MLVSS-kalkylator för avloppsvattenrening

Flyktiga suspenderade ämnen i blandlut (MLVSS) är den organiska, biologiskt nedbrytbara delen av de suspenderade ämnena i en luftningsbassäng med aktivt slam. Det används som ett indirekt mått på mängden aktiva mikroorganismer som renar avloppsvattnet. Den här kalkylatorn beräknar MLVSS från laboratoriedata med antingen metoden för VSS-procent eller metoden för FSS (fasta suspenderade ämnen).

Vad är MLVSS?

Avloppsreningsverk som använder aktivslamprocessen är beroende av mikroorganismer för att bryta ned organiska föroreningar. Blandningen av vatten, mikroorganismer och fasta ämnen i luftningsbassängen kallas blandlut. En del av de suspenderade ämnena i blandningen är organiskt material, främst levande och döda mikroorganismer. Denna organiska fraktion är flyktiga suspenderade ämnen, och när den mäts i blandluten kallas den MLVSS.

Resten av de suspenderade ämnena är oorganiskt material, såsom grus, sand och mineraler. Denna oorganiska fraktion kallas glödrest (FSS), eller MLFSS när den mäts i blandlut, eftersom den inte förbränns vid upphettning. Tillsammans utgör MLVSS och MLFSS suspenderade ämnen i blandlut (MLSS), den totala koncentrationen av suspenderade ämnen i bassängen.

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

Driftpersonal följer MLVSS eftersom det är ett ungefärligt mått på mängden aktiva mikroorganismer som utför reningen. En stabil MLVSS-nivå innebär i allmänhet en stabil och förutsägbar rening. En plötslig minskning kan tyda på giftigt inkommande avloppsvatten, för stort uttag av överskottsslam eller att ett regnväder spolar ut biomassa ur bassängen.

Så beräknas MLVSS

Det finns två vanliga sätt att beräkna MLVSS, och båda bör ge samma resultat om laboratoriemätningarna är korrekta.

Metoden för VSS-procent

Vissa laboratorier anger VSS som en procentandel av TSS (totala suspenderade ämnen). I så fall:

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

• MLVSS = flyktiga suspenderade ämnen i blandvätska (mg/L)
• TSS = totala suspenderade ämnen (mg/L)
• VSS% = andelen suspenderade ämnen som är flyktiga, vanligtvis 65–85% i ett konventionellt aktivslamssystem

FSS-metoden

Andra laboratorier anger den fasta (oorganiska) fraktionen direkt. I så fall beräknas MLVSS genom subtraktion:

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

Eftersom VSS och FSS alltid tillsammans utgör TSS ger denna formel samma resultat som procentmetoden när de underliggande mätningarna stämmer överens. Om de två metoderna ger märkbart olika resultat för samma prov bör laboratoriedata eller provhantering kontrolleras.

Räkneexempel

Exempel 1: Metoden för VSS-procent. En drifttekniker mäter TSS till 3 500 mg/L i luftningsbassängen, med en VSS-procent på 75 %.

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

Exempel 2: FSS-metoden. Samma bassäng mäts också direkt: TSS är 3 500 mg/L och FSS är 875 mg/L.

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

Båda metoderna ger samma resultat, som förväntat, eftersom 875 mg/L FSS exakt motsvarar 25 % av 3 500 mg/L TSS.

Så använder du denna kalkylator

1. Ange värdet för totala suspenderade ämnen (TSS) i mg/L.
2. Välj beräkningsmetod: ”Med VSS-procent” eller ”Med fasta suspenderade ämnen (FSS)”.
3. Ange det andra värdet: antingen VSS-procenten (0-100%) eller FSS-värdet i mg/L.
4. Läs av MLVSS-resultatet i mg/L, som visas tillsammans med formeln och de använda talen.

Kalkylatorn kontrollerar att TSS är noll eller större, att VSS-procenten ligger mellan 0 och 100 och att FSS inte överstiger TSS, eftersom FSS är en del av TSS. Om en kontroll misslyckas visas ett meddelande som förklarar vad som behöver åtgärdas.

Förhållandet MLVSS/MLSS

I ett konventionellt aktivslamverk ligger förhållandet MLVSS/MLSS vanligtvis mellan 0,65 och 0,85, vilket innebär att 65–85% av de suspenderade ämnena är organiska. Ett förhållande som sjunker under detta intervall kan tyda på att inerta fasta ämnen ansamlas eller att extra oorganiskt material kommer in från en industriell källa. Ett förhållande nära intervallets övre gräns innebär vanligtvis att biomassan till största delen är organisk och aktiv.

Varför MLVSS är viktigt för processstyrningen

MLVSS ingår i flera beräkningar som driftpersonalen använder varje dag:

• Förhållandet mellan föda och mikroorganismer (F/M): jämför den inkommande organiska belastningen med mängden tillgänglig biomassa som ska behandla den.
• Slamålder (SRT), även kallad slamålder: hur länge biomassan stannar i systemet, vilket påverkar reningens stabilitet och förmågan att avlägsna ammonium (nitrifikation).
• Slamproduktion: mer biomassa innebär i allmänhet mer slam som måste tas ut och bortskaffas.
• Syrebehov: biomassan behöver syre för att fungera, så energianvändningen för luftning följer ungefär MLVSS.

Standardiserade laboratoriemetoder för MLVSS beskrivs i Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (metod 2540E) och i EPA-metod 160,4.

Så beräknas F/M-förhållandet

$\text{F/M-förhållande} = \frac{\text{BOD-belastning i inkommande vatten (kg/dygn)}}{\text{MLVSS-massa i bassängen (kg)}}$

Exempel. Ett verk har följande värden:

• Inkommande flöde = 10 000 m³/dygn
• BOD i inkommande vatten = 250 mg/L
• Luftningsbassängens volym = 2 000 m³
• MLVSS = 2 500 mg/L

Eftersom 1 mg/L i ett flöde som mäts i m³/dygn motsvarar 1 gram massa per dygn beräknas belastningen i kg/dygn genom multiplikation och division med 1 000:

• BOD-belastning i inkommande vatten = 10 000 m³/dygn × 250 mg/L ÷ 1 000 = 2 500 kg/dygn
• MLVSS-massa = 2 000 m³ × 2 500 mg/L ÷ 1 000 = 5 000 kg
• F/M-förhållande = 2 500 kg/dygn ÷ 5 000 kg = 0,5 per dygn

Ett konventionellt aktivslamverk drivs vanligtvis med ett F/M-förhållande mellan 0,2 och 0,6 per dygn. Ett för högt förhållande kan orsaka filamentös slamsvällning, där trådformiga bakterier gör att slammet sedimenterar dåligt. Ett för lågt förhållande slösar energi på att lufta biomassa som har lite föda kvar att förbruka.

Typiska driftintervall

Publicerade dimensioneringstabeller anger den totala koncentrationen av fasta ämnen (MLSS) i stället för den flyktiga delen. MLVSS är den flyktiga andelen av dessa värden, alltså ungefär 65–85% av varje intervall.

Membranbioreaktorer kan drivas med betydligt högre halter av fasta ämnen eftersom de separerar fasta ämnen med membran i stället för att förlita sig på sedimentation genom gravitation i en sedimenteringsbassäng.

Så mäts MLVSS i laboratorium

Standardförfarandet har två uppvärmningssteg:

1. TSS-steg. En känd volym blandvätska filtreras genom ett förvägt glasfiberfilter, torkas vid 103–105°C i minst en timme, kyls och vägs. Viktökningen är TSS (eller MLSS när provet är blandvätska).
2. Glödgningssteg. Samma filter glödgas i en ugn vid 550 °C i 15–20 minuter. Det organiska materialet förbränns och lämnar oorganisk aska. Filtret kyls och vägs på nytt.
3. Resultat. Vikten som förloras under förbränningen är den flyktiga, organiska delen, det vill säga MLVSS.

Ugnstemperaturen är viktig. Standard Methods anger förbränningssteget till 550 °C med en tolerans på 50 °C. Vid högre temperatur börjar oorganiska karbonater, såsom magnesiumkarbonat, brytas ned. Det ökar den uppmätta viktförlusten och ger ett falskt högt värde för flyktiga ämnen. Vid lägre temperatur kanske det organiska materialet inte förbränns fullständigt.

Alternativ till MLVSS

MLVSS används i stor utsträckning eftersom metoden är enkel och tillförlitlig, men andra metoder mäter biomassan mer specifikt:

• ATP (adenosintrifosfat) mäter en molekyl som endast finns i levande celler och räknar därför aktiv biomassa utan dött material. Metoden kräver en särskild analysator.
• Respirometri mäter den hastighet med vilken biomassan förbrukar syre, vilket visar den biologiska aktiviteten direkt. Metoden är användbar för att undersöka om inkommande vatten är giftigt för biomassan.
• DNA-kvantifiering och FISH (fluorescens in situ-hybridisering) identifierar och räknar specifika mikroorganismer. Dessa metoder används främst i forskning och är användbara för att spåra orsaken till trådformig slamsvällning.

Dessa metoder ger mer information men kostar mer och tar längre tid. Därför förblir MLVSS standardmetoden för rutinmässig processstyrning.

Vanliga frågor och svar

Vad är skillnaden mellan MLSS och MLVSS? MLSS är de totala suspenderade ämnena i luftningsbassängen och omfattar både organiskt och oorganiskt material. MLVSS är endast den organiska delen. MLSS är lika med MLVSS plus MLFSS (fasta suspenderade ämnen i blandvätska).

Vilket är ett typiskt förhållande mellan MLVSS och MLSS? I ett konventionellt aktivslamverk är det vanligtvis 0,65 till 0,85 (65-85%). Ett lägre förhållande tyder på mer oorganiskt material i blandningen.

Hur påverkar MLVSS F/M-förhållandet? MLVSS är nämnaren i F/M-förhållandet. Ett högre MLVSS vid samma organiska belastning ger ett lägre F/M-förhållande. Ett lägre MLVSS ger ett högre F/M-förhållande, vilket kan främja filamentösa bakterier som sedimenterar dåligt om förhållandet blir för högt.

Vad orsakar en plötslig minskning av MLVSS? Vanliga orsaker är för stort uttag av överskottsslam, giftigt material i inkommande vatten som dödar biomassan, kraftigt regn som spolar ut biomassa ur bassängen samt låg tillgång på föda under perioder med låg belastning, till exempel under helger och lov.

Kan MLVSS vara för högt? Ja. Högt MLVSS ökar syrebehovet och därmed energikostnaden för luftning, kan överbelasta eftersedimenteringsbassängen med fasta ämnen och kan begränsa syrets tillgång till de täta flockpartiklarnas centrum.

Hur snart efter provtagningen bör MLVSS mätas? Standard Methods anger att analysen ska påbörjas så snart som möjligt, eftersom suspenderade ämnen inte kan konserveras. Prover bör kylförvaras vid 4 °C, helst inte förvaras längre än 24 timmar och aldrig längre än 7 dagar.

Referenser

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