محاسبه مواد معلق فرار مختلط (MLVSS) برای تصفیهخانههای فاضلاب با استفاده از درصد TSS و VSS یا روشهای FSS. ضروری برای نظارت و کنترل فرآیند لجن فعال.
محاسبه مواد معلق فرار مایع مخلوط (MLVSS) برای فرآیندهای تصفیه فاضلاب
استفاده از روش درصد VSS
مواد معلق فرار مایع مخلوط (MLVSS) یک پارامتر کلیدی در تصفیه فاضلاب است که نمایانگر بخش ارگانیک مواد معلق در مخزن هوادهی میباشد.
MLVSS برای تعیین مقدار بیومس فعال در سیستم استفاده میشود که برای نظارت و کنترل فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی حیاتی است.
MLVSS میتواند با استفاده از درصد VSS از TSS یا با کسر مواد معلق ثابت (FSS) از مواد معلق کل (TSS) محاسبه شود.
محاسبه مواد معلق فرار مایع مخلوط (MLVSS) ابزاری اساسی برای اپراتورهای تصفیهخانههای فاضلاب، مهندسان محیط زیست و محققانی است که با فرآیندهای لجن فعال کار میکنند. MLVSS نمایانگر بخش ارگانیک مواد معلق در مخازن هوادهی است و به عنوان یک پارامتر حیاتی برای نظارت بر کارایی تصفیه بیولوژیکی عمل میکند. این محاسبهگر یک روش ساده و دقیق برای تعیین مقادیر MLVSS بر اساس غلظت مواد معلق کل (TSS) و درصد مواد معلق فرار (VSS%) یا اندازهگیریهای TSS و مواد معلق ثابت (FSS) ارائه میدهد.
نظارت صحیح بر MLVSS به بهینهسازی فرآیندهای تصفیه، کاهش هزینههای عملیاتی و اطمینان از انطباق با استانداردهای کیفیت پساب کمک میکند. با حفظ سطوح مناسب MLVSS، تأسیسات تصفیه فاضلاب میتوانند به حذف بهینه مواد مغذی بیولوژیکی، کاهش تولید لجن و بهبود عملکرد کلی تصفیه دست یابند.
MLVSS میتواند با استفاده از دو روش اصلی محاسبه شود که هر دو توسط این محاسبهگر پشتیبانی میشوند:
روش اول MLVSS را با استفاده از غلظت مواد معلق کل (TSS) و درصد مواد معلق فرار (VSS%) محاسبه میکند:
که در آن:
روش دوم MLVSS را با کسر مواد معلق ثابت (FSS) از مواد معلق کل (TSS) محاسبه میکند:
که در آن:
هر دو روش وقتی اندازهگیریها دقیق باشند، نتیجه یکسانی را به دست میدهند، زیرا VSS و FSS اجزای مکمل TSS هستند:
وارد کردن مواد معلق کل (TSS): مقدار اندازهگیری شده TSS خود را به میلیگرم در لیتر وارد کنید.
انتخاب روش محاسبه:
وارد کردن پارامتر اضافی:
مشاهده نتایج: محاسبهگر به طور خودکار مقدار MLVSS محاسبه شده را به میلیگرم در لیتر نمایش میدهد.
تصویرسازی فرمول: زیر نتیجه، فرمول استفاده شده و مراحل محاسبه را خواهید دید.
محاسبهگر اعتبارسنجیهای زیر را بر روی ورودیهای کاربر انجام میدهد:
اگر هر اعتبارسنجی شکست بخورد، یک پیام خطا شما را راهنمایی خواهد کرد تا ورودی را اصلاح کنید.
MLVSS نمایانگر بخش ارگانیک مواد معلق در مخزن هوادهی یک فرآیند لجن فعال است. این پارامتر به عنوان یک اندازهگیری نماینده برای بیومس فعال (میکروارگانیسمها) که مسئول تجزیه بیولوژیکی مواد آلی و مواد مغذی در فاضلاب است، عمل میکند.
نسبت MLVSS به MLSS (مواد معلق مخلوط) معمولاً بین 0.65 تا 0.85 (65-85%) در سیستمهای لجن فعال متعارف متغیر است، با تغییرات بسته به ویژگیهای ورودی، فرآیند تصفیه و شرایط عملیاتی.
غلظت MLVSS یک پارامتر کلیدی است که برای محاسبه موارد زیر استفاده میشود:
نظارت بر MLVSS برای حفظ شرایط بهینه تصفیه بیولوژیکی حیاتی است. اپراتورهای تأسیسات از دادههای MLVSS برای:
تنظیم نسبت F/M: با کنترل غلظت MLVSS نسبت به بار آلی ورودی (BOD یا COD)، اپراتورها میتوانند نسبت F/M مورد نظر را برای کارایی بهینه تصفیه حفظ کنند.
مدیریت سن لجن: اندازهگیریهای MLVSS به تعیین نرخ هدررفت مناسب برای حفظ زمان نگهداری مواد جامد (SRT) هدف کمک میکند.
بهینهسازی هوادهی: سطوح MLVSS محاسبات تقاضای اکسیژن را اطلاع میدهد و اجازه کنترل هوادهی بهینه انرژی را میدهد.
نظارت بر سلامت بیومس: تغییرات ناگهانی در MLVSS یا نسبت MLVSS/MLSS میتواند نشاندهنده مشکلاتی با قابلیت زندهماندن بیومس یا مهار فرآیند باشد.
نسبت غذا به میکروارگانیسم (F/M) به صورت زیر محاسبه میشود:
برای یک تأسیسات تصفیه با:
نسبت F/M به صورت زیر خواهد بود:
مهندسان محیط زیست و محققان از دادههای MLVSS برای:
طراحی فرآیند: اندازهگیری مخازن هوادهی و تهنشینی ثانویه بر اساس غلظتهای هدف MLVSS.
مطالعات کینتیک: تعیین نرخهای تجزیهزیستی و پارامترهای رشد میکروبی.
مدلسازی فرآیند: کالیبره کردن مدلهای لجن فعال برای شبیهسازی و بهینهسازی فرآیند.
ارزیابی فناوری: مقایسه عملکرد فناوریهای مختلف تصفیه یا استراتژیهای عملیاتی.
نظارت بر MLVSS از انطباق با مقررات زیستمحیطی حمایت میکند:
اطمینان از تصفیه صحیح: حفظ سطوح مناسب MLVSS به دستیابی به کیفیت پساب مورد نیاز کمک میکند.
مستندسازی کنترل فرآیند: دادههای MLVSS کنترل صحیح فرآیند را به نهادهای نظارتی نشان میدهد.
تشخیص مشکلات انطباق: روندهای MLVSS میتوانند به شناسایی علل مشکلات کیفیت پساب کمک کنند.
در حالی که MLVSS به طور گستردهای مورد استفاده قرار میگیرد، پارامترهای دیگری نیز میتوانند اطلاعات مکمل یا جایگزین درباره بیومس در تصفیه فاضلاب ارائه دهند:
ATP (آدنوزین تریفسفات): اندازهگیری مستقیم بیومس فعال با کمیسازی حاملهای انرژی سلولی.
کوانتifizierung DNA: اندازهگیری دقیق بیومس میکروبی از طریق کمیسازی اسیدهای نوکلئیک.
تنفسسنجی: اندازهگیری نرخ جذب اکسیژن (OUR) برای ارزیابی فعالیت بیولوژیکی بهطور مستقیم.
FISH (فلورسانس در محل هیبریداسیون): شناسایی و کمیسازی جمعیتهای میکروبی خاص.
تفکیک COD: شناسایی بخشهای مختلف قابل تجزیه در بیومس.
این جایگزینها ممکن است اطلاعات خاصتری ارائه دهند اما معمولاً به تجهیزات و تخصصهای پیچیدهتری نسبت به آزمایش نسبتاً ساده MLVSS نیاز دارند.
مفهوم اندازهگیری مواد معلق فرار به عنوان یک نشانگر فعالیت بیولوژیکی در تصفیه فاضلاب به موازات توسعه فرآیندهای لجن فعال تکامل یافته است:
اوایل قرن بیستم: فرآیند لجن فعال در دهه 1910 توسط آردرن و لاکت در منچستر، انگلستان توسعه یافت. کنترل اولیه فرآیند عمدتاً به مشاهدات بصری و آزمایشهای تهنشینی وابسته بود.
دهه 1930-1940: با بهبود درک فرآیندهای میکروبی، محققان شروع به تمایز بین بخشهای ارگانیک (فرار) و غیرارگانیک (ثابت) مواد معلق کردند.
دهه 1950-1960: MLVSS به عنوان یک پارامتر استاندارد برای کمیسازی بیومس در سیستمهای لجن فعال ظهور کرد و روشها در نشریاتی مانند "روشهای استاندارد برای آزمایش آب و فاضلاب" استانداردسازی شد.
دهه 1970-1980: رابطه بین MLVSS و عملکرد تصفیه به طور گستردهای مورد مطالعه قرار گرفت و منجر به راهنماهای طراحی و عملیاتی بر اساس پارامترهایی مانند نسبت F/M و SRT شد.
دهه 1990-حال: درک پیشرفتهتری از اکولوژی میکروبی و متابولیسم منجر به مدلها و استراتژیهای کنترل پیچیدهتر شده است، اگرچه MLVSS به دلیل سادگی و قابلیت اطمینان خود به عنوان یک پارامتر بنیادی باقی مانده است.
امروزه، در حالی که تکنیکهای پیشرفتهتری برای شناسایی بیومس وجود دارد، MLVSS به دلیل عملی بودن، همبستگیهای مستقر با عملکرد و روش تحلیلی نسبتاً ساده به طور گستردهای در عملیات تصفیه فاضلاب مورد استفاده قرار میگیرد.
در اینجا مثالهایی از نحوه محاسبه MLVSS با استفاده از زبانهای برنامهنویسی مختلف آورده شده است:
1' فرمول اکسل برای محاسبه MLVSS با استفاده از درصد VSS
2Function MLVSS_from_VSS_Percentage(TSS As Double, VSS_Percentage As Double) As Double
3 ' اعتبارسنجی ورودیها
4 If TSS < 0 Or VSS_Percentage < 0 Or VSS_Percentage > 100 Then
5 MLVSS_from_VSS_Percentage = CVErr(xlErrValue)
6 Exit Function
7 End If
8
9 ' محاسبه MLVSS
10 MLVSS_from_VSS_Percentage = TSS * (VSS_Percentage / 100)
11End Function
12
13' فرمول اکسل برای محاسبه MLVSS با استفاده از FSS
14Function MLVSS_from_FSS(TSS As Double, FSS As Double) As Double
15 ' اعتبارسنجی ورودیها
16 If TSS < 0 Or FSS < 0 Or FSS > TSS Then
17 MLVSS_from_FSS = CVErr(xlErrValue)
18 Exit Function
19 End If
20
21 ' محاسبه MLVSS
22 MLVSS_from_FSS = TSS - FSS
23End Function
24
1def calculate_mlvss_from_vss_percentage(tss, vss_percentage):
2 """
3 محاسبه MLVSS با استفاده از TSS و درصد VSS
4
5 Args:
6 tss (float): مواد معلق کل به میلیگرم در لیتر
7 vss_percentage (float): درصد VSS (0-100)
8
9 Returns:
10 float: MLVSS به میلیگرم در لیتر
11 """
12 # اعتبارسنجی ورودیها
13 if tss < 0 or vss_percentage < 0 or vss_percentage > 100:
14 raise ValueError("ورودی نامعتبر: TSS باید مثبت باشد و VSS% بین 0-100 باشد")
15
16 # محاسبه MLVSS
17 return tss * (vss_percentage / 100)
18
19def calculate_mlvss_from_fss(tss, fss):
20 """
21 محاسبه MLVSS با استفاده از TSS و FSS
22
23 Args:
24 tss (float): مواد معلق کل به میلیگرم در لیتر
25 fss (float): مواد معلق ثابت به میلیگرم در لیتر
26
27 Returns:
28 float: MLVSS به میلیگرم در لیتر
29 """
30 # اعتبارسنجی ورودیها
31 if tss < 0 or fss < 0:
32 raise ValueError("ورودی نامعتبر: TSS و FSS باید مثبت باشند")
33 if fss > tss:
34 raise ValueError("ورودی نامعتبر: FSS نمیتواند بیشتر از TSS باشد")
35
36 # محاسبه MLVSS
37 return tss - fss
38
1/**
2 * محاسبه MLVSS با استفاده از TSS و درصد VSS
3 * @param {number} tss - مواد معلق کل به میلیگرم در لیتر
4 * @param {number} vssPercentage - درصد VSS (0-100)
5 * @returns {number} MLVSS به میلیگرم در لیتر
6 */
7function calculateMlvssFromVssPercentage(tss, vssPercentage) {
8 // اعتبارسنجی ورودیها
9 if (tss < 0 || vssPercentage < 0 || vssPercentage > 100) {
10 throw new Error("ورودی نامعتبر: TSS باید مثبت باشد و VSS% بین 0-100 باشد");
11 }
12
13 // محاسبه MLVSS
14 return tss * (vssPercentage / 100);
15}
16
17/**
18 * محاسبه MLVSS با استفاده از TSS و FSS
19 * @param {number} tss - مواد معلق کل به میلیگرم در لیتر
20 * @param {number} fss - مواد معلق ثابت به میلیگرم در لیتر
21 * @returns {number} MLVSS به میلیگرم در لیتر
22 */
23function calculateMlvssFromFss(tss, fss) {
24 // اعتبارسنجی ورودیها
25 if (tss < 0 || fss < 0) {
26 throw new Error("ورودی نامعتبر: TSS و FSS باید مثبت باشند");
27 }
28 if (fss > tss) {
29 throw new Error("ورودی نامعتبر: FSS نمیتواند بیشتر از TSS باشد");
30 }
31
32 // محاسبه MLVSS
33 return tss - fss;
34}
35
1public class MlvssCalculator {
2 /**
3 * محاسبه MLVSS با استفاده از TSS و درصد VSS
4 *
5 * @param tss مواد معلق کل به میلیگرم در لیتر
6 * @param vssPercentage درصد VSS (0-100)
7 * @return MLVSS به میلیگرم در لیتر
8 * @throws IllegalArgumentException اگر ورودیها نامعتبر باشند
9 */
10 public static double calculateMlvssFromVssPercentage(double tss, double vssPercentage) {
11 // اعتبارسنجی ورودیها
12 if (tss < 0 || vssPercentage < 0 || vssPercentage > 100) {
13 throw new IllegalArgumentException("ورودی نامعتبر: TSS باید مثبت باشد و VSS% بین 0-100 باشد");
14 }
15
16 // محاسبه MLVSS
17 return tss * (vssPercentage / 100);
18 }
19
20 /**
21 * محاسبه MLVSS با استفاده از TSS و FSS
22 *
23 * @param tss مواد معلق کل به میلیگرم در لیتر
24 * @param fss مواد معلق ثابت به میلیگرم در لیتر
25 * @return MLVSS به میلیگرم در لیتر
26 * @throws IllegalArgumentException اگر ورودیها نامعتبر باشند
27 */
28 public static double calculateMlvssFromFss(double tss, double fss) {
29 // اعتبارسنجی ورودیها
30 if (tss < 0 || fss < 0) {
31 throw new IllegalArgumentException("ورودی نامعتبر: TSS و FSS باید مثبت باشند");
32 }
33 if (fss > tss) {
34 throw new IllegalArgumentException("ورودی نامعتبر: FSS نمیتواند بیشتر از TSS باشد");
35 }
36
37 // محاسبه MLVSS
38 return tss - fss;
39 }
40}
41
یک اپراتور تصفیه فاضلاب مقادیر زیر را اندازهگیری میکند:
با استفاده از روش درصد VSS: MLVSS = 3,500 میلیگرم در لیتر × (75% ÷ 100) = 2,625 میلیگرم در لیتر
همان اپراتور اندازهگیریهای زیر را انجام میدهد:
با استفاده از روش FSS: MLVSS = 3,500 میلیگرم در لیتر - 875 میلیگرم در لیتر = 2,625 میلیگرم در لیتر
یک اپراتور متوجه میشود که نسبت MLVSS/MLSS از 0.75 به 0.60 در طول یک ماه گذشته کاهش یافته است:
این کاهش میتواند نشاندهنده:
اپراتور باید علت را بررسی کند و فرآیند را مطابق آن تنظیم کند.
MLVSS (مواد معلق فرار مایع مخلوط) نمایانگر بخش ارگانیک مواد معلق در یک فرآیند لجن فعال است. این پارامتر مهم است زیرا به عنوان یک نشانگر برای بیومس فعال (میکروارگانیسمها) که مسئول تصفیه فاضلاب هستند، عمل میکند. نظارت بر MLVSS به بهینهسازی کارایی تصفیه، کنترل تولید لجن و اطمینان از حذف صحیح مواد مغذی بیولوژیکی کمک میکند.
MLSS (مواد معلق مخلوط) غلظت کل مواد معلق در مخزن هوادهی را اندازهگیری میکند که شامل هر دو ماده ارگانیک (فرار) و غیرارگانیک (ثابت) است. MLVSS فقط بخش فرار (ارگانیک) MLSS را اندازهگیری میکند که بهتر نمایانگر بیومس فعال است. رابطه به این صورت است: MLSS = MLVSS + MLFSS (مواد معلق ثابت مخلوط).
در سیستمهای لجن فعال متعارف، نسبت MLVSS/MLSS معمولاً بین 0.65 تا 0.85 (65-85%) متغیر است. نسبتهای پایینتر ممکن است نشاندهنده محتوای غیرارگانیک بالا یا انباشت مواد غیرقابل تجزیه باشد، در حالی که نسبتهای بالاتر نشاندهنده بیومس عمدتاً ارگانیک است. این نسبت بسته به ویژگیهای ورودی، فرآیند تصفیه و شرایط عملیاتی متغیر است.
MLVSS از طریق یک فرآیند دو مرحلهای اندازهگیری میشود:
این روش در استانداردهایی مانند روشهای استاندارد 2540E یا روش EPA 160.4 استانداردسازی شده است.
غلظتهای بهینه MLVSS بسته به نوع فرآیند متفاوت است:
غلظت مناسب به پارامترهای طراحی، اهداف تصفیه و شرایط عملیاتی بستگی دارد.
MLVSS مخرج در محاسبه نسبت غذا به میکروارگانیسم (F/M) است:
نسبت F/M = بار BOD ورودی (کیلوگرم در روز) ÷ MLVSS در سیستم (کیلوگرم)
غلظتهای بالای MLVSS منجر به نسبتهای F/M پایینتر میشود که تنفس درونزا و تهنشینی بهتر لجن را ترویج میکند. غلظتهای پایینتر MLVSS منجر به نسبتهای F/M بالاتر میشود که میتواند باعث رشد فیلامنتی و تهنشینی ضعیف شود اگر خیلی بالا باشد.
کاهش MLVSS میتواند ناشی از:
بله، MLVSS بسیار بالا میتواند مشکلاتی ایجاد کند از جمله:
تحلیل MLVSS باید ایدهآل در عرض 2 ساعت پس از نمونهبرداری آغاز شود تا از تغییرات ناشی از فعالیت بیولوژیکی جلوگیری شود. اگر تحلیل فوری ممکن نباشد، نمونهها باید در دمای 4 درجه سانتیگراد برای حداکثر 24 ساعت نگهداری شوند. برای نگهداری طولانیتر، نمونهها باید با اسید سولفوریک به pH < 2 حفظ شده و در یخچال نگهداری شوند، هرچند این برای تعیین MLVSS ایدهآل نیست.
دما بر MLVSS به چندین طریق تأثیر میگذارد:
اپراتورها معمولاً باید نرخهای هدررفت را فصلی تنظیم کنند تا غلظتهای هدف MLVSS را حفظ کنند.
Water Environment Federation. (2018). Operation of Water Resource Recovery Facilities, 7th Edition. McGraw-Hill Education.
Metcalf & Eddy, Inc. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery, 5th Edition. McGraw-Hill Education.
American Public Health Association, American Water Works Association, & Water Environment Federation. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 23rd Edition.
Jenkins, D., Richard, M. G., & Daigger, G. T. (2003). Manual on the Causes and Control of Activated Sludge Bulking, Foaming, and Other Solids Separation Problems, 3rd Edition. CRC Press.
U.S. Environmental Protection Agency. (2021). Wastewater Technology Fact Sheet: Activated Sludge Process. EPA 832-F-00-016.
Grady, C. P. L., Daigger, G. T., Love, N. G., & Filipe, C. D. M. (2011). Biological Wastewater Treatment, 3rd Edition. CRC Press.
Water Environment Research Foundation. (2003). Methods for Wastewater Characterization in Activated Sludge Modeling. WERF Report 99-WWF-3.
Henze, M., van Loosdrecht, M. C. M., Ekama, G. A., & Brdjanovic, D. (2008). Biological Wastewater Treatment: Principles, Modelling and Design. IWA Publishing.
امروز محاسبهگر MLVSS ما را امتحان کنید تا نظارت و کنترل فرآیند تصفیه فاضلاب خود را بهینه کنید!
کشف ابزارهای بیشتری که ممکن است برای جریان کاری شما مفید باشند