Solusi Pengolahan Limbah Cair dan Air Lanjutan: Teknologi Berkelanjutan untuk Air Bersih
Teknologi Pengolahan Limbah Cair dan Air
Air yang murah dan melimpah selama berabad-abad dianggap sebagai utilitas produksi yang diabaikan oleh industri baja. Namun, dalam skenario saat ini, sumber daya air semakin langka karena ketidakseimbangan yang semakin meningkat antara ketersediaan air tawar dan konsumsi. Akibatnya, akses terhadap air bersih dan aman telah menjadi salah satu tantangan utama masyarakat modern. Permintaan air terus meningkat karena (i) pertumbuhan populasi dan migrasi ke daerah rawan kekeringan, (ii) perkembangan industri yang pesat dan peningkatan penggunaan air per kapita, serta (iii) perubahan iklim yang mengubah pola cuaca di daerah padat penduduk. Hal ini telah mendorong industri baja memasuki era yang dibatasi oleh ketersediaan air. Selain itu, selama tiga dekade terakhir, kecemasan mengenai pencemaran lingkungan semakin meningkat di seluruh dunia, sehingga dihasilkan peraturan lingkungan yang lebih ketat.
Penggunaan Air dalam Industri Baja
Industri baja menggunakan kuantitas air tawar yang sangat besar untuk berbagai keperluan, termasuk pendinginan, penahanan debu, pembersihan, kontrol suhu (pemanasan perlakuan), pengangkutan bahan limbah (abu, sludge, dan skala, dll.), serta penggunaan lain. Air merupakan bagian penting dari beberapa proses pabrik baja, seperti penambahan air untuk mengontrol kandungan kelembaban campuran batu bara kokas, peletkan campuran sinter, pembuatan pellet hijau selama produksi pellet biji besi, produksi uap dan consequently tenaga, serta granulasi slag tanur blast. Penggunaan jumlah air yang besar juga menghasilkan kuantitas limbah cair yang signifikan yang harus dieluarkan. Pengeluaran limbah cair dari industri baja dikenal sebagai salah satu faktor pencemaran air. Limbah cair yang dihasilkan dalam proses pabrik baja mengandung banyak zat terlarut dan tidak terlarut serta kimia.
Penggunaan utama air proses oleh proses pabrik baja dan besi meliputi pendinginan dan pembersihan gas buang proses, pendinginan langsung kokas dan slag, pendinginan dan pembersihan langsung baja, pencucian produk, pembuatan larutan proses, dan pendinginan langsung peralatan proses, dll. Sebagian besar air yang digunakan oleh pabrik baja dan besi adalah untuk pendinginan non-kontak peralatan pemrosesan. Air juga digunakan untuk pembuatan uap dan tenaga.
Definisi dan Klasifikasi Limbah Cair
Limbah cair proses didefinisikan sebagai semua limbah cair yang berkontak langsung dengan proses, produk, hasil samping, atau bahan baku untuk produksi besi dan baja. Limbah cair proses juga mencakup limbah cair dari penyelaman slag, pembersihan peralatan, perangkat kontrol polusi udara, air pencucian, dan air pendinginan terkontaminasi. Limbah sanitasi dan air hujan tidak dianggap sebagai limbah cair proses. Limbah cair pendinginan non-kontak adalah air pendinginan yang tidak berkontak langsung dengan proses, produk, hasil samping, atau bahan baku. Limbah cair ini tidak dianggap sebagai limbah cair proses. Limbah cair non-proses adalah yang dihasilkan oleh operasi non-proses, seperti limbah utilitas (sisa pengolahan air, penurunan uap panas, limbah pengendalian polusi udara dari peralatan pemulihan panas, dan air yang dihasilkan dari fasilitas cogeneration), limbah yang dirawat atau tidak dirawat dari sistem remediasi air tanah, air dewatering untuk fondasi bangunan, dan aliran limbah lainnya yang tidak terkait dengan proses produksi.
Pengeluaran limbah cair berarti pelepasan air limbah yang dirawat atau tidak dirawat ke aliran air penerima. Pengeluaran dapat terjadi dari pengolahan atau dari kebocoran dalam sistem koleksi. Pengeluaran air limbah yang tidak dirawat dapat menciptakan beberapa kondisi yang tidak diinginkan. Ini mencakup (i) depleksi oksigen dan produksi bau di aliran air, (ii) efek negatif pada kesehatan manusia karena keberadaan mikroorganisme patogen, (iii) akumulasi sludge dan scum, (iv) eutrofikasi badan air karena pertumbuhan tanaman air dan alga karena air limbah dapat mengandung sejumlah nutrisi, dan (v) produksi kuantitas besar gas berbau tidak sedap karena dekomposisi senyawa organik yang ada dalam limbah cair. Pengeluaran limbah cair ini berkontribusi terhadap pencemaran badan air di daerah tersebut jika tidak dirawat dengan benar dan dibuat tidak berbahaya sebelum pengeluaran. Oleh karena itu, pengolahan limbah cair adalah keharusan sebelum meninggalkan area pabrik dan pengeluaran ke badan air alami.
Metode Pengolahan Limbah Cair
Metode pengolahan limbah cair pertama kali dikembangkan sebagai respons terhadap kondisi yang tidak menguntungkan yang disebabkan oleh pengeluaran limbah cair ke lingkungan dan keedaran untuk kesehatan masyarakat. Pengolahan limbah cair di industri baja cukup kompleks karena sifat air limbah memiliki karakteristik yang berbeda dari berbagai unit pemrosesan pabrik baja.
Air murni terdiri dari 2 bagian hidrogen dan 1 bagian oksigen. Dalam alam, air mengandung banyak zat terlarut. Faktanya, air disebut sebagai ‘pelarut universal’ karena kemampuannya melarutkan banyak zat. Bahkan air tisl dan air hujan tidak ‘sepenuhnya’ murni karena biasanya mengandung tingkat zat terlarut yang sangat rendah seperti amonia, yang dianggap sebagai zat kotor. Ada zat terlarut yang ditemukan di air permukaan dan tanah. Saat air hujan jatuh, nitrogen dan gas lain diserap. Air saat melalui tanah, dapat melarutkan zat dari bumi seperti sodium, kalsium, besi, fosfor, magnesium, dan sulfat.
Air domestik tawar mentah atau tidak dirawat biasanya memiliki bau pahit, rentang pH 6,5 hingga 8 dan berwarna coklat kelabu. Kontaminan yang biasanya ditemukan dalam air tidak dirawat dapat secara besar-besaran diklasifikasikan menjadi empat kelas dasar, yaitu (i) kontaminan organik, (ii) kontaminan anorganik, (iii) patogen, dan (iv) kontaminan lain. Kontaminan yang biasanya ada dalam limbah cair diberikan di bawah ini.
Zat Padat
Zat padat total dalam limbah cair dapat berupa zat padat terlarut atau zat padat tersuspensi. Zat padat tersuspensi dapat berupa zat padat koloidal (yang tidak dapat mengendap) atau zat padat yang dapat mengendap. Zat padat tersuspensi (SS) menyebabkan pembentukan endapan sludge dan kondisi anaerobik saat air limbah yang tidak dirawat dikeluarkan ke lingkungan air. Total suspended solids (TSS) mencakup semua partikel yang melewati filter. Seiring meningkatnya tingkat TSS, badan air mulai kehilangan kemampuannya mendukung keanekaragaman kehidupan air. Zat padat tersuspensi menyerap panas dari sinar matahari, yang meningkatkan suhu air dan kemudian menurunkan tingkat oksigen terlarut. Beberapa zat padat juga dapat berupa zat padat terapung. Zat padat terapung biasanya terdiri dari partikel minyak atau lemak dan membentuk scum. Scum paling mudah dihilangkan oleh peralatan skimming permukaan.
Organik Terbiorgas
Organik terbiorgas terdiri terutama dari protein, karbohidrat, dan lemak. Organik terbiorgas diukur sebagian besar dalam hal BOD (biochemical oxygen demand) dan COD (chemical oxygen demand). BOD, ukuran penting dari kualitas air, mengukur jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh bakteri dan organisme lain untuk mengoksidasi materi organik yang ada dalam sampel air selama periode 5 hari pada suhu 20 derajat C. COD mengukur semua karbon organik dengan pengecualian beberapa aromatik (benzen, toluen, dan fenol, dll.) yang tidak teroksidasi sepenuhnya dalam reaksi. COD adalah reaksi oksidasi kimia. BOD dan COD yang tinggi berkontribusi pada konsentrasi oksigen yang rendah dalam badan air dan bersama-sama berdampak buruk terhadap kehidupan air dari badan air. Stabilisasi biologis dari organik terdegradasi dapat menyebabkan depletasi sumber daya oksigen alami dan pembentukan kondisi septik, jika dikeluarkan tanpa dirawat ke lingkungan.
Patogen
Patogen adalah mikroorganisme yang menyebabkan, atau dapat menyebabkan, penyakit. Penyakit menular dapat ditransmisikan oleh organisme patogen dalam limbah cair.
Nutrisi
Kedua nitrogen dan fosfor, bersama dengan karbon, adalah nutrisi penting untuk pertumbuhan. Saat dikeluarkan ke lingkungan air, nutrisi ini dapat menyebabkan pertumbuhan kehidupan air yang tidak diinginkan. Saat dikeluarkan dalam jumlah berlebihan di darat, mereka juga dapat menyebabkan pencemaran air tanah.
Polutan Kritis
Ini adalah senyawa organik dan anorganik yang memiliki karakteristik menyebabkan karsinogenitas yang tidak diketahui atau diduga, mutagenisitas, atau toksisitas akut yang tinggi. Kehadiran senyawa ini dalam limbah cair harus diminimalkan untuk alasan kesehatan masyarakat dan untuk melindungi proses pengolahan biologis.
Organik Refraktori
Organik ini cenderung menahan metode pengolahan limbah cair konvensional. Contoh typis mencakup surfactant, fenol, dan pestisida pertanian. Beberapa dari ini dapat beracun untuk proses pengolahan biologis.
Logam Berat
Logam berat dapat ada dalam limbah cair yang dihasilkan di berbagai unit pabrik baja. Logam berat ini harus dihilangkan jika limbah cair dikeluarkan ke badan air yang digunakan sebagai sumber air minum. Kehadiran logam berat juga dapat mempengaruhi daur ulang bios-solids (sludge limbah yang stabilized) di lahan pertanian.
Anorganik Terlarut
Konstituen anorganik seperti kalsium, sodium, dan sulfat dapat ada dalam limbah cair dari beberapa unit pabrik baja. Ini harus dihilangkan jika limbah cair dikeluarkan ke badan air yang digunakan sebagai sumber air minum.
Kimia Terlarut
Rentang besar kimia terlarut dapat ada dalam limbah cair tergantung pada proses. Ini memerlukan evaluasi yang hati-hati terhadap jenis kontaminan, konsentrasinya, aliran, dan kemudahan biodegradabilitasnya. Bahkan sebanyak 1 miligram per liter konsentrasi dalam air yang dikeluarkan dapat menyebabkan air berwarna yang mempengaruhi kualitas estetika dan transparansi badan air. Ini juga mempengaruhi fotosintesis. Asam dan basa menciptakan situasi pH rendah atau tinggi. Beberapa kimia dapat sulit diurai melalui proses pengolahan konvensional.
Kontaminan Organik dan Anorganik
Kontaminan organik yang berasal dari senyawa kimia mengandung karbon. Kontaminan ini dapat terbiorgas, yang berarti kontaminan dapat dikonsumsi oleh bakteri dan mikroorganisme lain. Dalam proses dikonsumsi, organik ini menimbulkan kebutuhan oksigen yang dapat diukur sebagai BOD dari limbah cair. Beberapa kontaminan organik (organik refraktori) tahan terhadap biodegradasi. Kontaminan anorganik tidak terbiorgas, tetapi dapat menjadi nutrisi yang diperlukan mikroorganisme untuk hidup. Ini biasanya senyawa kimia (polutan kritis) atau logam yang ada dalam limbah cair sebagai zat padat tersuspensi atau sebagai anorganik terlarut.
Patogen adalah organisme penyebab penyakit termasuk bakteri dan virus yang dapat ditinggalkan dalam limbah cair melalui limbah manusia atau hewan, atau dari limbah rumah sakit yang tidak ditangani dengan benar. Higiene yang baik sangat penting saat bekerja di sekitar limbah cair. Impuritas lain dapat berupa limbah termal. Pengeluaran limbah cair dengan limbah termal dapat menyebabkan kenaikan tiba-tiba dalam aliran masuk dan suhu. Sumber typis dari limbah termal adalah air pendinginan non-kontak (air panas di mana suhu melebihi suhu aliran air). Tergantung pada penggunaan aliran air, batasan pada suhu limbah cair dapat ditetapkan untuk mencegah peningkatan suhu aliran air dan mempengaruhi penggunaan. Limbah radioaktif dapat datang dari laboratorium dan instrumen yang menggunakan sumber radioaktif. Biasanya merupakan praktik yang baik untuk tidak mengizinkan pengeluaran limbah radioaktif ke sistem saluran pembuangan.
Tujuan Proses Pengolahan Air
Berbagai proses pengolahan air terutama memiliki tiga tujuan, yaitu (i) untuk memberikan dan melestarikan kualitas fisik, kimia, dan biologis yang inherent dari air sumber intake yang membuatnya cocok untuk penggunaan spesifik seperti air untuk minum dan untuk digunakan dalam proses produksi, (ii) untuk mengizinkan pengolahan limbah cair yang melindungi masyarakat dari risiko kesehatan tanpa menyebabkan kerusakan pada lingkungan, dan (iii) untuk memberikan dan melestarikan karakteristik air dalam lingkungan alami yang diperlukan untuk konservasi dan pengembangan kehidupan air dan vegetasi, dan untuk penyediaan air minum untuk ternak dan hewan liar, atau untuk tujuan rekreasi dan estetika.
Pengolahan air atau limbah cair bergantung pada sejumlah unit operasi individual yang digabungkan untuk membentuk proses, sering disebut sebagai skema pengolahan proses. Unit operasi semuanya didasarkan pada rentang yang relatif sempit dari prinsip pengendalian. Mekanisme dasar yang sama berlaku untuk proses apakah itu air dari tanah, danau, resapan, sungai atau laut yang akan difilter untuk minum, atau apakah itu limbah cair (yaitu riase atau limbah industri) yang akan dibersihkan untuk pengeluaran yang aman ke lingkungan.
Teknologi pengolahan limbah cair konvensional meningkatkan kualitas limbah cair yang dikeluarkan ke lingkungan dan mencegah air tercemar dari mencemari sumber air bersih yang tersedia lainnya. Namun, teknologi pengolahan ini tidak membuat limbah layak untuk penggunaan manfaat lebih lanjut di komunitas yang lebih dekat ke titik pembangkitan. Teknologi inovatif dan canggih yang dapat meningkatkan kualitas limbah cair lebih lanjut diperlukan untuk mengatasi keterbatasan teknologi konvensional ini, dan untuk mendorong adopsi luas praktik daur ulang dan penggunaan kembali.
Proses pengolahan lanjutan dapat berupa proses biologis, proses fisiko-kimia, atau kombinasi keduanya (proses hibrid). Proses biologis untuk menghapus polutan nutrisi seperti nitrogen dan fosfor menyediakan platform untuk pengolahan limbah cair lebih lanjut ke kualitas yang dapat digunakan kembali. Proses fisiko-kimia seperti filtrasi deep-bed, filtrasi media floating, dan filtrasi membran, memainkan peran utama di antara teknologi pengolahan untuk penggunaan kembali air. Filtrasi membran memiliki keuntungan signifikan dibandingkan proses lain karena menghasilkan efluen berkualitas tinggi yang membutuhkan sedikit atau tidak perlu desinfeksi dengan pembuatan sludge minimal. Proses hibrid mencoba untuk mendapatkan manfaat dari proses biologis dan fisiko-kimia dalam satu langkah.
Karena mereklamasi limbah cair dan pengenalan proses untuk membersihkan dan menjadikan air layak minum biasanya melengkapi tujuan asli dari pelindungan lingkungan, berbagai proses dianggap sebagai bagian dari bidang yang sama. Teknologi pengolahan air dapat dikategorikan menjadi empat area umum, yaitu (i) metode fisik, (ii) metode kimia, (iii) metode biologis dan (iv) metode yang intensif energi.
Proses fisik menghilangkan zat padat dari limbah cair saat mengalir melalui saringan atau media filter, atau zat padat dihilangkan oleh gravitasi mengendap atau flotasi udara. Partikel yang terperangkap dengan udara mengambang ke permukaan dan dapat dihilangkan. Metode fisik pengolahan limbah cair mewakili kumpulan teknologi yang dapat sebagian besar disebut sebagai teknik pemisahan padat-cair, di mana filtrasi memainkan peran dominan. Teknologi filtrasi dapat dibagi menjadi dua kategori umum, biasanya konvensional dan non-konvensional. Teknologi ini adalah komponen integral dari aplikasi pengolahan air minum dan limbah cair. Namun, ini hanyalah satu unit proses dalam skema pengolahan air modern, di mana ada banyak opsi peralatan dan teknologi untuk dipilih tergantung pada tujuan pengolahan akhir. Untuk memahami peran filtrasi, penting untuk membuat perbedaan tidak hanya dengan teknologi lain yang digunakan dalam pembersihan dan pemurnian air limbah, tetapi juga dengan tujuan dari berbagai unit proses.
Kimia digunakan dalam pengolahan limbah cair untuk menciptakan perubahan pada polutan yang meningkatkan kemampuan untuk menghapusnya. Perubahan dapat mencakup pembentukan floc atau massa partikel yang lebih berat untuk meningkatkan penghapusan oleh proses fisik. Metode pengolahan kimia bergantung pada interaksi kimia kontaminan yang perlu dihilangkan dari air. Penerapan kimia membantu pemisahan kontaminan dari air, atau membantu dalam pembusuan atau neutralisasi efek berbahaya yang terkait dengan kontaminan. Metode pengolahan kimia diterapkan baik sebagai teknologi mandiri maupun sebagai bagian integral dari proses pengolahan dengan metode fisik. Biasanya penambahan kimia dan proses fisik digunakan bersama untuk memberikan pengolahan.
Proses pengolahan biologis adalah sistem yang menggunakan mikroorganisme untuk menguraikan kontaminan organik dari limbah cair. Dalam pengolahan limbah cair, proses biodegradasi alami telah terkandung dan dipercepat dalam sistem untuk menghapus materi organik dan nutrisi. Mikroorganisme memetabolisme nutrisi, koloida, dan materi organik terlarut, menghasilkan limbah cair yang dirawat. Pertumbuhan mikroba berlebih dihilangkan dari limbah cair yang dirawat oleh proses fisik. Proses biologis adalah cara yang disukai untuk pengolahan karena mereka hemat biaya dalam hal konsumsi energi dan penggunaan kimia.
Di antara teknologi yang intensif energi, metode termal memiliki peran ganda dalam aplikasi pengolahan air. Mereka dapat diterapkan sebagai sarana sterilisasi, sehingga menyediakan air minum berkualitas tinggi, dan / atau teknologi ini dapat diterapkan pada pemrosesan limbah padat atau sludge yang dihasilkan dari aplikasi pengolahan air. Dalam kasus terakhir, metode termal dapat diterapkan pada dasarnya dengan cara yang sama seperti diterapkan pada kondisi air, yaitu untuk mensterilkan sludge yang tercemar kontaminan organik, dan / atau teknologi ini dapat diterapkan untuk pengurangan volume. Pengurangan volume adalah langkah kunci karena ada trade-off pada akhirnya antara air tercemar dan limbah padat berbahaya. Teknologi yang intensif energi mencakup teknik elektro-kimia, yang sebagian besar diterapkan pada aplikasi air minum. Mereka mewakili sterilisasi dan kondisi air untuk mencapai kualitas yang enak diminum.
Kelompok teknologi keempat ini dapat digabungkan dalam pengolahan air, atau dapat digunakan dalam kombinasi terpilih tergantung pada tujuan pengolahan air. Di antara setiap kelas teknologi umum, ada rentang perangkat keras dan teknologi individual yang dapat dipilih. Pemilihan tidak hanya unit proses yang tepat dan perangkat keras dari dalam setiap kelompok teknologi, tetapi kombinasi optimum perangkat keras dan unit proses dari keempat kelompok ini bergantung pada faktor-faktor seperti (i) persyaratan kebersihan efluen air akhir dari pabrik, (ii) kuantitas dan kualitas efluen air yang akan dirawat, (iii) properti fisik dan kimia polutan yang perlu dihilangkan atau dibuat netral dalam efluen air, (iv) properti fisik, kimia, dan termodinamika limbah padat yang dihasilkan dari pengolahan air, dan (v) biaya pengolahan air, termasuk biaya pengolahan, pemrosesan dan pembuangan limbah padat.
Pengolahan Limbah Cair Industri Baja
Pengolahan limbah cair industri baja membutuhkan berbagai strategi untuk menghilangkan berbagai jenis kontaminan. Strategi ini terdiri dari (i) penghapusan zat padat, (ii) penghapusan minyak dan lemak, (iii) penghapusan organik terdegradasi, (iv) proses sludge aktif, (v) proses tricking filter, (vi) pengolahan bahan beracun, (vii) pengolahan asam dan basa, dan (viii) pengolahan organik lainnya. Unit pengolahan limbah cair di pabrik baja juga dikenal sebagai pengolahan limbah cair (ETP).
Tujuan ETP adalah (i) untuk memastikan pengeluaran kualitas air yang baik ke lingkungan alami, (ii) untuk menghilangkan polutan paling efisien dan dengan biaya terendah, (iii) untuk menghindari dan / atau meminimalkan dampak lingkungan lain seperti penciptaan bau, emisi gas, produksi kebisingan, dan pembuangan padat, (iv) untuk menghasilkan air yang dirawat untuk penggunaan kembali dan daur ulang, dan (v) untuk memulihkan garam jika ekonomis memungkinkan. Saat merencanakan ETP, persyaratan yang perlu dipertimbangkan adalah (i) kualitas efluen keluar yang diinginkan atau persyaratan izin untuk mematuhi pedoman nasional, negara bagian, lokal dan / atau organisasi, (ii) volume efluen yang memerlukan pengolahan, (iii) kapasitas bengkel produksi, (iv) kompleksitas teknologi, kemudahan operasi, adaptabilitas, keandalan dan ketahanan, dan kebutuhan energi, (v) biaya modal dan operasional, (vi) luas tanah yang tersedia, dan (vii) massa pembuatan dan persyaratan pembuangan sludge.
Pengolahan limbah cair yang dihasilkan oleh berbagai bengkel pabrik baja biasanya dilakukan di pengolahan limbah cair yang khusus dibangun di area produksi. Pengolahan limbah cair yang dilakukan di ETP seperti itu memberikan karakteristik pada limbah cair sehingga dapat dikeluarkan dengan aman dari pabrik ke badan air atau dapat didaur ulang kembali ke proses baik sepenuhnya atau sebagian.
Limbah cair dari berbagai proses pabrik baja tergantung pada karakteristiknya di subjek pada opsi pengolahan yang berbeda. Kombinasi berbeda dari proses pengolahan teknologi fisik, kimia, biologis, dan yang intensif energi digunakan untuk penghapusan zat padat, materi organik, dan kadang-kadang, nutrisi dari limbah cair.
Proses pengolahan limbah cair (Fig 1) pabrik baja tergolong ke dalam empat grup yang sama seperti yang dijelaskan sebelumnya. Pengolahan dilakukan pada empat tingkat, yaitu preliminary, primary, secondary, dan tertiary. Tingkat-tingkat ini menggambarkan derajat yang berbeda dari pengolahan limbah cair. Proses-proses ini dijelaskan di bawah ini secara singkat.
Fig 1 Proses pengolahan limbah cair
Pengolahan Awal (Preliminary Treatment)
Tujuan pengolahan awal adalah penghapusan bahan yang dapat menyebabkan penyumbatan, penyumbatan peralatan downstream dan abrasi peralatan. Pengolahan awal biasanya dilakukan sebelum limbah cair dikirim ke ETP dan untuk meningkatkan kinerja ETP. Dalam pengolahan ini, zat padat kasar dan bahan besar lainnya dari limbah cair dihilangkan. Penghapusan bahan ini penting untuk meningkatkan efisiensi operasional dan pemeliharaan unit pengolahan selanjutnya. Dalam pengolahan limbah cair ini, sejumlah unit proses digunakan untuk menghilangkan karakteristik yang tidak diinginkan dari limbah cair. Ini biasanya mencakup (i) kontrol bau, dan (ii) operasi seperti pre-aerasi, penggerusan zat padat kasar, dan penghapusan bahan besar menggunakan saringan dan grates, dll. Banyak kali penghapusan minyak dan lemak serta koreksi pH juga dilakukan.
Pengolahan Primer (Primary Treatment)
Ini adalah langkah pertama dalam proses pengolahan limbah cair atau langkah kedua setelah pengolahan awal. Pengolahan primer mengikuti pengolahan awal dan melibatkan pengolahan fisik dan kimia untuk memperbaiki pH dari kondisi basa ke pH mendekati netral, dan pengendapan fisik zat padat tersuspensi dalam clarifier primer untuk mengurangi beban BOD dan SS pada proses downstream. Secara keseluruhan, adopsi unit klarifikasi primer mewakili lebih sedikit masalah pada operasi proses biologis downstream. Misalnya, ada kuantitas minyak dan lemak serta akumulasi biomass yang lebih rendah di reaktor biologis, meminimalkan kemungkinan penyedotan di tangki dan mengurangi kecenderungan bulking ‘non-filamentous’ biomass sludge aktif, dll. Pengolahan primer dalam sebagian besar kasus menggunakan proses koagulasi – flokulasi untuk meningkatkan pemisahan zat padat.
Secara keseluruhan, adopsi unit klarifikasi primer mewakili lebih sedikit masalah pada operasi proses biologis downstream. Tujuan pengolahan primer adalah penghapusan zat padat organik dan anorganik yang dapat mengendap oleh sedimentasi dan penghapusan bahan terapung oleh skimming. Selama pengolahan primer sekitar 35 % hingga 55 % dari total BOD masuk, sekitar 55 % hingga 75 % dari total SS, dan sekitar 70 % minyak dan lemak biasanya dihilangkan. Beberapa jumlah fosfor organik dan nitrogen organik serta logam berat yang terkait dengan zat padat dihilangkan selama sedimentasi primer tetapi konstituen koloidal dan terlarut tidak terpengaruh.
Selama pengolahan primer, pemisahan fisik zat padat tersuspensi dari limbah cair menggunakan clarifier primer dilakukan. TSS dan tingkat BOD yang terkait dikurangi dalam proses pengolahan ini dan limbah disiapkan untuk langkah selanjutnya dari pengolahan limbah cair. Penghapusan zat padat organik dan anorganik yang dapat mengendap oleh sedimentasi dan skimming bahan adalah tujuan utama dari langkah pengolahan ini.
Pengolahan primer melibatkan berbagai proses fisiko-kimia dan memastikan kinerja yang memuaskan dari proses pengolahan selanjutnya. Proses utama yang digunakan dalam pengolahan primer adalah sedimentasi sementara proses bantuan yang digunakan adalah saringan halus dan flokulasi serta flotasi. Flokulasi biasanya didahului oleh pengolahan kimia biasanya dengan kapur, alum, atau kimia milik. Tujuan utama dari pengolahan ini adalah untuk menghilangkan logam melalui presipitasi dan juga untuk menghilangkan beberapa BOD koloidal terkait untuk menghasilkan sludge kimia. Pengolahan primer menerapkan proses koagulasi-flokulasi untuk meningkatkan pemisahan zat padat. Beberapa proses ini dijelaskan di bawah ini.
Flokulasi
Ini adalah proses fisiko-kimia yang membantu mendorong agregasi koloid viskus dan materi tersuspensi yang terpisah halus dengan mencampur secara fisik dan dengan membantu koagulan kimia. Proses ini terdiri dari tangki pencampuran cepat dan tangki flokulasi. Aliran limbah cair dicampur dengan koagulan dalam tangki pencampuran cepat dan kemudian dilewatkan melalui kolam flokulasi dan dalam kolam flokulasi pencampuran lambat dari limbah terjadi yang memungkinkan partikel untuk dikumpulkan dalam bentuk zat padat yang lebih dapat mengendap dan lebih berat. Pencampuran yang lebih baik dipromosikan dengan bantuan udara difusi atau pal mechanical. Polimer organik alami, elektrolit anorganik, dan poli-elektrolit sintetis adalah berbagai jenis kimia yang digunakan untuk koagulasi. Tergantung pada karakteristik dan properti kimia kontaminan, kimia spesifik dipilih.
Sedimentasi
Tujuan utama sedimentasi primer adalah untuk memungkinkan pemisahan fraksi fase padat dan cair dalam limbah cair. Ini menghilangkan zat padat yang mudah mengendap menggunakan gravitasi. Zat padat terutama organik serta bahan terapung seperti lemak, minyak, dan lemah. Zat padat yang mengendap dikenal sebagai primer sludge. Oleh karena itu, proses ini mengurangi kandungan SS dari limbah cair masuk. Meskipun volume primer sludge hanya sekitar 2 % dari total volume limbah cair masuk, itu membentuk sekitar 30 % hingga 40 % dari beban organik yang diterima (diekspresikan sebagai COD) dan sekitar 40 % hingga 60 % dari beban SS. Tangga dan skimmer minyak untuk menghilangkan lemak dan zat padat terapung disertakan dalam ruang sedimentasi dan juga dapat ada scraper mechanical untuk penghapusan sludge dari dasar ruang.
Efisiensi penghapusan zat padat bergantung pada karakteristik tangki sedimentasi atau clarifier. Tangki sedimentasi adalah perangkat yang mencakup baffle inlet untuk disipasi energi, zona tenang untuk pengendapan partikel, dan mekanisme mechanical untuk penghapusan zat padat yang telah mengendap, dan kecepatan aliran rendah ke outlet.
Tangki flokulasi dan sedimentasi dapat berupa persegi panjang, bulat, atau plate miring (Lamella), pemilihan berdasarkan kondisi situs lokal, luas yang tersedia, dan pengalaman tim desain. Ideally, dua atau lebih tangki diperlukan. Tangki persegi panjang dan Lamella menggunakan luas tanah lebih sedikit daripada tangki bulat dan berguna di mana ketersediaan tanah lebih sedikit.
Tangki persegi panjang memiliki pola aliran lurus untuk meningkatkan flokulasi (dalam sedimentasi yang dibantu kimia) dan mengurangi waktu retensi. Air masuk di satu uang, melewati susunan baffle inlet dan melintasi panjang tangki ke weir dan saluran efluen. Mereka dirancang untuk memiliki rasio panjang : lebar 3:1 hingga 5:1 yang menyediakan zona pengendapan efektif besar yang secara erat mirip dengan kondisi ideal, dan kemiringan dasar 1 %. Scraper mechanical di dasar menggerakkan mengumpulkan sludge yang telah mengendap ke zona koleksi. Sludge kemudian dipompa keluar kemudian.
Dalam clarifier bulat (Fig 2), pola aliran radial. Untuk mencapai pola aliran radial, limbah cair diperkenalkan dalam sebagian besar desain di tengah atau kadang-kadang di sekitar periferi tangki. Dalam desain tengah, limbah cair diangkut melalui pipa dan baffle central dikenal sebagai ‘centre well’ dan mengalir radial menuju weir yang berjalan di sekitar lingkaran tangki. Centre well memiliki diameter biasanya antara 15 % hingga 25 % dari diameter tangki total dan tinggi 1 m hingga 2,5 m. Zona pengendapan tenang harus cukup besar untuk memenuhi persyaratan tingkat overflow dan kedalaman untuk pengendapan diskret dan flokulan.
Air yang dirawat dikeluarkan melalui plate weir v-notch. Lantai miring untuk membantu konsentrasi dan penghapusan sludge. Sludge dihilangkan menggunakan rake mechanical. Waktu detention typis dalam tangki sedimentasi adalah 2 jam hingga 3 jam. Penghapusan zat padat tersuspensi adalah 45 % hingga 55 %.
Fig 2 Skema tangki sedimentasi bulat
Flotasi Udara Terlarut (Dissolved Air Flotation)
Gelembung udara digunakan dalam proses ini. Mereka diperlukan untuk mengangkat partikel tersuspensi dalam limbah cair ke tingkat permukaan sehingga partikel tersuspensi dapat dengan mudah dikumpulkan dan dihilangkan. Gelembung udara yang diperkenalkan dalam limbah cair terutama melekat pada partikel membantu untuk mengambang. Zat padat tersuspensi, minyak dan lemak yang terdiseminasikan dari limbah minyak dan beberapa efluen lainnya dapat dihilangkan oleh proses dissolved air flotation (DAF).
Untuk penghapusan minyak dan lemak, dissolved air flotation cocok terutama di mana gravitasi spesifik zat padat tersuspensi mendekati 1,0. Proses DAF menggunakan udara tekanan untuk melepaskan gelembung udara mikro (10 mikrometer hingga 50 mikrometer dalam diameter) yang melekat pada partikel, membuat mudah bagi partikel minyak bebas untuk naik ke permukaan dan kemudian diangkat. Proses DAF sangat efektif dalam penghapusan minyak dan lemak karena minyak tidak secara alami mengendap, memiliki gravitasi spesifik lebih rendah daripada air. Saat minyak ada dalam bentuk emulsifikasi, membutuhkan kimia untuk mendestabilkan lapisan emuls minyak.
Aliran air tekanan dapat merupakan seluruh aliran masuk limbah cair, sebagian aliran inlet, atau air yang telah dirawat oleh proses (efluen). Ini menghasilkan dissolved air flotation menjadi tiga jenis proses yang dapat digunakan, disebut full flow, partial flow atau recirculated flow masing-masing. Fig 3 menunjukkan skema proses DAF. Aplikasi DAF paling umum untuk pengolahan limbah cair adalah sistem aliran recirculasi, karena membutuhkan lebih sedikit peralatan untuk presurisasi (konsumsi energi lebih rendah), menghindari masalah abrasi pompa, dan mencegah pembentukan koloid dan emulsi dalam sistem pompa.
Proses DAF dapat mengurangi konsentrasi minyak menjadi 10 mg/liter hingga 25 mg/liter asalkan konsentrasi masuk tidak lebih besar dari 500 mg/liter. Proses DAF beroperasi pada tingkat beban hidraulik yang lebih tinggi daripada sistem sedimentasi gravitasi dan oleh karena itu waktu detention lebih pendek selama 15 menit hingga 30 menit. Ini memungkinkan proses DAF untuk lebih kompak dan memiliki footprint yang lebih kecil. Sistem proses DAF tersedia dalam konfigurasi bulat atau persegi panjang.
Fig 3 Skema proses dissolved air flotation
Dalam tangki retensi, limbah cair dipresurisasi dan dikontak dengan udara. Air yang dipresurisasi dan super-saturated dilewatkan melalui katup penurunan tekanan ke dasar tangki flotasi. Udara yang super-saturated mulai keluar dalam bentuk gelembung halus dari larutan, segera setelah tekanan mulai dilepaskan. Gelembung udara yang melekat pada partikel tersuspensi dan terperangkap dalam flock sludge melayang di permukaan dan float ini selalu disap dari permukaan dan lumpur kemudian dikumpulkan dari dasar tangki. Efisiensi penghapusan minyak dari proses DAF dapat ditingkatkan dengan penambahan koagulan tertentu.
Proses Pengolahan Kimia
Pengolahan kimia dapat digunakan, biasanya sebelum pengolahan biologis karena menghilangkan kimia beracun yang dapat membunuh mikroorganisme dan atau pada setiap tahap dalam proses pengolahan seolah-olah diperlukan. Proses pengolahan kimia dijelaskan di bawah ini.
Penghapusan Zat Padat Terlarut
Zat padat terlarut dapat dihilangkan melalui sejumlah metode berbeda, yaitu (i) konversi menjadi materi tersuspensi, biasanya menggunakan kimia untuk mempresipitasi kontaminan sebagai padat atau gas, untuk memungkinkan mereka dihilangkan oleh pemisahan fisik, (ii) adsorpsi pada materi padat, yang dapat tersuspensi atau tetap sebagai lapisan, seperti serbuk atau activated carbon granular, (iii) penolakan menggunakan proses membran padat, seperti reverse osmosis atau nano-filtration, atau (iv) konversi menjadi produk akhir yang relatif tidak berbahaya.
Konversi tentu saja melibatkan kimia atau biokimia, dan reaksi kimia dapat berupa reduksi/oksidasi (redox) atau non-redox. Banyak proses kimia dan biokimia beroperasi dengan oksidasi, produk akhirnya dalam kasus polutan organik biasanya berupa karbon dioksida, nitrat, dan air. Contoh reduksi kimia termasuk penyerapan klorin berlebihan menggunakan bisulfit atau reduksi biokimia nitrat menjadi nitrogen, yang terakhir disebut sebagai ‘denitrifikasi’. Ada juga banyak proses kimia non-redox penting, seperti penyesuaian pH atau presipitasi garam tanah alkali seperti karbonat kalsium atau sulfat.
Neutralisasi
Ada rentang pH yang luas dari limbah cair yang tidak dirawat dan tidak mudah untuk merawat limbah cair dengan rentang nilai pH yang bervariasi seperti itu. Untuk mengoptimalkan efisiensi pengolahan proses neutralisasi digunakan untuk menyesuaikan nilai pH. Untuk menurunkan nilai pH asam sulfat atau hidroklorik dapat ditambahkan dan untuk meningkatkan nilai pH, basa kapur dehidrasi atau natrium hidroksida dapat ditambahkan. Biasanya proses neutralisasi dilakukan dalam tangki pencampuran cepat atau dalam tangki yang digunakan untuk equalisasi. Untuk mengontrol pH pengeluaran untuk memenuhi standar, proses neutralisasi dapat dilakukan di akhir pengolahan.
Presipitasi
Proses presipitasi dilakukan dalam dua langkah untuk penghapusan senyawa logam dari aliran limbah cair. Pengcampuran pewet dengan limbah cair dan mengizinkan pembentukan pewet logam yang tidak larut adalah langkah pertama dari proses presipitasi. Penghapusan logam yang telah dipresipitasi dari limbah cair melalui klarifikasi dan filtrasi dilakukan dalam langkah kedua dan kemudian sludge yang dihasilkan dirawat dengan cara yang tepat, dan setelah pengolahan, didaur ulang atau dibuang. Parameter penting yang perlu dipertimbangkan dalam presipitasi kimia adalah kontrol pH.
Kelarutan hidroksida logam meningkat menuju pH yang lebih tinggi atau lebih rendah dan ini bersifat amfotera. Oleh karena itu, untuk presipitasi hidroksida untuk setiap logam, ada nilai pH optimum. Karena biasanya ada lebih dari satu logam dalam limbah cair, maka sangat sulit untuk memilih kimia pengolahan optimum dan kontrol pH menjadi lebih sulit dan juga melibatkan transaksi antara pengurangan terbaik dari dua atau lebih logam. Kapur, natrium hidroksida, soda ash, natrium sulfida dan ferrous sulfat adalah berbagai kimia yang berbeda yang digunakan untuk proses presipitasi. Proses untuk penghapusan efektif logam seperti antimoni, arsen, kromium, tembaga, seng, nikel dan seng biasanya adalah presipitasi hidroksida dan untuk menghilangkan merkuri, seng, tembaga, perak, kadmium dll. presipitasi sulfida digunakan. Fig 4 menunjukkan diagram alur proses pengolahan kimia untuk penghapusan logam.
Fig 4 Diagram alur proses pengolahan kimia untuk penghapusan logam
Pengolahan Sekunder (Secondary Treatment)
Proses pengolahan sekunder melibatkan disintegrasi atau dekomposisi zat organik tersuspensi dan terlarut yang ada dalam air limbah menggunakan mikroorganisme. Proses sludge aktif (ASP) dan metode filtrasi biologis adalah proses pengolahan biologis yang terutama digunakan. Proses pengolahan biologis yang terutama digunakan untuk proses pengolahan sekunder didasarkan pada aksi mikrobiologis untuk membusukkan zat organik tersuspensi dan terlarut limbah cair. Mikroba dapat digunakan untuk senyawa alami, baik sebagai sumber karbon dan sebagai sumber energi.
Untuk penghapusan polutan organik, proses pengolahan sekunder yang paling efisien adalah pengolahan biologis. Ini terutama mempekerjakan mikroba yang secara alami ada dalam limbah cair untuk menguraikan kontaminan organik. Beberapa senyawa anorganik seperti amonia, sianida, sulfida, sulfat dan tiocianat juga dapat diurai secara biologis. Proses biologis dapat secara besar-besaran diklasifikasikan sebagai (i) aerobik di mana mikroba yang digunakan membutuhkan oksigen untuk tumbuh, (ii) anaerobik di mana mikroba yang digunakan tumbuh dalam kehadiran oksigen tetapi menggunakan senyawa lain seperti sulfat, fosfat atau organik lainnya yang ada dalam limbah cair selain oksigen, dan (iii) fasilitatif di mana mikroba yang digunakan dapat tumbuh dalam kehadiran atau kehadiran oksigen.
Proses aerobik terdiri dari reaktor biologis dengan jumlah biomass yang terkontrol dan clarifier untuk pemisahan biomass dari efluen akhir. Proses aerobik membutuhkan input energi yang lebih tinggi dan menghasilkan jumlah sludge yang lebih besar dibandingkan sistem anaerobik. Sebagai contoh, untuk beban COD 100 kg yang sama yang masuk ke pengolahan aerobik, energi yang dibutuhkan adalah 100 kWh untuk aerasi dan menghasilkan 30 kg hingga 60 kg sludge dengan beban COD efluen keluar 2 kg hingga 10 kg. Dalam pengolahan anaerobik untuk beban COD 100 kg yang sama, produksi sludge hanya 5 kg, atau enam hingga dua belas kali lebih sedikit, dan menghasilkan 40 cum (meter kubik) hingga 45 cum biogas yang dapat dikonversi untuk menghasilkan 382 kWh listrik. Namun, efluen air COD adalah dua kali dari pabrik aerobik, dan oleh karena itu kualitas yang lebih rendah.
Waktu Retensi Hidraulik
Ini adalah waktu rata-rata dalam kolam aerasi setara dengan volume kolam dibagi dengan aliran rata-rata dan diekspresikan dalam jam. Waktu retensi hidraulik harus cukup lama untuk menghilangkan BOD yang diperlukan dan bergantung pada jenis sistem pengolahan biologis. Ini dapat berkisar dari 0,5 jam hingga 120 jam. Semakin rendah waktu retensi hidraulik semakin cepat limbah cair mencapai outlet.
Total Suspended Solids Minuman (MLSS)
Tingkat zat padat tersuspensi adalah salah satu parameter kontrol yang paling penting dalam proses pengolahan limbah cair biologis. Ini tidak hanya langsung terkait dengan properti pengendapan sludge dan kualitas efluen, tetapi juga terkait dengan rasio makanan / mikroorganisme yang berhubungan dengan semua aspek properti sludge. MLSS mewakili total zat padat tersuspensi termasuk bakteri, biomass mati, dan bentuk kehidupan yang lebih tinggi, terlepas dari aktivitas biologis. Bagian organik dari MLSS diwakili oleh ‘mixed liquor volatile suspended solids’ (MLVSS) yang mewakili biomass. MLSS dikontrol oleh laju pembuangan sludge. MLSS typis bergantung pada jenis proses. Semakin terkononsentrasi MLSS, semakin kecil footprint peralatan dan oleh karena itu popularitas membrane bioreactors (MBRs) di lokasi yang terbatas ruang. MLVSS adalah 0,75 MLSS.
Rasio Makanan ke Mikroorganisme (F/M)
Ini adalah istilah yang digunakan untuk mengungkapkan beban organik dari proses sludge aktif. F/M adalah faktor kritis dalam desain dan operasi proses, terutama dalam menentukan volume kolam aerasi. Rentang F/M sekitar 0,5 hingga 1,5. Untuk pabrik konvensional, F/M 0,2 hingga 0,5 ditargetkan. Dalam pabrik pengolahan biologis yang beroperasi pada beban F/M tinggi (0,8 hingga 1,5), laju pengolahan meningkat dengan mengorbankan pengendapan sludge yang buruk. Proses yang beroperasi pada beban F/M rendah (0,05 hingga 0,2) terkait dengan laju penghapusan BOD yang lambat tetapi dengan pengendapan sludge yang baik. Namun, sistem dapat mudah terganggu oleh lonjakan beban organik.
Usia Sludge
Ini juga dikenal sebagai ‘mean cell residence time’ (MCRT) dan ‘solids retention time’ (SRT). Ini dihitung sebagai total jumlah sludge dalam tangki aerasi dan clarifier dibagi dengan kehilangan sludge harian melalui sludge aktif yang dibuang dan efluen. Usia sludge dapat bervariasi dari 0,5 hari hingga 75 hari dalam sistem dengan laju pertumbuhan rendah. Usia sludge adalah indikasi dari rasio F/M. Waktu yang lebih pendek menunjukkan rasio F/M yang tinggi dan waktu yang lebih lama menunjukkan rasio F/M yang rendah. Usia sludge diekspresikan dengan persamaan ‘usia sludge = massa sludge dalam (tangki aerasi + clarifier) / kehilangan sludge harian’.
Kualitas usia sludge dapat ditentukan menggunakan mikroskop pada perbesar 100x. Analisis mikroskop harian dapat mencegah masalah. Mikroorganisme yang dianggap penting dalam pengolahan biologis adalah bakteri, jamur, alga, protozoa, rotifer, dan cacing. Kehadiran organisme indikator bentuk kehidupan yang lebih tinggi biasanya berkaitan dengan kinerja pabrik. Mereka dapat menunjukkan apakah sludge muda, sedang, atau tua. Sludge yang mengendap dengan baik ditandai dengan kehadiran protozoa seperti stalked ciliates dan suctorians dan biasanya berwarna coklat keemasan (pengolahan riase). Usia sludge rendah ditandai dengan kehadiran stalked ciliates dan dominasi free swimming ciliates seperti paramecium (yang menghabiskan banyak energi dalam berenang) dan BOD tinggi ditandai dengan kehadiran bentuk kehidupan yang lebih tinggi. Sludge tua ditandai dengan kehadiran banyak cacing (nematoda) atau rotifer.
Indikator lain yang berguna adalah ‘sludge volume index’ (SVI). Sludge dituangkan ke dalam silinder graduated 1 liter dan persentase sludge yang mengendap dalam interval 5 menit dicatat selama 30 menit. SVI diekspresikan dalam ml/g. Ini adalah uji pemecahan masalah yang andal. Nilai SVI dapat bervariasi dari 30 ml/g hingga 400 ml/g. Nilai di bawah 150 menunjukkan pengendapan sludge yang baik dan di atas ini menunjukkan sludge bulking. Variabel kunci lain yang mempengaruhi operasi reaktor biologis diberikan di bawah ini.
Kebutuhan Oksigen
Oksigen diperlukan untuk dekomposisi materi organik. Konsentrasinya bergantung pada konsumsi materi organik, kebutuhan respirasi endogen dan total nitrifikasi TKN (total Kjeldahl nitrogen) oksidasi. Konsentrasi oksigen typis dalam tangki aerasi adalah 2 mg/l hingga 4 mg/l. Nilai yang lebih tinggi dipertahankan untuk penghapusan nitrogen. Di atas ini, listrik terbuang sia-sia.
Produksi Sludge (yield sludge)
Pemusnahan biomass menghasilkan sludge. Untuk sistem industri konvensional, produksi sludge dapat rendah hingga 0,15 kg / kg BOD, seperti dalam pembuatan kokas.
Laju Sirkulasi Sludge
Sebagian sludge yang dihasilkan disirkulasi untuk mendorong produksi lebih banyak sludge dalam tangki aerasi. Ini adalah rasio antara aliran volumetric sirkulasi sludge dan aliran volumetric masuk pengolahan. Dalam hal apa pun, kapasitas sistem sirkulasi sludge tidak boleh kurang dari 200 % dari aliran masuk total harian rata-rata.
Kebutuhan Nutrisi (rasio C:N:P)
Selain karbon, hidrogen, dan oksigen biomass membutuhkan nitrogen, fosfor, dan mikronutrien seperti besi, kalsium, magnesium, tembaga, seng, dan sebagainya. Sebagian besar limbah industri kurang N dan P yang harus ditambahkan (dalam bentuk urea, super-fosfat atau fosfat ammonium) untuk menjaga kondisi pertumbuhan mikroba optimal. Rasio C:N:P minimum yang diperlukan untuk pertumbuhan mikroba optimal dalam proses aerobik adalah 100:5:1, dan proses anaerobik adalah 330: 5: 1.
Proses biologis yang paling umum dijelaskan secara singkat di bawah ini.
Proses Aerobik – proses sludge aktif
Proses biologis, yang mempekerjakan biomass aerobik dalam suspensi, secara tradisional dikenal sebagai proses sludge aktif. ASP dikembangkan di Kerajaan Inggris pada awal 1900-an untuk pengolahan riase domestik dan sejak itu telah disesuaikan untuk menghilangkan organik terdegradasi dalam limbah industri. ASP dan variannya mampu merawat limbah cair terdegradasi dengan kekuatan sedang (10 mg/l hingga 1.000 mg/l BOD) hingga kekuatan tinggi (lebih dari 1.000 mg/l BOD). ASP tidak menghilangkan logam berat atau TDS. Beberapa kontaminan seperti sianida, dan logam berat seperti kromium dan merkuri, yang ada dalam limbah cair berfungsi sebagai inhibitor untuk fungsi yang tepat ASP serta proses biologis lainnya. ASP telah dikategorikan, berdasarkan desain beban massa, ke dalam tiga grup, yaitu (i) low load activated sludge (extended aeration, oxidation ditches, dll.), (ii) medium load (atau konvensional), dan (iii) high loading.
ASC melibatkan pencampuran limbah primer yang telah mengendap atau influen yang telah diequalize dengan kultur mikroorganisme menjadi cairan yang disebut ‘mixed liquor’. Mixed liquor ini dilewatkan melalui tangki aerasi yang menyediakan lingkungan yang kaya oksigen yang memadai untuk mikroba untuk makan dan mengstabilkan materi organik dalam air. Pencampuran membawa oksigen dan makanan ke mikroorganisme yang memungkinkan mikroorganisme untuk bergumpal sambil mencegah pengendapan floc dalam tangki aerasi. Proses ini menghasilkan ‘waste activated sludge’ (WAS) yang terdiri dari mikroba dan materi mikroba berlebih. Zat padat dan limbah cair yang dirawat dipisahkan dalam clarifier sekunder atau langkah pemisahan zat padat lain seperti membrane bioreactor (MBR). Di sini mayoritas WAS dikembalikan ke tangki aerasi sebagai returned activated sludge (RAS) untuk mempertahankan populasi mikroba dalam tangki aerasi, serta memastikan bahwa sludge aktif cukup tua untuk menguraikan COD dan hidrokarbon aromatik. Sisa dihilangkan dan mengalami thickening.
Clarifier sekunder memiliki tujuan ganda, yaitu mengklarifikasi limbah cair serta mengkonsentrasi sludge. Proses ini sensitif terhadap fluktuasi pH, di mana pH tinggi atau rendah dapat mengganggu sistem dan menyebabkan overload pada clarifier. Fig 5 menunjukkan skema proses sludge aktif dan proses membrane bioreactor.
Fig 5 Proses ASP dan MBR
Senyawa yang mengandung nitrogen beracun bagi kehidupan air, menghabiskan oksigen dalam air penerima, berdampak buruk terhadap kesehatan masyarakat dan mengurangi potensi penggunaan kembali air. Oleh karena itu, senyawa yang mengandung nitrogen dihilangkan, jika dianggap berlebihan, oleh proses nitrifikasi dan kemudian denitrifikasi. Nitrogen organik diubah menjadi amonia, kemudian diubah menjadi nitrit, yang lebih lanjut dioksidasi menjadi nitrat dan akhirnya menjadi nitrogen gas. Denitrifikasi mengonsumsi alkalinity dan perlu cukup sehingga tidak menurunkan pH. Ini membutuhkan 7,14 mg/l bicarbonat alkalinity untuk setiap 1 mg/l amonia nitrogen yang dihilangkan. Oksigen juga perlu dipertahankan pada konsentrasi yang lebih dekat ke 4 mg/l untuk denitrifikasi. Kontrol proses biasanya disesuaikan untuk setiap sistem pengolahan limbah cair tergantung pada karakteristik limbah cair dan untuk operasi optimal.
Proses Aerobik – proses oxidation ditch
Proses ini yang dikembangkan pada tahun 1950 di Belanda, adalah varian dari ASP dan adalah bentuk khusus dari extended aeration. Bentuk oxidation ditch seperti cincin. Limbah cair, mikroorganisme dan sludge aktif dicampur dalam saluran loop terus-menerus untuk menyelesaikan reaksi nitrifikasi dan denitrifikasi. Peralatan oxidasi terdiri dari badan saluran, mixer aerasi dan inlet dan outlets. Dengan waktu retensi hidraulik yang panjang 20 jam hingga 36 jam, beban organik rendah dan usia sludge yang panjang dibandingkan konvensional ASP, equalization, sedimentasi primer, dan tangki penyerapan sludge dihilangkan.
Oxidation ditch memiliki banyak keuntungan karena menyediakan (i) konsumsi energi rendah, (ii) pemeliharaan rendah, (iii) kemudahan operasi, biaya modal rendah, (iv) kurang sludge karena waktu retensi padat yang panjang yang diperpanjang, dan (v) ketahanan terhadap beban lonjakan dan lonjakan hidraulik karena waktu retensi hidraulik yang panjang. Kelemahannya adalah kualitas zat padat tersuspensi efluen yang lebih rendah dibandingkan proses ASP dan membutuhkan luas tanah yang besar.
Proses Aerobik – sequencing batch reactor
Proses sequencing batch reactor (SBR) berbeda dari ASP lainnya. Ini adalah proses batch. Prinsipnya adalah semua langkah proses ASP, yaitu pengendapan primer, oksidasi biologis dan pengendapan sekunder terjadi dalam satu tangki. Langkah-langkah proses adalah filling, react, settle, draw, dan idle. SBR kompak dan memiliki biaya modal rendah. Digunakan saat luas tanah langka karena hanya membutuhkan satu tangki untuk memenuhi langkah aerasi dan klarifikasi. Digunakan juga untuk merawat nitrogen dan fosfor. Siklus standar biasanya 4 jam hingga 6 jam, menghasilkan 4 hingga 6 siklus reaksi per hari. Dibandingkan konvensional ASP, tahan terhadap beban lonjakan, operasi fleksibel karena penyesuaian waktu berjalan dan produksi sludge rendah.
Trickling filters
Filter ini, dikembangkan pada tahun 1890-an, adalah contoh proses biologis fixed film dibandingkan ASP yang merupakan proses suspended. Trickling filter terdiri dari lapisan bahan kasar, seperti batu bulat (25 mm hingga 100 mm diameter), batu hancur, papan kayu atau plastik dan cincin plastik di atasnya limbah cair dikeluarkan dari distributor spray bergerak atau nozzle tetap. Media filter menyediakan jumlah permukaan yang besar bagi mikroorganisme untuk menempel dan tumbuh bio-film seperti gelei dengan tebal sekitar 10 mm. Di bagian luar bio-film (0,1 mm hingga 0,2 mm) bakteri aerobik menguraikan materi organik. Saat bio-film menjadi sangat tebal, ia rontok dan lapisan bio-film baru terbentuk. Trickling filter modern menggunakan media plastik di atas batu karena lebih ringan dan karena itu, media filter dapat sampai kedalaman 6 m dibandingkan 3 m kedalaman untuk filter batu, yang memungkinkan filter yang lebih tinggi menggunakan luas tanah yang lebih sedikit.
Efluen filter didaur ulang untuk meminimalkan pengeringan media filter, meningkatkan efisiensi filter, dan mengurangi potensi bau. Kadang-kadang, dua filter dirangkaian dalam seri untuk menangani limbah cair yang kuat. Spray berputar pada 2 revolusi per menit (rpm) hingga 5 rpm dan tingkat basah typis adalah 0,6 cum/jam hingga 2,4 cum/jam. Saat tingkat basah terlalu rendah, air tidak menembus kedalaman lapisan filter secara merata menyebabkan channeling dan bertindak sebagai inkubator untuk lalat, serta menyebabkan masalah bau. Filter dengan laju rendah beroperasi pada ventilasi alami, sedangkan filter dengan laju tinggi memerlukan kipas draft paksa untuk menyediakan ventilasi yang memadai.
Trickling filter diikuti oleh clarifier sekunder. Trickling filter diklasifikasikan berdasarkan beban organik dan hidraulik seperti low rate, intermediate, high rate, roughing filter dan super high rate. Keuntungan trickling filter adalah (i) kebutuhan energi lebih rendah daripada ASP, (ii) operasi sederhana tanpa masalah kontrol inventaris MLSS dan pembuangan sludge, (iii) pemulihan yang lebih baik dari beban toksik lonjakan, (iv) tidak ada masalah bulking sludge di clarifier sekunder, (v) kompak dan cocok untuk tempat di mana tanah langka, (vi) kebutuhan pemeliharaan peralatan yang lebih sedikit, efektif dalam merawat konsentrasi organik yang tinggi tergantung pada jenis media yang digunakan, dan (vii) properti thickening sludge yang lebih baik. Kelemahannya adalah tingkat beban organik, bahwa kualitas air efluen (dalam hal BOD dan TSS) lebih rendah daripada ASP dan dapat membutuhkan pengolahan lebih lanjut, masalah bau, lalat, rawan penyumbatan media filter dan pada suhu rendah sistem ventilasi alami tidak beroperasi dengan baik.
Moving bed bioreactor
Moving bed bioreactor (MBBR) dikembangkan pada tahun 1980-an oleh Kaldnes di Skandinavia. Proses MBBR adalah proses fixed film yang lebih modern di mana mikroorganisme tumbuh pada media plastik. Media terbuat dari polietilena densitas tinggi atau polipropilena dengan diameter 13 mm hingga 25 mm, dan oleh karena itu memiliki luas permukaan yang besar yang membantu biomass untuk tumbuh di dalam permukaan dan dalam gerakan konstan karena udara terkompresi yang ditiup dari bawah tangki. Proses telah diterapkan dalam berbagai aplikasi pengolahan limbah industri dalam mode aerobik dan anaerobik dengan atau tanpa denitrifikasi tergantung pada mode pencampuran.
Manfaat MBBR adalah bahwa baik untuk aplikasi beban organik tinggi, karakteristik pengendapan yang ditingkatkan, tidak perlu sirkulasi sludge dari clarifier sekunder sehingga membuatnya proses ‘once through’, kompak dan footprint rendah dibandingkan proses ASP dan memiliki konstruksi modular. Ia juga dapat meretrofit sistem ASP yang ada, membutuhkan lebih sedikit kontrol operasional daripada ASP, dan mengandung lebih sedikit kontrol mekanikal dan instrumen dibandingkan sistem MBR. Waktu retensi hidraulik typis untuk MBBR adalah 2 jam hingga 3 jam, dibandingkan 12 jam hingga 24 jam untuk ASP. Kelemahan MBBR dibandingkan ASP adalah membutuhkan konsentrasi oksigen yang lebih tinggi, kebutuhan akan penyaringan limbah cair masuk yang ditingkatkan, dan kehilangan tekanan hidraulik tambahan karena aliran melalui perangkat penyaringan media.
Membrane bioreactor
Meskipun membrane bioreactor eksternal awalnya dikembangkan pada tahun 1960-an, mereka hanya menjadi populer setelah pengembangan MBR immersed (submerged) pada akhir tahun 1980-an. Biaya operasional yang lebih rendah dari konfigurasi MBR submerged dan biaya membran yang menurun telah membuat MBR menjadi pilihan populer untuk pengolahan limbah domestik dan industri. MBR digunakan untuk limbah industri dengan BOD 5.000 mg/l hingga 40.000 mg/l dengan rentang BOD 200 mg/l hingga 600 mg/l. Fig 6 menunjukkan prinsip membrane bioreactor.
Fig 6 Prinsip membrane bioreactor
Kualitas efluen akhir dari unit ASP konvensional sangat bergantung pada kondisi hidrodinamika di clarifier dan karakteristik pengendapan sludge. Hal ini mengakibatkan kinerja yang bervariasi. Akibatnya, dibutuhkan clarifier besar dengan waktu tinggal yang lama. Proses MBR dikembangkan untuk menghilangkan kelemahan konvensional ASP ini.
MBR adalah hibrid dengan dua proses pengolahan yang saling bergantung: pengolahan biologis dan pengolahan membran (Fig 5). Mirip dengan konvensional ASP karena keduanya memiliki zat padat minuman dalam suspensi dalam tangki aerasi. Perbedaan dari dua proses terletak pada metode pemisahan bios-solids. Dalam proses MBR, membran menciptakan penghalang padat bagi bios-solids berdasarkan mikro-filtrais (MF) dengan ukuran pori 0,6 mikrometer, atau ultra-filtrais dengan ukuran pori 0,04 mikrometer, dan oleh karena itu tidak tunduk pada karakteristik pengendapan gravitasi dari zat padat. Oleh karena itu, unit MBR membawa aerasi, klarifikasi, dan filtrasi dalam satu langkah dengan konsentrasi MLSS mencapai 20.000 mg/l atau lebih yang menghasilkan footprint yang lebih kecil daripada unit ASP konvensional.
MBR menyediakan kualitas efluen akhir yang independen dari kondisi sludge dengan penghapusan organik dan polutan persistensi yang lebih tinggi, dan nutrisi dengan penghapusan COD 98 % dan efisiensi penghapusan zat padat tersuspensi 100 %. Efluen berkualitas tinggi yang dihasilkan ideal untuk aplikasi penggunaan kembali. Fitur lain dari MBR adalah usia sludge yang panjang. Namun, ini juga berkontribusi terhadap fouling membran. Selain itu, unit MBR dapat dipasang langsung ke pabrik reverse osmosis (RO), melewati kebutuhan untuk pertukaran ion atau peralatan lain untuk melindungi pabrik membran asalkan kekerasan atau senyawa berskala tidak berlebihan.
Ada dua jenis konfigurasi MBR, yaitu immersed dan side-stream. Sistem immersed lebih umum di unit industri besar, sedangkan side-stream terbatas pada unit yang lebih kecil. Ada juga perbedaan dalam membran yang digunakan dari hollow fibre, flat plate, dan tubular. MBR immersed menggunakan hollow fibre atau flat plate sedangkan membran tubular digunakan dalam MBR side-stream. MBR menghasilkan tingkat pengolahan yang setara dengan proses sludge aktif diikuti oleh mikro-filtrais atau ultra-filtrais.
Meski memiliki keuntungan, masih ada tantangan dalam menggunakan MBR di aplikasi industri. Keuntungan MBR adalah (i) 25 % lebih rendah footprint, (ii) menggantikan clarifier dan gravitasi filter dari sistem konvensional, (iii) ideal untuk situs dengan keterbatasan tanah dan waktu retensi hidraulik yang lebih rendah 4 jam hingga 8 jam. MBR menyediakan penghalang tidak bisa dilalui untuk zat padat menghasilkan efluen berkualitas tertinggi dengan BOD kurang dari 5 mg/l dan kekeruhan kurang dari 0,1 NTU (Nephelometric turbidity unit). Fouling membran adalah salah satu tantangan besar yang mengakibatkan kinerja yang berkurang dan pembersihan atau penggantian membran yang sering yang mengakibatkan biaya pemeliharaan dan operasional yang meningkat. Semua MBR membutuhkan minimal fine screen 3 mm. Sludge yang dihasilkan dapat sulit di-dewater. Waktu retensi sludge independen dari waktu retensi hidraulik. Usia sludge tinggi 15 hari hingga 140 hari dapat diperoleh. Ia memiliki skalabilitas modular, kurang bau, dan operasi fleksibel dengan kurang rentan terhadap gangguan. Proses dapat diotomatisasi.
Clarifier Sekunder
Tujuan clarifier adalah ganda. Salah satunya adalah untuk mengkonsentrasi zat padat setelah pengolahan biologis dan kemudian mengendapkannya. Yang kedua adalah untuk menghasilkan efluen yang jernih dari zat padat yang mengendap. Clarifier dalam sistem sludge aktif harus dirancang tidak hanya untuk tingkat overflow hidraulik, tetapi juga untuk tingkat beban zat padat. Hal ini karena baik klarifikasi maupun pengkonsentrasian diperlukan di clarifier sludge aktif. Dari variabel proses yang paling penting adalah usia sludge atau mean cell residence time. Parameter kontrol lain yang penting adalah tingkat beban zat padat yang didefinisikan sebagai permukaan yang diperlukan untuk pengkonsentrasian sludge yang sesuai di dasar unit (zona kompresi). Clarifier adalah desain persegi panjang atau desain bulat.
Pengolahan Tersier (Tertiary Treatment)
Pengolahan sekunder konvensional seringkali tidak cukup untuk memenuhi standar kualitas efluen yang diperlukan untuk mengeluarkan air ke badan air permukaan. Efluen dapat memerlukan proses tersier untuk menyelesaikan penghapusan zat padat dan materi organik, untuk pengurangan warna atau dekomposisi senyawa yang sulit terurai, pengurangan nutrisi, dan desinfeksi. Kontaminan yang persisten yang tidak dapat dihapus oleh pengolahan sekunder dihilangkan oleh proses pengolahan tersier. Proses-proses ini diklasifikasikan sebagai ‘pengolahan tersier’, karena dipasang setelah pengolahan sekunder, tetapi beberapa dari mereka, seperti proses oksidasi, dapat juga ditempatkan sebelum pengolahan biologis untuk meningkatkan biodegradabilitas senyawa yang sulit terurai.
Sebelum limbah cair yang telah dirawat digunakan kembali, didaur ulang, atau dikeluarkan ke lingkungan, proses pengolahan tersier digunakan sebagai proses pembersihan akhir untuk meningkatkan kualitas limbah cair. Untuk penghapusan nutrisi (nitrogen dan fosfor), penghapusan toksin [pestisida, VOC & logam], dan untuk pemolesan efluen seperti BOD & TSS, proses pengolahan tersier digunakan. Proses-proses ini adalah perluasan proses pengolahan biologis sekunder konvensional untuk stabilisasi lebih lanjut dari zat yang memerlukan oksigen dalam limbah cair, dan juga untuk menghilangkan nitrogen dan fosfor.
Teknik pemisahan fisik dan kimia seperti adsorpsi activated carbon, flokulasi atau presipitasi adalah proses yang terlibat dalam pengolahan tersier. Aplikasi pengolahan tersier yang paling umum adalah filtrasi dan desinfeksi dan di tempat yang berlaku penghapusan amonia dan fosfor. Amonia beracun bagi ikan dan fosfor menyebabkan alga bloom.
Filtrasi
Filtrasi adalah proses pemisahan yang terdiri dari melewati campuran padat-cair melalui bahan berpori (media filter) yang menahan zat padat dan memungkinkan filtrat cair untuk melewati. Media filter granulare digunakan untuk penghapusan zat padat tersuspensi untuk penghapusan zat padat tersuspensi dalam rentang 5 mg/l hingga 50 mg/L. Filter yang paling umum adalah filter multimedia. Kualitas filtrat bergantung pada ukuran, muatan permukaan, dan geometri baik zat padat tersuspensi maupun media filter, serta pada analisis air dan parameter operasional. Berdasarkan media filter dapat dikategorikan sebagai (i) single media (pasir atau anthracite), (ii) dual media (pasir dan anthracite), dan (iii) multimedia (garnet, pasir, dan anthracite).
Media filter yang paling umum dalam pengolahan air adalah pasir dan anthracite. Ukuran biji efektif untuk filter pasir halus berada dalam rentang 0,35 mm hingga 0,5 mm, dan 0,7 mm hingga 0,8 mm untuk filter anthracite. Dalam perbandingan dengan media filter pasir tunggal, media filter dual dengan anthracite di atas pasir memungkinkan penetrasi lebih dalam dari materi tersuspensi ke dalam lapisan filter, sehingga menghasilkan filtrasi yang lebih efisien dan siklus yang lebih lama antara pembersihan. Kedalaman desain media filter minimal 0,8 m. Dalam media filter dual, filter biasanya diisi dengan 0,5 m pasir yang ditutupi dengan 0,3 m anthracite.
Dalam aplikasi industri, filter ditempatkan dalam tangki tekanan baja di mana interior dilapis epoksi, dengan manifold interior untuk distribusi air dan sistem drain bawah untuk koleksi filtrat dan backwashing.
Karena tangki filter untuk filtrasi tekanan dirancang untuk presurisasi, penurunan tekanan yang lebih tinggi dapat diterapkan untuk lapisan filter yang lebih tinggi dan / atau biji filter yang lebih kecil dan / atau kecepatan filtrasi yang lebih tinggi. Tingkat aliran desain biasanya 10 m/jam hingga 20 m/jam dan tingkat backwash berada dalam rentang 40 m/jam hingga 50 m/jam. Tekanan yang tersedia biasanya sekitar 2 bar hingga lebih dari 4 bar.
Untuk air masukan dengan potensi fouling yang tinggi, aliran kurang dari 10 m/jam dan / atau media filter pas dua disukai. Jika aliran harus ditingkatkan untuk mengkompensasi satu filter yang keluar dari layanan, peningkatan aliran harus bertahap dan lambat untuk mencegah pelepasan partikel yang sebelumnya telah tertinggal.
Selama operasi, air masuk yang akan difilter memasuki bagian atas filter, meresap melalui lapisan filter, dan ditarik melalui sistem kolektor di bawah. Secara berkala, ketika peningkatan tekanan diferensial antara inlet dan outlet filter tekanan adalah 0,3 bar hingga 0,6 bar, filter dicuci balik dan dibilas untuk membawa materi yang tertinggal. Waktu backwash biasanya sekitar 10 menit. Sebelum filter yang dicuci balik ditempatkan kembali ke layanan, harus dibilas ke saluran pembuangan hingga filtrat memenuhi spesifikasi. Tingkat backwash yang berlebihan menyebabkan kehilangan media filter.
Variasi dari filtrasi deep rate adalah filtrasi high rate yang beroperasi pada aliran masuk yang jauh lebih cepat. Selain media filter, jenis filter lain adalah disc filter dan cartridge filter. Ini juga digunakan untuk melindungi sistem filtrasi membran. Disc filter yang terbuat dari media kain lipat memiliki aliran yang sangat tinggi dan footprint kecil, menghasilkan air berkualitas tinggi yang cocok untuk aplikasi penggunaan kembali dan tidak memerlukan backwashing yang luas.
Beberapa proses pengolahan air lanjutan juga digunakan sebagai pengolahan tersier. Proses-proses ini diterapkan pada limbah cair konvensional yang telah dirawat untuk meningkatkan kualitas hingga tingkat yang cocok untuk berbagai aplikasi daur ulang dan penggunaan kembali termasuk penggunaan kembali air minum. Proses pengolahan tersier tambahan adalah berbagai proses pengolahan membran seperti mikro-filtrais, ultra filtrais, nano-filtrais, proses lain seperti reverse osmosis, proses oksidasi lanjutan, dan proses desinfeksi tambahan seperti ozonisasi dan penggunaan radiasi ultraviolet. Beberapa proses lanjutan ini dijelaskan di bawah ini.
Teknologi Membran
Membran adalah pilihan populer untuk aplikasi penggunaan kembali air sejak kemunculannya pada tahun 1960-an. Biaya sistem membran telah menurun secara dramatis dan, bersamaan dengan kemajuan teknologis dalam desain membran, opsi membran dan batas operasional, rentang aplikasi dalam pengolahan air dan limbah cair meningkat dengan cepat. Dalam filtrasi membran yang didorong tekanan, membran memisahkan komponen dari cairan di bawah tekanan. Pori membran, yang sangat kecil, memungkinkan penyelebesian solute. Popularitas proses membran berasal dari fakta bahwa mereka efektif dalam penghapusan zat padat terlarut dan tersuspensi. Rentang luas bahan seperti cellulose acetate, polyamides, poly- sulfones, poly-propylene, nylon, poly-acrylonitrile, poly-carbonate, polyvinyl alcohol, poly-tetra-fluoro-ethylene, keramik, dan komposit logam secara dasar digunakan untuk menghasilkan membran. Ukuran pori membran adalah parameter untuk tingkat selektivitas membran. Berdasarkan ukuran pori, ada empat jenis membran yang didorong tekanan. Mikro-filtrais dan ultra-filtrais adalah aplikasi tekanan rendah karena ukuran pori yang lebih besar. Nano-filtrais membutuhkan tekanan sedang, dan ‘reverse osmosis, karena ukuran pori yang lebih kecil, membutuhkan tekanan signifikan untuk mendorong solute melalui membran.
Proses Oksidasi Lanjutan
Proses oksidasi lanjutan (AOPs) didefinisikan sebagai proses yang melibatkan pembuatan dan penggunaan radikal hidroksil yang kuat tetapi relatif tidak selektif dalam jumlah yang cukup untuk dapat mengoksidasi mayoritas senyawa kimia kompleks yang ada dalam air efluen. AOPs menunjukkan keuntungan spesifik dibandingkan alternatif pengolahan konvensional karena dapat menghilangkan komponen organik yang tidak terdegradasi dan menghindari kebutuhan untuk membuang sisa sludge. Setelah fluorin ([V (volts) = -3.06], radikal bebas hidroksil (OH-) memiliki potensi oksidasi tertinggi (V = -2.86). Dalam proses AOP, radikal OH – dihasilkan yang kemudian bereaksi dengan molekul organik untuk menghasilkan CO2 dan air. AOPs dapat diklasifikasikan ke dalam dua grup, AOPs non-foto kimia dan AOPs foto kimia. Foto kimia berarti sumber cahaya diperlukan. Biasanya cahaya ultra violet (UV) digunakan sebagai sumber foto kimia. Lampu UV tekanan rendah memiliki panjang gelombang 254 nm. Penyerapan ozon maksimum terjadi pada panjang gelombang 253,7 nm. Di antara teknologi non-foto kimia, yang paling prevalen dalam pengolahan adalah Ozonation, Ozone/ (H2O2) dan reaksi Fenton.
Ozonisasi
Ozon (O3) ditemukan pada tahun 1785, adalah agen oksidasi kuat yang banyak diterapkan (-2,07V) untuk desinfeksi air minum dan limbah cair, dekolorisasi, penghapusan bau, degradasi organik dan pembusuan sianida, dll. O3 pada suhu ruangan adalah gas biru berbau tajam, sedikit larut dalam air, sangat korosif, beracun dan meledak saat konsentrasi dalam udara melebihi 20 %. Sebagai antibakteri, ia 3.125 kali lebih cepat dari klorin. Efektivitas ozonisasi meningkat dengan pH dan suhu yang tinggi. Saat O3 larut dalam air atau limbah cair, ia dapat tetap sebagai molekul O3 (pH lebih dari 7 dan reaksi lebih lambat) atau dekomposisi (pH lebih dari 8) menghasilkan radikal bebas hidroksil (OH-) yang merupakan agen oksidasi 35 % lebih kuat dari O3. Kedua reaksi terjadi secara bersamaan dan oleh karena itu kinetika reaksi sangat bergantung pada karakteristik limbah cair yang dirawat (misalnya pH, konsentrasi organik, kehadiran agen buih dan surfactant, konsentrasi ozon dan suhu, dll.). pH 8 hingga 10 paling cocok untuk oksidasi senyawa organik. Ozon sedikit larut dalam air dan cepat menurun seiring dengan peningkatan suhu. Pada suhu 20 derajat C, kelarutan ozon 100 % dalam air adalah 570 mg/l. Rentang suhu yang disukai berkisar dari 25 derajat C hingga 50 derajat C.
Mekanisme reaksi yang disederhanakan dari ozon pada pH tinggi diberikan oleh persamaan 3 O3 + H2O = 2OH radikal + 4 O2. Ozon molekuler adalah oksidan yang sangat selektif. Ia hanya bereaksi dengan senyawa tertentu dan dengan alasan ini dapat diterapkan dalam dosis rendah untuk aplikasi limbah industri. Ia juga dapat menghambat atau menghancurkan properti buih dari surfactant sisa serta mengoksidasi sebagian besar COD. Oleh karena itu, O3 meningkatkan biodegradabilitas keseluruhan efluen dengan mengonversi senyawa yang sulit terurai menjadi senyawa yang mudah dicerna dan dapat diterapkan upstream atau downstream dari pabrik pengolahan biologis. Oksigen sisa dalam gas ventilasi dapat didaur ulang ke pabrik pengolahan biologis sekunder, mengurangi kebutuhan aerasi. Keuntungan lain adalah tidak meningkatkan massa sludge.
O3 dapat diterapkan dalam bentuk gas dan karena sifat tidak stabilnya perlu dihasilkan di tempat dari udara atau oksigen murni menggunakan radiasi UV, elektrokimia atau generator corona discharge. Detektor kebocoran O3 harus dipasang untuk memberikan peringatan bunyi dan terlihat dan mematikan generator dalam kejadian kebocoran. O3 dinonaktifkan dalam kehadiran konsentrasi garam yang tinggi. Variasi dari proses ini adalah proses O3/H2O2. Dikembangkan untuk mengurangi konsentrasi O3, H2O2 bertindak sebagai katalis yang meningkatkan kemampuan O3 untuk menghasilkan lebih banyak radikal OH. Pada pH rendah, H2O2 bereaksi sangat lambat dengan O3 dan pada pH tinggi (kondisi basa) bereaksi dengan cepat.
