Комплексная оценка качества воды и характеристик шлама на водоочистной станции Старой Куфы с использованием моделирования на основе искусственных нейронных сетей
DOI:
https://doi.org/10.55287/22275398_2026_58_82-96Ключевые слова:
река Евфрат, мутность, очистка питьевой воды, искусственные нейронные сети, ОВВ, ХПК, Эн-Наджаф, станция Старой КуфыАннотация
Предметом исследования является комплексная оценка качества воды и характеристик остаточного шлама на водоочистной станции Старой Куфы (Ирак). Объектом исследования является технологическая система городской ВОС и образующиеся остатки водоподготовки. Рассматриваются динамика мутности, общего содержания взвешенных веществ (ОВВ) и химического потребления кислорода (ХПК) по историческим данным 2020–2024 гг. и по результатам экспериментальных наблюдений июня–ноября 2024 г. Особое внимание уделяется связи между изменчивостью качества исходной воды Евфрата, режимами коагуляционно-флокуляционной обработки и удельным выходом шлама. Освещаются сопоставление показателей с действующими в Ираке нормативами питьевой воды и экологической безопасности, а также практические последствия для устойчивого управления шламом: оценка рисков превышений, планирование оптимизации доз реагентов, перспективы повторного использования и рекуперации. Методология сочетает анализ эксплуатационных данных (2020–2024) и лабораторных измерений (июнь–ноябрь 2024) с моделированием на основе искусственных нейронных сетей; входы – pH, Cl⁻, NO₃⁻, NH₄⁺, температура; целевые показатели – ОВВ и выход шлама; достигнута точность R²=0,991. Новизна исследования заключается в интеграции полевых и экспериментальных данных городской ВОС Ирака с использованием ИНС для прогноза качества очищенной воды и образования шлама при нестабильном речном притоке. Особым вкладом является построение прикладной модели с высокой точностью (R²=0,991) и возможностью чувствительного анализа влияния исходных параметров и доз реагентов. Основными выводами является то, что мутность и ОВВ – ключевые детерминанты образования шлама; зафиксирован максимальный удельный выход 278,6 кг/1000 м³, что требует корректировки режимов реагентной обработки и планирования мероприятий по обращению со шламом. Превышения по ХПК относительно предела 100 мг/л указывают на экологический риск и необходимость повышения устойчивости эксплуатации, включая оптимизацию дозирования и разработку сценариев повторного использования и рекуперации.
Библиографические ссылки
1. Onu M. A., Ayeleru O. O., Oboirien B., Olubambi P. A. (2023). Challenges of wastewater generation and management in sub-Saharan Africa: A review. Environmental Challenges, 11, 100686. https://doi.org/10.1016/j.envc.2023.100686
2. Burdon F. J., Munz N. A., Reyes M., Focks A., Joss A., Räsänen K., Altermatt F., Eggen R. I. L., Stamm C. (2019). Agriculture versus wastewater pollution as drivers of macroinvertebrate community structure in streams. Science of the Total Environment, 659, 1256–1265. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.12.372
3. Nadella A., Sen D. (2022). Application of wastewater quality index (WWQI) as an evaluation tool: A case of stormwater flow channel (SWF) of Kolkata, India. Environmental Monitoring and Assessment, 194(2), 80. https://doi.org/10.1007/s10661-021-09714-7
4. de Guzman I., Elosegi A., von Schiller D., González J., Paz E., Gauzens B., Brose U., Antón A., Olarte N., Montoya J., Larrañaga A. (2023). Treated and highly diluted, but wastewater still impacts diversity and energy fluxes of freshwater food webs. Journal of Environmental Management, 345, 118510. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.118510
5. Zhu L., Liu J., Xin Y., Yu W., Yu D., Wang Y., Xu Y., Wei Y. (2023). [Article in Huanjing Kexue Xuebao/Acta Scientiae Circumstantiae]. Huanjing Kexue Xuebao/Acta Scientiae Circumstantiae, 43, 89–[pages].
6. Lu Q., Zhao R., Li Q., Ma Y., Chen J., Yu Q., Zhao D., An S. (2023). Elemental composition and microbial community differences between wastewater treatment plant effluent and local natural surface water: A Zhengzhou city study. Journal of Environmental Management, 325(A), 116398. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.116398
7. El Aatik A., Navarro J. M., Martínez R., Vela N. (2023). Estimation of global water quality in four municipal wastewater treatment plants over time based on statistical methods. Water, 15(8), 1520. https://doi.org/10.3390/w15081520
8. Raut S., Anaokar G., Dharnaik A. (2017). [Article in European Journal of Advances in Engineering and Technology]. European Journal of Advances in Engineering and Technology, 4, 733–[pages].
9. Bharti N., Katyal D. (2011). [Article in International Journal of Environmental Sciences]. International Journal of Environmental Sciences, 2, 154–[pages].
10. Tyagi S., Sharma B., Singh P., Dobhal R. (2013). [Article in American Journal of Water Resources]. American Journal of Water Resources, 1, 34–[pages].
11. Poonam T., Tanushree B., Sukalyan C. (2015). [Article in International Journal of Advanced Chemistry]. International Journal of Advanced Chemistry, 1, 15–[pages].
12. Das S., Sarkar R. (2021). [Article in Environmental Science and Pollution Research]. Environmental Science and Pollution Research, 28, 15853–15864.
13. Abbasi T., Abbasi S. A. (2012). Water Quality Indices. London, U.K.: Elsevier.
14. Fadhl Y. (2022). Energy consumption and cost implications of advanced water treatment technologies. Energy Reports, 8, 2001–2015. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.01.017
15. Khassaf S. I., Kizar F. M. (2011). Reuse of treated sanitary sewage in Najaf City for agricultural purposes. Al-Qadisiya Journal for Engineering Sciences, 4(1), 558–578.
16. Naji R. H., Khudair Al-Obaidi B. H., Salman M. S. (2021). Evaluating the efficiency of some wastewater treatment plants in Najaf Governorate. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1145, 012053. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1145/1/012053
17. Al-Hameedi H. M., Al-Madany H. (2024). Evaluation of efficiency of IFAS wastewater treatment plant in Barrakiha, Kufa, Iraq. AIP Conference Proceedings, 3249, 030012. https://doi.org/10.1063/5.0237203
18. Hasannajy R. H., Al-Obaidi B. K., Salman M. S. (2021). A comparative study of a moving bed biofilm reactor and Bio-shaft technology for a wastewater treatment process: A review. Journal of Engineering, 27(6), 47–58. https://doi.org/10.31026/j.eng.2021.06.04
19. Jasim H., Al-Badrani S., Qasim M. (2023). Advancements and challenges in treatment technologies at the Al-Barakiya facility. Water Research, 215, 118348.
20. Al-wardy A. H. (2021). Evaluation and modelling of the performance of wastewater treatment plant in Al-Muamirah in the Province of Babylon for the removal pollutant of municipal wastewater (Doctoral dissertation). University of Kerbala, Kerbala, Iraq.
21. Muhammad A., Kareem Z., Abbas T. (2015). Performance evaluation of the Al-Barakiya wastewater treatment facility: Challenges in operational efficiency. Environmental Engineering and Management Journal, 14(7), 1587–1594.
22. U.S. Environmental Protection Agency. Secondary treatment standards; Aquatic life criteria for ammonia; Nutrient pollution. European Union. Urban Waste Water Treatment Directive.
23. Iraqi Standards for Water Quality (IQS). (2009). Physical and chemical characteristics of water, Standard 417. Baghdad, Iraq: Central Organization for Standardization and Quality Control.
24. Canadian Council of Ministers of the Environment. (2001). Canadian water quality guidelines for the protection of aquatic life: CCME Water Quality Index 1.0. Technical Report. Winnipeg, MB, Canada: Canadian Council of Ministers of the Environment.
25. Al-Jubouri M. A., Al-Obaidy S. K. (2023). Technological performance and environmental impact of municipal wastewater treatment in rapidly urbanizing arid regions. Journal of Cleaner Production, 395, 137810.
26. Shrestha R. K., Tanaka M. (2024). Evaluation of advanced biological treatment systems for nutrient removal in municipal wastewater: A global perspective. Water Research, 251, 121350.
27. Lee H. J., Wang T. M. (2023). Impact of climate conditions on the chemical characteristics of municipal influent in semi-arid zones. Environmental Research, 228, 116542.
28. Ahmed S., Manning T. R. (2022). Spatio-temporal analysis of sewage influent quality in rapidly expanding urban centers. Journal of Environmental Management, 318, 115432.
29. Ahmed S., Manning T. R. (2024). Enhancing wastewater treatment through artificial intelligence: A comprehensive study on nutrient removal and effluent quality prediction. Journal of Water Process Engineering, 61, 105212. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2024.105212
30. Jerves-Cobo R., Maldonado E., Hidalgo-Cordero J. F., García-Herazo H., Mora-Serrano D. (2025). Comparative assessment of wastewater treatment technologies for pollutant removal in high-altitude Andean sites. Water, 17(12), 1800. https://doi.org/10.3390/w17121800
