ગંદા પાણીની સારવાર માટેનું MLVSS કેલ્ક્યુલેટર

મિશ્ર દ્રવના અસ્થિર નિલંબિત ઘન પદાર્થો (MLVSS) સક્રિય કાદવના વાયુસંચાર ટાંકીમાં રહેલા નિલંબિત ઘન પદાર્થોનો કાર્બનિક, જૈવવિઘટનશીલ ભાગ છે. ગંદા પાણીની સારવાર કરતા સક્રિય સૂક્ષ્મજીવોની માત્રાના અંદાજ માટે તેનો ઉપયોગ થાય છે. આ કેલ્ક્યુલેટર પ્રયોગશાળાના આંકડાઓ પરથી VSS ટકાવારી પદ્ધતિ અથવા FSS (સ્થિર નિલંબિત ઘન પદાર્થો) પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને MLVSS શોધે છે.

MLVSS શું છે?

સક્રિય કાદવ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરતા ગંદા પાણીની સારવારના પ્લાન્ટ કાર્બનિક પ્રદૂષકોને વિઘટિત કરવા માટે સૂક્ષ્મજીવો પર આધાર રાખે છે. વાયુસંચાર ટાંકીમાં પાણી, સૂક્ષ્મજીવો અને ઘન પદાર્થોના મિશ્રણને મિશ્ર દ્રવ કહેવામાં આવે છે. આ મિશ્રણના કેટલાક નિલંબિત ઘન પદાર્થો કાર્બનિક સામગ્રી હોય છે, જેમાં મુખ્યત્વે જીવંત અને મૃત સૂક્ષ્મજીવો હોય છે. આ કાર્બનિક અંશને ઉડનશીલ નિલંબિત ઘન પદાર્થો કહેવામાં આવે છે, અને જ્યારે તેનું માપન મિશ્ર દ્રવમાં થાય ત્યારે તેને MLVSS કહેવામાં આવે છે.

નિલંબિત ઘન પદાર્થોનો બાકીનો ભાગ કાંકરી, રેતી અને ખનિજો જેવી અકાર્બનિક સામગ્રી હોય છે. આ અકાર્બનિક અંશને સ્થિર નિલંબિત ઘન પદાર્થો (FSS) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, અથવા મિશ્ર દ્રવમાં તેનું માપન થાય ત્યારે MLFSS કહેવામાં આવે છે, કારણ કે ગરમ કરતાં તે બળી જતો નથી. MLVSS અને MLFSS મળીને મિશ્ર દ્રવના નિલંબિત ઘન પદાર્થો (MLSS) બનાવે છે, જે ટાંકીમાં નિલંબિત ઘન પદાર્થોની કુલ સાંદ્રતા છે.

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

ઓપરેટરો MLVSSનું નિરીક્ષણ કરે છે, કારણ કે તે જૈવિક સારવાર કરતા સૂક્ષ્મજીવોના સમૂહના કદનો અંદાજ આપે છે. સામાન્ય રીતે સ્થિર MLVSS સ્તરનો અર્થ સ્થિર અને આગાહી કરી શકાય તેવી સારવાર થાય છે. તેમાં અચાનક ઘટાડો ઝેરી આવકપ્રવાહ, વધુ પડતો કાદવ દૂર કરવો, અથવા ટાંકીમાંથી જૈવભારને બહાર ધોઈ લઈ જતો વાવાઝોડું સૂચવી શકે છે.

MLVSSની ગણતરી કેવી રીતે કરવી

MLVSSની ગણતરી કરવાની બે સામાન્ય રીતો છે, અને પ્રયોગશાળાના માપન સચોટ હોય તો બંનેથી સમાન જવાબ મળવો જોઈએ.

VSS ટકાવારી પદ્ધતિ

કેટલીક પ્રયોગશાળાઓ VSSને TSS (કુલ નિલંબિત ઘન પદાર્થો)ની ટકાવારી તરીકે દર્શાવે છે. તે સ્થિતિમાં:

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

• MLVSS = મિશ્ર દ્રવના ઉડનશીલ નિલંબિત ઘન પદાર્થો (mg/L)
• TSS = કુલ નિલંબિત ઘન પદાર્થો (mg/L)
• VSS% = ઉડનશીલ નિલંબિત ઘન પદાર્થોનો અંશ, જે પરંપરાગત સક્રિય કાદવ પ્રણાલીમાં સામાન્ય રીતે 65–85% હોય છે

FSS પદ્ધતિ

અન્ય પ્રયોગશાળાઓ સ્થિર (અકાર્બનિક) અંશ સીધો દર્શાવે છે. તે સ્થિતિમાં બાદબાકી કરીને MLVSS મળે છે:

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

VSS અને FSSનો સરવાળો હંમેશાં TSS જેટલો થાય છે, તેથી આધારભૂત માપનો મેળ બેસતો હોય ત્યારે આ સૂત્ર ટકાવારી પદ્ધતિ જેવું જ પરિણામ આપે છે. એક જ નમૂના માટે બંને પદ્ધતિઓથી નોંધપાત્ર રીતે જુદા જવાબ મળે તો પ્રયોગશાળાના આંકડા અથવા નમૂનાની સંભાળ ચકાસવી જોઈએ.

ઉદાહરણ સાથે ગણતરી

ઉદાહરણ 1: VSS ટકાવારી પદ્ધતિ. ઓપરેટર વાયુસંચાર ટાંકીમાં TSSનું માપન 3,500 mg/L અને VSS ટકાવારી 75% કરે છે.

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

ઉદાહરણ 2: FSS પદ્ધતિ. એ જ ટાંકીનું સીધું માપન કરતાં TSS 3,500 mg/L અને FSS 875 mg/L મળે છે.

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

અપેક્ષા મુજબ બંને પદ્ધતિઓના પરિણામો સમાન છે, કારણ કે FSSના 875 mg/L એ TSSના 3,500 mg/Lના બરાબર 25% છે.

આ કેલ્ક્યુલેટરનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરવો

1. કુલ નિલંબિત ઘન પદાર્થો (TSS)નું મૂલ્ય mg/Lમાં દાખલ કરો.
2. ગણતરીની પદ્ધતિ પસંદ કરો: "VSS ટકાવારીનો ઉપયોગ" અથવા "સ્થિર નિલંબિત ઘન પદાર્થો (FSS)નો ઉપયોગ".
3. બીજું મૂલ્ય દાખલ કરો: VSS ટકાવારી (0-100%) અથવા mg/Lમાં FSSનું મૂલ્ય.
4. સૂત્ર અને ઉપયોગમાં લીધેલા આંકડાઓ સાથે દર્શાવેલું MLVSS પરિણામ mg/Lમાં વાંચો.

કેલ્ક્યુલેટર તપાસે છે કે TSS શૂન્ય અથવા તેનાથી વધારે છે, VSS ટકાવારી 0 અને 100 વચ્ચે છે, અને FSSનું મૂલ્ય TSS કરતાં વધારે નથી, કારણ કે FSS એ TSSનો જ ભાગ છે. કોઈ તપાસ નિષ્ફળ જાય તો શું સુધારવું તે સમજાવતો સંદેશ દર્શાવવામાં આવે છે.

MLVSS/MLSS ગુણોત્તર

પરંપરાગત સક્રિય કાદવ પ્લાન્ટમાં MLVSS/MLSS ગુણોત્તર સામાન્ય રીતે 0.65 અને 0.85 વચ્ચે રહે છે, એટલે કે નિલંબિત ઘન પદાર્થોમાંથી 65–85% કાર્બનિક હોય છે. આ શ્રેણીથી નીચે જતો ગુણોત્તર જડ ઘન પદાર્થો જમા થવા અથવા ઔદ્યોગિક સ્ત્રોતમાંથી વધારાની અકાર્બનિક સામગ્રી આવવા તરફ સંકેત કરી શકે છે. શ્રેણીના ઉપરના છેડા નજીકનો ગુણોત્તર સામાન્ય રીતે દર્શાવે છે કે જૈવભાર મોટા ભાગે કાર્બનિક અને સક્રિય છે.

પ્રક્રિયા નિયંત્રણ માટે MLVSS શા માટે મહત્વનું છે

ઓપરેટરો દરરોજ ઉપયોગમાં લેતી કેટલીક ગણતરીઓમાં MLVSSનો સમાવેશ થાય છે:

• ખોરાક-થી-સૂક્ષ્મજીવ (F/M) ગુણોત્તર: આવતાં કાર્બનિક ભારની સારવાર માટે ઉપલબ્ધ જૈવભાર સાથે તેની તુલના કરે છે.
• ઘન પદાર્થ જાળવણી સમય (SRT), જેને કાદવ વય પણ કહે છે: જૈવભાર પ્રણાલીમાં કેટલો સમય રહે છે, જે સારવારની સ્થિરતા અને એમોનિયા દૂર કરવાની ક્ષમતા (નાઇટ્રિફિકેશન)ને અસર કરે છે.
• કાદવ ઉત્પાદન: સામાન્ય રીતે વધુ જૈવભારનો અર્થ વધુ કાદવ દૂર કરીને તેનો નિકાલ કરવો થાય છે.
• પ્રાણવાયુની માંગ: જૈવભારને કાર્ય કરવા માટે પ્રાણવાયુ જોઈએ છે, તેથી વાયુસંચારની ઊર્જાનો ઉપયોગ આશરે MLVSS સાથે અનુસરે છે.

MLVSS માટેની પ્રમાણભૂત પ્રયોગશાળા પદ્ધતિઓ Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (પદ્ધતિ 2540E) અને EPA પદ્ધતિ 160.4માં વર્ણવેલી છે.

F/M ગુણોત્તરની ગણતરી કેવી રીતે કરવી

$\text{F/M ગુણોત્તર} = \frac{\text{આવકપ્રવાહનો BOD ભાર (kg/day)}}{\text{ટાંકીમાં MLVSSનું દળ (kg)}}$

ઉદાહરણ. એક પ્લાન્ટમાં આ મૂલ્યો છે:

• આવકપ્રવાહ = 10,000 m³/day
• આવકપ્રવાહનો BOD = 250 mg/L
• વાયુસંચાર ટાંકીનું આયતન = 2,000 m³
• MLVSS = 2,500 mg/L

m³/dayમાં માપેલા પ્રવાહમાં 1 mg/L દરરોજના દળના 1 ગ્રામ જેટલું થાય છે, તેથી kg/dayમાં ભાર મેળવવા માટે ગુણાકાર કરીને 1,000થી ભાગાકાર કરવામાં આવે છે:

• આવકપ્રવાહનો BOD ભાર = 10,000 m³/day × 250 mg/L ÷ 1,000 = 2,500 kg/day
• MLVSSનું દળ = 2,000 m³ × 2,500 mg/L ÷ 1,000 = 5,000 kg
• F/M ગુણોત્તર = 2,500 kg/day ÷ 5,000 kg = 0.5 પ્રતિ દિવસ

પરંપરાગત સક્રિય કાદવ પ્લાન્ટ સામાન્ય રીતે પ્રતિ દિવસ 0.2 અને 0.6 વચ્ચેના F/M ગુણોત્તર સાથે ચાલે છે. ખૂબ ઊંચો ગુણોત્તર તંતુમય બલ્કિંગનું કારણ બની શકે છે, જેમાં દોરા જેવા બેક્ટેરિયાને કારણે કાદવ સારી રીતે બેસતો નથી. ખૂબ નીચો ગુણોત્તર ખોરાક ઓછો બચ્યો હોય તેવા જૈવભારને વાયુસંચાર આપવા ઊર્જાનો બગાડ કરે છે.

સામાન્ય કામગીરીની શ્રેણીઓ

પ્રકાશિત ડિઝાઇન કોષ્ટકો ઉડનશીલ ભાગને બદલે કુલ ઘન પદાર્થોની સાંદ્રતા (MLSS) આપે છે. MLVSS આ આંકડાઓનો ઉડનશીલ અંશ છે, તેથી દરેક શ્રેણીના આશરે 65–85% જેટલો હોય છે.

મેમ્બ્રેન બાયોરિએક્ટર ઘણી વધારે ઘન પદાર્થોની સાંદ્રતા પર ચાલી શકે છે, કારણ કે તે ક્લેરિફાયરમાં ગુરુત્વાકર્ષણથી બેસાડવા પર આધાર રાખવાને બદલે મેમ્બ્રેન વડે ઘન પદાર્થોને અલગ કરે છે.

પ્રયોગશાળામાં MLVSSનું માપન કેવી રીતે થાય છે

પ્રમાણભૂત પ્રક્રિયામાં ગરમ કરવાના બે તબક્કા હોય છે:

1. TSS તબક્કો. મિશ્ર દ્રવનું જાણીતું આયતન પૂર્વતોલેલા કાચના તંતુના ફિલ્ટરમાંથી ગાળવામાં આવે છે, ઓછામાં ઓછા એક કલાક માટે 103–105°C પર સુકવવામાં આવે છે, ઠંડું કરવામાં આવે છે અને તેનું વજન કરવામાં આવે છે. વધેલું વજન TSS (અથવા નમૂનો મિશ્ર દ્રવનો હોય ત્યારે MLSS) છે.
2. દહન તબક્કો. એ જ ફિલ્ટરને ભઠ્ઠીમાં 550 °C પર 15–20 મિનિટ માટે ગરમ કરવામાં આવે છે. કાર્બનિક સામગ્રી બળી જાય છે અને અકાર્બનિક રાખ બાકી રહે છે. ફિલ્ટરને ફરી ઠંડું કરીને તેનું વજન કરવામાં આવે છે.
3. પરિણામ. પ્રજ્વલન દરમિયાન ગુમાવેલું વજન ઉડનશીલ કાર્બનિક અંશ છે, જે MLVSS છે.

ભઠ્ઠીનું તાપમાન મહત્વનું છે. Standard Methods પ્રજ્વલન તબક્કા માટે 550 °C તાપમાન અને 50 °Cની સહનશીલતા નક્કી કરે છે. વધુ ગરમ કરવાથી મેગ્નેશિયમ કાર્બોનેટ જેવા અકાર્બનિક કાર્બોનેટ વિઘટિત થવા લાગે છે, જેના કારણે માપેલા વજનમાં ઘટાડો વધે છે અને ઉડનશીલ પદાર્થનું ખોટું ઊંચું વાંચન મળે છે. ઓછું ગરમ કરવાથી કાર્બનિક સામગ્રી સંપૂર્ણપણે બળી ન શકે.

MLVSSના વિકલ્પો

MLVSS સરળ અને વિશ્વસનીય હોવાથી તેનો વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે, પરંતુ અન્ય પદ્ધતિઓ જૈવભારનું વધુ વિશિષ્ટ માપન કરે છે:

• ATP (એડેનોસિન ટ્રાઇફોસ્ફેટ) માત્ર જીવંત કોષોમાં મળતા અણુનું માપન કરે છે, તેથી મૃત સામગ્રી વિના સક્રિય જૈવભારની ગણતરી થાય છે. તેના માટે વિશિષ્ટ વિશ્લેષક જરૂરી છે.
• શ્વસનમિતિ જૈવભાર જે દરે પ્રાણવાયુ વાપરે છે તેનું માપન કરે છે, જે જૈવિક પ્રવૃત્તિ સીધી રીતે દર્શાવે છે. આવકપ્રવાહ જૈવભાર માટે ઝેરી છે કે નહીં તે ચકાસવા માટે તે ઉપયોગી છે.
• DNA પરિમાણન અને FISH (ફ્લોરેસન્સ ઇન સિટુ હાઇબ્રિડાઇઝેશન) વિશિષ્ટ સૂક્ષ્મજીવોને ઓળખે છે અને તેમની ગણતરી કરે છે. આ મુખ્યત્વે સંશોધન સાધનો છે, જે તંતુમય કાદવ ફૂલવાનું કારણ શોધવા માટે ઉપયોગી છે.

આ પદ્ધતિઓ વધુ વિગતો આપે છે, પરંતુ વધુ ખર્ચાળ છે અને વધુ સમય લે છે. તેથી નિયમિત પ્રક્રિયા નિયંત્રણ માટે MLVSS હજુ પણ પ્રમાણભૂત પદ્ધતિ છે.

વારંવાર પૂછાતા પ્રશ્નો

MLSS અને MLVSS વચ્ચે શું તફાવત છે? MLSS એ વાયુસંચાર ટાંકીમાં રહેલા કુલ નિલંબિત ઘન પદાર્થો છે, જેમાં કાર્બનિક અને અકાર્બનિક બંને સામગ્રીનો સમાવેશ થાય છે. MLVSS માત્ર કાર્બનિક ભાગ છે. MLSS = MLVSS + MLFSS (મિશ્ર દ્રવના સ્થિર નિલંબિત ઘન પદાર્થો).

સામાન્ય MLVSS/MLSS ગુણોત્તર કેટલો હોય છે? પરંપરાગત સક્રિય કાદવ પ્લાન્ટમાં તે સામાન્ય રીતે 0.65 થી 0.85 (65-85%) હોય છે. નીચો ગુણોત્તર મિશ્રણમાં વધુ અકાર્બનિક સામગ્રી હોવાનો સંકેત આપે છે.

MLVSS F/M ગુણોત્તરને કેવી રીતે અસર કરે છે? MLVSS એ F/M ગુણોત્તરનો હર છે. સમાન કાર્બનિક ભાર માટે વધુ MLVSSથી F/M ગુણોત્તર ઓછો થાય છે. ઓછું MLVSS F/M ગુણોત્તર વધારે છે, જે ખૂબ વધે તો ખરાબ રીતે બેસતા તંતુમય બેક્ટેરિયાને પ્રોત્સાહન આપી શકે છે.

MLVSSમાં અચાનક ઘટાડાનું કારણ શું છે? સામાન્ય કારણોમાં વધુ પડતો કાદવ દૂર કરવો, જૈવભારને મારી નાખતી આવકપ્રવાહમાં રહેલી ઝેરી સામગ્રી, ભારે વરસાદથી ટાંકીમાંથી જૈવભાર ધોવાઈ જવો, અને રજાઓ જેવી ઓછા ભારવાળા સમયગાળામાં ખોરાકની ઓછી ઉપલબ્ધતાનો સમાવેશ થાય છે.

શું MLVSS ખૂબ વધારે હોઈ શકે? હા. વધુ MLVSSથી પ્રાણવાયુની માંગ અને તેથી વાયુસંચારની ઊર્જાનો ખર્ચ વધે છે, દ્વિતીય ક્લેરિફાયરમાં ઘન પદાર્થોનો ભાર વધી શકે છે, અને ગાઢ ફ્લોક કણોના કેન્દ્ર સુધી પ્રાણવાયુ પહોંચવામાં અડચણ આવી શકે છે.

નમૂનો લીધા પછી કેટલા સમયમાં MLVSS માપવું જોઈએ? Standard Methods મુજબ શક્ય તેટલું વહેલું શરૂ કરવું જોઈએ, કારણ કે ઘન પદાર્થોને સાચવી શકાતા નથી. નમૂનાઓને 4 °C પર રેફ્રિજરેટરમાં રાખવા જોઈએ, પ્રાધાન્યથી 24 કલાકથી વધુ સમય નહીં અને ક્યારેય 7 દિવસથી વધુ નહીં.

સંદર્ભો

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