Hidrológiai Közlöny 2011 (91. évfolyam)

1. szám - Koncsos Tamás–Melicz Zoltán: Eleveniszapos szennyvíztisztító rendszerek elfolyó vízminőségének előrejelzése neurális hálóval

18 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2011. 91. ÉVF. 1. SZ. Bio Win Chart 2007.D2.07. 2007.04.1«. 2007.00.07 . 2007.08.06, 2007.10.05. 6. ábra. Egy év szimulációja BioWin-ben. A szennyvízhozam millió liter/nap-ban (szürke), befolyó KOI (fekete) és elfolyó KOI szaggatott vonallal van feltüntetve (A többi paraméter görbéit nem ábrázoltuk). A szimuláció során az elfolyó víz KOI és Kjeldahlnitrogén idősorát kaptuk meg. A befolyó és elfolyó adatok idősorát a neurális háló tanításának céljából két részre bontottunk. Az idősor első harmada a tanítási készletet, a fennmaradó a validációs készletet alkotta. A neurális háló tanításához kulcsfontosságú volt a bemeneti paraméterek megválasztása. A nehézséget az okozza, hogy az elfolyó vízminőség számos paraméter függvénye és a rendszerben lezajló folyamatok nem permanens jelenségek. A minta telepen az elfolyó KOI függvénye a megelőző három hét nyers szennyvíz KOI idősorának. A telep reagálása lassú és a hosszú távú átlagos vízminőségi értékek hatása dominál, de a hirtelen hidraulikai terhelések és vízminőségi változások is kulcsfontosságúak. A rövid idejű ugrások esetében adott válasz jellemzően egy nap után jelentkezik, és kihatással van a következő három nap eseményére. A tények ismeretében a neurális háló bemeneteinek száma drasztikusan csökkenthető, mivel elégséges az idősor több napi átlagaival számolni. Az idősor rövid, közép és hosszú távú napi átlagát vettük figyelembe - Az időben visszafelé haladva, a rendszer állapota kevésbé befolyásolja a jelen állapotokat. A legjobb KOI modell approximációt azzal értük el, hogy a Kjeldahl-nitrogén, a nitrát, a szervetlen lebegőanyag és a vízhozam ötnapi koncentrációs átlagát vettük figyelembe. A reaktorban lejátszódó folyamatok jól követhetők három pont beiktatásával, tehát 3, 5 és 10 napi KOI koncentrációs átlaggal. Az elfolyó Kjeldahl-nitrogén a befolyó paraméterek értékeire dinamikusabban reagál mint a KOI, emiatt a meghatározása nehezebb. A BioWin-ben lefuttatott szimulációk alapján megállapítható, - és ez a várakozásoknak megfelelő volt - hogy az elfolyó Kjeldahl- nitrogén nem függ a szervetlen lebegőanyagtól és a foszfor mennyisége is csekély mértékben befolyásolja, mert általában nem limitáló tényező. Ha feltételezzük, hogy minden befolyó érték egy hosszabb ideig állandó és csak a hidraulikus terhelés változik a modellben, akkor elmondható, hogy az elfolyó Kjeldahl-nitrogén koncentrációja egy nap leforgása alatt jelentősen megnő, majd egy hét alatt visszarendeződik körülbelül a terhelés előtti szintre. Ez azt jelenti, hogy a hidraulikus terhelést időben rövid és középtávon figyelembe kell venni. Az elvégzett tesztek másik tanulsága, hogy a szervesanyag mennyisége jelentősen befolyásolja a Kjeldahl-nitrogént. A reaktorok szervesanyag koncentrációja és az elfolyó Kjeldahl-nitrogén egymással fordított arányban áll. 600 mg/l KOI értéknél az elfolyó Kjeldahl erős nem lineáris emelkedést mutatott. Azaz az elfolyó Kjeldahl-nitrogén mennyisége jelentősen függ a befolyó KOI és Kjeldahl-nitrogén arányától, ennek oka az oxigén a szervesanyag bontásra fordítódik, és nem marad elég a nitrifikációra. A legjobb eredmény elérése érdekében különböző paraméter kombinációt próbáltunk ki a neurális hálóval. Egy lehetséges összeállítás elfolyó Kjeldahl-nitrogén meghatározásához, a KOI 5 napi és azt megelőző 15 napi koncentráció átlagát vizsgálni a szervesanyag jelenlétének fontossága miatt. A befolyó Kjeldahl-nitrogén görbéjének alakulása az időben rövidtávon (egy hét) befolyásolja az elfolyó koncentrációt, emiatt a Kjeldahl-nitrogén 1 és az azt megelőző 2 és 5 napi koncentráció átlagát volt célszerű figyelembe venni. Az összes foszfor 2 és 5 napi átlagát illetve a vízhozam 3 és 5 napi átlagát is felhasználtuk a számításokban az említett hidraulikus terhelés hatása miatt. A szimulációk tapasztalatai szerint a vízhőmérsékletet elégséges napi átlaggal figyelembe venni. Eredmények és értékelés Az elfolyó KOI esetében a neurális háló 96,7 %-os illeszkedést adott a validált adatokra, az eltérés várható értéke 2,15 mg/l volt. A maximális eltérés 6,81 mg/l-re adódott, mely 15%-os maximálás eltérést jelentett a kívánt értéktől. A 95%-os pontosságot sikerült meghaladni, mely nagyon jó eredménynek tekinthető.