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利用传统预测模型和机器学习的数据驱动的生物废物循环经济生物能源
Circular Economy and Sustainability Pub Date : 2023-12-06 , DOI: 10.1007/s43615-023-00329-3 Anthony Njuguna Matheri , Zanele Blessed Sithole , Belaid Mohamed
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更新日期:2023-12-06
Circular Economy and Sustainability Pub Date : 2023-12-06 , DOI: 10.1007/s43615-023-00329-3 Anthony Njuguna Matheri , Zanele Blessed Sithole , Belaid Mohamed
人口的快速增长不仅增加了能源需求,还增加了废物的产生,并将新出现的污染物引入废物流中,带来卫生和环境风险。本研究的目的是研究废物转化为能源(厌氧消化-生物能源过程)的综合废物管理和生物甲烷生产数字化,作为整个碳循环价值链(从获取-制造-转变)的数据驱动的循环经济模型。通过废物量化、表征、生物甲烷潜力测试 (BMP) 来预测生物甲烷产量。在实验室规模进行厌氧消化实验,分析食品垃圾、牛粪、污水污泥和鸡粪等不同底物的生物甲烷产量,平均 pH 值为 7.58。然后使用改进的 Gompertz、Logistic 和 Richards 模型对获得的实验结果进行建模和模拟,并与使用 Gompertz、Logistic 和 Richards 模型的 Python 进行的机器学习模拟进行比较。修正后的Logistic模型被证明是最佳拟合曲线,决定系数(R2)> 0.9,验证了传统的数学建模和仿真性能。在使用机器学习 (Python) 进行模拟期间,与其他基质相比,从牛粪基质获得的实验结果提供了训练曲线的最佳拟合曲线,训练、验证和测试数据的 R 2最高平均值为 1.0。牛粪在第 1 个时期的 MSE(均方误差)具有最佳验证性能,为 25.36。
图形概要
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