مدل ‌سازي نمك ‌زدايي از آب لب‌ شور به ‌روش الكترودياليز، با استفاده از طراحي آزمايش ‌ها و شبكه عصبي GMDH

زمينه و هدف: نمك‌ زدايي از آب شور و لب‌ شور، به عنوان يك منبع نسبتا دائمي، راه حلي مطمئن براي جبران كمبود آب است. فرآيند الكترودياليز به عنوان يكي از روش‌هاي نمك‌زدايي، تقريبا آب بدون املاح را از آب شور جدا مي‌كند و در حال تبديل شدن به يك راه‌حل براي كمبود آب در سراسر جهان است. روش‌هاي مدل‌سازي، امكان بررسي كم‌هزينه نمك‌زدايي از آب شور و لب‌شور به روش الكترودياليز و هم‌چنين پيش‌بيني رفتارها و الگوهاي فرآيندي اين سيستم‌ها را فراهم مي‌كنند. هدف اين تحقيق، مدل‌سازي فرايند الكترودياليز با طراحي آزمايش‌ها و ارزيابي روش شبكه عصبي GMDH، در تخمين درصد جداسازي و ميزان شار خروجي سلول الكترودياليز آب لب‌شور است.روش پژوهش: مقادير جريان حجمي در شش سطح (1، 2.5، 5، 10، 15 و 20 ميلي‌ليتر در دقيقه)، غلظت املاح در سه سطح (200، 500 و 1000 ميلي‌گرم در ليتر)، دما در سه سطح (50، 60 و 70 درجه سانتي‌گراد)، ولتاژ در سه سطح (10، 20 و 30 ولت) و فشار در سه سطح (200، 400 و 800 پاسكال) استخراج گرديد. به‌منظور مدل‌سازي ميزان تاثير هريك از ورودي‌هاي مذكور بر درصد جداسازي و ميزان شار خروجي سلول الكترودياليز آب لب‌شور، از طرح فاكتوريل كامل و شبكه عصبي GMDH استفاده شد. در مدل‌سازي خروجي سلول الكترودياليز با استفاده از شبكه عصبي GMDH، پس از تعيين متغيرهاي ورودي، تصادفي‌سازي، نرمال‌سازي و تقسيم بندي متغير هاي ورودي و خروجي انجام شد. براي مدل‌سازي، 90 درصد داده‌ها (437 نمونه) بطور تصادفي به‌منظور آموزش و 10 درصد داده‌ها (49 نمونه) براي صحت‌سنجي در نظر گرفته شد. از طرفي با توجه به دارا بودن سطوح مشخص براي هر يك از ورودي‌ها، امكان استفاده از طرح آزمايشي فاكتوريل كامل نيز فراهم بود.يافته‌ها: نتايج جدول تجزيه رگرسيون خطي نشان داد بين كليه اثرات ساده و متقابل تيمارها براي متغيرهاي پاسخ درصد جداسازي و شار، اختلاف معني‌داري در سطح يك درصد وجود دارد. با كاهش جريان حجمي و غلظت املاح و افزايش دما، ولتاژ و فشار، درصد جداسازي و شار خروجي افزايش معني‌داري نشان دادند. نتايج مدل‌سازي با شبكه عصبي GMDH نيز در مرحله آموزش، دقت پيش‌بيني درصد جداسازي (0.90=R^2، 0.16-=MBE و 7.48=RMSE) و ميزان شار خروجي (0.79=R^2، 0.001=MBE و 0.08=RMSE) را نشان داد. همين شاخص ها در مرحله صحت‌سنجي به ترتيب 0.85، 3- و 9.37 براي درصد جداسازي و 0.78، 0.008- و 0.07 براي ميزان شار خروجي هستند. تطابق داده‌هاي هدف و خروجي، نزديكي مقادير هدف و خروجي به نمودار y=x، تخطي كم مقادير خطا از مقدار صفر و نزديكي توزيع (هيستوگرام) خطا به توزيع نرمال، حاصل شدند.نتايج: پس از مشخص شدن اختلاف بسيار معني‌دار كليه اثرات ساده و متقابل تيمارها براي متغيرهاي پاسخ، مقايسه ميانگين‌ها صورت گرفت. بيشتر بودن هر دو متغير پاسخ درصد جداسازي و شار خروجي، ايده‌آل هست. لذا نتايج مقايسه ميانگين‌ها نشان داد بهترين سطح جريان حجمي برابر با 1 ميلي‌ليتر بر دقيقه، غلظت جريان ورودي 200 ميلي‌گرم بر ليتر، دماي 70 درجه سانتي‌گراد، ولتاژ ورودي 30 ولت و فشار 800 پاسكال، منجر به بيشترين درصد جداسازي و شار خروجي مي‌شوند. ضمن اين‌كه با كاهش جريان حجمي و غلظت املاح، و افزايش دما، ولتاژ و فشار، درصد جداسازي و شار خروجي افزايش معني‌داري نشان دادند. همچنين با توجه به شاخص‌هاي آماري براي كل داده‌ها، همبستگي مناسب، اندكي كم‌برآورد و خطاي اندك به دست آمد. بنابراين استفاده از طراحي آزمايش‌ها و شبكه عصبي GMDH، در مدل‌سازي نمك‌زدايي از آب لب‌شور با استفاده از فرآيند الكترودياليز، كارايي مناسبي دارد.