I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   40 ,   No .   2 ,  N o v em b e r   2 0 2 5 ,   p p .   6 2 9 ~ 6 3 9   I SS N:  2 5 0 2 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijeecs.v 40 .i 2 . pp 629 - 6 3 9           629     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   Bo o sting   ca rbo n remo v a l ef ficiency  in was tewat er tre a tment  sy stems us ing  a f uzzy  mo del pr edi ctive contro l s tate g y       Sa ïda   Dho uib i 1 ,2 ,   Ra j a   J a rr a y 1, 3 ,   So ufie ne  B o ua llèg ue 1, 3   1 R e s e a r c h   L a b o r a t o r y   i n   A u t o mat i c   C o n t r o l   ( LA R A ) ,   H i g h e r   I n st i t u t e   o f   I n d u s t r i a l   S y st e ms  o f   G a b è s   ( I S S I G ) ,   U n i v e r s i t y   o f   G a b è s ,   G a b è s ,   T u n i s i a   2 N a t i o n a l   E n g i n e e r i n g   S c h o o l   o f   Tu n i s (EN I T) ,   U n i v e r si t y   o f   Tu n i s E l   M a n a r ,   L e   B e l v é d è r e ,   Tu n i s i a   3 H i g h e r   I n st i t u t e   o f   I n d u st r i a l   S y s t e m s o f   G a b è s   ( I S S I G ) ,  U n i v e r si t y   o f   G a b è s,   G a b è s ,   T u n i si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   16 ,  2 0 2 4   R ev is ed   Au g   1 ,  2 0 2 5   Acc ep ted   Oct   15 ,  2 0 2 5       Th e   e fficie n t  re m o v a l  o f  c a rb o n   p o ll u ti o n   h a s  a lwa y s  p re se n ted   a   g ro wi n g   c h a ll e n g e   fa c in g   wa ste wa ter  trea tme n t  p lan ts   (W WT P s)  o p e r a ti n g   with   a c ti v a ted   slu d g e   p r o c e ss   (ASP )  tec h n o l o g y .   En h a n c in g   p o l lu ti o n   re m o v a l   e fficie n c y   to   m e e t  sta n d a rd   wa st e wa ter  q u a li ty   li m it s  re m a in s  a   p ro b lem a ti c   in   wa ter  p o l lu ti o n   m a n a g e m e n t.   Re c e n t  p ro g re ss   in   m o d e li n g   a n d   a u to m a ti c   c o n tro l  tec h n iq u e s  c a n   si g n if ica n tl y   im p ro v e   t h e   h y d ric   p o ll u ti o n   re m o v a l.   In   t h is   p a p e r,   a n   e ffe c ti v e   c a rb o n   e li m i n a ti o n   stra teg y   c o m b i n in g   Ta k a g i - S u g e n o   ( TS )  f u z z y   m o d e li n g   a n d   m o d e l  p re d ictiv e   c o n tr o l  (M P C)  is   p ro p o se d   t o   a c h iev e   h ig h   p u rifi c a ti o n   p e rfo rm a n c e   in   term s  o f   c h e m ica l   o x y g e n   d e m a n d   (COD ),   b io c h e m ica l  o x y g e n   d e m a n d   (BOD 5 )   a n d   t o tal  su sp e n d e d   so li d s (T S S )  in d ica to rs .   A fu z z y   TS   m o d e l  is es ta b li sh e d   b a se d   o n   th e   c o n c e p ts  o f   q u a si - li n e a r  p a ra m e ter - v a ry in g   (L P V)  f o rm s  a n d   c o n v e x   p o l y to p ic  tran sf o rm a ti o n s   o f   th e   s y ste m   n o n li n e a rit ies .   Th e   c o n c e n t ra ti o n s o f   h e tero tro p h ic   b i o m a ss ,   b io d e g ra d a b le  su b stra te  a n d   d isso l v e d   o x y g e n   a s  we ll   a s  th e   e fflu e n t   v o l u m e   a re   c o n tr o ll e d   a n d   m a in tain e d   a ro u n d   t h e ir  d e sire d   re fe re n c e s  with   th e   a im  o f  in c re a sin g   p o ll u ti o n   re m o v a l.   Co m p a riso n s  with   th e   p re v i o u sl y   m o st  u se d   sta te - of - th e - a rt  p a ra ll e l  d istri b u te d   c o m p e n sa ti o n   (P DC)  a re   p e rfo rm e d .   Hig h   a n d   c o m p e ti ti v e   p o ll u ti o n   re m o v a l  p e rc e n tag e s   o f  9 1 %   fo r   COD   a n d   BOD 5   i n d ica to rs,   a n d   9 2 %   fo r  TS S   m e tri c ,   a re   a c h iev e d   wit h   t h e   p r o p o se d   M P C - b a se d   d e sig n ,   th u s  c o m p ly i n g   with   th e   n o rm a ti v e   li m it s   d e fin e d   i n   WW T P s.   K ey w o r d s :   Activ ated   s lu d g e  p r o ce s s   C ar b o n   elim in atio n   Mo d el  p r ed ictiv e   co n tr o l   T ak ag i - Su g e n o   f u zz y   m o d elin g   W astewa ter   tr ea tm en t sy s tem s   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   So u f ien e  B o u allèg u e   R esear ch   L ab o r ato r y   in   Au to m atic  C o n tr o l ( L AR A) ,   Hig h e r   I n s titu te  o f   I n d u s tr ial  Sy s tem s   o f   Gab ès   Un iv er s ity   o f   Gab ès   6 0 1 1   Ga b ès,  T u n is ia   E m ail:  s o u f ien e. b o u alleg u e@ is s ig . r n u . tn       1.   I NT RO D UCT I O N   Hy d r ic   p o llu tio n   is   in cr ea s in g ly   ca u s in g   s er io u s   p r o b lem s   f o r   h u m a n   h ea lth ,   th e  ec o s y te m   an d   th e   en v ir o n m en t.  T h r ea ts   r alate d   to   wastewate r s   co n tain in g   h ar m f u l  co m p o n e n ts ,   s u ch   as  ca r b o n   a n d   n itro g en   am o n g   o t h er s ,   o cc u r   p a r ticu l ar ly   in   u r b a n   tr ib u tar ies  o f   i n d u s tr ial  ar ea s   an d   r iv er s   [ 1 ] − [ 4 ] .   I n   wastewate r   tr ea tm en t  p lan ts   ( W W T Ps ) ,   t h e  b io lo g ical  s an itatio n   m eth o d   ac tin g   with   ac tiv ated   s lu d g e  p r o ce s s es  ( ASPs )   r em ain s   th e  m o s t  co m m o n ly   ad o p ted   s o lu tio n   to   a d d ess   th ese  en v ir o n m e n tal  p o llu tio n   p r o b lem s   [ 5 ] − [ 8 ] .   B ac t er ial  b io m ass   s u s p en s io n s   ar e  in   ch ar g e  o f   elim in atin g   h ar m f u l  an d   c o n tam in atin g   o r g an is m s .   A   ty p ical   ar ch itectu r e  is   u s ed   with   an o x ic  an d   ae r at ed   b ass in s   f o r   c h e m ical  r ea ctio n s   an d   s lu d g e  g r o wth ,   d ec a n ter s   f o r   ef f lu en t   p u r i f icatio n   a n d   p ip es   f o r   r ec y clin g   m icr o r g an is m s   [ 9 ] ‒ [ 1 1 ] .  T h e  m ai n   o b jectiv es  in   W W T Ps   aim   to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  40 ,   No .   2 ,   No v em b er   20 25 :   6 2 9 - 6 3 9   630   m ain tain   an   ef f lu e n t  q u ality   co m p lies   with   lo ca l  r eg u l atio n s   ag ain s t  co n s tan tly   ch an g es  in   in f lu en t   co m p o s itio n   an d   f lo w.   Per f o r m an ce   in   ter m s   o f   c h em ical  o x y g en   d em a n d   ( C OD) ,  b io c h em ical  o x y g e n   d em an d   ( B OD5 ) ,   t o tal  s u s p en d ed   s o lid s   ( T SS ) ,   a n d   to tal   n it r o g en   ( T N)   i n d icato r s   ar e   co m m o n ly   tar g eted   i n   a   ty p ical  wastewate r   p o llu tio n   r em o v al   co n tex t [ 1 0 ] ,   [ 11 ].   T h e  n o n li n ea r ity   o f   in ter co n n ec ted   s u b - p r o ce s s es,  d ep en d e n ce   o n   o p er atin g   co n d itio n s   an d   m u ltip le   co u p lin g   b etwe en   p o llu tio n   v ar iab les  co n s id er ab ly   in cr e as e  th e  co m p lex ity   o f   W W T Ps .   As  an   im m e d iate   co n s eq u en ce ,   th e  ac cu r ate  m o d elin g   an d   r o b u s t  co n tr o l  o f   p o llu tio n   r em o v al  d y n am ics  r e m ain s   an   am b itio u s   task   th at  r eq u ir es   ad v an ce   an d   ef f ec tiv e   th eo r ies  to   co m p r eh en s iv ely   g u a r an tee  th e   d esire d   s an itatio n   p er f o r m an ce .   A  r e v iew  o f   th e   r elate d   liter atu r e   s h o ws  th e   m u ltit u d e  o f   p r o p o s ed   co n tr o l   s tr ateg ies  an d ,   m o r e  s p ec if ically ,   th e  s tr o n g   d ep e n d en ce   o f   p o llu tio n   r em o v al  ef f icien cies  o n   th e  u s ed   m o d els  d escr ib in g   W W T P s   v ar iab les.  T h e  m o r e  d escr ip t iv e  th e  d y n am ic  m o d el,   th e  m o r e  co m p etitiv e  th e  p e r f o r m an ce   o f   p o llu tio n   r em o v al.   On   th e  o th e r   h an d ,   t h e  m o s t   o f   r elate d   s tu d ies   co n s id er   r ed u ce d   m o d els  with   o n ly   th e  d y n am ics  o f   d is s o lv ed   o x y g en   wh ile  n eg l ec tin g   o th e r   in f lu e n tial  v ar ia b les,  in   th is   ca s e  th e  wastewate r   vol u m e   an d   th e   co n ce n tr atio n s   o f   b io m ass   a n d   s u b s tr ate .  I n d ee d ,   co n s id er in g   th e   ch an g es  in   in f lu e n t   v o lu m e  an d   th e  s en s itiv ity   o f   b io ch em ical  r ea ctio n s   am o n g   o th er s ,   t h e  u s e  o f   a  m u ltiv ar ia b le   m o d el   o f   W W T Ps   b ec o m es  a  n ec ess ity   to   ef f ec tiv ely   o v er co m e  th e  ch allen g es  o f   elim in atin g   h ar m f u l  s u s b s tan ce s .   Up   to   n o w ,   th er e  ar e  n o   n o tab le   co n tr ib u tio n s   in   th e  r e lated   liter atu r e  th at   co n s id er   a   s im u ltan eo u s   m an ip u latio n   o f   th e  en tire   v ar iab les   o f   W W T Ps   to   f u r th er   b o o s t  th e  o u tp u t  p er f o r m an ce   in d ic ato r s .  E f f o r ts   in   m o d elin g   an d   co n tr o l  m u s t  b e   ca r r ied   o u t c o n tin u o u s ly   to   f u r th er   im p r o v e  th e  W W T Ps   ef f icien cies.   T h e  r elev a n t  liter atu r e  o n   th e   to p ic  o f   p o llu an ts   r em o v al  i n   W W T Ps   i s   co n s tan tly   ev o l v in g .   T h e   r elate d   co n t r o l  tech n iq u es   v ar y   m ain ly   f r o m   ea c h   o th er   d e p en d in g   o n   th e   ef f l u en t  tr ea t m en t  o b jectiv es  an d   th e  ty p e  o f   t o x ic  s u b s tan ce s   to   b e  r em o v ed .   I n   [ 12 ]‒ [ 1 5 ] ,   a  s u r v ey   o n   v ar io u s   m o d eli n g   a n d   co n tr o l  s tr ateg ies  o f   W W T Ps   is   ad d r ess ed .   A  g en er al  f r am ewo r k   f o r   m o d elin g   m eth o d s   an d   b e n ch m ar k in g   o f   c o n tr o l   tech n iq u es  is   p r o p o s ed   in   ter m s   o f   m o d els  s elec tio n ,   co n tr o l  p ar am eter s ,   c o n tr o l   s ch em e ,   etc.   I n   [ 16 ] ,   p a r allel  d is tr ib u ted   c o m p en s atio n   s ch em e s   ( PDC   an d   OPDC )   ar e   p er f o r m ed   f o r   a n   APS  u s in g   th e  f o r m alis m   o f   m u ltimo d elin g   an d   co n v ex   o p tim izatio n   u n d er   l in ea r   m atr ix   i n eq u alities   co n s tr ain ts .   I n   [ 1 7 ] ,   a  s tr ateg y   f o r   co n tr o llin g   th e  d is s o lv ed   o x y g en   c o n ce n tr atio n   in   W W T Ps   is   in v esti g ated .   A  s ch em e  with   an   R L S  id en tific atio n   an d   ev en t - tr ig g e r ed   s lid in g   m o d e  c o n tr o l   is   p r o p o s ed   to   d ea l  with   th e  h y d r a u lic  r eten tio n   d elay   p r o b lem   th at  h in d er s   th e  ac cu r ate  co n tr o l  o f   s u ch   a  co n ce n t r atio n .   I n   [ 18 ] ,   a  mo d el - f r ee   d ee p   r ein f o r ce m en t  lear n in g - b ased   co n tr o l  s tr ateg y   is   p er f o r m ed   to   d ea l  with   th e  m o d el in g   c o m p lex it y   an d   t h e  tr ad e - o f f   b etwe en   o p er atin g   co s ts   an   en v ir o n m en tal  co n d itio n s   in   W W T Ps .   I n   [ 19 ] ,   a  p r e - co m p e n s atio n   q u an titativ e - b ased   co n tr o l  a p p r o ac h   is   in v esti g ated   to   d ea l  with   th e   r eg u latio n   o f   B OD5   an d   NH4 +   c o n ce n tr atio n s .   I n   [ 20 ] ,   v ar io u s   class ical  an d   ad v an ce d   co n tr o l   s tr ateg ies  ad d r ess in g   th e  d is s o lv ed   o x y g en   d y n a m ics,  as  o n e  o f   th e   m o s t  im p o r ta n t  wate r   q u alit y   f ac to r s ,   ar e   r ev iewe d   an d   d is cu s s s ed .   I n   [ 21 ] ,   th e   a u th o r s   p r o p o s ed   a  m u ltio b jectiv e  tech n iq u e   to   en s u r e  p e r f o r m an ce   in   te r m s   o f   e n er g y   c o n s u m p tio n   a n d   ef f l u en t  q u ality .    I n   [ 22 ] ,   [ 2 3 ] ,  t h e  au th o r s   s tu d ied   th e  co n tr ib u tio n   o f   t h e  m ain   s o f t  co m p u tin g   to o ls   f o r   th e   co n tr o l   an d   p r ed ictio n   o f   W W T Ps .   I n   [ 24 ] ,   th e  v a r iab les  o f   d is s o lv ed   o x y g e n   an d   s u b s tr ate  ar e   r e g u lated   with   f u zz y   m o d elin g   an d   H∞   o b s er v er   b ased   ap p r o ac h   to   m ee t  p er f o r m an ce   in   ter m s   o f   tr ac k in g   a cc u r ac y .   I n   [ 25 ] ,   a  p er f o r m an ce   in d e x   m ea s u r in g   th e  r atio   b etwe en   th e  am o u n t   o f   r em o v ed   n itr o g en ate d   co m p o u n d s   an d   en er g y   co n s u m p tio n   is   r etain ed   to   d e s ig n   an   ev e n t - b ased   ca s ca d e d   PI  co n tr o ller   f o r   d is s o lv ed   o x y g en   v ar iab les .   I n   ad d itio n   to   th e   af o r e m en tio n e d   r elate d   wo r k s ,   s tr ateg ies u s i n g   th e  m o d el  p r e d ictiv e  co n tr o l  ( MPC )   f r am ewo r k   ar e  r ec en tly   in v esti g ated   an d   tr ied   f o r   d i f f er en t  tr ea tm e n t  ar c h itectu r e s   [ 26 ] ‒ [ 28 ].   Fin d in g s   ar e  in ter esti n g   b u t   r em ain   h ig h ly   d e p en d e n t o n   t h e  d if f er en tial e q u atio n s   u s ed   t o   d escr ib e  th e  wastewate r   tr ea tm en t p r o ce ss.   I n   th is   p ap e r ,   a  s y s tem atic  p r o ce d u r e  f o r   m o d elin g   an d   ef f ec tiv e  co n tr o l  o f   all  in ter v en in g   d y n am ics  in   th e   ca r b o n   r em o v al  p r o ce s s   o f   W W T Ps ,  n o tab ly   e f f lu en t  v o l u m e   ( E V) ,   h eter o tr o p h ic  b io m ass   ( HB ) ,  b io d eg r a d ab le  s u b s tr ate  ( B S)  an d   d is s o lv ed   o x y g e n   ( DO )  c o n ce n tr atio n s ,   is   p r o p o s ed   a n d   s u cc ess f u ly   ap p lied   in   a  n u m er ical   s im u latio n   f r a m ewo r k .  Su ch   a   wastewate r   p o llu tio n   r em o v al   p r o ce d u r e  co m b in es  th e   th eo r ies   o f   T ak ag i - Su g en o   f u zz y   m o d elin g   an d   MPC   d esig n   to   m ee t  s tan d ar d   r eg u lato r y   p er f o r m an ce   in   ter m s   o f   th e   p o llu tio n   in d icato r s ,   i.e .   C OD,   B OD5   an d   T SS .   T ec h n i q u es  o f   L PV  r ep r esen tatio n   a n d   co n v ex   p o ly t o p ic  tr an s f o r m atio n   ar e  in c o r p o r a ted   an d   t h e  v ar ia b les  o f   p o llu tio n   r em o v al  p r o ce s s   ar e  co n tr o lled   ar o u n d   co r r esp o n d in g   s et - p o in t  in p u t s .   C o m p ar is o n s   with   th e  wid ely   u s ed   PDC   d esig n   m eth o d ,   r elate d   to   t h e  T S  f u zz y   m o d elin g   f o r m alis m ,   ar e  ca r r ied   o u t  an d   in ter p r ete d .   C r itical  d is cu s s io n s   ar e  p r o v i d ed   to   h i g h lig h t  t h e   s u p er io r ity   o f   th e  p r o p o s ed   ap p r o ac h   a n d   em p h asize  th e  im p licatio n   o f   r esear ch   f in d in g s .   T h e  m ain   co n tr i b u tio n s   o f   t h is   wo r k   ar e   s u m m er ize d   as  f o llo ws   :  ( 1 )   A  co m p r eh e n s iv e  f r am ewo r k   f o r   m o d elin g   an d   e f f ec tiv e  co n tr o l  o f   W W T Ps   i s   p r o p o s ed   f o r   ca r b o n   p o ll u tan ts   r em o v al .   ( 2 )   An   eq u i v alen t   T S  f u zz y   m o d el,   en s u r in g   th e   tr an s f o r m atio n   o f   n o n lin ea r   d y n a m ics  in to   a  m o r e  ea s ily   h an d led   lin ea r - tim e - v ar ian t  ( L T I )   f o r m ,   is   estab lis h ed   a n d   v alid ated .   Su ch   a  m o d elin g   p r o ce d u r e   ca n   b e   ad o p ted   as  a   s y s tem atic   m eth o d o l o g y   wh ile  co n s id er in g   o th er   ty p es  o f   p o llu tio n   W W T Ps   v ar iab les.  ( 3 )   An   ef f ec tiv e  MPC   s tr ateg y   is   d esig n ed   b ased   o n   s u c h   a  d ev elo p ed   T S  f u zz y   r ep r esen tatio n   to   d ea l  with   th e  co m p lex ity   o f   th e  in itial  m o d el   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       B o o s tin g   ca r b o n   r emo va l e ffic ien cy   in   w a s tew a ter  tr ea tmen t  s ystem s   …  ( S a ïd a   Dh o u ib i )   631   g o v er n ed   b y   n o n lin ea r   an d   c o u p led   d if f e r en tial  eq u atio n s .   ( 4 )   A  s ig n if ica n t  im p r o v e m e n t  in   o v er all   ca r b o n   r em o v al  e f f icien cy   is   g u ar an te ed   in   ter m s   o f   C OD,   B OD5   a n d   T SS   in d icato r s   co m p ar ed   t o   p r e v io u s   w o r k s   in   th e  liter atu r e,   esp ec ially   with   t h e  PDC - b ased   tech n iq u e.     T h e  r est  o f   th e  wo r k   is   ar r a n g ed   in   th e  f o llo win g   m a n n er .   I n   Sectio n   2 ,  th e  p r o p o s ed   ca r b o n   r em o v al  m eth o d   f o r   W W T Ps   is   p r esen t ed .   A  d et ailed   an d   s y s tem atic  s tep - by - s tep   d escr ip tio n   o f   th e   d esig n   p r o ce d u r e,   in clu d in g   all  in f o r m atio n   an d   m ater ials   r eq u ir ed   to   r ep r o d u ce   th e  s tu d y   in   o th e r   ap p licatio n s ,   is   h ig h lig h ted .   Star tin g   f r o m   n o n lin ea r   d if f er en tial  eq u atio n s   o f   W W T Ps ,   an   eq u iv alen t  T S  f u zz y   m o d e l  is   f ir s t  es tab lis h ed   b ased   o n   an   L PV   s tate - s p ac e  r ep r esen tatio n   an d   a  co n v ex   p o ly to p ic  tr an s f o r m atio n   o f   p r em is e  v ar iab les.  T he n ,   a  f u zz y   MPC   tech n iq u e  is   elab o r ated   o n   th e  b asis   o f   s u ch   an   estab lis h ed   m o d el .   I n   S ec tio n   3 ,   n u m er ical  s im u latio n s   ar e  ca r r ied   o u t   an d   cr itical  d is cu s s io n s   ar e  p r o v id ed   to   h ig h lig h t  th e  ef f ec tiv en ess   an d   s u p er io r ity   o f   th e   s u g g ested   T S  f u zz y   MP C - b ased   ca r b o n   r e m o v al   m eth o d   in   c o m p ar is o n   with   th e  c o m p etin g   PDC - b ased   one .   Sectio n   4   en d s   th e  r esea r ch   p ap er   b y   r esu m in g   th e  m ain   f in d in g s   o f   th e   wo r k   an d   h ig h lig h ts   p o ten tial   f u tu r e  d ir ec tio n s   an d   o r ien tati o n s .       2.   M E T H O D   2 . 1 .     T S f uzzy   m o delin g   o f   t h e  ca rbo n r em o v a l pro ce s s   Fig u r e   1   d ep ictes  a  ty p ical  lay o u t   o f   a   W W T P   eq u ip p ed   with   ae r o b ic  an d   an ae r o b ic  b io r e ac to r   tan k s ,  a  clar if ier ,   an d   a   p ip in g   ci r cu it   f o r   th e   r ec y clin g   p r o ce s s   [ 1 0 ] ‒ [ 1 2 ] .  Af ter   a   p r etr ea tm en t  p h ase,   th e  in f lu en t   is   m ix ed   with   th e  o x y g en   i n s id e  th e  b io r ea cto r   t o   f av o r iate  th e  ag g lo m er atio n   an d   g r o wth   o f   m icr o o r g an is m s .  T h e  m ix tu r e  is   ev ac u ated   to   t h e  d ec an ter   wh er e  a  s ep ar atio n   o f   ef f lu e n t  an d   s lu d g e   is   ac h iev ed   b y   g r av ity .   A   p o r tio n   o f   th e   s ettled   ac tiv ated   s lu d g e   is   r etu r n ed   b ac k   to   th e  ae r atio n   tan k   to   m ain tain   a   b alan ce d   p o p u latio n   o f   m icr o o r g a n is m s .             Fig u r e  1 .   L a y o u t  o f   a   W W T P   with   ac tiv ated   s lu d g e  tr ea tm en t p r o ce d u r e       Fo cu s in g   o n l y   o n   elim in atin g   ca r b o n   p o llu tio n ,  th e  f o llo win g   n o n lin ea r   s u b - m o d el  e x tr a cted   f r o m   th e  well - k n o wn   b en ch m ar k   A SM1   ( ac tiv ated   s lu d g e  m o d el  n o .   1 )   is   co n s id er ed   [ 1 2 ]:     ̇ =  + −  = ( − )   ( 1 )     ̇  =   ,  −  ( 1 + ) ( + )  + +  +  −    ( 2 )     ̇ =  ,  −  − +  +  + ( 1 − )    ( 3 )     ̇ = −  − 1 − +  +  + ( ,  − )   ( 4 )     wh er e    an d     ar e  a  co n tr o l   g ai n   an d   a  r ef er e n ce   f o r   th e  v o lu m e  d y n am ics ,  r esp ec tiv ely ,     an d     ar e  th e  r ec y clin g   a n d   e x tr ac tio n   co ef f icien ts ,  =  ,  =  ,    is   th e  h i g h est  b io m ass   g r o win g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  40 ,   No .   2 ,   No v em b er   20 25 :   6 2 9 - 6 3 9   632   p er ce n tag e,      d en o tes  th e  o x y g en   s atu r atio n   r ate,     is   th e  b io m ass   m o r tality   r ate, d en o tes  th e  b io m ass   f r ac tio n ,     is   th e  o x y g en   r e g u lat io n   g ain ,   ,    is   th e  o x y g en   s atu r at io n   co n ce n tr atio n .   C o n s id er in g   th e  n o n lin ea r   m o d el  in   ( 1 ) - ( 4 ) ,   a  co r r esp o n d in g   q u asi - L PV  s tate - s p ac e  r ep r esen tatio n   o f   th e  ca r b o n   r em o v al  p r o ce s s   ca n   b e  o b tain ed   as f o llo ws   [ 2 9 ] :     ̇ ( ) = ( ( , ) ) ( ) + ( ( , ) ) ( ) ; ( ) = ( ( , ) ) ( )   ( 5 )     wh er e  ( , )   is   a   p ar a m eter s   v ec to r   p r esen tin g   th e  p r em is e  v ar i ab les,  = ( ,  , , ) ∈ ℝ 4   an d   = (  ,  , ,  , ,  ) ∈ ℝ 4   ar e  th e  s y s tem   s tate   an d   in p u t   v ec to r s ,   ( ( , ) ) ∈ ℝ 4 × 4   an d   ( ( , ) ) ∈ ℝ 4 × 4   ar e  n o n - co n s tan t  L PV  s tate - s p ac e  m atr ices   ex p r ess ed   as  f o l lo ws:     ( ( , ) ) = [           − 0 0 0 0 +  + − ( 1 + ) ( + )  − 0 0 0 − +  + + ( 1 − ) −  0 0 − 1 +  + 0 − −  ]             ( 6 )     ( ( , ) ) = [         0 0 0  0 0 0 0  0 0 0 0 ,  0 ]           ( 7 )     Fro m   th e  s tate - s p ac e  m atr ices  ( 6 ) - ( 7 ) ,   a  s et  o f   th r ee   n o n - c o n s tan t te r m s ,   th u s   p r esen tin g   th e   T S f u zz y   p r em is e  v ar iab les o f   t h e  n o n lin ea r   m o d el  ( 1 ) - ( 4 ) ,   is   s u m m ar ized   as:     = { ( ) + ( ) ( )  + ( ) ,  ( ) ( ) , ( ) } = { 1 ( ) , 2 ( ) , 3 ( ) }   ( 8 )     I n   th is   p r o ce s s   m o d elin g ,   T S   f u zz y   r u les  d ef in e   lo ca l  a n d   l in ea r   in p u t - o u tp u t   r elatio n s   o f   th e   p lan t  ( 1 ) - ( 4 ) .   A  c o m p lete  s tate - s p ac e   r ep r esen tatio n   o f   s u ch   a   n o n lin ea r   p lan t  is   o b tain e d   as f o llo ws:     ̇ ( ) = ∑ ℎ ( ( ) ) { ( ) + ( ) } = 1 ; ( ) = ∑ ℎ ( ( ) ) ( ) = 1   ( 9 )     wh er e  ( ) = ( 1 ( ) , 2 ( ) , 3 ( ) )   is   th e  p r em is e  v ar iab le s ,   ℎ ( . )   ar e   th e   T S  f u zz y   ac tiv atio n   f u n ctio n s ,  ∈ ℝ 4 × 4   an d   ∈ ℝ 4 × 4   ar e  th e  s tate - s p ac e  m atr ices  with   co n s tan t   ter m s ,   = 2 = 8   is   th e  n u m b e r   o f   l o ca l  s u b - m o d els ,   with   = 3   th e  ca r d in ality   o f   th e  p r e m is e  v ar iab les s et,   an d   = 4 × 4 ∈ ℝ 4 × 4 .     T h e   co n v ex   tr a n s f o r m atio n   o f   th e  p r em is e  v ar iab les  ( 8 )   lea d s   to   th e  f o llo win g   f o r m u la  f or   th e  T S  f u zz y   ac tiv atio n   f u n ctio n s   u s e d   in   s tate - s p ac e  f o r m e   o f   ( 9 ) :           ℎ ( ( ) ) = ∏ , ( ( , ) ) = 1   ( 1 0 )     wh er e  r ep r esen ts   th e  in d ex   at   th e  j th   p o s itio n   in   th e    - tu p le     o f   s u b - m o d els  in d ex i n g ,   ℎ ( . ) ≥ 0   an d   ∑ ℎ ( . ) = 1 = 1 ,   an d   , ( . )   ar e   th e  p ar titi o n   f u n ctio n s   ex p r ess ed   with   th e  u p p er   a n d   lo wer   lim its   o f   p r em is e  v ar iab les  ̄ =  , { ( , ) }   an d   ̱ = , { ( , ) } ,   r esp ec tiv ely ,   a s   f o llo ws [ 2 9 ] :     1 ( ( ) ) = ( ) − ̱ ̄ − ̱ ,   2 ( ( ) ) = ̄ − ( ) ̄ − ̱ , ∀ = 1 , 2 , 3   (1 1 )     B y   m ak in g   all  p o s s ib le  co m b in at io n s   o f   u p p e r   an d   lo wer   b o u n d s   o n   th e   p r e m is e  v ar iab l es  ( 8 ) ,   t h e   co n s tan t  s tate - s p ac e  m atr ices  o f   th e  T S  f u zz y   r ep r esen tatio n   ( 9 )  ca n   b e  o b tai n ed   f r o m   ( 6 )   an d   ( 7 )   ex p r ess io n s   as f o llo ws:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       B o o s tin g   ca r b o n   r emo va l e ffic ien cy   in   w a s tew a ter  tr ea tmen t  s ystem s   …  ( S a ïd a   Dh o u ib i )   633   1 = ( ̄ 1 , ̄ 2 , ̄ 3 ) ; 2 = ( ̄ 1 , ̄ 2 , ̱ 3 ) ; 3 = ( ̄ 1 , ̱ 2 , ̄ 3 ) ; 4 = ( ̄ 1 , ̱ 2 , ̱ 3 )       5 = ( ̱ 1 , ̄ 2 , ̄ 3 ) ; 6 = ( ̱ 1 , ̄ 2 , ̱ 3 ) ; 7 = ( ̱ 1 , ̱ 2 , ̄ 3 ) ; 8 = ( ̱ 1 , ̱ 2 , ̱ 3 )   (1 2 )     1 = 2 = 5 = 6 = ( ̄ 2 ) ; 3 = 4 = 7 = 8 = ( ̱ 2 )   ( 13 )     2 . 2 .     M P C  des ig n f o r  ca rbo n  re m o v a l   Usi n g   a  d is cr ete - tim e  r ep r esen tatio n   o f   th e  estab lis h ed   T S   f u zz y   m o d el  ( 9 ) ,   an   MPC   alg o r ith m   is   d esig n ed .   I n   th is   f r am ew o r k ,   a  s eq u en ce   o f   p r ed ictiv e  co n tr o l  laws  is   co m p u ted   a n d   u p d ated   at  t h e  k th   s am p lin g   tim e s   =   to   m in im ize  t h e  MPC   q u ad r atic  cr i ter io n   d e f in ed   as f o llo ws [ 3 0 ] :     ( ) = ∑ = 1 ( + | )  ( + | ) + ∑ [ ( + | )  ( + | ) ] − 1 = 0   ( 14 )     wh er e  ∈ ℕ   an d   ∈ ℕ   ( ≥ )   ar e  th e  MPC   h o r izo n s   f o r   p r ed ictio n   an d   c o n tr o l,  r esp ec tiv ely ,   = > 0   an d   = > 0   ar e  th e  weig h tin g   m atr ic es ,   i.e .   = 4 × 4   with   ∈ ℝ + ,   an d   ( + | )   is   th e  er r o r   b etwe en   th e  r ef e r en ce   an d   p r e d icted   s y s tem   o u tp u ts .   T h e  d esig n ed   l o ca l  c o n tr o ller s   ar e   ag g r e g ated   with   th e   s am e   m o d eli n g   ac tiv atio n   f u n ctio n s   ( 1 0 )   an d   ap p lied   to   th e   in iti al  n o n lin ea r   s y s tem   ( 1 ) - ( 4 ) .   A   s tep - by - s tep   p r o ce d u r e  f o r   th e  p r o p o s ed   ca r b o n   r em o v al   in   W W T Ps   is   f in ally   s u m m ar ized   in   Alg o r ith m   1 .     Alg o r ith m   1 : Pr o p o s ed   T S f u z zy   MPC - b ased   ca r b o n   r em o v a l in   W W T P s .   Step 1:   Modeling of nonlinear ASP dynamics     -   Differential equations governing process behavior (1) - (4).     -   Specification of standard quality limits for COD, BOD5 and TSS performance.   Step 2:   Equivalent  T S  fuzzy representation     -   Rewriting   the nonlinear model (1) - (4) into a quasi - LPV form (5) - (7).     -   Characterization of all TS fuzzy premise variables (8) and their  corresponding bounds.     -   Convex partition of TS fuzzy premise variables according to (11).     -   Calculation of activation  functions (10) and constant state - space matrices in  (12) and (13).     -   Formation of the equivalent TS fuzzy representation (9).   Step 3:   Validation of TS fuzzy modeling stage      -   Dynamics simulation and VAF (%) quantification of modeling deviations.     -   Repeat Step 2 with new bounds of TS premise variables until VAF (%)  performance is met.   Step 4:   MPC design for carbon removal enhancement       -   Computation of local MPC laws for TS fuzzy model from criterion (14).     -   Aggregation of all local MPC laws with  the same activation functions (10).     -   Application of the global MPC laws for nonlinear model (1) - (4).     -   Repeat MPC design (N p ,N c , λ) until the desired COD, BOD5 and TSS performance  are met.       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   3 . 1 .     P a ra m et er s   s et t ing   a nd   T S f uzzy   m o delin g   v a lid a t io n   Mo d el   p ar am eter s   o f   th e  s tu d i ed   s y s tem   ar e  b o r r o wed   f r o m   th e  r elate d   liter atu r e   [ 1 2 ] ,   [ 1 6 ] .  Stan d ar d   r eg u lato r y   lim its   f o r   th e   ca r b o n   r em o v al  ar e  c o n s id er ed   as  9 0   [ m g /l ]   f o r   C OD  m etr ic  an d   3 0   [ m g /l]  f o r   b o th   B OD5   an d   T SS   in d icato r s .   I n p u t  p r o f iles   ar e  co n s id er ed   as  p s eu d o - r a n d o m   b in ar y   s eq u e n ce s   ( PR B S)   o v er   a   s im u latio n   h o r izo n   o f   300  h o u r s .   T h e  s im u latio n   r esu lts   f o r   co m p ar i n g   th e  tr a n s ien t   r esp o n s es  o f   n o n lin ea r   ( 1 ) - (4 )   an d   T S  f u zz y   ( 9 )   m o d els   ar e  s h o wn   in   Fig u r es  2 - 3 .   T h e  tim e - d o m ai n   ev o l u tio n s   o f   m o d eled   e f f lu en t   v o lu m e   ( E V) ,   h eter o t r o p h ic  b io m ass   ( HB ) ,   b io d e g r ad ab le  s u b s tr ate  ( B S)  an d   d is s o l v ed   o x y g en   ( DO)   d y n am ics  ar e  g iv en   in   Fig u r e  2 ( a) ,   Fig u r e  2 ( b ) ,   Fig u r e  2 ( c )   a n d   Fig u r e  2 ( d ) ,   r esp ec tiv ely .   T h e  u s ed   ac tiv atio n   f u n ctio n s   ar e  g iv en   in   Fig u r e  3 ( a)   an d   th e  T S  f u zz y   m o d elin g   p er f o r m an ce   ar e  ev al u ated   b ased   o n   th e   “Va r ian ce   Acc o u n ted   Fo r ”  VAF  ( %)  m etr ics  as  s h o wn   in   Fig u r e  3 ( b ) .   Su ch   an   ev alu ati o n   s h o ws  ac h iev in g   h ig h   m ea s u r es  o f   VAF  ( %)  in d ices,  s y n o n y m o u s   with   c o m p etetiv e  m o d elin g   ac cu r ac y .   I n d ee d ,   a   VAF  v alu e   o f   1 0 0 %  is   g u ar a n teed   f o r   E V,   v ar y in g   f r o m   9 5 %  to   9 9 %   f o r   B S,  clo s e  to   9 9 %  f o r   HB ,   an d   r an g in g   f r o m   8 7 %  to   9 7 %  f o r   DO.   Fin d i n g s   d em o n s tr ate  th e  a b ilit y   o f   th e  p r o p o s ed   T S  f u zz y   m o d elin g   t o o l  ( 9 )   to   ac cu r ately   r ep r o d u ce   th e  n o n li n ea r   d y n am ics ( 1 ) - ( 4 )   o f   W W T Ps .   T h e  r esu lts   clea r ly   s h o w  th e  co r r esp o n d en ce   an d   clo s n ess   b etwe en   t h e  o u tp u ts   o f   t h e  two   r ep o r te d   m o d els.  On   th e  o t h er   h an d ,   f in d i n g s   also   co n tr ib u te  to   unde r s tan d i n g   an d   ex am i n in g   th e  ev o lu tio n   p o licy   o f   all  ca r b o n   r e m o v al  v ar iab les.        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  40 ,   No .   2 ,   No v em b er   20 25 :   6 2 9 - 6 3 9   634       ( a)   ( b )           ( c)   ( d )     Fig u r e  2 .   C o m p a r is o n s   o f   n o n l in ea r   an d   T S f u zz y   m o d elin g   r esu lts : ( a)   E V  d y n am ics,  ( b )   H B   co n ce n tr atio n   d y n am ics,  ( c)   B S  co n ce n tr atio n   d y n a m ics,  ( d )   DO  c o n ce n tr a tio n   d y n am ics           ( a)   ( b )     Fig u r e  3 .   Per f o r m an c e  ev alu at io n   o f   d y n a m ic  T S f u zz y   m o d elin g : ( a)   T S f u zz y   ac tiv atio n   f u n ctio n s   d is tr ib u tio n ,   ( b )   VAF  ( %)  m et r ics q u an tific atio n   f o r   W W T P’s v ar iab les   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       B o o s tin g   ca r b o n   r emo va l e ffic ien cy   in   w a s tew a ter  tr ea tmen t  s ystem s   …  ( S a ïd a   Dh o u ib i )   635   3 . 2 .     T S f uzzy   M P C  des ig n  v a lid a t io n   T h e  W W T P  v ar iab les  EV ,  HB ,   B S   an d   DO  ar e  m a n ip u lat ed   to   b o o s t  th e   ef f icien c y   o f   th e  ca r b o n   p o llu tan t  r em o v al  p r o ce s s   b y   co n tr o llin g   th e  C OD,   B OD5   an d   T SS   in d icato r s .   I n   th is   w o r k ,   th e  co m m o n l y   u s ed   PDC   f o r m   o f   s tatic  f e e d b ac k   T S  f u zz y   co n tr o l  is   co n s id er ed   [ 2 9 ] .   T h e  c o r r esp o n d in g   PDC   f ee d b ac k   g ain s   ar e  o b tain ed   b y   n u m er i ca lly   s o lv in g   a  s tab ilizatio n   p r o b lem   u n d er   L MI s   co n v ex   c o n s tr ain ts   [ 1 6 ] .   T h e   MPC   p ar am eter s   as   s h o wn   in   ( 1 4 )   ar e  s elec ted   th r o u g h   tr ial - an d - er r o r   b ased   p r o ce d u r es a s   f o llo ws:   p r ed ictiv e   h o r izo n   N p   eq u al  to   1 0 ,   co n tr o l  h o r izo n   N c   eq u al  to   2 ,   a n d   weig h tin g   co ef f icien ts   λ   eq u a l  to   0 . 0 8 .   T h o s e  o f   PDC   d es ig n ,   i.e .   L MI s   g ain   m atr ices,  ar e  o b tain ed   u s in g   th e   L MI   C o n tr o l  T o o lb o x   o f   MA T L AB .   B o th   MP C   an d   PDC   ar e  d esig n ed   b ased   o n   th e  d e v elo p e d   T S  f u zz y   m o d el   ( 9 )   an d   th en   test ed   a n d   v al id ated   o n   th e   in itial  n o n lin ea r   m o d el  ( 1 ) - ( 4 ) .  Fo r   m o r e  s ca lab ilit y   an d   r eliab il ity   o f   th e   p r o p o s ed   MPC   ap p r o ac h ,   o th er   in p u t  p r o f iles   ar e  c o n s id er ed   as  r ef e r en ce   tr ajec to r ies  o v er   a   s im u latio n   h o r iz o n   300   h o u r s .   T h e   s im u latio n   r esu lts   o f   th e  co n tr o lled   W W T P’s d y n am ics wh ich   g o v e r n in g   th e  c ar b o n   r em o v al  p r o ce s s   ar e  d e p icted   an d   co m p ar ed   to   th o s e  o f   PDC - b ased   d esig n   in   Fig u r es 4 - 5 .   Fin d in g s   s h o w  h ig h   p e r f o r m a n ce   o f   th e  d esig n e d   MPC   in   t er m s   o f   r esp o n s es  f astn ess ,   s tead y - s tate   ac cu r ac y   an d   o v er s h o o ts   d a m p in g   in   c o m p a r is o n   with   th e  r ep o r ted   PDC - b ased   r esu lts .   S m all  s tead y - s tate   er r o r s   an d   lo w  r is e/settl in g   tim es   ar e  g u ar an tee d   at  th e  MPC   clo s ed - lo o p   r esp o n s es  co m p a r ed   to   th o s e  o f   PDC   d esig n   wh er e  th e  s y s tem   r esp o n s es  ex h ib it  jer k y   ev o lu tio n   an d   p r esen t  lo w  ac cu r ac y   with   s ig n if ican t  tr ac k in g   er r o r s   p ar ticu la r ly   f o r   B S  an d   DO  d y n am ics ,   s ee   Fig u r e  4 ( a)   an d   Fig u r e  4 ( b ) .  Un d esira b le  jer k y   b e h av io r s   o f   th e  PDC   d esig n   ar e  also   o b s er v ed   in   E V  an d   HB   v ar iab les as sh o wn   in   Fig u r e  4 ( c )   an d   Fig u r e  4 ( d )   in   co n tr ast  to   s m o o th er   r esp o n s es  in   th e   c ase  o f   MPC - b ased   p o llu tan ts   r em o v al.   B esid es ,   MPC   p er f o r m an ce s   r em ain   less   s en s itiv e  to   v ar iatio n s   in   s y s t em   in p u ts   an d   in let  v o lu m e  tr an s itio n s .   A  co n s tr u ctiv e  co m p ar is o n   b etwe en   tr an s ien t  p er f o r m a n ce   o f   t h e  r ep o r ted   MPC   an d   PDC   tech n iq u es  o p e r atin g   o n   t h e  in itial  n o n lin ea r     m o d el  ( 1 ) - ( 4 )   o f   W W T P  i s   th u s   ad d r ee s ed .   R eg ar d i n g   th e  s u itab ilit y   o f   g en e r ated   co n tr o l o u tp u ts ,   Fig u r e  5 ( a)   an d   Fig u r e  5 ( b )   s h o wn   th e  s ig n als  am p litu d e  v ar iatio n s   f o r   MPC   an d   PD C ,   r esp ec tiv el y .   B ased   o n   th ese   cu r v es,  o n e  ca n   o b s er v e  th e   h ig h   am p litu d es  o f   PDC   s i g n als  co m p ar ed   t o   th o s e  o f   MPC .   T h ese  n o n   m o d er ated   a n d   o v er ly   e n er g et ic  s ig n als  r em ain   u n d esira b le  f o r   p r ac tical  im p lem en tatio n s .   T h r o u g h   all  th ese   d em o n s tr ativ e  r esu lts ,   MPC   i m p r o v e m en ts   in   ter m s   o f   d y n a m ics s tab iliza tio n ,   d esire d   r ef er en ce s   tr ac k in g   an d   co n tr o l sig n als   m o d er atio n   a r e   s ig n if ican tly   s atis f ied   an d   o u tp er f o r m   th o s e  o f   th e  PDC   tech n iq u e.           ( a )   ( b )           ( c)   ( d )     Fig u r e  4 .   C o m p a r is o n s   o f   T S f u zz y   MPC   an d   PDC   o p er atin g   o n   n o n lin ea r   m o d el  ( 1 ) - ( 4 ) : ( a )   E V  d y n a m ics,  ( b )   HB   co n ce n tr atio n   d y n am ic s ,   ( c)   B S c o n ce n tr atio n   d y n a m ics,  ( d )   DO  co n ce n tr atio n   d y n am ics   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  40 ,   No .   2 ,   No v em b er   20 25 :   6 2 9 - 6 3 9   636       ( a)   ( b )     Fig u r e  5 .   C o m p a r io n s   o f   co n tr o l sig n al  am p litu d es: ( a)   T S  f u zz y   MPC - b ased   d esig n ,   ( b )   P DC - b ased   d esig n       3 . 3 .     Ca rbo n   re m o v a l e f f icie ncy   ev a lua t io n   T o   ass ess   th e  ca r b o n   r em o v al  ef f icien cy   b ased   o n   th e  p r o p o s ed   MPC - b ased   s o lu tio n ,  th e  m etr ics  o f   C OD,   B OD5   an d   T SS   ar e  co n s id er ed   f o r   in f lu en t  an d   ef f lu e n t   wate r s .   Stan d ar d   r eg u lato r y   lim its   o f   9 0   [ m g /l]  f o r   C OD,   3 0   [ m g /l]  f o r   b o t h   B OD5   an d   T SS   ar e  d ef in ed   f o r   ef f lu e n t  q u alities .   R a n d o m   p r o f iles   ar e   co n s id er ed   to   s im u late  th e  ti m e  v ar iatio n s   o f   th ese  in p u t  i n d icato r s   as  s h o wn   in   Fig u r e   6 .   T h e  MPC - b ased   tem p o r al  ev o l u tio n s   o f   th e  o u tp u t  in d icato r s   C OD effluent ,   B O D5 effluent   an d   T SS effluent   ar e  s h o wn   in   Fig u r e  6 ( a ) ,   Fig u r e  6 ( b )   an d   Fig u r e   6 ( c ) ,   r esp ec tiv ely .   T h e  en tire   o f   th ese  s im u latio n   r esu lts   d em o n s tr ates  th e  h ig h   ca p ab ilit ies  o f   th e   p r o p o s ed   T S  f u zz y   MPC - b ased   ca r b o n   r em o v al  b o o s tin g   in   W W T Ps .  T h e  MPC - b ased   in p u t - o u tp u t  ev o lu tio n s   d e p icted   f o r   th e   r ep o r ted   C OD,   B O D5   an d   T SS   p er f o r m an ce s   h i g h lig h t  s ig n if ican t   im p r o v em e n ts   in   ef f lu en t  q u al ities .   I n d ee d ,   d ec r ea s in g   r em o v al  r ates  f o r m   3 0 0   [ m g /l]  to   2 7   [ m g /l]  f o r   C OD,   f r o m   7 2   [ m g /l]  to   6   [ m g /l]  f o r   B OD5 ,   an d   f r o m   2 2 3   [ m g /l]  t o   1 7   [ m g /l]  f o r   T SS   in d icato r s   ar e  g u ar a n tee d .   I n   Fig u r e  6 ( d ) ,   b a r g r a p h   p lo ts   s h o w  th e   av er a g e  p o llu tio n   r em o v al  ef f icien cies  ac h iev ed   with   th e  p r o p o s ed   T S   f u zz y   MPC   d esig n .   I m p r o v em en ts   in   ca r b o n   p o llu ta n t  r em o v al  in cr ea s e  th e  C OD,   B OD5   an d   T SS   r ed u ctio n   m ea s u r es  with   th e  r ates  o f   9 1 %,  9 1 %,  an d   9 2 % ,   r esp ec tiv ely .   A  r em ar k a b le  s u p er io r ity   o f   th e  MPC - b ased   p o llu tan ts   r em o v al  is   h ig h lig h ted   f u r th er   ju s tify in g   th e   p o te n tials   in   s o lv in g   p r o b lem s   o f   h ar m f u l   s u b s tan ce s   elim in atio n   in   W W T Ps .   T h e  s tan d ar d   r eg u lato r y   lev els  o f   ef f l u en t  q u ality   ar e  wid el y   m et  in   th is   s tu d y ,   en s u r in g   th e   ef f ec tiv en ess   o f   t h e  p r o p o s ed   m et h o d   t o   im p r o v e  wastewate r   tr ea tm en t c ap ac ities .    I n   d is cu s s io n   o f   th is   r esear ch   wo r k s ,   o n e  ca n   s u m m a r ize  th at  th e  p r o p o s ed   T S  f u zz y   m o d elin g   is   v alid   in   ter m s   o f   r ep r o d u cin g   th e  n o n lin ea r   d y n am ic s   o f   t h e   ca r b o n   r em o v al  p r o ce s s .   T r an s ien t  r esp o n s es  o f   th e  W W T P  v ar iab les  ar e  clo s e  an d   s im ilar   s in ce   u s in g   th e  in itial  n o n lin ea r   m o d el  ( 1 ) - ( 4 )   an d   T S  f u zz y   o n e  ( 9 ) .   I n d ee d ,   u s in g   a n   L T I   s tat e - s p ac e  f o r m   in s tead   o f   n o n li n ea r   o n e  f u r th e r   r e d u ce s   th e   m o d eli n g   co m p lex ity   an d   co n tr ib u tes  in   t h e  s u b s eq u en t  co n tr o l  d esig n   s tag e.   T h e  VAF  ( %)  m etr ics  p r o v id e   a  k e y   p iece   o f   ev i d en c e   s u p p o r tin g   th e  d y n a m ic  m o d e lin g   p r o ce d u r e  th u s   p r o p o s ed .   T h e  u s e  o f   s u ch   a  v alid ated   T S  f u zz y   m o d el  t o   d esig n   MPC - b ased   wastewate r   tr e atm en t   h as  clea r l y   im p r o v ed   th e   ca r b o n   p o llu tio n   r em o v al  ef f icien cies  in   ter m s   o f   C OD,   B OD5   an d   T SS   p er f o r m an ce   m etr ics.  T h e  MPC - co n tr o lled   s y s tem   ex h ib its   s tead y - s tate   ac cu r ac y ,   f astn ess   an d   tr ac k in g   ca p ab ilit ies  f o r   all  in ter v en in g   d y n a m ics.  T h e  ac h iev ed   p e r f o r m a n ce s   s u p p o r t   th e  ev id en ce   th e  ca r b o n   r em o v al  b o o s tin g   i n   W W T Ps   b y   m ain tain in g   th e  c o n tr o lled   p r o c ess   v ar iab les  ar o u n d   p r ed ef in e d   s et - p o in t  v alu es.  MPC - b ased   ef f icien cies  o f   9 1 %  an d   9 2 %  ar e  ac h iev ed   f o r   C OD,   B OD5   an d   T SS   r ed u ctio n   a n d   r eg u lato r y   li m it s   o f   W W T P s   ar e  wid ely   r esp e cted .   C o m p ar is o n s   an d   co n tr asts ,   c ar r ied   o u t  m ain ly   with   th e   p r ev io u s ly   p u b lis h ed   PDC   tech n iq u e  [ 1 6 ] ,   h ig h lig h t  t h e  s u p er i o r   p er f o r m an ce   o f   th e  s u g g ested   MPC   ap p r o ac h   f ir s tly   in   ter m s   o f   ac h iev ed   C OD,   B OD5   an d   T SS   m ea s u r es,  an d   s ec o n d ly   in   ter m s   o f   co m p lex ity   r ed u cin g   in   th e  d esig n   p r o ce d u r e .   I n d ee d ,   o n ly   th r ee   d esig n   p ar am eter s   h av e  t o   b e   tu n ed   in   MPC   alg o r ith m s   in s tead   o f   eig h t  m atr ices  g ain s   in   PDC   ca s e.   T h e   d esig n   an d   p r o to t y p in g   tim e s   will  b e  s ig n if ican tly   r e d u c ed .   T h e  m ai n   s tr en g t h s   o f   t h e  s tu d y   lie  in   th e   elab o r atio n   o f   a   s y s tem atic  an d   e f f ec tiv e   d esig n   p r o ce d u r e  to   d ea l   with   c o m p lex itie s   an d   co s ts   in   t h e  m an ag em en t  o f   p o llu tio n   r em o v al  p r o b lem s .   Su ch   a  s tu d y   o f f er s   a  co m p r eh e n s iv e  f r am ewo r k   f o r   h ar m f u l   s u b s tan ce s   r em o v al   in   W W T Ps ,   co m p ar ed   to   p r e v io u s   wo r k s   o f   th e   r elate d   liter atu r e.   Ho wev er ,   m in o r   lim itatio n s   ca n   b e  m en tio n ed   in   th e  MPC   d esig n   wh ich   s t ill   r eq u ir es  r ep etitiv e  tr ial - an d - e r r o r   p r o ce d u r es  f o r   ch o o s in g   its   m ain   p ar a m eter s .   Un ex p ec te d   r esu lts   r eg a r d in g   th e  h ig h   c o n tr o l  s ig n al  am p litu d e  f o r   DO  ar e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       B o o s tin g   ca r b o n   r emo va l e ffic ien cy   in   w a s tew a ter  tr ea tmen t  s ystem s   …  ( S a ïd a   Dh o u ib i )   637   o b s er v ed .   Fu tu r e  c o n s id er atio n   o f   MPC   in p u t  co n s tr ain ts   in   th e  f o r m u latio n   o f   r em o v al  c ar b o n   p r o b lem   ca n   co r r ec t  s u ch   a  s h o r tco m in g .   T h e  p u r p o s es  o f   th is   s tu d y   ca n   b e  s u m m a r ized   ar o u n d   t h e  p r o p o s al  o f   a n   ef f ec tiv e  m eth o d o lo g y   f o r   h ar m u f u l  s u b s tan ce s   elim in atio n   in   W W T Ps .   Su ch   an   a d v an ce d   p o llu tio n   m an ag em en t   p o licy   p r o m o tes   th e  ca r b o n   r em o v al  with   i n c r ea s ed   p u r if icatio n   e f f icien cie s   an d   r e d u cin g   th e  co m p lex ity   ass o ciate d   with   te d io u s   an d   tim e - co n s u m in g   m o d elin g   an d   co n t r o l  p r o ce d u r es.  T h e  im p o r tan ce   o f   th e  s tu d y   lies   in   th e  d esig n   an d   p r o t o ty p in g   o f   co m p etiv e  p o llu tio n   r em o v al  tech n iq u e  i n   W W T Ps   p r o m o tin g   b etter   p er f o r m an ce   i n   ter m s   o f   m o s t  co m m o n ly   u s ed   C OD,   B OD5   an d   T SS   in d icato r s .   Po ten tial  f u tu r e  r esear ch   co u ld   f o c u s   o n   co n s id er in g   o th er   h ar m f u l  s u b s tan ce s   to   b e  r em o v ed   in   W W T P s   s u ch   as  n itro g en .   T h e  u s e  o f   ar tific ial  in tellig e n ce   to o ls   f o r   au to m atica lly   tu n in g   th e  MPC   p ar am eter s   will  b e  in v esti g ated .   C o n s id er in g   co n s tr ain ts   o n   W W T Ps ’   s tates a n d   in p u ts   p r esen ts   an o th e r   p o ten tial d ir ec tio n   o f   th is   r esear ch .           ( a)   ( b )           ( c)   ( d )     Fig u r e  6 .   C ar b o n   r em o v al  p er f o r m an ce   o f   th e  p r o p o s ed   T S f u zz y   MPC - b ased   ap p r o ac h : ( a )   I n p u t - o u t p u t  v ar iatio n   o f   C OD  in d icato r ,   ( b )   I n p u t - o u t p u t v a r iatio n   o f   B OD5   in d icato r ,   ( c)   I n p u t - o u tp u t  v ar iatio n   o f   T SS   in d icato r ,   ( d )   Av e r ag e  p o llu tio n   r em o v al  ef f icien cies.       4.   CO NCLU SI O N   I n   th is   wo r k ,   an   ef f ec tiv e  an d   co m p etitiv e  m eth o d o lo g y   f o r   h ar m f u l  ca r b o n   p o llu tio n   r em o v al  in   W W T Ps   is   p r o p o s ed   an d   s u c ce s s f u ly   ap p lied   b ased   o n   a n   ad v an ce d   tech n iq u e  co m b in in g   th e  ad v an tag es  o f   T S  f u zz y   m o d elin g   an d   MPC   d esig n .   Mo s t  co m m o n ly   u s ed   p o llu tio n   m etr ics  n am ely   C OD,   B OD5   an d   T S S   ar e  co n s id er ed   t o   ass ess   th e   ef f ec tiv en ess   o f   th e  p r o p o s ed   ap p r o ac h .  T h e  o u tp u t  wa s tewa ter   q u ality   is   en h an ce d   t o   r ea ch   p u r if y in g   r ates  o f   9 1 %  f o r   t h e  C OD  an d   B OD5   p er f o r m an ce   an d   9 2 %  f o r   t h e  T SS   in d icato r ,   t h u s   wid ely   r esp ec tin g   th e   n o r m ativ e  lim its   d ef i n e d   in   W W T Ps .   Ma in   r esear ch   f in d in g s   in   ter m s   o f   ac cu r ately   m o d elin g   o f   p o llu ti o n   v ar iab les  an d   cl o s ed - lo o p   p er f o r m an ce   o f   s tead y - s tate  p r ec is io n ,   r esp o n s es  f astn ess   an d   co n tr o l  s ig n als  m o d er atio n   ar e  h i g h lig h ted ,   co m p ar ed   an d   d is cu s s ed   to   s h o w  th e  ad v an tag es  in   th e  p r o p o s ed   m an ag e m en t  p o licy   o f   s u c h   h a r m f u l   s u b s tn a ce s   r em o v al.   A  co m p r en h en s iv e  f r am ewo r k   f o r  wate r   tr ea tm en t  a g ain s t  m ico p o llu tan ts   is   elab o r ated   in   w h ich   th e   o v e r all  r esu lts   ar e   s atis f ac to r y   an d   v e r y   p r o m is in g   f o r   th e  r em o v al  o f   o th er   ty p es  o f   n o civ e   co m p o n en ts ,   esp ec ially   th o s e  ca u s ed   b y   n itr o g en   an d   p h o s p h o r o u s .   T h e   p o ten tial  a p p licatio n s   o f   s u ch   a   p r o p o s e d   wate r   p o llu tio n   m eth o d o lo g y   ar e  s ca lab le   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  40 ,   No .   2 ,   No v em b er   20 25 :   6 2 9 - 6 3 9   638   f u tu r e   ex ten s io n s   f o r   o th er   p o llu tio n   m an a g em en t   in   waste wate r   p lan ts   ar e   m ad e   p o s s ib l e  b y   f o llo win g   th e  p r o p o s ed   s tep - by - s tep   co n tr o l  p r o ce d u r e.   T h e   co m p lex ity   o f   W W T P s ,   i.e .   v ar iab les  co u p lin g   an d   n o n - lin ea r ity ,   ar e  m an a g ed   b y   tr an s f o r m in g   d y n a m ic  m o d els  in to   an   eq u iv alen t  T S  f u zz y   f o r m   th at  r em ain s   b en ef icial  f o r   th e  ef f icien t  c o n tr o l  o f   all  p o llu tio n   v ar ia b les  o f   E V,   co n ce n tr atio n s   o f   HB ,  B S  an d   DO .  Ad v an ce d   c o n ce p ts   o f   L PV  r e p r esen tatio n ,  co n v ex   p o ly t o p i c  tr an s f o r m atio n   o f   n o n lin ea r   v ar iab les  an d   MPC   d esig n   ar e  co m b i n ed   to   ac h ie v e  h ig h   d e p o llu tio n   e f f icien ci es  in   ter m s   o f   C OD,   B OD5   a n d   T SS   in d icato r s .  Fu tu r e  r esear ch   o r ien tatio n s   will  f o cu s   o n   ex ten d in g   th e  p r o p o s ed   s tu d y ,   n am ely   T S  f u zz y   m o d e lin g   an d   MPC   d esig n ,   to   co n s id er   in   a d d itio n   to   ca r b o n   o th e r   h ar m f u l  s u b s tan ce s   in v o lv ed   in   W W T Ps   m an ag em en t.  Ad d itio n al  co n s tr ain ts   o n   in le t  f lo w  v ar iatio n s   an d   wea th er   co n d itio n s   will  b e  in v esti g at ed .   An o ter   r ea s er ch   d ir ec tio n   is   th e  u s e  o f   ar tific ial  in tellig en ce   tech n iq u es  an d   a d v an d e d   o p tim izatio n   th e o r ies  to   ea s ly   s u p er v is e   th e  s elec tio n   an d   tu n in g   o f   all  MPC   p ar am eter s .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h e  au th o r s   s tate  n o   f u n d in g   is   in v o lv ed .       CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   T h e  au th o r s   s tate  n o   co n f lict o f   in ter est.       DATA AV AI L AB I L I T Y   Data   av ailab ilit y   is   n o t  ap p li ca b le  to   th is   p ap er   as  n o   n e w  d ata  wer e  cr ea ted   o r   an aly ze d   in   th is   s tu d y .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   S .   K a t o   a n d   Y .   K a n s h a ,   “ C o m p r e h e n si v e   r e v i e w   o f   i n d u s t r i a l   w a s t e w a t e r   t r e a t me n t   t e c h n i q u e s , ”   E n v i r o n m e n t a l   S c i e n c e   a n d   Po l l u t i o n   R e se a rc h ,   v o l .   3 1 ,   n o .   3 9 ,   p p .   5 1 0 6 4 – 5 1 0 9 7 ,   A u g .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s1 1 3 5 6 - 024 - 3 4 5 8 4 - 0.   [ 2 ]   J.  F e r n a n d e s ,   P .   J.   R a mí s i o ,   a n d   H .   P u g a ,   “ A   c o mp r e h e n s i v e   r e v i e w   o n   v a r i o u s  p h a ses  o f   w a st e w a t e r   t e c h n o l o g i e s :   t r e n d s  a n d   f u t u r e   p e r s p e c t i v e s,”   E n g ,   v o l .   5 ,   n o .   4 ,   p p .   2 6 3 3 – 2 6 6 1 ,   O c t .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e n g 5 0 4 0 1 3 8 .   [ 3 ]   M .   M u n i z   d e   Q u e i r o z ,   M .   S .   D a n t a s ,   a n d   S .   M .   A .   C .   O l i v e i r a ,   “ A n   o v e r v i e w   o f   w a st e w a t e r   t r e a t me n t   t e c h n o l o g i e s  i n   M i n a s   G e r a i s,   B r a z i l :   p r e d o mi n a n c e   o f   a n a e r o b i c   r e a c t o r s,”   J o u r n a l   o f   Wa t e r,   S a n i t a t i o n   a n d   H y g i e n e   f o r  D e v e l o p m e n t ,   v o l .   1 4 ,   n o .   3 ,   p p .   2 0 9 – 2 1 9 ,   M a r .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 2 1 6 6 / w a sh d e v . 2 0 2 4 . 1 8 4 .   [ 4 ]   B .   B e l e t e ,   B .   D e s y e ,   A .   A m b e l u ,   a n d   C .   Y e n e w ,   “ M i c r o p o l l u t a n t   r e m o v a l   e f f i c i e n c y   o f   a d v a n c e d   w a s t e w a t e r   t r e a t m e n t   p l a n t s:   a   sy st e ma t i c   r e v i e w , ”   E n v i r o n m e n t a l   H e a l t h   I n si g h t s ,   v o l .   1 7 ,   Ja n .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 7 7 / 1 1 7 8 6 3 0 2 2 3 1 1 9 5 1 5 8 .   [ 5 ]   R .   Y .   K r i sh n a n ,   S .   M a n i k a n d a n ,   R .   S u b b a i y a ,   N .   K a r me g a m,   W .   K i m ,   a n d   M .   G o v a r t h a n a n ,   “ R e c e n t   a p p r o a c h e s  a n d   a d v a n c e d   w a st e w a t e r   t r e a t me n t   t e c h n o l o g i e s  f o r   mi t i g a t i n g   e mer g i n g   mi c r o p l a st i c s  c o n t a mi n a t i o n   –   A   c r i t i c a l   r e v i e w , ”   S c i e n c e   o f   t h e   T o t a l   En v i r o n m e n t ,   v o l .   8 5 8 ,   p .   1 5 9 6 8 1 ,   F e b .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . sc i t o t e n v . 2 0 2 2 . 1 5 9 6 8 1 .   [ 6 ]   K .   K .   K e s a r i   e t   a l . ,   “ W a st e w a t e r   t r e a t me n t   a n d   r e u s e :   a   r e v i e w   o f   i t s   a p p l i c a t i o n s   a n d   h e a l t h   i m p l i c a t i o n s,”   Wa t e r,   Ai r ,   a n d   S o i l   Po l l u t i o n ,   v o l .   2 3 2 ,   n o .   5 ,   p .   2 0 8 ,   M a y   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 1 2 7 0 - 0 2 1 - 0 5 1 5 4 - 8.   [ 7 ]   B .   K o u l ,   D .   Y a d a v ,   S .   S i n g h ,   M .   K u mar,  a n d   M .   S o n g ,   “ I n si g h t s  i n t o   t h e   d o mes t i c   w a s t e w a t e r   t r e a t m e n t   ( D W W T)   r e g i mes :   a   r e v i e w , ”   W a t e r ( S w i t ze rl a n d ) ,   v o l .   1 4 ,   n o .   2 1 ,   p .   3 5 4 2 ,   N o v .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / w 1 4 2 1 3 5 4 2 .   [ 8 ]   S .   K .   G h o s h ,   P .   D .   S a h a ,   a n d   M .   F r a n c e sc o   D i ,   R e c e n t   t re n d s   i n   w a s t e   w a t e r   t r e a t m e n t   a n d   w a t e r  r e so u rce   m a n a g e m e n t .  S i n g a p o r e :   S p r i n g e r   S i n g a p o r e ,   2 0 2 0 .   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 9 8 1 - 15 - 0 7 0 6 - 9.   [ 9 ]   R .   W .   C r i t e s ,   E.   J.   M i d d l e b r o o k s,   R .   K .   B a st i a n ,   a n d   S .   C .   R e e d ,   N a t u r a l   w a s t e w a t e r   t re a t m e n t   s y st e m s,   sec o n d   e d i t i o n .   C R C  P r e ss,  2 0 1 4 .   d o i :   1 0 . 1 2 0 1 / 9 7 8 1 4 2 0 0 2 6 4 4 3 .   [ 1 0 ]   M .   M .   G h a n g r e k a r ,   S .   Y a d a v ,   a n d   R .   N .   Y a d a v a ,   E d s.,   Bi o l o g i c a l   a n d   h y b ri d   w a s t e w a t e r  t re a t m e n t   t e c h n o l o g y .   i n   E a r t h   a n d   En v i r o n m e n t a l   S c i e n c e s L i b r a r y .   C h a m:   S p r i n g e r   N a t u r e   S w i t z e r l a n d ,   2 0 2 4 .   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 0 3 1 - 6 3 0 4 6 - 0.   [ 1 1 ]   A .   C .   v a n   H a a n d e l ,   “ H a n d b o o k   o f   b i o l o g i c a l   w a st e w a t e r   t r e a t me n t :   d e s i g n   a n d   o p t i mi s a t i o n   o f   a c t i v a t e d   s l u d g e   sy st e ms, ”   W a t e r   I n t e l l i g e n c e   O n l i n e ,   v o l .   1 1 ,   J a n .   2 0 1 2 ,   d o i :   1 0 . 2 1 6 6 / 9 7 8 1 7 8 0 4 0 0 8 0 8 .   [ 1 2 ]   M .   H e n z e ,   W .   G u j e r ,   T.   M i n o ,   a n d   M .   v a n   L o o se d r e c h t ,   “ A c t i v a t e d   sl u d g e   m o d e l s   A S M 1 ,   A S M 2 ,   A S M 2 d   a n d   A S M 3 , ”   W a t e r   I n t e l l i g e n c e   O n l i n e ,   v o l .   5 ,   n o .   0 ,   p p .   9 7 8 1 7 8 0 4 0 2 3 6 9 – 9 7 8 1 7 8 0 4 0 2 3 6 9 ,   D e c .   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 2 1 6 6 / 9 7 8 1 7 8 0 4 0 2 3 6 9 .   [ 1 3 ]   M .   F a i sa l ,   K .   M .   M u t t a q i ,   D .   S u t a n t o ,   A .   Q .   A l - S h e t w i ,   P .   J .   K e r ,   a n d   M .   A .   H a n n a n ,   “ C o n t r o l   t e c h n o l o g i e s  o f   w a st e w a t e r   t r e a t me n t   p l a n t s:   T h e   st a t e - of - t h e - a r t ,   c u r r e n t   c h a l l e n g e s,  a n d   f u t u r e   d i r e c t i o n s,”   Re n e w a b l e   a n d   S u st a i n a b l e   En e r g y   R e v i e w s ,   v o l .   1 8 1 ,   p .   1 1 3 3 2 4 ,   Ju l .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . r ser. 2 0 2 3 . 1 1 3 3 2 4 .   [ 1 4 ]   Y .   S o n g ,   L.   W a n g ,   X .   Q i a n g ,   W .   G u ,   Z .   M a ,   a n d   G .   W a n g ,   “ A n   o v e r v i e w   o f   b i o l o g i c a l   mec h a n i sms   a n d   st r a t e g i e s   f o r   t r e a t i n g   w a st e w a t e r   f r o m   p r i n t i n g   a n d   d y e i n g   p r o c e ss e s,”   J o u r n a l   o f   W a t e r   Pr o c e ss  En g i n e e r i n g ,   v o l .   5 5 ,   p .   1 0 4 2 4 2 ,   O c t .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j w p e . 2 0 2 3 . 1 0 4 2 4 2 .   [ 1 5 ]   J.  N e mc i k ,   F .   K r u p a ,   S .   O z a n a ,   a n d   Z .   S l a n i n a ,   “ W a st e w a t e r   t r e a t m e n t   m o d e l i n g   met h o d s  r e v i e w , ”   I FA C - Pa p e r sO n L i n e ,   v o l .   5 5 ,   n o .   4 ,   p p .   1 9 5 – 2 0 0 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i f a c o l . 2 0 2 2 . 0 6 . 0 3 2 .   [ 1 6 ]   A .   A r i f i   a n d   S .   B o u a l l è g u e ,   “ T a k a g i – S u g e n o   f u z z y - b a se d   a p p r o a c h   f o r   mo d e l i n g   a n d   c o n t r o l   o f   a n   a c t i v a t e d   sl u d g e   p r o c e ss , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   D y n a m i c s   a n d   C o n t r o l ,   v o l .   1 2 ,   n o .   8 ,   p p .   3 1 2 3 – 3 1 3 8 ,   A u g .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s4 0 4 3 5 - 0 2 4 - 0 1 3 9 8 - 4.   [ 1 7 ]   H .   G .   H a n ,   S .   J.  F u ,   H .   Y .   S u n ,   C .   H .   Q i n ,   a n d   J.   F .   Q i a o ,   “ M o d e l i n g   a n d   c o n t r o l   o f   w a st e w a t e r   t r e a t m e n t   p r o c e s s  w i t h   t i me  d e l a y   b a s e d   o n   e v e n t - t r i g g e r e d   r e c u r s i v e   l e a st   s q u a r e s, ”   E n g i n e e r i n g   A p p l i c a t i o n s  o f   Ar t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e ,   v o l .   1 2 2 ,   p .   1 0 6 0 5 2 ,   J u n .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . e n g a p p a i . 2 0 2 3 . 1 0 6 0 5 2 .   [ 1 8 ]   O .   A p o n t e - R e n g i f o ,   M .   F r a n c i s c o ,   R .   V i l a n o v a ,   P .   V e g a ,   a n d   S .   R e v o l l a r ,   “ I n t e l l i g e n t   c o n t r o l   o f   w a s t e w a t e r   t r e a t me n t   p l a n t s   b a s e d   o n   m o d e l - f r e e   d e e p   r e i n f o r c e m e n t   l e a r n i n g , ”   Pr o c e ss e s ,   v o l .   1 1 ,   n o .   8 ,   p .   2 2 6 9 ,   J u l .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / p r 1 1 0 8 2 2 6 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.