Dasar-Dasar Teknis & Manajemen Operasional Bak Aerasi Blower{0}}Beban Rendah
1. Ikhtisar
1.1 Prinsip Operasi Bak Aerasi Blower
Aerasi blower, yang umum digunakan di Tiongkok, terutama mencakup jenis aerasi tersebar, spiral, dan mikropori. Bak aerasi biasanya terdiri dari sistem aerasi, struktur bak, dan lubang masuk/keluar, yang berfungsi sebagai struktur kunci dalam pengolahan air limbah lumpur aktif. Metode aerasi yang umum adalah aerasi mekanis dan blower. Sistem aerasi blower umumnya terdiri dari aerator dan blower khusus. Cekungan sering kali dibagi menjadi beberapa kompartemen, yang masing-masing mampu mengalirkan aliran masuk secara independen. Air limbah masuk ke dalam bak dan keluar di ujung yang berlawanan. Selama proses ini, udara dialirkan melalui kompresor ke diffuser di dasar cekungan dan dilepaskan dalam bentuk gelembung.
1.2 Penelitian Terkait Cekungan Aerasi Blower
Penelitian Cheng Dandan dkk. menemukan bahwa di instalasi pengolahan air limbah kota (IPAL) di Tiongkok, blower aerasi mengonsumsi sekitar 60% dari total energi. Mengintegrasikan sistem aerasi dengan kontrol loop tertutup PID yang cerdas untuk oksigen terlarut (DO) dan menerapkan strategi penghematan energi blower dapat secara efektif mengatasi konsumsi energi yang tinggi dalam sistem aerasi IPAL, menguranginya hingga lebih dari 30%.
Liu Xiaoqi dkk. menggunakan aerator aliran tersebar untuk meningkatkan kandungan oksigen dalam air limbah selama pengolahan sekaligus menurunkan konsumsi energi. Hal ini juga mencapai pencampuran dan distribusi air-udara yang seragam, sehingga mengurangi kebutuhan presisi untuk perataan instalasi aerator.
Chang Kai dkk. meningkatkan kinerja sistem bak aerasi konvensional dengan memodifikasi mode pengumpulan udara asli. Mereka mengganti aerator mikropori tradisional dengan aerator mikropori pelat silikon dengan efisiensi transfer oksigen tinggi dan mengganti bak aerasi aliran lurus lintasan tunggal dengan bak aliran serpentine tiga lintasan. Menggabungkan kontrol aerasi yang tepat semakin menyempurnakan sistem, mengatasi masalah konsumsi energi yang tinggi, efisiensi yang rendah, dan perpindahan massa yang buruk dalam metode aerasi blower tradisional.
1.3 Manajemen Operasional Kolam Aerasi Blower
Bak aerasi blower banyak digunakan dalam pengolahan air limbah. Mengikuti prinsip "pengolahan terpisah untuk aliran limbah yang berbeda", unit pengolahan air limbah garam IPAL tertentu terutama menangani air limbah desalinasi listrik dari distilasi vakum atmosfer, air murni yang dilucuti, air limbah netralisasi alkilasi, dan beberapa limbah supernatan dan salinitas tinggi. Unit ini dilengkapi sistem pengolahan biologis tiga-tahap, dengan bak aerasi blower sebagai tahap sekunder. Permintaan Oksigen Kimia (COD) rata-rata influennya selalu berada di bawah 100 mg/L, sehingga mengklasifikasikannya sebagai proses lumpur aktif dengan beban rendah. Selain peningkatan peralatan, mempertahankan pengoperasian yang optimal memerlukan kontrol yang cermat dan penyesuaian parameter proses.
2. Ikhtisar Fasilitas
2.1 Alur Proses Unit Pengolahan Air Limbah Saline
Unit ini menggunakan proses "Ekualisasi + Pemisahan Minyak + Dua-Flotasi Dua Tahap + Tiga-Pengolahan Biologis Tahap", dengan limbah yang telah diolah dikirim ke unit pemoles. Pemisah oli menggunakan kombinasi aliran horizontal dan desain pelat miring. Kedua tahap flotasi masing-masing menggunakan Vortex Cavitation Air Flotation (CAF) dan Partial Reflux Pressurized Dissolved Air Flotation (DAF). Ketiga tahapan biologis tersebut berurutan: Tangki Aerasi Oksigen Murni III, Tangki Aerasi Blower, dan Tangki Biokimia Sekunder (EM-BAF). Alur proses ditunjukkan padaGambar 1.
2.2 Deskripsi Bak Aerasi Blower
Bak aerasi blower adalah fasilitas bekas yang awalnya dibangun pada tahun 1995 sebagai bagian dari unit pengolahan air limbah berminyak. Ini menggunakan desain aerasi aliran sumbat tradisional dengan volume efektif 3.888 m³ dan waktu retensi hidrolik (HRT) saat ini sekitar 17,6 jam. Cekungan ini beroperasi dalam dua kereta paralel, masing-masing dengan empat kompartemen. Aerator dipasang di bagian bawah, disuplai oleh blower sentrifugal untuk menyediakan oksigen untuk metabolisme lumpur aktif. Hal ini juga dilengkapi dengan dua klarifikasi sekunder (Φ18m x 5m).
Dalam sistem biologis tiga{0}}tahap:
- Tahap 1 (Tangki Aerasi Oksigen Murni III): Fungsi utamanya adalah penghapusan COD.
- Tahap 2 (Tangki Aerasi Blower): Fungsi primer adalah penghilangan nitrogen amonia (NH₃-N), fungsi sekunder adalah penghilangan COD lebih lanjut.
- Tahap 3 (Tangki Biokimia Sekunder - EM-BAF): Berfungsi untuk memoles lebih lanjut limbah COD dan NH₃-N, memastikan kualitas akhir air.
2.3 Kualitas Influen dan Efluen Bak Aerasi Blower
Influen ke bak aerasi blower berasal dari Tangki Aerasi Oksigen Murni III, dengan batas polutan : CODcr Kurang dari atau sama dengan 300 mg/L, NH₃-N Kurang dari atau sama dengan 30 mg/L, Padatan Tersuspensi (SS) Kurang dari atau sama dengan 50 mg/L.
Limbahnya mengalir ke Tangki Biokimia Sekunder, dengan batas: CODcr Kurang dari atau sama dengan 120 mg/L, NH₃-N Kurang dari atau sama dengan 30 mg/L, SS Kurang dari atau sama dengan 50 mg/L.
Efluen akhir dari Tangki Biokimia Sekunder harus memenuhi: CODcr Kurang dari atau sama dengan 70 mg/L, Minyak Bumi Kurang dari atau sama dengan 5 mg/L, NH₃-N Kurang dari atau sama dengan 3 mg/L.
Sepanjang tahun 2021, rata-rata CODcr influen cekungan ini adalah 67,094 mg/L, dan rata-rata NH₃-N adalah 23,098 mg/L, keduanya memenuhi persyaratan desain. Namun, COD influen yang rendah menyebabkan kekurangan sumber karbon untuk lumpur aktif, sehingga berdampak pada metabolisme normalnya. Sebaliknya, nitrogen amonia yang cukup dan konsentrasi polutan organik yang rendah dalam larutan campuran mendukung nitrifikasi, yang berlangsung secara efektif.
3. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Operasional dan Tindakan Pengendaliannya
3.1 Dampak Rendahnya Beban Influen dan Penuaan Lumpur
Dengan COD influen sebesar 67.094 mg/L-di bawah batas desain ( Kurang dari atau sama dengan 300 mg/L) dan kebutuhan karbon mikroba (kira-kira. 100 mg/L BOD₅)-lumpur aktif mengalami kekurangan sumber karbon. Beban yang rendah mengakibatkan pertumbuhan lumpur menjadi lambat sehingga rentan terhadap penuaan dan membentuk struktur yang lepas. Lumpur mati yang sudah tua membentuk sampah yang mengapung di permukaan clarifier sekunder. Karena kurangnya peralatan pengumpul sampah, sampah ini mengalir keluar bersama limbah, menyebabkan kekeruhan, melebihi batas COD dan SS, dan kemudian membebani Tangki Biokimia Sekunder di bagian hilir sehingga mempengaruhi kualitas limbah akhir.
Tindakan balasan: Tim operasi mengendalikan konsentrasi Mixed Liquor Suspended Solids (MLSS). Dengan menggunakan gelas ukur 1000 mL untuk pengujian Indeks Volume Lumpur (SVI) selama 30 menit, mereka mempertahankan SVI sekitar 20%, setara dengan MLSS sekitar 2 g/L. Efisiensi penghilangan polutan ini seimbang dengan mencegah penuaan lumpur, pengapungan, dan penurunan kualitas air. Pertumbuhan lumpur yang lambat berarti pembuangan lumpur yang minimal dan jarang terjadi, memungkinkan bakteri nitrifikasi memiliki waktu tinggal yang melebihi waktu generasi minimumnya, sehingga selanjutnya mendorong nitrifikasi.
3.2 Dampak Pengendalian Oksigen Terlarut (DO).
Mikroorganisme dalam lumpur aktif sebagian besar bersifat aerobik, biasanya membutuhkan DO antara 1-3 mg/L. Standar perusahaan menetapkan kisaran DO untuk bak aerasi aliran sumbat tradisional sebesar 2-4 mg/L, dengan nitrifikasi yang memerlukan DO umumnya tidak di bawah 2,0 mg/L. Beban influen yang rendah saat ini dan semakin berkurangnya konsentrasi MLSS menurunkan permintaan DO, sehingga membuat pengendalian menjadi sulit. Mempertahankan pencampuran penuh sering kali meningkatkan DO di atas 4 mg/L, sementara mengendalikan DO dalam kisaran target terkadang menyebabkan pencampuran yang tidak memadai di beberapa area, sehingga menyebabkan pengendapan lumpur.
Selain itu, DO yang tinggi mempercepat penguraian bahan organik, sehingga memperburuk penuaan lumpur. Oleh karena itu, dalam praktiknya, DO dikendalikan sekitar 3 mg/L. Selain itu, semua katup udara disesuaikan kira-kira setiap bulan untuk meningkatkan keseragaman pencampuran, mengaktifkan kembali flok yang tidak aktif, dan mempertahankan biomassa aktif.
3.3 Dampak Suhu Air
Suhu secara signifikan mempengaruhi aktivitas mikroba. Suhu yang sesuai meningkatkan aktivitas, sedangkan suhu rendah menghambat atau menguranginya, dan suhu tinggi dapat mengubah fisiologi atau menyebabkan kematian. Dalam sistem ini, bakteri termofilik merupakan gugus fungsi utama. Untuk keamanan sistem, suhu biasanya dijaga antara 15–35 derajat, meskipun kisaran yang sesuai adalah 10–45 derajat. Melebihi 30 derajat dapat mengubah sifat protein nitrifikasi sehingga mengurangi aktivitasnya. Lumpur aktif mengandung bakteri pendegradasi COD-dan nitrifikasi, dengan nitrifikasi memiliki kisaran optimal yang lebih sempit yaitu 5–30 derajat .
Influen air limbah yang mengandung garam mengandung-aliran bersuhu tinggi. Insiden di masa lalu melibatkan suhu influent yang melebihi 40 derajat selama berhari-hari berturut-turut, menyebabkan disintegrasi lumpur, kematian pengurai COD-dan nitrifier, dan keruntuhan sistem. Selanjutnya, termometer dipasang pada saluran efluen tangki pemerataan untuk mengontrol secara ketat suhu pembuangan tidak melebihi 40 derajat, sehingga memenuhi persyaratan suhu lumpur. Tidak ada insiden serupa yang mempengaruhi nitrifikasi yang terjadi pada tahun 2021.
3.4 Dampak Alkalinitas
Menurut standar perusahaan yang relevan, ketika menggunakan lumpur aktif untuk menghilangkan amonia, rasio alkalinitas total terhadap nitrogen amonia tidak boleh kurang dari 7,14; jika tidak, alkalinitas harus ditambah. Dengan desain influen NH₃-N sebesar 30 mg/L dan rata-rata aktual 23,098 mg/L, alkalinitas total yang diperlukan tidak kurang dari 214,2 mg/L. Saat ini, alkalinitas influen tidak mencukupi, sehingga memerlukan penambahan soda ash (Na₂CO₃) setiap hari untuk memenuhi kebutuhan proses.
3.5 Dampak pH dan Zat Beracun
Activated sludge microorganisms thrive in a pH range of 6.5–8.5. Below pH 4.5, protozoa largely disappear, most microbial activity is inhibited, fungi become dominant, floc structure is destroyed, and sludge bulking can occur. Above pH 9, metabolism is severely affected, causing floc disintegration and bulking. Wastewater with pH >10 atau<5 should be neutralized before entering the aeration basin.
Metabolisme mikroba aerobik dapat menahan perubahan pH secara moderat. Misalnya, pemanfaatan senyawa nitrogen dapat menurunkan pH selama nitrifikasi, sementara dekarboksilasi menghasilkan amina basa, sehingga meningkatkan pH. Hal ini memungkinkan penyesuaian-jangka panjang terhadap air limbah yang sedikit asam/basa. Alkalinitas yang melekat pada air limbah juga membantu menghambat penurunan pH.
Namun, perubahan pH yang drastis (misalnya, masuknya basa secara tiba-tiba ke dalam sistem asam) berdampak signifikan terhadap mikroba dan dapat mengganggu pengoperasian. Oleh karena itu, perlunya netralisasi tergantung pada kasus spesifiknya. Fluktuasi pH yang kecil dan konsisten, terutama pada asam/basa lemah, mungkin tidak memerlukan netralisasi. Fluktuasi yang lebih besar memerlukan penyesuaian pH ke netral.
Bakteri nitrifikasi sangat sensitif terhadap pH-, dengan nitrifikasi optimal pada pH 7,2–8,0, sedangkan mikroba umum lebih menyukai pH 6,5–8,5. Untuk air limbah industri tertentu, jenis zat beracun seringkali tetap, namun konsentrasi dan volume pembuangan berfluktuasi. Selain pemerataan, kadar zat beracun yang masuk harus dipantau dan dikendalikan. Setelah aklimasi lumpur, batas konsentrasi influen maksimum harus ditetapkan berdasarkan derajat aklimasi dan pengalaman operasional. Pelampauan yang berkepanjangan memerlukan tindakan seperti mengurangi aliran masuk, meningkatkan daur ulang lumpur, atau meningkatkan oksigenasi untuk mencegah keracunan mikroba dan kegagalan pengolahan. Saat ini, tidak ada zat beracun yang menyebabkan keracunan mikroba yang terdeteksi di aliran sungai tersebut.
3.6 Dampak Beban Kejut Influen
COD influen tetap rendah secara stabil dengan fluktuasi kecil, dan NH₃-N serta Nitrogen Total (TN) juga tetap berada dalam kisaran yang relatif stabil dalam jangka waktu lama. Populasi nitrifier relatif tetap. Namun, karena laju pertumbuhannya yang lambat, peningkatan NH₃-N atau TN yang masuk secara tiba-tiba dan signifikan dapat memenuhi kapasitas pembuangan cekungan, sehingga menurunkan kualitas limbah NH₃-N dan TN.
Secara teoritis, permintaan N dan P mikroba mengikuti rasio BOD₅:N:P sebesar 100:5:1. Namun, kandungan N dan P sangat bervariasi menurut jenis air limbah industri. Beberapa air limbah mengandung N dan P yang tinggi sehingga memerlukan pembuangan untuk memenuhi standar. Yang lain kekurangan, sehingga memerlukan suplementasi untuk menghindari pembatasan metabolisme. Untuk bak operasi yang mengolah air limbah N/P rendah, kadar influen sekitar 10 mg/L NH₃-N dan 5 mg/L fosfat dapat memenuhi kebutuhan mikroba. Kadar yang berkepanjangan di bawah ini memerlukan peningkatan dosis N/P.
Pengoperasian harian memerlukan pemantauan ketat terhadap NH₃-N dan TN di semua aliran masuk dan limbah tangki pemerataan, serta aliran daur ulang dari tangki penyesuaian, untuk mencegah kelebihan beban pada unit pemolesan hilir dan mengancam keselamatan air pembuangan akhir.
4. Kesimpulan
Sebagai reaktor nitrifikasi inti di unit pengolahan air limbah garam, bak aerasi blower memerlukan pemantauan harian yang cermat terhadap suhu air, influen NH₃-N, dan TN. Kontrol ketat terhadap konsentrasi MLSS, menjaga DO sekitar 3 mg/L, dan memastikan penambahan alkalinitas yang memadai sangat penting. Berdasarkan langkah-langkah yang dioptimalkan ini, sistem berjalan secara stabil dengan kualitas limbah yang sangat baik: COD rata-rata sebesar 54,213 mg/L, NH₃-N sebesar 9,678 mg/L, dan SS sebesar 23,849 mg/L, sepenuhnya memenuhi persyaratan influen Tangki Biokimia Sekunder. Pengujian, ringkasan, dan optimalisasi yang berkelanjutan dari berbagai aspek juga penting untuk memastikan keandalan peralatan dan efisiensi perawatan sistem.