Elduayen-Echave, B., Lizarralde, I., Larraona, G.S., Ayesa, E., Grau, P. (2021). A New Mass-Based Discretized Population Balance Model for Precipitation Processes: Application to Struvite Precipitation. Water Research 155, 26–41. (link)

 

Título

A New Mass-Based Discretized Population Balance Model for Precipitation Processes: Application to Struvite Precipitation

(Um Novo Modelo de Balanço Populacional Discretizado Baseado em Massa para Processos de Precipitação: Aplicação à Precipitação de Estruvita)

 

Resumo

Mathematical models describing precipitation processes in one step need to be upgraded. Particle size distribution is a crucial variable and its inclusion in the modelling libraries is necessary if the technology wants to be optimized through simulation. With this objective, a mass based population balance model is presented in this contribution. The model has been constructed using a stoichiometric matrix and a kinetic vector and using mass as the internal coordinate, as it is usually done in wastewater treatment modelling. Identifiability of the parameters of the model was evaluated using a sensitivity and a collinearity analysis for six simulation case studies of struvite precipitation. In addition, parameters in the model were calibrated to represent data from two batch tests in the laboratory. The results of the analysis showed that the identifiability of the parameters depends on the available experimental data and explored scenarios. Identifiability of the parameters could be the reason behind the shifting parameter values describing mechanisms of precipitation in the literature. This contribution helps to understand the possibilities and limitations that the population balance model approach offer.

 

TRADUÇÃO LIVRE

Os modelos matemáticos que descrevem os processos de precipitação em uma etapa precisam ser atualizados. A distribuição de tamanho de partícula é uma variável crucial e sua inclusão nas bibliotecas de modelagem é necessária se a tecnologia quiser ser otimizada por simulação. Com este objetivo, um modelo de balanço populacional baseado em massa é apresentado nesta contribuição. O modelo foi construído usando uma matriz estequiométrica e um vetor cinético e usando a massa como coordenada interna, como geralmente é feito na modelagem de tratamento de águas residuais. A identificabilidade dos parâmetros do modelo foi avaliada usando uma sensibilidade e uma análise de colinearidade para seis estudos de caso de simulação de estruvitaprecipitação. Além disso, os parâmetros do modelo foram calibrados para representar os dados de dois testes em lote no laboratório. Os resultados da análise mostraram que a identificabilidade dos parâmetros depende dos dados experimentais disponíveis e dos cenários explorados. A identificabilidade dos parâmetros pode ser a razão por trás da mudança nos valores dos parâmetros que descrevem os mecanismos de precipitação na literatura. Esta contribuição ajuda a entender as possibilidades e limitações que a abordagem do modelo de equilíbrio populacional oferece.

 

Artigo publicado no site ScienceDirect, no Journal of the International Water Association (IWA).