Penerapan Proses Gabungan AO-Fenton-BAC dalam Perawatan Drainase Eksternal Sirkulasi Pembangkit Listrik

Penerapan Proses Gabungan AO + Fenton Reaction Tank + BAC untuk Mengolah Sirkulasi Drainase Eksternal di Pembangkit Listrik

Sistem sirkulasi air merupakan sistem pendingin penting yang diperlukan untuk pengoperasian pembangkit listrik. Prinsipnya melibatkan memasukkan air dingin ke dalam kondensor untuk sirkulasi terus menerus guna mendinginkan unit. Sistem ini mencapai keseimbangan melalui pembersihan terus menerus dan penambahan sumber air baru. Sebagian air dalam sistem sirkulasi air menjadi panas dan menghasilkan uap, yang dibuang ke atmosfer melalui bagian atas, sedangkan sebagian lagi dibuang ke lingkungan sebagai sirkulasi drainase eksternal dari pembangkit listrik.

Saat ini, sebagian besar pembangkit listrik domestik menggunakan proses "perlakuan awal + ultrafiltrasi + osmosis balik" untuk mengolah sirkulasi drainase eksternal. Namun, proses ultrafiltrasi dan osmosis balik mempunyai beberapa masalah: (1) Proses pra-perlakuan yang tidak memadai menghasilkan efek pra-perlakuan yang buruk, sehingga mengurangi efisiensi pengolahan pada proses selanjutnya. (2) Selama pengoperasian, membran sering kali tersumbat parah oleh polutan, sehingga operator harus sering melakukan pembersihan kimia membran, memperpendek masa pakai membran, memerlukan penggantian membran secara sering, dan mengakibatkan biaya penggantian membran yang tinggi. Penghambat kerak dan penghambat korosi mengendap selama pengoperasian, menyumbat filter kartrid dan membran osmosis balik, menyebabkan seringnya pembersihan kimia membran dan penggantian kartrid filter selama pengoperasian. Selain itu, penghambat kerak dan penghambat korosi mudah bereaksi dengan ion bervalensi tinggi, sehingga memengaruhi pembentukan flok, sehingga mengakibatkan efektivitas koagulasi yang buruk. (3) Sistem membran memerlukan investasi konstruksi yang tinggi dan memerlukan keahlian teknis yang tinggi dari operator selama pengoperasian dan pemeliharaan.

Instalasi pengolahan air limbah komprehensif di pembangkit listrik tertentu mengadopsi proses gabungan tangki reaksi AO + Fenton + BAC untuk mengolah sirkulasi drainase eksternal. Proses ini tidak hanya menghasilkan kualitas limbah yang baik dan pengoperasian yang sederhana namun juga secara signifikan mengurangi biaya pengoperasian pabrik dan melindungi lingkungan ekologi sekitar.
 

1 Analisis Kualitas Air Limbah

Sirkulasi drainase eksternal dari pembangkit listrik terutama berasal dari air yang digunakan untuk unit pendingin melalui sirkulasi terus menerus di kondensor. Jenis air limbah ini dicirikan oleh konsentrasi bahan organik yang rendah dan kemampuan biodegradasi yang buruk. Selain itu, untuk mencegah pembentukan kerak pipa selama resirkulasi air pendingin, pembangkit listrik secara teratur menambahkan penghambat kerak dan penghambat korosi pada air yang bersirkulasi, sehingga menghasilkan kandungan nitrogen total yang relatif tinggi dalam sirkulasi air pendingin. Karakteristik lainnya meliputi salinitas tinggi, konsentrasi ion valensi tinggi seperti Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺, dan kekerasan yang relatif tinggi.

Berdasarkan karakteristik air limbah ini, instalasi pengolahan air limbah komprehensif pertama kali memasang tangki AO untuk menghilangkan nitrogen amonia dan nitrogen total dari air limbah. Selanjutnya, tangki reaksi Fenton dipasang setelah proses pengolahan biologis untuk menghasilkan oksidan kuat melalui reaksi kimia antara hidrogen peroksida dan besi sulfat, menguraikan senyawa organik bandel menjadi senyawa yang mudah terurai dan mengurangi kebutuhan oksigen kimia dan fosfor total. Terakhir, tangki sedimentasi tabung miring dan tangki BAC digunakan untuk menghilangkan nitrogen SS dan amonia, sehingga mencapai kepatuhan.

2 Ikhtisar Proyek

2.1 Laju Aliran dan Kualitas Air

Laju alirannya adalah 220 m³/jam. Kualitas air influen ditentukan berdasarkan data pemantauan, dan kualitas efluen harus memenuhi standar pembuangan Kelas A dari "Standar Pembuangan Polutan untuk Instalasi Pengolahan Air Limbah Kota" (GB18918-2002). Seperti yang ditunjukkan diTabel 1, air limbah influen pada proyek ini memiliki karakteristik CODcr, total nitrogen, total fosfor, dan SS yang tinggi, serta nitrogen amonia dan total fosfor yang relatif rendah.

 2.2 Tantangan Utama Proyek

Air limbah dalam proyek ini merupakan sirkulasi drainase eksternal dari pembangkit listrik. Tantangan utama dalam pengolahan adalah polutan bandel seperti CODcr, total fosfor, dan total nitrogen dalam air limbah produksi.

(1) Air limbah memiliki rasio B/C yang rendah. Selama pengoperasian sebenarnya proyek ini, influen mungkin mengandung sejumlah besar bahan organik bandel yang sulit terurai secara hayati, dengan rasio B/C sekitar 0,08, yang termasuk dalam kategori sulit-untuk-terurai secara hayati. Proses pengolahan untuk proyek ini perlu menggabungkan langkah-langkah oksidasi tingkat lanjut untuk meningkatkan rasio B/C dan dengan demikian meningkatkan kemampuan penguraian hayati. Hal ini merupakan tantangan utama dalam mengolah air limbah untuk proyek ini.

(2) Air limbah mengandung senyawa organik makromolekul tingkat tinggi, yang sulit dihilangkan melalui pengolahan biologis konvensional saja. Ini adalah tantangan utama lainnya dalam mengolah air limbah untuk proyek ini.

(3) Untuk mengurangi biaya pengoperasian dan meningkatkan efisiensi proyek, desain harus meminimalkan jumlah pompa yang digunakan untuk mengangkat air limbah dan lumpur, dan memaksimalkan penggunaan aliran gravitasi. Hal ini merupakan fokus utama proyek ini dan sangat signifikan dalam mengurangi biaya operasional.

2.3 Proses Perawatan

(1) Proses pra-perawatan. Air limbah dalam proyek ini mengandung banyak jenis polutan, memiliki komposisi kompleks, dan menunjukkan variasi pH yang signifikan, sehingga pengolahan yang komprehensif menjadi sulit dan mahal. Tangki pemerataan dipasang secara terpisah dalam proses pra-pengolahan untuk menghomogenisasi dan menyamakan aliran, sehingga mengurangi dampak fluktuasi kualitas air pada sistem pengolahan air limbah.

(2) Proses pengolahan biologis. Prosesnya harus canggih, matang, efisien, mudah dioperasikan, sangat cerdas, memerlukan ruang minimal, dan memiliki biaya pengoperasian yang rendah. Proses "AO" dipilih untuk proyek ini. Proses ini banyak digunakan di Tiongkok, menampilkan teknologi canggih dan matang, efisiensi pemurnian tinggi, manufaktur nyaman, produksi lumpur sisa rendah, dan kualitas limbah yang dapat diandalkan.

(3) Proses pengobatan lanjutan. Proses "oksidasi Fenton + tangki sedimentasi tabung miring + BAC" dipilih sebagai proses pengolahan lanjutan untuk proyek ini. Proses ini memanfaatkan radikal bebas pengoksidasi kuat yang dihasilkan oleh reaksi Fenton untuk mengoksidasi dan menguraikan sisa senyawa organik bandel, mengubahnya menjadi senyawa organik yang dapat didegradasi oleh mikroorganisme alami. Pada saat yang sama, hal ini meningkatkan penghilangan fosfor melalui tindakan kimiawi, yang berfungsi sebagai perlindungan untuk memastikan kepatuhan total terhadap fosfor. Selanjutnya, penghilangan bahan organik diselesaikan melalui sedimentasi di tangki sedimentasi tabung miring dan adsorpsi serta biodegradasi di tangki BAC, sehingga memenuhi standar pembuangan.

(4) Proses pengolahan lumpur. Tangki pengental lumpur memiliki kapasitas penyimpanan yang kuat, konsumsi daya yang rendah, biaya pengoperasian yang rendah, dan pengoperasian yang sederhana. Mesin press sekrup memiliki biaya peralatan dan perawatan yang rendah, menempati ruang minimal, mengkonsumsi lebih sedikit bahan kimia, menghasilkan kebisingan yang rendah, dan mencapai kekeringan kue lumpur antara 20% dan 25%, menunjukkan kinerja dewatering yang baik.

2.4 Diagram Alir Proses

Instalasi pengolahan air limbah mengadopsi proses "tangki AO + tangki sedimentasi sekunder + tangki reaksi Fenton + tangki sedimentasi tabung miring + BAC + tangki desinfeksi", seperti yang ditunjukkan padaGambar 1.

2.5 Unit Proses dan Fungsinya

(1) Tangki pemerataan. Mengurangi dampak fluktuasi beban organik pada proses pengolahan selanjutnya, mencegah perubahan cepat dalam laju aliran atau kualitas air mempengaruhi proses pengolahan hilir (biologis atau kimia), dan menjaga lingkungan yang stabil bagi mikroorganisme dalam proses pengolahan biologis dan lingkungan reaksi yang stabil dalam proses pengolahan kimia. Pompa submersible dipasang di tangki untuk mengangkat air limbah ke tangki anoksik.

(2) Tangki AO. Tangki AO dilengkapi dengan pengepakan gabungan dan mixer submersible. Pengemasan gabungan menyediakan ruang hidup yang luas untuk mikroorganisme denitrifikasi dan mikroorganisme aerob, sedangkan pencampur submersible memastikan distribusi bahan organik yang seragam di dalam air. Di tangki anoksik, sebagian besar nitrogen amonia dihilangkan. Di tangki aerobik, sebagian besar bahan organik dihilangkan, nitrogen amonia diubah menjadi nitrogen nitrat, dan lingkungan aerobik diciptakan agar fosfor-organisme terakumulasi untuk menyerap fosfor. Lumpur yang kaya fosfor-pada akhirnya dibuang ke tangki sedimentasi sekunder sebagai lumpur.

(3) Tangki sedimentasi sekunder. Tangki sedimentasi sekunder dilengkapi dengan pengikis jembatan berjalan dan pompa lumpur. Setelah sedimentasi, lumpur dimasukkan ke dalam sludge hopper dengan menggunakan travelling bridge scraper dan kemudian dipompa ke tangki lumpur dengan pompa lumpur, sehingga secara signifikan mengurangi SS dalam air limbah.

(4) Tangki reaksi Fenton. Pada pH rendah, H₂O₂ didekomposisi secara katalitik oleh Fe²⁺ menghasilkan ·OH, yang dapat mengoksidasi sebagian besar senyawa organik dalam air. Ia juga dapat sepenuhnya mengoksidasi senyawa organik yang sulit diolah dengan reaksi oksidasi kimia biologis atau konvensional. ·OH bereaksi dengan zat organik dalam air limbah, menguraikannya menjadi CO₂ dan air, secara signifikan mengurangi konsentrasi senyawa organik yang sulit-di-olah di dalam air limbah dan meningkatkan rasio B/C, sehingga meningkatkan efisiensi pengolahan tangki BAC berikutnya.

(5) Tangki sedimentasi tabung miring. Pengemasan tabung miring dalam tangki sedimentasi tabung miring mengagregasi padatan tersuspensi dan flok yang terbentuk dalam tangki reaksi Fenton pada permukaan tabung miring. Melalui gravitasi, lumpur mengendap di dasar dan dipompa ke tangki pengental lumpur dengan pompa lumpur, sehingga mengurangi SS dalam air limbah.

(6) Tangki perantara. Memastikan kualitas dan laju aliran air limbah yang stabil, menjamin filtrasi yang seragam dan stabil dalam filter karbon aktif biologis dan meningkatkan efisiensi filtrasi tangki BAC.

(7) Tangki BAC dan tangki backwash. Tangki BAC berisi media filter karbon aktif, yang memiliki kapasitas adsorpsi yang kuat, secara efektif menyaring zat berbahaya dan mikroorganisme di dalam air dan menghilangkan padatan tersuspensi. Tangki backwash dilengkapi dengan pompa backwash untuk melakukan backwash media filter di dalam filter, sehingga mencegah terjadinya penyumbatan.

(8) Tangki desinfeksi. Natrium hipoklorit ditambahkan ke tangki untuk membunuh bakteri berbahaya di dalam air, sehingga mengurangi kandungan bakteri berbahaya di air limbah.

(9) Tangki lumpur dan mesin press ulir. Lumpur dari tangki AO, tangki sedimentasi sekunder, tangki sedimentasi tabung miring, dan tangki BAC dipompa ke dalam tangki lumpur dengan pompa lumpur. Setelah mengental, lumpur dipompa ke dalam mesin press ulir dengan pompa lumpur (dengan PAM kationik ditambahkan selama pengeringan). Melalui tangki pengental lumpur dan mesin press ulir, kadar air lumpur berkurang secara signifikan, sehingga memudahkan pembuangan.

2.6 Karakteristik Proses Gabungan

(1) Tangki AO memiliki efisiensi penghilangan bahan organik, nitrogen amonia, dan polutan lainnya yang tinggi dalam air limbah. Dalam tangki anoksik, bakteri mengonsumsi senyawa organik yang mengandung C untuk menambah energinya dan mengurangi nitrogen nitrat yang dikembalikan dari tangki aerobik menjadi N₂, menyelesaikan denitrifikasi sekaligus menghilangkan sebagian BOD₅. Reaksi hidrolisis juga terjadi di tangki anoksik, meningkatkan rasio B/C air limbah dan meningkatkan kemampuan biodegradasinya. Di tangki aerobik, sebagian besar bahan organik dan fosfor dihilangkan, dan nitrogen amonia diubah menjadi nitrogen nitrat.

(2) Tangki reaksi Fenton menggunakan reagen Fenton pengoksidasi kuat (Fe²⁺ dan H₂O₂ dicampur dalam proporsi tertentu) untuk menghasilkan ·OH pengoksidasi tinggi, yang memberikan efek perlakuan oksidasi yang baik. Produk reaksi CO₂ dan air tidak-beracun dan tidak berbahaya. Proses tersebut memiliki karakteristik operasional yang baik, kecepatan dan biaya pengolahan yang relatif rendah pada suhu kamar, efisiensi oksidasi yang tinggi, biaya pengolahan yang rendah, dan secara signifikan dapat mengurangi kesulitan pengolahan air limbah.

(3) Dari sudut pandang perusahaan, menata tangki AO terlebih dahulu dan kemudian tangki reaksi Fenton secara signifikan mengurangi biaya pengoperasian dibandingkan dengan menata tangki reaksi Fenton terlebih dahulu dan kemudian tangki AO. Jika tangki reaksi Fenton ditempatkan terlebih dahulu dan kemudian tangki AO, beban organik pada tangki AO akan meningkat, sehingga mengharuskannya untuk mengolah molekul organik bervalensi tinggi yang terbentuk dari oksidasi senyawa organik bandel dalam tangki reaksi Fenton. Hal ini memerlukan penambahan sumber karbon dalam jumlah besar selama operasi, sehingga secara signifikan meningkatkan biaya pengadaan sumber karbon dan biaya operasi. Menata tangki AO terlebih dahulu dan kemudian tangki reaksi Fenton memungkinkan pengolahan bahan organik yang dapat terdegradasi di bagian depan dan bahan organik bandel di bagian belakang, sehingga mengurangi biaya pengoperasian sekaligus menurunkan konsentrasi bahan organik dalam air limbah secara signifikan.

(4) Mengingat tingginya COD dalam influen, BAC dipilih sebagai proses pengolahan lanjutan untuk lebih mengurangi bahan organik dalam air limbah. Karbon aktif memiliki luas permukaan spesifik yang besar, memungkinkan bahan organik dan mikroorganisme melekat padanya, memperpanjang waktu kontaknya dan dengan demikian meningkatkan efisiensi penguraian mikroba. Selain karbon aktif, tangki juga dilengkapi dengan sistem aerasi, yang tidak hanya meningkatkan kecepatan pergerakan bahan organik di dalam air, menyediakan oksigen bagi mikroorganisme, dan meningkatkan efisiensi pemurnian, tetapi juga mendorong kontak antara mikroorganisme tersuspensi dan zat organik dalam influen, sehingga meningkatkan efisiensi pengolahan mikroorganisme tersuspensi.

2.7 Unit Proses dan Parameter

Unit proses dan parameter untuk proyek ini ditunjukkan padaTabel 2.

3 Status Operasi

Proyek ini lolos penerimaan pada bulan Juni 2022, dengan semua indikator polutan dalam limbah memenuhi standar pembuangan yang ditentukan, ditunjukkan padaTabel 3.

4 Biaya Operasional

Total biaya operasional untuk proyek ini ditunjukkan padaTabel 4.

5 Manfaat Ekonomi, Sosial, dan Lingkungan

5.1 Manfaat Ekonomi 

Implementasi proyek ini memiliki manfaat ekonomi yang signifikan. Pertama, hal ini mengurangi biaya perusahaan. Tanpa proyek ini, pengolahan sirkulasi drainase eksternal dari pembangkit listrik akan memerlukan outsourcing ke lembaga yang memenuhi syarat. Karena tingginya konsentrasi dan volume besar sirkulasi drainase eksternal, biaya pengolahan dan transportasi outsourcing menjadi tinggi. Kegagalan untuk melakukan outsourcing pengobatan kepada entitas yang memenuhi syarat akan mengakibatkan denda dari otoritas terkait. Oleh karena itu, pelaksanaan proyek ini secara signifikan mengurangi biaya pengolahan air limbah perusahaan dan potensi denda. Kedua, mengurangi biaya sosial. Jika sirkulasi drainase eksternal dibuang tanpa diolah, polusi air yang diakibatkannya akan mengurangi hasil pertanian dan perikanan, sehingga mempengaruhi perkembangan pertanian dan perikanan di sekitarnya. Dengan demikian, pelaksanaan proyek ini secara signifikan mengurangi biaya sosial. Ketiga, secara tidak langsung mengurangi biaya pengobatan warga. Tanpa proyek ini, lingkungan air tanah pasti akan tercemar, membahayakan kesehatan penduduk sekitar dan meningkatkan biaya pengobatan secara signifikan. Sebab, pelaksanaan proyek ini secara tidak langsung mengurangi biaya pengobatan warga. Akhirnya, hal ini meningkatkan nilai tanah. Penerapan proyek ini mengurangi polusi dari sirkulasi drainase eksternal pembangkit listrik, sehingga menjadikan lahan di sekitarnya lebih menarik untuk investasi dan pembangunan pabrik.

5.2 Manfaat Sosial

Implementasi proyek ini memiliki manfaat sosial yang signifikan. Pertama, melindungi lingkungan perairan sekitar. Pembuangan langsung sirkulasi drainase eksternal dengan konsentrasi zat berbahaya yang tinggi akan menyebabkan kerusakan besar pada lingkungan perairan sekitar dan mempengaruhi ekosistem perairan. Kedua, melindungi kesehatan penduduk sekitar dan meningkatkan kualitas hidup mereka. Konsentrasi bahan organik yang tinggi pada sirkulasi drainase eksternal akan menyebabkan sungai menjadi hitam dan berbau jika dibuang. Selain itu, hal ini akan berdampak signifikan terhadap kualitas air, sehingga hewan air seperti ikan tidak dapat bertahan hidup, menimbulkan bau-ikan yang tidak sedap, serta mempengaruhi lingkungan hidup dan kualitas hidup penduduk sekitar. Oleh karena itu, pelaksanaan proyek ini sangat melindungi kesehatan warga sekitar.

5.3 Manfaat Lingkungan

Implementasi proyek ini secara signifikan mengurangi pencemaran badan air di sekitar dari sirkulasi drainase eksternal pembangkit listrik dan melindungi lingkungan hidup penduduk di sekitar. Hal ini mengurangi CODcr tahunan sekitar 385 ton, BOD₅ sekitar 23 ton, TN sekitar 150 ton, TP sekitar 3 ton, dan SS sekitar 370 ton.

6 Kesimpulan

Kasus proyek ini menunjukkan bahwa proses gabungan tangki reaksi AO + Fenton + BAC secara efektif mengolah polutan dalam sirkulasi drainase eksternal dari pembangkit listrik, sehingga mencapai kualitas limbah yang stabil dan memenuhi standar pembuangan yang ditentukan. Penurunan CODcr mencapai 85%, penurunan total nitrogen mencapai 87%, dan penurunan total fosfor mencapai 90%. Meskipun tingkat penghilangan BOD₅ dan nitrogen amonia tidak tinggi karena konsentrasi influennya yang rendah, keduanya masih memenuhi standar secara konsisten. Hal ini menunjukkan bahwa proses gabungan tangki reaksi AO + Fenton + BAC menghasilkan efek pengolahan yang signifikan dan kualitas limbah yang sangat baik untuk sirkulasi drainase eksternal pembangkit listrik. Proses gabungan ini dapat mencapai otomatisasi tingkat tinggi, memiliki persyaratan teknis yang rendah, dan menawarkan pengoperasian dan manajemen yang sederhana. Hal ini memberikan referensi berharga bagi proyek-proyek lain yang menangani sirkulasi drainase eksternal dari pembangkit listrik sekaligus memberikan manfaat ekonomi, sosial, dan lingkungan yang signifikan, yang sangat penting bagi pembangunan berkelanjutan dan pengoperasian pembangkit listrik.