مدل‌سازی راندمان حذف سرب و کادمیم از محیط محلول با استفاده از شبکه عصبی بهینه شده با الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد خاکشناسی، پردیس علوم و تحقیقات خوزستان، دانشگاه آزاد اسلامی،اهواز، ایران

2 گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

3 موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کرج

10.22034/nawee.2024.465300.1091
چکیده
هدف: هدف از پژوهش حاضر، مدل‌سازی حذف سرب و کادمیم از محیط محلول توسط نانو کامپوزیت تهیه شده بر پایه ماده معدنی، با استفاده از مدل‌های شبکه عصبی (ANN) و شبکه عصبی بهینه شده با الگوریتم بهینه‌سازی تجمع ذرات (ANN-PSO) بود.

مواد و روش‌ها: مطالعات جذب به صورت پیمانه‌ای با لحاظ کردن پارامترهای مختلف از جمله pH اولیه محلول، مقدار جاذب، زمان تماس، غلظت اولیه آلاینده و دما انجام شد. این پارامترها به‌عنوان ورودی‌ مدل‌ها و راندمان حذف آلاینده‌ها نیز به‌عنوان خروجی مدل‌ها در نظر گرفته شدند.

نتایج: نتایج نشان داد که دقت مدل ANN-PSO بیشتر از مدل ANN بود، به‌طوری‌که مقدار آماره R2 در مدل ANN برای حذف سرب و کادمیم به‌ترتیب 91/0 و 90/0 و در مدل ANN-PSO به‌ترتیب 96/0 و 95/0 به‌دست آمد. بررسی همگرایی الگوریتم بهینه‌سازی PSO نشان داد که در تکرارهای اول که ذرات جمعیت به‌صورت تصادفی انتخاب می‌شود، در همه حالات خطای بهینه‌سازی بسیار بالا می‌باشد. به مرور با جستجوی سراسری و همگرایی به حدود بهینه سراسری، اینرسی وزنی افزایش یافته و در نمودار همگرایی به مرور شیب تغییرات تابع هدف کاهش می‌یابد، تا در نهایت بهینه‌سازی صورت گیرد.

نتیجه‌گیری: در مجموع استفاده از مدل ANN-PSO می‌تواند پیش‌بینی‌های سریع و قابل قبولی را در مورد تأثیر عوامل مختلف بر فرآیند جذب آلاینده‌ها ارائه داده و جایگزین مناسب و مقرون‌به‌صرفه‌ای از نظر هزینه و زمان برای مطالعات آزمایشگاهی باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Modeling the removal efficiency of Pb (II) and Cd (II) from aqueous solution using artificial neural networks optimized with particle swarm optimization algorithms

نویسندگان English

Ali Helfi 1
Aslan Egdernezhad 2
Saloomeh Sepehri Sadeghiyan 3
1 Department of Soil Science, Khouzestan Science  and Research Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
2 Department of Water Sciences and Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
3 Assistant professor of Irrigation and Drainage Engineering, Agricultural Engineering Research Institute (AERI), Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran.
چکیده English

Objective:The aim of the present research was to model the removal of lead and cadmium from the aqueous solution by nanocomposite prepared on the basis of mineral stabilizer,using artificial neural network model and ANN optimized with particle swarm optimization algorithms.

Methods:Adsorption studies were carried out in a batch manner by considering different parameters such as the initial pH of the solution,adsorbent dosage,contact time,initial concentration of the pollutants and temperature.These parameters were considered as the input of the models and the efficiency of pollutant removal was also considered as the output of the models.

Results:The results showed that the accuracy of the ANN-PSO model was higher than the ANN model, so that the value of the R2 statistic in the ANN model for removing lead and cadmium was 0.91 and 0.90, respectively,and in the ANN-PSO model, it was 0.96 and 0.95, respectively.Examining the convergence of the PSO optimization algorithm showed that in the first iterations where the population particles are randomly selected, the optimization error is very high in all cases. Over time, with the global search and convergence to the global optimal limits, the weighted inertia increases, and the slope of the changes of the objective function in the convergence graph decreases over time, until finally optimization takes place.

Conclusions:In general, the use of ANN-PSO model can provide fast and acceptable predictions about the effect of various factors on the removal process of pollutants and is a suitable and economical alternative in terms of cost and time for laboratory studies.

کلیدواژه‌ها English

Nano zero valent iron
Natural zeolite
Heavy metals
Modeling
Artificial neural networks

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 13 خرداد 1405