Analisis Komprehensif Proses yang Biasa Digunakan di Instalasi Pengolahan Air Limbah Perkotaan

Tujuan inti dari pengolahan air limbah perkotaan adalah untuk menghilangkan polutan seperti COD, BOD₅, TN, dan TP dari air limbah untuk memenuhi standar pembuangan (kepatuhan utama terhadap standar Kelas A dari "Standar Pembuangan Polutan untuk Instalasi Pengolahan Air Limbah Perkotaan" GB 18918-2002). Proses arus utama saat ini berpusat pada pengolahan biologis, dikombinasikan dengan unit pengolahan awal dan pengolahan lanjutan, membentuk proses lengkap "pengolahan awal - pengolahan inti - pengolahan lanjutan - pembuangan lumpur." Berikut ini adalah penjelasan rinci mengenai enam proses yang paling banyak digunakan, mencakup prinsip-prinsip, parameter utama, kelebihan dan kekurangan, dan skenario yang dapat diterapkan, serta mempertimbangkan rincian teknis dan kelayakan teknik.

1. Prinsip Proses

Menggunakan lumpur aktif sebagai intinya, dalam kondisi aerobik, mikroorganisme menyerap dan menguraikan polutan organik dalam air limbah, sehingga mencapai pemurnian air limbah melalui pemisahan air lumpur. Proses Inti: Layar batang → Ruang pasir → Tangki sedimentasi primer → Tangki aerasi → Tangki sedimentasi sekunder → Disinfeksi dan pembuangan; sisa lumpur dipekatkan, dikeringkan, dan kemudian dibuang.

2. Parameter Desain Utama
* Waktu Retensi Hidraulik (HRT): 8-12 jam, dengan HRT Lebih besar dari atau sama dengan 6 jam di tangki aerasi;
* Waktu Retensi Lumpur (SRT): 3-5 hari (hanya berlaku untuk penghilangan bahan organik, tanpa fungsi penghilangan nitrogen dan fosfor);
* Pemuatan Organik (F/M): 0,2-0,4kgBOD₅/(kgMLSS·d);
* DO Konsentrasi di Tangki Aerasi: 2-3mg/L, menggunakan aerasi paksa atau aerasi mekanis.

3. Kelebihan dan Kekurangan
* Keuntungan: Teknologi yang matang, pengoperasian yang stabil, efisiensi tinggi dalam mengolah bahan organik (tingkat penghilangan BOD₅ 85%-90%), dan biaya investasi yang relatif rendah;
* Kekurangan: Tidak ada fungsi penghilangan nitrogen dan fosfor, sehingga sulit untuk memenuhi standar Kelas A saat ini; produksi lumpur dalam jumlah besar, rentan terhadap penggumpalan berserabut; tapak besar dan konsumsi energi yang relatif tinggi.

4. Skenario yang Berlaku
* Cocok untuk-pabrik pengolahan air limbah yang dibangun lebih awal dengan standar pembuangan rendah, atau sebagai unit pengolahan awal untuk air limbah industri; saat ini, modul ini jarang digunakan sendiri dalam proyek baru, namun sebagian besar digunakan sebagai modul dasar untuk perbaikan proses.

1. Prinsip Proses
Proses A²O (Anaerob-Anoxic-Aerobik) mencapai penghilangan nitrogen dan fosfor secara simultan melalui aksi sinergis dari tiga zona: bakteri pengumpul fosfor-bakteri yang mengakumulasi melepaskan fosfor di zona anaerobik, bakteri denitrifikasi menghilangkan nitrogen di zona anoksik, dan bakteri nitrifikasi melakukan nitrifikasi dan fosfor-bakteri pengumpul menyerap fosfor di zona aerobik. Versi yang dimodifikasi (dengan tambahan tangki pra-anoksik) memecahkan masalah persaingan sumber karbon antara denitrifikasi dan penghilangan fosfor, sehingga meningkatkan efek penghilangan nitrogen dan fosfor. Proses inti: Perlakuan awal → Tangki anaerobik → Tangki pra-anoksik → Tangki anoksik → Tangki aerobik → Tangki sedimentasi sekunder → Pengolahan lanjutan → Pembuangan.

2. Parameter Desain Utama

Total HRT: 10-12 jam, rasio HRT anaerobik:anoksik:aerobik=1:3:5;
Waktu Retensi Lumpur (SRT): 10-12 hari pada suhu kamar, 15 hari pada suhu rendah (untuk menyeimbangkan kebutuhan nitrifikasi dan penghilangan fosfor);
Rasio Resirkulasi: Rasio resirkulasi minuman keras campuran 200%-300% (frekuensi variabel dapat disesuaikan), rasio resirkulasi lumpur 50%-80%;
Kontrol DO: Zona anaerobik Kurang dari atau sama dengan 0,2mg/L, zona anoksik Kurang dari atau sama dengan 0,5mg/L, zona aerobik 2-3mg/L.

3. Kelebihan dan Kekurangan

Keuntungan: Efisiensi penghilangan nitrogen dan fosfor yang luar biasa (tingkat penghilangan TN 70%-80%, tingkat penghilangan TP 80%-90%), secara konsisten memenuhi standar Kelas A; teknologi matang, biaya pengoperasian moderat, cocok untuk air limbah kota dengan fluktuasi kualitas air yang besar;
Kekurangan: Ada ketidakkonsistenan parameter antara penghilangan nitrogen dan fosfor (SRT, konflik persyaratan rasio resirkulasi); air limbah-bersumber rendah karbon memerlukan penambahan sumber karbon eksternal; tapak yang sedikit lebih besar.

4. Skenario yang Berlaku

Saat ini proses yang disukai untuk konstruksi baru, perluasan, dan peningkatan instalasi pengolahan air limbah perkotaan, terutama cocok untuk proyek air limbah kota yang memerlukan pengendalian emisi nitrogen dan fosfor secara simultan. Ini juga dapat diadaptasi untuk air limbah kompleks yang mengandung sejumlah kecil air limbah industri (diperlukan penyesuaian koefisien biodegradabilitas).

1. Prinsip Proses

Proses ini menggabungkan teknologi pemisahan membran dengan pengolahan biologis, menggantikan tangki sedimentasi sekunder dengan modul membran untuk mencapai pemisahan lumpur-air yang efisien. Aliran inti: Perlakuan awal → Tangki biologis (konfigurasi A²O, SBR, dll. dapat digunakan) → Tangki membran → Disinfeksi dan pembuangan. Modul membran dapat menahan mikroorganisme, mempertahankan konsentrasi MLSS yang tinggi dalam tangki biologis dan meningkatkan nitrifikasi dan penghilangan bahan organik.

2. Parameter Desain Utama

Konsentrasi MLSS: 6000-8000 mg/L (jauh lebih tinggi dibandingkan proses tradisional);
Waktu Retensi Lumpur (SRT): 20-30 hari (nitrifikasi yang ditingkatkan, cocok untuk air limbah bersuhu rendah dan C/N rendah);
Fluks Membran: 10-20 L/(m²·h), memerlukan pembersihan fisik/kimia secara teratur;
Konsumsi Energi: 0,6-1,0 kWh/m³ (termasuk konsumsi energi aerasi dan hisap membran).

3. Kelebihan dan Kekurangan

Keuntungan: Kualitas limbah yang sangat baik (TN Kurang dari atau sama dengan 8 mg/L, TP Kurang dari atau sama dengan 0,3 mg/L), memenuhi persyaratan untuk meningkatkan kualitas air mendekati-Kelas IV; jejaknya hanya 1/3-1/2 dari proses tradisional; tidak ada risiko kehilangan lumpur, stabilitas operasional yang tinggi;
Kekurangan: Biaya modul membran yang tinggi (menyumbang 30% -40% dari total investasi); perawatan yang rumit (rentan tersumbat), biaya operasional yang tinggi; konsumsi energi yang lebih tinggi dibandingkan proses biologis tradisional.

4. Skenario yang Berlaku

Cocok untuk kawasan inti perkotaan dengan sumber daya lahan terbatas, proyek peningkatan dengan standar limbah yang ketat, atau skenario kualitas air khusus seperti suhu rendah dan rasio C/N rendah; juga berlaku untuk pengolahan air limbah yang terdesentralisasi (misalnya, komunitas perumahan, kawasan industri).

1. Prinsip Proses

Dengan menggunakan reaktor parit berbentuk cincin, air limbah bersirkulasi di dalam parit melalui sikat atau cakram yang berputar untuk aerasi, menciptakan zona aerobik dan anoksik bergantian untuk mencapai degradasi bahan organik dan denitrifikasi. Konfigurasi umum meliputi parit oksidasi Carrousel, parit oksidasi Orbal, dan parit oksidasi terintegrasi (termasuk tangki sedimentasi sekunder).

2. Parameter Desain Utama

Total HRT: 15-25 jam (waktu retensi hidraulik yang lama, ketahanan yang kuat terhadap beban kejut);
Waktu Retensi Lumpur (SRT): 10-20 hari (sesuai untuk kebutuhan penghilangan nitrogen);
Pemuatan Organik (F/M): 0,05-0,15kgBOD₅/(kgMLSS·d);
Oksigen Terlarut: Distribusi bertahap di dalam parit (2-3mg/L di zona aerobik, 0,5-1mg/L di zona anoksik).

3. Kelebihan dan Kekurangan

Keuntungan: Ketahanan yang sangat kuat terhadap beban kejut, cocok untuk air limbah dengan fluktuasi besar dalam kualitas dan kuantitas air; pengoperasian dan manajemen yang sederhana, biaya perawatan yang rendah; efek penghilangan nitrogen yang baik (tingkat penghilangan TN 70%-75%);
Kekurangan: Efek penghilangan fosfor yang lemah (membutuhkan penghilangan fosfor kimiawi tambahan); tapak besar, konsumsi energi tinggi; fleksibilitas operasional yang tidak memadai.

4. Skenario yang Berlaku
Cocok untuk instalasi pengolahan air limbah di kota-kota kecil dan menengah-(volume 50.000-500.000 m³/hari), air limbah kompleks dengan fluktuasi kualitas air yang besar (termasuk sejumlah kecil air limbah industri), atau proyek dengan kemampuan pengoperasian dan pengelolaan yang terbatas.

1. Prinsip Proses

Dengan menggunakan reaktor intermiten, lima tahapan diselesaikan dalam tangki yang sama: influen, aerasi (aerobik), sedimentasi, pembuangan limbah, dan periode idle. Degradasi bahan organik, penghilangan nitrogen dan fosfor dicapai melalui alokasi waktu. Versi yang dimodifikasi (proses CAST, CASS) menambahkan zona pemilihan dan zona pra-reaksi untuk meningkatkan kinerja pengendapan lumpur dan efisiensi penghilangan fosfor.

2. Parameter Desain Utama:
Satu siklus pengoperasian: 4-6 jam (termasuk 2-3 jam aerasi dan 1-1,5 jam sedimentasi);
Waktu Retensi Lumpur (SRT): 10-15 hari;
Konsentrasi MLSS: 3000-5000 mg/L;
Rasio Drainase: 1/3-1/2 (setiap drainase tidak boleh melebihi 1/2 volume tangki).

3. Kelebihan dan Kekurangan

Keuntungan: Tapak kecil (tidak memerlukan tangki sedimentasi sekunder terpisah); pengoperasian yang fleksibel, dengan parameter siklus yang dapat disesuaikan berdasarkan kualitas air; cocok untuk volume air kecil hingga sedang, memungkinkan penghilangan nitrogen dan fosfor secara bersamaan.
Kekurangan: Persyaratan tinggi untuk kontrol otomatis (membutuhkan kontrol tepat pada waktu setiap tahap); stabilitas kualitas limbah yang tidak memadai, mudah terpengaruh oleh parameter operasi; keausan peralatan yang cepat (sering-matinya katup dan pompa).

4. Skenario yang Berlaku
Cocok untuk instalasi pengolahan air limbah kota kecil dan menengah (volume air Kurang dari atau sama dengan 100.000 m³/hari), proyek pengolahan air limbah terdesentralisasi (seperti kawasan komunitas dan industri), atau skenario dengan fluktuasi kualitas air yang signifikan yang memerlukan penyesuaian mode pengoperasian yang fleksibel.

1. Prinsip Proses
Mengintegrasikan semua langkah pengolahan biologis (degradasi COD, penghilangan nitrogen, penghilangan fosfor, stabilisasi lumpur) ke dalam satu tangki biologis. Melalui desain yang dikategorikan dan-sistem aerasi dengan efisiensi tinggi, penghilangan nitrogen dan fosfor serta pengurangan lumpur secara bersamaan dapat dicapai. Keunggulan utamanya adalah sistem aerasi BioDopp (aerasi busa halus area-luas), yang memiliki efisiensi transfer oksigen tinggi dan mudah dirawat.

2. Parameter Desain Utama
Konsumsi Energi: 0,075 kWh/m³ (jauh lebih rendah dibandingkan proses tradisional, menunjukkan keunggulan-penghematan energi);
Konsentrasi MLSS: 8 g/L (konsentrasi lumpur tinggi, meningkatkan efisiensi pengolahan);
Efisiensi Transfer Oksigen: 5 kgO₂/kWh, Kebutuhan Oksigen 0,2-0,3 mg/L;
Total HRT: 8-12 jam, cocok untuk kebutuhan pengolahan air limbah rutin kota.

3. Kelebihan dan Kekurangan
Keuntungan: Efek-penghematan energi yang luar biasa (konsumsi energi hanya 1/5-1/8 dari proses tradisional); integrasi tinggi, tapak kecil; produksi lumpur yang rendah, sehingga menghilangkan kebutuhan akan pembuangan lumpur yang rumit; perawatan sistem aerasi yang mudah (dapat dibersihkan secara online, tanpa downtime); Kekurangan: Ambang batas teknis yang tinggi, peralatan inti bergantung pada impor; cocok untuk kualitas air tertentu, kemampuan beradaptasi terhadap air limbah berkadar garam tinggi dan bandel memerlukan verifikasi lebih lanjut.

4. Skenario yang Berlaku
Cocok untuk instalasi pengolahan air limbah kota yang baru dibangun (mengejar konservasi energi dan pengurangan konsumsi) dan proyek pengolahan air limbah kawasan industri. Ini telah berhasil diterapkan di Jerman, Republik Ceko, dan provinsi Shanghai dan Hebei di negara saya.

Pemilihan proses untuk instalasi pengolahan air limbah perkotaan memerlukan pertimbangan komprehensif terhadap lima faktor utama: karakteristik kualitas air, standar pembuangan, volume air, sumber daya lahan, dan biaya operasional. Logika intinya adalah sebagai berikut:

• Standar Kualitas dan Pembuangan Air: Untuk menghilangkan nitrogen dan fosfor secara simultan guna memenuhi standar Kelas A, proses A²O dan MBR yang dimodifikasi lebih disukai; untuk meningkatkan kualitas air mendekati Kelas IV, proses MBR lebih disukai; untuk kualitas air dengan fluktuasi besar, saluran oksidasi dan proses SBR yang dimodifikasi lebih disukai.
• Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500.000 m³/hari) memprioritaskan proses modifikasi A²O dan saluran oksidasi; instalasi pengolahan air limbah berukuran kecil dan menengah (10.000-500.000 m³/hari) dapat memilih proses A²O, SBR yang dimodifikasi, atau BioDopp; proyek yang terdesentralisasi (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
• Lahan dan Biaya: Di kawasan inti perkotaan di mana lahan langka, proses MBR, SBR, dan BioDopp lebih disukai; untuk anggaran terbatas, proses modifikasi A²O dan saluran oksidasi lebih disukai; untuk{0}}penghematan energi jangka panjang, proses BioDopp dapat dipertimbangkan.
• Operasi dan Manajemen: Untuk pabrik dengan kemampuan operasional dan manajemen terbatas, saluran oksidasi dan proses A²O yang dimodifikasi (mudah dioperasikan) lebih disukai; bagi mereka yang memiliki tingkat otomatisasi lebih tinggi, proses MBR dan SBR yang dimodifikasi cocok.

Singkatnya, proses A²O yang dimodifikasi, dengan keunggulan penghilangan nitrogen dan fosfor yang stabil, biaya yang moderat, dan kemampuan beradaptasi yang luas, tetap menjadi pilihan utama untuk instalasi pengolahan air limbah perkotaan; proses MBR cocok untuk peningkatan dan persyaratan tata letak yang ringkas; dan proses yang lebih baru seperti BioDopp menawarkan arah baru untuk konservasi energi dan pengurangan emisi, dan skenario penerapannya akan diperluas secara bertahap di masa depan.