Luận Văn Mô hình hóa các quá trình xử lý nước thải bằng mạng nơron nhân tạo

TÓM TẮT: Mạng nơron nhân tạo ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong thời gian gần
đây. Bài báo này xin được đề cập đến một nghiên cứu ứng dụng trong kỹ thuật môi trường. Nội
dung nghiên cứu bao gồm: (i) Tổng quan được vấn đề mô hình hóa các quá trình xử lý nước thải,
tiếp theo (ii) Giới thiệu sơ bộ lý thuyết của mạng nơron nhân tạo. Phần trọng tâm của bài báo tập
trung vào (iii) Ứng dụng cho một nhà máy xử lý nước thải cụ thể. Với kết quả dự báo cho sai số khá
nhỏ: MAE = 0.136055 và RMSE = 0.084701, mô hình xây dựng trên ngôn ngữ MatLab [95] và một
số đặc điểm cải tiến có thể được ứng dụng để dự báo đầu ra của một hệ thống xử lý nước thải một
cách đáng tin cậy.
Từ khóa: Mạng nơron nhân tạo, Mô hình hóa, Xử lý nước thải, Ứng dụng cụ thể, Kỹ thuật
môi trường.
1.MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây mạng nơron nhân tạo ANN (Artificial Neural Network) ngày càng
được ứng dụng rộng rãi trong công tác dự báo, mô phỏng ở rất nhiều lĩnh vực: tài chính, năng
lượng, y học, tài nguyên nước và khoa học môi trường. Đặc biệt là trong lĩnh vực kỹ thuật môi
trường ANN ngày càng chứng tỏ được vai trò trong mô phỏng các quá trình xử lý phức tạp mà các
công cụ mô hình hóa thông thường hay bộc lộ những nhược điểm của nó.
Ở Việt Nam hiện nay, mặc dù đã có những hệ thống xử lý nước thải được điều khiển tự động
hóa nhưng quá trình vận hành các hệ thống này đòi hỏi kinh nghiệm khá cao của các nhân viên vận
hành. Công việc vận hành đòi hỏi phải tiến hành các thí nghiệm thường xuyên rất mất nhiều thời
gian và tốn kém. Nếu mạng nơron được ứng dụng vào công tác vận hành các hệ thống thì sẽ hứa
hẹn một hiệu quả cao hơn và đáng tin cậy hơn .
Bài báo này trước hết tổng quan được vấn đề mô hình hóa các quá trình xử lý nước thải, tiếp đó
là giới thiệu sơ bộ lý thuyết của mạng nơron nhân tạo. Phần trọng tâm của bài báo tập trung vào
ứng dụng cho một nhà máy xử lý nước thải cụ thể. Cuối cùng là kết quả và thảo luận.
2. MÔ HÌNH HÓA CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Muốn mô phỏng một hệ thống kỹ thuật, người ta phải tìm cách nào để mô tả được quy luật hoạt
động của hệ thống đó. Hay nói cách khác, người ta phải cố gắng tìm được mối liên hệ giữa các
thông số đầu vào và đầu ra của hệ thống.
Như ta đã biết, hệ thống xử lý nước thải cũng như bất kỳ hệ thống kỹ thuật nào khác đều bao
gồm nhiều công trình đơn vị trong đó. Mỗi công trình đều có một chức năng riêng, tất cả được kết
nối thành một hệ thống và cùng nhau thực hiện một chức năng tổng quát, đối với hệ thống xử lý
nước thải là: biến đổi nước thải thành nước sạch theo một tiêu chuẩn nào đó. Ta có thể sơ đồ hóa
các công trình đơn vị của hệ thống xử lý nước thải như sau: