Beregner for MLVSS ved spildevandsrensning

Flygtige suspenderede stoffer i blandet væske (MLVSS) er den organiske, biologisk nedbrydelige del af de suspenderede stoffer i en beluftningstank med aktivt slam. Det bruges som et indirekte mål for mængden af aktive mikroorganismer, der renser spildevandet. Denne beregner finder MLVSS ud fra laboratoriedata ved hjælp af enten metoden med VSS-procent eller metoden med FSS (faste suspenderede stoffer).

Hvad er MLVSS?

Spildevandsanlæg, der anvender aktivslamprocessen, er afhængige af mikroorganismer til at nedbryde organiske forurenende stoffer. Blandingen af vand, mikroorganismer og faste stoffer i beluftningstanken kaldes blandet væske. Nogle af de suspenderede stoffer i blandingen er organisk materiale, hovedsageligt levende og døde mikroorganismer. Denne organiske fraktion kaldes flygtige suspenderede stoffer, og når den måles i den blandede væske, kaldes den MLVSS.

Resten af de suspenderede stoffer er uorganisk materiale såsom grus, sand og mineraler. Denne uorganiske fraktion kaldes faste suspenderede stoffer (FSS), eller MLFSS når den måles i blandet væske, fordi den ikke brændes væk ved opvarmning. Tilsammen udgør MLVSS og MLFSS suspenderede stoffer i blandet væske (MLSS), altså den samlede koncentration af suspenderede stoffer i tanken.

$\text{MLSS} = \text{MLVSS} + \text{MLFSS}$

Driftspersonalet følger MLVSS, fordi det omtrent angiver størrelsen af den biologiske arbejdsstyrke, der udfører rensningen. Et stabilt MLVSS-niveau betyder generelt en stabil og forudsigelig rensning. Et pludseligt fald kan skyldes giftigt indløb, for kraftig slamudtagning eller kraftig regn, der skyller biomasse ud af tanken.

Sådan beregnes MLVSS

Der er to almindelige måder at beregne MLVSS på, og begge bør give samme resultat, hvis laboratoriemålingerne er nøjagtige.

Metoden med VSS-procent

Nogle laboratorier angiver VSS som en procentdel af TSS (samlede suspenderede stoffer). I så fald:

$\text{MLVSS} = \text{TSS} \times \frac{\text{VSS\%}}{100}$

• MLVSS = flygtige suspenderede stoffer i blandet væske (mg/L)
• TSS = samlede suspenderede stoffer (mg/L)
• VSS% = andelen af de suspenderede stoffer, der er flygtige, normalt 65–85% i et konventionelt aktivslamssystem

FSS-metoden

Andre laboratorier angiver den faste (uorganiske) fraktion direkte. I så fald findes MLVSS ved subtraktion:

$\text{MLVSS} = \text{TSS} - \text{FSS}$

Da VSS og FSS altid tilsammen udgør TSS, giver denne formel samme resultat som procentmetoden, når de underliggende målinger stemmer overens. Hvis de to metoder giver mærkbart forskellige resultater for den samme prøve, bør laboratoriedataene eller prøvehåndteringen kontrolleres.

Regneeksempel

Eksempel 1: Metoden med VSS-procent. En driftsmedarbejder måler TSS til 3.500 mg/L i beluftningstanken med en VSS-procent på 75 %.

$\text{MLVSS} = 3{,}500 \times \frac{75}{100} = 2{,}625 \text{ mg/L}$

Eksempel 2: FSS-metoden. Den samme tank måles også direkte: TSS er 3.500 mg/L, og FSS er 875 mg/L.

$\text{MLVSS} = 3{,}500 - 875 = 2{,}625 \text{ mg/L}$

Begge metoder stemmer som forventet, eftersom 875 mg/L FSS præcis udgør 25 % af 3.500 mg/L TSS.

Sådan bruger du denne beregner

1. Indtast værdien for samlede suspenderede stoffer (TSS) i mg/L.
2. Vælg en beregningsmetode: »Med VSS-procent« eller »Med faste suspenderede stoffer (FSS)«.
3. Indtast den anden værdi: enten VSS-procenten (0-100%) eller FSS-værdien i mg/L.
4. Aflæs MLVSS-resultatet i mg/L, vist sammen med formlen og de anvendte tal.

Beregneren kontrollerer, at TSS er nul eller større, at VSS-procenten ligger mellem 0 og 100, og at FSS ikke overstiger TSS, eftersom FSS er en del af TSS. Hvis en kontrol fejler, vises en meddelelse, der forklarer, hvad der skal rettes.

Forholdet mellem MLVSS og MLSS

På et konventionelt aktivslam-anlæg ligger forholdet mellem MLVSS og MLSS normalt mellem 0,65 og 0,85, hvilket betyder, at 65–85% af de suspenderede stoffer er organiske. Et forhold, der bevæger sig under dette interval, kan være tegn på ophobning af inerte stoffer eller tilførsel af ekstra uorganisk materiale fra en industriel kilde. Et forhold nær den øvre ende af intervallet betyder normalt, at biomassen hovedsageligt er organisk og aktiv.

Hvorfor MLVSS er vigtigt for processtyringen

MLVSS indgår i flere beregninger, som driftspersonalet bruger hver dag:

• Føde-mikroorganisme-forhold (F/M): sammenligner den indkommende organiske belastning med den tilgængelige mængde biomasse til behandling af den.
• Slamopholdstid (SRT), også kaldet slam-alder: hvor længe biomassen forbliver i systemet, hvilket påvirker renseprocessens stabilitet og evnen til at fjerne ammonium (nitrifikation).
• Slamproduktion: Mere biomasse betyder generelt mere slam, der skal udtages og bortskaffes.
• Iltbehov: Biomassen har brug for ilt for at fungere, så energiforbruget til beluftning følger omtrent MLVSS.

Standardiserede laboratoriemetoder til MLVSS er beskrevet i Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (metode 2540E) og i EPA-metode 160,4.

Sådan beregnes F/M-forholdet

$\text{F/M-forhold} = \frac{\text{BOD-belastning i tilløbet (kg/dag)}}{\text{MLVSS-masse i tanken (kg)}}$

Eksempel. Et anlæg har følgende værdier:

• Tilløbsflow = 10.000 m³/dag
• BOD i tilløbet = 250 mg/L
• Beluftningstankens volumen = 2.000 m³
• MLVSS = 2.500 mg/L

Da 1 mg/L i et flow målt i m³/dag svarer til 1 gram masse pr. dag, findes belastningen i kg/dag ved at gange og dividere med 1.000:

• BOD-belastning i tilløbet = 10.000 m³/dag × 250 mg/L ÷ 1.000 = 2.500 kg/dag
• MLVSS-masse = 2.000 m³ × 2.500 mg/L ÷ 1.000 = 5.000 kg
• F/M-forhold = 2.500 kg/dag ÷ 5.000 kg = 0,5 pr. dag

Et konventionelt aktivslam-anlæg kører typisk med et F/M-forhold mellem 0,2 og 0,6 pr. dag. Et for højt forhold kan forårsage filamentøs slamopsvulmning, hvor trådformede bakterier får slammet til at bundfælde dårligt. Et for lavt forhold spilder energi på at belufte biomasse, der kun har lidt føde tilbage at forbruge.

Typiske driftsintervaller

Offentliggjorte dimensioneringstabeller angiver den samlede koncentration af faste stoffer (MLSS) snarere end den flygtige del. MLVSS er den flygtige andel af disse tal, altså omtrent 65–85% af hvert interval.

Membranbioreaktorer kan køre med langt højere koncentrationer af faste stoffer, fordi de separerer de faste stoffer med membraner i stedet for at være afhængige af gravitationsbundfældning i en efterklarer.

Sådan måles MLVSS i et laboratorium

Standardproceduren har to opvarmningstrin:

1. TSS-trin. En kendt mængde blandet væske filtreres gennem et forvejet glasfiberfilter, tørres ved 103–105°C i mindst en time, afkøles og vejes. Den øgede vægt er TSS (eller MLSS, når prøven er blandet væske).
2. Glødningstrin. Det samme filter opvarmes i en ovn ved 550 °C i 15–20 minutter. Det organiske materiale brændes væk, så uorganisk aske bliver tilbage. Filteret afkøles og vejes igen.
3. Resultat. Det vægttab, der sker under glødningen, er den flygtige, organiske del, altså MLVSS.

Ovnens temperatur har betydning. Standard Methods fastsætter glødningstrinnet til 550 °C med en tolerance på 50 °C. Ved højere temperatur begynder uorganiske karbonater såsom magnesiumkarbonat at nedbrydes, hvilket øger det målte vægttab og giver en falsk høj værdi for flygtige stoffer. Ved lavere temperatur brændes det organiske materiale muligvis ikke helt væk.

Alternativer til MLVSS

MLVSS bruges bredt, fordi metoden er enkel og pålidelig, men andre metoder måler biomasse mere specifikt:

• ATP (adenosintrifosfat) måler et molekyle, der kun findes i levende celler, og tæller derfor aktiv biomasse uden dødt materiale. Det kræver en særlig analysator.
• Respirometri måler den hastighed, hvormed biomasse forbruger ilt, hvilket viser den biologiske aktivitet direkte. Metoden er nyttig til at undersøge, om tilløbet er giftigt for biomassen.
• DNA-kvantificering og FISH (fluorescens in situ-hybridisering) identificerer og tæller specifikke mikroorganismer. Metoderne bruges hovedsageligt i forskning og er nyttige til at opspore årsagen til filamentøs slamopsvulmning.

Disse metoder giver flere detaljer, men koster mere og tager længere tid. Derfor er MLVSS fortsat standarden for rutinemæssig processtyring.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er forskellen mellem MLSS og MLVSS? MLSS er de samlede suspenderede stoffer i beluftningstanken, herunder både organisk og uorganisk materiale. MLVSS er kun den organiske del. MLSS er lig med MLVSS plus MLFSS (faste suspenderede stoffer i blandet væske).

Hvad er et typisk forhold mellem MLVSS og MLSS? På et konventionelt aktivslam-anlæg er det normalt 0,65 til 0,85 (65-85%). Et lavere forhold tyder på mere uorganisk materiale i blandingen.

Hvordan påvirker MLVSS F/M-forholdet? MLVSS er nævneren i F/M-forholdet. Et højere MLVSS ved samme organiske belastning giver et lavere F/M-forhold. Et lavere MLVSS giver et højere F/M-forhold, hvilket kan fremme trådformede bakterier, der bundfælder dårligt, hvis forholdet bliver for højt.

Hvad får MLVSS til at falde pludseligt? Almindelige årsager er for stor slamudtagning, giftige stoffer i indløbet, som dræber biomassen, kraftig regn, der skyller biomasse ud af tanken, samt begrænset fødetilgængelighed i perioder med lav belastning, f.eks. ferier.

Kan MLVSS blive for højt? Ja. Højt MLVSS øger iltbehovet og dermed energiomkostningerne til beluftning, kan overbelaste efterklareren med faste stoffer og kan begrænse iltens adgang til midten af tætte fnokke.

Hvor hurtigt efter prøvetagningen bør MLVSS måles? Standard Methods anbefaler at begynde så hurtigt som muligt, fordi faste stoffer ikke kan konserveres. Prøver bør opbevares på køl ved 4 °C, helst i højst 24 timer og aldrig i mere end 7 dage.

Referencer

1. Water Environment Federation. Operation of Water Resource Recovery Facilities, 7. udgave. McGraw-Hill Education, 2018.
2. Metcalf & Eddy. Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery, 5. udgave. McGraw-Hill Education, 2014.
3. American Public Health Association, American Water Works Association & Water Environment Federation. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 23. udgave, 2017.
4. U.S. Environmental Protection Agency. Wastewater Technology Fact Sheet: Activated Sludge Process. EPA 832-F-00-016.