MLVSS-Rechner für die Prozesskontrolle in der Abwasserbehandlung

Berechnen Sie die gemischten flüchtigen Schwebstoffe (MLVSS) für Kläranlagen unter Verwendung von TSS- und VSS-Prozent oder FSS-Methoden. Essentiell für die Überwachung und Kontrolle des aktivierten Schlammprozesses.

MLVSS Rechner

Berechnen Sie die gemischten flüchtigen Schwebstoffe (MLVSS) für Abwasserbehandlungsprozesse

Eingabeparameter

mg/L
%

Ergebnisse

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0.00 mg/L

Berechnungsformel

Mit VSS-Prozentsatz-Methode

MLVSS = TSS × (VSS% ÷ 100)
MLVSS = 0.00 × (0.00 ÷ 100)
MLVSS = 0.00 × 0.0000
MLVSS = 0.00 mg/L

Was ist MLVSS?

Gemischte flüchtige Schwebstoffe (MLVSS) sind ein wichtiger Parameter in der Abwasserbehandlung, der den organischen Anteil der Schwebstoffe im Belüftungsbecken darstellt.

MLVSS wird verwendet, um die Menge an aktiver Biomasse im System zu bestimmen, was entscheidend für die Überwachung und Kontrolle biologischer Behandlungsprozesse ist.

MLVSS kann entweder durch Verwendung des VSS-Prozentsatzes von TSS oder durch Subtrahieren der festen Schwebstoffe (FSS) von den Gesamt-Schwebstoffen (TSS) berechnet werden.

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Dokumentation

MLVSS-Rechner für die Abwasserbehandlung

Einleitung

Der Rechner für die flüchtigen suspendierten Feststoffe (MLVSS) ist ein wichtiges Werkzeug für Betreiber von Kläranlagen, Umweltingenieure und Forscher, die mit aktivierten Schlammprozessen arbeiten. MLVSS stellt den organischen Anteil der suspendierten Feststoffe in Belüftungsbecken dar und dient als kritischer Parameter zur Überwachung der biologischen Behandlungseffizienz. Dieser Rechner bietet eine einfache, genaue Methode zur Bestimmung der MLVSS-Werte basierend auf entweder den gesamten suspendierten Feststoffen (TSS) und dem Prozentsatz der flüchtigen suspendierten Feststoffe (VSS%) oder den TSS- und festen suspendierten Feststoffmessungen (FSS).

Eine ordnungsgemäße Überwachung von MLVSS hilft, die Behandlungsprozesse zu optimieren, die Betriebskosten zu senken und die Einhaltung der Effluentqualitätsstandards sicherzustellen. Durch die Aufrechterhaltung angemessener MLVSS-Werte können Kläranlagen eine optimale biologische Nährstoffentfernung erreichen, die Schlammproduktion minimieren und die Gesamtbehandlungsleistung verbessern.

MLVSS-Berechnungsmethoden

MLVSS kann mit zwei Hauptmethoden berechnet werden, die beide von diesem Rechner unterstützt werden:

VSS-Prozent-Methode

Die erste Methode berechnet MLVSS unter Verwendung der Konzentration der gesamten suspendierten Feststoffe (TSS) und des Prozentsatzes der flüchtigen suspendierten Feststoffe (VSS%):

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

Wo:

  • MLVSS = flüchtige suspendierte Feststoffe (mg/L)
  • TSS = gesamte suspendierte Feststoffe (mg/L)
  • VSS% = Prozentsatz der flüchtigen suspendierten Feststoffe (%)

FSS-Methode

Die zweite Methode berechnet MLVSS, indem die festen suspendierten Feststoffe (FSS) von den gesamten suspendierten Feststoffen (TSS) subtrahiert werden:

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

Wo:

  • MLVSS = flüchtige suspendierte Feststoffe (mg/L)
  • TSS = gesamte suspendierte Feststoffe (mg/L)
  • FSS = feste suspendierte Feststoffe (mg/L)

Beide Methoden liefern dasselbe Ergebnis, wenn die Messungen genau sind, da VSS und FSS komplementäre Komponenten von TSS sind:

TSS=VSS+FSS\text{TSS} = \text{VSS} + \text{FSS}

Verwendung dieses Rechners

  1. Geben Sie die gesamten suspendierten Feststoffe (TSS) ein: Geben Sie Ihren gemessenen TSS-Wert in mg/L ein.

  2. Wählen Sie die Berechnungsmethode:

    • Wählen Sie "Mit VSS-Prozentsatz", wenn Sie VSS%-Daten haben
    • Wählen Sie "Mit festen suspendierten Feststoffen (FSS)", wenn Sie FSS-Messungen haben
  3. Geben Sie den zusätzlichen Parameter ein:

    • Wenn Sie die VSS-Prozentmethode verwenden: Geben Sie den VSS-Prozentsatz (0-100%) ein
    • Wenn Sie die FSS-Methode verwenden: Geben Sie den FSS-Wert in mg/L ein
  4. Ergebnisse anzeigen: Der Rechner zeigt automatisch den berechneten MLVSS-Wert in mg/L an.

  5. Formelvisualisierung: Unter dem Ergebnis sehen Sie die verwendete Formel und die Berechnungsschritte.

Eingangsvalidierung

Der Rechner führt die folgenden Validierungen der Benutzereingaben durch:

  • TSS muss eine positive Zahl (≥ 0 mg/L) sein
  • Der VSS-Prozentsatz muss zwischen 0 und 100% liegen
  • FSS muss eine positive Zahl (≥ 0 mg/L) sein
  • FSS darf TSS nicht überschreiten (da FSS eine Komponente von TSS ist)

Wenn eine Validierung fehlschlägt, wird eine Fehlermeldung angezeigt, die Sie anweist, die Eingabe zu korrigieren.

Verständnis von MLVSS in der Abwasserbehandlung

MLVSS stellt den organischen Anteil der suspendierten Feststoffe im Belüftungsbecken eines aktivierten Schlammprozesses dar. Es dient als Proxy-Messung für die aktive Biomasse (Mikroorganismen), die für den biologischen Abbau von organischem Material und Nährstoffen im Abwasser verantwortlich ist.

Das Verhältnis von MLVSS zu MLSS (gemischte flüssige suspendierte Feststoffe) liegt typischerweise zwischen 0,65 und 0,85 (65-85%) in konventionellen aktivierten Schlamm-Systemen, wobei Variationen je nach Einflussmerkmalen, Behandlungsprozess und Betriebsbedingungen auftreten.

Die MLVSS-Konzentration ist ein Schlüsselparameter zur Berechnung von:

  • Nahrungsmittel-zu-Mikroben (F/M)-Verhältnis
  • Schlammalter oder Feststoff-Retention-Zeit (SRT)
  • Biomasseausbeute und Schlammproduktionsraten
  • Sauerstoffbedarf für die biologische Behandlung

Anwendungsfälle

Prozesskontrolle und -optimierung

Die Überwachung von MLVSS ist entscheidend für die Aufrechterhaltung optimaler biologischer Behandlungsbedingungen. Betreiber von Kläranlagen verwenden MLVSS-Daten, um:

  1. F/M-Verhältnis anpassen: Durch die Kontrolle der MLVSS-Konzentration im Verhältnis zur eingehenden organischen Last (BOD oder COD) können die Betreiber das gewünschte F/M-Verhältnis für optimale Behandlungseffizienz aufrechterhalten.

  2. Schlammalter verwalten: MLVSS-Messungen helfen, die geeignete Abfallrate zu bestimmen, um die angestrebte Feststoff-Retention-Zeit (SRT) aufrechtzuerhalten.

  3. Belüftung optimieren: MLVSS-Werte informieren über die Berechnungen des Sauerstoffbedarfs, was eine energieeffiziente Steuerung der Belüftung ermöglicht.

  4. Biomassegesundheit überwachen: Plötzliche Änderungen in MLVSS oder im MLVSS/MLSS-Verhältnis können auf Probleme mit der Biomasseviabilität oder Prozesshemmung hinweisen.

Beispiel: Berechnung des F/M-Verhältnisses

Das Nahrungsmittel-zu-Mikroben (F/M)-Verhältnis wird berechnet als:

F/M-Verha¨ltnis=Eingehende BOD (kg/Tag)MLVSS (kg)\text{F/M-Verhältnis} = \frac{\text{Eingehende BOD (kg/Tag)}}{\text{MLVSS (kg)}}

Für eine Kläranlage mit:

  • Eingehender Durchfluss = 10.000 m³/Tag
  • Eingehende BOD = 250 mg/L
  • Volumen des Belüftungsbeckens = 2.000 m³
  • MLVSS = 2.500 mg/L

Das F/M-Verhältnis wäre:

  • Eingehende BOD-Last = 10.000 m³/Tag × 250 mg/L ÷ 1.000.000 = 2.500 kg/Tag
  • MLVSS-Masse = 2.000 m³ × 2.500 mg/L ÷ 1.000.000 = 5.000 kg
  • F/M-Verhältnis = 2.500 kg/Tag ÷ 5.000 kg = 0,5 Tag⁻¹

Forschungs- und Entwurfsanwendungen

Umweltingenieure und Forscher verwenden MLVSS-Daten für:

  1. Prozessdesign: Dimensionierung von Belüftungsbecken und sekundären Kläranlagen basierend auf angestrebten MLVSS-Konzentrationen.

  2. Kinetische Studien: Bestimmung der Abbauraten und mikrobiellen Wachstumsparameter.

  3. Prozessmodellierung: Kalibrierung von aktivierten Schlamm-Modellen zur Prozesssimulation und -optimierung.

  4. Technologiebewertung: Vergleich der Leistung verschiedener Behandlungstechnologien oder Betriebsstrategien.

Einhaltung von Vorschriften

Die Überwachung von MLVSS unterstützt die Einhaltung von Umweltvorschriften durch:

  1. Sicherstellung der ordnungsgemäßen Behandlung: Die Aufrechterhaltung angemessener MLVSS-Werte hilft, die erforderliche Effluentqualität zu erreichen.

  2. Dokumentation der Prozesskontrolle: MLVSS-Daten zeigen der Regulierungsbehörde eine ordnungsgemäße Prozesskontrolle.

  3. Fehlerbehebung bei Compliance-Problemen: MLVSS-Trends können helfen, die Ursachen von Effluentqualitätsproblemen zu identifizieren.

Alternativen zu MLVSS

Obwohl MLVSS weit verbreitet ist, können andere Parameter ergänzende oder alternative Informationen über die Biomasse in der Abwasserbehandlung liefern:

  1. ATP (Adenosintriphosphat): Bietet eine direkte Messung der aktiven Biomasse durch Quantifizierung von zellulären Energieträgern.

  2. DNA-Quantifizierung: Bietet eine präzise Messung der mikrobiellen Biomasse durch die Quantifizierung von Nukleinsäuren.

  3. Respirometrie: Misst die Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit (OUR), um die biologische Aktivität direkt zu bewerten.

  4. FISH (Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung): Ermöglicht die Identifizierung und Quantifizierung spezifischer mikrobieller Populationen.

  5. COD-Fraktionierung: Charakterisiert verschiedene biologisch abbaubare Fraktionen in der Biomasse.

Diese Alternativen können spezifischere Informationen liefern, erfordern jedoch in der Regel komplexere Geräte und Fachkenntnisse im Vergleich zu dem relativ einfachen MLVSS-Test.

Geschichte von MLVSS in der Abwasserbehandlung

Das Konzept der Messung von flüchtigen suspendierten Feststoffen als Indikator für biologische Aktivität in der Abwasserbehandlung entwickelte sich parallel zur Entwicklung von aktivierten Schlammprozessen:

  1. Frühes 20. Jahrhundert: Der aktivierte Schlammprozess wurde in den 1910er Jahren von Ardern und Lockett in Manchester, England, entwickelt. Die anfängliche Prozesskontrolle beruhte hauptsächlich auf visuellen Beobachtungen und Setztests.

  2. 1930er-1940er Jahre: Mit dem verbesserten Verständnis mikrobieller Prozesse begannen Forscher, zwischen organischen (flüchtigen) und anorganischen (festen) Anteilen der suspendierten Feststoffe zu unterscheiden.

  3. 1950er-1960er Jahre: MLVSS entstand als Standardparameter zur Quantifizierung von Biomasse in aktivierten Schlamm-Systemen, wobei Methoden in Veröffentlichungen wie "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater" standardisiert wurden.

  4. 1970er-1980er Jahre: Die Beziehung zwischen MLVSS und der Behandlungseffizienz wurde umfassend untersucht, was zu Entwurfs- und Betriebsrichtlinien basierend auf Parametern wie F/M-Verhältnis und SRT führte.

  5. 1990er bis heute: Das fortgeschrittene Verständnis der mikrobiellen Ökologie und des Stoffwechsels hat zu komplexeren Modellen und Kontrollstrategien geführt, obwohl MLVSS aufgrund seiner Einfachheit und Zuverlässigkeit ein grundlegender Parameter bleibt.

Heute, obwohl es fortschrittlichere Techniken zur Charakterisierung von Biomasse gibt, wird MLVSS aufgrund seiner Praktikabilität, der etablierten Korrelationen mit der Leistung und des relativ einfachen analytischen Verfahrens weiterhin weit verbreitet in der Abwasserbehandlung verwendet.

Codebeispiele zur MLVSS-Berechnung

Hier sind Beispiele, wie MLVSS mit verschiedenen Programmiersprachen berechnet werden kann:

1' Excel-Formel zur MLVSS-Berechnung mit VSS-Prozentsatz
2Function MLVSS_from_VSS_Percentage(TSS As Double, VSS_Percentage As Double) As Double
3    ' Eingaben validieren
4    If TSS < 0 Or VSS_Percentage < 0 Or VSS_Percentage > 100 Then
5        MLVSS_from_VSS_Percentage = CVErr(xlErrValue)
6        Exit Function
7    End If
8    
9    ' MLVSS berechnen
10    MLVSS_from_VSS_Percentage = TSS * (VSS_Percentage / 100)
11End Function
12
13' Excel-Formel zur MLVSS-Berechnung mit FSS
14Function MLVSS_from_FSS(TSS As Double, FSS As Double) As Double
15    ' Eingaben validieren
16    If TSS < 0 Or FSS < 0 Or FSS > TSS Then
17        MLVSS_from_FSS = CVErr(xlErrValue)
18        Exit Function
19    End If
20    
21    ' MLVSS berechnen
22    MLVSS_from_FSS = TSS - FSS
23End Function
24

Praktische Beispiele

Beispiel 1: Verwendung der VSS-Prozent-Methode

Ein Betreiber einer Kläranlage misst Folgendes:

  • TSS im Belüftungsbecken = 3.500 mg/L
  • VSS-Prozentsatz = 75%

Unter Verwendung der VSS-Prozent-Methode: MLVSS = 3.500 mg/L × (75% ÷ 100) = 2.625 mg/L

Beispiel 2: Verwendung der FSS-Methode

Der gleiche Betreiber misst:

  • TSS im Belüftungsbecken = 3.500 mg/L
  • FSS im Belüftungsbecken = 875 mg/L

Unter Verwendung der FSS-Methode: MLVSS = 3.500 mg/L - 875 mg/L = 2.625 mg/L

Beispiel 3: Fehlersuche bei niedrigem MLVSS/MLSS-Verhältnis

Ein Betreiber bemerkt, dass das MLVSS/MLSS-Verhältnis im letzten Monat von 0,75 auf 0,60 gesunken ist:

  • Aktuelles TSS = 3.200 mg/L
  • Aktueller VSS% = 60%
  • Aktuelles MLVSS = 1.920 mg/L

Dieser Rückgang könnte auf Folgendes hinweisen:

  • Erhöhte anorganische Feststoffe durch industrielle Einleitungen
  • Ansammlung von inerten Feststoffen aufgrund unzureichender Abfallmenge
  • Reduzierte biologische Aktivität aufgrund von Toxizität

Der Betreiber sollte die Ursache untersuchen und den Prozess entsprechend anpassen.

Häufig gestellte Fragen

Was ist MLVSS und warum ist es wichtig?

MLVSS (flüchtige suspendierte Feststoffe) stellt den organischen Anteil der suspendierten Feststoffe in einem aktivierten Schlammprozess dar. Es ist wichtig, da es als Indikator für die aktive Biomasse (Mikroorganismen) dient, die für die Behandlung von Abwasser verantwortlich ist. Die Überwachung von MLVSS hilft, die Behandlungseffizienz zu optimieren, die Schlammproduktion zu steuern und die ordnungsgemäße biologische Nährstoffentfernung sicherzustellen.

Was ist der Unterschied zwischen MLSS und MLVSS?

MLSS (gemischte flüssige suspendierte Feststoffe) misst die gesamte Konzentration der suspendierten Feststoffe im Belüftungsbecken, einschließlich organischer (flüchtiger) und anorganischer (fester) Materialien. MLVSS misst nur den flüchtigen (organischen) Anteil von MLSS, der die aktive Biomasse besser repräsentiert. Die Beziehung ist: MLSS = MLVSS + MLFSS (gemischte flüssige feste suspendierte Feststoffe).

Was ist ein typisches MLVSS/MLSS-Verhältnis?

In konventionellen aktivierten Schlamm-Systemen liegt das MLVSS/MLSS-Verhältnis typischerweise zwischen 0,65 und 0,85 (65-85%). Niedrigere Verhältnisse können auf einen hohen anorganischen Gehalt oder die Ansammlung inerten Feststoffe hinweisen, während höhere Verhältnisse auf überwiegend organische Biomasse hindeuten. Das Verhältnis variiert je nach Einflussmerkmalen, Behandlungsprozess und Betriebsbedingungen.

Wie wird MLVSS im Labor gemessen?

MLVSS wird durch einen zweistufigen Prozess gemessen:

  1. Eine Probe wird durch einen Glasfaserfilter gefiltert, bei 103-105°C getrocknet und gewogen, um MLSS zu bestimmen.
  2. Der gleiche Filter wird dann bei 550°C in einem Muffelofen verbrannt, wodurch organisches Material verbrennt, und erneut gewogen.
  3. Der Gewichtverlust während der Verbrennung stellt den flüchtigen Anteil (MLVSS) dar.

Dieses Verfahren ist in Methoden wie den Standardmethoden 2540E oder EPA-Methode 160.4 standardisiert.

Welche MLVSS-Konzentration sollte in einem aktivierten Schlammprozess aufrechterhalten werden?

Optimale MLVSS-Konzentrationen variieren je nach Prozessart:

  • Konventioneller aktivierter Schlamm: 1.500-3.500 mg/L
  • Verlängerte Belüftung: 2.000-5.000 mg/L
  • Membranbioreaktoren (MBR): 8.000-12.000 mg/L
  • Sequenzielle Batch-Reaktoren (SBR): 2.000-4.000 mg/L

Die angemessene Konzentration hängt von Entwurfsparametern, Behandlungszielen und Betriebsbedingungen ab.

Wie beeinflusst MLVSS das F/M-Verhältnis?

MLVSS ist der Nenner in der Berechnung des Nahrungsmittel-zu-Mikroben (F/M)-Verhältnisses:

F/M-Verhältnis = Eingehende BOD-Last (kg/Tag) ÷ MLVSS im System (kg)

Höhere MLVSS-Konzentrationen führen zu niedrigeren F/M-Verhältnissen, was die endogene Atmung fördert und eine bessere Schlammabscheidung ermöglicht. Niedrigere MLVSS-Konzentrationen führen zu höheren F/M-Verhältnissen, was bei zu hohen Werten zu filamentösem Wachstum und schlechter Abscheidung führen kann.

Was verursacht einen Rückgang von MLVSS in einem aktivierten Schlammprozess?

Rückgänge bei MLVSS können folgende Ursachen haben:

  • Übermäßige Schlammabfuhr
  • Toxische Einleitungen, die Biomasse abtöten
  • Endogene Zersetzung, die das Wachstum während Niedriglastperioden übersteigt
  • Hydraulische Ausspülung während Hochwassereignissen
  • Erhöhter anorganischer Gehalt im Zulauf
  • Unzureichende Nährstoffversorgung, die das biologische Wachstum einschränkt

Kann MLVSS zu hoch sein?

Ja, übermäßig hohe MLVSS-Werte können Probleme verursachen, darunter:

  • Hoher Sauerstoffbedarf und Belüftungskosten
  • Schlechte Abscheidung in sekundären Kläranlagen
  • Erhöhte Schlammproduktion und Entsorgungskosten
  • Reduzierte Behandlungseffizienz aufgrund von Diffusionsbeschränkungen
  • Potenzial für anaerobe Bedingungen im Inneren des Flocks

Wie schnell sollte MLVSS nach der Probenahme gemessen werden?

Die MLVSS-Analyse sollte idealerweise innerhalb von 2 Stunden nach der Probenahme beginnen, um Änderungen durch biologische Aktivität zu verhindern. Wenn eine sofortige Analyse nicht möglich ist, sollten Proben bei 4°C bis zu 24 Stunden lang gekühlt werden. Für längere Lagerung sollten Proben mit Schwefelsäure auf pH < 2 konserviert und gekühlt werden, obwohl dies nicht ideal für die Bestimmung von MLVSS ist.

Wie beeinflusst die Temperatur MLVSS?

Die Temperatur beeinflusst MLVSS auf verschiedene Weise:

  • Höhere Temperaturen erhöhen die Wachstumsraten von Mikroben, was potenziell MLVSS erhöht
  • Höhere Temperaturen erhöhen auch die Raten der endogenen Zersetzung
  • Saisonale Temperaturänderungen können die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft verändern
  • Die Temperatur beeinflusst die Sauerstofflöslichkeit, was indirekt MLVSS beeinflussen kann

Betriebsleiter müssen häufig die Abfallraten saisonal anpassen, um die angestrebten MLVSS-Konzentrationen aufrechtzuerhalten.

Referenzen

  1. Water Environment Federation. (2018). Betrieb von Abwasseraufbereitungsanlagen, 7. Auflage. McGraw-Hill Education.

  2. Metcalf & Eddy, Inc. (2014). Abwassertechnik: Behandlung und Ressourcenrückgewinnung, 5. Auflage. McGraw-Hill Education.

  3. American Public Health Association, American Water Works Association & Water Environment Federation. (2017). Standardmethoden zur Untersuchung von Wasser und Abwasser, 23. Auflage.

  4. Jenkins, D., Richard, M. G. & Daigger, G. T. (2003). Handbuch zu den Ursachen und der Kontrolle von aktivierten Schlammverklumpungen, Schäumen und anderen Feststofftrennungsproblemen, 3. Auflage. CRC Press.

  5. U.S. Environmental Protection Agency. (2021). Technologiefaktensheet für Abwasser: Aktivierter Schlammprozess. EPA 832-F-00-016.

  6. Grady, C. P. L., Daigger, G. T., Love, N. G. & Filipe, C. D. M. (2011). Biologische Abwasserbehandlung, 3. Auflage. CRC Press.

  7. Water Environment Research Foundation. (2003). Methoden zur Charakterisierung von Abwasser in aktivierten Schlammmodellen. WERF-Bericht 99-WWF-3.

  8. Henze, M., van Loosdrecht, M. C. M., Ekama, G. A. & Brdjanovic, D. (2008). Biologische Abwasserbehandlung: Prinzipien, Modellierung und Design. IWA Publishing.

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