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。

残りの浮遊物質は、礫、砂、鉱物などの無機物です。この無機物の割合は固定性浮遊物質（FSS）と呼ばれ、混合液中で測定した場合はMLFSSと呼ばれます。加熱しても燃焼減量しないためです。MLVSSとMLFSSを合わせたものが混合液浮遊物質（MLSS）であり、槽内の浮遊物質濃度の総量を示します。

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

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。

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

• 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の割合。通常の活性汚泥システムでは一般に65–85%

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。

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

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。

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

**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。

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

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

通常の活性汚泥処理場では、MLVSS/MLSS比は通常0.65から0.85の間、つまり浮遊物質の65–85%が有機物です。この範囲を下回る方向への比率の変化は、不活性固形物の蓄積や、工業由来の無機物の流入増加を示すことがあります。範囲の上限に近い比率は、バイオマスの大部分が有機性で活性を持つことを通常意味します。

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の標準試験方法は、Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater（方法2540E）およびEPA法160.4に記載されています。

F/M比の計算方法

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

**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

通常の活性汚泥処理場では、F/M比は通常、1日当たり0.2から0.6の間で運転されます。比率が高すぎると、糸状細菌によって汚泥の沈降性が悪化する糸状性バルキングが起こることがあります。低すぎる比率では、消費できる食物がほとんど残っていないバイオマスの曝気にエネルギーを浪費します。

代表的な運転範囲

公表されている設計表には、揮発性部分ではなく全固形物濃度（MLSS）が示されています。MLVSSはこれらの値のうち揮発性の割合なので、各範囲のおよそ65–85%に相当します。

膜分離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、はるかに高い固形物濃度で運転できます。

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工程。**一定量の混合液を、あらかじめ秤量したガラス繊維ろ紙でろ過し、103–105°Cで少なくとも1時間乾燥させ、冷却して秤量します。増加した質量がTSSです（試料が混合液の場合はMLSS）。
2. **強熱工程。**同じろ紙を炉内で550 °C、15–20分間加熱します。有機物は燃焼して失われ、無機灰分が残ります。その後、ろ紙を冷却して再び秤量します。
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。Standard Methodsでは、強熱工程を550 °C、許容差50 °Cで行うと定めています。温度が高すぎると、炭酸マグネシウムなどの無機炭酸塩が分解し始め、測定される質量減少に加わって揮発性物質の値が過大になります。温度が低すぎると、有機物が完全には燃焼しないことがあります。

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。

代表的なMLVSS/MLSS比はどのくらいですか？ 通常の活性汚泥処理場では、通常0.65から0.85（65-85%）です。比率が低い場合は、混合液中の無機物が多いことを示します。

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。

採取後どのくらいでMLVSSを測定すべきですか？ Standard Methodsでは、固形物は保存できないため、できるだけ早く測定を開始するよう定めています。試料は4 °Cで冷蔵し、できれば24時間を超えて保持せず、最長でも7日を超えないようにします。

参考文献

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