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使用机器学习模型对污水处理厂膜生物反应器去除营养物进行建模
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
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本研究开发了机器学习 (ML) 模型来预测使用厌氧-缺氧-好氧膜生物反应器 (AO-MBR) 的营养物去除情况。采用网格搜索策略 (Grid-XGBoost) 应用极端梯度增强 (XGBoost) 模型来预测营养物的去除,包括铵 (NH)、总磷 (TP) 和总氮 (TN)。该模型针对常用的多层感知器 (MLP) 神经网络进行了验证。输入参数分为操作条件,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征(例如 NH、TN、TP、总有机物含量、化学需氧量和悬浮固体)进行划分。使用操作条件和进水特征作为单独的数据集,并针对每个目标营养物将它们组合起来,为每种机器学习技术开发了总共九个模型。据观察,仅使用操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,当考虑目标养分去除预测的所有参数时,观察到模型的预测功效显着提高。当使用运行条件、进水特性和组合数据集作为输入参数时,XGBoost 模型对 NH 的预测具有最高 R 值,分别为 0.763、0.814 和 0.876。总体而言,在所有情况下,集成 XGBoost 模型都表现出比 MLP 模型更好的性能。然而,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。 所提出的 XGBoost 模型是一种可靠且稳健的 ML 技术,用于预测 NH 去除,这可能有助于提前决策,以提高 AO-MBR 系统的效率。
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