Kalkulator MLVSS za čiščenje odpadnih voda

Hlapne suspendirane snovi v mešanici (MLVSS) so organski, biorazgradljivi del suspendiranih snovi v aeracijskem bazenu z aktivnim blatom. Uporabljajo se kot približna meritev količine aktivnih mikroorganizmov, ki čistijo odpadno vodo. Ta kalkulator iz laboratorijskih podatkov določi MLVSS z metodo deleža VSS ali metodo FSS (fiksne suspendirane snovi).

Kaj je MLVSS?

Čistilne naprave za odpadne vode, ki uporabljajo postopek z aktivnim blatom, se pri razgradnji organskih onesnaževal zanašajo na mikroorganizme. Mešanica vode, mikroorganizmov in trdnih snovi v aeracijskem bazenu se imenuje mešana tekočina. Del suspendiranih snovi v tej mešanici je organski material, večinoma živi in odmrli mikroorganizmi. Ta organski delež so hlapne suspendirane snovi, ko pa se izmeri v mešani tekočini, se imenuje MLVSS.

Preostale suspendirane snovi so anorganski material, kot so pesek, prod in minerali. Ta anorganski delež se imenuje fiksne suspendirane snovi (FSS) oziroma MLFSS, ko se izmeri v mešanem blatu, saj se pri segrevanju ne sežge. MLVSS in MLFSS skupaj tvorita suspendirane snovi v mešanem blatu (MLSS), torej skupno koncentracijo suspendiranih snovi v bazenu.

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

Upravljavci spremljajo MLVSS, ker približno kaže velikost biološke delovne populacije, ki izvaja čiščenje. Stalna raven MLVSS na splošno pomeni stabilno in predvidljivo čiščenje. Nenaden padec lahko kaže na strupen dotok, prekomerno odvajanje blata ali neurje, ki iz bazena izpere biomaso.

Kako izračunati MLVSS

MLVSS se običajno izračuna na dva načina; ob natančnih laboratorijskih meritvah bi morala oba dati enak rezultat.

Metoda deleža VSS

Nekateri laboratoriji poročajo o VSS kot deležu TSS (skupnih suspendiranih snovi). V tem primeru:

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

• MLVSS = hlapne suspendirane snovi v mešanem blatu (mg/L)
• TSS = skupne suspendirane snovi (mg/L)
• VSS % = delež suspendiranih snovi, ki je hlapen; v običajnem sistemu z aktivnim blatom je običajno 65–85%

Metoda FSS

Drugi laboratoriji neposredno poročajo o fiksnem (anorganskem) deležu. V tem primeru se MLVSS določi z odštevanjem:

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

Ker se VSS in FSS vedno seštejeta v TSS, ta formula da enak rezultat kot metoda deleža, kadar se osnovne meritve ujemajo. Če se rezultata obeh metod za isti vzorec opazno razlikujeta, je treba preveriti laboratorijske podatke ali ravnanje z vzorcem.

Rešen primer

Primer 1: metoda deleža VSS. Upravljavec v aeracijskem bazenu izmeri TSS 3.500 mg/L, pri čemer delež VSS znaša 75 %.

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

Primer 2: metoda FSS. V istem bazenu se izvede tudi neposredna meritev: TSS znaša 3.500 mg/L, FSS pa 875 mg/L.

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

Obe metodi se ujemata, kot je pričakovano, saj je 875 mg/L FSS natančno 25 % od 3.500 mg/L TSS.

Kako uporabljati ta kalkulator

1. Vnesite vrednost skupnih suspendiranih snovi (TSS) v mg/L.
2. Izberite metodo izračuna: »z uporabo deleža VSS« ali »z uporabo fiksnih suspendiranih snovi (FSS)«.
3. Vnesite drugo vrednost: delež VSS (0-100%) ali vrednost FSS v mg/L.
4. Preberite rezultat MLVSS v mg/L, prikazan skupaj s formulo in uporabljenimi številkami.

Kalkulator preveri, ali je TSS enak nič ali večji, ali je delež VSS med 0 in 100 ter ali FSS ne presega TSS, saj je FSS del TSS. Če preverjanje ni uspešno, prikaže sporočilo z razlago, kaj je treba popraviti.

Razmerje MLVSS/MLSS

V običajni čistilni napravi z aktivnim blatom je razmerje MLVSS/MLSS običajno med 0,65 in 0,85, kar pomeni, da je 65–85% suspendiranih snovi organskih. Razmerje, ki pade pod ta razpon, lahko kaže na kopičenje inertnih trdnih snovi ali na dodaten vnos anorganskega materiala iz industrijskega vira. Razmerje blizu zgornje meje razpona običajno pomeni, da je biomasa pretežno organska in aktivna.

Zakaj je MLVSS pomemben za nadzor procesa

MLVSS se uporablja pri več izračunih, ki jih upravljavci izvajajo vsak dan:

• Razmerje hrana/mikroorganizmi (F/M): primerja organsko obremenitev dotoka s količino biomase, ki je na voljo za njeno obdelavo.
• Čas zadrževanja trdnih snovi (SRT), imenovan tudi starost blata: čas, ko biomasa ostane v sistemu, kar vpliva na stabilnost čiščenja in sposobnost odstranjevanja amonijaka (nitrifikacijo).
• Nastajanje blata: več biomase na splošno pomeni več blata, ki ga je treba odvesti in odstraniti.
• Potreba po kisiku: biomasa za svoje delovanje potrebuje kisik, zato je poraba energije za prezračevanje približno sorazmerna z MLVSS.

Standardne laboratorijske metode za MLVSS so opisane v delu Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (metoda 2540E) in v metodi EPA 160,4.

Kako izračunati razmerje F/M

$\text{Razmerje F/M} = \frac{\text{Obremenitev dotoka z BPK (kg/dan)}}{\text{Masa MLVSS v bazenu (kg)}}$

Primer. Čistilna naprava ima naslednje vrednosti:

• Pretok dotoka = 10.000 m³/dan
• BPK dotoka = 250 mg/L
• Prostornina aeracijskega bazena = 2.000 m³
• MLVSS = 2.500 mg/L

Ker 1 mg/L pri pretoku, izmerjenem v m³/dan, ustreza 1 gramu mase na dan, se obremenitev v kg/dan določi z množenjem in deljenjem z 1.000:

• Obremenitev dotoka z BPK = 10.000 m³/dan × 250 mg/L ÷ 1.000 = 2.500 kg/dan
• Masa MLVSS = 2.000 m³ × 2.500 mg/L ÷ 1.000 = 5.000 kg
• Razmerje F/M = 2.500 kg/dan ÷ 5.000 kg = 0,5 na dan

Običajna čistilna naprava z aktivnim blatom običajno deluje pri razmerju F/M med 0,2 in 0,6 na dan. Previsoko razmerje lahko povzroči nitasto napihovanje blata, pri katerem nitaste bakterije poslabšajo usedanje blata. Prenizko razmerje povzroča izgubo energije pri prezračevanju biomase, ki ima na voljo malo hrane za porabo.

Običajni obratovalni razponi

Objavljene projektne preglednice navajajo skupno koncentracijo trdnih snovi (MLSS), ne pa hlapnega deleža. MLVSS je hlapni delež teh vrednosti, zato znaša približno 65–85% vsakega razpona.

Membranski bioreaktorji lahko delujejo pri precej višjih koncentracijah trdnih snovi, ker jih ločujejo z membranami, namesto da bi se zanašali na gravitacijsko usedanje v usedalniku.

Kako se MLVSS meri v laboratoriju

Standardni postopek ima dve fazi segrevanja:

1. Faza TSS. Znana prostornina mešanega blata se filtrira skozi predhodno stehtan filter iz steklenih vlaken, suši pri 103–105°C najmanj eno uro, ohladi in stehta. Pridobljena masa je TSS oziroma MLSS, kadar je vzorec mešano blato.
2. Faza žarenja. Isti filter se v peči segreva pri 550 °C 15–20 minut. Organski material zgori, ostane pa anorganski pepel. Filter se znova ohladi in stehta.
3. Rezultat. Masa, izgubljena med žarenjem, je hlapni organski delež, torej MLVSS.

Temperatura v peči je pomembna. Standard Methods določa fazo žarenja pri 550 °C z dovoljenim odstopanjem 50 °C. Pri višji temperaturi začnejo razpadati anorganski karbonati, kot je magnezijev karbonat, kar poveča izmerjeno izgubo mase in povzroči lažno visoko vrednost hlapnega deleža. Pri nižji temperaturi organski material morda ne zgori v celoti.

Alternative MLVSS

MLVSS se pogosto uporablja, ker je preprost in zanesljiv, vendar druge metode biomaso merijo bolj specifično:

• ATP (adenozin trifosfat) meri molekulo, ki jo najdemo samo v živih celicah, zato šteje aktivno biomaso brez odmrlega materiala. Potreben je namenski analizator.
• Respirometrija meri hitrost, s katero biomasa porablja kisik, kar neposredno pokaže biološko aktivnost. Uporabna je za preverjanje, ali je dotok strupen za biomaso.
• Kvantifikacija DNK in FISH (fluorescenčna hibridizacija in situ) prepoznata in preštejeta določene mikroorganizme. Uporabljata se predvsem v raziskavah, koristni pa sta pri ugotavljanju vzroka nitastega napihovanja blata.

Te metode zagotavljajo več podrobnosti, vendar so dražje in zahtevajo več časa, zato MLVSS ostaja standard za rutinski nadzor procesa.

Pogosta vprašanja

Kakšna je razlika med MLSS in MLVSS? MLSS so skupne suspendirane snovi v aeracijskem bazenu, vključno z organskim in anorganskim materialom. MLVSS je samo organski del. MLSS je enak MLVSS plus MLFSS (fiksne suspendirane snovi v mešanem blatu).

Kakšno je običajno razmerje MLVSS/MLSS? V običajni čistilni napravi z aktivnim blatom je običajno med 0,65 in 0,85 (65-85%). Nižje razmerje kaže na več anorganskega materiala v mešanici.

Kako MLVSS vpliva na razmerje F/M? MLVSS je imenovalec v razmerju F/M. Višji MLVSS pri enaki organski obremenitvi pomeni nižje razmerje F/M. Nižji MLVSS pomeni višje razmerje F/M, kar lahko ob prevelikem povečanju spodbuja nitaste bakterije, ki se slabo usedajo.

Kaj povzroči nenaden padec MLVSS? Pogosti vzroki so prekomerno odvajanje blata, strupen material v dotoku, ki uničuje biomaso, močno deževje, ki izpere biomaso iz bazena, in pomanjkanje hrane v obdobjih majhne obremenitve, na primer med prazniki.

Ali je lahko MLVSS previsok? Da. Visok MLVSS poveča potrebo po kisiku in s tem stroške energije za prezračevanje, lahko s trdnimi snovmi preobremeni sekundarni usedalnik ter omeji dostop kisika do središča gostih kosmov.

Kako kmalu po vzorčenju je treba izmeriti MLVSS? Standard Methods določa, da je treba začeti čim prej, ker trdnih snovi ni mogoče konzervirati. Vzorce je treba hraniti v hladilniku pri 4 °C, po možnosti največ 24 ur in nikoli več kot 7 dni.

Viri

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