Surface loading rate dan hydraulic loading rate: menghitung ukuran bak pengendapan

Satu tangki, dua beban

Bak pengendapan menerima dua hal sekaligus. Ia menerima debit, yang merupakan beban hidrolik, dan ia menerima massa padatan tersuspensi, yang merupakan beban padatan. Pengolahan yang menangani yang pertama dijelaskan oleh hydraulic loading rate; yang menangani yang kedua dijelaskan oleh solids loading rate. Sebuah tangki harus memadai untuk keduanya, dan keduanya bukan perhitungan yang sama.

Ukuran hidrolik sebuah bak pengendapan adalah surface loading rate-nya: debit yang dilewatkan melalui tangki dibagi luas denah tangki, dinyatakan dalam meter kubik per meter persegi per hari, atau dalam galon per menit per kaki persegi pada konvensi umum yang lain. Besaran yang sama juga disebut overflow rate, dan bila suatu IPAL dijelaskan dalam istilah surface loading rate dalam pengolahan air limbah, itulah angka yang dikutip.

Satuannya adalah hal yang perlu diperhatikan. Meter kubik per meter persegi per hari dapat disederhanakan menjadi meter per hari, yang merupakan kecepatan. Surface loading rate adalah kecepatan vertikal naiknya air melalui tangki, dan kecepatan itu dapat dibandingkan langsung dengan kecepatan mengendapnya partikel. Perbandingan itulah dasar seluruh desain bak pengendapan.

Mengapa luas permukaan menetapkan penyisihan, dan kedalamannya tidak

Ambil sebuah tangki yang tenang, yang tidak memiliki aliran pintas dan yang berisi partikel dengan satu kecepatan mengendap. Sebuah partikel disisihkan jika ia mencapai zona lumpur sebelum mencapai saluran keluar. Partikel yang kecepatan mengendapnya lebih besar daripada overflow rate akan mencapainya dari kedalaman awal mana pun, termasuk dari permukaan. Partikel yang mengendap lebih lambat daripada overflow rate hanya mencapainya jika ia mulai cukup rendah di dalam tangki, sehingga hanya sebagian dari kelas ukuran itu yang disisihkan, sebanding dengan perbandingan kecepatan mengendapnya terhadap overflow rate.

Dua kesimpulan mengikutinya, dan keduanya berlawanan dengan intuisi saat pertama kali dijumpai. Yang pertama adalah fraksi yang disisihkan bergantung pada luas permukaan dan bukan pada kedalaman: membuat tangki lebih dalam membiarkan overflow rate tidak berubah dan tidak menyisihkan lebih banyak dari kelas ukuran itu. Yang kedua adalah overflow rate, bukan waktu tinggal, adalah angka desain untuk penyisihan. Kedalaman tetap dibeli dan dibayar, tetapi untuk alasan lain: kedalaman menyediakan waktu tinggal agar flokulasi berlanjut di dalam tangki, menyimpan lumpur di antara operasi pengurasan, dan menjauhkan lapisan lumpur dari ambang pelimpah saluran keluar.

Tangki nyata menyimpang dari tangki ideal. Turbulensi di saluran masuk, arus densitas akibat perbedaan suhu, angin, dan flokulasi yang terjadi ketika partikel bertemu dapat memperbaiki atau merusak perkiraan, dan saluran masuk yang dirancang baik dapat menyisihkan lebih banyak daripada yang dikatakan perhitungan ideal. Angka desainnya tetap overflow rate, karena itulah besaran yang harus dijadikan dasar penataan geometri tangki.

Surface loading rate dalam pengolahan air limbah, menurut tugasnya

Angka awal yang lazim dikutip untuk clarifier primer berada pada kisaran 30 sampai 50 meter kubik per meter persegi per hari, yaitu sekitar 0.8 sampai 1.2 galon per menit per kaki persegi, pada debit rata-rata. Clarifier sekunder memakai angka yang lebih rendah, pada kisaran 16 sampai 32 meter kubik per meter persegi per hari, atau sekitar 0.4 sampai 0.8 galon per menit per kaki persegi. Bacalah sebagai metode awal, bukan sebagai spesifikasi. Kedua tugas itu berbeda karena padatannya berbeda: lumpur primer padat dan mengandung grit, sedangkan lumpur aktif adalah flok terhidrasi yang ringan dan naik bersama air jika tangki diminta melakukan terlalu banyak.

Cara menentukan angka yang berlaku untuk tangki Anda: luasnya mengikuti debit yang harus dilewatkan tangki dan laju beban yang diizinkan, dan izin itu sendiri mengikuti kemampuan mengendap lumpur yang benar-benar dihasilkan IPAL. IPAL yang lumpurnya mengendap dengan baik dapat dijalankan pada laju yang lebih tinggi daripada IPAL yang lumpurnya bersifat filamen, pada tugas yang sama dan tangki yang sama. Itulah sebabnya angkanya diperiksa pada IPAL dan bukan disalin dari tabel.

Tempat hydraulic loading rate menjadi angka yang berbeda

Kedua istilah itu sering dipakai sebagai sinonim, dan pada bak pengendapan keduanya biasanya memang angka yang sama. Hydraulic loading rate dalam pengolahan air limbah adalah istilah yang lebih umum, dan pada filter artinya sama sekali berbeda: debit yang dilewatkan melalui satuan luas unggun, termasuk air yang dipakai untuk mencucinya balik, sehingga angka yang dikutip untuk sebuah filter adalah total aliran yang lewat dan bukan kecepatan mengendap sesaat.

Tempat perbedaan itu menggigit pada IPAL biologis adalah clarifier sekunder, karena debit yang melewatinya bukan debit IPAL-nya. Lumpur aktif resirkulasi (return activated sludge) diambil dari dasar clarifier, dipompa kembali ke bak aerasi, dan tiba lagi di clarifier bersama mixed liquor. Karena itu surface loading rate clarifier sekunder dihitung pada debit IPAL ditambah debit resirkulasi, dan angka yang dihitung hanya pada debit IPAL saja meremehkan beban pada tangki itu dengan selisih yang lebar. Itu adalah salah satu sebab IPAL yang overflow rate-nya tampak nyaman di atas kertas kehilangan padatan saat dioperasikan.

Ada laju ketiga dalam keluarga yang sama, dan itulah yang menjebak tangki dengan luas yang cukup tetapi tepi yang tidak cukup: weir loading rate clarifier, debit per satuan panjang ambang pelimpah efluen, dalam meter kubik per meter per hari. Air yang berakselerasi menuju ambang yang pendek membawa padatan naik bersamanya menuju saluran keluar, sehingga sebuah clarifier dapat memenuhi surface loading rate-nya dan tetap menghasilkan efluen yang buruk.

Debit puncak adalah tempat angkanya diuji

Bak pengendapan diukur untuk debit yang harus dilewatkannya pada waktu terburuk, bukan untuk rata-rata tahunannya. Tabel faktor puncak mengubah debit cuaca kering suatu komunitas menjadi faktor puncak, dan luas permukaannya harus memadai pada puncak itu. Perilaku di antara keduanya juga penting: puncak harian selama beberapa jam adalah tugas yang berbeda dari puncak cuaca basah yang bertahan sepanjang hari, dan IPAL yang mengendap dengan sempurna pada debit rata-rata dapat kehilangan lapisan lumpurnya pada salah satu dari keduanya.

Padatan datang bersama debit dan bukan secara independen darinya, itulah sebabnya puncaknya harus diperiksa dua kali. Puncak debit dengan konsentrasi padatan yang tetap menaikkan beban hidrolik pada tangki; puncak debit yang juga membawa puncak padatan menaikkan keduanya, dan kombinasi itulah yang menentukan luasnya. Bila kedua puncak itu bertepatan, tangki diukur menurut beban mana di antara keduanya yang mengikat lebih dulu.

Batas atas yang lain: solids loading rate clarifier sekunder

Solids loading rate clarifier sekunder biasanya merupakan kendala yang mengikat. Besaran itu adalah massa padatan tersuspensi yang diterapkan per satuan luas permukaan per satuan waktu, dalam kilogram per meter persegi per jam, dan dipenuhi oleh sistem lumpur resirkulasi sama besar seperti oleh tangkinya. Tangki yang diukur untuk memenuhi overflow rate-nya mungkin tetap terlalu kecil untuk membawa padatannya, dan nilai yang berlaku ditentukan dari karakteristik pengendapan lumpur yang ditumbuhkan IPAL, bukan dari tabel.

Kedua kendala itu saling berinteraksi melalui lumpurnya. IPAL yang menaikkan konsentrasi mixed liquor-nya untuk mengolah lebih banyak beban dalam volume aerasi yang sama mengirim lebih banyak padatan ke clarifier, yang menaikkan solids loading rate dan kedalaman lapisan lumpurnya, dan dapat memaksa overflow rate yang lebih rendah sebagai kompensasi. Dinyatakan sebaliknya: konsentrasi yang dapat dibawa suatu IPAL dibatasi oleh clarifier-nya, dan clarifier itu dibatasi oleh luas yang telah ditetapkan ketika ia dibangun.

Kesalahan umum

• Menghitung surface loading rate clarifier sekunder hanya pada debit IPAL, dan mengeluarkan debit lumpur resirkulasi dari perhitungannya.
• Membeli kedalaman alih-alih luas ketika tangki kurang penyisihan, padahal kedalaman sama sekali tidak mengubah overflow rate.
• Mengukur berdasarkan debit rata-rata dan memeriksa puncaknya setelahnya, alih-alih mengukur berdasarkan puncak dan mengonfirmasi rata-ratanya.
• Memenuhi surface loading rate dan mengabaikan solids loading rate, padahal itulah kendala yang biasanya menentukan clarifier sekunder.
• Mengeluarkan panjang ambang pelimpah dari desain, sehingga tangki dengan luas yang memadai membawa padatan melewati ambang yang pendek.
• Mengutip laju beban tanpa menyebutkan pada debit mana ia dihitung, yang membuat angka itu tidak dapat dipakai untuk perbandingan.
• Memperlakukan laju beban sebagai sifat tangki alih-alih sifat lumpur yang dihasilkan IPAL di dalamnya.

Pemeriksaan mandiri sebelum luasnya ditetapkan

• Apakah debit desain dinyatakan sebagai rata-rata, puncak dan puncak dengan resirkulasi, bukan sebagai satu angka?
• Apakah surface loading rate untuk clarifier sekunder dihitung pada debit IPAL ditambah debit resirkulasi?
• Apakah solids loading rate juga telah diperiksa, dari konsentrasi mixed liquor dan laju resirkulasi yang akan dijalankan IPAL?
• Apakah panjang ambang pelimpah diketahui, dan apakah weir loading rate-nya berada dalam batas yang diizinkan tugasnya?
• Apakah kemampuan mengendap lumpur yang akan dihasilkan IPAL diketahui, atau apakah laju beban diasumsikan untuk lumpur yang tidak akan mengendap sebaik itu?
• Apakah angka yang dikutip disertai debit yang menjadi dasar perhitungannya, sehingga orang berikutnya yang memakainya dapat membandingkannya dengan angkanya sendiri?
• Apakah tangki telah diperiksa pada jam puncak di cuaca basah dan juga pada jam puncak hari cuaca kering?
• Bila dua tangki dipakai secara paralel, apakah pembagian debit di antara keduanya dikonfirmasi, karena pembagian yang tidak merata membebani satu tangki di atas angka yang menjadi dasar ukuran pasangan itu?

Dari overflow rate ke sebuah bak

Overflow rate menetapkan luas sebuah bak pengendapan; kedalaman, pengumpulan lumpur dan ambang pelimpahnya kemudian mengikuti tugas dan lumpurnya. Setelah luasnya ditetapkan, tabel volume tangki dan HRT mengubah waktu tinggal yang dibutuhkan proses menjadi volume bak, yang merupakan perhitungan berbeda pada tangki yang sama. Halaman peralatan sedimentasi dan klarifikasi mencakup bentuk tangki yang dibangun di sekitar luas itu, dari settler pelat miring dan tabung yang menambah permukaan pengendapan di dalam jejak lahan yang kecil sampai scraper yang memindahkan lumpur ke titik pembuangannya. Luas, kedalaman dan beban padatan apa yang ditawarkan satu unit paket pada debit Anda dikonfirmasi dengan pabrik untuk debit desain dan beban padatan tersuspensi Anda, bukan diasumsikan dari tabel.