Proses lumpur aktif: empat keputusan yang menentukan ukuran tangki

Apa yang disisihkan proses lumpur aktif

Proses lumpur aktif adalah tahap biologis yang digunakan pada sebagian besar air limbah perkotaan dan banyak air limbah industri. Tiga bagian menjalankannya: bak aerasi, tempat debit dicampur dengan kultur mikroorganisme tersuspensi; clarifier, tempat kultur tersebut mengendap dari air yang telah diolah; dan jalur resirkulasi yang membawa lumpur yang mengendap kembali ke tangki.

Populasi itu melakukan dua pekerjaan: mengoksidasi bahan organik yang dapat terurai secara biologis yang digambarkan oleh angka BOD dan COD, dan, ketika lumpur ditahan cukup lama, mengoksidasi amonia menjadi nitrat. Nitrifikasi inilah yang menjadikan umur lumpur sebagai keputusan desain dan bukan sekadar angka rutin. Pekerjaan ketiga, mengubah nitrat menjadi gas nitrogen, memerlukan zona tanpa oksigen terlarut, dan dibahas pada artikel A²/O.

Empat keputusan di bawah ini adalah tombol desain pada kultur tersebut, dan semuanya tidak berdiri sendiri: masing-masing menuliskan neraca massa yang sama, itulah sebabnya menetapkan satu secara terpisah menghasilkan tangki yang terlalu kecil, kurang aerasi, atau tidak mampu menahan padatannya sendiri.

Keputusan satu: umur lumpur dalam pengolahan air limbah

Umur lumpur adalah waktu rata-rata yang dihabiskan satu partikel padatan di dalam sistem: massa padatan yang ditahan di bak aerasi dan clarifier dibagi massa yang dikeluarkan setiap hari, dalam satuan hari. Istilah lainnya adalah waktu retensi padatan, atau SRT.

Inilah tombol yang menentukan sebagian besar sisanya. Umur yang pendek menjaga kultur tetap muda dan cepat tumbuh: lebih banyak lumpur berlebih, dan tidak ada waktu untuk menumbuhkan organisme yang tumbuh lebih lambat. Nitrifier tumbuh lebih lambat daripada organisme yang menyisihkan bahan organik, sehingga IPAL yang harus menitrifikasi wajib menahan lumpurnya cukup lama agar mereka tertahan dan tidak terbuang; umur yang dibutuhkan meningkat seiring air menjadi lebih dingin.

Angka yang lazim dikutip menempatkan lumpur aktif konvensional pada kira-kira 5 hingga 15 hari dan aerasi diperpanjang pada kira-kira 20 hingga 30 hari. Rentang tersebut menggambarkan praktik umum dan bukan air Anda, dan harus dibaca sebagai metode awal, bukan sebagai spesifikasi. Umur yang dibutuhkan IPAL mengikuti persyaratan efluen — apakah amonia harus dioksidasi, dan pada suhu musim dingin berapa — serta seberapa baik lumpur mengendap.

Cara menentukannya: bekerja mundur dari baku mutu efluen ke organisme paling lambat yang harus ditahan IPAL pada air terdingin yang akan dijumpainya, lalu konfirmasikan pada IPAL yang sedang beroperasi, tempat padatan mixed liquor dan lumpur yang dibuang setiap hari memberikan umur yang sebenarnya dijalankan.

Keputusan dua: rasio makanan terhadap mikroorganisme dalam pengolahan air limbah

Rasio makanan terhadap mikroorganisme, yang hampir di mana-mana ditulis F/M, adalah massa makanan yang masuk setiap hari dibagi massa organisme yang ditahan untuk mengonsumsinya: BOD, kadang COD, dibagi mixed liquor suspended solids, dalam satuan kilogram BOD per kilogram MLSS per hari.

F/M dan umur lumpur adalah tombol yang sama dilihat dari dua sisi: tahan lebih banyak lumpur terhadap beban yang sama dan rasionya turun, buang lebih banyak lumpur dan rasionya naik. Rasio yang tinggi mendukung pertumbuhan cepat, flok yang besar dan lebih banyak lumpur berlebih; rasio yang rendah berarti makanan langka, pertumbuhan lebih lambat, kultur lebih stabil dan nitrifikasi lebih mudah dipertahankan, sampai floknya menjadi sangat halus dan lambat mengendap.

Angka awal yang sering dikutip untuk IPAL konvensional berada di sekitar 0.2 hingga 0.4 kg BOD per kg MLSS per hari, dengan aerasi diperpanjang lebih rendah, pada kisaran 0.05 hingga 0.15. Bacalah sebagai metode awal, bukan sebagai spesifikasi: beban dalam rasio itu adalah influen Anda, bukan influen tipikal.

Cara menentukannya: rasio ini jarang menjadi titik acuan tersendiri. Rasio dihitung dari beban desain dan konsentrasi padatan yang akan ditahan tangki, lalu diperiksa dari catatan operasi — debit influen dan BOD bersama mixed liquor suspended solids. Bila analisis influen tidak pasti, tabel kualitas influen desain menjelaskan angka mana yang layak dipercaya.

Keputusan tiga: laju resirkulasi lumpur aktif

Laju resirkulasi adalah debit lumpur yang mengendap yang dipompa dari dasar clarifier kembali ke bak aerasi, biasanya dinyatakan sebagai rasio terhadap debit yang masuk. Tanpa itu, organisme yang melakukan pekerjaan ikut keluar bersama lumpur buang dan populasi di bak aerasi menurun sampai prosesnya gagal.

Laju ini menetapkan dua hal sekaligus: mixed liquor suspended solids yang dijalankan bak aerasi, karena lumpur yang dikembalikan ke volume tertentu menetapkan angka itu, dan beban hidrolik pada clarifier, karena setiap liter yang dikembalikan melewatinya dua kali. Resirkulasi terlalu sedikit membuat lapisan padatan naik sampai padatan keluar bersama efluen; terlalu banyak membuat clarifier kelebihan beban, yang membawa lapisan itu keluar sama efektifnya.

Laju ini mengikuti konsentrasi padatan yang dibutuhkan tangki dan konsentrasi lumpur yang dikembalikan, dan yang kedua adalah sifat lumpur, bukan sifat pompa. Kemampuan mengendap diukur sebagai sludge volume index, dan lumpur yang mengendap dengan baik dapat dikembalikan pada rasio yang lebih rendah. Rasio pada kisaran 0.5 hingga 1 kali debit influen lazim dikutip untuk IPAL konvensional, dan rasionya harus mengikuti lumpur yang benar-benar tumbuh di IPAL.

Ada satu batas yang perlu ditegaskan di sini: jalur lumpur resirkulasi bukanlah resirkulasi internal yang membawa cairan ternitrifikasi ke zona anoksik. Keduanya disebut resirkulasi, dan keduanya melakukan hal yang berlawanan — yang satu mengembalikan kultur, yang lain mengembalikan nitrat.

Keputusan empat: bak aerasi dalam instalasi pengolahan air limbah

Bak aerasi adalah tempat tiga keputusan pertama menjadi nyata. Volumenya adalah massa padatan yang harus ditahan IPAL, yang ditentukan oleh umur lumpur dan beban, dibagi konsentrasi mixed liquor suspended solids yang akan dijalankan tangki. Dua konsekuensi mengikutinya yang jika tidak tampak seperti aturan praktis: konsentrasi mixed liquor yang lebih tinggi memungkinkan beban yang sama diolah dalam tangki yang lebih kecil, dan umur lumpur yang lebih panjang pada konsentrasi tetap membutuhkan tangki yang lebih besar.

Volume hanyalah separuh keputusan. Tangki juga harus memasok oksigen, dan kebutuhannya memiliki dua bagian: bagian karbonan, yang mengikuti beban organik yang benar-benar teroksidasi, dan bagian nitrogen, yang muncul ketika IPAL menitrifikasi. Mengoksidasi amonia menjadi nitrat mengonsumsi oksigen dalam jumlah tetap per kilogram nitrogen, pada kisaran 4.57 kg. IPAL yang diminta menitrifikasi karena itu membutuhkan lebih banyak udara daripada yang diperlukan penyisihan karbon saja.

Angka mixed liquor yang lazim dikutip berada pada kisaran 2000 hingga 4000 mg/L untuk lumpur aktif konvensional dan 3000 hingga 6000 mg/L untuk aerasi diperpanjang. Bacalah sebagai metode awal, bukan sebagai spesifikasi: konsentrasi yang dapat ditahan clarifier Anda tanpa kehilangan padatan adalah batas sebenarnya, dan ditentukan pada IPAL, bukan dari tabel.

Cara menentukannya: kebutuhan oksigen berasal dari beban yang disisihkan dan nitrogen yang dioksidasi, lalu dari efisiensi transfer diffuser pada kedalaman bak tersebut, yang spesifik terhadap peralatannya.

Mengapa keempatnya bergerak bersama

Perubahan pada salah satu dari keempatnya berimbas pada tiga lainnya:

• Naikkan umur lumpur dan tangki harus menahan lebih banyak padatan, pada konsentrasi mixed liquor yang lebih tinggi atau dalam volume yang lebih besar.
• Naikkan konsentrasi mixed liquor dan laju resirkulasi ikut naik, yang membebani clarifier lebih berat.
• Turunkan rasio makanan terhadap mikroorganisme dan penyisihan organik menjadi lebih sempurna, tetapi kebutuhan nitrifikasi muncul dan kebutuhan udara dapat meningkat.
• Dorong salah satu dari ketiganya melampaui kemampuan mengendap lumpur, dan padatan keluar melewati pelimpah apa pun yang dikatakan gambar.

Urutan pekerjaannya mengikuti: persyaratan efluen menetapkan umur lumpur, umur lumpur dan beban menetapkan massa padatan, clarifier menetapkan konsentrasi yang dapat ditahannya, dan massa bersama konsentrasi menetapkan volumenya.

Kesalahan umum

• Menentukan ukuran tangki hanya dari waktu tinggal, padahal dua tangki dengan waktu retensi yang sama menahan jumlah biomassa yang sangat berbeda.
• Menetapkan umur lumpur yang cocok bagi nitrifier pada suhu musim panas, padahal umur nitrifikasi minimum meningkat seiring air mendingin.
• Memperlakukan resirkulasi lumpur sebagai pemilihan pompa.
• Membaca rasio hanya dari beban desain, padahal catatan operasi adalah pengukurannya.
• Mengasumsikan IPAL akan beroperasi pada konsentrasi mixed liquor desain padahal clarifier tidak dapat menahannya.
• Mengeluarkan clarifier dari perhitungan: luas permukaannya menetapkan batas atas konsentrasi yang dapat dibawa rangkaian proses.
• Menyalin umur lumpur dari IPAL dengan air yang berbeda, padahal umur, konsentrasi dan kemampuan mengendap bergerak bersama.

Pemeriksaan mandiri sebelum angka-angka ditetapkan

• Apakah persyaratan efluen dituliskan sebagai apa yang harus disisihkan — organik, amonia, nitrogen, fosfor — dan bukan sebagai nama proses?
• Apakah suhu desain merupakan suhu terdingin tempat IPAL akan beroperasi?
• Apakah umur lumpur dalam pengolahan air limbah ditetapkan dari organisme paling lambat yang harus ditahan IPAL pada suhu tersebut?
• Apakah konsentrasi mixed liquor merupakan konsentrasi yang dapat ditahan clarifier, diperiksa terhadap sludge volume index yang diperkirakan?
• Apakah laju resirkulasi lumpur aktif telah diturunkan dari konsentrasi target dan konsentrasi lumpur yang dikembalikan?
• Apakah rasio makanan terhadap mikroorganisme dalam pengolahan air limbah dihitung dari beban desain dan mixed liquor yang benar-benar akan ditahan tangki?
• Apakah kebutuhan oksigen telah disusun dari beban karbon dan beban nitrogen secara terpisah?
• Apakah produksi lumpur berlebih telah diperkirakan, sehingga tugas pembuangan dan dewatering diketahui?
• Apakah bak aerasi dalam instalasi pengolahan air limbah ditentukan ukurannya dari massa padatan dan konsentrasi secara bersamaan, dan bukan dari waktu tinggal?

Dari empat angka menjadi bak aerasi

Empat keputusan itu berakhir pada sebuah volume, sebuah konsentrasi dan sebuah kebutuhan udara. Tabel volume tangki dan HRT mengubah waktu tinggal menjadi volume bak, dan panduan pemilihan dan penentuan ukuran IPAL membahas hal yang sama dari debit desain dan baku mutu efluen. Bila tugasnya cukup kecil untuk dibangun sebagai satu paket, halaman peralatan MBR terintegrasi membahas versi membran dari proses yang sama. Seberapa besar tugas Anda yang dicakup satu unit dikonfirmasi dengan pabrik untuk debit desain, analisis influen dan baku mutu efluen Anda, bukan diasumsikan dari tabel.