A hybrid deep learning approach to improve real-time effluent quality prediction in wastewater treatment plant

流出物 前馈 污水处理 计算机科学 人工神经网络 人工智能 水质 深度学习 卷积神经网络 废水 前馈神经网络 机器学习 环境工程 环境科学 工程类 控制工程 生物 生态学
作者
Yifan Xie,Y. Chen,Qing Wei,Hailong Yin
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:250: 121092-121092 被引量:132
标识
DOI:10.1016/j.watres.2023.121092
摘要

Wastewater treatment plant (WWTP) operation is usually intricate due to large variations in influent characteristics and nonlinear sewage treatment processes. Effective modeling of WWTP effluent water quality can provide valuable decision-making support to facilitate their operations and management. In this study, we developed a novel hybrid deep learning model by combining the temporal convolutional network (TCN) model with the long short-term memory (LSTM) network model to improve the simulation of hourly total nitrogen (TN) concentration in WWTP effluent. The developed model was tested in a WWTP in Jiangsu Province, China, where the prediction results of the hybrid TCN-LSTM model were compared with those of single deep learning models (TCN and LSTM) and traditional machine learning model (feedforward neural network, FFNN). The hybrid TCN-LSTM model could achieve 33.1 % higher accuracy as compared to the single TCN or LSTM model, and its performance could improve by 63.6 % comparing to the traditional FFNN model. The developed hybrid model also exhibited a higher power prediction of WWTP effluent TN for the next multiple time steps within eight hours, as compared to the standalone TCN, LSTM, and FFNN models. Finally, employing model interpretation approach of Shapley additive explanation to identify the key parameters influencing the behavior of WWTP effluent water quality, it was found that removing variables that did not contribute to the model output could further improve modeling efficiency while optimizing monitoring and management strategies.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
汐颜紫雨完成签到,获得积分10
1秒前
令尊是我犬子完成签到 ,获得积分10
1秒前
曾经耳机完成签到 ,获得积分10
1秒前
波风水门pxf完成签到,获得积分10
1秒前
霍霍完成签到,获得积分10
1秒前
jiangfei完成签到,获得积分10
2秒前
寒彻骨ii完成签到,获得积分10
2秒前
迷人依白发布了新的文献求助10
2秒前
louis完成签到,获得积分10
2秒前
五六七完成签到,获得积分10
3秒前
科研通AI2S应助djx采纳,获得10
3秒前
yuer发布了新的文献求助10
3秒前
紫色琉璃脆脆鲨完成签到,获得积分10
3秒前
somajason完成签到,获得积分10
3秒前
Minton完成签到,获得积分10
3秒前
ws完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
橙子完成签到,获得积分10
4秒前
15919229415完成签到,获得积分10
4秒前
wjf发布了新的文献求助10
4秒前
南北完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
entgegen完成签到,获得积分10
4秒前
蒋蒋完成签到 ,获得积分10
5秒前
布丁圆团完成签到,获得积分10
5秒前
LILLIAN发布了新的文献求助10
5秒前
天天快乐应助贪玩的寻冬采纳,获得10
5秒前
wlqc完成签到,获得积分10
6秒前
平常莹芝完成签到,获得积分0
6秒前
寒冷的煜祺完成签到,获得积分10
6秒前
biopig应助心随以动采纳,获得10
6秒前
乘云去完成签到,获得积分10
6秒前
jingwen完成签到,获得积分10
8秒前
Jasper应助小晶豆采纳,获得10
8秒前
千流完成签到,获得积分10
8秒前
mix发布了新的文献求助10
9秒前
晚塬完成签到 ,获得积分10
9秒前
Xiao悔发布了新的文献求助10
9秒前
djx完成签到,获得积分10
10秒前
傲娇的秋莲完成签到,获得积分10
10秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
2026年中国辛酸癸酸聚乙二醇甘油酯行业市场现状调查及投资机会研判报告 1000
2026年中国辛酸癸酸聚乙二醇甘油酯行业市场规模及竞争格局分析报告 1000
48V Low-voltage Power Distribution Network (PDN) Architecture Industry Report, 2024 800
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 700
Introducing the Learning Sciences 600
Resiliency Scale for Adolescents--Chinese Version 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7324347
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8939799
关于积分的说明 18954092
捐赠科研通 6981068
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3215354
关于科研通互助平台的介绍 2382776
邀请新用户注册赠送积分活动 2194656