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dc.contributor.authorHo, Long
dc.contributor.authorAlvarado Martinez, Andres Omar
dc.contributor.authorLarriva Vasquez, Josue Bernardo
dc.contributor.authorCássia Rocha, Pompeu
dc.contributor.authorGoethals, Peter
dc.date.accessioned2019-07-29T16:22:02Z-
dc.date.available2019-07-29T16:22:02Z-
dc.date.issued2019
dc.identifier.issn00431354
dc.identifier.urihttp://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/33122-
dc.identifier.urihttps://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=85059009930&origin=inward
dc.descriptionAl imitar los lagos naturales, los sistemas de tratamiento de estanques heredan una alta complejidad con una red interconectada de reacciones bioquímicas y procesos hidráulicos complejos. Como tal, su simulación requiere un modelo grande e integrado, que ha sido un desafío para los ingenieros de estanques. En este estudio, desarrollamos un modelo que abarca todo para obtener una comprensión cuantitativa y completa de los procesos de conversión hidráulica, fisicoquímica y microbiológica en el estanque más común, un estanque facultativo. Además, para abordar un problema evitable de los grandes modelos mecánicos como la sobreparametrización que conduce a una identificación pobre, se implementó una estimación sistemática de parámetros. La aplicación del análisis de sensibilidad revela los parámetros más influyentes en el rendimiento del estanque. En particular, los parámetros físicos, como la difusividad vertical de remolinos, la temperatura del agua, y la tasa de crecimiento máxima de los heterótrofos induce la mayoría de los cambios en las materias orgánicas, mientras que la asimilación microbiana y la volatilización del amoníaco parecen ser los procesos principales para la eliminación de nutrientes. En contraste, la eficiencia de la precipitación de fosfato y la eliminación biológica de nutrientes a través de los organismos que acumulan polifosfato y las bacterias desnitrificantes es limitada. Los problemas de identificación se abordan principalmente mediante la caracterización de la dependencia de la luz del crecimiento de algas, la interacción entre la temperatura del agua y su coeficiente, y el crecimiento de bacterias autótrofas, mientras que, en función de las medidas determinantes, los subconjuntos de parámetros más importantes que afectan los resultados del modelo están relacionados con los procesos físicos y actividad algal. Después del establecimiento del subconjunto de parámetros influyentes e identificables, una calibración automática con los datos recopilados del sistema de estanques de Ucubamba (Ecuador) demuestra el efecto de las condiciones climáticas de gran altitud en los comportamientos de los estanques. Se observa una condición aeróbica predominante como resultado de la alta intensidad de la luz que causa actividades algales aceleradas, lo que lleva a la limitación de la hidrólisis, los procesos anaeróbicos y el crecimiento de heterótrofos anóxicos para la desnitrificación. Además, el resultado del análisis de incertidumbre indica que una gran incertidumbre evitable como resultado de la gran complejidad del modelo aplicado puede reducirse en gran medida a través de un enfoque sistemático para la estimación de parámetros. © 2018 Elsevier Ltd Se observa una condición aeróbica predominante como resultado de la alta intensidad de la luz que causa actividades algales aceleradas, lo que lleva a la limitación de la hidrólisis, los procesos anaeróbicos y el crecimiento de heterótrofos anóxicos para la desnitrificación. Además, el resultado del análisis de incertidumbre indica que una gran incertidumbre evitable como resultado de la gran complejidad del modelo aplicado puede reducirse en gran medida a través de un enfoque sistemático para la estimación de parámetros. © 2018 Elsevier Ltd Se observa una condición aeróbica predominante como resultado de la alta intensidad de la luz que causa actividades algales aceleradas, lo que lleva a la limitación de la hidrólisis, los procesos anaeróbicos y el crecimiento de heterótrofos anóxicos para la desnitrificación. Además, el resultado del análisis de incertidumbre indica que una gran incertidumbre evitable como resultado de la gran complejidad del modelo aplicado puede reducirse en gran medida a través de un enfoque sistemático para la estimación de parámetros.
dc.description.abstractAbstract Imitating natural lakes, pond treatment systems inherit a high complexity with interconnected web of biochemical reactions and complex hydraulic processes. As such, its simulation requires a large and integrated model, which has been a challenge for pond engineers. In this study, we develop an all-encompassing model to gain a quantitative and comprehensive understanding of the hydraulic, physicochemical and microbiological conversion processes in the most common pond, a facultative pond. Moreover, to deal with an evitable issue of large mechanistic models as overparameterization leading to poor identifiability, a systematic parameter estimation was implemented. The application of sensitivity analysis reveals the most influential parameters on pond performance. Particularly, physical parameters, such as vertical eddy diffusivity, water temperature, and maximum growth rate of heterotrophs induce the most changes of organic matters while microbial assimilation and ammonia volatilization appear to be main processes for nutrient removal. In contrast, the efficiency of phosphate precipitation and nutrient biological removal via polyphosphate accumulating organisms and denitrifying bacteria is limited. Identifiability problems are addressed mainly by the characterization of light dependence of algal growth, interaction between water temperature and its coefficient, and the growth of autotrophic bacteria while based on the determinant measures, the most important parameter subsets affecting model outputs are related to physical processes and algal activity. After the establishment of the influential and identifiable parameter subset, an automatic calibration with the data collected from Ucubamba pond system (Ecuador) demonstrates the effect of high-altitude climatic conditions on pond behaviors. An aerobic prevailing condition is observed as a result of high light intensity causing accelerated algal activities, hence, leading to the limitation of hydrolysis, anaerobic processes, and the growth of anoxic heterotrophs for denitrification. Furthermore, the output of uncertainty analysis indicates that a large avoidable uncertainty as a result of vast complexity of the applied model can be reduced greatly via a systematic approach for parameter estimation.
dc.language.isoes_ES
dc.sourceWater Research
dc.subjectIdentifiability Analysis
dc.subjectIntegrated Mechanistic Model
dc.subjectParameter Estimation
dc.subjectSensitivity Analysis
dc.subjectUncertainty Analysis
dc.subjectWaste Stabilization Pond
dc.titleAn integrated mechanistic modeling of a facultative pond: parameter estimation and uncertainty analysis
dc.typeARTÍCULO
dc.ucuenca.idautor0000-0002-2999-1691
dc.ucuenca.idautor0102246477
dc.ucuenca.idautor0103247268
dc.ucuenca.idautor0000-0002-7518-4145
dc.ucuenca.idautor0000-0003-1168-6776
dc.identifier.doi10.1016/j.watres.2018.12.018
dc.ucuenca.embargoend2050-07-29
dc.ucuenca.versionVersión publicada
dc.ucuenca.embargointerno2050-07-29
dc.ucuenca.areaconocimientounescoamplio07 - Ingeniería, Industria y Construcción
dc.ucuenca.afiliacionHo, L., Universiteit Gent, Ghent, Belgica
dc.ucuenca.afiliacionAlvarado, A., Universidad de Cuenca, Departamento de Recursos Hídricos y Ciencias Ambientales, Cuenca, Ecuador
dc.ucuenca.afiliacionLarriva, J., ETAPA, Cuenca , Ecuador
dc.ucuenca.afiliacionCássia, P., Universiteit Gent, Ghent, Belgica
dc.ucuenca.afiliacionGoethals, P., Universiteit Gent, Ghent, Belgica
dc.ucuenca.correspondenciaHo, Long, Long.TuanHo@Ugent.be
dc.ucuenca.volumenvolumen 151
dc.ucuenca.indicebibliograficoSCOPUS
dc.ucuenca.factorimpacto2.721
dc.ucuenca.cuartilQ1
dc.ucuenca.numerocitaciones0
dc.ucuenca.areaconocimientofrascatiamplio2. Ingeniería y Tecnología
dc.ucuenca.areaconocimientofrascatiespecifico2.4 Ingeniería Química
dc.ucuenca.areaconocimientofrascatidetallado2.4.2 Ingeniería de Procesos Químicos
dc.ucuenca.areaconocimientounescoespecifico071 - Ingeniería y Profesiones Afines
dc.ucuenca.areaconocimientounescodetallado0712 - Tecnología de Protección del Medio Ambiente
dc.ucuenca.urifuentehttp://www.sciencedirect.com/science/journal/00431354
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