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MLVSSカリキュレーター - 排水処理プロセス管理ツール

活性汚泥のTSS（浮遊物質濃度）とVSS割合、またはFSSの値から、MLVSS（混合液揮発性懸濁物質）を計算する無料ツール。計算式と具体的な計算例に加え、F/M比の目安も示し、排水処理施設の運転管理者が生物量や汚泥齢をモニタリングし、処理工程を管理する際に役立つ。

MLVSSカリキュレーター

排水処理プロセスのための混合液揮発性懸濁固形物（MLVSS）を計算

入力パラメータ

mg/L
計算方法
%

結果

MLVSS結果
1,875.00mg/L

VSS割合法を使用

MLVSS = TSS × (VSS% ÷ 100)
MLVSS = 2,500.00 × (75.00 ÷ 100)
MLVSS = 1,875.00 mg/L

MLVSSとは？

混合液揮発性懸濁固形物（MLVSS）は、曝気槽内の懸濁固形物の有機分画を表す排水処理の重要なパラメータです。

MLVSSは、生物学的処理プロセスの監視と制御に重要な、システム内の活性バイオマスの量を決定するために使用されます。

MLVSSは、TSSのVSS割合を使用するか、全懸濁固形物（TSS）から固定懸濁固形物（FSS）を減算することで計算できます。

ローディング計算機...
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ドキュメンテーション

排水処理用MLVSS計算機

混合液揮発性浮遊物質（MLVSS）は、活性汚泥曝気槽内の浮遊物質に含まれる有機性で生分解可能な部分です。排水を処理している活性微生物量の代替指標として使われます。この計算機は、VSS百分率法またはFSS（固定性浮遊物質）法を用いて、試験室データからMLVSSを求めます。

MLVSSとは？

活性汚泥法を用いる排水処理場では、微生物によって有機汚染物質を分解します。曝気槽内の水、微生物、固形物の混合物を混合液と呼びます。この混合物中の浮遊物質の一部は有機物で、その大部分は生きた微生物と死んだ微生物です。この有機物の割合が揮発性浮遊物質であり、混合液中で測定したものをMLVSSと呼びます。

浮遊物質の残りは、砂利、砂、鉱物などの無機物です。この無機物の部分は、加熱しても燃え尽きないため、固定性浮遊物質（FSS）と呼ばれます。MLVSSとFSSを合わせたものが、槽内の浮遊物質の総濃度である混合液浮遊物質（MLSS）です。

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

運転員がMLVSSを追跡するのは、処理を担う生物群の規模を近似できるためです。MLVSSが安定していれば、通常は処理も安定し予測しやすい状態です。急激な低下は、毒性のある流入水、過剰な余剰汚泥の引き抜き、または暴雨による槽内バイオマスの流出を示すことがあります。

MLVSSの計算方法

MLVSSの計算には一般的な方法が二つあり、試験室での測定が正確なら、どちらも同じ答えになります。

VSS百分率法

試験室によっては、VSSをTSS（全浮遊物質）に対する百分率で報告します。その場合は次のようになります。

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

  • MLVSS＝混合液揮発性浮遊物質（mg/L）
  • TSS＝全浮遊物質（mg/L）
  • VSS% = 浮遊物質のうち揮発性である割合で、活性汚泥システムでは通常70から80パーセントです

FSS法

別の試験室では、固定性（無機性）割合を直接報告します。その場合、MLVSSは減算によって求めます。

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

VSSとFSSの合計は常にTSSになるため、基礎となる測定値が一致していれば、この式は百分率法と同じ結果になります。同じ試料で二つの方法の答えが大きく異なる場合は、試験室のデータまたは試料の取り扱いを確認する必要があります。

計算例

**例1：VSS百分率法。**運転員が曝気槽のTSSを3,500 mg/L、VSS百分率を75%と測定しました。

MLVSS=3,500×75100=2,625 mg/L\text{MLVSS} = 3{,}500 \times \frac{75}{100} = 2{,}625 \text{ mg/L}

**例2：FSS法。**同じ槽について直接測定したところ、TSSは3,500 mg/L、FSSは875 mg/Lでした。

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

予想どおり、両方の方法は一致します。これは、FSSの875 mg/LがTSSの3,500 mg/Lのちょうど25%に当たるためです。

この計算機の使い方

  1. 全浮遊物質（TSS）の値をmg/L単位で入力します。
  2. 計算方法として「VSS百分率を使用」または「固定性浮遊物質（FSS）を使用」を選びます。
  3. 2番目の値を入力します。VSS百分率（0-100%）またはmg/L単位のFSS値のいずれかです。
  4. 式と使用した数値とともに表示されるMLVSSの結果をmg/L単位で確認します。

計算機は、TSSがゼロ以上であること、VSS百分率が0から100の範囲内であること、FSSがTSSを超えないことを確認します。FSSはTSSの一部だからです。確認に失敗すると、修正すべき内容を説明するメッセージが表示されます。

MLVSS/MLSS比

ペンシルベニア州環境保護局の運転員研修モジュールは、MLVSS/MLSS比の一般的な最適値を0.7から0.8としており、これは浮遊物質の70から80パーセントが有機物であることを意味します。比がこの範囲を下回る場合は、不活性な固形物が蓄積しているか、工業系の排出源から余分な無機物が流入していることを示す可能性があります。比が範囲の上限に近い場合は、通常、バイオマスの大部分が有機物で活性があることを意味します。

プロセス制御でMLVSSが重要な理由

MLVSSは、運転員が日常的に使う複数の計算に利用されます。

  • 基質・微生物比（F/M比）：流入する有機物負荷と、それを処理できるバイオマス量を比較します。
  • 固形物滞留時間（SRT）（汚泥齢ともいう）：バイオマスがシステム内に滞留する期間で、処理の安定性やアンモニアを除去する能力（硝化）に影響します。
  • 汚泥生成量：一般にバイオマスが多いほど、引き抜いて処分する汚泥も増えます。
  • 酸素需要量：バイオマスが活動するには酸素が必要なため、曝気にかかるエネルギー使用量はおおむねMLVSSに応じて変化します。

MLVSSの標準的な試験室での方法は、Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater（方法2540E）と、EPA法160.4に記載されています。

F/M比の計算方法

F/M比=流入BOD負荷（kg/day）槽内のMLVSS質量（kg）\text{F/M比} = \frac{\text{流入BOD負荷（kg/day）}}{\text{槽内のMLVSS質量（kg）}}

**例。**ある処理場の値は次のとおりです。

  • 流入水量＝10,000 m³/day
  • 流入BOD＝250 mg/L
  • 曝気槽容量＝2,000 m³
  • MLVSS＝2,500 mg/L

m³/dayで表した流量では、1 mg/Lが1日当たり1グラムの質量に相当するため、kg/day単位の負荷は、乗算して1,000で除算すれば求められます。

  • 流入BOD負荷＝10,000 m³/day × 250 mg/L ÷ 1,000＝2,500 kg/day
  • MLVSS質量＝2,000 m³ × 2,500 mg/L ÷ 1,000＝5,000 kg
  • F/M比＝2,500 kg/day ÷ 5,000 kg＝日当たり0.5

従来型の活性汚泥処理場は、通常、F/M比を一日あたり0.2から0.5で運転します。同じ資料には、長時間曝気法（0.01から0.07）と接触安定法（0.15から0.2）についてより低い範囲も挙げられており、個々の処理場に最適な値は、その運転状況を監視することでしか見つけられないと述べています。比が高すぎると、糸状性バルキングが起こることがあり、これは糸状の細菌によって汚泥の沈降が悪くなる現象です。比が低すぎると、食べるものがほとんど残っていないバイオマスに曝気をするため、エネルギーが無駄になります。

MLVSSの一般的な運転範囲

処理方式一般的なMLVSS
従来型活性汚泥法1,500-3,500 mg/L
長時間曝気法2,000-5,000 mg/L
回分式活性汚泥法（SBR）2,000-4,000 mg/L
膜型バイオリアクター（MBR）8,000-12,000 mg/L

膜型バイオリアクターは、沈殿池での重力沈降に頼らず、膜で固形物を分離するため、はるかに高いMLVSSで運転できます。

試験室でのMLVSSの測定方法

標準手順には二つの加熱工程があります。

  1. TSSの手順。 既知の体積の混合液を、あらかじめ重さを量ったガラス繊維フィルターでろ過し、103-105°Cで少なくとも一時間乾燥させ、冷却して重さを量ります。増えた重さがTSS（試料が混合液の場合はMLSS）です。
  2. 強熱の手順。 同じフィルターをマッフル炉の550 °Cで強熱します。有機物は燃え尽き、無機物の灰が残ります。フィルターを冷却し、もう一度重さを量ります。
  3. **結果。**強熱中に失われた質量が揮発性の有機物部分、すなわちMLVSSです。

炉の温度は重要です。炉が高温すぎると、一部の無機炭酸塩が分解し、揮発性の測定値が実際より高く出ます。低温すぎると、有機物が完全に燃え尽きないことがあります。このため、この方法では温度を550 °Cに定めています。

MLVSSの代替指標

MLVSSは簡単で信頼性が高いため広く使われていますが、バイオマスをより特異的に測定する方法もあります。

  • **ATP（アデノシン三リン酸）**は生細胞だけに存在する分子を測定するため、死んだ物質を含めずに活性バイオマスを数えられます。専用の分析装置が必要です。
  • 呼吸測定法は、バイオマスが酸素を消費する速度を測定し、生物活性を直接示します。流入水がバイオマスに対して毒性を持つかどうかの試験に役立ちます。
  • **DNA定量およびFISH（蛍光 in situ ハイブリダイゼーション）**は、特定の微生物を同定して数えます。主に研究用の手法で、糸状性バルキングの原因究明に役立ちます。

これらの方法はより詳細な情報を得られますが、費用と時間がかかるため、日常的なプロセス制御ではMLVSSが標準であり続けています。

よくある質問

MLSSとMLVSSの違いは何ですか？ MLSSは曝気槽内の浮遊物質の総量で、有機物と無機物の両方を含みます。MLVSSは有機物部分だけです。MLSSはMLVSSとMLFSS（混合液固定浮遊物質）の合計です。

一般的なMLVSS/MLSS比はどのくらいですか？ 運転員向けの研修資料は、一般的な最適値を0.7から0.8（70から80パーセント）としています。比が低い場合は、混合液中に無機物が多いことを示唆します。

MLVSSはF/M比にどのような影響を与えますか？ MLVSSはF/M比の分母です。同じ有機物負荷なら、MLVSSが高いほどF/M比は低くなります。MLVSSが低いとF/M比は高くなり、上がりすぎると沈降性の悪い糸状細菌が増えることがあります。

MLVSSが急激に低下する原因は何ですか？ 一般的な原因には、過剰な余剰汚泥の引き抜き、流入水中の毒性物質によるバイオマスの死滅、豪雨による槽内バイオマスの流出、休日など負荷が軽い期間の食物不足があります。

MLVSSが高すぎることはありますか？ あります。MLVSSが高いと酸素需要量が増え、それに伴って曝気エネルギー費も増加します。また、二次沈殿池に固形物を過剰に流入させたり、高密度のフロック粒子の中心部への酸素供給を妨げたりすることがあります。

サンプリングからどのくらいの時間内にMLVSSを測定すべきですか？ できるだけ早くです。EPA法160.4は、試料の保存は現実的ではないと述べているため、分析はすみやかに始めるべきです。遅れが避けられない場合は、試料を4 °Cで冷蔵するか、氷で冷やします。

参考文献

  1. U.S. Environmental Protection Agency. Method 160.4: Residue, Volatile (Gravimetric, Ignition at 550°C) by Muffle Furnace. EPA法160.4 — 550 °Cでの強熱。強熱で失われた重さが揮発性残留物で、活性汚泥中の有機物のおおまかな指標です。
  2. National Environmental Methods Index (USGS/EPA). EPA-NERL 160.2: Non-filterable Residue by Drying Oven. NEMI法の概要 160.2 — 浮遊物質をガラス繊維フィルターでろ過し、103-105°Cで乾燥します。
  3. Pennsylvania Department of Environmental Protection. Wastewater Treatment Plant Operator Certification Training, Module 16: The Activated Sludge Process, Part II. PA DEP モジュール16 — 活性汚泥処理場における一般的な最適MLVSS/MLSS比は、0.7から0.8の間です。
  4. Pennsylvania Department of Environmental Protection. Desired F/M Ratio. PA DEPのF/M計算機の注記 — 処理方式ごとの一般的なF/Mの範囲。従来型活性汚泥法は0.2から0.5です。