Application of Soft Actor-Critic algorithms in optimizing wastewater treatment with time delays integration
Notice bibliographique
Résumé
Wastewater treatment plants face unique challenges for process control due to their complex dynamics, slow time constants, and stochastic delays in observations and actions. These characteristics make conventional control methods, such as Proportional-Integral-Derivative controllers, suboptimal for achieving efficient phosphorus removal, a critical component of wastewater treatment to ensure environmental sustainability. This study addresses these challenges using a novel deep reinforcement learning approach based on the Soft Actor-Critic algorithm, integrated with a custom simulator designed to model the delayed feedback inherent in wastewater treatment plants. The simulator incorporates Long Short-Term Memory networks for accurate multi-step state predictions, enabling realistic training scenarios. To account for the stochastic nature of delays, agents were trained under three delay scenarios: no delay, constant delay, and random delay. The results demonstrate that incorporating random delays into the reinforcement learning framework significantly improves phosphorus removal efficiency while reducing operational costs. Specifically, the delay-aware agent achieved 36 % reduction in phosphorus emissions, 55 % higher reward, 77 % lower target deviation from the regulatory limit, and 9 % lower total costs than traditional control methods in the simulated environment. These findings underscore the potential of reinforcement learning to overcome the limitations of conventional control strategies in wastewater treatment, providing an adaptive and cost-effective solution for phosphorus removal. • Novel SAC framework handles time delays in wastewater treatment optimization. • Delay-aware RL models improve phosphorus control efficiency by 36%. • SAC agents reduce target deviations by 77% and operational costs by 9%. • Custom LSTM-based simulator enables realistic training for delay scenarios. • Demonstrates RL’s superiority over PID controllers in dynamic industrial processes.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».