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Performance prediction of horizontal flow constructed wetlands by employing machine learning

流出物 均方误差 生化需氧量 化学需氧量 均方根 支持向量机 线性回归 氮气 数学 均方预测误差 体积流量 环境科学 土壤科学 环境工程 统计 化学 机器学习 废水 计算机科学 工程类 物理 电气工程 有机化学 量子力学
作者
Saurabh Singh,Niha Mohan Kulshreshtha,Shubham Goyal,Urmila Brighu,Achintya N. Bezbaruah,Akhilendra Bhushan Gupta
出处
期刊:Journal of water process engineering [Elsevier BV]
卷期号:50: 103264-103264 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.jwpe.2022.103264
摘要

This study is aimed to aid in the horizontal flow constructed wetland (HFCW) design by analysing their treatment dynamics using secondary datasets (n = 1232). Prediction of effluent Biochemical oxygen demand (BOD), Chemical oxygen demand (COD), Ammonium-Nitrogen (NH4+-N), Total Nitrogen (TN), and Total phosphorous (TP) was carried out via machine learning algorithms - multiple linear regression and support vector regression (SVR). Out of the two models, SVR resulted in a better prediction of all the effluent parameters in mg/l as well as in g/m3-d. The prediction of NH4+-N and TN (g/m3-d) could be performed with the highest accuracy (R2 and root mean square error 0.847 and 0.44 %; and 0.947 and 0.18 % respectively). The classification of the dataset according to organic loading rate (OLR) enhanced the performance of SVR for BOD (high OLR), COD (low OLR), and TP (low OLR). The performance of all the trials was acceptable in the training and validation stages in 3-fold cross-validation which was helpful in reducing the mean square error value by 68.19 % and increasing the R2 value by up to 16.13 %. Areal removal rate (K, m/d) values computed by the reverse P-k-C* approach using the predicted effluent concentrations were found to be highly correlated with actual K values for BOD, COD, and TN (R2 0.954, 0.948, and 0.819, respectively). These K values can be used for the customized design of HFCWs for organics and nitrogen removal and might also help to achieve the targeted discharge standards in HFCWs.
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