Rasio resirkulasi lumpur internal dan eksternal: cara menetapkan masing-masing

Dua rasio, satu kata, dua pekerjaan

Di IPAL lumpur aktif, kata resirkulasi mencakup lebih dari satu pipa. Dua jalur yang membawa sebagian besar debit adalah resirkulasi eksternal — lumpur yang mengendap yang ditarik dari dasar clarifier akhir dan dikembalikan ke kepala rangkaian biologis — dan resirkulasi internal, yang juga disebut resirkulasi lumpur campuran atau resirkulasi nitrat, yang mengangkat cairan ternitrifikasi dari zona aerobik kembali ke zona anoksik. Keduanya dinyatakan sebagai rasio terhadap debit yang masuk, dan keduanya disebut rasio resirkulasi dalam percakapan sehari-hari, dan di situlah sebagian besar kebingungan bermula. Rasio resirkulasi lumpur adalah satu istilah yang mencakup keduanya sekaligus, sehingga pertanyaan pertama di IPAL mana pun adalah merujuk pada yang mana sebuah angka.

Keduanya melakukan pekerjaan yang berlawanan. Resirkulasi eksternal mengembalikan kultur: ia menjaga populasi organisme tetap di dalam sistem alih-alih membiarkannya keluar bersama efluen. Resirkulasi internal mengembalikan bentuk nitrogen yang teroksidasi agar dapat diubah menjadi gas dan meninggalkan air. Pompa yang melakukan yang kedua tidak bisa melakukan yang pertama, dan menyetel yang satu padahal yang dimaksud adalah yang lain menggerakkan IPAL ke arah yang salah.

Rasio resirkulasi eksternal: cara menetapkan aliran lumpur yang mengendap yang dikembalikan

Rasio resirkulasi eksternal adalah separuh dari rasio resirkulasi lumpur yang ditentukan oleh dua konsentrasi: konsentrasi padatan yang hendak dijalankan di tangki aerasi, dan konsentrasi lumpur yang dikembalikan. Semakin tebal lumpur baliknya, semakin sedikit volume yang dibutuhkan untuk mempertahankan konsentrasi tangki yang sama, sehingga rasio itu merupakan konsekuensi dari pasangan angka tersebut, bukan angka yang dipilih lebih dulu. Dalam praktiknya, rasio lumpur balik pada lumpur aktif tidak pernah menjadi pilihan desain yang bebas karena alasan itu, dan karena konsentrasi tangki yang dibutuhkan proses ditentukan oleh beban dan kemampuan mengendap secara bersamaan, rasio itu bergerak setiap kali salah satunya bergerak.

Konsentrasi lumpur balik mengikuti seberapa baik lumpur mengendap. Lumpur yang mengendap menjadi aliran bawah yang tebal dapat dikembalikan pada rasio yang lebih rendah; lumpur yang mengendap dengan buruk kembali ke tangki dalam keadaan encer, dan rasio harus dinaikkan untuk memindahkan massa padatan yang sama — yang sekaligus mendorong lebih banyak air mengelilingi sirkuit. Inilah sebabnya perubahan perilaku pengendapan lumpur muncul sebagai perubahan beban hidrolik pada clarifier, bahkan ketika tidak ada yang menyentuh katup.

Rasio pada kisaran 0.5 sampai 1.0 kali debit influen umumnya disebut untuk IPAL konvensional, dan angka semacam itu adalah yang lazim diberikan dalam literatur dan dalam pengalaman operasi. Angka itu harus dibaca sebagai titik awal, bukan sebagai spesifikasi, karena dua konsentrasi di balik rasio tersebut milik lumpur dan air dari IPAL tertentu.

Jalankan rasio eksternal terlalu rendah dan lapisan padatan di clarifier naik, karena lumpur tidak diambil dari dasar secepat kedatangannya; lapisan itu akhirnya mencapai outlet dan padatan keluar bersama efluen. Jalankan terlalu tinggi dan clarifier kelebihan beban hidrolik oleh lumpur baliknya sendiri — setiap liter yang dikembalikan melewati clarifier lagi — sehingga lapisan itu dapat terdorong keluar oleh laju debit, bukan oleh padatan. Kedua ujung rentang menghasilkan padatan di efluen, dan itulah sebabnya gejalanya saja tidak memberi tahu Anda sedang berada di ujung yang mana.

Rasio resirkulasi internal: cara menetapkan aliran nitrat yang dikembalikan

Separuh kedua dari rasio resirkulasi lumpur adalah jalur internal, dan jalur inilah yang lebih sering ditulis sebagai rasio resirkulasi lumpur campuran untuk denitrifikasi. Ia membawa lumpur campuran, bukan lumpur yang mengendap, dan membawanya dari zona teraerasi ke zona anoksik, tempat nitrogen benar-benar disisihkan. Nitrogen meninggalkan IPAL hanya ketika ion nitrat direduksi menjadi gas nitrogen dan lepas, dan itu hanya bisa terjadi ketika nitrat bertemu kondisi anoksik. Nitratnya dibentuk di zona teraerasi, sehingga fraksi yang mencapai zona anoksik dibatasi oleh rasio debit resirkulasi terhadap debit influen.

Itu membuat rasio resirkulasi internal dalam pengolahan air limbah menjadi fungsi dari target nitrogen, bukan dari lumpurnya. IPAL yang harus mencapai angka nitrogen total yang rendah membutuhkan porsi besar nitrat yang dibawa kembali; IPAL yang bekerja dengan angka nitrogen yang longgar, atau tanpa angka sama sekali, tidak perlu menjalankan jalur itu dengan kencang. Angka yang menjadi dasar kerja adalah massa nitrogen yang harus disisihkan per hari, dan fraksi nitrat yang harus dikembalikan untuk menyisihkannya.

Rasio pada kisaran satu sampai empat kali debit influen umumnya disebut untuk resirkulasi internal di IPAL yang melakukan nitrifikasi sekaligus denitrifikasi. Kehati-hatian yang sama berlaku: itu adalah angka yang lazim diberikan, dan harus dibaca sebagai titik awal, bukan sebagai spesifikasi, karena beban nitrogen, suhu air, dan karbon yang tersedia di influen semuanya menggeser jawabannya.

Ada batas atas pada rasio ini yang mudah terlewat. Resirkulasi internal membawa air sekaligus nitrat, dan air itu harus melewati zona anoksik lalu zona teraerasi, sehingga debit resirkulasi menambah beban hidrolik pada keduanya dan menambah volume yang dibutuhkan keduanya. Menaikkan pompa melewati titik ketika zona anoksik sudah menerima semua nitrat yang bisa direduksinya hanya menambah sirkulasi tanpa menambah penyisihan.

Oksigen terlarut adalah batas atas yang kedua. Lumpur campuran yang meninggalkan zona teraerasi membawa oksigen bersamanya, dan oksigen yang tiba di zona anoksik dipakai lebih dulu daripada nitrat, sehingga menghentikan reduksi yang menjadi alasan keberadaan zona itu. Semakin besar resirkulasi internal, semakin banyak oksigen itu yang terbawa kembali bersamanya, jadi rasio dan oksigen terlarut di zona anoksik harus dibaca bersama-sama.

Menghitung masing-masing rasio sebelum pompa dipilih

Perhitungan rasio resirkulasi lumpur adalah dua perhitungan, bukan satu, dan perhitungan kedua tidak memakai hasil perhitungan pertama. Keduanya bertolak dari pengukuran yang bisa diambil IPAL, bukan dari tabel.

• Tuliskan konsentrasi padatan tangki yang dibutuhkan proses, dan konsentrasi tempat lumpur benar-benar mengendap. Rasio eksternal mengikuti keduanya dan tidak mengikuti apa pun selain itu.
• Jadikan uji pengendapan sebagai masukan, bukan sebagai pemeriksaan setelahnya. Perubahan pada cara lumpur mengendap mengubah rasio eksternal bahkan ketika konsentrasi tangki tidak berubah.
• Nyatakan target nitrogen sebagai massa per hari, dan hitung fraksi nitrat yang harus mencapai zona anoksik untuk memenuhinya. Rasio internal mengikuti fraksi tersebut.
• Periksa apa yang benar-benar bisa dipakai zona anoksik. Rasio internal yang lebih besar daripada yang bisa dikonsumsi zona itu hanya menyirkulasikan air dan oksigen tanpa penyisihan.
• Tambahkan kedua debit resirkulasi ke beban hidrolik pada tangki dan clarifier sebelum volumenya ditetapkan, karena setiap liter yang diresirkulasi melewatinya lagi.
• Tuliskan kedua rasio ke dalam neraca massa pada tahap desain, agar penyetelan di lokasi menjadi nilai yang harus disetel, bukan angka yang harus ditebak.

Seperti apa bentuk rasio yang dijalankan berlebihan di IPAL

Kedua rasio gagal dengan cara yang berbeda, dan memisahkan gejalanya adalah yang membuat penyetelan pompa berguna sebagai kontrol, bukan sekadar tebakan.

• Resirkulasi eksternal terlalu rendah: lapisan lumpur naik, padatan keluar bersama efluen, dan konsentrasi tangki turun. Padatan tersuspensi di efluen naik sebelum hasil organiknya naik.
• Resirkulasi eksternal terlalu tinggi: lumpur balik menjadi encer, clarifier membawa lebih banyak air daripada yang menjadi dasar ukurannya, dan lapisan terdorong keluar oleh laju debit, bukan oleh padatan. Energi pompa naik tanpa penambahan konsentrasi tangki.
• Resirkulasi internal terlalu rendah: nitrat tertinggal di efluen dan hasil nitrogen total tidak mau turun sekalipun bagian proses lainnya bekerja baik, dengan zona anoksik kekurangan nitrat, bukan kekurangan karbon.
• Resirkulasi internal terlalu tinggi: oksigen terlarut di zona anoksik dan penyisihan nitrogen yang justru menurun saat debit resirkulasi dinaikkan, disertai beban hidrolik yang lebih tinggi pada kedua zona dan energi aerasi yang lebih besar untuk menutup oksigen yang terbawa kembali.
• Keduanya salah sekaligus: padatan dan nitrogen muncul di efluen pada saat yang sama, yang terbaca seperti kegagalan proses padahal lebih sering merupakan penyetelan pompa yang bertemu dengan perubahan pada lumpur.

Apa yang harus dicatat agar rasio bisa disetel ulang

• Konsentrasi padatan tangki dan konsentrasi lumpur balik, diukur pada hari dan waktu yang sama.
• Hasil uji pengendapan dan tanggal pengambilannya, karena rasio yang cocok untuk satu perilaku pengendapan belum tentu cocok untuk yang lain.
• Oksigen terlarut di zona anoksik, yaitu pembacaan yang menunjukkan apakah resirkulasi internal membawa oksigen kembali.
• Nitrat efluen atau nitrogen total, agar rasio internal disetel berdasarkan hasil yang seharusnya diubahnya.
• Jam operasi atau debit setiap pompa resirkulasi, karena rasio adalah debit, dan penyetelan yang mengabaikan apa yang benar-benar dipindahkan pompa hanyalah desain di atas kertas.

Dari dua rasio ke tugas pompa

Kedua rasio adalah penghubung antara proses biologi yang hendak dipertahankan oleh IPAL dan pompa-pompa yang dibeli untuknya. Bagan volume tangki dan HRT menunjukkan bagaimana waktu tinggal yang diberikan kepada tiap zona berubah menjadi volume, dan catatan tentang zona pada IPAL A²/O membahas apa yang disisihkan tiap zona dan mengapa zona anoksik ada sama sekali. Pada IPAL membran, resirkulasi eksternal yang sama menjaga kultur tetap di depan membran, yang dijelaskan pada halaman peralatan MBR terintegrasi. Debit resirkulasi yang cocok dengan geometri tangki, lumpur, dan target nitrogen Anda dikonfirmasi dengan pabrik untuk tangki dan lumpur Anda, bukan diambil dari tabel.