← Zurück zu Soft Sensor
Wasseraufbereitung Pilot Kommunale Infrastruktur

Soft-Sensor für die Ablaufqualität von Kleinkläranlagen

Soft-Sensoren mit maschinellem Lernen sagen CSB und abfiltrierbare Stoffe einer Kleinkläranlage aus Inline-Messungen voraus: Support-Vector-Regression erreichte R² = 0,96 für CSB, Cubist-Regression R² = 0,99 für AFS.

soft-sensorCODTSSwastewatermachine-learning

Soft-Sensor-Lösung

Ansatz

Soft-Sensoren mit mehreren Eingängen und einem Ausgang kombinieren Größen, die etablierte Inline-Sensoren messen, um Wasserqualitätsparameter vorherzusagen, die sonst Probenahme und Laboranalyse erfordern. Verglichen wurden vier Algorithmen: Partial Least Squares (PLS), Support-Vector-Regression (SVR), Cubist-Regression und ein Quantil-Regressions-Neuronetz (QRNN).

Eingangsvariablen

  • Trübung
  • Farbe
  • pH
  • Ammonium (NH₄⁺)
  • Nitrat (NO₃⁻)
  • Elektrische Leitfähigkeit

Ausgangsvariablen

  • Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB)
  • Abfiltrierbare Stoffe (AFS)
  • E. coli

Modelltyp

  • Support-Vector-Regression
  • Cubist-Regression
  • PLS und QRNN (verglichen)

Kennzahlen

CSB — SVR R² = 0,96, MAPE 14,5 %
Veröffentlichung [shyu2023]
AFS — Cubist-Regression R² = 0,99, MAPE 24,8 %
Veröffentlichung [shyu2023]
E. coli — bestes Modell (Cubist) R² = 0,22, MAPE 71,4 % — noch nicht ausreichend
Veröffentlichung [shyu2023]

Ergebnisse

  • Auf Wasserqualitätsdaten einer knapp zwei Jahre betriebenen, feldgetesteten Kleinkläranlage (56 Datenpunkte) sagte SVR den CSB mit R² = 0,96 voraus und Cubist-Regression die AFS mit R² = 0,99. E. coli ließ sich nicht ausreichend vorhersagen (bestes R² = 0,22). Die Autoren folgern, dass Soft-Sensoren mit maschinellem Lernen trotz des kleinen Datensatzes brauchbare Echtzeitschätzungen sonst offline gemessener Größen liefern können.

    Veröffentlichung [shyu2023]

Warum es wichtig ist

  • CSB, AFS und E. coli erfordern Probenahme und Laboranalyse und geben daher keinen Echtzeit-Einblick in Reinigungsleistung oder Störungen.
  • Echtzeit-CSB-Analysatoren gibt es, sie sind aber wegen Kosten und Reagenzien für Kleinkläranlagen nicht wirtschaftlich; ein Soft-Sensor auf etablierten Inline-Sensoren ist ein günstigerer Weg zur kontinuierlichen Überwachung.

Haben Sie eine Regelungsaufgabe? Sprechen wir.

📅 30-Min Technik-Fit-Call buchen

Quellen

[shyu2023] Zeitschriftenartikel 2023
Development of a Soft Sensor Using Machine Learning Algorithms for Predicting the Water Quality of an Onsite Wastewater Treatment System

Shyu, H.-Y., Castro, C. J., Bair, R. A., Lu, Q., Yeh, D. H. — Open Access.

Überblick

Ein Soft-Sensor sagt im Labor gemessene Wasserqualitätsparameter (CSB, AFS) aus Größen voraus, die Inline-Sensoren kontinuierlich messen — so erhält der Betrieb zwischen den Laborproben eine Echtzeitschätzung.

Wann das Muster passt

  • Die Ablaufqualität wird über Laboranalysen überwacht, und die Verzögerung bremst betriebliche Entscheidungen.
  • Online-Analysatoren für CSB oder AFS sind für die Anlage zu teuer, oder Reagenzien und Wartung sind eine Last.
  • Zuverlässige Inline-Sensoren (Trübung, pH, Leitfähigkeit, Nährstoffe) sind bereits vorhanden oder günstig nachrüstbar.

Was die zitierte Studie zeigt — und wo ihre Grenzen liegen

Für verschiedene Zielgrößen gewannen verschiedene Algorithmen (SVR für CSB, Cubist-Regression für AFS); Kandidatenmodelle sollten daher je Zielgröße verglichen werden. Der Datensatz war klein (56 Datenpunkte), und E. coli ließ sich nicht ausreichend vorhersagen. Ein Soft-Sensor für den Dauerbetrieb braucht mehr Daten, einen Plan zur Nachkalibrierung und eine Überwachung der Eingangssensoren selbst.

War dieser Artikel hilfreich?

Teilen: LinkedIn

Kontakt

Nachricht senden

Ich antworte innerhalb von 24 Stunden.  ·  NDA auf Wunsch · Kein Spam · DSGVO-konform

Ihre Daten werden über FormSubmit.co verarbeitet und ausschließlich zur Beantwortung Ihrer Anfrage verwendet. Kein Marketing ohne Ihre Zustimmung.

Direkter Kontakt

Dr. Rafał Noga

Termin

30-Min Technik-Fit-Call direkt über Calendly buchen.

30-Min Technik-Fit-Call buchen

Bleiben Sie informiert

Erhalten Sie Einblicke zu Industrieller KI, APC und Prozessoptimierung direkt in Ihr Postfach.