Reoveepuhastuse MLVSS-i kalkulaator

Segatud vedeliku lenduv heljum (MLVSS) on orgaaniline biolagunev osa aktiivmudabasseini heljumist. Seda kasutatakse reovett töötlevate aktiivsete mikroorganismide hulga ligikaudse mõõduna. See kalkulaator leiab MLVSS-i laboriandmete põhjal kas VSS-i protsendimeetodi või FSS-i (püsiva heljumi) meetodi abil.

Mis on MLVSS?

Aktiivmudaprotsessi kasutavad reoveepuhastid tuginevad orgaaniliste saasteainete lagundamisel mikroorganismidele. Aktiivmudabasseinis olevat vee, mikroorganismide ja heljumi segu nimetatakse segatud vedelikuks. Osa selle segu heljumist on orgaaniline aine, peamiselt elusad ja surnud mikroorganismid. Seda orgaanilist fraktsiooni nimetatakse lenduvaks heljumiks ning segatud vedelikus mõõdetuna MLVSS-iks.

Ülejäänud heljum on anorgaaniline materjal, näiteks kruus, liiv ja mineraalid. Seda anorgaanilist fraktsiooni nimetatakse püsivaks heljumiks (FSS) või segatud vedelikus mõõdetuna MLFSS-iks, sest kuumutamisel see ei põle ära. MLVSS ja MLFSS moodustavad kokku segatud vedeliku heljumi (MLSS), mis on basseini heljumi kogukontsentratsioon.

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

Käitajad jälgivad MLVSS-i, sest see näitab ligikaudselt puhastust teostava bioloogilise tööjõu suurust. Üldiselt tähendab püsiv MLVSS-i tase stabiilset ja prognoositavat puhastust. Äkiline langus võib viidata toksilisele sissevoolule, liigsele liigaktiivmuda eemaldamisele või sellele, et torm uhub biomassi basseinist välja.

Kuidas MLVSS-i arvutada

MLVSS-i arvutamiseks on kaks levinud viisi ning täpsete laborimõõtmiste korral peaksid mõlemad andma sama tulemuse.

VSS-i protsendimeetod

Mõni labor esitab VSS-i TSS-i (koguhõljuvaine) protsendina. Sel juhul:

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

• MLVSS = segatud vedeliku lenduv heljum (mg/L)
• TSS = koguhõljuvaine (mg/L)
• VSS% = lenduva heljumi osakaal heljumist, tavapärases aktiivmudasüsteemis üldjuhul 65–85%

FSS-i meetod

Teised laborid esitavad püsiva ehk anorgaanilise fraktsiooni otse. Sel juhul leitakse MLVSS lahutamise teel:

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

Kuna VSS ja FSS summa on alati TSS, annab see valem protsendimeetodiga sama tulemuse, kui aluseks olevad mõõtmised langevad kokku. Kui need kaks meetodit annavad sama proovi kohta märgatavalt erinevad tulemused, tuleb laboriandmed või proovi käitlemine üle kontrollida.

Näidisarvutus

Näide 1: VSS-i protsendimeetod. Käitaja mõõdab aktiivmudabasseinis TSS-i väärtuseks 3 500 mg/L ja VSS-i osakaaluks 75%.

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

Näide 2: FSS-i meetod. Sama basseini mõõdetakse ka otse: TSS on 3 500 mg/L ja FSS 875 mg/L.

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

Mõlemad meetodid annavad ootuspäraselt sama tulemuse, sest 875 mg/L FSS-i moodustab TSS-ist 25% ehk 3 500 mg/L.

Kuidas seda kalkulaatorit kasutada

1. Sisestage koguhõljuvaine (TSS) väärtus ühikutes mg/L.
2. Valige arvutusmeetod: „VSS-i protsendi alusel” või „Püsiva heljumi (FSS) alusel”.
3. Sisestage teine väärtus: kas VSS-i protsent (0-100%) või FSS-i väärtus ühikutes mg/L.
4. Lugege MLVSS-i tulemust ühikutes mg/L; kuvatakse ka kasutatud valem ja arvud.

Kalkulaator kontrollib, et TSS oleks null või suurem, VSS-i protsent jääks 0 ja 100 vahele ning FSS ei ületaks TSS-i, sest FSS on TSS-i osa. Kontrolli ebaõnnestumisel kuvatakse teade selle kohta, mida tuleb parandada.

MLVSS-i ja MLSS-i suhe

Tavapärases aktiivmudapuhastis jääb MLVSS-i ja MLSS-i suhe tavaliselt 0,65 ja 0,85 vahele, mis tähendab, et 65–85% heljumist on orgaaniline. Sellest vahemikust allapoole langev suhe võib viidata inertse heljumi kogunemisele või tööstusallikast pärineva anorgaanilise materjali lisandumisele. Vahemiku ülemise piiri lähedane suhe tähendab tavaliselt, et biomass on valdavalt orgaaniline ja aktiivne.

Miks on MLVSS protsessi juhtimisel oluline

MLVSS sisaldub mitmes arvutuses, mida käitajad iga päev kasutavad:

• Toidu ja mikroorganismide (F/M) suhe: võrdleb saabuva orgaanilise koormuse suurust selle töötlemiseks saadaoleva biomassi hulgaga.
• Heljumi viibeaeg (SRT), mida nimetatakse ka muda vanuseks: aeg, mille biomass süsteemis viibib; see mõjutab puhastuse stabiilsust ja ammoniaagi eemaldamise ehk nitrifikatsiooni võimet.
• Mudatoodang: mida rohkem on biomassi, seda rohkem muda tuleb üldjuhul eemaldada ja käidelda.
• Hapnikutarve: biomass vajab toimimiseks hapnikku, seega on aeratsioonienergia kasutus ligikaudu seotud MLVSS-i hulgaga.

MLVSS-i standardseid laborimeetodeid kirjeldatakse väljaandes Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (meetod 2540E) ja EPA meetodis 160,4.

Kuidas F/M-suhet arvutada

$\text{F/M-suhe} = \frac{\text{Sissevoolava vee BHT koormus (kg/päev)}}{\text{MLVSS-i mass basseinis (kg)}}$

Näide. Puhastil on järgmised väärtused:

• Sissevooluhulk = 10 000 m³/päev
• Sissevoolava vee BHT = 250 mg/L
• Aktiivmudabasseini maht = 2 000 m³
• MLVSS = 2 500 mg/L

Kuna 1 mg/L vooluhulga korral, mida mõõdetakse ühikutes m³/päev, võrdub 1 grammi massiga ööpäevas, leitakse koormus ühikutes kg/päev korrutamise ja 1 000-ga jagamise teel:

• Sissevoolava vee BHT koormus = 10 000 m³/päev × 250 mg/L ÷ 1 000 = 2 500 kg/päev
• MLVSS-i mass = 2 000 m³ × 2 500 mg/L ÷ 1 000 = 5 000 kg
• F/M-suhe = 2 500 kg/päev ÷ 5 000 kg = 0,5 ööpäevas

Tavapärases aktiivmudapuhastis on F/M-suhe tavaliselt 0,2 ja 0,6 vahel ööpäevas. Liiga suur suhe võib põhjustada niitjate bakterite tekitatud paismuda, mille korral muda settib halvasti. Liiga väike suhe raiskab energiat vähese toiduga biomassi aeratsioonile.

Tüüpilised töövahemikud

Avaldatud projekteerimistabelites esitatakse lenduva osa asemel heljumi kogukontsentratsioon (MLSS). MLVSS on nende väärtuste lenduv osa, seega ligikaudu 65–85% igast vahemikust.

Membraanbioreaktorites võib heljumi kontsentratsioon olla palju suurem, sest heljum eraldatakse membraanidega, mitte ei jäeta selitisse gravitatsiooni mõjul settima.

Kuidas MLVSS-i laboris mõõdetakse

Standardmenetlus sisaldab kahte kuumutamisetappi:

1. TSS-i etapp. Teadaolev kogus segatud vedelikku filtreeritakse eelnevalt kaalutud klaaskiudfiltri abil, kuivatatakse temperatuuril 103–105°C vähemalt tund, jahutatakse ja kaalutakse. Massi suurenemine on TSS ehk segatud vedeliku proovi korral MLSS.
2. Süütamisetapp. Sama filtrit kuumutatakse muhvelahjus temperatuuril 550 °C 15–20 minutit. Orgaaniline materjal põleb ära ja järele jääb anorgaaniline tuhk. Filter jahutatakse ja kaalutakse uuesti.
3. Tulemus. Süütamisel kaotatud mass on lenduv orgaaniline osa ehk MLVSS.

Ahju temperatuur on oluline. Standard Methods määrab süütamisetapi temperatuuriks 550 °C hälbega 50 °C. Kõrgemal temperatuuril hakkavad anorgaanilised karbonaadid, näiteks magneesiumkarbonaat, lagunema, suurendades mõõdetud massikadu ja andes lenduva aine kohta tegelikust suurema näidu. Madalamal temperatuuril ei pruugi orgaaniline materjal täielikult ära põleda.

MLVSS-i alternatiivid

MLVSS-i kasutatakse laialdaselt, sest see on lihtne ja usaldusväärne, kuid biomassi täpsemaks mõõtmiseks on ka teisi meetodeid:

• ATP (adenosiintrifosfaat) mõõdab ainult elusrakkudes leiduvat molekuli, seega loendab aktiivset biomassi ilma surnud materjalita. Selleks on vaja spetsiaalset analüsaatorit.
• Respiromeetria mõõdab biomassi hapnikutarbimise kiirust, mis näitab bioloogilist aktiivsust otseselt. See on kasulik, et kontrollida, kas sissevoolav vesi on biomassile toksiline.
• DNA kvantifitseerimine ja FISH (fluorestsents in situ hübridisatsioon) võimaldavad kindlaid mikroorganisme tuvastada ja loendada. Need on peamiselt uurimisvahendid, mis on kasulikud niitjate bakterite tekitatud paismuda põhjuse väljaselgitamisel.

Need meetodid annavad rohkem teavet, kuid on kallimad ja aeganõudvamad, mistõttu MLVSS jääb tavapärase protsessijuhtimise standardiks.

Korduma kippuvad küsimused

Mis vahe on MLSS-il ja MLVSS-il? MLSS on aktiivmudabasseini koguheljum, mis sisaldab nii orgaanilist kui ka anorgaanilist materjali. MLVSS on ainult orgaaniline osa. MLSS võrdub MLVSS-i ja MLFSS-i (segatud vedeliku püsiva heljumi) summaga.

Milline on tüüpiline MLVSS-i ja MLSS-i suhe? Tavapärases aktiivmudapuhastis on see tavaliselt 0,65 kuni 0,85 ehk 65-85%. Väiksem suhe viitab suuremale anorgaanilise materjali osakaalule segus.

Kuidas mõjutab MLVSS F/M-suhet? MLVSS on F/M-suhte nimetajas. Sama orgaanilise koormuse korral annab suurem MLVSS väiksema F/M-suhte. Väiksem MLVSS annab suurema F/M-suhte, mis võib liiga suureks kasvamisel soodustada halvasti settivaid niitjaid baktereid.

Mis põhjustab MLVSS-i äkilise languse? Levinud põhjused on liigne liigaktiivmuda eemaldamine, biomassi hävitav toksiline materjal sissevoolus, biomassi tugev vihmaveega basseinist väljauhtumine ning vähene toidu kättesaadavus väikese koormuse perioodidel, näiteks pühade ajal.

Kas MLVSS võib olla liiga suur? Jah. Suur MLVSS suurendab hapnikutarvet ja seega aeratsiooni energiakulu, võib koormata järelsetitit liigse heljumiga ning takistada hapniku jõudmist tihedate helbekeste keskossa.

Kui kiiresti pärast proovivõttu tuleks MLVSS-i mõõta? Standard Methods soovitab alustada võimalikult kiiresti, sest heljumit ei saa säilitada. Proove tuleks hoida külmkapis temperatuuril 4 °C, eelistatavalt mitte kauem kui 24 tundi ja mitte kunagi kauem kui 7 päeva.

Viited

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