Delli Compagni, R., Polesel, F., von Borries, K.J.F., Zhang, Z., Turolla, A., Antonelli, M., Vezzaro, L. (2019). Modelling micropollutant fate in sewer systems – A new systematic approach to support conceptual model construction based on in-sewer hydraulic retention time. Journal of Environmental Management 246, 141–149. (link)

Título

Modelling micropollutant fate in sewer systems – A new systematic approach to support conceptual model construction based on in-sewer hydraulic retention time

(Modelagem do destino de micropoluentes em sistemas de esgoto – Uma nova abordagem sistemática para apoiar a construção de modelos conceituais com base no tempo de retenção hidráulica no esgoto)

Resumo

Conceptual sewer models are useful tools to assess the fate of micropollutants (MPs) in integrated wastewater systems. However, the definition of their model structure is highly subjective, and obtaining a realistic simulation of the in-sewer hydraulic retention time (HRT) is a major challenge without detailed hydrodynamic information or with limited measurements from the sewer network. This study presents an objective approach for defining the structure of conceptual sewer models in view of modelling MP fate in large urban catchments. The proposed approach relies on GIS-based information and a Gaussian mixture model to identify the model optimal structure, providing a multi-catchment conceptual model that accounts for HRT variability across urban catchment. This approach was tested in a catchment located in a highly urbanized Italian city and it was compared against a traditional single-catchment conceptual model (using a single average HRT) for the fate assessment of reactive MPs. Results showed that the multi-catchment model allows for a successful simulation of dry weather flow patterns and for an improved simulation of MP fate compared to the classical single-catchment model. Specifically, results suggested that a multi-catchment model should be preferred for (i) degradable MPs with half-life lower than the average HRT of the catchment and (ii) MPs undergoing formation from other compounds (e.g. human metabolites); or (iii) assessing MP loads entering the wastewater treatment plant from point sources, depending on their location in the catchment. Overall, the proposed approach is expected to ease the building of conceptual sewer models, allowing to properly account for HRT distribution and consequently improving MP fate estimation.

TRADUÇÃO LIVRE

Modelos conceituais de esgoto são ferramentas úteis para avaliar o destino de micropoluentes (MPs) em sistemas integrados de águas residuais. No entanto, a definição da estrutura do modelo é altamente subjetiva e obter uma simulação realista do tempo de retenção hidráulica ( HRT ) no esgoto é um grande desafio sem informações hidrodinâmicas detalhadas ou com medições limitadas da rede de esgoto . Este estudo apresenta uma abordagem objetiva para definir a estrutura de modelos conceituais de esgoto com vistas à modelagem do destino de MP em grandes bacias urbanas. A abordagem proposta conta com informações baseadas em GIS e um modelo de mistura Gaussianapara identificar a estrutura ideal do modelo, fornecendo um modelo conceitual de múltiplas bacias hidrográficas que leva em consideração a variabilidade de HRT na bacia urbana. Esta abordagem foi testada em uma bacia hidrográfica localizada em uma cidade italiana altamente urbanizada e foi comparada com um modelo conceitual tradicional de bacia única (usando um único HRT médio ) para a avaliação do destino de MPs reativos. Os resultados mostraram que o modelo de múltiplas bacias permite uma simulação bem-sucedida de padrões de fluxo em tempo seco e uma simulação melhorada do destino do MP em comparação com o modelo clássico de uma única bacia. Especificamente, os resultados sugeriram que um modelo multi-captação deve ser preferido para (i) MPs degradáveis ​​com meia-vida inferior à média HRTda bacia hidrográfica e (ii) MPs em formação a partir de outros compostos (por exemplo, metabólitos humanos); ou (iii) avaliar as cargas MP que entram na estação de tratamento de águas residuais a partir de fontes pontuais, dependendo da sua localização na bacia hidrográfica. No geral, espera-se que a abordagem proposta facilite a construção de modelos conceituais de esgoto, permitindo contabilizar adequadamente a distribuição do HRT e, consequentemente, melhorar a estimativa do destino do MP.

Artigo publicado no site ScienceDirect, no Journal of Environmental Management.