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Tipo: TCC
Título: Modelling of greenhouse gas emissions in wastewater treatment plants: a data-driven approach
Autor(es): Markert, Catherine Bezerra
Orientador: Mulas, Michela
Palavras-chave em português: Emissões de gases de efeito estufa;Estações de tratamento de esgoto;Modelagem orientada a dados;Janela móvel
Palavras-chave em inglês: Greenhouse gases emissions;Wastewater treatment plants;Data-driven modelling;Rolling window
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Data do documento: 2025
Citação: MARKERT, Catherine Bezerra. Modelling of greenhouse gas emissions in wastewater treatment plants: a data-driven approach. 2025. 149 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia de Computação) — Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: Com os impactos do aquecimento global em nosso planeta, estratégias são desenvolvidas para aumentar a sustentabilidade, como a redução das emissões de gases de efeito estufa (GEE). Enquanto tais gases são essenciais para manter a temperatura da Terra e auxiliar na manutenção da vida, eles são emitidos em excesso pela atividade humana, causando mudanças disruptivas ao clima do planeta. Embora possuam uma contribuição menor comparada a outros setores como energia, transporte e agricultura, o tratamento de esgoto possível um impacto notório nas emissões de GEEs, gerando uma quantidade de gases que incluem metano (CH4 ), dióxido de carbono (CO2 ) e óxido nitroso (N2 O). Abordagens orientadas a dados são empregadas para compreender melhor o comportamento das emissões de GEE e desenvolver modelos de aprendizado de máquina capazes de predizer essas emissões e de realizar ações de controle na planta para reduzi-las. Este trabalho explora abordagens baseadas em dados para analisar e modelar as emissões de GEE em uma Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) localizada em Helsinque, Finlândia. A pesquisa aborda três etapas principais: análise de dados, pré-processamento e modelagem. Inicialmente, uma análise detalhada do conjunto de dados melhora a compreensão do processo e identifica como variações nas variáveis preditoras influenciam as emissões de GEE. Em seguida, técnicas de pré-processamento são aplicadas para aprimorar o processo de modelagem. Por fim, modelos de aprendizado de máquina - tanto lineares quanto não lineares - são desenvolvidos para prever as emissões de óxido nitroso (N2 O) e dióxido de carbono (CO2 ). Os resultados demonstram que o uso de abordagens de Janela Móvel (Rolling Window, em inglês), geralmente melhoram a precisão dos modelos, oferecendo perspectivas promissoras para a modelagem de emissões em ETEs.
Abstract: With the impacts of global warming on our planet, strategies are developed to increase sustainability by reducing greenhouse gas (GHG) emissions. While these gases are essential to keep the Earth’s warmth and support life, too much of them are emitted due to human activity, causing disruptive changes to the planet’s climate. Although having a smaller contribution compared to other sectors such as energy, transportation or agriculture, sewage treatment has a notable impact on GHG emissions, generating a range of gases including methane (CH4 ), carbon dioxide (CO2 ), and nitrous oxide (N2 O). Data-driven approaches are employed to understand more of the GHG emissions’ behaviour and to develop machine learning models that can predict these emissions and perform control actions in the plant to reduce them. This work explores data-driven techniques to analyse and model GHG emissions in a Wastewater Treatment Plant (WWTP) located in Helsinki, Finland. The research follows three key steps: data analysis, pre-processing, and modelling. First, a detailed analysis of the dataset enhances process understanding and identifies how variations in predictor variables influence GHG emissions. Next, pre-processing techniques are applied to improve the modelling process. Finally, machine learning models - both linear and non-linear - are developed to predict nitrous oxide (N2 O) and carbon dioxide (CO2 ) emissions. Results demonstrate that employing rolling window approaches, even with simple models, generally improve model accuracy, offering promising perspectives for emission modelling in WWTPs.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/82382
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0000-0001-5219-1863
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/6018458531850082
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0001-9120-2465
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/0835408898076875
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO - Monografias

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