Kalkulator for MLVSS i avløpsrensing

Flyktige suspenderte stoffer i aktivslamblandingen (MLVSS) er den organiske, biologisk nedbrytbare delen av de suspenderte stoffene i et luftingsbasseng i et aktivslamanlegg. Det brukes som et indirekte mål på mengden aktive mikroorganismer som renser avløpsvannet. Denne kalkulatoren beregner MLVSS fra laboratoriedata ved hjelp av enten metoden med VSS-prosent eller metoden med FSS (faste suspenderte stoffer).

Hva er MLVSS?

Avløpsrenseanlegg som bruker aktivslamprosessen, er avhengige av mikroorganismer for å bryte ned organiske forurensninger. Blandingen av vann, mikroorganismer og faste stoffer i luftetanken kalles blandet væske. Noen av de suspenderte stoffene i blandingen er organisk materiale, hovedsakelig levende og døde mikroorganismer. Denne organiske fraksjonen er flyktige suspenderte stoffer, og når den måles i den blandede væsken, kalles den MLVSS.

Resten av de suspenderte stoffene er uorganisk materiale, som grus, sand og mineraler. Denne uorganiske fraksjonen kalles faste suspenderte stoffer (FSS), eller MLFSS når den måles i blandet væske, fordi den ikke brennes bort ved oppvarming. Til sammen utgjør MLVSS og MLFSS suspenderte stoffer i blandet væske (MLSS), den totale konsentrasjonen av suspenderte stoffer i tanken.

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

Driftsoperatører følger med på MLVSS fordi verdien tilnærmet viser størrelsen på den biologiske arbeidsstyrken som utfører rensingen. Et stabilt MLVSS-nivå betyr vanligvis en stabil og forutsigbar renseprosess. Et plutselig fall kan tyde på giftig innløpsvann, for stort uttak av overskuddsslam eller at en storm skyller biomasse ut av tanken.

Slik beregnes MLVSS

Det finnes to vanlige metoder for å beregne MLVSS, og begge bør gi samme svar dersom laboratoriemålingene er nøyaktige.

Metoden med VSS-prosent

Noen laboratorier oppgir VSS som en prosentandel av TSS (totale suspenderte stoffer). I så fall:

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

• MLVSS = flyktige suspenderte stoffer i blandet væske (mg/L)
• TSS = totale suspenderte stoffer (mg/L)
• VSS% = andelen av de suspenderte stoffene som er flyktige, vanligvis 65–85% i et konvensjonelt aktivslamanlegg

FSS-metoden

Andre laboratorier oppgir den faste (uorganiske) fraksjonen direkte. I så fall finnes MLVSS ved subtraksjon:

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

Siden VSS og FSS alltid utgjør TSS til sammen, gir denne formelen samme resultat som prosentmetoden når de underliggende målingene stemmer overens. Hvis de to metodene gir merkbart forskjellige svar for samme prøve, bør laboratoriedataene eller prøvebehandlingen kontrolleres.

Regneeksempel

Eksempel 1: Metoden med VSS-prosent. En operatør måler TSS på 3 500 mg/L i luftetanken, med en VSS-prosent på 75 %.

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

Eksempel 2: FSS-metoden. Den samme tanken måles også direkte: TSS er 3 500 mg/L og FSS er 875 mg/L.

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

Begge metodene stemmer overens, som forventet, siden 875 mg/L FSS er nøyaktig 25 % av 3 500 mg/L TSS.

Slik bruker du denne kalkulatoren

1. Angi verdien for totale suspenderte stoffer (TSS) i mg/L.
2. Velg en beregningsmetode: «Med VSS-prosent» eller «Med faste suspenderte stoffer (FSS)».
3. Angi den andre verdien: enten VSS-prosenten (0-100%) eller FSS-verdien i mg/L.
4. Les av MLVSS-resultatet i mg/L, vist sammen med formelen og tallene som er brukt.

Kalkulatoren kontrollerer at TSS er null eller større, at VSS-prosenten ligger mellom 0 og 100, og at FSS ikke overstiger TSS, siden FSS er en del av TSS. Hvis en kontroll mislykkes, vises en melding som forklarer hva som må rettes.

Forholdet mellom MLVSS og MLSS

I et konvensjonelt aktivslamanlegg ligger forholdet MLVSS/MLSS vanligvis mellom 0,65 og 0,85, noe som betyr at 65–85% av de suspenderte stoffene er organiske. Et forhold som synker under dette området, kan tyde på opphopning av inerte stoffer eller at ekstra uorganisk materiale kommer inn fra en industriell kilde. Et forhold nær den øvre grensen betyr vanligvis at biomassen i hovedsak er organisk og aktiv.

Hvorfor MLVSS er viktig for prosesskontroll

MLVSS inngår i flere beregninger som operatører bruker hver dag:

• Forholdet mellom næring og mikroorganismer (F/M): sammenligner den organiske belastningen som kommer inn, med mengden biomasse som er tilgjengelig for å rense den.
• Oppholdstid for faste stoffer (SRT), også kalt slamalder: hvor lenge biomassen blir i systemet, noe som påvirker renseprosessens stabilitet og evnen til å fjerne ammoniakk (nitrifikasjon).
• Slamproduksjon: mer biomasse betyr vanligvis mer slam som må tas ut og disponeres.
• Oksygenbehov: Biomassen trenger oksygen for å fungere, så energibruken til lufting følger omtrent MLVSS.

Standardiserte laboratoriemetoder for MLVSS er beskrevet i Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (metode 2540E) og i EPA-metode 160,4.

Slik beregnes F/M-forholdet

$\text{F/M-forhold} = \frac{\text{BOD-belastning i innløpet (kg/døgn)}}{\text{MLVSS-masse i tanken (kg)}}$

Eksempel. Et anlegg har følgende verdier:

• Innløpsstrøm = 10 000 m³/døgn
• BOD i innløpet = 250 mg/L
• Volum i luftetanken = 2 000 m³
• MLVSS = 2 500 mg/L

Siden 1 mg/L i en strøm målt i m³/døgn tilsvarer 1 gram masse per døgn, finnes belastningen i kg/døgn ved å multiplisere og dele på 1 000:

• BOD-belastning i innløpet = 10 000 m³/døgn × 250 mg/L ÷ 1 000 = 2 500 kg/døgn
• MLVSS-masse = 2 000 m³ × 2 500 mg/L ÷ 1 000 = 5 000 kg
• F/M-forhold = 2 500 kg/døgn ÷ 5 000 kg = 0,5 per døgn

Et konvensjonelt aktivslamanlegg drives vanligvis med et F/M-forhold mellom 0,2 og 0,6 per døgn. Et for høyt forhold kan føre til trådformig slamoppblomstring, der trådformede bakterier gjør at slammet sedimenterer dårlig. Et for lavt forhold sløser energi på å lufte biomasse som har lite næring igjen å forbruke.

Typiske driftsområder

Publiserte dimensjoneringstabeller oppgir den totale konsentrasjonen av faste stoffer (MLSS), ikke den flyktige delen. MLVSS utgjør den flyktige andelen av disse verdiene, altså omtrent 65–85% av MLSS-verdien i hvert intervall.

Membranbioreaktorer kan drives med langt høyere konsentrasjon av faste stoffer fordi de separerer faste stoffer med membraner i stedet for å basere seg på gravitasjonssedimentering i et sedimenteringsbasseng.

Slik måles MLVSS i laboratoriet

Standardprosedyren har to oppvarmingstrinn:

1. TSS-trinn. Et kjent volum blandet væske filtreres gjennom et forhåndsveid glassfiberfilter, tørkes ved 103–105°C i minst én time, avkjøles og veies. Vektøkningen er TSS (eller MLSS når prøven er blandet væske).
2. Forbrenningstrinn. Det samme filteret varmes i en ovn ved 550 °C i 15–20 minutter. Det organiske materialet brennes bort, og uorganisk aske blir igjen. Filteret avkjøles og veies på nytt.
3. Resultat. Vekttapet under forbrenningen er den flyktige, organiske delen, altså MLVSS.

Ovnens temperatur er viktig. Standard Methods angir forbrenningstrinnet til 550 °C med en toleranse på 50 °C. Ved høyere temperatur begynner uorganiske karbonater som magnesiumkarbonat å brytes ned. Det øker det målte vekttapet og gir en uriktig høy verdi for flyktige stoffer. Ved lavere temperatur kan organisk materiale bli ufullstendig forbrent.

Alternativer til MLVSS

MLVSS brukes mye fordi metoden er enkel og pålitelig, men andre metoder måler biomasse mer spesifikt:

• ATP (adenosintrifosfat) måler et molekyl som bare finnes i levende celler, og teller derfor aktiv biomasse uten dødt materiale. Metoden krever en egen analysator.
• Respirometri måler hvor raskt biomassen forbruker oksygen, noe som viser biologisk aktivitet direkte. Metoden er nyttig for å teste om innløpsvannet er giftig for biomassen.
• DNA-kvantifisering og FISH (fluorescens in situ-hybridisering) identifiserer og teller bestemte mikroorganismer. Dette er hovedsakelig forskningsverktøy som er nyttige for å finne årsaken til trådformet oppsvulming.

Disse metodene gir mer detaljer, men koster mer og tar lengre tid. Derfor er MLVSS fortsatt standardmetoden for rutinemessig prosesskontroll.

Ofte stilte spørsmål

Hva er forskjellen mellom MLSS og MLVSS? MLSS er de totale suspenderte stoffene i luftetanken, inkludert både organisk og uorganisk materiale. MLVSS er bare den organiske delen. MLSS er lik MLVSS pluss MLFSS (faste suspenderte stoffer i blandet væske).

Hva er et typisk MLVSS/MLSS-forhold? I et konvensjonelt aktivslamanlegg er det vanligvis 0,65 til 0,85 (65-85%). Et lavere forhold tyder på mer uorganisk materiale i blandingen.

Hvordan påvirker MLVSS F/M-forholdet? MLVSS er nevneren i F/M-forholdet. Høyere MLVSS ved samme organiske belastning gir et lavere F/M-forhold. Lavere MLVSS gir et høyere F/M-forhold, noe som kan fremme trådformede bakterier som sedimenterer dårlig, dersom forholdet blir for høyt.

Hva får MLVSS til å falle plutselig? Vanlige årsaker er for stort uttak av overskuddsslam, giftig materiale i innløpsvannet som dreper biomassen, kraftig regn som skyller biomasse ut av tanken, og liten tilgang på næring i perioder med lav belastning, for eksempel i ferier.

Kan MLVSS bli for høyt? Ja. Høy MLVSS øker oksygenbehovet og dermed energikostnaden for lufting, kan overbelaste sekundærklaringstanken med faste stoffer og kan begrense oksygenets tilgang til de tette fnokkenes sentrum.

Hvor snart etter prøvetaking bør MLVSS måles? Standard Methods sier at analysen bør starte så snart som mulig, fordi faste stoffer ikke kan konserveres. Prøver bør oppbevares kjølig ved 4 °C, helst ikke lenger enn 24 timer og aldri lenger enn 7 døgn.

Referanser

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