XJY Mengubah Lumpur Limbah menjadi Biosolid: Perjalanan Melalui Pengolahan Air Limbah dan Selebihnya

09-09-2024 12:40:11

Pengenalan pengolahan lumpur XJY

Sebelum tahun 1950, sebagian besar masyarakat di Amerika Serikat membuang air limbah mereka, atau limbah, ke sungai kecil dan tanpa pengolahan apa pun. Seiring dengan meningkatnya populasi perkotaan, kemampuan alami sungai untuk menangani air limbah menjadi kewalahan dan menyebabkan kualitas air memburuk di banyak wilayah. Menanggapi kekhawatiran mengenai penurunan kualitas air, ribuan komunitas di seluruh Amerika Serikat membangun sistem pengolahan air limbah selama tahun 1950an dan 1960an. Hal ini menghasilkan peningkatan kualitas aliran dan air sungai, namun menciptakan bahan lain untuk mengatasinya: lumpur limbah. Sekitar 99% aliran air limbah yang masuk ke instalasi pengolahan dibuang sebagai air peremajaan. Sisanya merupakan suspensi encer padatan yang telah ditangkap oleh proses pengolahan. Padatan pengolahan air limbah ini biasanya disebut sebagai lumpur limbah.

"Lumpur limbah" atau "biosolid"--apalah arti sebuah nama?

Istilah "biosolids" baru-baru ini diperkenalkan oleh industri pengolahan air limbah. Industri mendefinisikan biosolid sebagai lumpur limbah yang telah mengalami pengolahan yang memadai untuk stabilisasi dan pengurangan patogen, dan memiliki kualitas yang cukup tinggi untuk diaplikasikan pada lahan. Istilah ini dimaksudkan untuk membedakan lumpur limbah yang diolah dan berkualitas tinggi dari lumpur limbah mentah dan dari lumpur limbah yang mengandung polutan lingkungan dalam jumlah besar. Istilah "biosolids" juga membantu membedakan lumpur limbah dari lumpur industri dengan menekankan bahwa lumpur limbah dihasilkan melalui proses biologis. Istilah ini telah dikritik oleh beberapa orang sebagai upaya untuk menyamarkan sifat sebenarnya dari lumpur limbah, sehingga membuat penggunaan bahan ini pada lahan menjadi kurang disetujui oleh masyarakat umum. Meskipun "biosolids" tidak menimbulkan gambaran negatif yang sama seperti "lumpur limbah" atau hanya "lumpur", ini adalah istilah yang sah dan fungsional bila digunakan dengan benar untuk membuat perbedaan yang dijelaskan di atas. Dalam dokumen ini, "lumpur limbah" akan digunakan untuk merujuk pada padatan pengolahan air limbah secara umum, dan "biosolid" akan digunakan untuk merujuk secara khusus pada material yang sesuai untuk aplikasi lahan.

gambar 6Lumpur limbah

Produksi Lumpur Limbah XJY Kota

Air limbah kota, atau air limbah, mengacu pada air yang telah digunakan di rumah atau bisnis di daerah perkotaan dan pinggiran kota untuk mencuci, mandi, dan menyiram toilet. Air limbah perkotaan juga dapat mencakup air dari sumber industri. Untuk menghilangkan bahan kimia atau polutan yang dihasilkan dari proses industri, industri yang berkontribusi pada sistem air limbah kota harus melakukan pengolahan air limbah terlebih dahulu sebelum dibuang ke sistem saluran pembuangan. Air limbah dialirkan melalui sistem saluran pembuangan sanitasi ke instalasi pengolahan air limbah terpusat (terkadang disebut Pekerjaan Pengolahan Milik Publik, atau POTW). Di POTW, limbah melewati serangkaian langkah pengolahan yang menggunakan proses fisik, biologis, dan kimia untuk menghilangkan nutrisi dan padatan, memecah bahan organik, dan menghancurkan patogen (organisme penyebab penyakit) di dalam air. Air hasil peremajaan dialirkan ke aliran sungai, atau dapat disemprotkan ke lahan yang luas.

gambar 7 Lumpur limbah kota

Pengolahan awal limbah mentah melibatkan penyaringan untuk menghilangkan benda-benda besar seperti tongkat, botol, kertas, dan kain lap, dan tahap penghilangan pasir di mana padatan anorganik (pasir, pasir, abu) dengan cepat mengendap di dalam air. Penyaringan dan pasir yang dibuang pada tahap pengolahan ini biasanya ditimbun dan tidak menjadi bagian dari lumpur limbah.

Pengolahan primer melibatkan sedimentasi gravitasi dan proses flotasi yang menghilangkan sekitar setengah material padat yang memasuki tahap ini. Bahan padat (baik organik maupun anorganik) yang mengendap selama tahap pengolahan ini diambil dari dasar dan merupakan lumpur primer. Di sebagian besar POTW, material terapung (minyak, lemak, kayu, dan bahan nabati) yang diambil dari permukaan air selama pengolahan primer dibuang secara terpisah dan tidak menjadi bagian dari lumpur primer.

Pengolahan sekunder adalah proses biologis yang dikontrol dan dipercepat secara hati-hati di mana mikroorganisme alami digunakan untuk mendegradasi (mengurai atau mencerna) bahan organik yang tersuspensi dan terlarut dalam air limbah. Bahan ini diubah menjadi karbon dioksida yang dilepaskan ke atmosfer dan menjadi massa sel mikroba.

Di cekungan sedimentasi sekunder, massa sel mikroba mengendap di dasar dan dibuang. Bahan yang sebagian besar organik ini disebut lumpur sekunder.

Beberapa instalasi pengolahan juga mencakup langkah-langkah pengolahan tersier yang dirancang untuk mengurangi lebih lanjut unsur hara tanaman (nitrogen dan fosfor), padatan tersuspensi, atau kebutuhan oksigen biologis dalam air limbah. Fosfor yang diendapkan secara kimia dan filtrasi menghasilkan lumpur tersier.

Terakhir, air menjalani perawatan desinfeksi untuk menghancurkan mikroorganisme patogen. Air hasil peremajaan kemudian dialirkan ke aliran sungai atau sungai atau dapat disemprotkan ke lahan yang luas.

XJY Metode pengolahan lumpur limbah kota

Lumpur primer, sekunder, dan tersier biasanya digabungkan, dan campuran yang dihasilkan, yang mengandung 1 hingga 4% padatan, disebut lumpur limbah "mentah". Karena kandungan patogen dan sifatnya yang tidak stabil dan mudah terurai, lumpur limbah mentah berpotensi membahayakan kesehatan dan lingkungan; namun, beberapa proses pengolahan kini digunakan untuk menstabilkan lumpur limbah, menurunkan kandungan patogen, dan meningkatkan kandungan padatannya. Beberapa proses yang lebih umum digunakan untuk menstabilkan dan mengurangi tingkat patogen dalam lumpur limbah dicantumkan dan dijelaskan secara singkat pada Tabel 1.

Metode pengobatan	Keterangan	Efek pada lumpur
Penebalan	Padatan lumpur terkonsentrasi baik melalui pengendapan akibat gravitasi atau dengan memasukkan udara, yang menyebabkan padatan lumpur mengapung.	Lumpur mempertahankan sifat-sifat cairan, namun kandungan padatan meningkat menjadi 5 hingga 6%
Pengeringan	Pengeringan pengeringan udara di hamparan pasir sentrifugasi pengepresan sabuk (filtrasi)	Meningkatkan konten padatan hingga 15 hingga 30% Pengeringan udara mengurangi patogen Sentrifugasi dan filtrasi mengakibatkan hilangnya sejumlah nutrisi
Pencernaan anaerobik	Salah satu metode yang paling banyak digunakan untuk pengolahan lumpur. Lumpur ditahan tanpa adanya udara selama 15 hingga 60 hari pada suhu 68 hingga 131°F. Bakteri anaerob memakan lumpur, menghasilkan metana dan karbon dioksida. Di beberapa instalasi pengolahan, metana dikumpulkan dan dibakar untuk menjaga suhu pengolahan.	Meningkatkan konten padatan Mengurangi bau Mengurangi padatan yang mudah menguap Mengurangi patogen yang hidup Menghemat nutrisi tanaman
Pencernaan aerobik	Lumpur diaduk dengan udara atau oksigen selama 40 hingga 60 hari pada suhu 59 hingga 68°F. Bakteri aerobik memakan lumpur, menghasilkan karbon dioksida.	Meningkatkan konten padatan Mengurangi bau Mengurangi padatan yang mudah menguap Mengurangi patogen yang hidup Biasanya terjadi kehilangan nitrogen
Stabilisasi basa	Bahan alkali yang cukup, paling umum kapur (CaO), ditambahkan ke lumpur untuk meningkatkan pH hingga minimal 12 selama 2 jam. PH harus tetap di atas 11,5 selama 22 jam berikutnya	Mengurangi padatan yang mudah menguap Mengurangi patogen yang hidup Hilangnya amonia (NH3) Fosfor dapat diubah menjadi bentuk yang tidak tersedia bagi tanaman
Pengomposan	Lumpur dikeringkan untuk meningkatkan kandungan padatan menjadi sekitar 20%, kemudian dicampur dengan bahan organik berkarbon tinggi seperti serbuk gergaji. Campuran tersebut dibuat kompos dalam kondisi aerobik pada suhu minimal 131°F selama beberapa hari selama proses pengomposan.	Pengurangan volume lumpur Mengurangi bau Mengurangi padatan yang mudah menguap Menstabilkan bahan organik Menghilangkan sebagian besar patogen Mengurangi nilai nutrisi tanaman

Apa yang ada di lumpur limbah?

Lumpur limbah terdiri dari bahan anorganik dan organik, beberapa unsur hara tanaman dengan konsentrasi tinggi, sejumlah elemen jejak dan bahan kimia organik dengan konsentrasi yang jauh lebih kecil, dan beberapa patogen. Komposisi lumpur limbah sangat bervariasi tergantung pada komposisi air limbah dan proses pengolahan yang digunakan. Tabel 2 menunjukkan konsentrasi nutrisi tanaman rata-rata dan persentil ke-95 dan beberapa elemen jejak yang ditemukan dalam lumpur limbah. Data ini berasal dari survei ekstensif terhadap lumpur limbah yang diproduksi di Pennsylvania selama tahun 1996 dan 1997.

Pilihan untuk Menangani Lumpur Limbah

Lumpur limbah dapat dipandang sebagai sumber organik dan nutrisi untuk dimanfaatkan secara bermanfaat atau sebagai bahan limbah untuk dibuang. Sebelum tahun 1991, sejumlah besar lumpur limbah, termasuk sebagian dari Pennsylvania, dibuang melalui pembuangan ke laut. Kekhawatiran tentang kelebihan nutrisi di perairan laut menyebabkan pelarangan praktik ini. Saat ini, hampir semua lumpur limbah yang diproduksi di Pennsylvania telah diolah dan memiliki kualitas yang cukup tinggi untuk diklasifikasikan sebagai biosolid. Kurang dari separuh bahan ini dibuang melalui penimbunan atau pembakaran, sedangkan sisa biosolid didaur ulang menjadi tanah untuk digunakan dalam pertanian, reklamasi tambang, pertamanan, atau hortikultura. Masing-masing pilihan ini mempunyai manfaat, masalah, dan risiko ekonomi dan lingkungan yang terkait dengannya.

Pembuangan TPA

Dari sudut pandang manajemen dan penanganan material, penimbunan sampah mungkin merupakan solusi paling sederhana. Dari sudut pandang ekonomi, penimbunan sampah saat ini lebih baik dibandingkan dengan pilihan lain. Namun hal ini pasti akan berubah karena ruang TPA menjadi lebih terbatas dan biaya tipping (biaya pembuangan sampah) meningkat. Dari sudut pandang lingkungan, penimbunan sampah mencegah pelepasan polutan atau patogen yang terbawa lumpur dengan memusatkan lumpur ke satu lokasi. Jika TPA dibangun dan dipelihara dengan baik, maka risiko terhadap lingkungan dapat diminimalkan.

Namun demikian, ada risiko yang terkait dengan pembuangan lumpur limbah ke TPA. Sampah organik mengalami dekomposisi anaerobik di tempat pembuangan sampah, menghasilkan gas metana yang dapat dilepaskan ke atmosfer. Metana adalah gas rumah kaca yang berperan dalam pemanasan global. Gas-gas lain yang dikeluarkan dari tempat pembuangan sampah dapat menimbulkan bau yang tidak sedap. Banyaknya unsur hara yang ditambahkan oleh lumpur limbah ke tempat pembuangan sampah menimbulkan risiko terhadap lingkungan setempat. Jika terjadi kegagalan pada lapisan TPA atau sistem pengumpulan lindi, nutrisi ini dapat mencemari air tanah dan air permukaan setempat. Lumpur limbah yang ditimbun di TPA juga menghabiskan ruang TPA yang berharga dan menghilangkan potensi manfaat bahan organik dan nutrisi tanaman di dalam lumpur.

gambar 8Pembuangan TPA

Pembuangan insinerasi

Pembakaran lumpur limbah mengurangi volume bahan yang akan dibuang, menghancurkan patogen sepenuhnya, menguraikan sebagian besar bahan kimia organik, dan memulihkan sejumlah kecil nilai panas yang terkandung dalam lumpur limbah. Abu sisa merupakan bahan anorganik yang stabil, relatif lembam, dan hanya memiliki 10 hingga 20% volume lumpur asli. Sebagian besar logam jejak dalam lumpur limbah menjadi terkonsentrasi di abu (peningkatan konsentrasi lima hingga sepuluh kali lipat). Bahan ini paling sering ditimbun, meskipun berpotensi digunakan dalam bahan konstruksi.

Insinerasi juga melepaskan karbon dioksida (gas rumah kaca lainnya) dan kemungkinan polutan mudah menguap lainnya (kadmium, merkuri, timbal, dioksin) ke atmosfer. Pengoperasian insinerator memerlukan sistem canggih untuk menghilangkan partikel halus (fly ash) dan polutan yang mudah menguap dari tumpukan gas. Hal ini menjadikan insinerasi sebagai salah satu pilihan yang lebih mahal untuk pembuangan lumpur limbah. Seperti halnya penimbunan sampah, potensi manfaat bahan organik dan nutrisi tanaman dalam lumpur limbah juga hilang.