Pengolahan dan pembuangan lumpur: produksi lumpur, pengentalan, stabilisasi, pengeringan, padatan kering dan volume, dan pembuangan

Sebuah hotel dengan laundry sendiri memiliki IPAL lumpur aktif kecil di halaman belakang. Setiap bulan, pengelola memanggil truk penyedot lima sampai enam kali untuk mengangkut lumpur dari bak pengendap, masing-masing sekitar 6 m³. Tagihan pengangkutan lumpur menjadi salah satu biaya terbesar IPAL, dan pemilik bertanya kepada teknisi: mengapa lumpurnya begitu banyak, padahal air limbahnya tidak terlalu kotor?

Teknisi mengambil sampel dari truk dan mengujinya. Kadar padatannya sekitar satu persen, artinya 99 persen dari yang diangkut dan dibayar adalah air. Lumpur ditarik langsung dari dasar bak pengendap kedua ke tangki penampung, tanpa dikentalkan. Di sudut halaman ada dua bak pengering lumpur berlapis pasir, tetapi tidak pernah dipakai karena percobaan pertama menghasilkan bau busuk dan lalat. Lumpur yang belum stabil memang berbau ketika dijemur. Bab ini menjelaskan cara menghitung banyaknya lumpur, mengurangi volumenya dengan mengentalkan dan mengeringkan, menstabilkannya supaya tidak berbau, dan membuangnya menurut izin.

Batas pembahasan

Bab ini membahas pengolahan lumpur IPAL kecil dan menengah dari sisi operator dan teknisi: asal lumpur, kadar padatan, produksi lumpur, pengentalan, stabilisasi, pengondisian, pengeringan, penanganan, pembuangan, dan keselamatan kerja. Rancangan rinci unit dan penggolongan lumpur menurut peraturan ditetapkan perancang dan pihak yang berwenang. Karakteristik padatan ada di Bab 16; bak pengendap di Bab 17; lumpur aktif dan lumpur buang di Bab 18; IPAL biakan melekat dan pengurasannya di Bab 19; air cuci balik filter di Bab 20; koagulasi di Bab 3; ruang terbatas di Bab 11 · Keselamatan; alat pelindung diri di Bab 5 · Keselamatan. Sumbernya adalah narasi Teknik Air dan Lingkungan, terutama buku pegangan operasi instalasi, dua buku matematika operator air limbah, buku pengolahan air limbah industri, dan buku teknologi proses, ditambah pengetahuan umum yang ditandai di peta sumber. Angka rancangan umum ditandai nilai literatur umum; angka contoh adalah angka latihan.

Dari mana lumpur berasal

Narasi Teknik Air dan Lingkungan mengutip buku matematika operator pengolahan air dan air limbah bahwa banyaknya BOD yang disisihkan sebuah proses berhubungan langsung dengan banyaknya padatan yang dihasilkan. Setiap unit pengolahan yang menangkap atau menumbuhkan padatan menghasilkan lumpur (nilai literatur umum):

1. Lumpur primer dari bak pengendap pertama: padatan dari air limbah, mudah mengendap, banyak bahan organik, cepat membusuk.
2. Lumpur biologis dari lumpur buang proses lumpur aktif atau biofilm yang terlepas dari media: ringan, encer, sulit dikentalkan.
3. Lumpur kimia dari koagulasi dan pengendapan dengan bahan kimia, seperti di Bab 3: volumenya bertambah oleh hidroksida logam dari koagulan.
4. Air cuci balik filter: narasi yang sama mengutip buku matematika operator air limbah bahwa air cuci balik filter dibuang ke proses pengolahan lumpur.
5. Bahan lain: pasir, hasil saringan, dan lemak, yang biasanya ditangani terpisah dari lumpur.

Laundry menambah serat kain, sisa deterjen, dan kadang lumpur kimia bila IPAL-nya memakai koagulasi. Lumpur dari IPAL yang menerima air limbah laundry rumah sakit dapat membawa bahan yang memerlukan penanganan khusus, sehingga penggolongannya diperiksa menurut peraturan yang berlaku.

Kadar padatan dan volume

Lumpur hampir seluruhnya air. Kadar padatannya dinyatakan dalam persen massa: lumpur 1 persen berisi 10 g padatan kering per kilogram lumpur. Narasi Teknik Air dan Lingkungan mengutip buku matematika operator bahwa padatan total dan padatan volatil biasanya dinyatakan dalam persen, dan buku yang sama tentang lumpur yang ditarik dari bak pengendap dengan kadar padatan 5 persen.

Karena massa jenis lumpur encer hampir sama dengan air, volume lumpur kira-kira:

dengan $V$ dalam m³, $M$ massa padatan kering dalam kg, dan $s$ kadar padatan sebagai pecahan. Hubungan yang lebih penting bagi operator adalah perbandingan dua keadaan untuk padatan yang sama:

Menaikkan kadar padatan dari 1 menjadi 4 persen mengurangi volume menjadi seperempat, dan menaikkannya menjadi 25 persen mengurangi volume menjadi seperdua puluh lima. Setiap langkah pengolahan lumpur pada dasarnya membuang air.

Menghitung produksi lumpur

Banyaknya padatan kering yang dihasilkan setiap hari dapat diperkirakan (nilai literatur umum):

1. Lumpur primer: debit kali padatan tersuspensi kali bagian yang disisihkan bak pengendap, seperti di Bab 17.
2. Lumpur biologis: BOD yang disisihkan kali hasil pertumbuhan teramati, yaitu kilogram padatan yang tumbuh per kilogram BOD yang disisihkan:

Untuk lumpur aktif konvensional, angka $Y_{\text{obs}}$ sekitar 0,5 sampai 0,7, dan untuk aerasi diperpanjang lebih rendah, sekitar 0,3 sampai 0,4, karena sebagian lumpur terurai sendiri selama umur lumpur yang panjang (nilai literatur umum).

3. Lumpur kimia: dari dosis koagulan dan padatan yang diendapkannya, dihitung menurut reaksi kimianya.

Perkiraan ini dibandingkan dengan catatan lumpur buang dan pengangkutan. Bila lumpur yang diangkut jauh lebih sedikit dari perkiraan, padatan mungkin menumpuk di bak atau terbawa efluen; bila jauh lebih banyak, kadar padatannya mungkin rendah atau ada sumber padatan lain.

Pengentalan

Pengentalan menaikkan kadar padatan lumpur cair sebelum diolah lebih lanjut. Narasi Teknik Air dan Lingkungan mengutip buku pegangan operasi instalasi bahwa pengentalan gravitasi paling efektif untuk lumpur primer, dan buku matematika operator air limbah tentang diagram alir pengental gravitasi, menentukan luas permukaannya, dan diagram alir pengental pengapungan udara terlarut. Narasi yang sama mengutip buku teknologi proses bahwa pengental yang paling umum adalah bak bundar.

Cara yang umum (nilai literatur umum):

1. Pengental gravitasi: lumpur didiamkan di bak berkerucut atau bak bundar; padatan turun, air jernih di atasnya dikembalikan ke awal IPAL. Lumpur primer dapat mencapai sekitar 5 sampai 10 persen; lumpur biologis biasanya hanya sekitar 2 sampai 3 persen.
2. Pengapungan udara terlarut: gelembung halus mengangkat lumpur ringan ke permukaan untuk dikeruk; cocok untuk lumpur biologis.
3. Tangki penampung dengan pembuangan air atas: cara paling sederhana di IPAL kecil; lumpur didiamkan beberapa jam, lalu air di atasnya dibuang kembali ke IPAL sebelum lumpur diangkut.

Ukuran pengental gravitasi dinilai dengan beban padatan, yaitu kilogram padatan kering per m² luas per hari. Air yang dikembalikan dari pengental membawa BOD dan padatan halus, sehingga ikut dihitung sebagai beban IPAL. Pengental yang dibiarkan terlalu lama tanpa ditarik lumpurnya juga membusuk, menghasilkan gas yang mengangkat lumpur ke permukaan, dan mengembalikan air keruh ke IPAL; karena itu penarikan lumpur kental dijadwalkan sama teraturnya dengan lumpur buang.

Stabilisasi

Lumpur mentah berbau, menarik lalat, dan membawa mikroba penyebab penyakit. Stabilisasi menguraikan sebagian bahan organiknya supaya lumpur tidak lagi membusuk dengan cepat (nilai literatur umum):

1. Stabilisasi aerob: lumpur diberi udara dalam bak terpisah selama beberapa minggu, atau proses aerasi diperpanjang sudah menstabilkan sebagian lumpur di bak aerasi.
2. Stabilisasi anaerob: lumpur diurai tanpa oksigen dalam tangki tertutup dan menghasilkan biogas. Narasi Teknik Air dan Lingkungan mengutip buku matematika operator bahwa penguraian anaerob berlangsung tanpa oksigen bebas, dan bahwa sebuah tangki pengurai anaerob menghasilkan 12 ft³ gas per pon padatan volatil yang terurai, yaitu sekitar 0,75 m³ per kg. Narasi yang sama mengutip buku pegangan operasi instalasi bahwa waktu tinggal padatan adalah lamanya lumpur berada di tangki pengurai.
3. Stabilisasi kapur: kapur menaikkan pH sangat tinggi sehingga mikroba berhenti bekerja; narasi itu mengutip buku pengolahan air limbah industri tentang gabungan lumpur kapur dan alum yang menghasilkan lumpur yang lebih mudah ditiriskan.

Ukuran yang sering dipakai adalah persen penguraian padatan volatil. Dengan $F_m$ dan $F_k$ bagian volatil padatan lumpur masuk dan keluar, sebagai pecahan, penguraiannya dapat dihitung dari dua uji padatan saja (nilai literatur umum):

Rumus ini berasal dari anggapan bahwa padatan tidak volatil tidak berubah selama stabilisasi.

Pengondisian dengan polimer

Lumpur biologis menahan air dengan kuat, sehingga sulit ditiriskan. Pengondisian dengan polimer menggumpalkan partikel lumpur menjadi flok besar yang melepas air lebih mudah. Narasi Teknik Air dan Lingkungan mengutip buku pegangan operasi instalasi tentang dosis polimer kering yang diinginkan 10 mg/L, dan buku matematika operator tentang polimer yang ditambahkan ke proses dalam jumlah tertentu per hari.

Untuk pengeringan lumpur, dosis polimer biasanya dinyatakan dalam kilogram polimer per ton padatan kering, dan sering berada sekitar beberapa kilogram per ton (nilai literatur umum). Jenis dan dosis yang tepat dipilih dengan uji kecil pada lumpur sebenarnya, karena lumpur dari setiap IPAL berbeda. Polimer yang berlebih membuat lumpur licin dan menyumbat kain penyaring; yang kurang membuat air tiris keruh.

Pengeringan

Pengeringan menaikkan kadar padatan sampai lumpur dapat disekop dan diangkut sebagai padatan, biasanya sekitar 15 sampai 35 persen untuk alat mekanis dan lebih tinggi untuk bak pengering pada cuaca kering (nilai literatur umum).

1. Bak pengering pasir: narasi Teknik Air dan Lingkungan mengutip buku pegangan operasi instalasi bahwa bak pengering umumnya dipakai untuk mengeringkan lumpur yang sudah terurai dengan baik, dan buku matematika operator bahwa bak pengering terdiri dari media peniris dan sistem saluran bawah. Air meresap ke bawah dan menguap ke atas. Cara ini murah tetapi memerlukan lahan, tergantung cuaca, dan lumpurnya harus sudah stabil supaya tidak berbau.
2. Filter pengepres: narasi yang sama mengutip buku pegangan operasi instalasi bahwa filter pengepres mencakup jenis sabuk dan jenis pelat dan bingkai, dan bahwa pengepres sabuk terdiri dari dua sabuk berpori. Lumpur yang sudah diberi polimer dijepit di antara sabuk atau pelat.
3. Sentrifus: lumpur diputar cepat sehingga padatan terlempar ke dinding.
4. Kantong penyaring geotekstil: lumpur yang diberi polimer dipompa ke kantong besar yang meneteskan air keluar; sederhana untuk IPAL kecil.

Narasi itu juga mengutip buku matematika operator tentang menghitung beban padatan tahunan terbesar pada bak pengering pasir. Air tiris dari semua cara ini dikembalikan ke awal IPAL.

Penanganan, pengangkutan, dan pembuangan

Lumpur cair dipompa dengan pompa yang tahan padatan. Narasi Teknik Air dan Lingkungan mengutip buku matematika operator bahwa salah satu pompa lumpur desak positif yang paling umum adalah pompa piston, dan buku pengolahan air limbah industri bahwa pengeluaran lumpur dilakukan secara manual atau mekanis. Lumpur kering diangkut dengan wadah tertutup.

Pembuangan dan pemanfaatan lumpur mengikuti peraturan dan izin yang berlaku, yang dapat menetapkan penggolongan lumpur, pengangkut yang berizin, tempat tujuan, dan catatan setiap pengangkutan. Pilihan yang umum adalah pengangkutan ke instalasi pengolahan lumpur, penimbunan di tempat yang diizinkan, atau pengomposan bila lumpur memenuhi syarat. Narasi yang sama mengutip buku pegangan operasi instalasi bahwa kompos diambil sampelnya dan diuji menurut ketentuan, dan bahwa nitrogen adalah nutrien kritis dalam proses pengomposan. Lumpur tidak boleh dibuang ke saluran, sungai, atau lahan tanpa izin.

Neraca lumpur dan catatan

Lumpur yang dihasilkan setiap hari harus pergi ke suatu tempat: dibuang sebagai lumpur buang, terbawa efluen, menumpuk di bak, atau terurai saat stabilisasi. Neraca lumpur sederhana membandingkan keempatnya setiap bulan (nilai literatur umum):

1. Perkiraan produksi: dari BOD dan padatan tersuspensi yang disisihkan, seperti pada bagian menghitung produksi lumpur.
2. Lumpur yang dikeluarkan: volume lumpur buang atau lumpur yang diangkut dikalikan kadar padatannya.
3. Padatan yang terbawa efluen: debit dikalikan padatan tersuspensi efluen.
4. Perubahan simpanan: kenaikan MLSS di bak aerasi atau tinggi lapisan lumpur di bak pengendap dan tangki.

Bila produksi jauh melebihi jumlah yang dikeluarkan dan terbawa efluen, lumpur sedang menumpuk di suatu bak, dan cepat atau lambat akan terbawa keluar sekaligus. Catatan yang diperlukan untuk neraca ini sederhana: tanggal dan volume setiap penarikan atau pengangkutan, kadar padatan sampelnya, hasil uji padatan efluen, dan pengukuran tinggi lumpur. Catatan pengangkutan juga menjadi bukti pembuangan yang sah bila diminta pihak yang berwenang.

Keselamatan kerja dengan lumpur

Lumpur dan tempat penyimpanannya membawa beberapa bahaya (nilai literatur umum):

1. Gas: lumpur yang membusuk menghasilkan hidrogen sulfida yang beracun dan metana yang mudah terbakar, terutama di tangki tertutup, sumur pompa, dan tangki pengurai anaerob. Masuk ke tempat seperti itu mengikuti prosedur ruang terbatas di Bab 11 · Keselamatan.
2. Mikroba: lumpur mentah membawa bakteri, virus, dan telur cacing; sarung tangan, sepatu bot, pelindung mata, dan cuci tangan diperlukan, seperti di Bab 5 · Keselamatan.
3. Bahan kimia: polimer kering licin bila tumpah dan basah; kapur bersifat korosif bagi kulit dan mata.
4. Mesin: pengepres sabuk dan sentrifus mempunyai titik jepit dan bagian berputar yang harus dikunci saat dibersihkan.
5. Kebakaran: biogas dari tangki pengurai ditangani dengan peralatan dan jarak aman yang ditetapkan perancangnya.

Contoh kerja

Contoh 1: volume menurut kadar padatan. Padatan kering 11 kg per hari pada kadar 1 persen bervolume sekitar $11/(1.000 \times 0{,}01) = 1{,}1$ m³. Pada 4 persen, volumenya $1{,}1 \times 1/4 = 0{,}28$ m³, dan pada 25 persen $1{,}1 \times 1/25 = 0{,}044$ m³ atau sekitar 44 L.

Contoh 2: produksi lumpur. Lumpur aktif aerasi diperpanjang menyisihkan BOD 13,5 kg per hari dengan $Y_{\text{obs}} = 0{,}4$ (angka latihan dari rentang literatur), sehingga lumpur biologis sekitar $0{,}4 \times 13{,}5 = 5{,}4$ kg per hari. Bersama lumpur primer 5,4 kg per hari dari bak pengendap pertama, seperti di Bab 17, produksi seluruhnya sekitar 11 kg padatan kering per hari.

Contoh 3: truk penyedot. Lumpur 1,1 m³ per hari pada 1 persen berarti sekitar 33 m³ per bulan, atau sekitar 5,5 kali angkutan truk 6 m³, seperti pada kasus pembuka. Setelah dikentalkan menjadi 4 persen, volumenya sekitar 8,3 m³ per bulan, kurang dari dua angkutan.

Contoh 4: luas pengental gravitasi. Untuk lumpur biologis dengan beban padatan 30 kg per m² per hari (angka latihan), padatan 11 kg per hari memerlukan luas sekitar $11/30 = 0{,}37$ m². Tangki berdiameter 1 m dengan luas 0,79 m² memberi beban sekitar 14 kg per m² per hari, di bawah batas itu.

Contoh 5: penguraian padatan volatil. Lumpur masuk tangki stabilisasi berpadatan volatil 75 persen dan keluar 60 persen. Penguraiannya $(0{,}75 - 0{,}60)/(0{,}75 - 0{,}75 \times 0{,}60) = 0{,}15/0{,}30 = 0{,}50$, yaitu 50 persen.

Contoh 6: biogas. Tangki pengurai anaerob menerima 100 kg padatan volatil per hari dan menguraikan 50 persennya (angka latihan). Padatan volatil yang terurai 50 kg per hari, dan dengan sekitar 0,75 m³ gas per kg, biogas yang dihasilkan sekitar $0{,}75 \times 50 = 37{,}5$ m³ per hari.

Contoh 7: luas bak pengering. Padatan 11 kg per hari sama dengan sekitar 4.000 kg per tahun. Bila beban padatan tahunan yang dipakai 100 kg per m² per tahun (angka latihan), luas bak pengering yang diperlukan sekitar 40 m², misalnya dua bak 4 m × 5 m yang dipakai bergantian.

Contoh 8: kebutuhan polimer. Padatan 11 kg per hari selama sebulan menjadi sekitar 0,33 ton. Dengan dosis 4 kg polimer per ton padatan kering (angka latihan), kebutuhan polimer sekitar $4 \times 0{,}33 = 1{,}3$ kg per bulan.

Contoh 9: massa lumpur kering yang diangkut. Lumpur 11 kg padatan per hari pada kadar 25 persen bermassa $11/0{,}25 = 44$ kg per hari, atau sekitar 1,3 ton per bulan. Dibanding 33 m³ lumpur cair, yang kira-kira sama dengan 33 ton, massa yang diangkut turun menjadi sekitar seperdua puluh lima.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan minta keputusan penyelia, pemilik IPAL, atau pihak yang berwenang bila:

1. Pekerjaan memerlukan masuk ke tangki lumpur, sumur pompa, atau tangki pengurai tanpa izin masuk ruang terbatas, uji udara, ventilasi, dan penjaga.
2. Ada pekerjaan panas atau sumber nyala di dekat tangki pengurai anaerob atau tempat biogas terkumpul.
3. Penggolongan lumpur belum diketahui, padahal lumpur akan diangkut atau dibuang, atau pengangkutnya tidak berizin.
4. Lumpur akan dibuang ke saluran, sungai, atau lahan tanpa izin.
5. Pengepres atau sentrifus akan dibersihkan tanpa isolasi energi.

Salah tafsir yang sering terjadi

1. "Lumpur banyak berarti air limbahnya sangat kotor." Volume lumpur ditentukan terutama oleh kadar padatannya; lumpur 1 persen bervolume 25 kali lumpur 25 persen untuk padatan yang sama.
2. "Mengentalkan lumpur tidak menambah beban IPAL." Air yang dikembalikan dari pengental dan pengering membawa BOD dan padatan halus.
3. "Lumpur dapat langsung dijemur." Lumpur yang belum stabil berbau dan menarik lalat ketika dijemur.
4. "Polimer makin banyak makin kering." Polimer berlebih membuat lumpur licin dan menyumbat kain penyaring; dosis dipilih dengan uji.
5. "Lumpur hanya tanah basah yang aman disentuh." Lumpur membawa mikroba dan dapat menghasilkan gas beracun.
6. "Lumpur kering boleh dibuang ke mana saja." Pembuangan dan pemanfaatan mengikuti penggolongan dan izin yang berlaku.
7. "Biakan melekat tidak menghasilkan lumpur." Biofilm yang terlepas dan padatan yang mengendap tetap harus dikuras dan diolah.
8. "Truk penyedot cukup sebagai pengolahan lumpur." Truk hanya memindahkan lumpur. Tanpa pengentalan dan pengeringan, yang dibayar sebagian besar adalah air, dan tanpa catatan, tidak ada bukti ke mana lumpur itu dibuang.

Hubungan dengan bab lain

Bab 16 memberi padatan total dan volatil, Bab 17 bak pengendap dan lumpur primer, Bab 18 lumpur buang, Bab 19 pengurasan IPAL biakan melekat, Bab 20 air cuci balik, Bab 3 lumpur kimia dari koagulasi, Bab 11 · Keselamatan ruang terbatas, dan Bab 5 · Keselamatan alat pelindung diri. Bab berikutnya di rak ini membahas pemantauan efluen dan operasi harian IPAL.

Latihan dan pembahasan

1. Padatan kering 8 kg per hari pada kadar 2 persen. Berapa volume lumpur per hari?
2. Lumpur pada Latihan 1 dikentalkan menjadi 5 persen. Berapa volumenya sekarang?
3. Bagian volatil lumpur masuk 0,70 dan keluar 0,55. Berapa persen penguraian padatan volatilnya?
4. Berapa biogas dari penguraian 30 kg padatan volatil per hari?
5. Mengapa lumpur dari bak pengendap kedua sebaiknya tidak langsung dimasukkan ke bak pengering?
6. Apa yang diperiksa sebelum lumpur diangkut keluar dari lokasi?

Kunci jawaban beralasan

1. $8/(1.000 \times 0{,}02) = 0{,}4$ m³ per hari.
2. $0{,}4 \times 2/5 = 0{,}16$ m³ per hari, sehingga volumenya berkurang 60 persen.
3. $(0{,}70 - 0{,}55)/(0{,}70 - 0{,}70 \times 0{,}55) = 0{,}15/0{,}315 = 0{,}48$, yaitu sekitar 48 persen.
4. $0{,}75 \times 30 = 22{,}5$ m³ biogas per hari, dengan angka 0,75 m³ per kg sebagai patokan; hasil sebenarnya diukur.
5. Lumpur itu encer, sekitar satu persen, sehingga memerlukan luas dan waktu pengeringan yang besar, dan belum stabil, sehingga berbau dan menarik lalat. Pengentalan dan stabilisasi lebih dulu mengatasi kedua masalah itu.
6. Penggolongan lumpur menurut peraturan, izin pengangkut dan tempat tujuan, catatan atau dokumen pengangkutan yang disyaratkan, wadah yang tertutup, dan banyaknya lumpur yang diangkut untuk dicatat bersama data IPAL.

Referensi