MLVSS-kalkulátor szennyvíztisztításhoz

A kevert folyadék illékony lebegőanyag-tartalma (MLVSS) az eleveniszapos levegőztető medencében található lebegőanyag szerves, biológiailag lebontható része. A szennyvizet kezelő aktív mikroorganizmusok mennyiségének helyettesítő mérőszámaként használják. Ez a kalkulátor laboratóriumi adatok alapján, a VSS-százalékos módszerrel vagy az FSS (fix lebegőanyag) módszerrel határozza meg az MLVSS-t.

Mi az MLVSS?

Az eleveniszapos eljárást alkalmazó szennyvíztisztító telepek mikroorganizmusokra támaszkodnak a szerves szennyezőanyagok lebontásában. A levegőztető medencében lévő víz, mikroorganizmusok és szilárd anyagok keverékét kevert folyadéknak nevezik. A keverék lebegőanyagának egy része szerves anyag, főként élő és elhalt mikroorganizmusokból áll. Ez a szerves frakció az illékony lebegőanyag, és amikor a kevert folyadékban mérik, MLVSS-nek nevezik.

A lebegő szilárd anyagok fennmaradó része szervetlen anyag, például szemcsés anyag, homok és ásványi anyagok. Ezt a szervetlen frakciót fix lebegő szilárd anyagnak (FSS), illetve kevert folyadékban mérve MLFSS-nek nevezik, mivel hevítéskor nem ég ki. Az MLVSS és az MLFSS együtt alkotja a kevert folyadék lebegő szilárdanyag-tartalmát (MLSS), vagyis a medencében lévő teljes lebegőanyag-koncentrációt.

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

Az üzemeltetők azért követik nyomon az MLVSS-t, mert az közelítőleg kifejezi a tisztítást végző biológiai állomány méretét. Az állandó MLVSS-szint általában stabil, kiszámítható tisztítást jelez. A hirtelen csökkenés mérgező befolyó vizet, túlzott iszapeltávolítást vagy a biomasszát a medencéből kimosó viharos esőzést jelezhet.

Az MLVSS kiszámítása

Az MLVSS kiszámításának két elterjedt módja van, és pontos laboratóriumi mérések esetén mindkettőnek ugyanazt az eredményt kell adnia.

A VSS százalékos módszere

Egyes laboratóriumok a VSS-t a TSS (teljes lebegőanyag) százalékaként adják meg. Ebben az esetben:

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

• MLVSS = a kevert folyadék illékony lebegőanyaga (mg/L)
• TSS = teljes lebegőanyag (mg/L)
• VSS% = a lebegőanyag illékony része, rendszerint 65–85% a hagyományos eleveniszapos rendszerben

Az FSS-módszer

Más laboratóriumok közvetlenül a fix (szervetlen) frakciót adják meg. Ebben az esetben az MLVSS kivonással határozható meg:

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

Mivel a VSS és az FSS összege mindig a TSS, ez a képlet ugyanazt az eredményt adja, mint a százalékos módszer, ha az alapul szolgáló mérések megegyeznek. Ha a két módszer ugyanarra a mintára észrevehetően eltérő eredményt ad, ellenőrizni kell a laboratóriumi adatokat vagy a minta kezelését.

Megoldott példa

Számítási példa 1: VSS százalékos módszer. Egy üzemeltető 3 500 mg/L TSS-t mér a levegőztető medencében, 75%-os VSS-aránnyal.

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

Számítási példa 2: FSS-módszer. Ugyanezt a medencét közvetlenül is megmérik: a TSS 3 500 mg/L, az FSS pedig 875 mg/L.

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

A két módszer a várakozásnak megfelelően megegyezik, mivel 875 mg/L FSS pontosan 25%-a a 3 500 mg/L TSS-nek.

A kalkulátor használata

1. Adja meg a teljes lebegőanyag (TSS) értékét mg/L-ben.
2. Válasszon számítási módszert: „VSS-százalék használata” vagy „Fix lebegőanyag (FSS) használata”.
3. Adja meg a második értéket: a VSS százalékát (0-100%) vagy az FSS értékét mg/L-ben.
4. Olvassa le az MLVSS eredményét mg/L-ben; az eredmény a képlettel és a felhasznált számokkal együtt jelenik meg.

A kalkulátor ellenőrzi, hogy a TSS nulla vagy annál nagyobb-e, hogy a VSS százaléka 0 és 100 között van-e, valamint hogy az FSS nem haladja-e meg a TSS-t, mivel az FSS a TSS része. Ha valamelyik ellenőrzés sikertelen, a javítandó problémát ismertető üzenet jelenik meg.

Az MLVSS/MLSS arány

Hagyományos eleveniszapos telepen az MLVSS/MLSS arány általában 0,65 és 0,85 között van, ami azt jelenti, hogy a lebegőanyag 65–85%-a szerves. Az ennél alacsonyabbra tolódó arány jelezheti az inert szilárd anyagok felhalmozódását vagy ipari forrásból származó többlet szervetlen anyag bejutását. A tartomány felső széléhez közeli arány általában azt jelenti, hogy a biomassza nagyrészt szerves és aktív.

Miért fontos az MLVSS a folyamatirányításban?

Az MLVSS több olyan számítás alapja, amelyet az üzemeltetők naponta használnak:

• Táplálék–mikroorganizmus (F/M) arány: a beérkező szerves terhelést a kezeléséhez rendelkezésre álló biomassza mennyiségével hasonlítja össze.
• Szilárdanyag-visszatartási idő (SRT), más néven iszapkor: azt mutatja meg, mennyi ideig marad a biomassza a rendszerben; ez befolyásolja a tisztítás stabilitását és az ammónia eltávolításának, vagyis a nitrifikációnak a képességét.
• Iszaptermelés: több biomassza általában több elvezetendő és ártalmatlanítandó iszapot jelent.
• Oxigénigény: a biomasszának oxigénre van szüksége a működéshez, ezért a levegőztetés energiafelhasználása nagyjából az MLVSS-sel arányosan változik.

Az MLVSS szabványos laboratóriumi módszereit a Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (2540E módszer) és az EPA 160,4 módszere ismerteti.

Az F/M arány kiszámítása

$\text{F/M arány} = \frac{\text{A befolyó víz BOI-terhelése (kg/nap)}}{\text{A medencében lévő MLVSS tömege (kg)}}$

Példa. Egy telepen a következő értékek ismertek:

• Befolyó vízhozam = 10 000 m³/nap
• Befolyó BOI = 250 mg/L
• A levegőztető medence térfogata = 2 000 m³
• MLVSS = 2 500 mg/L

Mivel 1 mg/L koncentrációjú anyag m³/nap mértékegységben mért vízhozam esetén napi 1 gramm tömegnek felel meg, a kg/nap mértékegységű terhelés szorzással és 1 000-el való osztással számítható:

• Befolyó BOI-terhelés = 10 000 m³/nap × 250 mg/L ÷ 1 000 = 2 500 kg/nap
• MLVSS tömege = 2 000 m³ × 2 500 mg/L ÷ 1 000 = 5 000 kg
• F/M arány = 2 500 kg/nap ÷ 5 000 kg = 0,5 naponta

Egy hagyományos eleveniszapos telep F/M aránya jellemzően 0,2 és 0,6 között van naponta. A túl magas arány fonalas iszapduzzadást okozhat, amelynél a fonalszerű baktériumok miatt az iszap rosszul ülepszik. A túl alacsony arány energiát pazarol olyan biomassza levegőztetésére, amelynek már kevés elfogyasztható tápláléka maradt.

Jellemző üzemi tartományok

A közzétett tervezési táblázatok az illékony rész helyett a teljes szilárdanyag-koncentrációt (MLSS) adják meg. Az MLVSS ezeknek az értékeknek az illékony része, így az egyes tartományok hozzávetőleg 65–85%-a.

A membránbioreaktorok jóval nagyobb szilárdanyag-koncentráció mellett is üzemelhetnek, mivel a szilárd anyagokat membránokkal választják el, nem pedig derítőben történő gravitációs ülepítésre támaszkodnak.

Az MLVSS laboratóriumi mérése

A szokásos eljárás két hevítési lépésből áll:

1. TSS-lépés. A kevert folyadék ismert térfogatát előre lemért üvegszálas szűrőn szűrik át, legalább egy órán át 103–105°C-on szárítják, lehűtik, majd lemérik. A tömegnövekedés a TSS, illetve kevert folyadékból származó minta esetén az MLSS.
2. Izzítási lépés. Ugyanezt a szűrőt kemencében 550 °C-on 15–20 percig hevítik. A szerves anyag kiég, és szervetlen hamu marad vissza. A szűrőt ismét lehűtik és lemérik.
3. Eredmény. Az izzítás során elvesztett tömeg az illékony, szerves rész, vagyis az MLVSS.

A kemence hőmérséklete fontos. A Standard Methods az izzítási lépést 550 °C-on, 50 °C tűréssel határozza meg. Magasabb hőmérsékleten a szervetlen karbonátok, például a magnézium-karbonát, bomlani kezdenek, ami növeli a mért tömegveszteséget, és tévesen magas illékonyanyag-értéket ad. Alacsonyabb hőmérsékleten a szerves anyag nem feltétlenül ég ki teljesen.

Az MLVSS alternatívái

Az MLVSS-t egyszerűsége és megbízhatósága miatt széles körben használják, de más módszerek specifikusabban mérik a biomasszát:

• ATP (adenozin-trifoszfát): csak az élő sejtekben megtalálható molekulát mér, így az elhalt anyag nélkül számolja az aktív biomasszát. Külön analizátort igényel.
• Respirometria: azt méri, milyen sebességgel fogyaszt oxigént a biomassza, ami közvetlenül jelzi a biológiai aktivitást. Hasznos annak vizsgálatára, hogy a befolyó víz mérgező-e a biomasszára.
• DNS-kvantifikáció és FISH (fluoreszcens in situ hibridizáció): azonosítja és megszámolja a meghatározott mikroorganizmusokat. Ezek elsősorban kutatási eszközök, amelyek hasznosak a fonalas felúszás okának felderítésében.

Ezek a módszerek részletesebb információt adnak, de drágábbak és időigényesebbek, ezért az MLVSS továbbra is a rutin folyamatirányítás bevett mérőszáma.

Gyakran ismételt kérdések

Mi a különbség az MLSS és az MLVSS között? Az MLSS a levegőztető medencében lévő teljes lebegőanyag, beleértve a szerves és a szervetlen anyagokat is. Az MLVSS csak a szerves részt jelenti. Az MLSS egyenlő az MLVSS és az MLFSS (a kevert folyadék fix lebegőanyaga) összegével.

Mekkora az MLVSS/MLSS jellemző aránya? Hagyományos eleveniszapos telepen általában 0,65 és 0,85 között van (65-85%). Az alacsonyabb arány több szervetlen anyagot jelez a keverékben.

Hogyan befolyásolja az MLVSS az F/M arányt? Az MLVSS az F/M arány nevezője. Azonos szerves terhelés mellett a magasabb MLVSS alacsonyabb F/M arányt eredményez. Az alacsonyabb MLVSS magasabb F/M arányt ad, ami elősegítheti a rosszul ülepedő fonalas baktériumok elszaporodását, ha az arány túl magasra emelkedik.

Mi okozza az MLVSS hirtelen csökkenését? Gyakori ok a túlzott iszapeltávolítás, a biomasszát elpusztító mérgező anyag a befolyó vízben, a biomasszát a medencéből kimosó heves esőzés, valamint a csekély terhelésű időszakokban, például ünnepek alatt fellépő alacsony táplálék-ellátottság.

Lehet túl magas az MLVSS? Igen. A magas MLVSS növeli az oxigénigényt és ezáltal a levegőztetés energiaköltségét, szilárd anyaggal túlterhelheti a másodlagos derítőt, és akadályozhatja az oxigén eljutását a sűrű pelyhek belsejébe.

Milyen hamar kell megmérni az MLVSS-t a mintavétel után? A Standard Methods szerint a vizsgálatot a lehető leghamarabb meg kell kezdeni, mivel a szilárd anyagok nem tartósíthatók. A mintákat 4 °C-on kell hűtve tárolni, lehetőleg legfeljebb 24 órán át, de soha nem tovább 7 napnál.

Hivatkozások

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