SUB BAB 7.38 Penghilangan Nutrien (nitrogen dan fosfor)

Proses penghapusan nutrien dapat dikelompokkan menjadi dua
kategori utama: sistem biologis dan Fisika-kimia.
 Mekanisme Penghilangan Nutrien
Penghilangan nutrien biologis dalam air limbah melibatkan proses
manipulasi lingkungan. bakteri yang bertanggung jawab untuk pengolahan
limbah baik berkembang biak atau sebagai ambien pembusukan
perubahan kondisi. Tingkat pengolahan tergantung pada jumlah genera
tertentu bakteri. Oleh karena itu, Teknologi lingkungan harus
memperhitungkan parameter tertentu yang mempengaruhi selama proses
desain dan operasi. Bagian ini mengkaji teori fosfor, amonia, dan
penghapusan nitrogen.
1. PENGHILANGAN FOSFOR
– penghapusan fosfor secara biologis (EBPR) dengan lumpur aktif,
sistem harus tersubjek pada proses biologi untuk periode anaerobiosis
sebelum aerasi; prasyarat untuk EBPR adalah pemilihan organisme
yang tepat.
– Tingkat serapan fosfor diperoleh pada kisaran pH 6,8 - 7,4 (Krichten et
al. 1985)
– Dalam merancang sistem diaktifkan-lumpur untuk mencapai rendah
konsentrasi fosfor limbah (1-2 mg / l), teknologi lingkungan harus
memenuhi persyaratan sebagai berikut:
a. Sebuah zona anaerobik dengan waktu penahanan 1 sampai 2 jam
b. Sebuah influen BOD larut / rasio P larut 12 atau lebih besar
c. Operasi pada tertinggi F/M dan SRT terpendek yang masih
memungkinkan nitrifikasi, jika nitrifikasi diperlukan
Gambar.
7.38.1
penjelasan biologis untuk
perubahan dalam BOD
dan fosfor dalam proses
EBPR.
Gambar. 7.38.2 Sebuah
jalur biologis yang di
sederhanakan dari proses
penghilangan nutrisi.
2. PENGHILANGAN NITROGEN
Nitrogen dalam air limbah kota didominasi diorganik dan
ammonium. Berdasarkan jumlah degradasi sebelum mencapai
mesin pengolahan. Air limbah kota mengandung 60% amonium
nitrogen, 40% nitrogen organik, dengan konsentrasi nitrat atau nitrit
yang diabaikan (Joint Task Force Federasi Lingkungan Air dan ASCE
1991). Air limbah rumah tangga yang tidak diolah biasanya
mengandung 20-50 mg/l dari total nitrogen (Metcalf dan Eddy, Inc.
1991). Amonium dan nitrat dapat digunakan sebagai sumber nitrogen.
Asimilasi menghilangkan 20-30% dari total influen nitrogen (Van
Haandel, Ekama, dan Marais 1981). Namun, semua sistem
penghapusan nitrogen biologis menggunakan dua proses untuk
mencapai kualitas efluen yang diperlukan: yaitu nitrifikasi dan
denitrifikasi. Nitrogen juga dapat dihapus dari air limbah melalui
pertukaran ion.
A. NITRIFIKASI
Nitrifikasi biologis mengoksidasi nitrogen dari amonia (NH4+) menjadi
nitrat (NO3-). Parameter nitrifikasi sesuai dengan operasi dan kondisi
proses, yaitu, umur lumpur, beban organik, pH, dan suhu.
Autotroph aerobik yang bertanggung jawab untuk nitrifikasi lebih
sensitif terhadap kondisi sekitar, racun, dan inhibitor daripada
persaingan karbon pada heterotrof (Sharma dan Ahlert 1977; Sutton,
Murphy, dan Jank 1974).
nitrifikasi membutuhkan lebih banyak oksigen daripada jumlah yang
dibutuhkan oleh karbonisasi heterotrof untuk oksidasi karbon
(penghilangan BOD). umur lumpur harus dipertahankan karena lambat
laju pertumbuhan nitrifiers autotrophic. Juga, jika alkalinitas yang
cukup tidak hadir dalam air limbah, pH dapat turun secara substansial.
PH rendah ini membatasi tingkat nitrifikasi
B. DENITRIFIKASI
Denitrifikasi biologis mengurangi nitrat (NO3-) ke nitrogen gas (N2), nitrous
oksida (N2O) atau oksida nitrat (NO). Proses penghapusan nitrogen ini adalah yang
paling banyak digunakan dalam pengolahan air limbah kota (Polusi Air Kontrol
Federasi 1983). Organisme denitrifikasi terutama heterotrof aerobik fakultatif yang
dapat menggunakan nitrat dengan tidak adanya DO. Banyak genera bakteri mampu
denitrifikasi: chromobacter, Bacilus, Brevibacterium, Enterobacter, Micrococcus,
Pseudomonas, dan Spirlilum (Davies 1971; Prescott, Harley, dan Klein 1990).
Beberapa kondisi meningkatkan jumlah denitrifikasi biologi: nitrat, sumber
karbon tersedia, dan DO rendah konsentrasi. DO rendah adalah kondisi paling kritis
karena denitrifikasi hanya beberapa modifikasi dari jalur aerobik digunakan untuk
BOD oxidation (U.S. EPA 1975). Reaksi stoikiometri menggambarkan reaksi biologis
ini tergantung pada sumber karbon yang terlibat sebagai berikut (Randall, Barnard,
dan Stensel 1992).
Tingkat denitrifikasi adalah fungsi dari, antara lain, suhu air limbah dan jenis
karbon sumber yang digunakan untuk transfer elektron. Kemampuan alkalinitas
produksi denitrifikasi memungkinkan gabungan sistem nitrifikasi-denitrifikasi
untuk mempertahankan pH lebih stabil. Selain itu, sistem yang menggunakan
influen BOD sebagai sumber karbon dan memiliki zona anoxic terletak sebelum
bagian proses aerasi akan membutuhkan energi lebih sedikit untuk aerasi.
Penghematan energi ini adalah karena sebagian sampah dikonsumsi oleh
denitrifikasi (stabilisasi anoksik).
C. PERTUKARAN ION
proses pertukaran ion berhasil menghapus konsentrasi tinggi seperti
senyawa nitrogen. Pertukaran ion dapat memurnikan air limbah
dengan kualitas yang sesuai dengan kriteria zero-polutan-discharge ,
digunakan pada pabrik pupuk.
Mesin Fertilisasi Air Limbah
500 mg/l konsentrasi nitrogen, 50% di ammonium dan 50% dalam bentuk nitrat
pada 1 mgd total laju alir air limbah
Perlakuan kualitas effluen
2 to 3 ppm NH3 dan 7 to 11 ppm NO3
Konsentrasi oleh produk aliran
20% padatan
Konsumsi regeneran kimia (persen dari Stoikiometri)
135 - 150% asam 110% basis
Efesiensi penghilangan nitrogen
99%
3. PROSES PENGHILANGAN FOSFOR
Fosfor biasanya membatasi unsur hara bagi pertumbuhan
alga, penghilangan sumber-sumber utama potensial dapat
menghentikan eutrofikasi. Isi fosfor dari proses bakteri tipe air
limbah rentang antara 1,5-3% (secara berat kering). Namun,
bakteri yang bertanggung jawab untuk EBPR mengandung
jumlah yang lebih besar (4-6% pada basis berat kering). Bagian
ini meninjau proses penghilangan fosfor biologis utama dan
membahas keuntungan, kerugian, dan skema aliran.
A. PROSES ANAEROBIK / oksik (A/O)
Proses A/O adalah proses tingkat tinggi ditandai dengan tekanan
hidrolik rendah waktu (2,5-3,5 jam) dan F/M rasio tinggi (0,5-0,9 1 / hari).
Fasilitas pengolahan air limbah dapat mengadaptasi proses ini untuk
menghilangkan simultan fosfor dan nitrifikasi dengan hanya
menyesuaikan usia lumpur aerobik. Tergantung pada kondisi iklim dan
karakteristik influen, terutama berpengaruh TSS, tekanan hidrolik waktu
di zona oksik dapat berkisar 4,0-8,0 jam, sedangkan waktu tekanan
anaerobik tetap sekitar 1 jam.
B. Proses nutrifikasi Owasa
Proses owasa menggunakan fermentasi anaerobik lumpur primer
untuk menghasilkan VFAs. Proses ini mencampur supernatan VFAdiperkaya alirab dengan RAS di zona anaerobik. Perlakuan trik memfilter
influen air limbah mengalir langsung ke zona oksik bersama-sama
dengan anaerob AC RAS. Karena BOD diperlukan ditambah dengan
fermentasi, BOD / rasio fosfor yang cukup dipertahankan. kinerja handal
penghilangan fosfor dan konsisten dengan konsentrasi fosfor limbah dari
0,4 mg/l atau kurang.
C. REAKTOR SEQUENCING BATCH
Operasi sekuensial pencampuran anaerobik, aerasi, dan klarifikasi
dalam reaktor yang sama. Konsep ini telah digunakan untuk operasi skala
penuh dan merupakan SBR. Sebuah SBR dapat mencapai penghapusan
fosfor biologis saja atau dengan nitrifikasi (Manning dan Irvine 1985).
Namun, penerapan SBRs terbatas pada tingkat aliran rendah, biasanya 5
mgd atau kurang.
D. PROSES PHOSTRIP
Biaya nya mahal. Proses ini menggabungkan biologis dan penghapusan
kimia fosfor. Mirip dengan yang lain proses EBPR, proses ini subyek
biomassa untuk mengembalikan lingkungan anaerobik / oksik untuk
menumbuhkan fosfor mengumpulkan spesies. Namun, proses mengalihkan
sisi-aliran fosfor diperkaya, lumpur aktif menjadi terlucuti di mana kondisi
anaerobik mempromosikan pelepasan fosfat intraseluler. Kemudian, proses
perlakuan fosfor diperkaya, aliran supernatan dengan kapur kimia untuk
mengendapkan fosfor. Lumpur aktif, melucuti fosfor, kembali ke lembah
aerasi untuk penyerapan lebih lanjut fosfor ke dalam biomassa di bawah
kondisi oksik.
E. PRESIPITASI KIMIA
Fasilitas pengolahan air limbah secara efektif dapat menggunakan
logam garam seperti tawas, besi sulfat, dan ferric chloride untuk endapan
fosfor dalam air limbah di proses lumpur aktif konvensional. Alum dan
ferric chloride biasanya ditambahkan ke dalam pencampuran cairan pada
aerasi basin akhir. Ferrous sulfat ditambahkan dari arah depan, yang
memungkinkan oksidasi besi menjadi ion besi. Rasio molar ion logam
untuk fosfor tergantung pada limbah yang diperlukan Konsentrasi fosfor
dan pH air limbah. Biasanya, semakin rendah konsentrasi fosfor limbah,
semakin tinggi rasio molar.
Teknologi lingkungan sering menggabungkan kimia curah hujan ke
dalam desain proses EBPR sebagai siaga atau langkah darurat untuk
melengkapi proses biologis dalam mengatasi situasi tak terduga atau
menambah penghilangan fosfor diluar kapasitas proses biologis dalam
memenuhi batas limbah rendah.
Tingkat penghapusan fosfor dengan presipitasi kimia
adalah fungsi dari faktor berikut :
 konsentrasi fosfor awal
 pencetus konsentrasi kation
 konsentrasi anion lain bersaing dengan fosfor
untuk mengendapkan kation
 pH air limbah
4. SISTEM PENGHILANGAN
NITRIFIKASI / NITROGEN
Masalah
yang
umum
ketidakmampuan
untuk
mempertahankan aerobik yang cukup (oksik) waktu retensi
lumpur (SRT). Aerobik SRT adalah rata-rata jumlah waktu yang
suatu mikroorganisme tunggal menghabiskan di bagian proses
aerasi. Untuk meningkatkan parameter ini, fasilitas pengolahan
air limbah dapat membuat beberapa penyesuaian operasional
termasuk meningkatkan operasi dicampur cairan konsentrasi
padatan tersuspensi (MLSS); atau meningkatkan waktu
penahanan influen (IDT) di aerobik bagian dari proses
perlakuan.
A. SISTEM TANPA INTERNAL DAUR ULANG
1)
Proses Wuhrmann
Proses Wuhrmann, atau pasca-denitrifikasi, mencapai nitrifikasi dan
oksidasi karbon sebelum air limbah memasuki zona anoxic untuk
denitrifikasi. Respirasi Endogeneous menyediakan sumber karbon yang
diperlukan karena semua karbon ekstraseluler tersedia telah dihapus.
Meskipun upaya Wuhrmann membantu mengembangkan sistem
lumpur tunggal nitrifikasi / denitrifikasi lain, Proses ini belum pernah
digunakan dalam skala penuh. Masalah operasional termasuk tingkat
kekeruhan yang tinggi dari klarifikasi limbah, amonia lepas dari lisis sel di
zona anoxic, dan tingkat nitrat yang tinggi karena tingkat denitrifikasi
rendah (U.S.EPA 1993).
2) Proses Ludzack-Ettinger
Influen air limbah diarahkan pertama ke zona anoxic diikuti oleh zona
aerobik, proses ini disebut pre-denitrifikasi. Karena nitrifikasi terjadi setelah
zona anoxic, aliran RAS mendaur ulang nitrat. Seperti, proses ini biasanya
beroperasi dengan RAS tingkat tinggi rata – rata (75 - 150% Q). Influent air
limbah berfungsi sebagai sumber karbon untuk denitrifikasi dan tentunya
memiliki tinggi tingkat denitrifikasi dari proses Wuhrmann.
3) Oksidasi Parit
Oksidasi parit berhasil mengendalikan total konsentrasi limbah
nitrogen baik dengan mendorong simultan nitrifikasi biologi /
denitrifikasi (SBND) di reaktor yang sama atau proses biologis antara
reaktor.
Fasilitas pengolahan air limbah dapat mencapai SBND dengan
menempatkan strategis peralatan aerasi dalam proses reaktor. Dengan
demikian, mereka dapat menciptakan alternatif zona aerobik dan anoxic.
Fase teknologi parit isolasi, digunakan secara luas di Eropa, alternatif
nitrifikasi biologis dan denitrifikasi dalam reaktor yang terpisah. Namun,
teknologi ini berbeda dari SBRs karena air limbah secara terus menerus
dikeluarkan dari sistem. Proses BioDenitro, dikembangkan oleh Kruger
A/S Denmark, telah menunjukkan penerapan dan potensi di Amerika
Serikat (Tetreault etal. 1987).
B. SISTEM MENGGUNAKAN INTERNAL
DAUR ULANG STREAMS
1) Proses MLE
Proses ini meningkatkan jumlah nitrat kembali ke zona anoxic untuk
selanjutnya denitrifikasi. Dengan demikian, proses MLE menyadari
sebuah tingkat yang lebih besar dari total nitrogen (TN) reduksi.
2) Proses Empat-Tahap Bardenpho
Proses Bardenpho menyediakan kemampuan removal TN yang tidak
dapat diperoleh dalam proses MLE. Empat tahap Proses subyek
Bardenpho nitrat yang tidak didaur ulang dari zona aerobik utama
untuk anoxic kondisi di zona anoxic sekunder
Meskipun denitrifikasi biologis yang terjadi di kedua reaktor anoksik,
sumber karbon berbeda; karbon sumber zona anoxic primer disediakan
oleh influen air limbah, sedangkan respirasi endogen bertanggung
jawab untuk setiap denitrifikasi di zona anoxic sekunder. Sebuah zona
aerobik sekunder kecil sebelum klarifikasi sekunder strip pergi setiap
gas nitrogen yang tertahan di padatan dan nitrifies setiap amonia
dilepaskan dari lisis sel.
C. SIMULTAN FOSFOR DAN PROSES
PENGHILANGAN NITROGEN
1) PROSES A2 / O
Proses ini terdiri dari tiga zona dalam seri: anaerobik, anoxic, dan
oksik. Setiap zona selanjutnya dibagi menjadi beberapa kompartemen.
Influen waktu berpengaruh untuk zona anaerobik dan anoksik umumnya 1
sampai 2 jam, sedangkan zona oksik adalah 4 sampai 8 jam, tergantung
pada karakteristik influen air limbah. Ciri proses ini menggunakan
pencampur submersible untuk padatan pencampuran dalam zona
anaerobik dan anoxic. berbagai jenis perangkat aerasi yang digunakan
untuk memenuhi tuntutan oksigen dalam zona oksik.
2) PENINGKATAN PROSES A2 / O
Proses ini lebih mengoptimalkan penghapusan proses NOx-N di A2/O.
Mendaur ulang nitrified pencampuran cairan dari masing-masing tahap
oksik ke tahap anoxic untuk denitrifikasi. dibandingkan untuk proses A2/O,
proses ini mempertahankan konsentrasi BOD lebih tinggi dalam pertama
dua tahap anoxic dan menyadari tarif denitrifikasi yang lebih tinggi. proses
ini memiliki sebuah exhauster dengan waktu penahanan 15 sampai 30 menit
diinstal pada akhir setiap tahap oksik untuk menguras pencampuran cairan
DO sebelum daur ulang ke tahap anoxic.
3) PROSES MODIFIKASI BARDENPHO
Proses ini, juga dikenal sebagai proses Phoredox, terdiri dari zona
anaerob sebelum proses Bardenpho untuk mencapai penghapusan fosfor
biologis. Waktu penahanan dari 18 sampai 24 jam, internal tingkat daur
ulang dari 200 hingga 400% dari aliran nilai influen, dan tidak ada partisi
masing-masing zona. Proses ini membutuhkan polishing kimia untuk
mencapai efluen konsentrasi total fosfor dari 1 mg/l.
4) PROSES UCT / VIP
Susunan aliran dua proses identik kecuali proses VIP dipartisi dalam
zona anaerobik, anoxic, dan oksik. Kedua proses debit RAS ke zona anoxic
bukan zona anaerobik untuk menghindari efek merugikan dari daur ulang
NOx-N pada penghapusan fosfor biologis. Tambahan aliran kembali
mendaur ulang MLSS dari zona akhir anoxic ke zona anaerobik.
5) PROSES BIODENIPHO
Teknologi bertahap isolasi-parit juga digunakan untuk simultan fosfor
dan penghapusan nitrogen. Proses BioDenipho mencakup zona anaerobik
yang mendahului proses BioDenitro untuk mencapai peningkatan biologis
penghapusan fosfor (EBPR). Proses ini biasanya beroperasi pada F / M yang
rendah dengan waktu penahanan hidrolik panjang dan dapat mencapai
persyaratan TN limbah rendah.