[pt] APRENDIZADO DE MÁQUINA PARA DETECÇÃO DE FALHAS NO TRATAMENTO DE EFLUENTES INDUSTRIAIS DA INDÚSTRIA DE PANIFICAÇÃO POR ELETROCOAGULAÇÃO

[en] MACHINE LEARNING FOR FAILURE DETECTION IN BAKERY INDUSTRIAL EFFLUENTS TREATMENT BY ELECTROCOAGULATION

[pt] THIAGO DA SILVA RIBEIRO

[pt] APRENDIZADO DE MAQUINA

[pt] ESTACAO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES

[pt] ESPACO DE CORES HSV

[pt] SELECAO DE ATRIBUTOS

[pt] DETECCAO DE FALHAS

[pt] ELETROCOAGULACAO

[en] MACHINE LEARNING

[en] WASTEWATER TREATMENT PLANT

[en] HSV COLOR SPACE

[en] FEATURE SELECTION

[en] FAULT DETECTION

[en] ELECTROCOAGULATION

[pt] A eletrocoagulação é um método emergente de tratamento de efluentes que combina os benefícios da coagulação, flotação e eletroquímica. Devido à complexidade inerente às operações de uma estação de tratamento de efluentes, é um desafio reagir com rapidez e precisão às condições dinâmicas necessárias para manter a qualidade do efluente. Portanto, esta tese tem como objetivo identificar a condição operacional de uma estação de tratamento de efluentes que adotou a eletrocoagulação para o tratamento de efluentes de panificação. Três condições operacionais baseadas em clarificação do efluente e lodo da reação foram as variáveis-alvo. A tese está dividida em dois ensaios. O primeiro usou sete métodos de seleção de atributos para selecionar as variáveis mais importantes em um determinado conjunto de dados. O desempenho dos modelos de classificação de redes neurais treinados no conjunto de atributos original foi comparado ao desempenho daqueles que foram treinados em um subconjunto curado usando técnicas de seleção de atributos. O modelo que utilizou a seleção de atributos apresentou o melhor desempenho (F1-score = 0,92) e uma melhoria de mais de 30 por cento na prevenção de falsos positivos. A segunda contribuição trouxe um modelo que poderia detectar o comportamento anômalo do processo usando apenas imagens coloridas da superfície do efluente obtidas através de dois módulos de câmera de tamanho pequeno. O desempenho de vários métodos, incluindo MLP, LSTM, SVM e XGBoost foi avaliado. O modelo LSTM superou os outros em termos de Precisão (84,620 por cento), Recall (84,531 por cento) e F1-score (84,499 por cento), mas o modelo XGBoost vem em segundo lugar com Precisão (83,922 por cento), Recall (82,272 por cento) e F1-score (83,005 por cento).

[en] Electrocoagulation is an emerging wastewater treatment method that combines the benefits of coagulation, flotation, and electrochemistry. As a result of the inherent complexity of processes associated with wastewater treatment plants, it is difficult to respond swiftly and correctly to the dynamic circumstances that are necessary to ensure effluent quality. Therefore, this thesis aims to identify the operational condition of a wastewater treatment plant that has adopted electrocoagulation for treating bakery wastewater. Three operational conditions based on effluent clarification and reaction sludge were the target variables. The thesis is divided into two essays. The first endeavor used seven feature selection methods to select the most important features in a given dataset. The performance of neural network classification models trained on the original feature set was compared to the performance of those that were trained on a subset of features that had been curated using feature selection techniques. The model that utilised feature selection was found to have the best performance (F1-score = 0.92) and an improvement of more than 30 percent in preventing false positives. The second contribution brought a model that could detect anomalous process behavior using only wastewater surface color images from two small-size camera modules. The performance of various methods, including MLP, LSTM, SVM, and XGBoost was assessed. The LSTM model outperformed the others in terms of macro average Precision (84.620 percent), Recall (84.531 percent), and F1-score (84.499 percent), but the XGBoost model comes closely in second with Precision (83.922 percent), Recall (82.272 percent), and F1-score (83.005 percent).

MAURICIO LEONARDO TOREM

BRUNNO FERREIRA DOS SANTOS

MAURICIO LEONARDO TOREM

MAURICIO BEZERRA DE SOUZA JUNIOR

ROBERTO BENTES DE CARVALHO

BRUNNO FERREIRA DOS SANTOS

HELON VICENTE HULTMANN AYALA

FLAVIO VASCONCELOS DA SILVA

2023-10-19

2022-10-13

[pt] TEXTO

application/pdf

INGLÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=64369@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=64369@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.64369