MLVSS skaičiuotuvas nuotekų valymui

Mišinio lakiosios skendinčiosios medžiagos (MLVSS) yra organinė, biologiškai skaidoma skendinčiųjų medžiagų dalis aerotanke, kuriame vyksta aktyviojo dumblo procesas. Jis naudojamas kaip aktyvių mikroorganizmų, valančių nuotekas, kiekio pakaitinis rodiklis. Šis skaičiuotuvas nustato MLVSS pagal laboratorinius duomenis, taikant lakiųjų skendinčiųjų medžiagų procentinės dalies arba fiksuotųjų skendinčiųjų medžiagų (FSS) metodą.

Kas yra MLVSS?

Nuotekų valyklos, kuriose taikomas aktyviojo dumblo procesas, remiasi mikroorganizmais organiniams teršalams skaidyti. Vandens, mikroorganizmų ir kietųjų dalelių mišinys aerotanke vadinamas mišriuoju skysčiu. Dalis šio mišinio skendinčiųjų medžiagų yra organinė medžiaga, kurią daugiausia sudaro gyvi ir negyvi mikroorganizmai. Ši organinė frakcija vadinama lakiosiomis skendinčiosiomis medžiagomis, o mišriajame skystyje išmatuota jos dalis vadinama MLVSS.

Likusi skendinčiųjų medžiagų dalis yra neorganinė medžiaga, pavyzdžiui, smulkios mineralinės dalelės, smėlis ir mineralai. Ši neorganinė frakcija vadinama fiksuotosiomis skendinčiosiomis medžiagomis (FSS), o išmatuota mišriajame skystyje – MLFSS, nes kaitinama ji nesudega. Kartu MLVSS ir MLFSS sudaro mišriojo skysčio skendinčiąsias medžiagas (MLSS), t. y. bendrą skendinčiųjų medžiagų koncentraciją aerotanke.

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

Operatoriai stebi MLVSS, nes šis rodiklis apytiksliai parodo biologinį valymą atliekančios mikroorganizmų bendrijos dydį. Paprastai pastovus MLVSS lygis reiškia stabilų ir nuspėjamą valymą. Staigus sumažėjimas gali rodyti toksines įtekančias nuotekas, per didelį perteklinio dumblo šalinimą arba liūtį, išplaunančią biomasę iš aerotanko.

Kaip apskaičiuoti MLVSS

MLVSS dažniausiai apskaičiuojamas dviem būdais; jei laboratoriniai matavimai tikslūs, abu turėtų duoti tą patį rezultatą.

Lakiųjų skendinčiųjų medžiagų procentinės dalies metodas

Kai kurios laboratorijos VSS pateikia kaip TSS (bendrųjų skendinčiųjų medžiagų) procentinę dalį. Tokiu atveju:

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

• MLVSS = mišinio lakiosios skendinčiosios medžiagos (mg/l)
• TSS = bendrosios skendinčiosios medžiagos (mg/l)
• VSS% = lakiųjų skendinčiųjų medžiagų dalis, įprastinėje aktyviojo dumblo sistemoje paprastai 65–85%

FSS metodas

Kitos laboratorijos fiksuotąją (neorganinę) frakciją pateikia tiesiogiai. Tokiu atveju MLVSS randamas atimant:

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

Kadangi VSS ir FSS visada sudaro TSS, ši formulė duoda tokį patį rezultatą kaip procentinės dalies metodas, kai pradiniai matavimai sutampa. Jei taikant abu metodus tam pačiam mėginiui gaunami pastebimai skirtingi rezultatai, reikia patikrinti laboratorinius duomenis arba mėginio tvarkymą.

Išspręstas pavyzdys

Pavyzdys 1: lakiųjų skendinčiųjų medžiagų procentinės dalies metodas. Operatorius aerotanke išmatuoja TSS, lygią 3 500 mg/l, o VSS procentinė dalis yra 75 %.

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

Pavyzdys 2: FSS metodas. Tame pačiame aerotanke papildomai atliekamas tiesioginis matavimas: TSS yra 3 500 mg/l, o FSS – 875 mg/l.

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

Abu metodai sutampa, kaip ir tikėtasi, nes 875 mg/l FSS tiksliai sudaro 25 % 3 500 mg/l TSS.

Kaip naudotis šia skaičiuokle

1. Įveskite bendrųjų skendinčiųjų medžiagų (TSS) vertę mg/l.
2. Pasirinkite skaičiavimo metodą: „Naudojant VSS procentinę dalį“ arba „Naudojant fiksuotąsias skendinčiąsias medžiagas (FSS)“.
3. Įveskite antrąją vertę: VSS procentinę dalį (0-100%) arba FSS vertę mg/l.
4. Perskaitykite MLVSS rezultatą mg/l; jis pateikiamas kartu su formule ir naudotais skaičiais.

Skaičiuotuvas patikrina, ar TSS yra nulis arba didesnis, ar VSS procentinė dalis yra nuo 0 iki 100, ir ar FSS neviršija TSS, nes FSS yra TSS dalis. Jei patikra nepavyksta, parodomas pranešimas, paaiškinantis, ką reikia ištaisyti.

MLVSS ir MLSS santykis

Įprastinėje aktyviojo dumblo valykloje MLVSS ir MLSS santykis paprastai yra nuo 0,65 iki 0,85, o tai reiškia, kad 65–85% skendinčiųjų medžiagų yra organinės. Santykio mažėjimas žemiau šio intervalo gali rodyti besikaupiančias inertines kietąsias medžiagas arba iš pramoninio šaltinio patenkančią papildomą neorganinę medžiagą. Santykis, artimas viršutinei intervalo ribai, paprastai reiškia, kad biomasė daugiausia yra organinė ir aktyvi.

Kodėl MLVSS svarbus proceso kontrolei

MLVSS naudojamas atliekant kelis skaičiavimus, kuriuos operatoriai atlieka kasdien:

• Maisto ir mikroorganizmų (F/M) santykis: palygina įtekančią organinę apkrovą su biomasės, galinčios ją apdoroti, kiekiu.
• Kietųjų medžiagų sulaikymo trukmė (SRT), dar vadinama dumblo amžiumi: kiek laiko biomasė išlieka sistemoje; tai turi įtakos valymo stabilumui ir amoniako šalinimo (nitrifikacijos) gebai.
• Dumblo susidarymas: didesnis biomasės kiekis paprastai reiškia, kad reikia pašalinti ir sutvarkyti daugiau dumblo.
• Deguonies poreikis: biomasės veiklai reikia deguonies, todėl aeracijos energijos sąnaudos apytiksliai kinta kartu su MLVSS.

Standartiniai laboratoriniai MLVSS nustatymo metodai aprašyti Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (metodas 2540E) ir EPA metode 160,4.

Kaip apskaičiuoti F/M santykį

$\text{F/M santykis} = \frac{\text{Įtekančių nuotekų BDS apkrova (kg per parą)}}{\text{MLVSS masė aerotanke (kg)}}$

Pavyzdys. Valykloje nustatytos šios vertės:

• Įtekančių nuotekų debitas = 10 000 m³ per parą
• Įtekančių nuotekų BDS = 250 mg/l
• Aerotanko tūris = 2 000 m³
• MLVSS = 2 500 mg/l

Kadangi 1 mg/l debite, išreikštame m³ per parą, atitinka 1 gramą masės per parą, apkrova kg per parą randama dauginant ir dalijant iš 1 000:

• Įtekančių nuotekų BDS apkrova = 10 000 m³ per parą × 250 mg/l ÷ 1 000 = 2 500 kg per parą
• MLVSS masė = 2 000 m³ × 2 500 mg/l ÷ 1 000 = 5 000 kg
• F/M santykis = 2 500 kg per parą ÷ 5 000 kg = 0,5 per parą

Įprastinė aktyviojo dumblo valykla paprastai veikia, kai F/M santykis yra nuo 0,2 iki 0,6 per parą. Per didelis santykis gali sukelti siūlinių bakterijų sukeltą dumblo brinkimą, kai siūliškos bakterijos blogina dumblo nusėdimą. Per mažas santykis eikvoja energiją aeruojant biomasę, kuriai liko mažai maisto.

Įprasti veikimo intervalai

Paskelbtose projektavimo lentelėse pateikiama bendra kietųjų medžiagų koncentracija (MLSS), o ne lakioji jos dalis. MLVSS yra lakioji šių verčių dalis, todėl sudaro maždaug 65–85% kiekvieno intervalo verčių.

Membraniniai bioreaktoriai gali veikti esant daug didesnei kietųjų medžiagų koncentracijai, nes kietosios dalelės atskiriamos membranomis, o ne nusodinamos gravitaciniu būdu antriniame nusodintuve.

Kaip MLVSS matuojamas laboratorijoje

Standartinė procedūra apima du kaitinimo etapus:

1. TSS etapas. Žinomas mišinio tūris perfiltruojamas per iš anksto pasvertą stiklo pluošto filtrą, džiovinamas 103–105°C temperatūroje bent valandą, atvėsinamas ir pasveriamas. Masės prieaugis yra TSS (arba MLSS, kai mėginys yra mišinys).
2. Kaitinimo etapas. Tas pats filtras 550 °C temperatūroje kaitinamas krosnyje 15–20 minučių. Organinė medžiaga sudega, palikdama neorganinius pelenus. Filtras dar kartą atvėsinamas ir pasveriamas.
3. Rezultatas. Uždegimo metu prarasta masė yra lakioji, organinė dalis, t. y. MLVSS.

Krosnies temperatūra yra svarbi. Standartiniuose metoduose uždegimo etapas nustatytas 550 °C temperatūroje, leidžiant 50 °C paklaidą. Kaitinant aukštesnėje temperatūroje, neorganiniai karbonatai, pavyzdžiui, magnio karbonatas, pradeda skilti, todėl padidėja išmatuotas masės nuostolis ir gaunama klaidingai didelė lakiųjų medžiagų vertė. Kaitinant žemesnėje temperatūroje, organinė medžiaga gali nevisiškai sudegti.

MLVSS alternatyvos

MLVSS plačiai naudojamas, nes yra paprastas ir patikimas, tačiau kiti metodai biomasę matuoja specifiškiau:

• ATP (adenozintrifosfatas) matuoja molekulę, randamą tik gyvose ląstelėse, todėl suskaičiuoja aktyvią biomasę, neįtraukdamas negyvos medžiagos. Tam reikalingas specialus analizatorius.
• Respirometrija matuoja greitį, kuriuo biomasė sunaudoja deguonį, todėl biologinis aktyvumas nustatomas tiesiogiai. Ji naudinga tiriant, ar įtekančios nuotekos nėra toksiškos biomasei.
• DNR kiekybinis nustatymas ir FISH (fluorescencinė hibridizacija in situ) leidžia identifikuoti ir suskaičiuoti konkrečius mikroorganizmus. Tai daugiausia tyrimų metodai, naudingi nustatant siūlinių bakterijų sukelto dumblo brinkimo priežastį.

Šie metodai suteikia daugiau informacijos, tačiau kainuoja brangiau ir užima daugiau laiko, todėl MLVSS tebėra standartinis įprastinės proceso kontrolės parametras.

Dažnai užduodami klausimai

Kuo skiriasi MLSS ir MLVSS? MLSS yra bendrosios skendinčiosios medžiagos aerotanke, apimančios organinę ir neorganinę medžiagą. MLVSS yra tik organinė dalis. MLSS lygi MLVSS ir MLFSS (mišinio fiksuotųjų skendinčiųjų medžiagų) sumai.

Koks yra įprastas MLVSS ir MLSS santykis? Įprastinėje aktyviojo dumblo valykloje jis paprastai yra nuo 0,65 iki 0,85 (65-85%). Mažesnis santykis rodo, kad mišinyje yra daugiau neorganinės medžiagos.

Kaip MLVSS veikia F/M santykį? MLVSS yra F/M santykio vardiklis. Esant tai pačiai organinei apkrovai, didesnis MLVSS lemia mažesnį F/M santykį. Mažesnis MLVSS lemia didesnį F/M santykį, kuris, pernelyg padidėjęs, gali skatinti blogai nusėdančių siūlinių bakterijų dauginimąsi.

Kas sukelia staigų MLVSS sumažėjimą? Dažnos priežastys yra per didelis dumblo šalinimas, toksinės įtekančių nuotekų medžiagos, žudančios biomasę, smarkus lietus, išplaunantis biomasę iš aerotanko, ir mažas maisto medžiagų prieinamumas esant mažai apkrovai, pavyzdžiui, per šventes.

Ar MLVSS gali būti per didelis? Taip. Didelis MLVSS padidina deguonies poreikį ir dėl to aeracijos energijos sąnaudas, gali perkrauti antrinį nusodintuvą kietosiomis medžiagomis ir riboti deguonies patekimą į tankių dribsnių centrą.

Kaip greitai po mėginio paėmimo reikia išmatuoti MLVSS? Standartiniuose metoduose nurodoma pradėti kuo greičiau, nes mėginių su kietosiomis medžiagomis negalima konservuoti. Mėginius reikia laikyti šaldytuve 4 °C temperatūroje, pageidautina ne ilgiau kaip 24 valandas ir niekada ne ilgiau kaip 7 dienas.

Šaltiniai

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