免费版有试用期限， 一般为30天）。网络矿工的运行需要.Net Framework 2.0 环境，建议使用Firefox浏览器。
5．乐思网络信息采集系统 主要目标就是解决网络信息采集和网络数据抓 取问题。 官方网站： /index.html
6．火车采集器 通过灵活的配置，可以很轻松迅速地从网页 上抓取结构化的文本、图片、文件等资源信息， 可编辑筛选处理后选择发布到网站后台，各类文 件或其他数据库系统中。 官方网站：/
官网：/
3．Kibana
Kibana 是一个为 Logstash 和 ElasticSearch 提供的日志分析的 Web 接口。可使用它对日志进 行高效的搜索、可视化、分析等各种操作。
主页： /
4．Ceilometer Ceilometer主要负责监控数据的采集，是 OpenStack中的一个子项目，它像一个漏斗一样， 能把OpenStack内部发生的几乎所有的事件都收 集起来，然后为计费和监控以及其它服务提供数 据支撑。 官方网站：/
互联网数据具有的特点：
大量化
水处理技术 2第二章 水的预处理
第二章 水的预处理
概述
一、原水预处理
预处理的“预”是相对于离子交换系统和反渗透系统等 除盐工艺而言的。除盐系统一般除去溶解态的盐类和小分子 有机物，而预处理主要任务就是除去水中的悬浮物和胶体， 为除去溶解物质打好基础。预处理的方法主要有混凝处理、 澄清处理和过滤处理。
一、原水预处理
1．混凝处理 水的混凝处理就是在水中加入一种称为混凝剂 的物质，促使细小颗粒聚集成大颗粒的絮凝物， 然后从水中分离出来的过程。
滤料和滤层
类别
滤料组成
粒 径 (mm)
滤层厚度 (mm)
滤 速
(m/h)
强制滤速 (m/h)
单层滤料 双层滤料
石英砂 1.2～0.5 无烟煤 1.8～0.8 石英砂 1.2～0.5
700/1200
8～10
400～500 / 400 400～500 / 800
10～14
10～14 14～18
过滤颗粒杂质及泥浆等物质，这一级出来后水中 的固体物质已经非常小和非常少了，一般下一级用 活性碳吸附。
浊度可降至10FTU以下，该水再进行过滤，浊度可进 一步降至2～5FTU以下，能满足后续除盐处理对进水的 水质要求。
二、预处理系统实例
某厂设置净化站系统来完成原水的预处理。原水 （长江水）从循环水管引出，经原水升压泵升压后进入 净化站，在净化站经混凝、澄清、过滤处理后用于补充 工业用水、消防用水及清水。
各种澄清池的优缺点比较：
2.3 水的过滤处理
过滤设备一般在沉淀池或澄清池之后，进水浊度 一般在15mg/L以下，滤池出水浊度一般在2mg/L 以下。
过滤—反冲洗—过滤—反冲洗
2.3.1 过滤机理
(机械筛虑作用)
(惯性沉淀作用)
概述
一、原水预处理
预处理的“预”是相对于离子交换系统和反渗透系统等 除盐工艺而言的。除盐系统一般除去溶解态的盐类和小分子 有机物，而预处理主要任务就是除去水中的悬浮物和胶体， 为除去溶解物质打好基础。预处理的方法主要有混凝处理、 澄清处理和过滤处理。
一、原水预处理
1．混凝处理 水的混凝处理就是在水中加入一种称为混凝剂 的物质，促使细小颗粒聚集成大颗粒的絮凝物， 然后从水中分离出来的过程。
滤料和滤层
类别
滤料组成
粒 径 (mm)
滤层厚度 (mm)
滤 速
(m/h)
强制滤速 (m/h)
单层滤料 双层滤料
石英砂 1.2～0.5 无烟煤 1.8～0.8 石英砂 1.2～0.5
700/1200
8～10
400～500 / 400 400～500 / 800
10～14
10～14 14～18
过滤颗粒杂质及泥浆等物质，这一级出来后水中 的固体物质已经非常小和非常少了，一般下一级用 活性碳吸附。
浊度可降至10FTU以下，该水再进行过滤，浊度可进 一步降至2～5FTU以下，能满足后续除盐处理对进水的 水质要求。
二、预处理系统实例
某厂设置净化站系统来完成原水的预处理。原水 （长江水）从循环水管引出，经原水升压泵升压后进入 净化站，在净化站经混凝、澄清、过滤处理后用于补充 工业用水、消防用水及清水。
各种澄清池的优缺点比较：
2.3 水的过滤处理
过滤设备一般在沉淀池或澄清池之后，进水浊度 一般在15mg/L以下，滤池出水浊度一般在2mg/L 以下。
过滤—反冲洗—过滤—反冲洗
2.3.1 过滤机理
(机械筛虑作用)
(惯性沉淀作用)
第二章_原料的预处理
18 l
由于菌体细胞的直径很小，沉降速度很慢，因此常需向菌 体的料液中加入絮凝剂，使菌体细胞凝聚成较大颗粒后过滤除 去。
1.4 离心沉降（适用于分离较小的颗粒）
广泛应用于固液、液液相的分离。 1.离心沉降速度
d 2 s 2 R Vs 18
令：
S=
2 dp ( s L )
（3）凝聚和絮凝： 将化学药剂预先投加到悬浮液中，改变细胞、菌体和蛋 白质等胶体粒子的分散状态，破坏其稳定性，使它们聚集成 可分离的絮凝体，在进行分离。 特点：使颗粒尺寸增加，增大颗粒的沉降或浮选速率，提高 滤饼的渗透性或在深床过滤时产生较好的颗粒保留作 用。 凝聚：在投加的化学物质（如铝、铁的盐类或石灰等）作用 下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成1mm大小块状凝聚 体的过程。 絮凝：使用絮凝剂（天然或合成的大分子量聚电解质）将胶
平衡区带离心（等密度离心法）: 在离心前预先配制介质的密度梯度，此种密度梯度液包 含了被分离样品中所有粒子的密度，待分离的样品铺在梯度 液顶上或和梯度液先混合，离心开始后，当梯度液由于离心 力的作用逐渐形成底浓而管顶稀的密度梯度，与此同时原来 分布均匀的粒子也发生重新分布。当管底介质的密度大于粒 子的密度，即ρL＞ρs时粒子上浮；在弯顶处ρs＞ρL时，则粒子 沉降，最后粒子进入到一个它本身的密度位置即ρs＝ρL，此 时粒子不再移动，粒子形成纯组分的区带，区带与样品粒子 的密度有关，而与粒子的大小和其他参数无关，因此只要转 速、温度不变，则延长离心时间也不能改变这些粒子的成带 位置。 此法一般应用于物质的大小相近，而密度差异较大时。 常用的梯度液是CsCl。
18 L
S为Байду номын сангаас降系数
从该式中可看出：
①当ρs＞ρL，则S＞0，粒子顺着离心方向沉降。 ②当ρs＝ρL，则S＝0，粒子到达某一位置后达到平衡。 ③当ρs＜ρL，则S＜0，粒子逆着离心方向上浮。 离心沉降时，颗粒的相对分子质量越大，沉降系数越大，离心沉降速 度越大。
地震数据处理第二章：预处理及真振幅恢复
j 2f
设补偿前数据为x(t)，补偿后为y(t)，即
y(t) x(t) * h(t, )
第三节 振幅平衡
浅层能量、深层能量弱，给显示带来困难，动平衡就 是为解决这类问题而提出的。
一、道内动平衡
设待平衡记录道长度为N个样点，将其分为K个时 窗，每时窗为2M+1个样点，则每时窗的平均振幅为：
A j
第二节 真振幅恢复 一、波前扩散能量补偿 二、地层吸收能量补偿
第一节 预处理
一、数据解编 （1）野外数据格式：
① SEG-D ② 时序 （2）解编：将时序变为道序
（3）解编后数据格式：SEG—Y 地震资料数字处理输入/输出均为SEG-Y
SEG_Y 格式： 卷头(4字节/字,共100字）:
40行说名信息
2 卷内道序号 (字节5 ~ 8)
3 FFID & ILN (字节9 ~12)
4 道号
(字节13~16)
5 震源点号
(字节17~20)
6 CMP号 & XLN (字节21~24)
7 CMP集内道号 (字节25~28)
8 道识别码： (字节29~30) 1=地震数据；2=死道；3=空道 4 =爆炸信号；5 井口道；~
1
M
|
2M 1 mM
a jm
|
权系数：
w j
1 Aj
均衡处理： aj a j •w j
二、道间均衡
地震记录上反射能量随炮检距增大而衰减，也可能因 激发及接收条件的差异，使道与道之间的能量不均衡。 在共中心点叠加时，因能量不均衡会影响叠加效果，故 而进行道间均衡。
Q 2 E 2
A2 0
2
1
E
A2 0
第二章 数据采集与预处理 (教案与习题)
public class MyKafkaConsumer { private final ConsumerConnector consumer; private final String topic; public MyKafkaConsumer(String topic) throws Exception{ InputStream in = Properties.class. getResourceAsStream("KafkaProducer.properties"); Properties props = new Properties(); props.load(in); ConsumerConfig config = new ConsumerConfig(props); consumer = Consumer.createJavaConsumerConnector(config); this.topic = topic; }
2 of 42
2.1大数据采集架构
第二章 数据采集与预处理
2.1.2 常用大数据采集工具
数据采集最传统的方式是企业自己的生产系统产生的数据，除上述生产系统中的数据外， 企业的信息系统还充斥着大量的用户行为数据、日志式的活动数据、事件信息等，越来越 多的企业通过架设日志采集系统来保存这些数据，希望通过这些数据获取其商业或社会价 值。
$sudo apt-get update
Apache Kafka需要Java运行环境，这里使用apt-get命令安装default-jre包，然后安装Java运行环境：
$sudo apt-get install default-jre
通过下面的命令测试一下Java运行环境是否安装成功，并查看Java的版本信息：
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2.1大数据采集架构
第二章 数据采集与预处理
2.1.2 常用大数据采集工具
数据采集最传统的方式是企业自己的生产系统产生的数据，除上述生产系统中的数据外， 企业的信息系统还充斥着大量的用户行为数据、日志式的活动数据、事件信息等，越来越 多的企业通过架设日志采集系统来保存这些数据，希望通过这些数据获取其商业或社会价 值。
$sudo apt-get update
Apache Kafka需要Java运行环境，这里使用apt-get命令安装default-jre包，然后安装Java运行环境：
$sudo apt-get install default-jre
通过下面的命令测试一下Java运行环境是否安装成功，并查看Java的版本信息：
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1.2倍。
18
（3）格栅的设计与计算
图2-6 格栅计算尺寸图
第二章 预处理
19
（3）格栅的设计计算
① 格栅的间隙数n：
n＝ Qmax sin
bhv
式中： Qmax——最大设计流量，m3／s；
α——格栅安置的倾角，度；
h ——栅前水深，m； v ——过栅流速，m／s； b—栅条净间隙，m；当栅条的间隙数为n时，栅条的数目为n-1。
13
格栅栅条 断面形状
格
栅
的 设
过格栅渠道 的水流流速
计
污水过栅条 间距的流速
第二章 预处理
圆形 矩形 方形
圆形的水利条件较方 形好，但刚度较差。
目前多采用断面形式 为矩形的栅条。
14
格栅栅条 断面形状
格 栅 的 过格栅渠道 设 的水流流速 计
污水过栅条 间距的流速
格栅渠道的宽度要设置得当， 应使水流保持适当流速
② 格栅建筑宽度B： B=S（n-1）+bn（m）
式中：S——栅条宽度，m。
第二章 预处理
20
（3）格栅的设计计算
③ 通过格栅的水头损失h1（城市污水一般取0.1～0.4m）：
h1
k
v2 2g
sin
式中： g—重力加速度，m／s2， k—系数,格栅受筛余物堵塞后水头损失增大倍数，可用式k＝
一方面泥沙不至于 沉积在沟渠底部
另一方面截留的污染 物又不至于冲过格栅
通常采用0.4~0.9m/s
第二章 预处理
15
格栅栅条 断面形状
格 栅 的 过格栅渠道 设 的水 预处理
进 水 泵 房 格 栅 除 污 机
为防止栅条间隙堵塞 一般采用0.6~1.0m/s
最大流量时可高 于1.2~1.4m/s
特点：简单、高效、不必投加化学药剂， 运行费用低、占地面积少及维修方便等。
去除效果：筛网≌初次沉淀池
作用
用于废水处理或 短小纤维的回收
型式
振动筛网 水力筛网
3.36v－1.32求取，一般采用k＝3； —阻力系数，其值与格栅栅条的端面形状有关（查手册) —格栅放置倾角
④ 栅后槽的总高度H：
H=h+h1+h2
式中：h2—栅前渠道超高，m，一般取0.3m。
第二章 预处理
21
（3）格栅的设计计算
⑤ 栅槽总长度：
L
L1
L2
1.0
0.5
H1
tg
式中：L1
设备：
格栅——去除可能堵塞管道、阀门等部件的较粗大的悬浮物质； 筛(网) ——去除不能被格栅截流，也难以用沉淀法去除的纤维类 悬浮物。
筛余物或栅渣清除方式：
人工清渣——废渣量小时 机械清渣——废渣量大时。
第二章 预处理
4
2.1.1 格 栅
（1）格栅分类 按形状：
平面格栅和曲面格栅。
第二章 预处理
22
（3）格栅的设计计算
⑥ 每日栅渣量计算：
W QmaxW1 86400 （m3 / d） Kz 1000
式中： W1——栅渣量(m3／103m3污水)； Kz——废水流量总变化系数，对生活污水可参考设 计手册或按Kz=2.7/Q0.11计算。
第二章 预处理
23
2.1.2 筛网
平面格栅和 曲面格栅
第二章 预处理
6
格栅除污机
WG型机械格栅
自动机械格栅
第二章 预处理
7
回转式格栅
第二章 预处理
8
钢绳牵引式格栅除污机
第二章 预处理
9
移动伸缩臂式格栅除污机
第二章 预处理
10
格栅现场图示
第二章 预处理
11
格栅现场图示
第二章 预处理
12
（2）格栅的设计
格栅的去除效率与格栅的设计很有关系。 格栅的设置：
方法： 筛滤、重力沉降(上浮)、中和和调节。
常见设备与构筑物： 格栅、沉砂池、沉淀池、隔油池、中和池及调节池等。
典型流程 原废水→格栅→泵→流量计量→沉砂池→初沉池 →
第二章 预处理
3
2.1 筛滤
筛滤一般安置在废水处理流程的前端，进水渠道或进水泵 站集水井的进口处。
去除对象：
废水中较大的悬浮物、飘浮物、纤维物质和固体颗粒物质，防止 堵塞泵和后续水处理设备
栅渣的含水率约为75-85%，密度约为950kg/m3。
第二章 预处理
17
格栅的清渣方法
人工清除
与水平面倾角： 45º（30）~60º
设计面积应采用较大的安 全系数，一般不小于进水 渠道面积的2倍，以免清
渣过于频繁。
第二章 预处理
机械清除
与水平面倾角： 60º~90º
过水面积一般应不小于 进水管渠的有效面积的
渐扩角α1＝20°
16
栅渣截留量
格栅所截留的污染物数量与地区的情况、污水沟道系统的 类型，污水流量以及栅条的间距等因素有关，可参考的一 些数据：
当栅条间距为10~25mm时，栅渣截留量为 0.06~0.022m3/103m3污水；
当栅条间距为25-50mm左右时，栅渣截留量为 0.022~0.005 m3/103m3污水；
按格栅栅条的间隙：
粗格栅(40~l50mm),常用100mm，一般不设清渣机械，必 要时人工清渣。
中格栅(10 ~ 40mm)，常用16~25mm，有时也被称为粗格 栅。
细格栅(1.5~10mm),常用5~8mm，
选用栅条间距的原则：不堵塞水泵和水处理厂/站的处 理设备。
第二章 预处理
5
第二章 预处理
Pretreatment
1
第二章 预处理
本章的主要内容： （1）筛滤 （2）调节 （3）中和
通过本章学习了解水污染控制预处理单元常用 方法原理、去除对象、设备/构筑物及其计算， 重点掌握格栅和调节池的设计计算。
第二章 预处理
2
预处理概述
去除对象： 废水中悬浮的大颗粒污染物质（包括油脂类物质）、 调节流量和pH值。
B B1
2tg1
1.3（7 B
B1）（m）
L2
L1 2
（m）
H1—栅前槽高，m，H1＝h十h2； L1 —进水渠道渐宽部分长度，m； B1—进水渠道宽度，m； 1—进水渠展开角，一般用200；它是为了防止格栅前渠道出现阻流
回水现象，一般在设置格栅的渠道与栅前渠道的联结部。
L2—栅槽与出水渠连接渠的渐窄部分的长度，m。
城市排水：合流制一般都采用粗、中两道格栅，甚至 采用粗、中、细三道格栅；分流制一般设中（ 25 ）、 细（8）两道格栅。
工业废水：一般设置一道格栅，栅距根据水质确定； 含较多细小纤维的废水，设格栅和筛网/捞毛机两道。 格栅的设计内容包括尺寸计算、水力计算、栅渣量计算。 《三废处理工程技术手册》
第二章 预处理
18
（3）格栅的设计与计算
图2-6 格栅计算尺寸图
第二章 预处理
19
（3）格栅的设计计算
① 格栅的间隙数n：
n＝ Qmax sin
bhv
式中： Qmax——最大设计流量，m3／s；
α——格栅安置的倾角，度；
h ——栅前水深，m； v ——过栅流速，m／s； b—栅条净间隙，m；当栅条的间隙数为n时，栅条的数目为n-1。
13
格栅栅条 断面形状
格
栅
的 设
过格栅渠道 的水流流速
计
污水过栅条 间距的流速
第二章 预处理
圆形 矩形 方形
圆形的水利条件较方 形好，但刚度较差。
目前多采用断面形式 为矩形的栅条。
14
格栅栅条 断面形状
格 栅 的 过格栅渠道 设 的水流流速 计
污水过栅条 间距的流速
格栅渠道的宽度要设置得当， 应使水流保持适当流速
② 格栅建筑宽度B： B=S（n-1）+bn（m）
式中：S——栅条宽度，m。
第二章 预处理
20
（3）格栅的设计计算
③ 通过格栅的水头损失h1（城市污水一般取0.1～0.4m）：
h1
k
v2 2g
sin
式中： g—重力加速度，m／s2， k—系数,格栅受筛余物堵塞后水头损失增大倍数，可用式k＝
一方面泥沙不至于 沉积在沟渠底部
另一方面截留的污染 物又不至于冲过格栅
通常采用0.4~0.9m/s
第二章 预处理
15
格栅栅条 断面形状
格 栅 的 过格栅渠道 设 的水 预处理
进 水 泵 房 格 栅 除 污 机
为防止栅条间隙堵塞 一般采用0.6~1.0m/s
最大流量时可高 于1.2~1.4m/s
特点：简单、高效、不必投加化学药剂， 运行费用低、占地面积少及维修方便等。
去除效果：筛网≌初次沉淀池
作用
用于废水处理或 短小纤维的回收
型式
振动筛网 水力筛网
3.36v－1.32求取，一般采用k＝3； —阻力系数，其值与格栅栅条的端面形状有关（查手册) —格栅放置倾角
④ 栅后槽的总高度H：
H=h+h1+h2
式中：h2—栅前渠道超高，m，一般取0.3m。
第二章 预处理
21
（3）格栅的设计计算
⑤ 栅槽总长度：
L
L1
L2
1.0
0.5
H1
tg
式中：L1
设备：
格栅——去除可能堵塞管道、阀门等部件的较粗大的悬浮物质； 筛(网) ——去除不能被格栅截流，也难以用沉淀法去除的纤维类 悬浮物。
筛余物或栅渣清除方式：
人工清渣——废渣量小时 机械清渣——废渣量大时。
第二章 预处理
4
2.1.1 格 栅
（1）格栅分类 按形状：
平面格栅和曲面格栅。
第二章 预处理
22
（3）格栅的设计计算
⑥ 每日栅渣量计算：
W QmaxW1 86400 （m3 / d） Kz 1000
式中： W1——栅渣量(m3／103m3污水)； Kz——废水流量总变化系数，对生活污水可参考设 计手册或按Kz=2.7/Q0.11计算。
第二章 预处理
23
2.1.2 筛网
平面格栅和 曲面格栅
第二章 预处理
6
格栅除污机
WG型机械格栅
自动机械格栅
第二章 预处理
7
回转式格栅
第二章 预处理
8
钢绳牵引式格栅除污机
第二章 预处理
9
移动伸缩臂式格栅除污机
第二章 预处理
10
格栅现场图示
第二章 预处理
11
格栅现场图示
第二章 预处理
12
（2）格栅的设计
格栅的去除效率与格栅的设计很有关系。 格栅的设置：
方法： 筛滤、重力沉降(上浮)、中和和调节。
常见设备与构筑物： 格栅、沉砂池、沉淀池、隔油池、中和池及调节池等。
典型流程 原废水→格栅→泵→流量计量→沉砂池→初沉池 →
第二章 预处理
3
2.1 筛滤
筛滤一般安置在废水处理流程的前端，进水渠道或进水泵 站集水井的进口处。
去除对象：
废水中较大的悬浮物、飘浮物、纤维物质和固体颗粒物质，防止 堵塞泵和后续水处理设备
栅渣的含水率约为75-85%，密度约为950kg/m3。
第二章 预处理
17
格栅的清渣方法
人工清除
与水平面倾角： 45º（30）~60º
设计面积应采用较大的安 全系数，一般不小于进水 渠道面积的2倍，以免清
渣过于频繁。
第二章 预处理
机械清除
与水平面倾角： 60º~90º
过水面积一般应不小于 进水管渠的有效面积的
渐扩角α1＝20°
16
栅渣截留量
格栅所截留的污染物数量与地区的情况、污水沟道系统的 类型，污水流量以及栅条的间距等因素有关，可参考的一 些数据：
当栅条间距为10~25mm时，栅渣截留量为 0.06~0.022m3/103m3污水；
当栅条间距为25-50mm左右时，栅渣截留量为 0.022~0.005 m3/103m3污水；
按格栅栅条的间隙：
粗格栅(40~l50mm),常用100mm，一般不设清渣机械，必 要时人工清渣。
中格栅(10 ~ 40mm)，常用16~25mm，有时也被称为粗格 栅。
细格栅(1.5~10mm),常用5~8mm，
选用栅条间距的原则：不堵塞水泵和水处理厂/站的处 理设备。
第二章 预处理
5
第二章 预处理
Pretreatment
1
第二章 预处理
本章的主要内容： （1）筛滤 （2）调节 （3）中和
通过本章学习了解水污染控制预处理单元常用 方法原理、去除对象、设备/构筑物及其计算， 重点掌握格栅和调节池的设计计算。
第二章 预处理
2
预处理概述
去除对象： 废水中悬浮的大颗粒污染物质（包括油脂类物质）、 调节流量和pH值。
B B1
2tg1
1.3（7 B
B1）（m）
L2
L1 2
（m）
H1—栅前槽高，m，H1＝h十h2； L1 —进水渠道渐宽部分长度，m； B1—进水渠道宽度，m； 1—进水渠展开角，一般用200；它是为了防止格栅前渠道出现阻流
回水现象，一般在设置格栅的渠道与栅前渠道的联结部。
L2—栅槽与出水渠连接渠的渐窄部分的长度，m。
城市排水：合流制一般都采用粗、中两道格栅，甚至 采用粗、中、细三道格栅；分流制一般设中（ 25 ）、 细（8）两道格栅。
工业废水：一般设置一道格栅，栅距根据水质确定； 含较多细小纤维的废水，设格栅和筛网/捞毛机两道。 格栅的设计内容包括尺寸计算、水力计算、栅渣量计算。 《三废处理工程技术手册》
第二章 预处理