Uma nova estrutura fuzzy para seleção de tecnologia de estações de tratamento de águas residuais sustentáveis ​​com base na metodologia TODIM em áreas urbanas em desenvolvimento

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 8800 (2022) Citar este artigo

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A seleção de tecnologia ideal de estações de tratamento de águas residuais (ETEs) exige a adoção de abordagens científicas baseadas em dados que satisfaçam os requisitos de sustentabilidade do ecossistema urbano. Tais abordagens devem ser capazes de fornecer insights acionáveis ​​aos tomadores de decisão limitados por fatores como crescimento populacional, escassez de terras e perda de funcionalidade das estações de tratamento de águas residuais. O framework deste estudo propõe um modelo híbrido fuzzy de tomada de decisão multicritério (MCDM) composto pelo processo de hierarquia analítica (AHP) e o TODIM (sigla em português para tomada de decisão interativa e multicritério) usando séries de cortes alfa que leva em consideração a aversão ao risco dos tomadores de decisão (DMs) para superar as incertezas das condições ambientais. A literatura até o momento indica que o estudo é o primeiro a apresentar como um processo sistemático de tomada de decisão é abordado interpretando a interação de critérios para a seleção da tecnologia de tratamento de águas residuais por meio da função de pertinência da Teoria do Prospecto. A metodologia proposta revela que o critério de referência proeminente manipula outros subcritérios de acordo com a função do comportamento de aversão ao risco. Os conjuntos fuzzy baseados em séries de corte alfa são empregados para avaliar tanto o peso dos critérios quanto o rank das alternativas no processo de tomada de decisão para obter soluções de compromisso sob incerteza. Os graus de dominância das alternativas são obtidos pelo fuzzy TODIM integrado ao processo de hierarquia analítica fuzzy (FAHP) que lida com a incerteza dos julgamentos humanos. De acordo com os resultados do ranking determinado pelo grau de dominância das alternativas, anaeróbio-anóxico-óxico (A2O) sem pré-clarificação foi o processo mais eficaz em relação ao custo de disposição do lodo (C25) calculado como critério de referência. A classificação de quatro ETEs em escala real em uma cidade metropolitana de um país EMEA com base em 24 subcritérios listados sob os quatro critérios principais, ou seja, as dimensões de sustentabilidade, é usada como um estudo de caso para verificar a utilidade da abordagem fuzzy. Motivado pela lacuna da literatura relacionada à falha em considerar o comportamento psicológico dos DMs no problema de seleção de tecnologia para tratamento de águas residuais, é discutido como o modelo híbrido MCDM proposto pode ser utilizado refletindo a percepção de risco humano na seleção de tecnologia de tratamento de águas residuais para áreas urbanas em desenvolvimento .

O desenvolvimento econômico deve ser equilibrado com a proteção dos recursos naturais e a sustentabilidade ambiental para contribuir com a economia circular. As águas residuais são definidas como um recurso valioso para o desenvolvimento ecológico e econômico dos países em termos de sustentabilidade1. A crescente importância da urbanização sustentável nos países em desenvolvimento e o rápido esgotamento dos recursos com o aumento da população exigem uma avaliação racional da necessidade de estações de tratamento de águas residuais e da sustentabilidade das instalações existentes, a fim de minimizar os riscos decorrentes da possível crise hídrica no futuro próximo. O tratamento de águas residuais é uma grande contribuição para o desenvolvimento sustentável em termos de proteção dos recursos hídricos, gerenciamento eficaz de resíduos e abertura para o uso de energia renovável2. Aumentar a proporção de tecnologias seguras e mais adequadas para o tratamento de efluentes domésticos e industriais é considerado uma das metas ampliadas dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) até 20303.

A seleção de tecnologia ideal para o processo de tratamento de águas residuais só pode ser alcançada garantindo o investimento certo para a região certa, levando em consideração o benefício público e a conscientização social. Na vida real, a seleção de tecnologia ideal para estações de tratamento de águas residuais depende diretamente do conhecimento, experiência e competência dos tomadores de decisão4. As incertezas relacionadas às previsões das condições econômicas, sociais e ambientais podem ter efeitos manipuladores nas atitudes das partes interessadas (por exemplo, aversão ao risco ou tomada de risco na tomada de decisões) e levar a limitações na tomada de decisão racional que requer conhecimento suficiente das condições prevalecentes5. Por esse motivo, a motivação deste estudo é superar as limitações da imprevisibilidade do comportamento humano causada pela incerteza, refletindo as perspectivas de aversão ao risco de tomadores de decisão competentes em um modelo de tomada de decisão proposto para selecionar a tecnologia mais apropriada para águas residuais estações de tratamento (ETEs). Em geral, os problemas de MCDM do mundo real relacionados ao meio ambiente devem ser vistos como problemas difusos na natureza, incluindo objetivos, dimensões, atributos e alternativas6. Os tomadores de decisão comparam as duas alternativas com base em dados qualitativos e quantitativos e decidem sobre a adequação de uma tecnologia de tratamento de águas residuais em relação a diferentes experiências profissionais, como avaliação de impacto ambiental, construção, projeto e operação. Ao avaliar perspectivas de diferentes experiências, são utilizados dados linguísticos que refletem o qualitativo, uma vez que o domínio de uma tecnologia sobre outra não pode ser expresso em valores nítidos7. Além disso, expressar os pesos dos critérios, o peso dos avaliadores e o julgamento dos avaliadores como variáveis ​​linguísticas é a maneira mais preferida do que dados quantitativos para destacar a complexidade das condições socioeconômicas e socioculturais, a aplicabilidade da tecnologia e a disponibilidade de inovações8. Para lidar com a incerteza que resulta da subjetividade das avaliações linguísticas, os dados linguísticos são expressos com conjuntos difusos e disponibilizados para operações matemáticas9. Os conjuntos fuzzy permitem não apenas a avaliação de alternativas, mas também a expressão de critérios de tomada de decisão para ponderação em ambientes incertos10. Consistente com todas essas informações, a teoria dos conjuntos difusos oferece vantagens em tolerar a ambigüidade dos julgamentos humanos, incertezas e informações imprecisas ou insuficientes sobre dados quantitativos e qualitativos.