Critical appraisal of BOD and DO models applied to a highly polluted river in India

Abstract

Most commonly used biochemical oxygen demand (BOD) and dissolved oxygen (DO) models have been tested for their applicability in the River Kali, which is one of the most polluted rivers in India. A total of 732 field data sets were generated during field survey from March 1999 to February 2000. The modelling of BOD and DO in the River Kali involves derivation and solution of the governing equations that describe concentration change with time and space brought on by advective, decay, settling and loading functions. However, due to continuous discharges (e.g. from wastewater treatment plants) and steady-state flow conditions in the River Kali, the dispersion effects are found to be insignificant. In the analysis, the model parameters used in BOD-DO models were optimized using the Newton-Raphson technique and the performance of different models was evaluated using correlation statistics (r ²) and error estimation, viz. standard error (SE) and mean multiplicative error (MME). The results indicate that the BOD-DO models developed after Camp (1963) yielded the best agreement with the observed values as compared with several other approaches.

Résumé

Les modèles de demande biochimique en oxygène (DBO) et d'oxygène dissous (OD) les plus couramment utilisés ont été testés en termes d'applicabilité à la Rivière Kali, qui est l'une des rivières les plus polluées en Inde. Un total de 732 jeux de données de terrain a été généré durant une campagne de terrain entre Mars 1999 et Février 2000. La modélisation de la DBO et de l'OD dans la Rivière Kali implique la dérivation et la résolution des équations qui gouvernent l'évolution de la concentration selon le temps et l'espace, compte tenu des fonctions d'advection, de dégradation, de dépôt et de mise en solution. Cependant, en raison des rejets continus (e.g. des stations d'épuration) et des conditions d'écoulement permanent dans la Rivière Kali, les effets de la dispersion apparaissent être insignifiants. Dans l'analyse, les paramètres utilisés dans les modèles DBO-OD ont été optimisés à l'aide de la technique de Newton-Raphson et la performance des différents modèles a été évaluée par les statistiques de corrélation (r ²) et les estimations d'erreurs de l'erreur standard et de l'erreur multiplicative moyenne. Les résultats indiquent que les modèles DBO-OD développés d'après Camp (1963) présentent le meilleur accord avec les valeurs observées par rapport à plusieurs autres approches.

Key words:

• biochemical oxygen demand (BOD)
• correlation
• deoxygenation
• dissolved oxygen (DO)
• non-point source pollution
• re-aeration

Mots clefs:

• demande biochimique en oxygène (DBO)
• corrélation
• désoxygénation
• oxygène dissous (OD)
• pollution diffuse
• ré-aération