Shall we upgrade one-dimensional secondary settler models used in WWTP simulators? – An assessment of model structure uncertainty and its propagation
Notice bibliographique
Résumé
In WWTP models, the accurate assessment of solids inventory in bioreactors equipped with solid-liquid separators, mostly described using one-dimensional (1-D) secondary settling tank (SST) models, is the most fundamental requirement of any calibration procedure. Scientific knowledge on characterising particulate organics in wastewater and on bacteria growth is well-established, whereas 1-D SST models and their impact on biomass concentration predictions are still poorly understood. A rigorous assessment of two 1-DSST models is thus presented: one based on hyperbolic (the widely used Takács-model) and one based on parabolic (the more recently presented Plósz-model) partial differential equations. The former model, using numerical approximation to yield realistic behaviour, is currently the most widely used by wastewater treatment process modellers. The latter is a convection-dispersion model that is solved in a numerically sound way. First, the explicit dispersion in the convection-dispersion model and the numerical dispersion for both SST models are calculated. Second, simulation results of effluent suspended solids concentration (XTSS,Eff), sludge recirculation stream (XTSS,RAS) and sludge blanket height (SBH) are used to demonstrate the distinct behaviour of the models. A thorough scenario analysis is carried out using SST feed flow rate, solids concentration, and overflow rate as degrees of freedom, spanning a broad loading spectrum. A comparison between the measurements and the simulation results demonstrates a considerably improved 1-D model realism using the convection-dispersion model in terms of SBH, XTSS,RAS and XTSS,Eff. Third, to assess the propagation of uncertainty derived from settler model structure to the biokinetic model, the impact of the SST model as sub-model in a plant-wide model on the general model performance is evaluated. A long-term simulation of a bulking event is conducted that spans temperature evolution throughout a summer/winter sequence. The model prediction in terms of nitrogen removal, solids inventory in the bioreactors and solids retention time as a function of the solids settling behaviour is investigated. It is found that the settler behaviour, simulated by the hyperbolic model, can introduce significant errors into the approximation of the solids retention time and thus solids inventory of the system. We demonstrate that these impacts can potentially cause deterioration of the predictive power of the biokinetic model, evidenced by an evaluation of the system's nitrogen removal efficiency. The convection-dispersion model exhibits superior behaviour, and the use of this type of model thus is highly recommended, especially bearing in mind future challenges, e.g., the explicit representation of uncertainty in WWTP models.
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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 | 0,003 | 0,010 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
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 ».