Adapted structured decision making instrument for selecting wastewater treatment systems

Abstract

Resumo: Devido ao crescimento populacional e tendências de urbanização, áreas periurbanas que circundam as principais cidades estão aumentando de forma desordenada sem infraestrutura adequada de esgotamento sanitário, especialmente em países em desenvolvimento. Embora o referencial bibliográfico indique que existem estações de tratamento de esgoto (ETEs) convencionais e inovadores que poderiam convenientemente mitigar as questões citadas, um dos principais problemas reside no processo de escolha de uma alternativa adequada. Mais especificamente, em como recorrer ao uso adequado de instrumentos de análise a tomada de decisões (ATD) e suas ferramentas. Nesta abordagem, uma lacuna importante relacionada à temática é que as ferramentas disponíveis não consideram a integração de atributos como facilidade de uso e interatividade visual. Portanto, esta pesquisa adapta, aplica e avalia um ATD estruturado, denominado Structured Decision Making (SDM), em um processo de decisão complexo para um cenário específico. Ademais, o estudo também desenvolve, aplica e avalia a ferramenta de pré-seleção de alternativas do WWTS (PS-WWTS), além de auxiliar no desenvolvimento e aplicação de outra ferramenta, o ValueCharts. Ademais, embora praticamente todas as ETEs inseridas no PS-WWTS sejam amplamente conhecidas em ferramentas similares, esta investigação também inclui o Sistema de Tratamento Ecologicamente Projetado (STEP) como uma alternativa descentralizada e sustentável, assumida como adequada para o cenário eleito. Os desempenhos relacionados aos indicadores definidos para o SDM foram obtidos a partir do referêncial bibliográfico. Ademais, no capítulo de Materiais e Métodos é abordada a estrutura do estudo de caso a uma análise comparativa de ETEs em um cenário real, dada a participação de diferentes grupos de participantes. A sequência estabelecida da aplicação do referenciado instrumento (SDM) demonstrou coerência e, portanto, o processo foi considerado eficiente. Em relação as ferramentas específicas, o conjunto de ETEs pré-definidas da ferramenta PSWWTS foi consistente ao referenciar-se a ETEs mais implementadas em cenários semelhantes. Posteriormente, a operação do ValueCharts também foi considerada eficaz. Considerando uma análise absoluta, a alternativa Lodo Ativado (LA) foi a mais preferida. Entretanto, esta ferramenta também demonstrou preferências distintas dos participantes, permitindo outros julgamentos. Por exemplo, as investigações com o grupo da comunidade sugerem que as alternativas mais adequadas do WWTS devem considerar alguns aspectos ocasionalmente negligenciados na ATD relacionada com ETEs. Especificamente, àqueles ligados ao bem-estar das comunidades vizinhas. Ou seja, o potencial de odor e o repasse de impostos. Assim, os resultados também mostraram que o STEP pode ser também uma alternativa adequada e viável para o cenário definido. Finalmente, a aplicação do estudo de caso ainda permitiu identificar melhorias de todo o instrumento (SDM) e suas ferramentas. Resumindo, o que se destacou através do uso da combinação de estudo de caso e elicitação de especialistas foi que essa tese pôde fornecer evidências empíricas de que existem ferramentas adequadas que apoiam complexos sistemas de ATD, como por exemplo em abordagens ambientais. Simultaneamente, podem haver evidências de que ETEs alternativas que abordam aspectos de sustentabilidade e descentralização podem ser adequadas em cenários periurbanos. Palavras chaves: Sistema de tratamento de esgoto. Ferramenta de suporte a tomada de decisão. Tratamento sustentável e decentralizado.

Abstract: Due to the population growth and urbanization trend, peri-urban areas that surround major cities are haphazardly increasing without proper sanitary sewerage (SS) systems in the developing world. Even though the literature review points out that there are conventional and innovative wastewater treatment systems (WWTS) which could conveniently mitigate the cited issues, one of the main problems lies on the process of choosing a suitable alternative, more specifically, in how to adequately resort to decision making analysis (DMA) and tools to support the definition of solutions. In this view, an important obstacle is that tools available have not considered the integration of attributes such as user-friendliness and visual interactivity. Therefore, this research adapts and applies a well-structured DMA, namely Structured Decision making (SDM), into a complex decision in a specific scenario. Additionally, as specific objectives, the study develops, applies and evaluates other tools for pre-selecting WWTS (PS-WWTS) alternatives, and afterwards performs the evaluation process (ValueCharts). Although all the set of well-known treatment systems of the PS-WWTS acknowledges those existing in similar tools, this investigation also includes the Ecologically Engineered Treatment System (EETS) as a decentralized and sustainable alternative, assumed as suitable for the scenario selected. The performances correlated with the defined indicators were obtained from the academic literature. Moreover, Material and Methods presents an applied study into a real scenario in order to perform the comparison analysis, given the participation of different groups of participants. The adapted SDM instrument was efficiently applied as depicted in this study. The established sequence has demonstrated coherence and thus the analysis has flowed adequately. Turning to the specific tools' analysis, firstly, the obtained set of WWTS alternatives from the PS-WWTS tool was consistent given the most applicable ones into similar scenarios. Subsequently, the ValueCharts tool operation was worthwhile to be applied in complex evaluations. Conclusively, the Activated Sludge Process (ASP) was the highest scoring alternative from the application of the tool considering absolute analysis. But rather specific, the Valuecharts tool has uncomplicately demonstrated distinct preferences from the participants, allowing the assessment of other possible judgments. For instance, the inquiries with the community group have suggested that most suitable WWTS alternatives should consider some aspects occasionally neglected in decision making analysis related to WWTS. In particular, those connected to the well-being of the nearby communities, i.e. - odor potential and pass-through taxes. Hence, the average results have also shown that the EETS might also be a suitable and a reliable alternative for the scenario selected. Finally, the applied study has permitted to identify improvements of the whole SDM instrument and tools. Summing up, what has mostly standed out by using a combination of applied study and experts elicitation was that this thesis could provide empirical evidence that there are adequate tools that support complex DMA, for instance in the environmental fields. Simultaneously, there might be evidence that sustainable and decentralized WWTS alternatives can be suitable to the peri-urban scenario. Key-words: Wastewater treatment systems; Decision making support tool; Sustainable and decentralized treatment technologies.