Meningkatkan Desain dan Praktik Pabrik Pemurnian Kualitas Air Xin'an Qianhe Berdasarkan Proses AAOAO-MBBR dan Oksidasi Ozon
Qingdao, sebagai kota pusat pesisir nasional, telah mencapai hasil yang signifikan dalam tata kelola ekologi. Namun, dibandingkan dengan-kota metropolitan internasional papan atas, sistem pengelolaan lingkungan perairan perkotaannya masih menghadapi tantangan struktural.
Saat ini, terdapat kesenjangan antara tingkat cakupan jaringan pipa drainase, efisiensi operasional fasilitas pengolahan air limbah, dan harapan masyarakat terhadap-lingkungan air berkualitas tinggi. Masih ada jarak untuk mewujudkan visi ekologis dalam membangun "Qingdao yang Indah".
Untuk mengatasi tantangan-tantangan ini, Qingdao perlu segera menerapkan langkah-langkah sistematis seperti perencanaan ilmiah, optimalisasi alokasi sumber daya, dan penguatan investasi infrastruktur. Upaya-upaya ini bertujuan untuk meningkatkan efisiensi jaringan pengumpulan air limbah dan kapasitas pengolahan terminal secara komprehensif, sehingga memperkuat landasan ekologis bagi pembangunan kota yang berkelanjutan.
Proyek Pabrik Pemurnian Kualitas Air Xin'an Qianhe berlokasi di Kawasan Baru Pantai Barat Qingdao. Pabrik ini memiliki kapasitas pengolahan yang dirancang sebesar 50.000 m³/hari, total luas lokasi 33.154 m², dan total investasi sebesar 182,4 juta yuan. Laporan studi kelayakan proyek selesai pada Maret 2021, desain awal dan anggaran disetujui pada Juni tahun yang sama, dan konstruksi resmi dimulai pada April 2023. Saat ini sedang dalam tahap konstruksi. Rancangan awal mengharuskan parameter limbah utama memenuhi standar Kelas V yang ditetapkan dalam GB 3838-2002 "Standar Kualitas Lingkungan untuk Air Permukaan", sedangkan total nitrogen (TN) dan indikator lainnya harus memenuhi standar Kelas A GB 18918-2002 "Standar Pembuangan Polutan untuk Instalasi Pengolahan Air Limbah Kota."
Pada bulan Maret 2022, Administrasi Urusan Air Qingdao mengeluarkan "Pemberitahuan tentang Melaksanakan Pekerjaan Peningkatan dan Renovasi Instalasi Pengolahan Air Limbah Perkotaan di Qingdao." Pemberitahuan ini mengharuskan instalasi pengolahan di sekitar Teluk Jiaozhou, Teluk Bohai, dan di sepanjang sungai untuk menyelesaikan peningkatan, meningkatkan standar pembuangan ke kualitas air permukaan kuasi-Kelas IV, dengan TN limbah yang dikontrol antara 10-12 mg/L. Kebijakan ini dikeluarkan dalam rentang waktu antara persetujuan desain awal proyek (Juni 2021) dan permulaan fisik proyek (April 2023), sehingga menciptakan kesenjangan teknis antara standar desain asli yang telah disetujui dan persyaratan lingkungan terkini. Sebagai fasilitas pengolahan air limbah baru di West Coast New Area, untuk memastikan kepatuhan setelah selesai dibangun, penting untuk melakukan optimalisasi proses secara bersamaan selama tahap konstruksi dan mengembangkan rencana peningkatan yang layak secara ekonomi melalui studi kelayakan.
1. Desain dan Seleksi Skema Proses
1.1 Kualitas Limbah yang Dirancang
Standar limbah cair proyek ditingkatkan dari kualitas air permukaan kuasi-Kelas V menjadi kuasi-Kelas IV. Solusi teknis yang masuk akal diperlukan untuk semakin mengurangi nilai indikator seperti BOD, CODKr,TN, NH₃-N, dan TP dalam limbah. Analisis spesifik ditunjukkan padaTabel 1.
1.2 Pemilihan Skema Teknis Rekayasa
Alur proses pabrik yang sedang dibangun ditunjukkan padaGambar 1.
Pabrik yang sedang dibangun ini mengadopsi proses "Perlakuan Awal + Tangki Biokimia AAOAO yang Dimodifikasi + Tangki Sedimentasi Sekunder + Tangki Sedimentasi-Efisiensi Tinggi + Filter Tipe V-+ Oksidasi Ozon". Tata letak strukturnya kompak, sehingga tidak menyisakan lahan berlebih untuk proyek peningkatan, sehingga harus didasarkan pada konstruksi yang sedang berlangsung. Peningkatan ini terutama menargetkan penghapusan polutan seperti CODKr, NH₃-N, TN, dan TP. Dua skema perbandingan diusulkan, sebagaimana dirinci dalamTabel 2.
Skema 1: AAOAO-MBBR + Proses Tangki Sedimentasi-Efisiensi Tinggi
- Modifikasi Sistem Biokimia: Mengoptimalkan struktur tangki biokimia AAOAO yang sedang dibangun. Meningkatkan kapasitas denitrifikasi dengan memperluas volume zona anoksik. Secara bersamaan, tambahkan pembawa MBBR secara lokal di zona aerobik untuk membentuk proses komposit, memperkuat efisiensi penghilangan biokimia NH₃-N dan TN.
- Peningkatan Sistem Fisikokimia: Mengoptimalkan struktur tangki dan parameter peralatan pendukung tangki sedimentasi-efisiensi tinggi untuk memastikan kepatuhan TP yang stabil.
- Peningkatan Perawatan Tingkat Lanjut: Meningkatkan dosis di unit oksidasi ozon untuk lebih mendegradasi bahan organik tahan api, memastikan CODKrkepatuhan pelepasan.
Skema 2: Tangki Sedimentasi-Efisiensi Tinggi + Proses Filter Lapisan Dalam Denitrifikasi
- Optimasi Mode Operasi: Mempertahankan struktur asli tangki biokimia AAOAO. Tambahkan perangkat aerasi yang dapat disesuaikan di zona pasca-anoksik untuk beralih secara dinamis antara mode anoksik/aerobik berdasarkan kualitas influen, sehingga memastikan efektivitas pengolahan NH₃-N.
- Peningkatan Sistem Fisikokimia: Mengoptimalkan struktur tangki dan parameter peralatan pendukung tangki sedimentasi-efisiensi tinggi untuk memastikan kepatuhan TP yang stabil.
- Adopsi Filter Denitrifikasi: Mengonversi filter tipe V-menjadi filter lapisan dalam denitrifikasi, memanfaatkan takaran sumber karbon untuk meningkatkan kemampuan penghilangan TN.
- Peningkatan Perawatan Tingkat Lanjut: Meningkatkan dosis di unit oksidasi ozon untuk lebih mendegradasi bahan organik tahan api, memastikan CODKrkepatuhan pelepasan.
Kedua skema tersebut dapat memenuhi persyaratan penghilangan nitrogen dan fosfor. Skema 1 menggunakan modifikasi pada tangki biokimia untuk mencapai penghilangan TN. Keuntungannya terletak pada pemanfaatan penuh sumber karbon yang masuk. Ketika TN influen berfluktuasi, sumber karbon eksternal juga dapat ditambahkan di zona anoksik untuk menghilangkan TN. Sebagai perbandingan, filter lapisan dalam denitrifikasi yang digunakan dalam Skema 2 memerlukan penggunaan sumber karbon eksternal dan memerlukan pemeliharaan aktivitas mikroba dalam filter dalam jangka panjang, sehingga meningkatkan biaya operasional. Meskipun biaya investasi konstruksi untuk kedua skema sebanding, berdasarkan pertimbangan multidimensi termasuk pengendalian biaya operasional, stabilitas proses, dan efisiensi pemanfaatan sumber karbon, Skema 1-yang menawarkan efisiensi ekonomi dan fleksibilitas operasional-pada akhirnya dipilih sebagai proses implementasi untuk proyek peningkatan.
2. Poin Desain Teknik Utama
2.1 Modifikasi Sistem Biokimia
Teknologi inti dari proses MBBR terletak pada pencapaian pergerakan pembawa tersuspensi yang terfluidisasi secara efisien melalui desain, sehingga secara signifikan meningkatkan efisiensi biodegradasi sistem untuk polutan. Sistem proses ini terdiri dari lima elemen utama: pembawa biofilm-mekanis-berkekuatan tinggi, struktur tangki hidrolik yang disesuaikan, sistem aerasi terarah, perangkat layar intersepsi yang presisi, dan peralatan propulsi cairan. Berdasarkan volume tangki yang disesuaikan dan parameter desain proyek penyewaan peralatan pengolahan air limbah (MBBR) operasional 20.000 m³/hari dalam sistem pembuangan limbah regional, total luas permukaan efektif yang diperlukan dari pengangkut yang ditangguhkan adalah sekitar 2.164.000 m². Luas permukaan spesifik efektif yang dirancang dari pembawa MBBR lebih besar dari 750 m²/m³. Tabel perhitungan desain untuk volume tangki AAOAO-MBBR yang dimodifikasi ditunjukkan padaTabel 3.
2.2 Peningkatan Sistem Fisikokimia
Tangki sedimentasi{0}}efisiensi tinggi dirancang untuk beroperasi dalam dua kelompok paralel. Renovasi unit ini mengadopsi bentuk paket proses, dengan pemasok peralatan memberikan-jaminan teknis proses penuh dan komitmen kinerja. Parameter proses inti dan konfigurasi peralatan adalah sebagai berikut.
Tangki koagulasi terdiri dari dua kelompok dengan total 4 kompartemen. Ukuran kompartemen tunggal yang dirancang adalah 2,675 m × 2,725 m × 5,9 m. Waktu penahanan puncak kira-kira 3,8 menit, dengan gradien kecepatan (G) Lebih besar dari atau sama dengan 250 s-¹. Setiap agitator dikonfigurasikan dengan satu{10}}unit daya sebesar 4 kW.
Tangki flokulasi terdiri dari dua kelompok dengan total 2 kompartemen. Ukuran kompartemen tunggal yang dirancang adalah 5,65 m × 5,65 m × 5,9 m. Waktu penahanan puncak kurang lebih 8,3 menit. Diameter bagian dalam draft tube adalah 2,575 mm. Ini dikonfigurasi dengan agitator tipe turbin Φ2.500 mm-, masing-masing dengan daya 7,5 kW.
Tangki sedimentasi terdiri dari dua kelompok. Luas tabung miring untuk satu kelompok kira-kira 84 m². Diameter tangki sedimentasi adalah 11,7 m. Laju pembebanan hidrolik rata-rata yang dirancang pada permukaan tabung miring adalah 12,4 m³/(m²·h), dengan nilai puncak 16,1 m³/(m²·h). Laju pembebanan hidrolik rata-rata yang dirancang untuk zona sedimentasi adalah 7,6 m³/(m²·h), dengan nilai puncak 9,9 m³/(m²·h).
Sistem takaran bahan kimia dikonfigurasikan sebagai berikut: Cairan Polialuminum Klorida (PAC) Komersial (10% Al₂O₃) dirancang sebagai koagulan, diberi dosis pada beberapa titik di bagian influen tangki koagulasi. Dosis maksimum yang dirancang adalah 300 mg/L, dengan dosis rata-rata 150–200 mg/L. Pompa pengukur diafragma mekanis digunakan, dikonfigurasi dengan sistem pengenceran online 10-kali lipat. Poliakrilamida Anionik (PAM) dirancang sebagai flokulan, dimasukkan ke dalam bagian flokulasi tangki sedimentasi efisiensi tinggi. Satu set unit penyiapan dan pemberian dosis larutan PAM kontinyu yang sepenuhnya otomatis digunakan, dengan konsentrasi larutan 2 g/L. Dosis maksimum yang dirancang adalah 0,6 mg/L, dengan dosis rata-rata 0,3 mg/L. Dosing pump adalah pompa metering tipe ulir, juga dilengkapi dengan sistem pengenceran online 10 kali lipat.
2.3 Percontohan-Verifikasi Eksperimen Oksidasi Ozon Skala
Untuk memverifikasi kelayakan limbah pabrik yang ditingkatkan secara stabil memenuhi standar air permukaan Kelas IV (konsentrasi COD Kurang dari atau sama dengan 30 mg/L), penelitian ini memilih limbah sekunder dari tahap pertama dan kedua Pabrik Pemurnian Kualitas Air Lianwanhe sebagai subjek penelitian pada bulan Juni 2024. Eksperimen verifikasi kinerja untuk proses pengolahan lanjutan "Penyaringan Pasir + Oksidasi Ozon" telah dilakukan. Eksperimen ini bertujuan untuk mengevaluasi penerapan proses ini pada desain proyek Xin'an dan pencapaian target.
Eksperimen ini menggunakan unit penyaringan pasir skala kecil-yang ada (kapasitas pengolahan 1,5 m³/jam) di pabrik Lianwanhe. Perangkat reaksi oksidasi ozon skala-percontohan (reaktor menara, volume efektif 0,5 m³) dipasang di-lokasi. Limbah tangki sedimentasi sekunder yang ada disaring dengan saringan pasir kecil, kemudian diangkat dengan pompa untuk masuk ke menara oksidasi ozon dari atas. Efek oksidasi ozon digunakan untuk menghilangkan bahan organik tahan api dari influen, sehingga menghasilkan pengurangan COD lebih lanjut.
2.3.1 Kinerja "Penyaringan Pasir + Oksidasi Ozon" pada Dosis Ozon 20 mg/L dan HRT 30 menit
Pada tahap penelitian ini, konsentrasi COD influen berkisar antara 38,2 hingga 43,4 mg/L dengan rata-rata 40,4 mg/L. Setelah diolah dengan proses "Penyaringan Pasir + Oksidasi Ozon", limbah akhir COD rata-rata mencapai 28,8 mg/L. Percobaan menemukan bahwa ketika konsentrasi COD tinggi, masih terdapat kejadian dimana COD limbah tidak memenuhi standar. Selain itu, warna akhir limbah dari uji coba tetap lebih tinggi dibandingkan warna influen, sehingga tidak memenuhi standar pembuangan. Detailnya ditunjukkan diGambar 2(a).
2.3.2 Kinerja “Penyaringan Pasir + Oksidasi Ozon” pada Dosis Ozon 25 mg/L dan HRT 30 menit
Untuk lebih meningkatkan penyisihan COD dan mengurangi warna limbah, fase ini terus meningkatkan dosis ozon sambil mempertahankan HRT pada 30 menit. Pada tahap percobaan ini, konsentrasi COD influen berkisar antara 36,3 hingga 46,2 mg/L, rata-rata 40,4 mg/L. Setelah perlakuan, konsentrasi COD diturunkan menjadi 28 mg/L. Warna akhir limbah dari uji coba masih tetap lebih tinggi dibandingkan warna influen, sehingga tidak memenuhi standar pembuangan. Detailnya ditunjukkan diGambar 2(b).
2.3.3 Kinerja "Filtrasi Pasir + Oksidasi Ozon" pada Dosis Ozon 30 mg/L dan HRT 30 menit
Pada kondisi dosis ozon 30 mg/L dan HRT 30 menit, proses "Penyaringan Pasir + Oksidasi Ozon" menunjukkan efektivitas pengolahan yang baik untuk limbah cair COD sekunder. Pada tahap pengujian ini, konsentrasi COD influen berkisar antara 38,2 hingga 42,2 mg/L, rata-rata 40,2 mg/L. Setelah pengolahan, konsentrasi COD limbah cair tetap stabil di bawah 30 mg/L, rata-rata 26 mg/L. Pada fase ini, proses tersebut juga menunjukkan efektivitas penghilangan warna yang baik, dengan warna terukur secara konsisten di bawah 20, yang secara stabil memenuhi standar pelepasan. Detailnya ditunjukkan diGambar 2(c).
2.3.4 Kesimpulan Eksperimental
Berdasarkan hasil percobaan, pada kondisi reaksi optimal, perbandingan dosis ozon (30 mg/L) terhadap penyisihan COD (12,2 mg/L) pada unit pengolahan ozon adalah 2,45:1,00.
Percobaan percontohan membuktikan bahwa proses pengolahan lanjutan "Penyaringan Pasir + Oksidasi Ozon" dapat secara efektif mengurangi nilai COD dari limbah sekunder yang mewakili pabrik Lianwanhe. Oleh karena itu, penerapan proses "Penyaringan Pasir + Oksidasi Ozon" sebagai proses pengolahan lanjutan untuk proyek Xin'an Qianhe memiliki kelayakan yang baik dan dapat memastikan COD limbah proyek tetap stabil di bawah 30 mg/L.
3. Kesimpulan
Penelitian ini berfokus pada tiga modul modifikasi inti: sistem pengolahan biokimia mengadopsi proses hybrid AAOAO-MBBR (pertumbuhan yang ditangguhkan dan melekat); unit pengolahan fisikokimia mengoptimalkan struktur tangki dan pemilihan peralatan untuk tangki sedimentasi-efisiensi tinggi; dan tautan pengolahan lanjutan divalidasi melalui-percobaan oksidasi ozon skala percontohan.
Melalui optimalisasi sinergis rantai proses ini, sistem perawatan proses lengkap "Peningkatan Biokimia – Peningkatan Fisikokimia – Perlindungan Tingkat Lanjut" dibangun. Pada saat yang sama, desain teknik ini mengikuti fakta obyektif dari konstruksi proyek yang sedang berlangsung, sehingga memerlukan optimalisasi urutan konstruksi yang terkoordinasi untuk semua struktur guna memaksimalkan penggunaan fasilitas yang ada dan meminimalkan beban kerja renovasi.
Proyek ini menggunakan standar kualitas limbah dari pabrik yang sedang dibangun sebagai tolok ukur kualitas pengaruh desain. Konsentrasi pelepasan CODKr, BOD₅, NH₃-N, dan TP harus mematuhi standar Kelas IV (TN Kurang dari atau sama dengan 10/12 mg/L) yang ditentukan dalam GB 3838-2002 "Standar Kualitas Lingkungan untuk Air Permukaan". Indikator lainnya harus mematuhi standar Kelas A GB 18918-2002 "Standar Pembuangan Polutan untuk Instalasi Pengolahan Air Limbah Kota." Proyek peningkatan ini memiliki skala desain 50.000 m³/hari, total investasi 27,507 juta yuan, biaya operasional 0,3 yuan/m³, total biaya 0,39 yuan/m³, dan harga air pengoperasian 0,45 yuan/m³.