מחשבון MLVSS לשליטת תהליך טיפול בשפכים

חשב את מוצקיות תלויה נוזלית מעורבת (MLVSS) עבור מתקני טיפול בשפכים באמצעות אחוז TSS ו-VSS או שיטות FSS. חיוני למעקב ושליטה בתהליך בוצה פעילה.

מחשבון MLVSS

חשב את המסיסים המרחפים הנדיפים של נוזל מעורב (MLVSS) עבור תהליכי טיפול בשפכים

פרמטרים קלט

mg/L
%

תוצאות

העתק ללוח
0.00 mg/L

נוסחת חישוב

באמצעות שיטת אחוז VSS

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

מהו MLVSS?

חומר מרחף כולל נדיף (MLVSS) הוא פרמטר מרכזי בטיפול בשפכים המייצג את החלק האורגני של החומרים המרחפים במיכל האוויר.

MLVSS משמש לקביעת כמות הביומסה הפעילה במערכת, דבר שהוא קרדינלי למעקב ושליטה על תהליכי טיפול ביולוגיים.

MLVSS ניתן לחשב או באמצעות אחוז VSS של TSS או על ידי חיסור חומר מרחף קבוע (FSS) מחומר מרחף כולל (TSS).

📚

תיעוד

מחשבון MLVSS לטיפול בשפכים

מבוא

מחשבון החומרים המומסים המעורבים (MLVSS) הוא כלי חיוני עבור מפעילי תחנות טיפול בשפכים, מהנדסי סביבה וחוקרים העובדים עם תהליכי בוצה מופעלת. MLVSS מייצג את החלק האורגני של החומרים המומסים במיכלי האוויר ומשרת כפרמטר קריטי למעקב אחר יעילות הטיפול הביולוגי. מחשבון זה מספק שיטה פשוטה ומדויקת לקביעת ערכי MLVSS בהתבסס על ריכוז החומרים המומסים הכוללים (TSS) ואחוז החומרים המומסים הנדיפים (VSS%), או TSS ומדידות חומרים המומסים הקבועים (FSS).

מעקב נכון אחר MLVSS מסייע באופטימיזציה של תהליכי טיפול, הפחתת עלויות תפעול והבטחת עמידה בתקני איכות השפכים. על ידי שמירה על רמות MLVSS מתאימות, מתקני טיפול בשפכים יכולים להשיג הסרת חומרים מזינים ביולוגיים אופטימלית, למזער את ייצור הבוצה ולשפר את ביצועי הטיפול הכוללים.

שיטות חישוב MLVSS

MLVSS ניתן לחשב באמצעות שתי שיטות עיקריות, שתיהן נתמכות על ידי מחשבון זה:

שיטת אחוז VSS

השיטה הראשונה מחשבת MLVSS באמצעות ריכוז החומרים המומסים הכוללים (TSS) ואחוז החומרים המומסים הנדיפים (VSS%):

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

איפה:

  • MLVSS = חומרים מומסים נדיפים מעורבים (מ"ג/ל')
  • TSS = חומרים מומסים כוללים (מ"ג/ל')
  • VSS% = אחוז החומרים המומסים שהם נדיפים (%)

שיטת FSS

השיטה השנייה מחשבת MLVSS על ידי חיסור חומרים מומסים קבועים (FSS) מהחומרים המומסים הכוללים (TSS):

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

איפה:

  • MLVSS = חומרים מומסים נדיפים מעורבים (מ"ג/ל')
  • TSS = חומרים מומסים כוללים (מ"ג/ל')
  • FSS = חומרים מומסים קבועים (מ"ג/ל')

שתי השיטות מניבות את אותה תוצאה כאשר המדידות מדויקות, שכן VSS ו-FSS הם רכיבים משלימים של TSS:

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

כיצד להשתמש במחשבון זה

  1. הזן חומרים מומסים כוללים (TSS): הזן את ערך ה-TSS שנמדד במ"ג/ל'.

  2. בחר שיטת חישוב:

    • בחר "באמצעות אחוז VSS" אם יש לך נתוני VSS%
    • בחר "באמצעות חומרים מומסים קבועים (FSS)" אם יש לך מדידות FSS
  3. הזן פרמטר נוסף:

    • אם אתה משתמש בשיטת אחוז VSS: הזן את אחוז ה-VSS (0-100%)
    • אם אתה משתמש בשיטת FSS: הזן את ערך ה-FSS במ"ג/ל'
  4. צפה בתוצאות: המחשבון יציג אוטומטית את ערך ה-MLVSS המחושב במ"ג/ל'.

  5. המחשת נוסחאות: מתחת לתוצאה, תוכל לראות את הנוסחה שבה השתמשו ואת צעדי החישוב.

אימות קלט

המחשבון מבצע את האימות הבא על קלטי המשתמש:

  • TSS חייב להיות מספר חיובי (≥ 0 מ"ג/ל')
  • אחוז ה-VSS חייב להיות בין 0 ל-100%
  • FSS חייב להיות מספר חיובי (≥ 0 מ"ג/ל')
  • FSS לא יכול לעלות על TSS (כיוון ש-FSS הוא רכיב של TSS)

אם כל אימות נכשל, הודעת שגיאה תדריך אותך לתקן את הקלט.

הבנת MLVSS בטיפול בשפכים

MLVSS מייצג את החלק האורגני של החומרים המומסים במיכל האוויר של תהליך הבוצה המופעלת. הוא משמש כמדד חלופי לפעילות הביולוגית (מיקרואורגניזמים) האחראית על פירוק ביולוגי של חומרים אורגניים וחומרים מזינים בשפכים.

היחס בין MLVSS ל-MLSS (חומרים מומסים מעורבים) בדרך כלל נע בין 0.65 ל-0.85 (65-85%) במערכות בוצה מופעלת קונבנציונליות, עם שינויים בהתאם למאפיינים של השפכים, תהליך הטיפול ותנאי התפעול.

ריכוז MLVSS הוא פרמטר מפתח שבו משתמשים כדי לחשב:

  • יחס מזון למיקרואורגניזם (F/M)
  • גיל הבוצה או זמן השהייה של החומרים (SRT)
  • תשואה על הביומסה ושיעורי ייצור הבוצה
  • דרישת חמצן עבור טיפול ביולוגי

מקרים לשימוש

בקרת תהליך ואופטימיזציה

מעקב אחר MLVSS הוא חיוני לשמירה על תנאי טיפול ביולוגיים אופטימליים. מפעילי מפעלים משתמשים בנתוני MLVSS כדי:

  1. לכוון את יחס F/M: על ידי שליטה בריכוז MLVSS ביחס לעומס האורגני הנכנס (BOD או COD), מפעילים יכולים לשמור על יחס F/M הרצוי ליעילות טיפול אופטימלית.

  2. לנהל את גיל הבוצה: מדידות MLVSS מסייעות לקבוע את שיעור הבזבוז המתאים לשמירה על זמן השהייה הרצוי של החומרים (SRT).

  3. לייעל את האוויר: רמות MLVSS מספקות מידע על חישובי דרישת החמצן, מה שמאפשר שליטה חסכונית באנרגיה.

  4. לפקח על בריאות הביומסה: שינויים פתאומיים ב-MLVSS או ביחס MLVSS/MLSS יכולים להעיד על בעיות עם חיוניות הביומסה או עיכוב בתהליך.

דוגמה: חישוב יחס F/M

יחס המזון למיקרואורגניזם (F/M) מחושב כ:

F/M Ratio=BOD נכנס (ק"ג/יום)MLVSS (ק"ג)\text{F/M Ratio} = \frac{\text{BOD נכנס (ק"ג/יום)}}{\text{MLVSS (ק"ג)}}

עבור מפעל טיפול עם:

  • זרימה נכנסת = 10,000 מ"ק/יום
  • BOD נכנס = 250 מ"ג/ל'
  • נפח מיכל האוויר = 2,000 מ"ק
  • MLVSS = 2,500 מ"ג/ל'

יחס F/M יהיה:

  • עומס BOD נכנס = 10,000 מ"ק/יום × 250 מ"ג/ל' ÷ 1,000,000 = 2,500 ק"ג/יום
  • מסה של MLVSS = 2,000 מ"ק × 2,500 מ"ג/ל' ÷ 1,000,000 = 5,000 ק"ג
  • יחס F/M = 2,500 ק"ג/יום ÷ 5,000 ק"ג = 0.5 יום⁻¹

יישומים מחקריים ועיצוביים

מהנדסי סביבה וחוקרים משתמשים בנתוני MLVSS עבור:

  1. עיצוב תהליך: תכנון מיכלי אוויר ומסננים משניים בהתבסס על ריכוזי MLVSS יעד.

  2. מחקר קינטי: קביעת שיעורי פירוק ביולוגי ופרמטרי גידול מיקרוביאליים.

  3. מודל תהליך: כיול מודלים של בוצה מופעלת עבור סימולציה ואופטימיזציה של תהליך.

  4. הערכת טכנולוגיה: השוואת ביצועים של טכנולוגיות טיפול שונות או אסטרטגיות תפעול.

עמידה ברגולציה

מעקב אחר MLVSS תומך בעמידה בתקנות סביבתיות על ידי:

  1. הבטחת טיפול נכון: שמירה על רמות MLVSS מתאימות מסייעת להשיג איכות שפכים נדרשת.

  2. תיעוד בקרת תהליך: נתוני MLVSS מדגימים בקרת תהליך נכונה לסוכנויות רגולציה.

  3. פתרון בעיות עמידה: מגמות ב-MLVSS יכולות לסייע בזיהוי סיבות לבעיות איכות השפכים.

חלופות ל-MLVSS

בעוד ש-MLVSS בשימוש נרחב, פרמטרים אחרים יכולים לספק מידע משלים או חלופי על ביומסה בטיפול בשפכים:

  1. ATP (אדנוזין טריפוספט): מספק מדידה ישירה של ביומסה פעילה על ידי כימות נושאי אנרגיה תאי.

  2. כימות DNA: מציע מדידה מדויקת של ביומסה מיקרוביאלית באמצעות כימות חומצות גרעין.

  3. רספירומטריה: מודדת את שיעור צריכת החמצן (OUR) כדי להעריך פעילות ביולוגית ישירות.

  4. FISH (היברידיזציה פלואורסצנטית במצב מקומי): מאפשרת זיהוי וכימות של אוכלוסיות מיקרוביאליות ספציפיות.

  5. פראקציית COD: מאפיינת פר fractions biodegradables שונות בביו מסה.

חלופות אלו עשויות לספק מידע ספציפי יותר אך בדרך כלל דורשות ציוד ומומחיות יותר מתקדמים בהשוואה לבדיקה הדי פשוטה של MLVSS.

היסטוריה של MLVSS בטיפול בשפכים

המושג של מדידת חומרים מומסים נדיפים כמדד לפעילות ביולוגית בטיפול בשפכים התפתח במקביל לפיתוח תהליכי בוצה מופעלת:

  1. תחילת המאה ה-20: תהליך הבוצה המופעל פותח בשנות ה-1910 על ידי ארדרן ולוקט במנצ'סטר, אנגליה. בקרת התהליך הראשונית התבססה בעיקר על תצפיות ויזואליות ובדיקות שקיעה.

  2. שנות ה-1930-1940: עם שיפור ההבנה של תהליכים מיקרוביאליים, חוקרים החלו להבחין בין החלקים האורגניים (נדיפים) לבין החלקים האנורגניים (קבועים) של החומרים המומסים.

  3. שנות ה-1950-1960: MLVSS הפך לפרמטר סטנדרטי לכימות ביומסה במערכות בוצה מופעלת, עם שיטות שהוסדרו בפרסומים כמו "שיטות סטנדרטיות לבדיקת מים ושפכים".

  4. שנות ה-1970-1980: הקשר בין MLVSS לביצועי טיפול נלמד בהרחבה, מה שהוביל להנחיות עיצוב ותפעול המבוססות על פרמטרים כמו יחס F/M ו-SRT.

  5. שנות ה-1990-נוכחי: הבנה מתקדמת של אקולוגיה ומטבוליזם מיקרוביאלי הובילה למודלים ואסטרטגיות בקרת תהליך מתקדמות יותר, אם כי MLVSS נשאר פרמטר בסיסי בשל פשטותו ואמינותו.

היום, בעוד שישנן טכניקות מתקדמות יותר כדי לאפיין ביומסה, MLVSS ממשיך להיות בשימוש נרחב בתפעול טיפול בשפכים בשל מעשיותו, הקשרים המוסדיים עם ביצועים, וההליך האנליטי היחסית פשוט.

דוגמאות קוד לחישוב MLVSS

הנה דוגמאות כיצד לחשב MLVSS באמצעות שפות תכנות שונות:

1' נוסחת Excel לחישוב MLVSS באמצעות אחוז VSS
2Function MLVSS_from_VSS_Percentage(TSS As Double, VSS_Percentage As Double) As Double
3    ' אימות קלטים
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    ' חישוב MLVSS
10    MLVSS_from_VSS_Percentage = TSS * (VSS_Percentage / 100)
11End Function
12
13' נוסחת Excel לחישוב MLVSS באמצעות FSS
14Function MLVSS_from_FSS(TSS As Double, FSS As Double) As Double
15    ' אימות קלטים
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    ' חישוב MLVSS
22    MLVSS_from_FSS = TSS - FSS
23End Function
24

דוגמאות מעשיות

דוגמה 1: שימוש בשיטת אחוז VSS

מפעיל תחנת טיפול בשפכים מודד את הדברים הבאים:

  • TSS במיכל האוויר = 3,500 מ"ג/ל'
  • אחוז VSS = 75%

באמצעות שיטת אחוז VSS: MLVSS = 3,500 מ"ג/ל' × (75% ÷ 100) = 2,625 מ"ג/ל'

דוגמה 2: שימוש בשיטת FSS

אותו מפעיל מודד:

  • TSS במיכל האוויר = 3,500 מ"ג/ל'
  • FSS במיכל האוויר = 875 מ"ג/ל'

באמצעות שיטת FSS: MLVSS = 3,500 מ"ג/ל' - 875 מ"ג/ל' = 2,625 מ"ג/ל'

דוגמה 3: פתרון בעיות ביחס MLVSS/MLSS נמוך

מפעיל שם לב שיחס MLVSS/MLSS ירד מ-0.75 ל-0.60 במהלך החודש האחרון:

  • TSS הנוכחי = 3,200 מ"ג/ל'
  • אחוז VSS הנוכחי = 60%
  • MLVSS הנוכחי = 1,920 מ"ג/ל'

ירידה זו עשויה להעיד על:

  • תכולת חומרים אנורגניים גבוהה מהשפכים התעשייתיים
  • הצטברות חומרים בלתי פעילים עקב בזבוז לא מספיק
  • פעילות ביולוגית מופחתת עקב רעילות

המפעיל צריך לחקור את הסיבה ולבצע התאמות בתהליך בהתאם.

שאלות נפוצות

מה זה MLVSS ולמה זה חשוב?

MLVSS (חומרים מומסים נדיפים מעורבים) מייצג את החלק האורגני של החומרים המומסים בתהליך בוצה מופעלת. זה חשוב כיוון שזה משמש כמדד לפעילות הביולוגית (מיקרואורגניזמים) האחראית על טיפול בשפכים. מעקב אחר MLVSS מסייע באופטימיזציה של יעילות הטיפול, שליטה על ייצור הבוצה והבטחת הספקת חומרים מזינים ביולוגיים.

מה ההבדל בין MLSS ל-MLVSS?

MLSS (חומרים מומסים מעורבים) מודד את הריכוז הכולל של חומרים מומסים במיכל האוויר, כולל חומרים אורגניים (נדיפים) וחומרים אנורגניים (קבועים). MLVSS מודד רק את החלק הנדיף (אורגני) של MLSS, אשר מייצג בצורה טובה יותר את הביומסה הפעילה. הקשר הוא: MLSS = MLVSS + MLFSS (חומרים מומסים קבועים מעורבים).

מהו יחס MLVSS/MLSS טיפוסי?

במערכות בוצה מופעלת קונבנציונליות, יחס MLVSS/MLSS בדרך כלל נע בין 0.65 ל-0.85 (65-85%). יחסים נמוכים עשויים להעיד על תכולת חומרים אנורגניים גבוהה או הצטברות של חומרים בלתי פעילים, בעוד שיחסים גבוהים יותר מעידים על ביומסה אורגנית בעיקר. היחס משתנה בהתאם למאפיינים של השפכים, תהליך הטיפול ותנאי התפעול.

כיצד מודדים MLVSS במעבדה?

MLVSS נמדד באמצעות תהליך דו-שלבי:

  1. דוגמית מועברת דרך מסנן סיבי זכוכית, מיובשת ב-103-105°C, ומשוקלת כדי לקבוע את ה-MLSS.
  2. אותו מסנן נשרף ב-550°C בתנור, שורף את החומרים האורגניים, ומשוקלל שוב.
  3. אובדן המשקל במהלך ההבערה מייצג את החלק הנדיף (MLVSS).

הליך זה מוסדר בשיטות כמו שיטות סטנדרטיות 2540E או שיטת EPA 160.4.

איזה ריכוז MLVSS יש לשמור בתהליך בוצה מופעלת?

ריכוזי MLVSS אופטימליים משתנים לפי סוג התהליך:

  • בוצה מופעלת קונבנציונלית: 1,500-3,500 מ"ג/ל'
  • אווירה מורחבת: 2,000-5,000 מ"ג/ל'
  • ביורקטורים ממברנליים (MBR): 8,000-12,000 מ"ג/ל'
  • מגיבים סדרתיים (SBR): 2,000-4,000 מ"ג/ל'

הריכוז המתאים תלוי בפרמטרי העיצוב, מטרות הטיפול ותנאי התפעול.

כיצד MLVSS משפיע על יחס F/M?

MLVSS הוא המונה בחישוב יחס המזון למיקרואורגניזם (F/M):

יחס F/M = עומס BOD נכנס (ק"ג/יום) ÷ MLVSS במערכת (ק"ג)

ריכוזי MLVSS גבוהים יותר מביאים ליחסי F/M נמוכים יותר, מה שמעודד נשימה אנדוגנית ושיפור בהגדרת הבוצה. ריכוזי MLVSS נמוכים יותר מביאים ליחסי F/M גבוהים יותר, מה שעלול לגרום לצמיחה של חיידקים פילמנטריים ושקיעה רעה אם גבוהים מדי.

מה גורם לירידה ב-MLVSS במערכת בוצה מופעלת?

ירידות ב-MLVSS עשויות לנבוע מ:

  • בזבוז בוצה מופרז
  • רעילות של השפכים ההולכים להריגת הביומסה
  • דעיכה אנדוגנית שעולה על הגידול במהלך תקופות של עומס נמוך
  • שטיפה הידראולית במהלך אירועים של זרימה גבוהה
  • תכולת חומרים אנורגניים גבוהה בשפכים
  • חוסר אספקת חומרים מזינים המגביל את הצמיחה הביולוגית

האם MLVSS יכול להיות גבוה מדי?

כן, MLVSS גבוה מדי עלול לגרום לבעיות כולל:

  • דרישת חמצן גבוהה ועלויות אווירה
  • שקיעה רעה במסננים משניים
  • עלויות ייצור ובזבוז בוצה גבוהות
  • ירידה ביעילות הטיפול עקב מגבלות דיפוזיה
  • פוטנציאל לתנאים אנאירוביים בפנים הפלאק

כמה מהר יש למדוד MLVSS לאחר דגימה?

ניתוח MLVSS צריך להתחיל בתוך 2 שעות מהדגימה כדי למנוע שינויים עקב פעילות ביולוגית. אם לא ניתן לבצע ניתוח מיד, יש לשמור דגימות במקרר ב-4°C למשך עד 24 שעות. עבור שמירה ארוכה יותר, יש לשמר דגימות עם חומצה גופרתית ל-pH < 2 ולשמור במקרר, אם כי זה לא אידיאלי לקביעת MLVSS.

כיצד טמפרטורה משפיעה על MLVSS?

טמפרטורה משפיעה על MLVSS בכמה דרכים:

  • טמפרטורות גבוהות מגבירות את שיעורי הגידול המיקרוביאלי, מה שעשוי להעלות את MLVSS
  • טמפרטורות גבוהות גם מגבירות את שיעורי דעיכת הביומסה
  • שינויים עונתיים בטמפרטורה יכולים לשנות את הרכב הקהילה המיקרוביאלית
  • טמפרטורה משפיעה על מסיסות חמצן, מה שיכול להשפיע בעקיפין על MLVSS

מפעילים צריכים לעיתים קרובות להתאים את שיעורי הבזבוז בעונות שונות כדי לשמור על רמות MLVSS יעד.

מקורות

  1. Water Environment Federation. (2018). Operation of Water Resource Recovery Facilities, 7th Edition. McGraw-Hill Education.

  2. Metcalf & Eddy, Inc. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery, 5th Edition. McGraw-Hill Education.

  3. American Public Health Association, American Water Works Association, & Water Environment Federation. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 23rd Edition.

  4. Jenkins, D., Richard, M. G., & Daigger, G. T. (2003). Manual on the Causes and Control of Activated Sludge Bulking, Foaming, and Other Solids Separation Problems, 3rd Edition. CRC Press.

  5. U.S. Environmental Protection Agency. (2021). Wastewater Technology Fact Sheet: Activated Sludge Process. EPA 832-F-00-016.

  6. Grady, C. P. L., Daigger, G. T., Love, N. G., & Filipe, C. D. M. (2011). Biological Wastewater Treatment, 3rd Edition. CRC Press.

  7. Water Environment Research Foundation. (2003). Methods for Wastewater Characterization in Activated Sludge Modeling. WERF Report 99-WWF-3.

  8. Henze, M., van Loosdrecht, M. C. M., Ekama, G. A., & Brdjanovic, D. (2008). Biological Wastewater Treatment: Principles, Modelling and Design. IWA Publishing.

נסה את מחשבון MLVSS שלנו היום כדי לייעל את מעקב וטיפול בשפכים שלך!