Kinerja Aerasi Gelembung Halus dalam Proses AAO: Analisis Musiman (Musim Panas Vs. Musim Dingin)

Pengukuran Kinerja dan Evaluasi Sistem Aerasi Gelembung Halus pada Proses AAO selama Musim Panas dan Musim Dingin

Sebagian besar instalasi pengolahan air limbah kota (IPAL) di Tiongkok menggunakan proses biologis aerobik untuk menghilangkan bahan organik, nitrogen, fosfor, dan polutan lainnya dari air limbah. Pasokan oksigen terlarut (DO) dalam air merupakan prasyarat untuk menjaga kebutuhan kehidupan mikroba dan efisiensi pengolahan dalam proses biologis aerobik. Akibatnya,unit aerasi adalah inti dari pengolahan air limbah biologis aerobik. Bersamaan dengan itu, sistem aerasi juga merupakanenergi utama-unit yang mengkonsumsi energi utamadalam IPAL, akuntansi untuk45% hingga 75% dari total konsumsi energi pabrik. Selain kondisi operasional, konsumsi energi sistem aerasi dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti kualitas air limbah dan kondisi lingkungan. Sebagian besar wilayah di Tiongkok memiliki empat musim yang berbeda, curah hujan melimpah, dan variasi suhu musiman yang signifikan. Curah hujan musim panas melemahkan konsentrasi polutan IPAL, sementara suhu musim dingin yang rendah mempengaruhi aktivitas mikroba, sehingga berdampak pada kualitas limbah. Fluktuasi laju aliran dan kualitas influen juga menimbulkan tantangan dalam pengendalian sistem aerasi di IPAL. Tanpa pemahaman yang memadai tentang perubahan kinerja transfer oksigen dari diffuser gelembung halus dan pemeliharaannya selama pengoperasian, keuntungan dari efisiensi transfer oksigen (OTE) yang tinggi dari sistem aerasi gelembung halus tidak dapat dimanfaatkan sepenuhnya, sehingga menyebabkan pemborosan energi.

Jenis yang paling banyak digunakan saat ini adalahdiffuser gelembung halus, yang kinerjanya berhubungan langsung dengan konsumsi energi operasional sistem aerasi. Metode untuk mengukur kinerja transfer oksigen dari penyebar gelembung halus mencakup pengujian statis (seperti pengujian air bersih) dan pengujian dinamis (seperti metode analisis off-gas). Penelitian tentang pengujian statis sebagian besar berfokus pada simulasi-skala laboratorium, sedangkan metode pengujian dinamis jarang dilaporkan karena faktor-faktor seperti persyaratan lokasi pengujian dan kendala pengujian lapangan. Saat ini, Tiongkok hanya menetapkan standar yang relevan untuk metode pengujian air bersih. Selama pengoperasian sebenarnya, kinerja transfer oksigen dari diffuser dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti kualitas influen, karakteristik lumpur, kondisi operasional, dan pengotoran diffuser. Kinerja sebenarnya berbeda secara signifikan dari hasil pengujian air bersih, sehingga menyebabkan penyimpangan yang cukup besar ketika menggunakan data air bersih untuk memprediksi kebutuhan pasokan udara sebenarnya. Kurangnya metode pemantauan yang efektif terhadap kinerja efisiensi energi sistem aerasi di IPAL mengakibatkan pemborosan energi. Oleh karena itu, penting untuk mengukur dan mengevaluasi kinerja transfer oksigen diffuser selama pengoperasian sebenarnya untuk memandu penyesuaian strategi aerasi secara tepat waktu dan membantu mencapai penghematan energi dan pengurangan konsumsi dalam sistem aerasi. Penelitian ini memakan waktuIPAL kota di Shanghai sebagai contoh. Melalui pengukuran lapangan terhadap konsentrasi polutan dalam tangki aerobik dan pola variasi OTE di sepanjang jalur sistem aerasi gelembung halus di musim panas dan musim dingin, efisiensi penghilangan polutan dan kinerja sistem aerasi diukur dan dievaluasi secara sistematis. Tujuannya adalah untuk mengeksplorasi pengaruh perubahan musim terhadap kinerja transfer oksigen sistem aerasi, memberikan panduan untuk kontrol yang tepat dan pengoperasian sistem aerasi yang hemat energi dalam pengolahan air limbah.

1. Bahan dan Metode

1.1 Tinjauan Operasional IPAL

IPAL kota Shanghai menggunakan kombinasi prosespretreatment + proses AAO + filter serat deep bed + desinfeksi UV. Itukapasitas pengolahan adalah 3,0×10⁵ m³/hari. Alur proses utama IPAL ditunjukkan padaGambar 1. Yang berpengaruh adalah yang pertamalimbah domestik, dan limbahnya memenuhi standar Tingkat A dari "Standar Pembuangan Polutan untuk Instalasi Pengolahan Air Limbah Kota" (GB 18918-2002) sebelum dibuang ke Sungai Yangtze. Waktu retensi hidrolik (HRT) untuk tangki anaerobik, tangki anoksik, dan tangki aerobik pada tangki biologis di pabrik ini masing-masing adalah 1,5 jam, 2,7 jam, dan 7,1 jam. Rasio refluks internal dan rasio refluks eksternal keduanya 100%. Umur lumpur dikontrol antara 10-15 hari. Pabrik ini memiliki total 8 tangki aerobik. Sebuah tangki aerobik berukuran 116,8 m × 75,1 m × 7,0 m (P × L × T), dengan volume 11.093 m³. Konsentrasi padatan tersuspensi minuman keras campuran (MLSS) dikontrol pada sekitar 4 g/L. Bagian bawah dilengkapi denganPenyebar gelembung halus berbentuk tabung polietilen Ecopolemer Ukraina, berukuran 120 mm × 1.000 mm (D × L). Rasio udara-terhadap-air adalah 5,7:1. Setiap tangki aerobik terdiri dari 3 saluran (Zona 1, Zona 2, dan Zona 3). Berdasarkan konsentrasi DO yang diukur dengan pengukur aliran gas di dalam saluran, baling-baling pemandu blower sentrifugal satu tahap (4 operasional, 2 siaga) disesuaikan untuk menjaga konsentrasi DO di tangki aerobik antara 2-5 mg/L. Setiap blower memiliki laju aliran udara pengenal 108 m³/menit, tekanan 0,06 kPa, dan daya 160 kW. Setiap saluran dikontrol secara terpisah menggunakan pengukur aliran gas. Dikombinasikan dengan umpan balik pembacaan DO, pasokan udara sebenarnya dikontrol dengan menyesuaikan baling-baling pemandu blower sentrifugal satu tahap untuk mempertahankan DO rata-rata dalam tangki aerobik antara 2-5 mg/L. Kualitas influen/efluen yang dirancang dan kualitas influen instalasi tahun 2019 ditunjukkan padaTabel 1.

1.2 Tata Letak Titik Uji

Dua pengujian kinerja transfer oksigen sistem aerasi gelembung halus dalam kondisi pengoperasian sebenarnya dilakukan pada bulan Juli (musim panas) dan Desember (musim dingin). Sepanjang arah aliran, didirikan 22 titik pengujian sesuai dengan lokasi pelabuhan inspeksi tangki aerobik. Jarak antara dua titik tes yang berdekatan sekitar 5 m, dengan 7, 7, dan 8 titik tes masing-masing berada di Zona 1, Zona 2, dan Zona 3. Distribusi titik tes ditunjukkan padaGambar 2. OTE sebenarnya dari penyebar gelembung halus di setiap titik dihitung dengan mengukur kandungan oksigen dalam gas-yang keluar dari permukaan air. Secara bersamaan, konsentrasi DO dan suhu air di setiap titik diukur menggunakan pengukur kualitas air multi-parameter (HQ 30d, Hach, USA), dan konsentrasi polutan di setiap titik diukur dan dianalisis untuk mendapatkan pola variasinya di sepanjang jalur. Untuk mencegah COD_Kragar sampel tidak terdegradasi selama pemindahan, sampel yang diambil di sepanjang tangki aerobik disaring di-lokasi sebelum pengukuran.

1.3 Pengukuran Kinerja Transfer Oksigen Diffuser Gelembung Halus dalam Kondisi Sebenarnya

Pengukuran kinerja transfer oksigen dari penyebar gelembung halus dalam kondisi sebenarnya menggunakan penganalisis off-gas yang dikembangkan secara independen oleh Shanghai University of Electric Power, yang terdiri dari sistem pengumpulan gas, sistem analisis gas, dan sistem konversi sinyal. Gas-off dikumpulkan menggunakan pompa bensin (KVP15-KM-2-C-S, Karier, Tiongkok) dan tudung, dan dikirim ke sensor oksigen elektrokimia (A-01, ITG, Jerman) untuk dianalisis. Sistem konversi sinyal mengubah sinyal tegangan keluaran sensor menjadi tekanan parsial oksigen dalam gas. Selama pengujian off-gas, tekanan parsial oksigen di udara sekitar diukur terlebih dahulu. Kemudian tudung dipasang pada permukaan air tangki aerobik untuk mengumpulkan sisa gas dan mengukur tekanan parsial oksigennya. Data dicatat setelah output stabil selama 5 menit. Parameter yang diperoleh melalui penganalisis off-gas termasuk tekanan parsial oksigen di udara sekitar dan off-gas, yang darinya persentase oksigen yang ditransfer dari fase gas ke cairan campuran, yaitu OTE dari diffuser gelembung halus, dihitung seperti padaPersamaan (1).

Di mana:

Y(O_₂,_udara)- Proporsi oksigen di udara;

Y(O_₂,_{mematikan-bahan bakar})- Proporsi oksigen di luar-gas;

A_CATATAN- Nilai OTE.

OTE yang diukur dengan penganalisis off-gas dikoreksi DO, suhu, dan salinitas untuk mendapatkan OTE standar ( SOTE) dari penyebar gelembung halus dalam air limbah dalam kondisi standar, seperti padaPersamaan (2). Perhitungan DO jenuh dalam air ditunjukkan padaPersamaan (3).

Di mana:

θ- Koefisien koreksi suhu, diambil sebesar 1,024, tidak berdimensi;

A_SOTE- Nilai SOTE;

- Koefisien salinitas untuk cairan campuran (dihitung berdasarkan total padatan terlarut dalam cairan campuran), tidak berdimensi, biasanya diambil sebesar 0,99;

- Rasio efisiensi transfer oksigen diffuser dalam air limbah versus kondisi air bersih, tidak berdimensi;

C - DO konsentrasi dalam air, mg/L;

C_S,_T- Konsentrasi DO jenuh dalam air pada suhu T, mg/L;

C_S,₂₀- Konsentrasi DO jenuh dalam air pada 20 derajat, mg/L;

T- Suhu air, derajat.

1.4 Metode Perhitungan Konsumsi Energi Sistem Aerasi

Kebutuhan oksigen teoritis tangki aerobik dihitung berdasarkan Activated Sludge Model (ASM). Kebutuhan oksigen dihitung berdasarkan COD_Krdan hasil penghilangan nitrogen amonia untuk menentukan kebutuhan oksigen total (TOD) tangki aerobik, seperti padaPersamaan (4).

Di mana:

M_RUBAH- Nilai TOD, kg O₂/jam;

Q- Laju aliran masuk, m³/d;

ΔC_CODCr- Perbedaan antara konsentrasi COD Cr influen dan limbah cair, mg/L;

ΔC_{Nitrogen amonia}- Perbedaan antara konsentrasi nitrogen amonia influen dan limbah, mg/L; 4,57 adalah faktor konversi nitrogen amonia menjadi NO₃⁻-N.

Laju suplai oksigen dari sistem aerasi gelembung halus dihitung seperti padaPersamaan (5).

Di mana:

M_OTR- Nilai laju suplai oksigen aktual, kg O₂/hari;

Q_AFR- Laju aliran udara, m³/jam;

ŷ_O₂- Fraksi massa oksigen di udara, 0,276.

Daya blower ditentukan oleh laju suplai udara aktual dari blower dan tekanan keluar, yang selanjutnya ditentukan oleh tekanan masuk, kehilangan tekanan udara di dalam pipa, kehilangan tekanan dari diffuser gelembung halus itu sendiri, dan tekanan air statis di dasar tangki, seperti padaPersamaan (6).

Di mana:

ρ_udara- Massa jenis udara, g/L, diambil sebesar 1,29 g/L;

N - Daya peniup, kW;

R- Konstanta gas universal, 8,314 J/(mol·K);

T_udara- Suhu atmosfer, derajat;

B- Koefisien konversi blower, diambil sebesar 29,7;

- Rasio kalor jenis gas, diambil konstanta 0,283;

η- Efisiensi gabungan motor dan blower, diambil konstanta 0,8;

P_i- Tekanan masuk blower, Pa;

Z- Tekanan air perendaman pada diffuser, Pa;

P_kehilangan- Hilangnya tekanan pada diffuser gelembung halus itu sendiri, Pa;

h_L- Hilangnya tekanan udara dalam pipa, Pa.

Dalam kondisi pengujian, jumlah oksigen yang ditransfer ke dalam air per unit energi listrik yang dikonsumsi oleh diffuser [kg/(kW·h)] adalah Efisiensi Aerasi Standar (SAE), seperti padaPersamaan (7). Nilai SAE dapat digunakan untuk mengevaluasi efisiensi penggunaan sebenarnya dari diffuser gelembung halus.

Di mana:

A_SAE- Nilai SAE.

1.5 Metode Pengukuran Indikator Konvensional

Sampel minuman keras campuran disaring melalui kertas saring kualitatif. COD larut_Kr(SKOD_Kr), amonia nitrogen, NO₃^--N, dan TP diukur menggunakan metode standar nasional.

2. Hasil dan Pembahasan

2.1 Efisiensi Penghapusan Polutan

Kualitas pengaruh polutan utama pada musim panas dan musim dingin di IPAL ditunjukkan pada gambarGambar 3. Laju aliran pengolahan rata-rata di musim panas dan musim dingin masing-masing adalah 3,65×10⁵ m³/hari dan 3,13×10⁵ m³/hari.COD yang mempengaruhi musim panas_Krdan konsentrasi nitrogen amonia adalah (188,38 ± 52,53) mg/L dan (16,93 ± 5,10) mg/L, masing-masing.COD yang mempengaruhi musim dingin_Krdan konsentrasi nitrogen amonia adalah (187,94 ± 28,26) mg/L dan (17,91 ± 3,42) mg/L, masing-masing. Curah hujan musim panas yang lebih tinggi menyebabkan IPAL beroperasi dalam mode "beban hidrolik tinggi - beban polutan rendah". Peningkatan beban hidrolik memperpendek HRT sistem, mengurangi waktu reaksi dalam tangki biologis dan mempengaruhi pembuangan polutan. Beban polutan influent yang rendah di IPAL dapat dengan mudah menyebabkan pemuatan lumpur yang terlalu rendah, sehingga menyebabkan-aerasi berlebihan dan disintegrasi lumpur. IPAL harus menyesuaikan laju pemuatan lumpur dan pasokan udara secara tepat waktu untuk memitigasi dampak pengoperasian beban polutan yang rendah.Suhu air musim panas adalah (27,32 ± 1,34) derajat, jauh lebih tinggi dibandingkan suhu musim dingin (17,39 ± 0,75) derajat. Suhu merupakan salah satu faktor penting yang mempengaruhi kapasitas penghilangan polutan dalam sistem. Toleransi bakteri berfilamen lebih tinggi dibandingkan bakteri pembentuk flok, sehingga bakteri ini rentan berkembang biak di lingkungan bersuhu rendah, sehingga menyebabkan penggumpalan lumpur. Temperatur yang lebih rendah juga mengurangi aktivitas enzim mikroorganisme dalam lumpur aktif, menurunkan laju degradasi substrat dan laju respirasi endogen, sehingga mengurangi efisiensi penghilangan polutan. IPAL dapat mengambil tindakan seperti meningkatkan umur lumpur dan MLSS di tangki biologis untuk mengurangi dampak negatif suhu rendah terhadap pembuangan polutan. Karena beban hidrolik di musim dingin lebih rendah dibandingkan di musim panas, HRT di tangki aerobik sedikit diperpanjang dengan aerasi yang cukup, sehingga mengimbangi dampak negatif suhu rendah terhadap nitrifikasi. Oleh karena itu, kualitas limbah pada musim panas dan musim dingin memenuhi standar Kelas A GB 18918-2002.

2.2 Pola Variasi Bentuk Polutan Sepanjang Tangki Aerobik

Pada hari-hari ujian,SCOD yang berpengaruh_Krkonsentrasi di musim panas dan musim dingin masing-masing adalah 186,76 mg/L dan 248,42 mg/L, dan konsentrasi nitrogen amonia adalah 22,05 mg/L dan 25,91 mg/L, masing-masing. Mungkin karena gabungan luapan saluran pembuangan dan infiltrasi air tanah, kualitas aliran air lebih rendah dari nilai desain. Variasi polutan sepanjang tangki aerobik ditunjukkan padaGambar 4.

Karena pelepasan fosfor dalam tangki anaerobik, denitrifikasi dalam tangki anoksik, dan pengenceran dengan pengembalian lumpur, konsentrasi polutan menurun secara signifikan sebelum memasuki tangki aerobik. SCOD_KrKonsentrasi di saluran masuk tangki aerobik pada musim panas dan musim dingin masing-masing adalah 30,32 mg/L dan 52,48 mg/L, dan konsentrasi nitrogen amonia masing-masing adalah 3,90 mg/L dan 4,62 mg/L. Konsentrasi TN di saluran masuk tangki aerobik pada musim panas dan musim dingin masing-masing adalah 4,86 ​​mg/L dan 6,16 mg/L, sedikit menurun menjadi 4,46 mg/L dan 5,70 mg/L pada limbah, yang menunjukkan proporsi nitrifikasi dan denitrifikasi simultan yang relatif rendah terjadi di tangki aerobik. SCOD_Krkonsentrasi menurun secara signifikan di Zona 1 menjadi 19,36 mg/L dan 30,20 mg/L masing-masing di musim panas dan musim dingin; konsentrasi amonia nitrogen menurun menjadi 1,75 mg/L dan 2,80 mg/L. Tren penurunan konsentrasi polutan melambat di Zona 2, menunjukkan bahwa bahan organik molekul kecil telah terdegradasi sepenuhnya dan nitrifikasi telah selesai. Konsentrasi pencemar di ujung Zona 2 sudah memenuhi standar pembuangan limbah. Konsentrasi polutan hampir tidak berubah di Zona 3, namun nilai DO dalam cairan campuran meningkat, menunjukkan bahwa sebagian besar oksigen yang disuplai di zona ini larut ke dalam cairan campuran lumpur dan tidak digunakan untuk COD_Kroksidasi dan oksidasi amonia. SCOD limbah_Krkonsentrasi dari tangki aerobik di musim panas dan musim dingin masing-masing adalah 15,36 mg/L dan 26,51 mg/L, dan konsentrasi nitrogen amonia limbah masing-masing adalah 0,17 mg/L dan 0,50 mg/L.Tingkat penghilangan nitrogen amonia yang lebih tinggi di musim panas disebabkan oleh suhu air yang lebih tinggi sehingga meningkatkan aktivitas nitrifikasi-denitrifikasi mikroorganisme. Zhang Tao dkk. menemukan itusuhu musim dingin yang rendah mengurangi banyaknya bakteri pengoksidasi amonia-dan bakteri pengoksidasi nitrit-, sehingga menurunkan laju pembuangan nitrogen amonia di IPAL.

2.3 Diskon-Hasil Uji Gas Sepanjang Tangki Aerobik

Uji lapangan terhadap kinerja transfer oksigen dari sistem aerasi gelembung halus dilakukan di sepanjang tangki aerobik pada musim panas dan musim dingin menggunakan-penganalisis offgas. Hasilnya ditunjukkan diGambar 5. Konsentrasi DO dalam tangki aerobik meningkat secara bertahap sepanjang arah aliran. Konsentrasi DO dalam cairan campuran tergantung pada jumlah oksigen yang ditransfer dari fase gas ke fase cair oleh diffuser (yaitu, OTR) dan oksigen yang dikonsumsi oleh mikroorganisme (yaitu, KAMI). Substrat berlimpah di ujung depan tangki aerobik, dan mikroorganisme memerlukan lebih banyak oksigen untuk mendegradasi substrat. Oleh karena itu, konsentrasi DO terendah di Zona 1 pada musim panas dan musim dingin, masing-masing sebesar (1,54 ± 0,22) mg/L dan (1,85 ± 0,31) mg/L. Konsentrasi DO meningkat menjadi (2,27 ± 0,45) mg/L dan (2,04 ± 0,13) mg/L masing-masing di Zona 2. Di Zona 3, konsentrasi DO masing-masing adalah (4,48 ± 0,55) mg/L dan (4,53 ± 1,68) mg/L. Pola variasi DO sepanjang jalur konsisten dengan konsentrasi polutan. Degradasi dan nitifikasi bahan organik pada dasarnya telah selesai di Zona 2. Kandungan bahan organik di Zona 3 lebih rendah, sehingga mengurangi kebutuhan oksigen, menyebabkan oksigen tidak dimanfaatkan sepenuhnya dan disimpan dalam fase air sebagai DO, menyebabkan konsentrasi DO meningkat ke tingkat yang sangat tinggi. DO rata-rata di Zona 3 secara signifikan lebih tinggi dari 2,0 mg/L, yang menunjukkan aerasi berlebih di ujung tangki aerobik. Respirasi endogen dari lumpur aktif mengurangi aktivitas lumpur dan dapat dengan mudah menyebabkan penggumpalan lumpur, sekaligus membuang energi. Konsentrasi DO yang terlalu tinggi di ujung tangki aerobik juga menghasilkan konsentrasi DO yang lebih tinggi dalam cairan yang kembali, yang tidak hanya meningkatkan konsentrasi DO yang masuk ke tangki anoksik melalui refluks eksternal tetapi juga mengurangi jumlah COD Cr yang tersedia, sehingga menurunkan efisiensi denitrifikasi. Oleh karena itu, disarankan untuk mengurangi pasokan udara di Zona 3, hanya mempertahankan intensitas pencampuran yang diperlukan, untuk menghemat konsumsi energi aerasi.

Seperti yang ditunjukkan diGambar 5, terdapat perbedaan signifikan dalam kinerja transfer oksigen diffuser di saluran yang berbeda selama pengoperasian sebenarnya antara musim panas dan musim dingin. Rata-rata OTE yang diukur pada musim dingin adalah 9,72%, lebih rendah dibandingkan hasil yang diukur pada musim panas (16,71%). hal ini dikarenakanpenurunan suhu air mengurangi aktivitas mikroorganisme dalam tangki aerobik IPAL, sehingga menurunkan tingkat pemanfaatan oksigen. Setelah dilakukan koreksi suhu, salinitas, dan DO, rata-rata nilai SOTE pada musim panas dan musim dingin masing-masing sebesar 17,69% dan 14,21%. SOTE musim panas sedikit lebih tinggi dibandingkan musim dingin, mungkin karenapengoperasian yang berkepanjangan memperburuk pengotoran diffuser, menyumbat pori-pori, dan mengurangi kinerja transfer oksigen pada diffuser.

2.4 Analisis Potensi Optimalisasi Energi Sistem Aerasi Tangki Aerobik

Berdasarkan Persamaan (3) dan (4), kebutuhan oksigen, laju suplai oksigen, dan daya blower untuk setiap saluran tangki aerobik di musim panas dan musim dingin dihitung, seperti yang ditunjukkan padaTabel 2. Total kebutuhan oksigen tangki aerobik di musim dingin sekitar 34,91% lebih tinggi dibandingkan di musim panas, disebabkan oleh tingginya COD influen._Krdan beban polutan nitrogen amonia di musim dingin dibandingkan dengan musim panas. Kebutuhan oksigen di setiap zona tangki aerobik menurun karena polutan yang masuk terdegradasi di sepanjang jalur. Zona 1 memiliki konsentrasi polutan tertinggi dan substrat yang cukup sehingga aktivitas mikroba lebih tinggi sehingga kebutuhan oksigennya pun paling tinggi. Karena polutan terus terdegradasi, kebutuhan oksigen di Zona 2 dan Zona 3 secara bertahap menurun. Di musim panas, proporsi kebutuhan oksigen di ketiga zona masing-masing adalah 72,62%, 21,65%, dan 5,73% dari total kebutuhan oksigen tangki aerobik. Di musim dingin, proporsinya masing-masing adalah 72,84%, 24,53%, dan 2,63%. Pada reaktor lumpur aktif konvensional, kebutuhan oksigen bagian depan 45%-55%, bagian tengah 25%-35%, dan bagian belakang 15%-25%. Beban perawatan di ujung tangki aerobik ini lebih rendah dibandingkan nilai konvensional. Pasokan udara di bagian depan dapat dikurangi secara tepat, sehingga beberapa polutan dapat terdegradasi di bagian belakang.

Dibandingkan dengan musim panas,kebutuhan oksigen dari proses pengolahan biologis di musim dingin lebih tinggi, dan efisiensi transfer oksigen dari sistem aerasi gelembung halus lebih rendah, sehingga menghasilkan pasokan udara yang dibutuhkan lebih tinggi. Berdasarkan data operasional IPAL, total laju pasokan udara blower pada musim panas dan musim dingin masing-masing adalah 76,23 m³/jam dan 116,70 m³/jam. Pasokan udara tertinggi terdapat di Zona 1, sedangkan pasokan udara di Zona 2 dan Zona 3 serupa namun lebih rendah dibandingkan di Zona 1. Pasokan oksigen di musim panas 38,99% lebih tinggi dibandingkan kebutuhan oksigen, yang menunjukkan potensi penghematan-energi yang signifikan. Pasokan oksigen di Zona 2 dan Zona 3 melebihi kebutuhan oksigen sebenarnya. Pasokan oksigen di musim dingin 7,07% lebih tinggi dibandingkan kebutuhan oksigen. Pasokan dan kebutuhan oksigen di Zona 1 dan Zona 2 telah disesuaikan, sedangkan aerasi berlebih terjadi di Zona 3. Daya blower sebanding dengan laju pasokan udara, seperti pada Persamaan (6). Konsumsi daya blower pada musim panas dan musim dingin masing-masing adalah 85,21 kW dan 130,44 kW. Henkel menyarankan hal itupeningkatan suhu udara mengurangi kekuatan blower dalam sistem aerasi. Menanggapi perbedaan kebutuhan oksigen antar saluran yang berbeda, IPAL harus mengambil tindakan penyesuaian aerasi yang sesuai, seperti aerasi yang dikurangi. Hal ini dapat mencakup pembukaan penuh pipa cabang pasokan udara di ujung depan, membuka setengah pipa cabang di ujung tengah, dan menyesuaikan pipa cabang di ujung ke bukaan minimum agarmenghemat pasokan udara dan konsumsi energi aerasi.

Dengan menghitung lebih lanjut efisiensi penggunaan sebenarnya dari diffuser gelembung halus, Efisiensi Aerasi Standar (SAE) dalam tangki aerobik di musim panas adalah 2,57 kg O₂/kW·h, yaitu 32,29% lebih tinggi dibandingkan di musim dingin. Perbedaan kualitas, kuantitas, dan suhu air influen antara musim panas dan musim dingin menyebabkan variasi yang signifikan dalam pengoperasian dan pengendalian sistem aerasi di IPAL. Pemborosan energi lebih parah di musim panas dibandingkan di musim dingin, dan sistem aerasi mencapai keseimbangan pasokan-permintaan yang lebih baik di musim dingin. Mempertimbangkan laju dan kualitas aliran influen,pasokan udara dapat dikurangi secara tepat di musim panassambil memastikan kualitas limbah dan pencampuran yang memadai dalam tangki aerobik. Di musim dingin, untuk mengurangi dampak tingginya beban polutan yang masuk dan suhu rendah, aerasi yang cukup harus dipastikan. Namun, penting untuk dicatat bahwa selama pengoperasian-jangka panjang, polutan terakumulasi di permukaan dan di dalam pori-pori diffuser, secara bertahap menyumbat pori-pori, dan efisiensi transfer oksigen akan menurun. Jika pembersihan diffuser tidak tepat waktu, hal ini dapat menyebabkan pasokan oksigen ke sistem aerasi tidak mencukupi, sehingga mempengaruhi kualitas limbah.

IPAL menggunakan strategi kontrol aliran udara DO-blower. Tujuan dari sistem kontrol aerasi adalah untuk menyediakan lingkungan DO yang stabil bagi mikroorganisme di tangki aerobik dan memastikan kepatuhan limbah. Namun, mekanisme umpan balik DO saja tidak dapat menilai potensi-penghematan energi dari sistem aerasi. Pengujian lapangan terhadap kinerja perpindahan oksigen dari sistem aerasi memungkinkan perhitungan yang tepat mengenai laju pasokan oksigen sebenarnya dari sistem aerasi dan menggambarkan pola variasinya di sepanjang jalur. Dikombinasikan dengan data permintaan oksigen, hal ini memungkinkan kontrol sistem aerasi yang tepat untuk mencapai keseimbangan pasokan-permintaan dan tujuan penghematan energi dan pengurangan konsumsi.

3. Kesimpulan

• Suhu air musim panas yang lebih tinggi meningkatkan aktivitas nitrifikasi mikroba dan denitrifikasi, menghasilkan COD Cr dan nitrogen amonia limbah yang lebih tinggi di musim dingin dibandingkan dengan musim panas. Namun, karena beban hidrolik yang lebih rendah di musim dingin dibandingkan musim panas, perpanjangan HRT dalam tangki aerobik dan aerasi yang cukup mengimbangi dampak negatif suhu rendah terhadap nitrifikasi. Oleh karena itu, kualitas limbah pada musim panas dan musim dingin memenuhi standar Kelas A GB 18918-2002.

• Dibandingkan dengan musim panas, kebutuhan oksigen dari proses pengolahan biologis di musim dingin lebih tinggi, efisiensi transfer oksigen dari sistem aerasi gelembung halus lebih rendah, sehingga menghasilkan tingkat pasokan udara yang dibutuhkan lebih tinggi dan efisiensi aerasi lebih rendah.

• Pasokan oksigen di musim panas dan musim dingin masing-masing 38,99% dan 7,07% lebih tinggi dibandingkan kebutuhan oksigen, yang menunjukkan potensi penghematan-energi yang lebih besar di musim panas. Konsentrasi polutan menurun secara bertahap di sepanjang tangki aerobik, dan hampir konstan di bagian akhir, sedangkan konsentrasi DO di bagian akhir jauh lebih tinggi dibandingkan di bagian depan. Hal ini menunjukkan bahwa sebagian besar oksigen yang disuplai pada akhirnya larut ke dalam cairan campuran lumpur dan tidak digunakan untuk COD_Kroksidasi dan oksidasi amonia, yang menunjukkan-aerasi berlebihan. Oleh karena itu, pasokan udara di ujung tangki aerobik dapat dikurangi dengan tepat sambil memastikan kualitas limbah dan pencampuran yang memadai.