Neural modeling and statistical analysis of the degradation process of leachate by the solar photo-Fenton process

  • Alessandro Sampaio Cavalcanti Escola de Engenharia de Lorena EEL
  • Hélcio José Izário Filho Escola de Engenharia de Lorena EEL
  • Oswaldo Luiz Cobra Guimarães Escola de Engenharia de Lorena EEL
  • Adriano Francisco Siqueira Escola de Engenharia de Lorena EEL
Keywords: advanced oxidation, economic analysis, landfill

Abstract

This study sought to obtain a neural model and statistical analyzes that represented the degradation of leachate in natura by the solar photo-Fenton process, according to the reduction of chemical oxygen demand (COD). The study used leachate from the town of Cachoeira Paulista-SP, which had low biodegradability and required pre-treatment by an oxidative process. Neural networks are presented as an alternative for the modeling of nonlinear processes such as advanced oxidation processes, which involve a large number of control variables and complex reactions. The photo-catalytic process was optimized by a fractional (24-1) factorial design in duplicate and triplicate, with the center point being the input variables at three levels: pH, solar radiation and concentrations of H2O2 and Fe2+. The treatment system used an open reactor in bench scale with a constant volume (3 L) of leachate flow of 13 L min-1 and a 2-h reaction. The optimization process showed that the individual effect of each input variable should operate at its highest level, and that the variable Fe2 + was significant for the combination. The percentage reduction of COD of the best experiment was 88.7%, which is valued at a cost of R$126.67 m-3. The degradation process was modeled via feedforward backpropagation neural networks with linear correlation coefficients for the training sets, validation and test above 0.9, indicating high prediction and generalization of the proposed neural model.

Author Biographies

Alessandro Sampaio Cavalcanti, Escola de Engenharia de Lorena EEL
Profissional em nível de mestrado na área de processo biocatalíticos. Possui experiência profissional nas áreas de Engenharias Química e ambiental, com ênfase em tratamento de efluentes , gestão ambiental e processos alimentícios. Sendo atualmente professor e conselheiro da comissão de meio ambiente no âmbito educacional e técnico.
Hélcio José Izário Filho, Escola de Engenharia de Lorena EEL
possui graduação em Engenharia Química pela Faculdade de Engenharia Química de Lorena (1985), mestrado em Engenharia de Materiais pela Faculdade de Engenharia Química de Lorena (1993) e doutorado em Química pela Universidade Estadual de Campinas (1999). Atualmente é docente da Escola de Engenharia de Lorena - EEL/USP, com Produtividade em Pesquisa PQ-2. Tem experiência na área de Química, com ênfase em Instrumentação Analítica, especificamente em espectrometria de absorção e emissão atômica e espectrofotometria, atuando principalmente nos seguintes temas: caracterização inorgânica e meio ambiente (caracterização analítica de resíduos sólidos e líquidos e Processos Oxidativos Avançados).
Oswaldo Luiz Cobra Guimarães, Escola de Engenharia de Lorena EEL
Atuação como docente e pesquisador da Faculdade de Engenharia Química de Lorena, desde 1990. Atualmente, exerce suas atividades docentes/pesquisador na Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo. Nas atividades de docente, ministrei as disciplinas Cálculo Diferencial e Integral I, II, III, IV, Álgebra Linear, Física I, Métodos Numéricos e Programação de Computadores. Também atuei como professor em disciplinas ligadas à Matemática no Colégio Técnico de Lorena, além de ministrar cursos de Pós-Graduação em Educação Matemática. Possuo mestrado em Engenharia de Produção pela Universidade Federal de Santa Catarina e Doutorado em Ciências Ambientais pela Universidade de Taubaté. Em relação à linhas de pesquisa, atuo em Tratamento de Efluentes Industriais via Processos Oxidativos Avançados. Também atuo em área de modelagem matemática e Inteligência Artificial utilizando técnicas de redes neurais, algoritmos genéticos, árvores de decisão. Atuo também em modelos matemáticos de otimização ligados à geração de energia. Paralelamente a estas atividades também exerço pesquisas ligadas à aplicação de ambientes informatizados no Ensino de Engenharia. Atuação também na área de quimiometria, em particular utilizando técnicas de Planejamento de Experimentos. Também estou iniciando atividades na área de Controle Estatístico de Processo.
Adriano Francisco Siqueira, Escola de Engenharia de Lorena EEL
Possui graduação em Engenharia Química pela Faculdade de Engenharia Química de Lorena(1993), mestrado em Estatística pela Universidade de São Paulo(1998) e doutorado em Estatística pela Universidade de São Paulo(2003). Atualmente é professor Doutor da Escola de Engenharia de Lorena da USP. Tem experiência na área de Probabilidade e Estatística, com ênfase em Probabilidade. Atuando principalmente nos seguintes temas:Probabilidade, Sistema de Partículas com infinitas partículas, Taxas de salto dependente dos vizinhos mais próxim, Sistemas Markovianos de Partículas.
Published
08/12/2014
Section
Papers