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使用机器学习模型对污水处理厂膜生物反应器的营养物去除进行建模

Journal of Water Process Engineering ( IF 6.3 ) Pub Date : 2022-01-05 , DOI: 10.1016/j.jwpe.2021.102521
Muhammad Yaqub 1 , Wontae Lee 1
Affiliation  


本研究开发了机器学习 (ML) 模型,以使用厌氧-缺氧-含氧膜生物反应器 (A2O-MBR) 预测营养物去除。使用网格搜索策略 (Grid-XGBoost) 应用极端梯度提升 (XGBoost) 模型来预测营养物质的去除,包括铵 (NH4) 、总磷 (TP) 和总氮 (TN)。这些模型针对常用的多层感知器 (MLP) 神经网络进行了验证。输入参数分为作条件,包括溶解氧、氧化还原电位和混合液悬浮固体。这些条件还根据进水特性(如 NH4、TN、TP、总有机物含量、化学需氧量和悬浮固体)进行分区。为每种 ML 技术开发了总共 9 个模型,使用作条件和进水特性作为单独的数据集,并针对每种目标营养素将它们组合起来。据观察,仅使用作条件或进水特性作为 XGBoost 和 MLP 的输入参数会产生较差的结果。此外,当考虑目标营养物去除预测的所有参数时,观察到模型的预测效能显着提高。XGBoost 模型对 NH4 的预测在作条件、进水特征和组合数据集作为输入参数时,R2 值最高,分别为 0.763、0.814 和 0.876。总体而言,集成 XGBoost 模型在所有情况下都表现出比 MLP 模型更好的性能。然而,发现这两个模型的性能都不足以预测任何情况下的 TN 和 TP 去除。 提出的 XGBoost 模型是一种可靠且强大的 ML 技术,用于预测 NH4 的去除,这可能有助于提前做出决策以提高 A2O-MBR 系统的有效性。




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更新日期:2022-01-05
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