Αναζήτηση

Πλοήγηση

• Κοινότητες
• Συγγραφείς
• Έτος
• Τίτλοι
• Θέματα

Ο Χώρος μου

• Είσοδος

Μοντελοποίηση της λειτουργίας μιας εγκατάστασης επεξεργασίας νερού

Gyparakis Stylianos

Πλήρης Εγγραφή

---

Περίληψη

H παρακολούθηση των κύριων λειτουργικών μεταβλητών μιας ΕΕΝ και των μεταβλητών ποιότητας του νερού είναι κρίσιμο ζήτημα για όλους τους λειτουργούς εγκαταστάσεων επεξεργασίας νερού (ΕΕΝ) για την παραγωγή πόσιμου (ανθρώπινης κατανάλωσης) νερού. Οι λειτουργοί των ΕΕΝ αναζητούν συχνά μια γρήγορη, εύχρηστη και αξιόπιστη μέθοδο για την πρόβλεψη των ημερήσιων δόσεων των χρησιμοποιούμενων χημικών επεξεργασίας του νερού, που είναι το κύριο και καθημερινό μέλημά τους.Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή επικεντρώνεται στη μοντελοποίηση της λειτουργίας μιας ΕΕΝ με χρήση Τεχνητών Νευρωνικών Δικτύων (ΤΝΔ) και ανάλυσης Πολλαπλής Γραμμικής Παλινδρόμησης (Multiple Linear Regression, MLR), τη συσχέτιση των ποιοτικών χαρακτηριστικών του νερού με τις κύριες λειτουργικές μεταβλητές μιας ΕΕΝ, την αλληλεπίδραση των παραπάνω μεταβλητών μεταξύ τους, και κυρίως την πρόβλεψη των δόσεων των απαραίτητων χημικών επεξεργασίας του νερού. Η σημασία και η καινοτομία αυτής της μελέτης έγκειται στο γεγονός ότι λαμβάνει υπόψη τη μακρόχρονη εμπειρία του λειτουργού μιας ΕΕΝ, πράγμα που σε μεγάλο βαθμό απουσίαζε από την υπάρχουσα βιβλιογραφία.Στην παρούσα ΔΔ, η εξεταζόμενη μελέτη περίπτωσης προέρχεται από την ΕΕΝ Αποσελέμη, κατά την οποία πραγματοποιείται μια πρόβλεψη των μεταβλητών εξόδου μοντέλων ΤΝΔ και MLR, αναφορικά με τις απαιτούμενες δόσεις χημικών επεξεργασίας του νερού, με βάση την ποιότητα του νερού που παρατηρήθηκε και άλλες λειτουργικές μεταβλητές. Οι εκτιμώμενες κύριες λειτουργικές μεταβλητές της ΕΕΝ περιλαμβάνουν: τις δόσεις υπολειμματικού όζοντος (O3), ανιονικού πολυηλεκτρολύτη (ANPE), χλωριούχου θειικού πολυ- αργιλίου (PACl) και αερίου χλωρίου (Cl2(g)). Ως παράμετροι εισόδου για το ΤΝΔ χρησιμοποιήθηκαν ημερήσια αποτελέσματα αναλύσεων δειγμάτων νερού και καταγραφές από το Supervisory Control and Data Acquisition System (SCADA) της ΕΕΝ, που καλύπτουν περίοδο 38 μηνών (1.188 τιμές για καθεμία από τις 14 μετρήσιμες μεταβλητές). Συγκεκριμένα, οι παράμετροι εισόδου του ΤΝΔ περιλαμβάνουν: την παροχή ακατέργαστου νερού (Q), τη θολότητα ακατέργαστου νερού (T1), τη θολότητα επεξεργασμένου νερού (T2), το υπολειμματικό ελεύθερο χλώριο επεξεργασμένου νερού (Cl2), τη συγκέντρωση υπολειμματικού αργιλίου επεξεργασμένου νερού (Al), τη θολότητα του νερού στην είσοδο των κλινών διήθησης (T3), την ημερήσια διαφορά ύψους νερού στον ταμιευτήρα του φράγματος Αποσελέμη (ΔH), την τιμή pH ακατέργαστου νερού (pH1), την τιμή pH επεξεργασμένου νερού (pH2) και την ημερήσια κατανάλωση της ηλεκτρικής ενέργειας (El) στην ΕΕΝ Αποσελέμη. Οι παράμετροι εξόδου του ΤΝΔ ήταν: η συγκέντρωση του υπολειμματικού όζοντος (Ο3) μετά τη διεργασία της οζόνωσης, η δόση του ανιονικού πολυηλεκτρολύτη (ANPE), η δόση του χλωριούχου θειικού πολυ- αργιλίου (PACl) και η παροχή αερίου χλωρίου (Cl2(g)).Συνολικά δοκιμάστηκαν 304 διαφορετικά μοντέλα ΤΝΔ και με βάση την καλύτερη τιμή του δείκτη της απόδοσης της δοκιμής (test performance, tperf) των ΤΝΔ, επιλέχθηκε τελικά το σενάριο με 100 νευρωνικά δίκτυα, 100 κόμβους, 42 κρυφούς κόμβους, 10 εισόδους και 4 εξόδους. Το συγκεκριμένο μοντέλο ΤΝΔ πέτυχε πολύ καλά αποτελέσματα προσομοίωσης (best tper = 0.008848), γεγονός που υποδηλώνει ότι τα ΤΝΔ είναι δυνητικά χρήσιμα εργαλεία για την πρόβλεψη των κύριων λειτουργικών μεταβλητών μιας ΕΕΝ.Επίσης, εξετάστηκαν 4 διαφορετικά σενάρια με Ανάλυση Πολλαπλής Γραμμικής Παλινδρόμησης (MLR) με εξαρτημένες μεταβλητές: το υπολειμματικό όζον (Ο3), τη δόση ανιονικού πολυηλεκτρολύτη (ANPE), τη δόση του θειικού χλωριούχου πολυ-Αργιλίου (PACl) και την παροχή του αερίου χλωρίου (Cl2(g)), καθώς και δέκα (10) ανεξάρτητες μεταβλητές λειτουργίας και ποιότητας νερού. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα του R2 (Coefficient of Determination) και R (Pearson Correlation Coefficient), το μοντέλο ΤΝΔ είχε καλύτερη απόδοση σε σύγκριση με το μοντέλο ανάλυσης MLR για την πρόβλεψη των δόσεων των χημικών και των τεσσάρων χημικών επεξεργασίας του νερού. Με βάση το κριτήριο R²> 0,5, η απόδοση του ΤΝΔ ήταν ικανοποιητική στην πρόβλεψη των δόσεων τριών χημικών επεξεργασίας του νερού: ANPE (R2= 0,772), PACl (R2= 0,742) και Cl2(g) (R2= 0,838, +23% σε σύγκριση με αντίστοιχη τιμή του MLR μοντέλου και R= 0,95, +11% σε σύγκριση με αντίστοιχη τιμή του MLR μοντέλου). Αντίστοιχα, η πρόβλεψη του μοντέλου MLR, αξιολογήθηκε ως ικανοποιητική για την πρόβλεψη της δόσης μόνο του Cl2(g) (R2= 0,681, R= 0,82500).Σύμφωνα με τα αποτελέσματα του RMSE, το μοντέλο MLR είχε καλύτερη απόδοση για τα τρία (RMSEANPE= 0.05 mg/L, RMSEPACl= 0.08 mg/L και RMSECl2(g)= 0.10 kg/h) από τα τέσσερα χρησιμοποιημένα χημικά επεξεργασίας του νερού, σε σύγκριση με το μοντέλο ΤΝΔ, το οποίο είχε καλύτερη απόδοση μόνο για ένα χημικό επεξεργασίας του νερού (RMSEO3= 0.02 mg/L).Γενικά, εάν κάποιος θέλει να χρησιμοποιήσει τα σ

Διαθέσιμα αρχεία

Υπηρεσίες