Prediction and optimization of medium-chain carboxylic acids production from food waste using machine learning models

食物垃圾 优化算法 生产(经济) 模拟退火 生产率 响应面法 算法 化学 计算机科学 生物系统 数学 环境科学 工艺工程 数学优化 废物管理 色谱法 工程类 经济 宏观经济学 生物
作者
Fei Long,Joshua Fan,Hong Liu
出处
期刊:Bioresource Technology [Elsevier BV]
卷期号:370: 128533-128533 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.biortech.2022.128533
摘要

Machine learning models were developed in this study to predict and optimize the medium-chain carbolic acids (MCCAs) production from food waste. All three selected prediction algorithms achieved decent performance (accuracy > 0.85, R2 > 0.707). Three optimization algorithms were applied for MCCA production optimization based on the prediction algorithms. The maximum MCCA production rate (0.68 g chemical oxygen demand per liter per day) was achieved by simulated annealing coupled with random forest under the optimal conditions of pH 8.3, temperature 50 °C, retention time 4 days, loading rate 15.8 g volatile solid per liter per day, and inoculum to food waste ratio 70:30 with semi-continuous mode. Further experiments validated (18 % error) that the MCCA production rate was 113 % higher than the highest production rate of current lab experiments and 60 % higher than the statistical optimization using response surface methodology. This study demonstrates the potential of using machine learning for MCCA production prediction and optimization.
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