Kalkulator MLVSS-a za pročišćavanje otpadnih voda

Hlapljive suspendirane tvari miješane tekućine (MLVSS) organski su, biorazgradivi dio suspendiranih tvari u aeracijskom bazenu s aktivnim muljem. Upotrebljavaju se kao zamjensko mjerenje količine aktivnih mikroorganizama koji pročišćavaju otpadnu vodu. Ovaj kalkulator izračunava MLVSS iz laboratorijskih podataka metodom postotka VSS-a ili metodom FSS-a (fiksnih suspendiranih tvari).

Što je MLVSS?

Uređaji za pročišćavanje otpadnih voda koji primjenjuju postupak s aktivnim muljem oslanjaju se na mikroorganizme za razgradnju organskih onečišćujućih tvari. Mješavina vode, mikroorganizama i krutih tvari u aeracijskom bazenu naziva se miješana tekućina. Dio suspendiranih tvari u toj mješavini čini organski materijal, uglavnom živi i mrtvi mikroorganizmi. Ta organska frakcija predstavlja hlapljive suspendirane tvari, a kada se mjeri u miješanoj tekućini, naziva se MLVSS.

Ostatak suspendiranih tvari čini anorganski materijal, poput šljunka, pijeska i minerala. Ta se anorganska frakcija naziva fiksnim suspendiranim tvarima (FSS), odnosno MLFSS-om kada se mjeri u miješanoj tekućini, jer ne izgara pri zagrijavanju. Zajedno MLVSS i MLFSS čine suspendirane tvari miješane tekućine (MLSS), odnosno ukupnu koncentraciju suspendiranih tvari u bazenu.

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

Operateri prate MLVSS jer približno pokazuje veličinu biološke radne populacije koja provodi pročišćavanje. Stabilna razina MLVSS-a općenito znači stabilno i predvidljivo pročišćavanje. Nagli pad može upućivati na toksični dotok, prekomjerno izdvajanje mulja ili oborinsku vodu koja ispire biomasu iz bazena.

Kako izračunati MLVSS

Postoje dva uobičajena načina izračuna MLVSS-a i oba bi trebala dati isti rezultat ako su laboratorijska mjerenja točna.

Metoda postotka VSS-a

Neki laboratoriji navode VSS kao postotak TSS-a (ukupnih suspendiranih tvari). U tom slučaju:

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

• MLVSS = hlapljive suspendirane tvari miješane suspenzije (mg/L)
• TSS = ukupne suspendirane tvari (mg/L)
• VSS% = udio suspendiranih tvari koji je hlapljiv, obično 65–85% u konvencionalnom sustavu s aktivnim muljem

Metoda FSS-a

Drugi laboratoriji izravno navode fiksnu (anorgansku) frakciju. U tom se slučaju MLVSS dobiva oduzimanjem:

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

Budući da se VSS i FSS uvijek zbrajaju u TSS, ova formula daje isti rezultat kao metoda postotka kada se rezultati mjerenja podudaraju. Ako dvije metode daju primjetno različite rezultate za isti uzorak, treba provjeriti laboratorijske podatke ili rukovanje uzorkom.

Primjer izračuna

Primjer 1: metoda postotka VSS-a. Operater u aeracijskom bazenu izmjeri TSS od 3.500 mg/L, uz postotak VSS-a od 75 %.

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

Primjer 2: metoda FSS-a. U istom se bazenu također izravno mjere vrijednosti: TSS iznosi 3.500 mg/L, a FSS 875 mg/L.

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

Obje se metode podudaraju, kao što se očekuje, jer je 875 mg/L FSS-a točno 25 % od 3.500 mg/L TSS-a.

Kako se upotrebljava ovaj kalkulator

1. Unesite vrijednost ukupnih suspendiranih tvari (TSS) u mg/L.
2. Odaberite metodu izračuna: „Upotrebom postotka VSS-a” ili „Upotrebom fiksnih suspendiranih tvari (FSS)”.
3. Unesite drugu vrijednost: postotak VSS-a (0-100%) ili vrijednost FSS-a u mg/L.
4. Očitajte rezultat MLVSS-a u mg/L, prikazan zajedno s formulom i upotrijebljenim brojkama.

Kalkulator provjerava je li TSS jednak nuli ili veći, je li postotak VSS-a između 0 i 100 te prelazi li FSS vrijednost TSS-a, budući da je FSS dio TSS-a. Ako provjera nije uspješna, prikazuje poruku s objašnjenjem što treba ispraviti.

Omjer MLVSS/MLSS

U konvencionalnom uređaju s aktivnim muljem omjer MLVSS/MLSS obično je između 0,65 i 0,85, što znači da je 65–85% suspendiranih tvari organskog podrijetla. Omjer koji se spusti ispod tog raspona može upućivati na nakupljanje inertnih krutih tvari ili dodatni unos anorganskog materijala iz industrijskog izvora. Omjer blizu gornje granice raspona obično znači da je biomasa uglavnom organska i aktivna.

Zašto je MLVSS važan za upravljanje procesom

MLVSS se upotrebljava u nekoliko izračuna koje operateri svakodnevno provode:

• Omjer hrane i mikroorganizama (F/M): uspoređuje organsko opterećenje koje dotječe s količinom biomase dostupne za njegovu obradu.
• Vrijeme zadržavanja krutih tvari (SRT), koje se naziva i starošću mulja: pokazuje koliko dugo biomasa ostaje u sustavu, što utječe na stabilnost pročišćavanja i sposobnost uklanjanja amonijaka (nitrifikaciju).
• Proizvodnja mulja: veća količina biomase općenito znači više mulja za izdvajanje i zbrinjavanje.
• Potreba za kisikom: biomasi je za rad potreban kisik, pa se potrošnja energije za aeraciju približno prati s MLVSS-om.

Standardne laboratorijske metode za MLVSS opisane su u djelu Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (metoda 2540E) i metodi EPA-e 160,4.

Kako izračunati omjer F/M

$\text{Omjer F/M} = \frac{\text{Opterećenje dotokom BPK-a (kg/dan)}}{\text{Masa MLVSS-a u bazenu (kg)}}$

Primjer. Uređaj ima sljedeće vrijednosti:

• Protok dotoka = 10.000 m³/dan
• BPK dotoka = 250 mg/L
• Volumen aeracijskog bazena = 2.000 m³
• MLVSS = 2.500 mg/L

Budući da 1 mg/L u protoku izraženom u m³/dan odgovara 1 gramu mase dnevno, opterećenje u kg/dan dobiva se množenjem i dijeljenjem s 1.000:

• Opterećenje BPK-a dotoka = 10.000 m³/dan × 250 mg/L ÷ 1.000 = 2.500 kg/dan
• Masa MLVSS-a = 2.000 m³ × 2.500 mg/L ÷ 1.000 = 5.000 kg
• Omjer F/M = 2.500 kg/dan ÷ 5.000 kg = 0,5 dnevno

Konvencionalni uređaj s aktivnim muljem obično radi s omjerom F/M između 0,2 i 0,6 dnevno. Previsok omjer može uzrokovati vlaknasto bubrenje mulja, pri kojem bakterije nalik nitima pogoršavaju taloženje mulja. Prenizak omjer uzrokuje rasipanje energije na aeraciju biomase kojoj je preostalo malo hrane za potrošnju.

Uobičajeni rasponi rada

Objavljene projektne tablice navode ukupnu koncentraciju krutih tvari (MLSS), a ne hlapljivi dio. MLVSS je hlapljivi udio tih vrijednosti, dakle približno 65–85% svakog raspona.

Membranski bioreaktori mogu raditi s mnogo većom koncentracijom krutih tvari jer ih odvajaju membranama, umjesto da se oslanjaju na gravitacijsko taloženje u taložniku.

Kako se MLVSS mjeri u laboratoriju

Standardni postupak ima dva koraka zagrijavanja:

1. Korak TSS-a. Poznati se volumen miješane suspenzije filtrira kroz prethodno izvagani filtar od staklenih vlakana, suši pri 103–105°C najmanje jedan sat, hladi i važe. Dobivena masa predstavlja TSS (ili MLSS kada je uzorak miješana suspenzija).
2. Korak žarenja. Isti se filtar zagrijava u peći pri 550 °C tijekom 15–20 minuta. Organski materijal izgara, a ostaje anorganski pepeo. Filtar se ponovno hladi i važe.
3. Rezultat. Masa izgubljena tijekom žarenja hlapljivi je, organski dio, odnosno MLVSS.

Temperatura peći je važna. Standard Methods propisuje da se korak žarenja provodi na 550 °C uz dopušteno odstupanje od 50 °C. Pri višoj temperaturi anorganski se karbonati, poput magnezijeva karbonata, počinju razgrađivati, čime se povećava izmjereni gubitak mase i dobiva lažno visok rezultat hlapljivih tvari. Pri nižoj temperaturi organski materijal možda neće potpuno izgorjeti.

Alternative MLVSS-u

MLVSS se široko upotrebljava jer je jednostavan i pouzdan, ali druge metode mjere biomasu preciznije:

• ATP (adenozin-trifosfat) mjeri molekulu koja se nalazi samo u živim stanicama, pa određuje aktivnu biomasu bez mrtvog materijala. Zahtijeva poseban analizator.
• Respirometrija mjeri brzinu kojom biomasa troši kisik, što izravno pokazuje biološku aktivnost. Korisna je za ispitivanje toksičnosti dotoka za biomasu.
• Kvantifikacija DNK-a i FISH (fluorescentna hibridizacija in situ) identificiraju i broje specifične mikroorganizme. To su uglavnom istraživački alati, korisni za pronalaženje uzroka nitastog bubrenja mulja.

Ove metode daju više pojedinosti, ali su skuplje i zahtijevaju više vremena, zbog čega MLVSS ostaje standard za rutinsko upravljanje procesom.

Često postavljana pitanja

Koja je razlika između MLSS-a i MLVSS-a? MLSS su ukupne suspendirane tvari u aeracijskom bazenu, uključujući organski i anorganski materijal. MLVSS je samo organski dio. MLSS je jednak zbroju MLVSS-a i MLFSS-a (fiksnih suspendiranih tvari miješane suspenzije).

Koji je uobičajeni omjer MLVSS/MLSS? U konvencionalnom uređaju s aktivnim muljem obično iznosi od 0,65 do 0,85 (65-85%). Niži omjer upućuje na veću količinu anorganskog materijala u mješavini.

Kako MLVSS utječe na omjer F/M? MLVSS je nazivnik u omjeru F/M. Veći MLVSS pri istom organskom opterećenju daje niži omjer F/M. Niži MLVSS daje viši omjer F/M, što može potaknuti bakterije koje stvaraju niti i loše se talože ako omjer postane previsok.

Što uzrokuje nagli pad MLVSS-a? Uobičajeni uzroci uključuju prekomjerno izdvajanje mulja, toksične tvari u dotoku koje uništavaju biomasu, obilnu kišu koja ispire biomasu iz bazena i slabu dostupnost hrane tijekom razdoblja malog opterećenja, primjerice tijekom praznika.

Može li MLVSS biti previsok? Da. Visok MLVSS povećava potrebu za kisikom, a time i trošak energije za aeraciju, može preopteretiti sekundarni taložnik krutim tvarima te ograničiti dopiranje kisika do unutrašnjosti gustih pahuljica.

Koliko brzo nakon uzorkovanja treba izmjeriti MLVSS? Standard Methods navodi da treba započeti što prije jer se krute tvari ne mogu konzervirati. Uzorke treba čuvati u hladnjaku pri 4 °C, po mogućnosti ne dulje od 24 sata, a nikada dulje od 7 dana.

Reference

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