Proyek integratif IPAL laundry kecil: neraca debit dan beban, memilih rangkaian, ukuran unit, lumpur, daur ulang sebagian, biaya operasi, dan serah terima

Sebuah laundry komersial di pinggir kota mencuci linen untuk beberapa hotel, sekitar 2.000 kg sehari, dengan sepuluh jam kerja. Air buangannya selama ini dialirkan ke saluran setelah melewati bak pengendap sederhana. Ketika izin usahanya akan diperpanjang, pemilik diminta memiliki IPAL yang memenuhi baku mutu dan rencana pemantauan. Tiga penjual datang dengan penawaran: IPAL "untuk 200 orang" berbiaya rendah, biofilter anaerob-aerob paket, dan IPAL lumpur aktif dengan koagulasi di depannya. Harga, ukuran, dan kebutuhan listriknya sangat berbeda, dan setiap penjual mengatakan penawarannya yang paling tepat.

Pemilik meminta teknisi yang biasa merawat mesin-mesinnya membantu menilai. Teknisi tidak merancang IPAL; itu pekerjaan perancang yang berwenang. Namun teknisi dapat mengumpulkan data yang benar, menghitung beban, memeriksa apakah ukuran yang ditawarkan masuk akal, dan menyusun daftar yang harus diserahkan. Bab ini memakai seluruh bab di rak Air dan Lingkungan untuk proyek itu, langkah demi langkah. Semua angka proyek disusun untuk latihan.

Batas pembahasan

Bab ini adalah proyek latihan yang menggabungkan karakteristik air limbah di Bab 16, pengolahan pendahuluan dan sedimentasi di Bab 17, lumpur aktif di Bab 18, biakan melekat di Bab 19, filtrasi di Bab 20, lumpur di Bab 22, pemantauan di Bab 23, dan daur ulang di Bab 24, ditambah IPAL laundry di Bab 17 · Laundry, survei lokasi di Bab 2 · Kerja Lapangan & Serah Terima, serah terima di Bab 8 · Kerja Lapangan & Serah Terima, dan ruang terbatas di Bab 11 · Keselamatan. Bab ini tidak menetapkan baku mutu, tidak menggantikan rancangan dan perhitungan perancang yang berwenang, dan tidak memberi wewenang mengurus izin.

IPAL (wastewater treatment plant) adalah instalasi pengolahan air limbah: rangkaian unit yang mengolah air buangan sebelum dibuang ke saluran. Neraca debit dan beban (flow and load balance) adalah perhitungan berapa air dan berapa pencemar yang masuk ke IPAL setiap hari, dari pemakaian air, daur ulang, dan karakteristik air limbah.

Gambaran proyek

Data awal dikumpulkan teknisi dari survei lokasi, seperti di Bab 2 · Kerja Lapangan & Serah Terima tentang survei lokasi sebelum pemasangan, dan dari catatan laundry, disusun untuk latihan:

1. Produksi: sekitar 2.000 kg linen hotel per hari, enam hari seminggu, pukul 07.00 sampai 17.00.
2. Air: sumur dalam dengan meter; pemakaian sekitar 12 L per kg, yaitu 24 m³ per hari.
3. Mesin: enam washer-extractor; air buang setiap mesin datang dalam semburan.
4. Bahan kimia: deterjen beralkali, pemutih oksigen, penetral, dan pelembut dari dispenser otomatis.
5. Lahan: sekitar 6 m kali 10 m di belakang gedung, dekat jalan untuk truk.
6. Listrik: tersedia, tetapi pemilik ingin biaya listrik serendah mungkin.
7. Tenaga: satu operator laundry yang dapat dilatih untuk IPAL, tanpa operator khusus.
8. Izin: batas efluen dan rencana pemantauan menurut izin yang akan diterbitkan.

Proyek ini menyajikan perhitungan yang sering dipakai untuk mengukur kinerja atau efisiensi instalasi bersama contohnya: setiap langkah memakai rumus yang sudah dikenal dari bab sebelumnya.

Langkah 1: data dan karakteristik

Sebelum menilai penawaran apa pun, karakteristik air limbah diukur. Satu sampel sesaat tidak cukup; sampel gabungan sebanding debit diambil selama jam kerja pada beberapa hari yang mewakili, seperti di Bab 23 tentang pemantauan efluen dan operasi harian IPAL. pH dan suhu diukur sesaat pada beberapa jam. Hasil yang dipakai untuk proyek ini, disusun untuk latihan: COD 1.000 mg/L, BOD 350 mg/L, padatan tersuspensi 200 mg/L, minyak dan lemak 50 mg/L, nitrogen total 8 mg/L, fosfor total 2 mg/L, pH 10, dan suhu campuran 40 °C.

Rasio BOD/COD 0,35 menunjuk air limbah yang dapat diolah secara biologis, tetapi sebagian COD akan tersisa, seperti di Bab 16 tentang karakteristik air limbah. pH dan suhu memerlukan netralisasi dan pendinginan sebelum pengolahan biologis, dan nitrogen kurang dibanding BOD.

Langkah 2: neraca debit dan beban

Pemilik juga ingin memakai ulang air bilas akhir untuk pracuci, seperti di Bab 24 tentang daur ulang air laundry. Dengan bilas akhir sekitar 20 persen pemakaian, sekitar 4,8 m³ per hari dipakai ulang, sehingga air buangan ke IPAL sekitar 19,2 m³, dibulatkan 20 m³ per hari untuk perhitungan. Karakteristik pada langkah 1 diukur setelah daur ulang uji berjalan, sehingga konsentrasinya sudah mencerminkan debit yang lebih kecil.

Beban dihitung dari debit dan konsentrasi, dan debit puncak dari pola pembuangan mesin. Debit 20 m³ dalam sepuluh jam kerja berarti rata-rata 2 m³/jam selama jam kerja, dengan puncak sesaat beberapa kali lipat saat beberapa mesin membuang bersamaan. Ekuivalen penduduk (population equivalent) adalah beban BOD harian yang dinyatakan dalam jumlah orang, yaitu beban itu dibagi beban BOD satu orang per hari. Ekuivalen penduduk dihitung hanya untuk membandingkan dengan penawaran yang dinyatakan dalam jumlah orang. Angka-angkanya ada di contoh kerja.

Langkah 3: memilih rangkaian

Tiga penawaran dinilai dengan pertanyaan yang sama:

1. Apakah sesuai beban, tidak hanya debit? IPAL "untuk 200 orang" dirancang untuk air limbah domestik; ekuivalen penduduk laundry ini mendekati 140 orang, tetapi pH, suhu, minyak, surfaktan, dan rasio BOD/COD membuatnya berbeda dari air limbah domestik.
2. Apakah ada pengolahan pendahuluan? Saringan serat, ekualisasi, netralisasi, dan pendinginan diperlukan untuk air limbah laundry, seperti di Bab 17 tentang pengolahan pendahuluan dan sedimentasi dan Bab 17 · Laundry tentang limbah cair laundry dan IPAL.
3. Apakah sesuai tenaga dan listrik yang ada? Lumpur aktif memerlukan pengamatan harian dan blower yang bekerja terus; biofilter anaerob-aerob lebih toleran tetapi memerlukan volume media yang cukup dan pengurasan teratur, seperti di Bab 18 tentang lumpur aktif dan Bab 19 tentang biakan melekat dan IPAL kecil.
4. Apakah lumpur, pemantauan, dan serah terima disebut? Penawaran yang tidak menyebut lumpur, titik sampel, dan pelatihan operator belum lengkap.

Untuk proyek ini, rangkaian yang dinilai paling sesuai (sebagai latihan) adalah: saringan serat; bak ekualisasi dengan aerasi kasar, netralisasi, dan pendinginan; koagulasi dan bak pengendap pertama untuk menurunkan padatan, minyak, dan sebagian COD; lumpur aktif aerasi diperpanjang dengan tambahan nutrien; bak pengendap kedua; filter pasir; desinfeksi bila disyaratkan; dan bak kontrol. Lumpur dikentalkan dan dikeringkan di lokasi. Biofilter anaerob-aerob dengan pengolahan pendahuluan yang sama juga dapat dipertimbangkan bila listrik dan tenaga menjadi pertimbangan utama; keputusan akhirnya di tangan perancang dan pemilik.

Langkah 4 sampai 6: ukuran unit pendahuluan, biologis, dan akhir

Langkah 4: ukuran unit pendahuluan

Ekualisasi dan netralisasi dapat dikerjakan di satu bak, seperti bak ekualisasi sekaligus netralisasi pada pengolahan air limbah industri. Waktu tinggal (detention time) didefinisikan sebagai volume dibagi debit. Untuk proyek ini, pompa ekualisasi diatur 1,25 m³/jam selama 16 jam, sehingga seluruh air harian diolah dengan debit tenang. Volume bak ekualisasi dihitung dari selisih masuk dan keluar selama jam kerja, ditambah cadangan dan ruang mati di bawah pelampung pompa.

Netralisasi memakai pompa dosis asam yang dikendalikan sensor pH, dengan dosis ditetapkan dari titrasi sampel. Pompa dosis bahan kimia dikalibrasi dalam mL per menit. Pendinginan terjadi sebagian karena air tertahan di bak ekualisasi; suhu dicatat untuk memastikan air yang masuk ke bak aerasi tidak terlalu panas.

Bak pengendap pertama setelah koagulasi diperiksa dengan beban permukaan dan waktu tinggal pada debit pompa ekualisasi, seperti di Bab 17 tentang pengolahan pendahuluan dan sedimentasi.

Langkah 5: ukuran unit biologis dan udara

Volume bak aerasi dihitung dari beban BOD yang masuk setelah bak pengendap pertama dan rasio F/M sasaran untuk aerasi diperpanjang, seperti di Bab 18 tentang lumpur aktif. Waktu tinggal padatan (solids retention time) adalah parameter kunci dalam merancang sistem lumpur aktif, sehingga umur lumpur rancangan, sekitar 20 sampai 30 hari untuk aerasi diperpanjang, diperiksa bersama F/M dan dipakai untuk menetapkan banyaknya lumpur buang harian. Kebutuhan oksigen dihitung dari BOD yang disisihkan, lalu diubah menjadi debit udara dengan efisiensi perpindahan diffuser. Untuk bak kecil, udara untuk mengaduk sering lebih besar dari udara untuk oksigen, sehingga blower dipilih menurut yang lebih besar.

Kekurangan nitrogen ditutup dengan dosis nutrien yang dihitung dari patokan BOD : N : P, dan diperiksa kemudian dari hasil uji. Bak pengendap kedua diperiksa dengan beban permukaan yang lebih rendah dari bak pertama, karena lumpur biologis lebih ringan.

Langkah 6: pengolahan akhir dan desinfeksi

Filter pasir setelah bak pengendap kedua menurunkan padatan halus yang lolos, terutama saat lumpur kurang baik mengendap. Ukurannya diperiksa dengan laju filtrasi pada debit pompa, dan cuci baliknya dengan laju cuci balik dan saluran buangan yang mampu menerima airnya, seperti di Bab 20 tentang filtrasi media dan karbon aktif. Air cuci balik dikembalikan ke bak ekualisasi.

Desinfeksi dipasang bila izin mensyaratkan, dengan waktu kontak dan klorin sisa yang dipantau. Bak kontrol dibuat supaya sampel dapat diambil dari air yang mengalir tanpa masuk ke dalam bak, dan supaya debit dapat diukur, misalnya dengan pelimpah segitiga atau meter debit.

Langkah 7: lumpur

Produksi lumpur dihitung dari padatan yang ditangkap bak pengendap pertama, lumpur kimia dari koagulan, dan lumpur biologis, seperti di Bab 22 tentang pengolahan dan pembuangan lumpur. Banyaknya BOD yang disisihkan berhubungan langsung dengan banyaknya padatan yang dihasilkan. Lumpur dikentalkan di tangki pengental sederhana dengan pembuangan air atas, lalu dikeringkan di bak pengering atau kantong penyaring. Volume lumpur cair, lumpur kental, dan lumpur kering dihitung supaya kebutuhan lahan, frekuensi pengurasan, dan pengangkutan dapat direncanakan, dan pengangkutnya berizin.

Langkah 8: listrik, bahan kimia, dan biaya operasi

Biaya operasi dihitung dalam satuan fisik lebih dulu, lalu dikalikan harga setempat:

1. Listrik: daya setiap blower, pompa, dan pengaduk dikalikan jam kerjanya.
2. Bahan kimia: asam penetral, koagulan, polimer, nutrien, dan desinfektan, dari dosis kali debit.
3. Lumpur: massa atau volume yang diangkut per bulan.
4. Pemantauan: uji laboratorium menurut izin dan bahan uji lapangan.
5. Perawatan: suku cadang, media, diffuser, dan waktu operator.

Perhitungan parameter pemompaan penting bagi operator air dan air limbah. Biaya operasi tahunan sering lebih menentukan dari harga beli; penawaran yang murah tetapi memerlukan listrik dan bahan kimia lebih banyak dapat lebih mahal dalam beberapa tahun. Untuk membandingkan tiga penawaran, setiap penawar diminta menyebut daya terpasang dan jam kerja setiap peralatan, jenis dan dosis bahan kimia, perkiraan lumpur, dan jadwal perawatan, sehingga ketiganya dapat dihitung dengan cara yang sama. Penawaran yang tidak dapat menyebut angka-angka itu belum siap dibandingkan.

Langkah 9: komisioning, pemantauan, dan serah terima

Komisioning dimulai setelah pemeriksaan sambungan, uji kebocoran bak, dan uji fungsi pompa, blower, dan pengendali. Pembibitan dan beban bertahap dilakukan seperti di Bab 19 tentang biakan melekat dan IPAL kecil, dan uji mutu dijalankan sampai efluen stabil. Pemantauan dapat dilakukan dengan sensor jinjing atau terpasang tetap, dan buku catatan disimpan untuk mencatat parameter operasi.

Serah terima kepada pemilik, seperti di Bab 8 · Kerja Lapangan & Serah Terima tentang garansi, kontrak layanan, dan serah terima, memuat sedikitnya:

1. Gambar terpasang, perhitungan rancangan, dan daftar peralatan dengan manualnya.
2. Catatan komisioning dan hasil uji awal.
3. Rencana pemantauan dan formulir catatan harian, seperti di Bab 23 tentang pemantauan efluen dan operasi harian IPAL.
4. Petunjuk operasi harian, perawatan berkala, dan gangguan yang umum.
5. Daftar suku cadang dan bahan habis pakai.
6. Prosedur keselamatan, termasuk ruang terbatas untuk bak dan sumur, seperti di Bab 11 · Keselamatan tentang ruang terbatas. Operator instalasi mempunyai angka kecelakaan kerja yang relatif tinggi.
7. Pelatihan operator yang dibuktikan dengan berita acara.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya. Debit 20 m³ per hari dan karakteristik air limbah berasal dari langkah 1 dan 2, dan debit pompa ekualisasi 1,25 m³/jam dari langkah 4.

Contoh 1: beban dan ekuivalen penduduk. Debit 20 m³ per hari dengan BOD 350 mg/L membawa $20 \times 350/1.000 = 7$ kg BOD per hari, COD 1.000 mg/L membawa 20 kg per hari, dan padatan 200 mg/L membawa 4 kg per hari. Dengan patokan 50 g BOD per orang per hari, ekuivalen penduduknya $7.000/50 = 140$ orang.

Contoh 2: bak pengendap pertama. Debit pompa 1,25 m³/jam setara 30 m³/hari. Dengan beban permukaan 20 m/hari, luas yang diperlukan $30/20 = 1{,}5$ m². Bak 1,5 m kali 1,2 m dengan kedalaman air 2 m memberi luas 1,8 m², beban permukaan 16,7 m/hari, volume 3,6 m³, dan waktu tinggal $3{,}6/1{,}25 = 2{,}9$ jam.

Contoh 3: udara. Bila koagulasi dan bak pengendap pertama menurunkan BOD menjadi sekitar 250 mg/L, beban ke bak aerasi $20 \times 250/1.000 = 5$ kg BOD per hari. BOD yang disisihkan $5 \times 0{,}9 = 4{,}5$ kg per hari, dan dengan 1,5 kg oksigen per kg BOD, kebutuhan oksigen 6,75 kg per hari. Dengan efisiensi perpindahan 10 persen, udara yang diperlukan $6{,}75/(0{,}28 \times 0{,}1) = 241$ m³ per hari, sekitar 0,17 m³ per menit. Dengan faktor dua untuk puncak dan pengadukan, blower sekitar 0,35 m³ per menit dipilih, dengan satu cadangan.

Contoh 4: lumpur. Bak pengendap pertama menangkap 60 persen padatan, yaitu 2,4 kg per hari, ditambah lumpur kimia sekitar 1 kg per hari dan lumpur biologis $0{,}4 \times 4{,}5 = 1{,}8$ kg per hari, jumlahnya 5,2 kg padatan kering per hari. Pada kadar 1 persen volumenya 0,52 m³ per hari; dikentalkan menjadi 3 persen, 0,17 m³; dan dikeringkan menjadi 20 persen, sekitar 26 kg per hari atau sekitar 0,7 ton per bulan.

Contoh 5: filter pasir. Debit 1,25 m³/jam pada laju filtrasi 10 m/jam memerlukan luas 0,125 m², yaitu tabung berdiameter sekitar 0,4 m. Cuci balik 35 m/jam memerlukan $35 \times 0{,}126 = 4{,}4$ m³/jam, lebih besar dari pompa ekualisasi, sehingga cuci balik memakai pompa sendiri atau air dari bak kontrol.

Contoh 6: listrik bulanan. Blower 0,55 kW bekerja 24 jam setiap hari, termasuk hari libur, memakai $0{,}55 \times 24 \times 30 = 396$ kWh per bulan. Pompa ekualisasi 0,37 kW selama 16 jam pada 26 hari kerja memakai $0{,}37 \times 16 \times 26 = 154$ kWh, dan pompa lain serta pengaduk sekitar 3 kWh per hari kerja menambah 78 kWh. Jumlahnya sekitar 628 kWh per bulan, dengan blower sebagai pemakai terbesar. Penawaran yang memakai dua blower besar tanpa alasan beban akan terlihat dari perhitungan seperti ini.

Kondisi berhenti

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

1. Penawaran atau rancangan tidak didukung data karakteristik air limbah lokasi itu.
2. Ukuran unit yang ditawarkan jauh di bawah hasil hitungan beban, waktu tinggal, atau beban permukaan, tanpa penjelasan dari perancang.
3. IPAL akan dioperasikan tanpa izin, tanpa titik sampel, atau tanpa rencana pemantauan.
4. Pekerjaan konstruksi atau perawatan memerlukan masuk ke bak atau sumur tanpa prosedur ruang terbatas.
5. Lumpur akan diangkut tanpa pengangkut berizin dan tanpa catatan.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Proyek ini memakai Bab 16 untuk karakteristik dan beban, Bab 17 untuk pengolahan pendahuluan, Bab 18 untuk lumpur aktif dan udara, Bab 19 untuk biakan melekat dan pembibitan, Bab 20 untuk filter, Bab 22 untuk lumpur, Bab 23 untuk pemantauan, Bab 24 untuk daur ulang, Bab 17 · Laundry untuk IPAL laundry, Bab 2 · Kerja Lapangan & Serah Terima untuk survei, Bab 8 · Kerja Lapangan & Serah Terima untuk serah terima, dan Bab 11 · Keselamatan untuk ruang terbatas. Bab ini menutup rak Air dan Lingkungan.

Latihan dan pembahasan