Tính toán Chất rắn lơ lửng bay hơi hỗn hợp (MLVSS) cho các nhà máy xử lý nước thải bằng cách sử dụng tỷ lệ TSS và VSS hoặc phương pháp FSS. Cần thiết cho việc giám sát và kiểm soát quy trình bùn hoạt tính.
Tính toán Chất rắn lơ lửng dễ bay hơi hỗn hợp (MLVSS) cho các quy trình xử lý nước thải
Sử dụng phương pháp tỷ lệ VSS
Chất rắn lơ lửng dễ bay hơi hỗn hợp (MLVSS) là một tham số chính trong xử lý nước thải, đại diện cho phần hữu cơ của chất rắn lơ lửng trong bể hiếu khí.
MLVSS được sử dụng để xác định lượng sinh khối hoạt động trong hệ thống, điều này rất quan trọng để giám sát và kiểm soát các quy trình xử lý sinh học.
MLVSS có thể được tính bằng cách sử dụng tỷ lệ VSS của TSS hoặc bằng cách trừ Chất rắn lơ lửng cố định (FSS) từ Chất rắn lơ lửng tổng (TSS).
Máy tính Mixed Liquor Volatile Suspended Solids (MLVSS) là một công cụ thiết yếu cho các nhà vận hành nhà máy xử lý nước thải, kỹ sư môi trường và các nhà nghiên cứu làm việc với các quy trình bùn hoạt tính. MLVSS đại diện cho phần hữu cơ của các chất rắn lơ lửng trong các bể aeration và đóng vai trò là một thông số quan trọng để theo dõi hiệu quả xử lý sinh học. Máy tính này cung cấp một phương pháp đơn giản, chính xác để xác định giá trị MLVSS dựa trên nồng độ Total Suspended Solids (TSS) và tỷ lệ Volatile Suspended Solids (VSS%), hoặc TSS và các phép đo Fixed Suspended Solids (FSS).
Việc theo dõi MLVSS đúng cách giúp tối ưu hóa quy trình xử lý, giảm chi phí vận hành và đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng nước thải. Bằng cách duy trì mức MLVSS thích hợp, các cơ sở xử lý nước thải có thể đạt được loại bỏ dinh dưỡng sinh học tối ưu, giảm sản xuất bùn và nâng cao hiệu suất xử lý tổng thể.
MLVSS có thể được tính toán bằng hai phương pháp chính, cả hai đều được hỗ trợ bởi máy tính này:
Phương pháp đầu tiên tính toán MLVSS sử dụng nồng độ Total Suspended Solids (TSS) và tỷ lệ Volatile Suspended Solids (VSS%):
Trong đó:
Phương pháp thứ hai tính toán MLVSS bằng cách trừ Fixed Suspended Solids (FSS) từ Total Suspended Solids (TSS):
Trong đó:
Cả hai phương pháp đều cho kết quả giống nhau khi các phép đo là chính xác, vì VSS và FSS là các thành phần bổ sung của TSS:
Nhập Total Suspended Solids (TSS): Nhập giá trị TSS đã đo được của bạn vào mg/L.
Chọn Phương Pháp Tính Toán:
Nhập Tham Số Bổ Sung:
Xem Kết Quả: Máy tính sẽ tự động hiển thị giá trị MLVSS đã tính toán trong mg/L.
Hình Ảnh Công Thức: Dưới kết quả, bạn sẽ thấy công thức đã sử dụng và các bước tính toán.
Máy tính thực hiện các xác thực sau trên các đầu vào của người dùng:
Nếu bất kỳ xác thực nào thất bại, một thông báo lỗi sẽ hướng dẫn bạn sửa chữa đầu vào.
MLVSS đại diện cho phần hữu cơ của các chất rắn lơ lửng trong bể aeration của một quy trình bùn hoạt tính. Nó phục vụ như một phép đo thay thế cho sinh khối hoạt động (vi sinh vật) chịu trách nhiệm phân hủy sinh học các chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải.
Tỷ lệ MLVSS so với MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids) thường dao động từ 0.65 đến 0.85 (65-85%) trong các hệ thống bùn hoạt tính thông thường, với các biến thể phụ thuộc vào đặc điểm nước thải đầu vào, quy trình xử lý và điều kiện vận hành.
Nồng độ MLVSS là một thông số chính được sử dụng để tính toán:
Việc theo dõi MLVSS là rất quan trọng để duy trì các điều kiện xử lý sinh học tối ưu. Các nhà vận hành nhà máy sử dụng dữ liệu MLVSS để:
Điều Chỉnh Tỷ Lệ F/M: Bằng cách kiểm soát nồng độ MLVSS liên quan đến tải hữu cơ đầu vào (BOD hoặc COD), các nhà vận hành có thể duy trì tỷ lệ F/M mong muốn cho hiệu quả xử lý tối ưu.
Quản Lý Tuổi Bùn: Các phép đo MLVSS giúp xác định tỷ lệ thải bùn thích hợp để duy trì thời gian giữ chất rắn (SRT) mục tiêu.
Tối Ưu Hóa Aeration: Mức MLVSS thông báo cho các phép tính nhu cầu oxy, cho phép kiểm soát aeration tiết kiệm năng lượng.
Theo Dõi Sức Khỏe Sinh Khối: Những thay đổi đột ngột trong MLVSS hoặc tỷ lệ MLVSS/MLSS có thể chỉ ra các vấn đề với tính khả thi của sinh khối hoặc sự ức chế quy trình.
Tỷ lệ Thức ăn đến Vi sinh vật (F/M) được tính như sau:
Đối với một nhà máy xử lý với:
Tỷ lệ F/M sẽ là:
Các kỹ sư môi trường và nhà nghiên cứu sử dụng dữ liệu MLVSS cho:
Thiết Kế Quy Trình: Kích thước các bể aeration và các bể lắng thứ cấp dựa trên nồng độ MLVSS mục tiêu.
Nghiên Cứu Động Lực Học: Xác định tỷ lệ phân hủy sinh học và các thông số tăng trưởng vi sinh vật.
Mô Hình Quy Trình: Hiệu chỉnh các mô hình bùn hoạt tính cho mô phỏng và tối ưu hóa quy trình.
Đánh Giá Công Nghệ: So sánh hiệu suất của các công nghệ xử lý khác nhau hoặc các chiến lược vận hành.
Việc theo dõi MLVSS hỗ trợ tuân thủ các quy định môi trường bằng cách:
Đảm Bảo Xử Lý Đúng Cách: Duy trì mức MLVSS thích hợp giúp đạt được chất lượng nước thải yêu cầu.
Tài Liệu Kiểm Soát Quy Trình: Dữ liệu MLVSS chứng minh kiểm soát quy trình đúng cách cho các cơ quan quản lý.
Khắc Phục Vấn Đề Tuân Thủ: Xu hướng MLVSS có thể giúp xác định nguyên nhân của các vấn đề chất lượng nước thải.
Mặc dù MLVSS được sử dụng rộng rãi, các thông số khác có thể cung cấp thông tin bổ sung hoặc thay thế về sinh khối trong xử lý nước thải:
ATP (Adenosine Triphosphate): Cung cấp một phép đo trực tiếp về sinh khối hoạt động bằng cách định lượng các chất mang năng lượng tế bào.
Định Lượng DNA: Cung cấp phép đo chính xác về sinh khối vi sinh vật thông qua định lượng axit nucleic.
Respirometry: Đo lường tỷ lệ tiêu thụ oxy (OUR) để đánh giá hoạt động sinh học trực tiếp.
FISH (Fluorescence In Situ Hybridization): Cho phép xác định và định lượng các quần thể vi sinh vật cụ thể.
Phân Tích COD: Phân loại các phần khác nhau trong sinh khối có thể phân hủy.
Các thay thế này có thể cung cấp thông tin cụ thể hơn nhưng thường yêu cầu thiết bị và chuyên môn phức tạp hơn so với bài kiểm tra MLVSS tương đối đơn giản.
Khái niệm đo lường các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi như một chỉ số của hoạt động sinh học trong xử lý nước thải đã phát triển cùng với sự phát triển của các quy trình bùn hoạt tính:
Đầu Thế Kỷ 20: Quy trình bùn hoạt tính được phát triển vào những năm 1910 bởi Ardern và Lockett ở Manchester, Anh. Kiểm soát quy trình ban đầu chủ yếu dựa vào quan sát trực quan và các bài kiểm tra lắng.
Những Năm 1930-1940: Khi hiểu biết về các quy trình vi sinh vật cải thiện, các nhà nghiên cứu bắt đầu phân biệt giữa các chất rắn hữu cơ (dễ bay hơi) và vô cơ (cố định).
Những Năm 1950-1960: MLVSS xuất hiện như một thông số tiêu chuẩn để định lượng sinh khối trong các hệ thống bùn hoạt tính, với các phương pháp được tiêu chuẩn hóa trong các ấn phẩm như "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater."
Những Năm 1970-1980: Mối quan hệ giữa MLVSS và hiệu suất xử lý đã được nghiên cứu rộng rãi, dẫn đến các hướng dẫn thiết kế và vận hành dựa trên các thông số như tỷ lệ F/M và SRT.
Những Năm 1990-Hiện Tại: Hiểu biết nâng cao về sinh thái và chuyển hóa vi sinh vật đã dẫn đến các mô hình và chiến lược kiểm soát tinh vi hơn, mặc dù MLVSS vẫn là một thông số cơ bản do tính đơn giản và độ tin cậy của nó.
Ngày nay, trong khi có nhiều kỹ thuật tiên tiến hơn để xác định sinh khối, MLVSS vẫn tiếp tục được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động xử lý nước thải do tính thực tiễn, mối tương quan đã thiết lập với hiệu suất và quy trình phân tích tương đối đơn giản.
Dưới đây là các ví dụ về cách tính toán MLVSS bằng các ngôn ngữ lập trình khác nhau:
1' Công thức Excel cho tính toán MLVSS sử dụng tỷ lệ VSS
2Function MLVSS_from_VSS_Percentage(TSS As Double, VSS_Percentage As Double) As Double
3 ' Xác thực đầu vào
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 ' Tính toán MLVSS
10 MLVSS_from_VSS_Percentage = TSS * (VSS_Percentage / 100)
11End Function
12
13' Công thức Excel cho tính toán MLVSS sử dụng FSS
14Function MLVSS_from_FSS(TSS As Double, FSS As Double) As Double
15 ' Xác thực đầu vào
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 ' Tính toán MLVSS
22 MLVSS_from_FSS = TSS - FSS
23End Function
24
1def calculate_mlvss_from_vss_percentage(tss, vss_percentage):
2 """
3 Tính toán MLVSS sử dụng TSS và tỷ lệ VSS
4
5 Args:
6 tss (float): Total Suspended Solids trong mg/L
7 vss_percentage (float): Tỷ lệ VSS (0-100)
8
9 Returns:
10 float: MLVSS trong mg/L
11 """
12 # Xác thực đầu vào
13 if tss < 0 or vss_percentage < 0 or vss_percentage > 100:
14 raise ValueError("Đầu vào không hợp lệ: TSS phải dương và VSS% giữa 0-100")
15
16 # Tính toán MLVSS
17 return tss * (vss_percentage / 100)
18
19def calculate_mlvss_from_fss(tss, fss):
20 """
21 Tính toán MLVSS sử dụng TSS và FSS
22
23 Args:
24 tss (float): Total Suspended Solids trong mg/L
25 fss (float): Fixed Suspended Solids trong mg/L
26
27 Returns:
28 float: MLVSS trong mg/L
29 """
30 # Xác thực đầu vào
31 if tss < 0 or fss < 0:
32 raise ValueError("Đầu vào không hợp lệ: TSS và FSS phải dương")
33 if fss > tss:
34 raise ValueError("Đầu vào không hợp lệ: FSS không thể lớn hơn TSS")
35
36 # Tính toán MLVSS
37 return tss - fss
38
1/**
2 * Tính toán MLVSS sử dụng TSS và tỷ lệ VSS
3 * @param {number} tss - Total Suspended Solids trong mg/L
4 * @param {number} vssPercentage - Tỷ lệ VSS (0-100)
5 * @returns {number} MLVSS trong mg/L
6 */
7function calculateMlvssFromVssPercentage(tss, vssPercentage) {
8 // Xác thực đầu vào
9 if (tss < 0 || vssPercentage < 0 || vssPercentage > 100) {
10 throw new Error("Đầu vào không hợp lệ: TSS phải dương và VSS% giữa 0-100");
11 }
12
13 // Tính toán MLVSS
14 return tss * (vssPercentage / 100);
15}
16
17/**
18 * Tính toán MLVSS sử dụng TSS và FSS
19 * @param {number} tss - Total Suspended Solids trong mg/L
20 * @param {number} fss - Fixed Suspended Solids trong mg/L
21 * @returns {number} MLVSS trong mg/L
22 */
23function calculateMlvssFromFss(tss, fss) {
24 // Xác thực đầu vào
25 if (tss < 0 || fss < 0) {
26 throw new Error("Đầu vào không hợp lệ: TSS và FSS phải dương");
27 }
28 if (fss > tss) {
29 throw new Error("Đầu vào không hợp lệ: FSS không thể lớn hơn TSS");
30 }
31
32 // Tính toán MLVSS
33 return tss - fss;
34}
35
1public class MlvssCalculator {
2 /**
3 * Tính toán MLVSS sử dụng TSS và tỷ lệ VSS
4 *
5 * @param tss Tổng chất rắn lơ lửng trong mg/L
6 * @param vssPercentage Tỷ lệ VSS (0-100)
7 * @return MLVSS trong mg/L
8 * @throws IllegalArgumentException nếu đầu vào không hợp lệ
9 */
10 public static double calculateMlvssFromVssPercentage(double tss, double vssPercentage) {
11 // Xác thực đầu vào
12 if (tss < 0 || vssPercentage < 0 || vssPercentage > 100) {
13 throw new IllegalArgumentException("Đầu vào không hợp lệ: TSS phải dương và VSS% giữa 0-100");
14 }
15
16 // Tính toán MLVSS
17 return tss * (vssPercentage / 100);
18 }
19
20 /**
21 * Tính toán MLVSS sử dụng TSS và FSS
22 *
23 * @param tss Tổng chất rắn lơ lửng trong mg/L
24 * @param fss Fixed Suspended Solids trong mg/L
25 * @return MLVSS trong mg/L
26 * @throws IllegalArgumentException nếu đầu vào không hợp lệ
27 */
28 public static double calculateMlvssFromFss(double tss, double fss) {
29 // Xác thực đầu vào
30 if (tss < 0 || fss < 0) {
31 throw new IllegalArgumentException("Đầu vào không hợp lệ: TSS và FSS phải dương");
32 }
33 if (fss > tss) {
34 throw new IllegalArgumentException("Đầu vào không hợp lệ: FSS không thể lớn hơn TSS");
35 }
36
37 // Tính toán MLVSS
38 return tss - fss;
39 }
40}
41
Một nhà vận hành nhà máy xử lý nước thải đo các thông số sau:
Sử dụng phương pháp tỷ lệ VSS: MLVSS = 3,500 mg/L × (75% ÷ 100) = 2,625 mg/L
Cùng nhà vận hành đó đo:
Sử dụng phương pháp FSS: MLVSS = 3,500 mg/L - 875 mg/L = 2,625 mg/L
Một nhà vận hành nhận thấy tỷ lệ MLVSS/MLSS đã giảm từ 0.75 xuống 0.60 trong tháng qua:
Sự giảm này có thể chỉ ra:
Nhà vận hành nên điều tra nguyên nhân và điều chỉnh quy trình cho phù hợp.
MLVSS (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids) đại diện cho phần hữu cơ của các chất rắn lơ lửng trong quy trình bùn hoạt tính. Nó quan trọng vì nó phục vụ như một chỉ số về sinh khối hoạt động (vi sinh vật) chịu trách nhiệm xử lý nước thải. Việc theo dõi MLVSS giúp tối ưu hóa hiệu quả xử lý, kiểm soát sản xuất bùn và đảm bảo loại bỏ dinh dưỡng sinh học đúng cách.
MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids) đo lường tổng nồng độ các chất rắn lơ lửng trong bể aeration, bao gồm cả các chất hữu cơ (dễ bay hơi) và vô cơ (cố định). MLVSS đo lường chỉ phần dễ bay hơi (hữu cơ) của MLSS, điều này đại diện tốt hơn cho sinh khối hoạt động. Mối quan hệ là: MLSS = MLVSS + MLFSS (Mixed Liquor Fixed Suspended Solids).
Trong các hệ thống bùn hoạt tính thông thường, tỷ lệ MLVSS/MLSS thường dao động từ 0.65 đến 0.85 (65-85%). Tỷ lệ thấp hơn có thể chỉ ra hàm lượng vô cơ cao hoặc tích tụ các chất rắn vô cơ, trong khi tỷ lệ cao hơn cho thấy sinh khối chủ yếu là hữu cơ. Tỷ lệ này thay đổi dựa trên đặc điểm nước thải đầu vào, quy trình xử lý và điều kiện vận hành.
MLVSS được đo lường thông qua một quy trình hai bước:
Quy trình này được tiêu chuẩn hóa trong các phương pháp như Standard Methods 2540E hoặc EPA Method 160.4.
Nồng độ MLVSS tối ưu thay đổi theo loại quy trình:
Nồng độ thích hợp phụ thuộc vào các tham số thiết kế, mục tiêu xử lý và điều kiện vận hành.
MLVSS là mẫu số trong phép tính tỷ lệ Thức ăn đến Vi sinh vật (F/M):
Tỷ lệ F/M = Tải BOD đầu vào (kg/ngày) ÷ MLVSS trong Hệ Thống (kg)
Nồng độ MLVSS cao hơn dẫn đến tỷ lệ F/M thấp hơn, thúc đẩy hô hấp nội sinh và cải thiện khả năng lắng bùn. Nồng độ MLVSS thấp hơn dẫn đến tỷ lệ F/M cao hơn, có thể gây ra sự phát triển của vi khuẩn sợi và lắng kém nếu quá cao.
Sự giảm MLVSS có thể do:
Có, MLVSS quá cao có thể gây ra các vấn đề bao gồm:
Phân tích MLVSS lý tưởng nên bắt đầu trong vòng 2 giờ sau khi lấy mẫu để ngăn chặn sự thay đổi do hoạt động sinh học. Nếu không thể phân tích ngay, các mẫu nên được làm lạnh ở 4°C trong tối đa 24 giờ. Đối với lưu trữ lâu hơn, các mẫu nên được bảo quản bằng axit sulfuric để pH < 2 và làm lạnh, mặc dù điều này không lý tưởng cho việc xác định MLVSS.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến MLVSS theo nhiều cách:
Các nhà vận hành thường cần điều chỉnh tỷ lệ thải bùn theo mùa để duy trì nồng độ MLVSS mục tiêu.
Water Environment Federation. (2018). Operation of Water Resource Recovery Facilities, 7th Edition. McGraw-Hill Education.
Metcalf & Eddy, Inc. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery, 5th Edition. McGraw-Hill Education.
American Public Health Association, American Water Works Association, & Water Environment Federation. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 23rd Edition.
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.
U.S. Environmental Protection Agency. (2021). Wastewater Technology Fact Sheet: Activated Sludge Process. EPA 832-F-00-016.
Grady, C. P. L., Daigger, G. T., Love, N. G., & Filipe, C. D. M. (2011). Biological Wastewater Treatment, 3rd Edition. CRC Press.
Water Environment Research Foundation. (2003). Methods for Wastewater Characterization in Activated Sludge Modeling. WERF Report 99-WWF-3.
Henze, M., van Loosdrecht, M. C. M., Ekama, G. A., & Brdjanovic, D. (2008). Biological Wastewater Treatment: Principles, Modelling and Design. IWA Publishing.
Hãy thử máy tính MLVSS của chúng tôi hôm nay để tối ưu hóa việc theo dõi và kiểm soát quy trình xử lý nước thải của bạn!
Khám phá thêm các công cụ có thể hữu ích cho quy trình làm việc của bạn