Title (srp)

Hemometrijske metode za predviđanje parametara kvaliteta rečnih voda i razgradnje zagađujućih materija : doktorska disertacija

Author

Mitrović, Tatjana Đ., 1979-

Contributor

Ristić, Mirjana, 1960-
Lazović, Saša, 1980-
Perić-Grujić, Aleksandra, 1966-
Živojinović, Dragana Z., 1971-
Lazarević-Pašti, Tamara, 1984-

Description (eng)

Chemometric methods are used in processing of large dataset obtained in chemical analysis,data reduction and selection of an adequate number of required parameters which would beincluded in regular monitoring; they are applied to predict the behavior of variousparameters, determine relationships, similarities and differences which cause parametersgrouping and the importance of each parameter in the spatial/temporal variation in riverwater quality. Within this doctoral dissertation selected chemometric methods were appliedto analyse and interpret data and the impact of various parameters which are important forenvironmental engineering, such as: river water quality determination and assessment, theorigin of pollutants in river water, prediction of river water quality parameters,characterization and analysis of degradation of two groups of water pollutants, textile dyesand pesticides by gas plasma oxidation. In each of the areas covered by this research(monitoring and pollutants oxidation), appropriate analytical techniques and instrumentalmethods were used, in accordance with the relevant standards. The obtained experimentaldata were applied for the artificial neural networks (ANN) modeling and Monte Carlosimulation (MCS). For data reduction and explanation of spatial and seasonal variation inriver water quality at different locations the PCA method was applied.Since rapid population growth in the world and increased industrialization caused decline inthe surface water quality, continuous river water quality monitoring is necessary to providevalues of physicochemical, biological, isotopic, hydrologic parameters, characteristics ofsampling locations, seasonal conditions in which measurements are performed, etc. Theinformation collected from monitoring can be used for the water resource managementstrategy, in order to maintain or even improve its quality. The chemometric techniques wereapplied to determine possible correlations, trends and mutual influences of the data obtainedby monitoring and thus to reduce the scope of research in terms of reducing the number ofexamined parameters and monitoring locations.Physicochemical water quality parameters of the Danube through Republic of Serbia andisotopes of selected elements in this research were analyzed. These water quality parametersare continuously measured during the study: temperature, pH, electrolytic conductivity,turbidity, total suspended solids, total solids, total volatile suspended solids, total dissolvedsolids, total hardness, dissolved oxygen and carbon dioxide, alkalinity, concentrations ofcalcium, magnesium, sodium, potassium, iron, bicarbonate, sulphate, chloride, carbonate,organic nitrogen (Kjeldahl nitrogen), inorganic forms of nitrogen (ammonia, nitrate, nitrite)and phosphorus (ortho-phosphates), silicate, organic matter content (consumption of KMnO4,K2Cr2O7), biological oxygen demand (BOD), chlorophyll (Cha) and pheophytin content. Isotopeanalyzes included isotopes of light elements (δ18O, δ2H, δ13CDIC, δ13CPOC,δ15NTPN).In the first part of the dissertation, possible correlation between the stable isotopecomposition and hydrological, physicochemical and biological parameters of the Danube wasexamined by applying the principle component analysis, in order to predict seasonalvariations of river quality, interaction with groundwater and river recharge. In addition,artificial neural network models have been developed and optimized to predict certain waterquality parameters, in order to exclude specific monitoring locations from regular monitoring.To select the input variables and to assess their significance, the Monte Carlo simulationtechnique was applied; it was performed in order to develop a model with a minimumnumber of input variables while improving the performance of the model itself.

Description (srp)

Hemometrijske metode se koriste za obradu velikog broja podataka dobijenih u hemijskojanalizi, redukciju podataka i izbor adekvatnog broja potrebnih parametara koji bi biliobuhvaćeni redovnim monitoringom, a sve u cilju predviđanja ponašanja raznih parametara,određivanja međusobnih odnosa, sličnosti i razlika koje uslovljavaju grupisanje parametara, ivažnosti svakog parametra u prostorno/vremenskoj varijaciji u kvalitetu rečne vode.Odabrane hemometrijske metode su primenjene u okviru ove doktorske disertacije za analizui tumačenje uticaja različitih parametara značajnih za inženjerstvo zaštite životne sredine:određivanje i procenu kvaliteta rečnih voda, određivanje porekla zagađujućih materija urečnoj vodi, predviđanje koncentracija parametara kvaliteta rečnih voda, opis i analizuprocesa oksidacije gasnom plazmom dve grupe zagađujućih materija vode, tekstilnih boja ipesticida. U svakoj od oblasti koja je bila obuhvaćena istraživanjem (monitoring i procesitretmana zagađujućih materija) korišćene su odgovarajuće analitičke tehnike, kao iinstrumentalne metode analize, u skladu sa relevantnim standardima. Dobijenieksperimentalni podaci primenjeni su za modelovanje primenom veštačkih neuronskih mreža(ANN) i Monte Karlo simulacije (MCS). Za redukciju podataka i objašnjenje prostorne isezonske varijacije kvaliteta rečne vode na različitim lokalitetima od hemometrijskih metodabila je primenjena metoda glavnih komponenata (PCA).S obzirom da je, kao posledica intenzivnog rasta broja stanovnika u svetu i povećanja stepenaindustrijalizacije kvalitet rečnih voda narušen, neophodno je svakodnevno pratiti njen kvaliteti analizirati veliki broj podataka: vrednosti fizičkohemijskih, bioloških, izotopskih ihidroloških parametara, lokacije uzorkovanja, sezonske prilike u kojima se merenja obavljaju,itd. Informacije koje se dobiju monitoringom predstavljaju osnovu za strategiju upravljanjaprirodnim vodnim resursima, kako bi se održao ili čak unapredio njihov kvalitet. Primenomhemometrijskih tehnika moguće je odrediti eventualne korelacije, trendove i međusobneuticaje svih podataka koji se dobijaju monitoringom i samim tim smanjiti obim istraživanja usmislu redukcije broja parametara kvaliteta i lokacija monitoringa.U okviru ove disertacije analizirani su fizičkohemijski parametri kvaliteta vode i izotopiodabranih elemenata reke Dunav na delu toka kroz Republiku Srbiju. Parametri kvaliteta vodekoji su praćeni tokom istraživanja su: temperatura, pH, elektrolitička provodljivost, mutnoća,ukupne suspendovane materije, ukupne čvrste materije, ukupne isparljive suspendovanematerije, ukupne rastvorne materije, ukupna tvrdoća, rastvoreni kiseonik i ugljen-dioksid,alkalitet, koncentracije kalcijuma, magnezijuma, natrijuma, kalijuma, gvožđa, bikarbonata,sulfata, hlorida, karbonata, organskog azota (azot po Kjeldalu), neorganskih oblika azota(amonijak, nitrat, nitrit) i fosfora (orto-fosfati), silikata, sadržaj organske materije (utrošakKMnO4, K2Cr2O7), biološka potrošnja kiseonika (BPK), sadržaj hlorofila-a (Cha) i feofitina.Izotopske analize su obuhvatale izotope lakih elemenata (δ18O, δ2H, δ13CDIC, δ13CPOC, δ15NTPN).U prvom delu disertacije su prikazani rezultati ispitivanja koji su imali za cilj određivanjekorelacije između sadržaja stabilnih izotopa i hidroloških, fizičkohemijskih i biološkihparametara Dunava primenom analize glavnih komponenata, da bi se predvidele sezonskevarijacije kvaliteta reke i interakcije sa podzemnom vodom, kao i način prihranjivanja reke.Pored toga, razvijeni su i optimizovani modeli neuronskih mreža za predviđanje vrednostipojedinih parametara kvaliteta rečne vode, u slučaju isključivanja pojedinih stanica izredovnog monitoringa. Za odabir ulaznih promenljivih i procenu njihove značajnosti jeprimenjena tehnika Monte Karlo simulacije, kako bi se razvio model sa minimalnim brojemulaznih promenljivih, uz poboljšanje performansi samog modela...

Description (srp)

Tehničko-tehnološke nauke -: inženjerstvo zaštite životne sredine / Technical-technological sciences- Environmental Engineering Datum odbrane: 11.06.2021.

Object languages

Serbian

Date

2021

Rights

Creative Commons License
This work is licensed under a
CC BY-NC-ND 3.0 AT - Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/at/legalcode

Subject

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Analitička hemija

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Hemijsko inženjerstvo

water monitoring, river water quality, principal components analysis, neural networks, advanced oxidation processes, gaseous non-equilibrium plasma, plasma needle, textile dyes, pesticides.

Identifiers