Latar Belakang Proyek
Instalasi Pengolahan Air Limbah Perkotaan (IPAL) seluas 35.000 m² dan awalnya dibangun di kawasan pinggiran kota yang dikelilingi kolam ikan dan ruang terbuka. Dengan berkembangnya urbanisasi, kini terletak di kawasan pemukiman dan komersial yang padat penduduk. Bau limbah dan kebisingan dari pabrik sangat mempengaruhi warga sekitar.
Pabrik ini awalnya dirancang untuk mengolah laju aliran limbah 140.000 m³/hari. Kualitas limbahnya harus memenuhi Kelas 1B "Standar Pembuangan Polutan untuk Instalasi Pengolahan Air Limbah Perkotaan" (GB 18918-2002).
Sebelum dipompa ke unit pengolahan, air limbah mengalami pengolahan awal melalui saringan kasar, saringan sedang, dan saringan halus. Pengolahan primer mencakup ruang pasir aerasi, diikuti dengan pengolahan sekunder melalui saluran oksidasi dan penjernih sekunder. Terakhir, limbah dibuang ke sumur luar melalui pipa berdiameter 1 meter, lalu dialirkan ke jaringan gorong-gorong kotak tertutup.
Meningkatkan Rencana Desain
Skala dan Target Kualitas Limbah
Berdasarkan studi kelayakan, kapasitas pabrik tetap pada 140.000 m³/hari, dengan kelebihan air limbah dialihkan ke stasiun pompa untuk dipindahkan ke instalasi pengolahan lain. Limbah tersebut tidak hanya dibuang ke sungai tetapi juga menggunakan kembali air di danau-danau terdekat. Oleh karena itu, limbah harus mematuhi Kelas 1A GB 18918-2002 dan "Standar Kualitas Air untuk Penggunaan Kembali Air Limbah Perkotaan dalam Air Lingkungan Lanskap" (GB/T 18921-2002). Selain itu, untuk mencegah eutrofikasi di danau, limbahnya harus memenuhi standar Kelas IV berdasarkan "Standar Kualitas Air Permukaan" (GB 3838-2002).
Desain Aliran Proses
Proyek ini memilih proses "AAO + MBR" untuk peningkatan pabrik. Proses pengolahan lumpur menggunakan mesin dewatering sentrifugal untuk mengurangi kadar air lumpur hingga di bawah 80%, dan pasir serta lumpur dikirim ke pusat pengolahan lumpur kota.
Untuk menentukan kondisi optimal dan parameter pengoperasian, simulasi komprehensif dilakukan menggunakan perangkat lunak Biowin berdasarkan Activated Sludge Digestion Model (ASDM), dengan konsumsi energi dan bahan kimia yang minimal.
Desain Keseluruhan
Pabrik tersebut memiliki luas terbatas sekitar 33.000 m². Kami mempertahankan struktur yang ada seperti gedung administrasi dan kontrol. Struktur produksi yang tidak memenuhi standar limbah atau konstruksi, seperti pengolahan awal, saluran oksidasi, area pengeringan lumpur, dan ruang kendali, ditingkatkan ke berbagai tingkatan.
Misalnya, kami membangun unit MBR untuk menggantikan penjernih sekunder, yang mengintegrasikan fungsi seperti tangki aerobik, tangki membran, ruang blower dan ruang takaran bahan kimia, serta tangki desinfeksi. Perangkat ini membuat limbahnya memenuhi standar pembuangan air daur ulang.
Parameter Desain Utama Struktur
Modifikasi Pra-Perawatan
1) Layar Kasar
Dimensi: 5,6 mx 8,1 m, tinggi: 4,9 m
Saluran: 3, menggantikan saringan kasar 50 mm yang ada dengan saringan putar 20 mm
Lebar saluran: 1,9 m, kedalaman air sebelum layar: 0,95 m, sudut pemasangan: 70 derajat, celah layar: 20 mm
2) Layar Sedang
Dimensi: 5,8 mx 10,1 m, tinggi: 4,9 m
Saluran: 4, meningkatkan mesin layar 15 mm menjadi layar putar 6 mm
Lebar saluran: 1,9 m, kedalaman air sebelum layar: 0,70 m, sudut pemasangan: 70 derajat, celah layar: 5 mm
3) Layar Halus
Dimensi: 7,1 mx 11,15 m, tinggi: 1,5 m
Meningkatkan dari layar putar 6 mm menjadi layar pelat berlubang 3 mm dengan tetap mempertahankan saluran yang ada
Lebar saluran: 2,1 m, kedalaman air sebelum saringan: 1,5 m, celah saringan: 3 mm
Dilengkapi dengan 4 saringan pelat berlubang (masing-masing 1,5 kW) dan 2 pompa backwash dengan laju aliran masing-masing 36 m³/jam4) Modifikasi Layar Membran
Ruang pompa pengembalian lumpur yang asli telah diubah fungsinya menjadi ruang kasa membran. Dimensi layar halus 6,1 m × 8,8 m dengan tinggi 2,2 m. Empat layar membran dipasang, dengan tiga beroperasi dan satu dalam keadaan siaga, masing-masing dengan peringkat daya 1,5 kW. Setiap saluran mempunyai lebar 1,4 m, kedalaman air sebelum saringan 1,1 m, dan celah saringan 1 mm. Dua pompa backwash, masing-masing dengan laju aliran 36 m³/jam dan daya 15 kW, disediakan, dengan waktu pengoperasian diatur pada rasio buka-ke-berhenti 1:2–1:4.
Modifikasi Parit Oksidasi
Dua saluran oksidasi yang ada telah dimodifikasi menjadi tangki anaerobik-anoksik, masing-masing dengan laju aliran desain 70.000 m³/hari. Bagian anaerobik mempunyai waktu retensi 1,0 jam, sedangkan bagian anoksik mempunyai waktu retensi 2,7 jam, dengan kedalaman air efektif 3,9 m. Setiap tangki anaerobik dilengkapi dengan enam mixer submersible berkecepatan tinggi dengan daya 3,7 kW, sedangkan setiap tangki anoksik memiliki dua belas mixer submersible berkecepatan rendah dengan daya 2,3 kW. Rasio pengembalian lumpur dari tangki anoksik ke anaerobik berkisar antara 100% hingga 200%.
Struktur Komprehensif MBR
Empat klarifikasi sekunder yang ada telah diganti dengan dua struktur MBR (Membrane Bioreactor) baru, masing-masing dengan kapasitas desain 70.000 m³/hari. Dimensi setiap unit MBR adalah 82,34 m×38,18 m dan meliputi komponen-komponen sebagai berikut:
1) Tangki Aerobik
Dimensi: 37,70 m × 36,25 m dengan kedalaman air efektif 6,0 m
Waktu retensi: 2,4 jam, dilengkapi dengan 1.216 aerator berbentuk tabung per tangki (total 2.432 di kedua tangki)
Setiap aerator memiliki laju aliran udara sebesar 7,2 m³/jam, dan laju pengembalian lumpur dari tangki aerobik ke tangki anoksik adalah 300%.
2) Tangki Membran MBR
Dimensi total per tangki: 45,46 m × 31,85 m, termasuk tangki distribusi, membran, saluran balik, dan tangki pembersih
Kedalaman tangki membran: 5 m dengan kedalaman air efektif 3,7 m
Saluran distribusi: 39,6 m × 2,1 m, saluran balik: 39,6 m × 1,5 m
Tangki membran dibagi menjadi delapan sel, masing-masing berukuran 26,65 m × 4,6 m, dengan tiga sel pembersih untuk pembersihan air, asam, dan basa
Setiap tangki memiliki delapan baris, enam dengan sepuluh modul membran serat berongga PVDF, dan dua dengan sembilan modul
Kapasitas desain per modul membran adalah 897,5 m³/hari, dengan fluks 17,81 L/(m³·h) dan laju aerasi 849,6 Nm³/mnt, mempertahankan rasio udara-terhadap-air sebesar 8,7:1
Tingkat pengembalian lumpur dari tangki membran ke tangki aerobik adalah 400%.
3) Ruang Pompa Pengembalian Lumpur
Dua ruang pompa, masing-masing berukuran 10,9 m × 8,51 m, dengan delapan pompa balik
Empat pompa memindahkan lumpur dari membran ke tangki aerobik (Q=2,910 m³/jam, H=0.5 m, N=18.5 kW)
Empat pompa mengembalikan lumpur dari tangki aerobik ke tangki anoksik (Q=2,190 m³/jam, H=3.0 m, N=37 kW)
4) Ruang Peralatan Komprehensif
Struktur rangka-baja-dua lantai + rangka, 44,5 m × 6,61 m
Lantai atas: Ruang kendali sistem MBR dan fasilitas pemberian dosis untuk natrium hipoklorit dan asam sitrat
Lantai bawah: 9 pompa air (8 digunakan, 1 sebagai cadangan, frekuensi variabel, Q=493 m³/jam, H=11–13 m, N=22 kW) dan 4 pompa lumpur (3 digunakan, 1 siaga, Q=80 m³/jam, H=20 m, N=11 kW)
5) Ruang Peniup
Dibangun di atas tangki aerobik, dimensi tiap ruang blower: 38,46 m × 7,8 m
Setiap ruangan memiliki tiga blower aerasi (satu besar dan dua kecil, dapat diganti untuk redundansi)
Blower besar: Q=146 m³/m, H=7.5 m, N=223 kW
Blower kecil: Q=73 m³/m, H=7.5 m, N=112 kW
Empat blower membran (dua besar dan dua kecil, dengan redundansi antara satu blower besar dan dua blower kecil)
Blower besar: Q=213 m³/mnt, H=4.5 m, N=223 kW
Blower kecil: Q=106.5 m³/mnt, H=4.5 m, N=112 kW
Tangki Kontak Disinfeksi / Ruang Dosis / Ruang Pompa Pengangkat Limbah
Tangki kontak desinfeksi, ruang takar, dan ruang pompa pengangkat limbah digabungkan menjadi satu struktur dengan kapasitas 140.000 m³/hari. Tangki kontak desinfeksi memiliki total tapak 25,05 m × 23,35 m, dengan tinggi 4,9 m dan kedalaman efektif 4,0 m, sehingga menghasilkan volume efektif 2.300 m³. Waktu kontak 23,66 menit, dengan tambahan 7,12 menit pada pipa efluen, sehingga total waktu kontak 30,78 menit. Empat pompa submersible dipasang (3 operasional, 1 siaga), masing-masing dengan Q=2,000 m³/jam, H=16 m, dan N=132 kW.
Ruang pemberian dosis, yang terletak di atas tangki desinfeksi, menggunakan klorin dioksida sebagai disinfektan dengan dosis 8 mg/L. Polialuminium klorida padat (PAC) diberi dosis pada laju maksimum 30 mg/L untuk menghilangkan fosfor kimia, dan natrium asetat digunakan sebagai sumber karbon eksternal untuk meningkatkan penghilangan TN, dengan laju dosis maksimum 30 mg/L.
Tangki Penyimpanan Lumpur
Tangki penyimpanan lumpur yang baru dibangun adalah tangki beton bertulang bawah tanah dengan ukuran 9,0 m × 9,0 m dan kedalaman air efektif 5 m, sehingga menghasilkan volume efektif 405 m³. Mixer submersible dipasang di dalam tangki untuk memastikan kinerja dewatering yang stabil dengan mencampurkan selama dewatering lumpur. Tangki ini juga dilengkapi dengan pengukur tingkat lumpur ultrasonik, yang memungkinkan-tampilan volume lumpur secara real-time baik di ruang kendali pusat maupun di area pengeringan. Pompa lumpur umpan dapat dihentikan bila kadar lumpur terlalu tinggi, dan mixer berhenti bila kadar lumpur rendah.
Renovasi Ruang Pengeringan Lumpur
Sebelumnya, pengering sabuk digunakan untuk pengolahan lumpur. Setelah ditingkatkan, pengering sabuk asli memenuhi persyaratan kapasitas pengurasan lumpur, namun masalah bau yang terkait dengan lumpur tidak dapat diatasi secara memadai. Oleh karena itu, mesin dewatering sentrifugal diperkenalkan untuk menggantikan pengering sabuk. Empat mesin dewatering pengendapan spiral horizontal dirancang, dengan tiga digunakan dan satu sebagai cadangan, bekerja selama 12 jam per hari. Setiap mesin memiliki kapasitas (Q) 60 m³/jam dan daya (N) 66 kW.
Sistem Pengendalian Bau
Karena terbatasnya ketersediaan lahan di instalasi pengolahan air limbah ini, proyek ini mengadopsi pengolahan bau terdesentralisasi di lokasi, dengan enam lokasi yang ditetapkan:
1. Sistem Pengendalian Bau 1: Menargetkan bau dari area pra-perawatan, menggunakan sistem penghilang bau berbasis tanaman dengan kapasitas 6.200 m³/jam.
2. Sistem Pengendalian Bau 2: Dirancang untuk ruang dewatering lumpur dan tangki penyimpanan lumpur, dengan kapasitas sistem penghilang bau berbasis pabrik sebesar 4.500 m³/jam.
3. Sistem Pengendalian Bau 3: Menargetkan bau dari tangki anaerobik/anoksik. Setiap tangki memiliki total kapasitas pengolahan 13.000 m³/jam. Karena keterbatasan ruang di ruangan yang menampung tangki, dua sistem pengontrol bau biofiltrasi, masing-masing berkapasitas 6.500 m³/jam, dipasang di dua ruangan terpisah pada struktur tangki. Kedua unit berbagi satu cerobong asap dan dapat beroperasi secara independen.
4. Peralatan Pengendali Bau Biologis 4: Dirancang untuk dua struktur terintegrasi MBR, dengan dua unit biofiltrasi dipasang di atas tangki aerobik, mengolah bau dengan kapasitas total 43.000 m³/jam untuk menghemat ruang.
Pembahasan Konsep Green Design pada Desain Instalasi Air Limbah
1. AquaSust menggunakan beragam tanaman untuk membuat konfigurasi tanaman-berlapis dan beraneka-bentuk untuk menunjukkan dampak ekologis komunitas tanaman.
Kedua, pabrik terletak di tengah zona pendidikan, dan kami memasang fitur air keramik di pintu masuk utamanya. Air yang diolah digunakan kembali untuk lansekap guna meningkatkan kesadaran masyarakat akan konservasi air dan perlindungan lingkungan.
2. Dalam hal desain lanskap dan ruang hijau, tema kami "menghemat sumber daya dan melindungi lingkungan" konsisten dengan konsep-pembangunan berdampak rendah "kota spons". Inisiatif inovatif AquaSust meliputi atap hijau, penghijauan vertikal, dan tempat parkir ramah lingkungan.
Kami juga menutup saluran oksidasi dengan tanah untuk menciptakan "taman mini" perkotaan yang mencerminkan keindahan ekologi dan keharmonisan antara manusia dan alam. Konsep “kota spons” dapat digunakan sebagai bahan insulasi termal bangunan serta mengurangi limpasan atap dan polusi.
Hasil Pengolahan Kualitas Air
Setelah proyek peningkatan kualitas, instalasi pengolahan air limbah yang ditingkatkan secara resmi mulai beroperasi pada bulan Desember 2016. Rata-rata kualitas air masuk dan keluar dari bulan Januari hingga Desember 2017 ditunjukkan pada Tabel 2.
Ringkasan Analisis Manfaat Komprehensif
Penghematan Tanah
Proyek ini mencakup area seluas 34.991,54 m², dengan indikator penggunaan lahan sebesar 0,25 m²/(m³∙d), hanya 25-30% dari 0,80–0,95 m²/(m³·d) yang ditentukan dalam *Standar Konstruksi Proyek Rekayasa Pengolahan Limbah Perkotaan* untuk proses pengolahan biokimia sekunder + lanjutan, menghemat lebih dari Tanah seluas 77.000 m² dan sekitar 170 juta CNY.
Penghematan Energi
Konsumsi listrik limbah yang diolah dari proyek ini adalah 0,46 kWh/m³, dibandingkan dengan 0,50–0,60 kWh/m³ di pembangkit listrik domestik yang sudah ada dengan proses pengolahan membran, yang menunjukkan tingkat konsumsi energi-rendah yang wajar. Penghematan energi tahunan mencapai minimal 2 juta kWh, dengan penghematan biaya listrik sekitar 1,6 juta CNY.
Konservasi Air
Limbah proyek, setelah diolah lebih lanjut, dapat digunakan kembali sebagai air danau selama musim gugur dan musim dingin, sehingga mengurangi ketergantungan pada air keran. Pendekatan ini secara konservatif menghemat sekitar 4 juta m³ air setiap tahunnya.
Penghematan Bahan
Desain ini menggunakan kembali fasilitas yang ada (misalnya, pos jaga, bangunan utama, area pengolahan awal, saluran oksidasi, ruang dewatering lumpur, dan ruang kendali pusat), sehingga menghemat investasi sekitar 80 juta CNY. Penggunaan PAC dan sumber karbon masih di bawah 30 mg/L, dibandingkan dengan sekitar 50 mg/L pada proyek serupa, sehingga menghemat sekitar 20 mg/L. Penghematan tahunan pada PAC dan sumber karbon berjumlah sekitar 1.000 ton atau 2,5 juta CNY.
Manfaat Lingkungan
Peningkatan kualitas secara signifikan mengurangi polutan yang dibuang ke sungai. Pada skala pengolahan 140.000 m³/hari, pengurangan polutan diperkirakan dapat dikurangi sebesar jumlah tahunan berikut: CODCr sebesar 13.100 t, BOD5 sebesar 4.740 t, SS sebesar 8.320 t, TN sebesar 960 t, dan TP sebesar 140 t.
Manfaat Lanskap Ekologis
Proyek ini memberikan{0}}pengurangan bau dan kebisingan skala penuh untuk pabrik sekaligus menyempurnakan lanskap pabrik secara keseluruhan, mengubahnya menjadi taman kota yang sangat meningkatkan kualitas hidup penduduk sekitar.
Kesimpulan
AquaSust menyelesaikan proyek pengolahan air limbah pabrik melalui proses "AAO + MBR" berdasarkan konsep pengolahan air limbah yang ramah lingkungan, sirkular, dan rendah karbon.
Meskipun terdapat tantangan seperti keterbatasan lahan, sensitivitas lingkungan, dan standar emisi yang ketat, data operasional menunjukkan bahwa kami telah berhasil mencapai berbagai tujuan. Hal ini termasuk meningkatkan standar pengolahan air, mendaur ulang dan menggunakan kembali air limbah, mengoptimalkan pengurangan bau dan kebisingan, serta memperbaiki lanskap secara keseluruhan.