अपशिष्ट जल उपचार के लिए MLVSS कैलकुलेटर

मिश्रित द्रव के वाष्पशील निलंबित ठोस (MLVSS), सक्रिय स्लज के वातन टैंक में मौजूद निलंबित ठोसों का जैविक, जैव-अपघटनीय भाग हैं। इसका उपयोग अपशिष्ट जल का उपचार करने वाले सक्रिय सूक्ष्मजीवों की मात्रा के अनुमान के रूप में किया जाता है। यह कैलकुलेटर प्रयोगशाला के आँकड़ों से VSS प्रतिशत विधि या FSS (स्थिर निलंबित ठोस) विधि द्वारा MLVSS ज्ञात करता है।

MLVSS क्या है?

सक्रिय स्लज प्रक्रिया अपनाने वाले अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र जैविक प्रदूषकों को विघटित करने के लिए सूक्ष्मजीवों पर निर्भर करते हैं। वातन टैंक में पानी, सूक्ष्मजीवों और ठोसों के मिश्रण को मिश्रित द्रव कहा जाता है। इस मिश्रण में मौजूद कुछ निलंबित ठोस जैविक पदार्थ होते हैं, जिनमें अधिकांश जीवित और मृत सूक्ष्मजीव होते हैं। यह जैविक अंश वाष्पशील निलंबित ठोस कहलाता है, और मिश्रित द्रव में मापे जाने पर इसे MLVSS कहा जाता है।

निलंबित ठोसों का शेष भाग अकार्बनिक पदार्थ होता है, जैसे ग्रिट, रेत और खनिज। इस अकार्बनिक अंश को स्थायी निलंबित ठोस (FSS) कहा जाता है, या मिश्रित द्रव में मापे जाने पर MLFSS कहा जाता है, क्योंकि गर्म करने पर यह जलकर समाप्त नहीं होता। MLVSS और MLFSS मिलकर मिश्रित द्रव निलंबित ठोस (MLSS) बनाते हैं, जो टैंक में निलंबित ठोसों की कुल सांद्रता है।

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

संचालक MLVSS की निगरानी करते हैं, क्योंकि यह उपचार करने वाले जैविक कार्यबल के आकार का अनुमान देता है। MLVSS का स्थिर स्तर आम तौर पर स्थिर और पूर्वानुमेय उपचार का संकेत होता है। इसमें अचानक गिरावट विषाक्त आवक अपशिष्ट जल, अत्यधिक स्लज निकासी या टैंक से बायोमास को बहा ले जाने वाली तूफानी वर्षा का संकेत दे सकती है।

MLVSS की गणना कैसे करें

MLVSS की गणना के दो सामान्य तरीके हैं, और यदि प्रयोगशाला माप सटीक हों तो दोनों से एक ही परिणाम मिलना चाहिए।

VSS प्रतिशत विधि

कुछ प्रयोगशालाएँ VSS को TSS (कुल निलंबित ठोस) के प्रतिशत के रूप में रिपोर्ट करती हैं। उस स्थिति में:

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

• MLVSS = मिश्रित द्रव वाष्पशील निलंबित ठोस (mg/L)
• TSS = कुल निलंबित ठोस (mg/L)
• VSS% = वाष्पशील निलंबित ठोसों का अंश, जो पारंपरिक सक्रिय स्लज प्रणाली में सामान्यतः 65–85% होता है

FSS विधि

अन्य प्रयोगशालाएँ स्थिर (अकार्बनिक) अंश की रिपोर्ट सीधे करती हैं। उस स्थिति में MLVSS घटाकर ज्ञात किया जाता है:

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

चूँकि VSS और FSS का योग हमेशा TSS के बराबर होता है, इसलिए जब मूल माप सहमत हों तो यह सूत्र प्रतिशत विधि के समान परिणाम देता है। यदि एक ही नमूने के लिए दोनों विधियों से मिले परिणामों में स्पष्ट अंतर हो, तो प्रयोगशाला के आँकड़ों या नमूने के रखरखाव की जाँच करनी चाहिए।

उदाहरण सहित गणना

उदाहरण 1: VSS प्रतिशत विधि। एक संचालक वातन टैंक में TSS को 3,500 mg/L और VSS प्रतिशत को 75% मापता है।

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

उदाहरण 2: FSS विधि। उसी टैंक को सीधे भी मापा जाता है: TSS 3,500 mg/L और FSS 875 mg/L है।

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

अपेक्षा के अनुसार दोनों विधियों से एक ही परिणाम मिलता है, क्योंकि FSS का 875 mg/L, TSS के 3,500 mg/L का ठीक 25% है।

इस कैलकुलेटर का उपयोग कैसे करें

1. कुल निलंबित ठोस (TSS) का मान mg/L में दर्ज करें।
2. गणना विधि चुनें: "VSS प्रतिशत का उपयोग करके" या "स्थिर निलंबित ठोस (FSS) का उपयोग करके"।
3. दूसरा मान दर्ज करें: या तो VSS प्रतिशत (0-100%) या FSS का मान mg/L में।
4. MLVSS का परिणाम mg/L में देखें; इसमें प्रयुक्त सूत्र और संख्याएँ दिखाई जाती हैं।

कैलकुलेटर जाँचता है कि TSS शून्य या उससे अधिक है, VSS प्रतिशत 0 और 100 के बीच है, और FSS का मान TSS से अधिक नहीं है, क्योंकि FSS, TSS का हिस्सा होता है। कोई जाँच विफल होने पर, क्या ठीक करना है यह बताने वाला संदेश दिखाई देता है।

MLVSS/MLSS अनुपात

पारंपरिक सक्रिय स्लज संयंत्र में MLVSS/MLSS अनुपात आम तौर पर 0.65 और 0.85 के बीच रहता है, जिसका अर्थ है कि निलंबित ठोसों का 65–85% जैविक है। इस सीमा से नीचे जाता अनुपात निष्क्रिय ठोसों के जमा होने या किसी औद्योगिक स्रोत से अतिरिक्त अकार्बनिक पदार्थ के आने का संकेत दे सकता है। सीमा के ऊपरी छोर के पास का अनुपात आम तौर पर बताता है कि बायोमास अधिकांशतः जैविक और सक्रिय है।

प्रक्रिया नियंत्रण के लिए MLVSS का महत्व

MLVSS उन कई गणनाओं में प्रयुक्त होता है जिन्हें संचालक प्रतिदिन करते हैं:

• भोजन/सूक्ष्मजीव (F/M) अनुपात: आने वाले जैविक भार की तुलना उसके उपचार के लिए उपलब्ध बायोमास से करता है।
• ठोस प्रतिधारण समय (SRT), जिसे स्लज आयु भी कहा जाता है: यह बताता है कि बायोमास प्रणाली में कितने समय तक रहता है; इससे उपचार की स्थिरता और अमोनिया हटाने (नाइट्रीकरण) की क्षमता प्रभावित होती है।
• स्लज उत्पादन: अधिक बायोमास का सामान्यतः अर्थ है कि निकालने और निपटाने के लिए अधिक स्लज होगा।
• ऑक्सीजन की माँग: बायोमास को कार्य करने के लिए ऑक्सीजन चाहिए, इसलिए वातन की ऊर्जा खपत लगभग MLVSS के अनुरूप होती है।

MLVSS की मानक प्रयोगशाला विधियों का वर्णन Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (विधि 2540E) और EPA विधि 160.4 में किया गया है।

F/M अनुपात की गणना कैसे करें

$\text{F/M अनुपात} = \frac{\text{इनफ्लुएंट BOD भार (kg/day)}}{\text{टैंक में MLVSS का द्रव्यमान (kg)}}$

उदाहरण। एक संयंत्र में ये मान हैं:

• इनफ्लुएंट प्रवाह = 10,000 m³/day
• इनफ्लुएंट BOD = 250 mg/L
• वातन टैंक का आयतन = 2,000 m³
• MLVSS = 2,500 mg/L

चूँकि m³/day में मापे गए प्रवाह में 1 mg/L, प्रतिदिन 1 ग्राम द्रव्यमान के बराबर होता है, इसलिए kg/day में भार ज्ञात करने के लिए गुणा करके 1,000 से भाग दिया जाता है:

• इनफ्लुएंट BOD भार = 10,000 m³/day × 250 mg/L ÷ 1,000 = 2,500 कि॰ग्रा॰/day
• MLVSS द्रव्यमान = 2,000 m³ × 2,500 mg/L ÷ 1,000 = 5,000 कि॰ग्रा॰
• F/M अनुपात = 2,500 कि॰ग्रा॰/day ÷ 5,000 कि॰ग्रा॰ = 0.5 प्रति दिन

एक पारंपरिक सक्रिय स्लज संयंत्र आम तौर पर 0.2 और 0.6 प्रति दिन के बीच F/M अनुपात पर चलता है। बहुत अधिक अनुपात से तंतुनुमा बैक्टीरिया के कारण स्लज का ठीक से अवसादन नहीं हो पाता। बहुत कम अनुपात ऐसे बायोमास को वातित करने में ऊर्जा व्यर्थ करता है, जिसके लिए खाने को बहुत कम बचा हो।

सामान्य प्रचालन सीमाएँ

प्रकाशित डिज़ाइन सारणियाँ वाष्पशील भाग के बजाय कुल ठोस सांद्रता (MLSS) देती हैं। MLVSS इन मानों का वाष्पशील अंश है, इसलिए प्रत्येक सीमा का लगभग 65–85% होता है।

झिल्ली जैव-रिएक्टर बहुत अधिक ठोस सांद्रता पर चल सकते हैं, क्योंकि वे स्पष्टक में गुरुत्वीय अवसादन पर निर्भर होने के बजाय झिल्लियों से ठोसों को अलग करते हैं।

प्रयोगशाला में MLVSS कैसे मापा जाता है

मानक प्रक्रिया में गर्म करने के दो चरण होते हैं:

1. TSS चरण। मिश्रित द्रव की ज्ञात मात्रा को पहले से तौले गए ग्लास फाइबर फ़िल्टर से छाना जाता है, 103–105°C पर कम से कम एक घंटे तक सुखाया जाता है, ठंडा किया जाता है और तौला जाता है। बढ़ा हुआ भार TSS होता है (या जब नमूना मिश्रित द्रव हो, तो MLSS)।
2. भस्मीकरण चरण। उसी फ़िल्टर को भट्ठी में 550 °से॰ पर 15–20 मिनट तक गर्म किया जाता है। जैविक पदार्थ जलकर हट जाता है और अकार्बनिक राख बचती है। फ़िल्टर को फिर ठंडा करके दोबारा तौला जाता है।
3. परिणाम। प्रज्वलन के दौरान घटा हुआ भार वाष्पशील, जैविक अंश होता है, जो MLVSS है।

भट्ठी का तापमान महत्वपूर्ण है। Standard Methods भस्मीकरण चरण को 550 °से॰ पर 50 °से॰ की सहनशीलता के साथ निर्धारित करता है। अधिक गर्म करने पर मैग्नीशियम कार्बोनेट जैसे अकार्बनिक कार्बोनेट टूटने लगते हैं, जिससे मापी गई भार-हानि बढ़ जाती है और वाष्पशील ठोसों का मापन गलत तरीके से अधिक हो जाता है। कम तापमान पर जैविक पदार्थ पूरी तरह नहीं जल पाता।

MLVSS के विकल्प

MLVSS का व्यापक उपयोग इसलिए होता है क्योंकि यह सरल और विश्वसनीय है, लेकिन अन्य विधियाँ बायोमास का अधिक विशिष्ट मापन करती हैं:

• ATP (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट) केवल जीवित कोशिकाओं में पाए जाने वाले अणु को मापता है, इसलिए मृत पदार्थ को शामिल किए बिना सक्रिय बायोमास की गणना करता है। इसके लिए विशेष विश्लेषक चाहिए।
• रेस्पाइरोमेट्री उस दर को मापती है जिस पर बायोमास ऑक्सीजन का उपभोग करता है, जिससे जैविक गतिविधि सीधे दिखाई देती है। यह जाँचने में उपयोगी है कि इनफ्लुएंट बायोमास के लिए विषाक्त है या नहीं।
• DNA परिमाणीकरण और FISH (प्रतिदीप्ति इन सिचु संकरण) विशिष्ट सूक्ष्मजीवों की पहचान और गणना करते हैं। ये मुख्यतः अनुसंधान उपकरण हैं और तंतुमय स्लज बल्किंग के कारण का पता लगाने में उपयोगी हैं।

ये विधियाँ अधिक विवरण देती हैं, लेकिन इनकी लागत और समय दोनों अधिक होते हैं; इसी कारण नियमित प्रक्रिया नियंत्रण के लिए MLVSS मानक बना हुआ है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

MLSS और MLVSS में क्या अंतर है? MLSS वातन टैंक में मौजूद कुल निलंबित ठोस होते हैं, जिनमें जैविक और अकार्बनिक दोनों पदार्थ शामिल होते हैं। MLVSS केवल जैविक भाग है। MLSS, MLVSS और MLFSS (मिश्रित द्रव स्थिर निलंबित ठोस) के योग के बराबर होता है।

सामान्य MLVSS/MLSS अनुपात क्या होता है? पारंपरिक सक्रिय स्लज संयंत्र में यह आम तौर पर 0.65 से 0.85 (65-85%) होता है। कम अनुपात मिश्रण में अकार्बनिक पदार्थ की अधिक मात्रा का संकेत है।

MLVSS F/M अनुपात को कैसे प्रभावित करता है? F/M अनुपात में MLVSS हर होता है। समान जैविक भार पर अधिक MLVSS से F/M अनुपात कम होता है। कम MLVSS से F/M अनुपात अधिक होता है, जो बहुत बढ़ जाने पर खराब तरीके से बैठने वाले तंतुयुक्त बैक्टीरिया को बढ़ावा दे सकता है।

MLVSS अचानक गिरने के क्या कारण हैं? सामान्य कारणों में अत्यधिक स्लज निकासी, इनफ्लुएंट में मौजूद विषाक्त पदार्थों से बायोमास की मृत्यु, भारी वर्षा से टैंक से बायोमास का बह जाना और कम लोड की अवधि, जैसे छुट्टियों के दौरान, भोजन की कम उपलब्धता शामिल हैं।

क्या MLVSS बहुत अधिक हो सकता है? हाँ। अधिक MLVSS से ऑक्सीजन की माँग और इसलिए वातन की ऊर्जा लागत बढ़ती है, द्वितीयक स्पष्टक में ठोसों का अधिक भार पड़ सकता है और घने फ्लोक कणों के केंद्र तक ऑक्सीजन पहुँचने में बाधा आ सकती है।

नमूना लेने के कितनी जल्दी बाद MLVSS मापना चाहिए? Standard Methods के अनुसार प्रक्रिया जल्द से जल्द शुरू करनी चाहिए, क्योंकि ठोसों को संरक्षित नहीं किया जा सकता। नमूनों को 4 °से॰ पर प्रशीतित किया जाना चाहिए, अधिमानतः 24 घंटे से अधिक नहीं रखा जाना चाहिए और कभी भी 7 दिनों से अधिक नहीं।

संदर्भ

1. Water Environment Federation. Operation of Water Resource Recovery Facilities, 7वाँ संस्करण। McGraw-Hill Education, 2018।
2. Metcalf & Eddy. Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery, 5वाँ संस्करण। 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, 23वाँ संस्करण, 2017।
4. U.S. Environmental Protection Agency. Wastewater Technology Fact Sheet: Activated Sludge Process. EPA 832-F-00-016।