Rasio F/M dan umur lumpur: dua tombol pengatur IPAL lumpur aktif

Dua sisi satu neraca: rasio F/M dan umur lumpur dalam pengolahan air limbah

Rasio makanan terhadap mikroorganisme (F/M) dalam pengolahan air limbah adalah massa makanan yang masuk setiap hari dibagi massa organisme yang ditahan untuk mengonsumsinya, ditulis dalam kilogram BOD (biochemical oxygen demand, kebutuhan oksigen biokimiawi) per kilogram padatan tersuspensi dalam campuran (mixed liquor suspended solids, MLSS) per hari. COD (chemical oxygen demand, kebutuhan oksigen kimiawi) dipakai menggantikan BOD pada sebagian IPAL industri, dan pilihan itu penting: rasio F/M yang dikutip terhadap COD tidak sebanding dengan yang dikutip terhadap BOD.

Umur lumpur, yang juga disebut waktu retensi padatan dan waktu tinggal sel rata-rata, adalah massa padatan yang ditahan di dalam sistem dibagi massa yang dikeluarkan darinya setiap hari, dalam satuan hari. Sistem berarti bak aerasi dan clarifier bersama-sama, karena lapisan lumpur di dalam clarifier adalah bagian dari persediaan padatan itu.

Keduanya menggambarkan neraca massa yang sama dari dua ujung. Tahan lebih banyak lumpur terhadap beban yang sama, dan rasionya turun sementara umurnya naik; buang lebih banyak lumpur dan rasionya naik sementara umurnya turun. Secara kuantitatif keduanya dihubungkan melalui hasil teramati (observed yield) kultur, yang menyatakan berapa banyak makanan yang menjadi organisme baru, dan melalui laju peluruhannya, yang menyatakan berapa banyak populasi yang mati setiap hari. Hubungan itulah sebabnya pasangan ini selalu berjalan bersama di lembar desain, dan sebabnya suatu IPAL tidak dapat menahan rasio rendah pada umur lumpur pendek atau rasio tinggi pada umur panjang, apa pun cara mengoperasikannya.

Bagaimana masing-masing tombol sebenarnya diputar

Laju pembuangan lumpur pada lumpur aktif adalah tombolnya, dan itu satu-satunya. Pompa lumpur balik menetapkan di mana padatannya berada, bukan berapa banyak padatannya: pompa itu memindahkan populasi yang sama antara clarifier dan bak aerasi. Satu-satunya penyisihan kontinu dari sistem adalah lumpur buang, bersama padatan yang ikut keluar di dalam efluen. IPAL yang menyesuaikan laju resirkulasinya untuk mengubah umur lumpurnya sedang menyesuaikan pompa yang salah.

Rasio dapat digeser oleh dua tindakan yang berbeda, dan mencampuradukkan keduanya adalah kesalahan yang umum. Pembuangan mengubah massa total padatan sehingga umur dan rasio berubah bersamaan. Menaikkan laju resirkulasi pada laju pembuangan yang sama memindahkan padatan keluar dari clarifier dan masuk ke bak aerasi, yang menaikkan konsentrasi yang dijalankan bak aerasi dan menurunkan rasio yang dihitung pada bak aerasi saja, sementara umur sistem tidak berubah. Kedua efek itu nyata, dan keduanya bekerja pada angka yang berbeda.

Suku makanan adalah bagian yang tidak dikendalikan operator. Suku ini berubah menurut jam, hari dan musim, sehingga rasio selalu merupakan rata-rata dari besaran yang bergerak. Rasio desain dihitung pada beban desain, dan rasio operasi dihitung pada beban yang benar-benar masuk, itulah sebabnya keduanya dicatat dan bukan dipertukarkan.

Waktu retensi lumpur dalam pengolahan air limbah dan rasio F/M secara berdampingan

Angka awal yang lazim dikutip menempatkan lumpur aktif konvensional pada rasio makanan terhadap mikroorganisme sekitar 0.2 sampai 0.4 kg BOD per kg MLSS per hari dan umur lumpur sekitar 5 sampai 15 hari, dengan extended aeration lebih rendah rasionya, pada kisaran 0.05 sampai 0.15, dan lebih panjang umurnya, pada kisaran 20 sampai 30 hari. Bacalah sebagai metode awal, bukan sebagai spesifikasi. Yang digambarkannya adalah pasangannya: rasio rendah dan umur panjang adalah pernyataan yang sama, dan lembar desain yang mengutip rasio sangat rendah di samping umur yang sangat pendek sedang menggambarkan IPAL yang tidak dapat dioperasikan seperti yang digambar.

Pasangan itu juga menjadi pemeriksaan atas beban. Dua IPAL yang sama dalam hal lain, satu menerima air limbah kota dan satu menerima buangan industri yang sebagian dapat terurai secara biologis, akan menahan rasio yang berbeda pada umur yang sama, karena fraksi yang dapat terurai secara biologis dari bebannya berbeda. Rasio mengikuti airnya, dan umur mengikuti persyaratan efluennya.

Memutar tombol ke atas: lumpur muda

Memperpendek umur lumpur, yang menaikkan rasionya, dilakukan dengan membuang lebih banyak lumpur. Gejala pertamanya jarang bersifat organik. Organisme nitrifikasi tumbuh lebih lambat daripada organisme yang menyisihkan bahan organik, sehingga mereka tersapu keluar lebih dulu, dan amonia efluen naik sementara BOD masih dapat diterima. IPAL yang kehilangan nitrifikasi setelah perubahan dalam pembuangan lumpur sedang menunjukkan perubahan pada parameter dengan waktu generasi terpanjang, bukan yang terlemah.

Makin jauh ke arah yang sama, gejalanya datang dalam urutan yang dapat dikenali. Oksidasi menjadi tidak sempurna dan BOD efluen menyusul kenaikan amonia. Kultur bergeser menuju organisme yang tumbuh cepat tetapi tidak membentuk flok, sehingga efluen menjadi keruh oleh padatan tersuspensi yang melewati clarifier alih-alih mengendap di dalamnya. Lebih banyak lumpur dihasilkan per kilogram BOD yang disisihkan, karena lebih banyak makanan yang diubah menjadi sel baru alih-alih dioksidasi. Kebutuhan oksigen per kilogram yang disisihkan juga naik, dan sistem aerasi yang memadai pada beban desain menjadi kurang. Umur yang sangat pendek juga membuat IPAL tidak memiliki penyangga terhadap beban kejut.

Memutar tombol ke bawah: lumpur tua

Memperpanjang umur lumpur, yang menurunkan rasionya, dilakukan dengan membuang lebih sedikit lumpur. Populasi ditahan lebih lama, kultur menjadi lebih beragam dan lebih stabil, dan nitrifikasi menjadi lebih mudah dipertahankan. Mutu efluen membaik sampai suatu titik, lalu ongkosnya harus dibayar pada dua baris lain.

Yang pertama adalah pengendapan. Lumpur yang kekurangan makanan menghasilkan flok yang kecil, padat dan lambat mengendap, dan kekeruhan ringan dari flok titik (pin-point floc) yang terbawa melewati ambang pelimpah adalah tanda klasik IPAL yang dijalankan terlalu jauh ke arah ini. Organisme filamen tertentu juga disukai ketika makanan langka, sehingga rasio rendah adalah salah satu kondisi tempat lumpur bulking berkembang. Clarifier, bukan bak aerasi, adalah tempat umur lumpur yang terlalu panjang biasanya terdeteksi.

Yang kedua adalah massa. Umur lumpur yang panjang menahan lebih banyak padatan di dalam sistem, dan materi inert menumpuk di dalamnya karena materi itu hanya keluar bersama lumpur buang. Fraksi volatil padatan menurun, massa lumpur yang harus ditebalkan dan di-dewatering lebih besar, dan clarifier harus membawa lapisan lumpur yang lebih berat. Konsumsi oksigen per kilogram BOD yang disisihkan juga naik, karena bagian makanan yang lebih besar dipakai untuk pemeliharaan populasi yang lebih besar, meskipun lebih sedikit lumpur berlebih yang dihasilkan per kilogram yang disisihkan. Kedua efek itu adalah neraca massa yang sama yang dilihat dari dua tempat.

Di antara kedua ekstrem itu tidak ada setelan yang berlaku umum. Umur yang dibutuhkan suatu IPAL mengikuti organisme paling lambat yang harus ditahannya pada air terdingin yang akan dijumpainya, dan rasio mengikuti umur serta bebannya. Yang ditambahkan catatan operasi adalah arah pergerakannya: IPAL yang rasionya menurun selama berbulan-bulan pada beban yang stabil sedang menumpuk sesuatu.

Kesalahan umum

• Mengubah laju resirkulasi lumpur untuk mengubah umur lumpur, padahal laju pembuangan lumpur pada lumpur aktif adalah tombol yang melakukannya.
• Menghitung umur lumpur dari bak aerasi saja dan mengeluarkan padatan di lapisan lumpur clarifier dari persediaan.
• Membaca rasio rendah sebagai operasi yang stabil tanpa memeriksa bagaimana lumpurnya mengendap, karena kondisi yang sama yang cocok untuk nitrifikasi dapat mendukung pertumbuhan filamen.
• Menilai rasio dari beban desain alih-alih dari beban yang benar-benar masuk.
• Memperbaiki kegagalan nitrifikasi dengan menurunkan laju pembuangan tanpa memastikan bahwa masalahnya adalah lumpur yang tersapu keluar dan bukan efek suhu, kadar oksigen terlarut yang rendah, atau kekurangan alkalinitas.
• Mempertahankan umur lumpur yang disalin dari IPAL lain dengan air yang berbeda dan clarifier yang berbeda.
• Mengamati rasio dan umur sebagai dua indikator yang berdiri sendiri, padahal keduanya tidak dapat ditafsirkan tanpa yang lain.

Pemeriksaan mandiri sebelum tombolnya disetel

• Apakah waktu retensi lumpur dalam pengolahan air limbah dihitung pada seluruh sistem, bak aerasi dan lapisan lumpur clarifier bersama-sama?
• Apakah massa padatan yang dibuang setiap hari dicatat, bukan hanya konsentrasi tempat ia keluar?
• Apakah suku makanan diukur pada basis yang sama, BOD atau COD, seperti pada perhitungan desain?
• Apakah suhu desain adalah suhu terdingin tempat IPAL akan beroperasi, karena umur yang menahan nitrifier naik seiring air mendingin?
• Apakah perilaku pengendapan lumpur diamati bersama rasionya, melalui sludge volume index atau uji pengendapan?
• Apakah pasokan oksigen diperiksa terhadap beban yang benar-benar dioksidasi, baik bagian karbonannya maupun bagian nitrogennya?
• Apakah rasio dan umur dicatat pada lembar kerja yang sama dengan beban yang menjadi dasar perhitungannya?
• Apakah produksi lumpur berlebih telah diperkirakan pada umur yang dipilih, sehingga tugas pembuangan dan dewateringnya diketahui?

Dari dua tombol ke IPAL yang menahan keduanya

Dua tombol, satu neraca, dan sebuah tangki yang volume, aerasi dan clarifier-nya harus mampu menahan apa pun setelan tombolnya. Halaman peralatan MBR terintegrasi menjelaskan IPAL tempat padatannya dipisahkan oleh membran alih-alih oleh clarifier, yang mengubah kendala pengendapannya tanpa mengubah neracanya, dan artikel tentang zona IPAL A²/O mengikuti padatan yang sama melewati tahap anoksik dan anaerob yang menyisihkan nitrogen dan fosfor. Berapa umur lumpur dan konsentrasi mixed liquor yang dapat ditahan satu unit paket pada air Anda dikonfirmasi dengan pabrik untuk influen dan baku mutu efluen Anda, bukan dibaca dari tabel umum.