Dalam pengolahan air limbah domestik secara anaerobik, waktu retensi dipertahankan lebih dari 2 jam, waktu retensi anoksik lebih dari 2 jam, dan waktu retensi tangki aerobik selama 6 jam. Tampaknya waktu retensi anaerobik dan anoksik bertujuan untuk menghilangkan bahan organik dengan lebih baik. Jika kandungan bahan organiknya rendah, apakah waktu retensinya perlu dipersingkat? Dan jika kandungan bahan organiknya tinggi, apakah waktu retensinya perlu diperpanjang? Apa dampaknya jika waktu retensi terlalu lama atau terlalu singkat? Tampaknya waktu retensi aerobik yang lebih lama akan memfasilitasi pertumbuhan bakteri nitrifikasi untuk menghilangkan nitrogen amonia secara lebih efektif. Terima kasih para ahli atas (penjelasan ilmu pengetahuan populer)!
Waktu Retensi Hidraulik (HRT) sering diabaikan dalam manajemen pengoperasian sehari-hari, padahal ini merupakan titik data referensi yang penting, terutama untuk sistem penghilangan nitrogen dan fosfor!
1. Apa yang dimaksud dengan Waktu Retensi Hidraulik (HRT)?
Waktu Retensi Hidraulik (disingkat HRT) adalah istilah yang digunakan dalam proses pengolahan air. Ini mengacu pada waktu rata-rata air limbah yang akan diolah tetap berada di dalam reaktor, yaitu waktu reaksi rata-rata antara air limbah dan mikroorganisme dalam reaktor biologis.
Untuk pengolahan biologis, HRT harus memenuhi persyaratan proses spesifik. Jika tidak, jika HRT tidak mencukupi, reaksi biokimia tidak akan sempurna, sehingga efisiensi pengobatan menjadi lebih lemah. Sebaliknya, HRT yang terlalu lama dapat menyebabkan penuaan lumpur pada sistem.
Tabel: HRT untuk Berbagai Proses Pengolahan Air Limbah
Ketika efisiensi pengobatan buruk, nilai HRT desain dapat digunakan untuk verifikasi. Saat memverifikasi HRT, laju aliran harus mencakup aliran balik lumpur. Jika HRT terlalu kecil, laju aliran air limbah harus dikurangi secara perlahan; jika terlalu besar, laju aliran air limbah harus ditingkatkan secara perlahan. Perhatikan bahwa setiap perubahan laju aliran air limbah harus dilakukan secara bertahap untuk menghindari beban kejut pada sistem. Mengingat tantangan dalam pengolahan air limbah, mengurangi laju aliran air limbah yang masuk tidak boleh dilakukan dengan mudah; penyesuaian terutama harus dilakukan pada laju aliran balik.
Dalam proses lumpur aktif konvensional, HRT sangat menentukan tingkat pengolahan air limbah karena menentukan waktu retensi lumpur. Namun, dalam proses MBR (Membrane Bioreactor), efek pemisahan membran menahan mikroorganisme sepenuhnya di dalam tangki reaksi, sehingga mencapai pemisahan lengkap antara waktu retensi hidraulik dan umur lumpur!
2. Perhitungan Waktu Retensi Hidrolik (HRT)
Sebenarnya ada dua jenis waktu retensi hidraulik dalam pengolahan air limbah: yang pertama disebut Waktu Retensi Hidraulik Nominal, dan yang lainnya adalah Waktu Retensi Hidraulik Aktual!
1. Waktu Retensi Hidraulik Nominal
Seperti namanya, perhitungan ini didasarkan pada definisi: waktu retensi hidrolik sama dengan volume efektif sistem pengolahan air limbah dibagi dengan laju aliran influen.
Jika volume efektif sistem pengolahan air limbah adalah V (m³), dan Q adalah laju aliran influen per jam (m³/h), maka rumus waktu retensi hidrolik adalah:
`HRT=V / Q`
2. Waktu Retensi Hidraulik Aktual
Waktu retensi hidraulik aktual mengacu pada waktu sebenarnya air limbah tetap berada dalam sistem pengolahan, dan perlu memperhitungkan aliran balik lumpur:
Jika volume efektif sistem pengolahan air limbah adalah V (m³), Q adalah laju aliran influen per jam (m³/h), dan R adalah rasio resirkulasi lumpur, maka rumus waktu retensi hidrolik adalah:
`HRT=V / [(1 + R) Q]`
Jadi, dalam sistem penghilangan nitrogen, apakah aliran resirkulasi internal disertakan dalam penghitungan waktu retensi hidraulik aktual untuk tangki anoksik? Masalah ini telah diperdebatkan. Umumnya, aliran resirkulasi internal tidak termasuk dalam rumus HRT tangki anoksik yang sebenarnya. Peraturan biasanya hanya memberikan kisaran untuk HRT tangki anoksik. Untuk penghitungan HRT tangki anoksik, rasio resirkulasi eksternal R disertakan tanpa perselisihan; secara umum diterima bahwa laju aliran masuk efektif adalah (1+R)Q.
Oleh karena itu, HRT tangki anoksik umumnya dianggap sebagai HRT=V / [(1 + R) Q].
Mengenai apakah aliran resirkulasi internal harus dihitung untuk HRT tangki anoksik, dari perspektif makroskopis, jika rasio resirkulasi internal r=4 atau N, kami menganggap bahwa air disirkulasi ulang sebanyak 4 atau N kali. Jadi, meskipun waktu retensi per lintasan singkat, total waktu selama 4 atau N lintasan berjumlah setara, sehingga secara efektif mengimbangi pengaruh resirkulasi internal.
Oleh karena itu, aliran resirkulasi internal tidak termasuk dalam rumus.
3. Peran Waktu Retensi Hidraulik (HRT)
Pengaruh HRT pada Penghapusan Nitrogen
Dalam proses A²/O, dalam kondisi HRT yang cukup lama, terdapat efisiensi penghilangan NH₃-N yang baik. Jika HRT terlalu pendek, berbagai populasi mikroba dalam tangki reaksi tidak mempunyai cukup waktu untuk tumbuh, lumpur tersapu terlalu cepat, dan reaksi nitrifikasi dan denitrifikasi tidak berjalan sepenuhnya. Ketika HRT mencapai nilai tertentu, yang cukup untuk membuat reaksi di setiap reaktor berjalan sepenuhnya, peningkatan HRT lebih lanjut hanya akan menambah beban ekonomi tanpa memberikan peningkatan yang lebih signifikan dalam penghilangan nitrogen.
Namun, penelitian pada proses MBR hibrid menunjukkan bahwa dalam rentang HRT yang diuji (4,97 jam - 8.70h), efisiensi penghilangan TN sistem meningkat seiring dengan penurunan HRT. Hal ini karena dalam kondisi HRT yang panjang, laju pemuatan organik sistem menurun, yang dapat mengintensifkan respirasi biomassa endogen, mempengaruhi aktivitas lumpur, dan pada akhirnya mengurangi efisiensi pembuangan polutan sistem. Mengurangi HRT dapat meningkatkan laju pembebanan organik sistem, sehingga meningkatkan kapasitas denitrifikasi sistem dan pada akhirnya meningkatkan kinerja penghilangan nitrogen.
Pengaruh HRT pada Penghapusan Fosfor
Dalam proses SBR, HRT memiliki dampak yang relatif kecil terhadap efisiensi penghilangan PO₄³⁻-P; proses ini tidak menunjukkan penghapusan signifikan untuk PO₄³⁻-P. Hal ini mungkin terjadi karena bakteri denitrifikasi dan organisme pengumpul polifosfat (PAO) keduanya bersifat heterotrofik. Bakteri denitrifikasi dapat menyerap dan memanfaatkan VFA sebelum PAO untuk denitrifikasi, dan PAO memiliki persyaratan yang lebih ketat terhadap sumber karbon dibandingkan bakteri denitrifikasi – bahan organik yang mudah terbiodegradasi lebih disukai digunakan oleh bakteri denitrifikasi. Hal ini menyebabkan lebih sedikit sumber karbon yang diserap oleh PAO, sehingga lebih sedikit VFA, sehingga menghasilkan lebih sedikit PHB (poli- -hidroksibutirat) yang dihasilkan dalam kondisi anaerobik. Akibatnya, energi yang dibutuhkan untuk pelepasan fosfor relatif berkurang.
Penelitian pada proses A²/O menunjukkan bahwa seiring dengan peningkatan HRT, efisiensi penyisihan TP tidak serta merta meningkat secara terus menerus melainkan menunjukkan tren yang awalnya meningkat dan kemudian menurun. Ketika HRT adalah 8 jam, efisiensi penghilangan TP adalah yang tertinggi, yang menunjukkan kinerja penghilangan terbaik. Ketika HRT meningkat menjadi 12 jam, efisiensi penyisihan TP menunjukkan tren menurun, dan kinerja penyisihan fosfor menurun. Hal ini menunjukkan bahwa HRT yang cukup lama bermanfaat untuk menghilangkan TP. Namun, seiring dengan peningkatan HRT, laju penyisihan TP secara bertahap menurun, yang dapat berdampak buruk pada penyisihan fosfor. Hal ini mungkin terjadi karena jika HRT terlalu besar dapat mengakibatkan lumpur