Atıksu Arıtımı için MLVSS Hesaplayıcı

Karışık Sıvıdaki Uçucu Askıda Katı Maddeler (MLVSS), aktif çamur havalandırma tankındaki askıda katı maddelerin organik ve biyolojik olarak parçalanabilir kısmıdır. Atıksuyu arıtan aktif mikroorganizmaların miktarını gösteren yaklaşık bir ölçüm olarak kullanılır. Bu hesaplayıcı, VSS yüzdesi yöntemi veya FSS (Sabit Askıda Katı Maddeler) yöntemiyle laboratuvar verilerinden MLVSS'yi bulur.

MLVSS nedir?

Aktif çamur prosesini kullanan atıksu arıtma tesisleri, organik kirleticileri parçalamak için mikroorganizmalara dayanır. Havalandırma tankındaki su, mikroorganizmalar ve katı maddelerden oluşan karışıma karışık likör denir. Bu karışımdaki askıda katı maddelerin bir kısmı, çoğunlukla canlı ve ölü mikroorganizmalardan oluşan organik malzemedir. Bu organik fraksiyon uçucu askıda katı maddelerdir ve karışık likörde ölçüldüğünde MLVSS olarak adlandırılır.

Askıda katı maddelerin geri kalanı; kaba kum, kum ve mineraller gibi inorganik malzemelerdir. Bu inorganik fraksiyona sabit askıda katı maddeler (FSS) denir; karışık likörde ölçüldüğünde ise ısıtıldığında yanıp uzaklaşmadığı için MLFSS olarak adlandırılır. MLVSS ve MLFSS birlikte, tanktaki toplam askıda katı madde derişimi olan Karışık Likör Askıda Katı Maddelerini (MLSS) oluşturur.

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

İşletmeciler MLVSS'yi izler; çünkü bu değer, arıtmayı gerçekleştiren biyolojik iş gücünün büyüklüğünü yaklaşık olarak gösterir. Sabit bir MLVSS düzeyi genellikle kararlı ve öngörülebilir bir arıtma anlamına gelir. Ani bir düşüş, toksik giriş suyuna, fazla çamur uzaklaştırmaya veya biyokütleyi tanktan süpüren bir fırtınaya işaret edebilir.

MLVSS nasıl hesaplanır?

MLVSS'yi hesaplamanın iki yaygın yolu vardır ve laboratuvar ölçümleri doğruysa her ikisi de aynı sonucu vermelidir.

VSS yüzdesi yöntemi

Bazı laboratuvarlar VSS'yi TSS'nin (Toplam Askıda Katı Maddeler) yüzdesi olarak raporlar. Bu durumda:

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

• MLVSS = Karışık Likör Uçucu Askıda Katı Maddeleri (mg/L)
• TSS = Toplam Askıda Katı Maddeler (mg/L)
• VSS% = genellikle geleneksel bir aktif çamur sisteminde 65–85% olan, uçucu askıda katı maddelerin payı

FSS yöntemi

Diğer laboratuvarlar sabit (inorganik) fraksiyonu doğrudan raporlar. Bu durumda MLVSS çıkarma işlemiyle bulunur:

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

VSS ve FSS her zaman TSS'ye toplandığından, temel ölçümler uyumlu olduğunda bu formül yüzde yöntemiyle aynı sonucu verir. Aynı numune için iki yöntem belirgin biçimde farklı sonuçlar veriyorsa laboratuvar verileri veya numunenin işlenmesi kontrol edilmelidir.

Uygulamalı örnek

Örnek 1: VSS yüzdesi yöntemi. Bir işletmeci havalandırma tankında TSS'yi 3.500 mg/L ve VSS yüzdesini %75 olarak ölçer.

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

Örnek 2: FSS yöntemi. Aynı tankta doğrudan ölçüm de yapılır: TSS 3.500 mg/L ve FSS 875 mg/L'dir.

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

Beklendiği gibi iki yöntem de aynı sonucu verir; çünkü 875 mg/L FSS, 3.500 mg/L TSS'nin tam olarak %25'idir.

Bu hesaplayıcı nasıl kullanılır?

1. Toplam Askıda Katı Maddeler (TSS) değerini mg/L cinsinden girin.
2. Bir hesaplama yöntemi seçin: "VSS Yüzdesi Kullanarak" veya "Sabit Askıda Katı Maddeler (FSS) Kullanarak".
3. İkinci değeri girin: VSS yüzdesi (0-100%) veya mg/L cinsinden FSS değeri.
4. Formül ve kullanılan sayılarla birlikte gösterilen MLVSS sonucunu mg/L cinsinden okuyun.

Hesaplayıcı, TSS'nin sıfır veya daha büyük olduğunu, VSS yüzdesinin 0 ile 100 arasında bulunduğunu ve FSS'nin TSS'yi aşmadığını kontrol eder; çünkü FSS, TSS'nin bir parçasıdır. Bir kontrol başarısız olursa düzeltilmesi gereken şeyi açıklayan bir mesaj gösterir.

MLVSS/MLSS oranı

Geleneksel bir aktif çamur tesisinde MLVSS/MLSS oranı genellikle 0,65 ile 0,85 arasında bulunur; bu, askıda katı maddelerin 65–85%'inin organik olduğu anlamına gelir. Oranın bu aralığın altına doğru kayması, inert katı maddelerin birikmesine veya endüstriyel bir kaynaktan ek inorganik malzeme girişine işaret edebilir. Aralığın üst sınırına yakın bir oran genellikle biyokütlenin büyük ölçüde organik ve aktif olduğu anlamına gelir.

MLVSS proses kontrolü için neden önemlidir?

MLVSS, işletmecilerin her gün kullandığı çeşitli hesaplamalarda yer alır:

• Besin/Mikroorganizma (F/M) oranı: girişteki organik yükü, bunu arıtmak için mevcut biyokütle miktarıyla karşılaştırır.
• Katı Madde Bekletme Süresi (SRT), çamur yaşı olarak da adlandırılır: biyokütlenin sistemde ne kadar kaldığını gösterir; bu süre arıtma kararlılığını ve amonyağın uzaklaştırılma kapasitesini (nitrifikasyon) etkiler.
• Çamur üretimi: daha fazla biyokütle genellikle uzaklaştırılacak ve bertaraf edilecek daha fazla çamur anlamına gelir.
• Oksijen ihtiyacı: biyokütlenin çalışmak için oksijene ihtiyacı vardır; bu nedenle havalandırma enerjisi tüketimi yaklaşık olarak MLVSS ile birlikte değişir.

MLVSS için standart laboratuvar yöntemleri Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (Yöntem 2540E) ve EPA Yöntemi 160,4'te açıklanmıştır.

F/M oranı nasıl hesaplanır?

$\text{F/M oranı} = \frac{\text{Giriş BOD yükü (kg/gün)}}{\text{Tanktaki MLVSS kütlesi (kg)}}$

Örnek. Bir tesiste şu değerler bulunmaktadır:

• Giriş debisi = 10.000 m³/gün
• Giriş BOD'si = 250 mg/L
• Havalandırma tankı hacmi = 2.000 m³
• MLVSS = 2.500 mg/L

m³/gün cinsinden ölçülen bir debide 1 mg/L, günde 1 gram kütleye eşit olduğundan, kg/gün cinsinden yük çarpılıp 1.000'e bölünerek bulunur:

• Giriş BOD yükü = 10.000 m³/gün × 250 mg/L ÷ 1.000 = 2.500 kg/gün
• MLVSS kütlesi = 2.000 m³ × 2.500 mg/L ÷ 1.000 = 5.000 kg
• F/M oranı = 2.500 kg/gün ÷ 5.000 kg = günde 0,5

Geleneksel bir aktif çamur tesisi genellikle günde 0,2 ile 0,6 arasında bir F/M oranıyla çalışır. Çok yüksek bir oran, ipliksi bakterilerin çamurun kötü çökmesine yol açtığı filamentli kabarmaya neden olabilir. Çok düşük bir oran ise tüketilecek çok az besini kalan biyokütleyi havalandırmak için enerji harcanmasına yol açar.

Tipik işletme aralıkları

Yayımlanmış tasarım tabloları uçucu kısmı değil, toplam katı madde derişimini (MLSS) verir. MLVSS bu değerlerin uçucu payıdır; dolayısıyla her aralığın yaklaşık 65–85%'idir.

Membran biyoreaktörleri, katıları bir çöktürme tankında yerçekimiyle çöktürmek yerine membranlarla ayırdıkları için çok daha yüksek katı madde derişimleriyle çalışabilir.

MLVSS laboratuvarda nasıl ölçülür?

Standart prosedür iki ısıtma aşamasından oluşur:

1. TSS aşaması. Bilinen hacimdeki karışık likör, önceden tartılmış bir cam elyaf filtreden süzülür; en az bir saat 103–105°C sıcaklıkta kurutulur, soğutulur ve tartılır. Ağırlıktaki artış TSS'dir (numune karışık likör olduğunda MLSS).
2. Yakma aşaması. Aynı filtre bir fırında 550 °C sıcaklıkta 15–20 dakika ısıtılır. Organik malzeme yanarak uzaklaşır ve geride inorganik kül bırakır. Filtre yeniden soğutulur ve tartılır.
3. Sonuç. Yakma sırasında kaybedilen ağırlık, MLVSS olan uçucu organik kısımdır.

Fırın sıcaklığı önemlidir. Standard Methods, yakma aşamasını 550 °C sıcaklıkta ve 50 °C toleransla belirler. Daha yüksek sıcaklıkta çalışılırsa magnezyum karbonat gibi inorganik karbonatlar parçalanmaya başlar; bu durum ölçülen ağırlık kaybını artırarak gerçekte olduğundan yüksek bir uçucu madde değeri verir. Daha düşük sıcaklıkta ise organik malzeme tamamen yanmayabilir.

MLVSS'ye alternatifler

MLVSS basit ve güvenilir olduğu için yaygın biçimde kullanılır; ancak diğer yöntemler biyokütleyi daha özgül biçimde ölçer:

• ATP (adenozin trifosfat) yalnızca canlı hücrelerde bulunan bir molekülü ölçer; bu nedenle ölü malzeme olmadan aktif biyokütleyi sayar. Özel bir analiz cihazı gerektirir.
• Respirometri, biyokütlenin oksijeni tüketme hızını ölçer ve biyolojik aktiviteyi doğrudan gösterir. Giriş suyunun biyokütle için toksik olup olmadığını test etmekte kullanışlıdır.
• DNA miktar tayini ve FISH (Floresan İn Situ Hibridizasyon) belirli mikroorganizmaları tanımlar ve sayar. Bunlar çoğunlukla araştırma araçlarıdır ve filamentli çamur kabarmasının nedenini saptamakta kullanışlıdır.

Bu yöntemler daha fazla ayrıntı sağlar; ancak daha pahalıdır ve daha uzun sürer. Bu nedenle MLVSS, rutin proses kontrolünde standart olarak kullanılmaya devam eder.

Sık sorulan sorular

MLSS ile MLVSS arasındaki fark nedir? MLSS, hem organik hem de inorganik malzemeyi içeren havalandırma tankındaki toplam askıda katı maddelerdir. MLVSS yalnızca organik kısımdır. MLSS, MLVSS ile MLFSS'nin (Karışık Sıvıdaki Sabit Askıda Katı Maddeler) toplamına eşittir.

Tipik MLVSS/MLSS oranı nedir? Geleneksel bir aktif çamur tesisinde bu oran genellikle 0,65 ile 0,85 arasındadır (65-85%). Daha düşük bir oran, karışımda daha fazla inorganik malzeme bulunduğunu gösterir.

MLVSS, F/M oranını nasıl etkiler? MLVSS, F/M oranının paydasındadır. Aynı organik yükte daha yüksek MLVSS, daha düşük F/M oranı verir. Daha düşük MLVSS ise daha yüksek F/M oranı verir; bu oran çok yükselirse kötü çöken filamentli bakterilerin çoğalmasını teşvik edebilir.

MLVSS'nin aniden düşmesine ne neden olur? Yaygın nedenler arasında fazla çamur uzaklaştırma, giriş suyundaki toksik maddelerin biyokütleyi öldürmesi, şiddetli yağmurun biyokütleyi tanktan sürüklemesi ve tatiller gibi yükün düşük olduğu dönemlerde besin bulunabilirliğinin azalması yer alır.

MLVSS çok yüksek olabilir mi? Evet. Yüksek MLVSS oksijen ihtiyacını ve dolayısıyla havalandırma enerji maliyetini artırır; ikincil çöktürme tankını katı maddelerle aşırı yükleyebilir ve yoğun flok parçalarının merkezine oksijen ulaşmasını sınırlayabilir.

Numune alındıktan ne kadar süre sonra MLVSS ölçülmelidir? Standard Methods, katı maddeler korunamadığı için ölçüme mümkün olan en kısa sürede başlanmasını belirtir. Numuneler 4 °C sıcaklıkta soğutulmalı, tercihen 24 saatten uzun tutulmamalı ve hiçbir durumda 7 günden uzun bekletilmemelidir.

Kaynaklar

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