بررسي عدم قطعيت مدل موازنه جرمي براي تخمين نرخ فرايندهاي هوازي در محل دفن پسماندهاي شهري

Uncertainty analysis of a mass balance model to estimate the rate of aerobic processes in municipal solid waste landfills

زمينه و هدف: هدف از انجام اين مطالعه تحليل حساسيت و عدم قطعيت يك مدل براي برآورد نرخ فرايندهاي هوازي در محل دفن پسماندهاي شهري است. روش بررسي: از روش مونت كارلو كه يكي از روش‌هاي رايج براي برآورد عدم قطعيت در نتايج مدل‌ها است در اين تحقيق استفاده شد. پس از به‌دست آوردن داده‌هاي مبنا از طريق آزمايش، و با در نظر گرفتن تابع توزيع احتمال يكنواخت داده‌هاي ورودي براي شبيه سازي مونت كارلو از يك بازه %15± از داده‌هاي مبنا به‌طور تصادفي نمونه برداري شد. مدل 1000 مرتبه اجرا شد. در نهايت شاخص كل سوبول (Total Sobol Index) براي هر يك از ورودي‌ها محاسبه شد. عدم قطعيت خروجي‌هاي مدل با استفاده از ميانگين و خطاي استاندارد ميانگين در نتايج مونت كارلو به‌دست آمد. يافته‌ها: نتايج نشان داد كه ميزان انتشار دي اكسيد كربن بيشترين اثر را بر برآورد نرخ فرايند كمپوست در محل دفن دارد. تمام ورودي‌هاي مدل اثر تقريبا مشابهي در تغييرات نرخ فرايند اكسيداسيون متان داشتند. نرخ فرايند هضم بي هوازي بيشتر تحت تاثير تغييرات در ميزان انتشار متان بود. ميانگين‌هاي محاسبه شده براي خروجي‌ها با استفاده از شبيه سازي مونت كارلو بسيار نزديك به عدد برآورد شده توسط داده‌هاي مبنا و در بازه %10± بود. نتيجه‌گيري: نتايج تحليل حساسيت نشان داد كه واريانس در خروجي‌هاي مدل ناشي از عدم قطعيت در اندازه گيري متان و دي اكسيد كربن منتشر شده از محل دفن است. بنابراين با افزايش تعداد نمونه مي‌توان عدم قطعيت نتايج را به‌طور معني‌داري كاهش داد.

Background and Objective: The aim of this study was to assess the sensitivity and uncertainty analysis of a mass balance model to estimate the rate of aerobic processes in a landfill. Materials and Methods: Monte Carlo simulation is a common method to evaluate uncertainty of the results of a model. Here, we used a Monte Carlo (MC) simulation. The data obtained from the experiments were used as a baseline. Considering a uniform Probability Distribution Function (PDF) within ±15% deviation, samples were taken from the baseline data. Using randomly selected inputs, model was executed for 1000 iterations and outputs were evaluated. Then, the total Sobol index for each input parameter was determined. The uncertainty of each output was presented by standard error and means observed in MC simulation. Results: The results of this study revealed that while the uncertainty for the rate of composting process was mainly originated from the measured value of CO2 flux, the evaluated value for the rate of anaerobic digestion process was highly influenced by the value measured for CH4 emission flux. All inputs contributed equally to the uncertainty in the evaluated values for the rate of methane oxidation process. Although a variability of 15% was assumed for the model inputs, the mean value for the outputs from Monto Carlo simulations were close to those obtained by using base values that were in most cases within ±10% limit. Conclusion: The majority of the uncertainty in the outputs came from the variability in the measurement of the flux of CH4 and CO2. The error in these parameters, however, can be minimized by increasing frequency and replicates of gas samples as these parameters are measured directly for each location.