Χημειομετρικός σχεδιασμός και πρόβλεψη σχηματισμού τριαλογονομεθανίων σε εγκατάσταση επεξεργασίας πόσιμου νερού

Chemometric modeling and prediction of trihalomethane formation in drinking water treatment plant (english)

  1. MSc thesis
  2. Αλμπανάκης, Χρήστος
  3. Διαχείριση και Τεχνολογία Ποιότητας (ΔΙΠ)
  4. 20 September 2020 [2020-09-20]
  5. Ελληνικά
  6. 115
  7. Φραγκάκη, Αργυρώ
  8. Φραγκάκη, Αργυρώ | Ψωμάς, Ευάγγελος
  9. Χημειομετρικός σχεδιασμός | Τριαλογονομεθάνια | Επεξεργασία νερου | Στατιστική ανάλυση | Chemometric modeling | THMs | Water treatment | Statistical analysis
  10. 2
  11. 1
  12. 32
  13. Περιέχει: Εικόνες, Σχήματα-Διαγράμματα, Πίνακες
    • Η χρήση μαθηματικών μοντέλων για την προσομοίωση της λειτουργίας των εγκαταστάσεων επεξεργασίας πόσιμου νερού αποτελεί ένα σημαντικό εργαλείο υποστήριξης στη βελτιστοποίηση και διαχείριση της διαδικασίας επεξεργασίας. Στην παρούσα έρευνα αναπτύχθηκε ένα στατιστικό μοντέλο πρόβλεψης σχηματισμού τριαλογονομεθανίων-παραπροϊόντων της απολύμανσης με τη χρήση χλωρίου-χρησιμοποιώντας δεδομένα (2008-2020) από την Εγκατάσταση Επεξεργασίας Νερού Θεσσαλονίκης. Αρχικά διερευνήθηκε η εποχική διακύμανση των τριαλογονομεθανίων χρησιμοποιώντας προηγμένες στατιστικές τεχνικές (One-way Anova, Tukey Pairwise Comparisons) όπου φάνηκε η ισχυρή θετική συσχέτιση της θερμοκρασίας με τις συγκεντρώσεις των τριαλογονομεθανίων. Για την ανάπτυξη του μοντέλου, ως παράμετροι πρόβλεψης χρησιμοποιήθηκαν η θερμοκρασία του νερού, το pH, η θολότητα, ο ολικός οργανικός άνθρακας, η δόση του χλωρίου και ο χρόνος παραμονής του στο νερό. Στόχος ήταν να αναπτυχθεί ένα απλό και αξιόπιστο μοντέλο πρόβλεψης σχηματισμού τριαλογονομεθανίων στο νερό για τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας απολύμανσης και του αντίστοιχου κόστους με ταυτόχρονη διατήρηση των υψηλών προδιαγραφών του παραγόμενου νερού. Χρησιμοποιήθηκαν στατιστικές μέθοδοι όπως η μέθοδος κύριων συστατικών (PCA), η παλινδρόμηση ελαχίστων τετραγώνων (PLSR), η πολυγραμμική (MLR) και βηματική παλινδρόμηση (Stepwise) για την ανάπτυξη μοντέλων “εκπαίδευσης”. Όλες οι μέθοδοι βρέθηκαν να προσφέρουν αποδεκτές τιμές πρόβλεψης σχηματισμού των τριαλογονομεθανίων ακολουθώντας την τάση με καλή προσαρμογή στα δεδομένα. Τελικά, μετά και την επικύρωση των παραπάνω μοντέλων στα δεδομένα επιλέχθηκε το μοντέλο της βηματικής παλινδρόμησης έχοντας τον υψηλότερο συντελεστή πρόβλεψης R2pred = 42.9% με εισαγωγή μόνο των μεταβλητών της θερμοκρασίας και του χρόνου παραμονής. Το συγκεκριμένο μοντέλο προέβλεψε με ακρίβεια τον σχηματισμό των τριαλογονομεθανίων στα χαμηλά και μεσαία επίπεδα συγκεντρώσεων.
    • The use of mathematical models to simulate the operation of drinking water treatment plants is an important tool of support in optimizing and managing the treatment process. This study developed a statistical model to estimate trihalomethanes concentrations using data from water treatment plant of Thessaloniki. The seasonal variation of trihalomethanes was initially investigated using advanced statistical techniques (One-way Anova, Tukey Pairwise Comparisons) which showed a strong positive correlation of temperature with concentrations of trihalomethanes. Temperature, pH, turbidity, total organic carbon, chlorine dose and residence time were used to develop the model. The aim was to develop a simple and reliable model for predicting the formation of trihalomethanes in order to optimize the disinfection process and the corresponding cost, maintaining the high standards of the produced water. Statistical methods such as the Principal Component Analysis (PCA), Partial Least Square Regression (PLSR), Multilinear Regression (MLR) and Stepwise regression were used to develop "training" models. All methods were found to give acceptable prediction values for trihalomethanes concentrations, following the trend with good adaptation to the data. After validation, the model of stepwise regression was selected using only temperature and residence time for predicting total trihalomethanes with high accurancy at low and medium concentration levels.
  15. Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.