MLVSS kalkulators notekūdeņu attīrīšanai

Jauktā šķidruma gaistošās suspendētās vielas (MLVSS) ir suspendēto vielu organiskā, bioloģiski noārdāmā daļa aktīvo dūņu aerācijas tvertnē. To izmanto kā netiešu mērījumu aktīvo mikroorganismu daudzumam, kas attīra notekūdeņus. Šis kalkulators aprēķina MLVSS pēc laboratorijas datiem, izmantojot gaistošo suspendēto vielu procentuālo metodi vai fiksēto suspendēto vielu (FSS) metodi.

Kas ir MLVSS?

Notekūdeņu attīrīšanas iekārtas, kurās izmanto aktīvo dūņu procesu, paļaujas uz mikroorganismiem organisko piesārņotāju noārdīšanai. Ūdens, mikroorganismu un cieto daļiņu maisījumu aerācijas tvertnē sauc par jaukto šķidrumu. Daļa šā maisījuma suspendēto vielu ir organisks materiāls, galvenokārt dzīvi un miruši mikroorganismi. Šo organisko frakciju sauc par gaistošajām suspendētajām vielām, bet, ja tās mēra jauktajā šķidrumā, — par MLVSS.

Pārējās suspendētās vielas ir neorganisks materiāls, piemēram, smiltis, grants un minerāli. Šo neorganisko frakciju sauc par fiksētajām suspendētajām vielām (FSS), bet, ja tās mēra jauktajā šķidrumā, — par MLFSS, jo karsējot tā nesadeg. MLVSS un MLFSS kopā veido jauktā šķidruma suspendētās vielas (MLSS), proti, kopējo suspendēto vielu koncentrāciju tvertnē.

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

Operatoriem MLVSS ir svarīgs, jo tas aptuveni raksturo bioloģiskā darbaspēka apjomu, kas veic attīrīšanu. Stabils MLVSS līmenis parasti nozīmē stabilu un prognozējamu attīrīšanu. Pēkšņs kritums var liecināt par toksisku ieplūdi, pārmērīgu lieko dūņu atsūknēšanu vai vētru, kas izskalo biomasu no tvertnes.

Kā aprēķina MLVSS

MLVSS aprēķināšanai ir divas izplatītas metodes, un, ja laboratorijas mērījumi ir precīzi, abām būtu jāsniedz vienāds rezultāts.

Gaistošo suspendēto vielu procentuālā metode

Dažas laboratorijas VSS norāda kā TSS (kopējo suspendēto vielu) procentuālo daļu. Tādā gadījumā:

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

• MLVSS = jauktā šķidruma gaistošās suspendētās vielas (mg/L)
• TSS = kopējās suspendētās vielas (mg/L)
• VSS% = suspendēto vielu gaistošā daļa, parasti 65–85% tradicionālā aktīvo dūņu sistēmā

FSS metode

Citas laboratorijas fiksēto (neorganisko) frakciju norāda tieši. Tādā gadījumā MLVSS iegūst, atņemot:

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

Tā kā VSS un FSS vienmēr kopā veido TSS, šī formula dod tādu pašu rezultātu kā procentuālā metode, ja sākotnējie mērījumi sakrīt. Ja abas metodes vienam un tam pašam paraugam dod būtiski atšķirīgus rezultātus, jāpārbauda laboratorijas dati vai parauga apstrāde.

Aprēķina piemērs

Piemērs 1: gaistošo suspendēto vielu procentuālā metode. Operators aerācijas tvertnē izmēra TSS 3 500 mg/L un konstatē, ka VSS īpatsvars ir 75%.

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

Piemērs 2: FSS metode. Tajā pašā tvertnē veic arī tiešu mērījumu: TSS ir 3 500 mg/L, bet FSS — 875 mg/L.

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

Abas metodes, kā paredzams, sakrīt, jo 875 mg/L FSS ir tieši 25% no 3 500 mg/L TSS.

Kā izmantot šo kalkulatoru

1. Ievadiet kopējo suspendēto vielu (TSS) vērtību mg/L.
2. Izvēlieties aprēķina metodi: “Izmantojot VSS procentuālo daļu” vai “Izmantojot fiksētās suspendētās vielas (FSS)”.
3. Ievadiet otro vērtību: VSS procentuālo daļu (0-100%) vai FSS vērtību mg/L.
4. Nolasiet MLVSS rezultātu mg/L; tas tiek parādīts kopā ar formulu un izmantotajiem skaitļiem.

Kalkulators pārbauda, vai TSS ir nulle vai lielāks, vai VSS procentuālā daļa ir no 0 līdz 100 un vai FSS nepārsniedz TSS, jo FSS ir TSS daļa. Ja pārbaude neizdodas, tiek parādīts ziņojums ar skaidrojumu, kas jālabo.

MLVSS/MLSS attiecība

Tradicionālā aktīvo dūņu iekārtā MLVSS/MLSS attiecība parasti ir no 0,65 līdz 0,85, kas nozīmē, ka 65–85% suspendēto vielu ir organiskas. Attiecības samazināšanās zem šā diapazona var liecināt par inertu vielu uzkrāšanos vai papildu neorganiska materiāla ieplūdi no rūpnieciska avota. Attiecība tuvu diapazona augšējai robežai parasti nozīmē, ka biomasa lielākoties ir organiska un aktīva.

Kāpēc MLVSS ir svarīgs procesa vadībā

MLVSS tiek izmantots vairākos aprēķinos, ko operatori veic ikdienā:

• Substrāta un mikroorganismu (F/M) attiecība: salīdzina ienākošo organisko slodzi ar pieejamās biomasas daudzumu, kas to attīra.
• Cieto vielu aizturēšanas laiks (SRT), ko sauc arī par dūņu vecumu: laiks, cik ilgi biomasa paliek sistēmā; tas ietekmē attīrīšanas stabilitāti un amonjaka atdalīšanas (nitrifikācijas) spēju.
• Dūņu ražošana: lielāks biomasas daudzums parasti nozīmē vairāk dūņu, kas jāatsūknē un jālikvidē.
• Skābekļa patēriņš: biomasai darbībai nepieciešams skābeklis, tāpēc aerācijas enerģijas patēriņš aptuveni atbilst MLVSS.

Standarta laboratorijas metodes MLVSS noteikšanai aprakstītas darbā Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (metode 2540E) un EPA metodē 160,4.

Kā aprēķina F/M attiecību

$\text{F/M attiecība} = \frac{\text{Ieplūdes BSP slodze (kg/dienā)}}{\text{MLVSS masa tvertnē (kg)}}$

Piemērs. Iekārtai ir šādas vērtības:

• Ieplūdes plūsma = 10 000 m³/dienā
• Ieplūdes BSP = 250 mg/L
• Aerācijas tvertnes tilpums = 2 000 m³
• MLVSS = 2 500 mg/L

Tā kā 1 mg/L plūsmā, ko mēra m³/dienā, atbilst 1 gramam masas dienā, slodzi kg/dienā iegūst, reizinot un dalot ar 1 000:

• Ieplūdes BSP slodze = 10 000 m³/dienā × 250 mg/L ÷ 1 000 = 2 500 kg/dienā
• MLVSS masa = 2 000 m³ × 2 500 mg/L ÷ 1 000 = 5 000 kg
• F/M attiecība = 2 500 kg/dienā ÷ 5 000 kg = 0,5 dienā

Tradicionālā aktīvo dūņu iekārta parasti darbojas ar F/M attiecību no 0,2 līdz 0,6 dienā. Pārāk augsta attiecība var izraisīt pavedienveida dūņu uzbriešanu, kad pavedienveida baktērijas pasliktina dūņu nosēšanos. Pārāk zema attiecība rada enerģijas zudumus, aerējot biomasu, kurai atlicis maz barības, ko patērēt.

Tipiski darbības diapazoni

Publicētās projektēšanas tabulās norāda kopējo cieto vielu koncentrāciju (MLSS), nevis gaistošo daļu. MLVSS ir šo vērtību gaistošā daļa, tātad aptuveni 65–85% no katra diapazona.

Membrānu bioreaktori var darboties ar daudz lielāku cieto vielu koncentrāciju, jo tie cietās vielas atdala ar membrānām, nevis paļaujas uz gravitācijas nosēšanos nostādinātājā.

Kā MLVSS mēra laboratorijā

Standarta procedūrai ir divi karsēšanas posmi:

1. TSS posms. Zināmu jauktā šķidruma tilpumu izfiltrē caur iepriekš nosvērtu stiklašķiedras filtru, vismaz stundu žāvē 103–105°C temperatūrā, atdzesē un nosver. Iegūtā masas starpība ir TSS (vai MLSS, ja paraugs ir jauktais šķidrums).
2. Sadedzināšanas posms. To pašu filtru ievieto krāsnī un karsē 550 °C temperatūrā 15–20 minūtes. Organiskais materiāls sadeg, atstājot neorganiskus pelnus. Filtru vēlreiz atdzesē un nosver.
3. Rezultāts. Karsēšanas laikā zaudētā masa ir gaistošā, organiskā daļa, proti, MLVSS.

Krāsns temperatūra ir svarīga. Standarta metodes paredz karsēšanas posmu 550 °C temperatūrā ar pielaidi 50 °C. Ja temperatūra ir augstāka, neorganiskie karbonāti, piemēram, magnija karbonāts, sāk sadalīties, palielinot izmērīto masas zudumu un radot nepamatoti augstu gaistošo vielu rādījumu. Ja temperatūra ir zemāka, organiskais materiāls var nesadegt pilnībā.

MLVSS alternatīvas

MLVSS plaši izmanto, jo tā noteikšana ir vienkārša un uzticama, taču citas metodes biomasu mēra specifiskāk:

• ATP (adenozīntrifosfāts) mēra molekulu, kas sastopama tikai dzīvās šūnās, tāpēc nosaka aktīvo biomasu, neietverot mirušo materiālu. Šai metodei nepieciešams specializēts analizators.
• Respirometrija mēra ātrumu, ar kādu biomasa patērē skābekli, tieši parādot bioloģisko aktivitāti. Tā ir noderīga, lai pārbaudītu, vai ieplūde nav toksiska biomasai.
• DNS kvantificēšana un FISH (fluorescences in situ hibridizācija) ļauj identificēt un saskaitīt konkrētus mikroorganismus. Tās galvenokārt ir pētniecības metodes, kas noder pavedienveida dūņu uzpūšanās cēloņa noteikšanai.

Šīs metodes sniedz vairāk informācijas, taču maksā dārgāk un prasa vairāk laika, tāpēc MLVSS joprojām ir standarta rādītājs ikdienas procesa vadībā.

Biežāk uzdotie jautājumi

Kāda ir atšķirība starp MLSS un MLVSS? MLSS ir kopējās suspendētās vielas aerācijas tvertnē, ietverot gan organisko, gan neorganisko materiālu. MLVSS ir tikai organiskā daļa. MLSS ir vienāds ar MLVSS plus MLFSS (jauktā šķidruma fiksētajām suspendētajām vielām).

Kāda ir tipiska MLVSS/MLSS attiecība? Tradicionālā aktīvo dūņu iekārtā tā parasti ir no 0,65 līdz 0,85 (65-85%). Zemāka attiecība liecina par lielāku neorganiskā materiāla daudzumu maisījumā.

Kā MLVSS ietekmē F/M attiecību? MLVSS ir F/M attiecības saucējs. Ja organiskā slodze ir tāda pati, lielāks MLVSS dod zemāku F/M attiecību. Mazāks MLVSS dod augstāku F/M attiecību, kas, tai kļūstot pārāk lielai, var veicināt slikti nosēdošu pavedienveida baktēriju augšanu.

Kas izraisa pēkšņu MLVSS samazināšanos? Bieži cēloņi ir pārmērīga lieko dūņu atsūknēšana, toksisks materiāls ieplūdē, kas iznīcina biomasu, stiprs lietus, kas izskalo biomasu no tvertnes, un nepietiekama barības pieejamība mazas slodzes periodos, piemēram, brīvdienās.

Vai MLVSS var būt pārāk augsts? Jā. Augsts MLVSS palielina skābekļa patēriņu un līdz ar to aerācijas enerģijas izmaksas, var pārslogot sekundāro nostādinātāju ar cietajām vielām un ierobežot skābekļa nokļūšanu blīvu flokulu centrā.

Cik drīz pēc paraugu ņemšanas jāmēra MLVSS? Standarta metodes nosaka, ka darbs jāsāk pēc iespējas drīzāk, jo cietās vielas nav iespējams konservēt. Paraugi jāuzglabā ledusskapī 4 °C temperatūrā, vēlams ne ilgāk kā 24 stundas un nekādā gadījumā ne ilgāk kā 7 dienas.

Atsauces

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