Ikumi, D.S. (2020). Sensitivity analysis on a three-phase plant-wide water and resource recovery facility model for identification of significant parameters. Water SA 46(3), 476–492. (link)

 

Título

Sensitivity analysis on a three-phase plant-wide water and resource recovery facility model for identification of significant parameters

(Análise de sensibilidade em um modelo trifásico de instalação de água e recuperação de recursos em toda a planta para identificação de parâmetros significativos)

 

Resumo

Water and resource recovery facility (WRRF) mathematical models have been advancing towards their widespread application for sizing and operation of treatment plants to minimize energy consumption and cost while maximizing nutrient recovery and effluent quality. Effective utilisation of these models requires that they are well calibrated. However, difficulties (with important parameters not identified and uncertainties in interpretation of model output results) can be experienced in model calibration, especially due to (i) the intricate relationships of model output variables with model input factors (where parameters are inter-related to various model outputs), resulting in non-linearity, and (ii) the limitations (due to expensive and/or time-consuming experimental methods) experienced in procuring and reconciling data required for determination of the model input factors. This paper presents the performance of a sensitivity analysis, reinforced with expert-based reasoning, on a three-phase (aqueous-gas-solid) plant-wide model (PWM_SA, Ikumi et al., 2015), for identification of significant parameters, and highlights the ones requiring experimental determination, specific to the system. The sensitivity analysis exercise was performed using two methods – i.e., Morris screening (screening method) and standardised regression coefficient (SRC; based on regression). This process was useful towards detection of the parameters, which are not normally measured at WRRFs, but may require attention for future application of mathematical models in decision-making processes for WRRFs. These included the influent fractions of unbiodegradable and readily biodegradable organics, the kinetic constants for hydrolysis of biodegradable particulates, the elemental composition of the organics and the specific growth rate of autotrophic nitrifying biomass.

 

TRADUÇÃO LIVRE

Os modelos matemáticos de instalação de recuperação de água e recursos (WRRF) têm avançado em direção à sua ampla aplicação para dimensionamento e operação de estações de tratamento para minimizar o consumo e custo de energia, maximizando a recuperação de nutrientes e a qualidade do efluente. A utilização efetiva desses modelos requer que eles sejam bem calibrados. No entanto, dificuldades (com parâmetros importantes não identificados e incertezas na interpretação dos resultados de saída do modelo) podem ser experimentadas na calibração do modelo, especialmente devido a (i) as intrincadas relações das variáveis ​​de saída do modelo com os fatores de entrada do modelo (onde os parâmetros estão inter-relacionados com várias saídas do modelo), resultando em não linearidade, e (ii) as limitações (devido a métodos experimentais caros e/ou demorados) experimentadas na obtenção e reconciliação dos dados necessários para a determinação dos fatores de entrada do modelo. Este artigo apresenta o desempenho de uma análise de sensibilidade, reforçada com raciocínio baseado em especialistas, em um modelo trifásico (aquoso-gás-sólido) em toda a planta (PWM_SA, Ikumi et al., 2015), para identificação de parâmetros significativos, e destaca os que requerem determinação experimental, específicos para o sistema. O exercício de análise de sensibilidade foi realizado usando dois métodos – ou seja, triagem de Morris (método de triagem) e coeficiente de regressão padronizado (SRC; com base na regressão). Este processo foi útil para a detecção dos parâmetros, que normalmente não são medidos em WRRFs, mas pode exigir atenção para futuras aplicações de modelos matemáticos em processos de tomada de decisão para WRRFs. Estes incluíram as frações influentes de orgânicos não biodegradáveis ​​e facilmente biodegradáveis, as constantes cinéticas para hidrólise de particulados biodegradáveis, a composição elementar dos orgânicos e a taxa de crescimento específica da biomassa nitrificante autotrófica.

 

Artigo publicado no site Afrian Journals Online (AJOL), no Journal Water SA.