Калькулятор MLVSS для очистки стічних вод

Вступ

Калькулятор змішаних лігвальних летючих завислих твердих речовин (MLVSS) є важливим інструментом для операторів станцій очистки стічних вод, екологічних інженерів та дослідників, які працюють з активованими осадовими процесами. MLVSS представляє собою органічну частину завислих твердих речовин у аераційних басейнах і є критичним параметром для моніторингу ефективності біологічної очистки. Цей калькулятор надає простий, точний метод для визначення значень MLVSS на основі або загальних завислих твердих речовин (TSS) і відсотка летючих завислих твердих речовин (VSS%), або вимірювань TSS і фіксованих завислих твердих речовин (FSS).

Правильний моніторинг MLVSS допомагає оптимізувати процеси очистки, зменшити експлуатаційні витрати та забезпечити відповідність стандартам якості скидів. Підтримуючи відповідні рівні MLVSS, підприємства з очистки стічних вод можуть досягти оптимального видалення поживних речовин, мінімізувати виробництво осадів і покращити загальну ефективність очистки.

Методи розрахунку MLVSS

MLVSS можна розрахувати за допомогою двох основних методів, обидва з яких підтримуються цим калькулятором:

Метод відсотка VSS

Перший метод розраховує MLVSS, використовуючи концентрацію загальних завислих твердих речовин (TSS) і відсоток летючих завислих твердих речовин (VSS%):

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

Де:

• MLVSS = Змішане лігвальне летюче зависле тверде тіло (мг/л)
• TSS = Загальні завислі тверді речовини (мг/л)
• VSS% = Відсоток завислих твердих речовин, які є летючими (%)

Метод FSS

Другий метод розраховує MLVSS, від subtracting фіксовані завислі тверді речовини (FSS) від загальних завислих твердих речовин (TSS):

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

Де:

• MLVSS = Змішане лігвальне летюче зависле тверде тіло (мг/л)
• TSS = Загальні завислі тверді речовини (мг/л)
• FSS = Фіксовані завислі тверді речовини (мг/л)

Обидва методи дають однаковий результат, коли вимірювання точні, оскільки VSS і FSS є комплементарними компонентами TSS:

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

Як користуватися цим калькулятором

1. Введіть загальні завислі тверді речовини (TSS): Введіть своє виміряне значення TSS в мг/л.

2. Виберіть метод розрахунку:

   • Виберіть "Використовуючи відсоток VSS", якщо у вас є дані VSS%
   • Виберіть "Використовуючи фіксовані завислі тверді речовини (FSS)", якщо у вас є вимірювання FSS

3. Введіть додатковий параметр:

   • Якщо використовуєте метод відсотка VSS: введіть відсоток VSS (0-100%)
   • Якщо використовуєте метод FSS: введіть значення FSS в мг/л

4. Перегляньте результати: Калькулятор автоматично відобразить розраховане значення MLVSS в мг/л.

5. Візуалізація формули: Під результатом ви побачите формулу, що використовується, та етапи розрахунку.

Перевірка введення

Калькулятор виконує такі перевірки введення на користувацькі дані:

• TSS має бути позитивним числом (≥ 0 мг/л)
• Відсоток VSS має бути в межах від 0 до 100%
• FSS має бути позитивним числом (≥ 0 мг/л)
• FSS не може перевищувати TSS (оскільки FSS є компонентом TSS)

Якщо будь-яка перевірка не пройде, повідомлення про помилку допоможе вам виправити введення.

Розуміння MLVSS в очистці стічних вод

MLVSS представляє собою органічну частину завислих твердих речовин у аераційному басейні активованого осаду. Це служить проксі-вимірюванням для активної біомаси (мікроорганізмів), відповідальних за біодеградацію органічних речовин і поживних речовин у стічних водах.

Співвідношення MLVSS до MLSS (змішані лігвальні завислі тверді речовини) зазвичай коливається від 0,65 до 0,85 (65-85%) у звичайних системах активованого осаду, з варіаціями залежно від характеристик впливу, процесу очистки та експлуатаційних умов.

Концентрація MLVSS є ключовим параметром, який використовується для розрахунку:

• Співвідношення їжі до мікроорганізмів (F/M)
• Вік осаду або час утримання твердих речовин (SRT)
• Вихід біомаси та темпи виробництва осадів
• Споживання кисню для біологічної очистки

Сценарії використання

Контроль і оптимізація процесу

Моніторинг MLVSS є критично важливим для підтримки оптимальних умов біологічної очистки. Оператори станцій використовують дані MLVSS для:

1. Коригування співвідношення F/M: Контролюючи концентрацію MLVSS відносно вхідного органічного навантаження (BOD або COD), оператори можуть підтримувати бажане співвідношення F/M для оптимальної ефективності очистки.

2. Управління віком осаду: Вимірювання MLVSS допомагають визначити відповідну швидкість викидання для підтримки цільового часу утримання твердих речовин (SRT).

3. Оптимізація аерації: Рівні MLVSS інформують про розрахунки споживання кисню, що дозволяє енергоефективно контролювати аерацію.

4. Моніторинг здоров'я біомаси: Раптові зміни в MLVSS або співвідношенні MLVSS/MLSS можуть вказувати на проблеми з життєздатністю біомаси або інгібуванням процесу.

Приклад: Розрахунок співвідношення F/M

Співвідношення їжі до мікроорганізмів (F/M) розраховується як:

$\text{F/M Ratio} = \frac{\text{Вхідний BOD (кг/день)}}{\text{MLVSS (кг)}}$

Для очистної станції з:

• Вхідний потік = 10,000 м³/день
• Вхідний BOD = 250 мг/л
• Об'єм аераційного басейну = 2,000 м³
• MLVSS = 2,500 мг/л

Співвідношення F/M буде:

• Вхідне навантаження BOD = 10,000 м³/день × 250 мг/л ÷ 1,000,000 = 2,500 кг/день
• Маса MLVSS = 2,000 м³ × 2,500 мг/л ÷ 1,000,000 = 5,000 кг
• Співвідношення F/M = 2,500 кг/день ÷ 5,000 кг = 0.5 день⁻¹

Дослідження та проектування

Екологічні інженери та дослідники використовують дані MLVSS для:

1. Проектування процесу: Розрахунок розмірів аераційних басейнів та вторинних осадників на основі цільових концентрацій MLVSS.

2. Кінетичних досліджень: Визначення швидкостей біодеградації та параметрів росту мікроорганізмів.

3. Моделювання процесу: Калібрування моделей активованого осаду для симуляції та оптимізації процесів.

4. Оцінки технологій: Порівняння ефективності різних технологій очистки або експлуатаційних стратегій.

Регуляторна відповідність

Моніторинг MLVSS підтримує відповідність екологічним нормам, забезпечуючи:

1. Забезпечення належної очистки: Підтримка відповідних рівнів MLVSS допомагає досягти необхідної якості скидів.

2. Документування контролю процесу: Дані MLVSS демонструють належний контроль процесу для регуляторних органів.

3. Виявлення проблем з відповідністю: Тенденції MLVSS можуть допомогти виявити причини проблем з якістю скидів.

Альтернативи MLVSS

Хоча MLVSS широко використовується, інші параметри можуть надати додаткову або альтернативну інформацію про біомасу в очистці стічних вод:

1. ATP (аденозинтрифосфат): Надає пряме вимірювання активної біомаси, кількісно оцінюючи клітинні енергетичні переносники.

2. Квантифікація ДНК: Пропонує точне вимірювання мікробної біомаси через квантифікацію нуклеїнових кислот.

3. Респірометрія: Вимірює швидкість споживання кисню (OUR) для прямого оцінювання біологічної активності.

4. FISH (флуоресцентна гібридизація in situ): Дозволяє ідентифікувати та кількісно оцінювати специфічні мікробні популяції.

5. Фракціонування COD: Характеризує різні біодеградовані фракції в біомасі.

Ці альтернативи можуть надати більш специфічну інформацію, але зазвичай вимагають більш складного обладнання та експертизи в порівнянні з відносно простим тестом MLVSS.

Історія MLVSS в очистці стічних вод

Концепція вимірювання летючих завислих твердих речовин як індикатора біологічної активності в очистці стічних вод розвивалася паралельно з розвитком процесів активованого осаду:

1. Ранні 20-ті століття: Процес активованого осаду був розроблений у 1910-х роках Ардерном і Локкеттом у Манчестері, Англія. Початковий контроль процесу спирався переважно на візуальні спостереження та тести осадження.

2. 1930-1940-ті роки: У міру покращення розуміння мікробних процесів дослідники почали розрізняти між органічними (летючими) та неорганічними (фіксованими) фракціями завислих твердих речовин.

3. 1950-1960-ті роки: MLVSS виник як стандартний параметр для кількісного визначення біомаси в системах активованого осаду, з методами, стандартизованими в публікаціях, таких як "Стандартні методи для дослідження води та стічних вод".

4. 1970-1980-ті роки: Взаємозв'язок між MLVSS та ефективністю очистки був широко вивчений, що призвело до розробки проектних і експлуатаційних рекомендацій на основі параметрів, таких як співвідношення F/M та SRT.

5. 1990-ті - сьогодення: Розширене розуміння мікробної екології та метаболізму призвело до більш складних моделей і стратегій контролю, хоча MLVSS залишається фундаментальним параметром завдяки своїй простоті та надійності.

Сьогодні, хоча існують більш просунуті техніки для характеристики біомаси, MLVSS продовжує широко використовуватися в операціях очистки стічних вод завдяки своїй практичності, встановленим кореляціям з ефективністю та відносно простій аналітичній процедурі.

Приклади коду для розрахунку MLVSS

Ось приклади того, як розрахувати MLVSS, використовуючи різні мови програмування:

1' Формула Excel для розрахунку MLVSS за допомогою відсотка VSS
2Function MLVSS_from_VSS_Percentage(TSS As Double, VSS_Percentage As Double) As Double
3    ' Перевірка введення
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    ' Розрахунок MLVSS
10    MLVSS_from_VSS_Percentage = TSS * (VSS_Percentage / 100)
11End Function
12
13' Формула Excel для розрахунку MLVSS за допомогою FSS
14Function MLVSS_from_FSS(TSS As Double, FSS As Double) As Double
15    ' Перевірка введення
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    ' Розрахунок MLVSS
22    MLVSS_from_FSS = TSS - FSS
23End Function
24

1def calculate_mlvss_from_vss_percentage(tss, vss_percentage):
2    """
3    Розрахунок MLVSS за допомогою TSS та відсотка VSS
4    
5    Аргументи:
6        tss (float): Загальні завислі тверді речовини в мг/л
7        vss_percentage (float): Відсоток VSS (0-100)
8        
9    Повертає:
10        float: MLVSS в мг/л
11    """
12    # Перевірка введення
13    if tss < 0 or vss_percentage < 0 or vss_percentage > 100:
14        raise ValueError("Недійсне введення: TSS має бути позитивним, а VSS% в межах 0-100")
15        
16    # Розрахунок MLVSS
17    return tss * (vss_percentage / 100)
18
19def calculate_mlvss_from_fss(tss, fss):
20    """
21    Розрахунок MLVSS за допомогою TSS та FSS
22    
23    Аргументи:
24        tss (float): Загальні завислі тверді речовини в мг/л
25        fss (float): Фіксовані завислі тверді речовини в мг/л
26        
27    Повертає:
28        float: MLVSS в мг/л
29    """
30    # Перевірка введення
31    if tss < 0 or fss < 0:
32        raise ValueError("Недійсне введення: TSS та FSS мають бути позитивними")
33    if fss > tss:
34        raise ValueError("Недійсне введення: FSS не може бути більшим за TSS")
35        
36    # Розрахунок MLVSS
37    return tss - fss
38

1/**
2 * Розрахунок MLVSS за допомогою TSS та відсотка VSS
3 * @param {number} tss - Загальні завислі тверді речовини в мг/л
4 * @param {number} vssPercentage - Відсоток VSS (0-100)
5 * @returns {number} MLVSS в мг/л
6 */
7function calculateMlvssFromVssPercentage(tss, vssPercentage) {
8  // Перевірка введення
9  if (tss < 0 || vssPercentage < 0 || vssPercentage > 100) {
10    throw new Error("Недійсне введення: TSS має бути позитивним, а VSS% в межах 0-100");
11  }
12  
13  // Розрахунок MLVSS
14  return tss * (vssPercentage / 100);
15}
16
17/**
18 * Розрахунок MLVSS за допомогою TSS та FSS
19 * @param {number} tss - Загальні завислі тверді речовини в мг/л
20 * @param {number} fss - Фіксовані завислі тверді речовини в мг/л
21 * @returns {number} MLVSS в мг/л
22 */
23function calculateMlvssFromFss(tss, fss) {
24  // Перевірка введення
25  if (tss < 0 || fss < 0) {
26    throw new Error("Недійсне введення: TSS та FSS мають бути позитивними");
27  }
28  if (fss > tss) {
29    throw new Error("Недійсне введення: FSS не може бути більшим за TSS");
30  }
31  
32  // Розрахунок MLVSS
33  return tss - fss;
34}
35

1public class MlvssCalculator {
2    /**
3     * Розрахунок MLVSS за допомогою TSS та відсотка VSS
4     * 
5     * @param tss Загальні завислі тверді речовини в мг/л
6     * @param vssPercentage Відсоток VSS (0-100)
7     * @return MLVSS в мг/л
8     * @throws IllegalArgumentException якщо введення недійсне
9     */
10    public static double calculateMlvssFromVssPercentage(double tss, double vssPercentage) {
11        // Перевірка введення
12        if (tss < 0 || vssPercentage < 0 || vssPercentage > 100) {
13            throw new IllegalArgumentException("Недійсне введення: TSS має бути позитивним, а VSS% в межах 0-100");
14        }
15        
16        // Розрахунок MLVSS
17        return tss * (vssPercentage / 100);
18    }
19    
20    /**
21     * Розрахунок MLVSS за допомогою TSS та FSS
22     * 
23     * @param tss Загальні завислі тверді речовини в мг/л
24     * @param fss Фіксовані завислі тверді речовини в мг/л
25     * @return MLVSS в мг/л
26     * @throws IllegalArgumentException якщо введення недійсне
27     */
28    public static double calculateMlvssFromFss(double tss, double fss) {
29        // Перевірка введення
30        if (tss < 0 || fss < 0) {
31            throw new IllegalArgumentException("Недійсне введення: TSS та FSS мають бути позитивними");
32        }
33        if (fss > tss) {
34            throw new IllegalArgumentException("Недійсне введення: FSS не може бути більшим за TSS");
35        }
36        
37        // Розрахунок MLVSS
38        return tss - fss;
39    }
40}
41

Практичні приклади

Приклад 1: Використання методу відсотка VSS

Оператор станції очистки стічних вод вимірює наступне:

• TSS в аераційному басейні = 3,500 мг/л
• Відсоток VSS = 75%

Використовуючи метод відсотка VSS: MLVSS = 3,500 мг/л × (75% ÷ 100) = 2,625 мг/л

Приклад 2: Використання методу FSS

Той самий оператор вимірює:

• TSS в аераційному басейні = 3,500 мг/л
• FSS в аераційному басейні = 875 мг/л

Використовуючи метод FSS: MLVSS = 3,500 мг/л - 875 мг/л = 2,625 мг/л

Приклад 3: Виявлення проблем з низьким співвідношенням MLVSS/MLSS

Оператор помічає, що співвідношення MLVSS/MLSS знизилося з 0.75 до 0.60 протягом останнього місяця:

• Поточний TSS = 3,200 мг/л
• Поточний VSS% = 60%
• Поточний MLVSS = 1,920 мг/л

Це зниження може вказувати на:

• Збільшення неорганічних твердих речовин від промислового скиду
• Накопичення інертних твердих речовин через недостатнє викидання
• Зниження біологічної активності через токсичність

Оператор повинен дослідити причину та відповідно відрегулювати процес.

Часто задавані питання

Що таке MLVSS і чому він важливий?

MLVSS (змішане лігвальне летюче зависле тверде тіло) представляє собою органічну частину завислих твердих речовин в процесі активованого осаду. Він важливий, оскільки служить індикатором активної біомаси (мікроорганізмів), відповідальних за очистку стічних вод. Моніторинг MLVSS допомагає оптимізувати ефективність очистки, контролювати виробництво осадів і забезпечувати належне видалення поживних речовин.

Яка різниця між MLSS і MLVSS?

MLSS (змішане лігвальне зависле тверде тіло) вимірює загальну концентрацію завислих твердих речовин в аераційному басейні, включаючи як органічні (летючі), так і неорганічні (фіксовані) матеріали. MLVSS вимірює лише летючу (органічну) частину MLSS, що краще представляє активну біомасу. Взаємозв'язок: MLSS = MLVSS + MLFSS (змішане лігвальне фіксоване зависле тверде тіло).

Яке типове співвідношення MLVSS/MLSS?

У звичайних системах активованого осаду співвідношення MLVSS/MLSS зазвичай коливається від 0.65 до 0.85 (65-85%). Нижчі співвідношення можуть вказувати на високу неорганічну частину або накопичення інертних твердих речовин, тоді як вищі співвідношення свідчать про переважно органічну біомасу. Співвідношення варіюється в залежності від характеристик впливу, процесу очистки та експлуатаційних умов.

Як MLVSS вимірюється в лабораторії?

MLVSS вимірюється через двоетапний процес:

1. Зразок фільтрується через фільтр з скляного волокна, сушиться при 103-105°C і зважується для визначення MLSS.
2. Той самий фільтр потім спалюється при 550°C у муфельній печі, згоряючи органічні речовини, і повторно зважується.
3. Втрата ваги під час спалювання представляє летючу частину (MLVSS).

Ця процедура стандартизована в методах, таких як Стандартні методи 2540E або EPA Метод 160.4.

Яку концентрацію MLVSS слід підтримувати в процесі активованого осаду?

Оптимальні концентрації MLVSS варіюються залежно від типу процесу:

• Звичайний активований осад: 1,500-3,500 мг/л
• Подовжена аерація: 2,000-5,000 мг/л
• Мембранні біореактори (MBR): 8,000-12,000 мг/л
• Секвенційні батч-реактори (SBR): 2,000-4,000 мг/л

Відповідна концентрація залежить від проектних параметрів, цілей очистки та експлуатаційних умов.

Як MLVSS впливає на співвідношення F/M?

MLVSS є знаменником у розрахунку співвідношення їжі до мікроорганізмів (F/M):

Співвідношення F/M = Вхідне навантаження BOD (кг/день) ÷ MLVSS в системі (кг)

Вищі концентрації MLVSS призводять до нижчих співвідношень F/M, що сприяє ендогенної респірації та кращому осадженню осадів. Нижчі концентрації MLVSS призводять до вищих співвідношень F/M, що може викликати зростання філаментів і погане осадження, якщо вони занадто високі.

Що викликає зниження MLVSS в системі активованого осаду?

Зниження MLVSS може бути наслідком:

• Надмірного викидання осаду
• Токсичного впливу, що вбиває біомасу
• Ендогенного розпаду, що перевищує ріст під час періодів низького навантаження
• Гідравлічного вимивання під час високих потоків
• Збільшення неорганічного вмісту у впливі
• Недостатнього постачання поживних речовин, що обмежує біологічний ріст

Чи може MLVSS бути занадто високим?

Так, надмірно високий MLVSS може викликати проблеми, включаючи:

• Високе споживання кисню та витрати на аерацію
• Погане осадження в вторинних осадниках
• Збільшене виробництво осадів і витрати на їх утилізацію
• Зниження ефективності очистки через обмеження дифузії
• Потенціал для анаеробних умов у флокі

Як швидко слід вимірювати MLVSS після відбору зразків?

Аналіз MLVSS повинен ідеально починатися протягом 2 годин після відбору зразків, щоб запобігти змінам через біологічну активність. Якщо негайний аналіз неможливий, зразки слід зберігати в холодильнику при 4°C до 24 годин. Для тривалішого зберігання зразки слід консервувати сірчаною кислотою до pH < 2 і зберігати в холодильнику, хоча це не є ідеальним для визначення MLVSS.

Як температура впливає на MLVSS?

Температура впливає на MLVSS кількома способами:

• Вищі температури збільшують швидкість росту мікроорганізмів, потенційно збільшуючи MLVSS
• Вищі температури також збільшують швидкість ендогенного розпаду
• Сезонні зміни температури можуть змінити склад мікробної спільноти
• Температура впливає на розчинність кисню, що може опосередковано вплинути на MLVSS

Операторам часто потрібно коригувати швидкість викидання сезонно, щоб підтримувати цільові концентрації MLVSS.

Посилання

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.

Спробуйте наш калькулятор MLVSS сьогодні, щоб оптимізувати моніторинг і контроль процесів очищення стічних вод!