XJY Mengubah Lumpur Limbah Menjadi Biosolid: Perjalanan Melalui Pengolahan Air Limbah dan Lebih Jauh Lagi
Pengenalan XJY Pengolahan Lumpur
Sebelum tahun 1950, sebagian besar komunitas di Amerika Serikat membuang air limbah mereka ke sungai dan aliran air tanpa pengolahan sama sekali. Seiring dengan peningkatan populasi perkotaan, kemampuan alami sungai dan aliran air untuk menangani air limbah kewalahan dan menyebabkan kualitas air memburuk di banyak wilayah. Sebagai tanggapan terhadap kekhawatiran tentang degradasi kualitas air, ribuan komunitas di seluruh Amerika Serikat membangun instalasi pengolahan air limbah.Pengolahan Air sistem tersebut dikembangkan selama tahun 1950-an dan 1960-an. Hal ini menghasilkan peningkatan kualitas air sungai dan aliran air yang signifikan, tetapi juga menciptakan material lain yang perlu ditangani: lumpur limbah. Sekitar 99% aliran air limbah yang masuk ke instalasi pengolahan air limbah dibuang sebagai air yang telah dimurnikan. Sisanya adalah suspensi encer padatan yang telah ditangkap oleh proses pengolahan. Padatan hasil pengolahan air limbah ini umumnya disebut sebagai lumpur limbah.
gambar 1 air limbah
"Lumpur limbah" atau "biosolid"—apa arti dari nama-nama tersebut?
Istilah "biosolid" baru-baru ini diperkenalkan oleh industri pengolahan air limbah. Industri ini mendefinisikan biosolid sebagai lumpur limbah yang telah melalui pengolahan yang cukup untuk stabilisasi dan pengurangan patogen, dan yang memiliki kualitas cukup tinggi untuk diaplikasikan ke lahan. Istilah ini dimaksudkan untuk membedakan lumpur limbah olahan berkualitas tinggi dari lumpur limbah mentah dan dari lumpur limbah yang mengandung sejumlah besar polutan lingkungan. Istilah "biosolid" juga membantu membedakan lumpur limbah dari lumpur industri dengan menekankan bahwa yang pertama dihasilkan oleh proses biologis. Istilah ini telah dikritik oleh beberapa pihak sebagai upaya untuk menyamarkan sifat sebenarnya dari lumpur limbah, sehingga membuat aplikasi material ini ke lahan menjadi kurang kontroversial bagi masyarakat umum. Meskipun "biosolid" tidak diragukan lagi tidak menimbulkan citra negatif yang sama seperti "lumpur limbah" atau hanya "lumpur," istilah ini sah dan fungsional jika 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 secara khusus untuk merujuk pada material yang cocok untuk diaplikasikan ke lahan.
gambar 2 Saluran lumpur limbah
Produksi Lumpur Limbah Kota XJY
Air limbah perkotaan, atau air kotor, merujuk 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, penyumbang industri ke sistem air limbah perkotaan harus melakukan pra-perawatan air limbah mereka sebelum dibuang ke sistem pembuangan limbah. Air limbah tersebut dialirkan melalui sistem pembuangan limbah sanitasi ke instalasi pengolahan air limbah terpusat (kadang-kadang disebut Instalasi Pengolahan Air Limbah Milik Publik, atau POTW). Di POTW, air kotor melewati serangkaian langkah pengolahan yang menggunakan proses fisik, biologis, dan kimia untuk menghilangkan nutrisi dan padatan, menguraikan bahan organik, dan menghancurkan patogen (organisme penyebab penyakit) dalam air. Air yang telah dimurnikan dilepaskan ke sungai dan aliran air, atau dapat disemprotkan ke area lahan yang luas.
Gambar 3 Pengolahan lumpur limbah perkotaan
Pengolahan awal air limbah mentah melibatkan penyaringan untuk menghilangkan benda-benda besar seperti ranting, botol, kertas, dan kain, serta tahap penghilangan pasir di mana padatan anorganik (pasir, kerikil, abu) dengan cepat mengendap dari air. Hasil penyaringan dan pasir yang dihilangkan pada tahap pengolahan ini biasanya dibuang ke tempat pembuangan akhir dan tidak menjadi bagian dari lumpur limbah.
Pengolahan primer melibatkan proses sedimentasi gravitasi dan flotasi yang menghilangkan sekitar setengah dari material padat yang masuk ke tahap ini. Material padat (baik organik maupun anorganik) yang mengendap selama tahap pengolahan ini diambil dari dasar dan membentuk lumpur primer. Di sebagian besar POTW (Publicly Owned Treatment Works), material terapung (minyak, lemak, kayu, dan bahan nabati) yang disaring 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 cermat di mana mikroorganisme alami digunakan untuk mendegradasi (menguraikan atau mencerna) bahan organik 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 ke dasar dan kemudian dihilangkan. Material yang sebagian besar berupa organik ini disebut lumpur sekunder.
Beberapa instalasi pengolahan air limbah juga mencakup tahapan pengolahan tersier yang dirancang untuk lebih mengurangi unsur hara tanaman (nitrogen dan fosfor), padatan tersuspensi, atau kebutuhan oksigen biologis dalam air limbah. Fosfor yang diendapkan secara kimia dan penyaringan menghasilkan lumpur tersier.
Terakhir, air tersebut menjalani pengolahan disinfeksi untuk menghancurkan mikroorganisme patogen. Air yang telah dimurnikan kemudian dilepaskan ke sungai atau dapat disemprotkan ke area lahan yang luas.
Metode pengobatan XJY untuk lumpur limbah perkotaan
Lumpur primer, sekunder, dan tersier biasanya digabungkan, dan campuran yang dihasilkan, yang mengandung 1 hingga 4% padatan, disebut lumpur limbah "mentah". Karena kandungan patogennya dan sifatnya yang tidak stabil dan mudah terurai, lumpur limbah mentah merupakan potensi bahaya bagi kesehatan dan lingkungan; namun, beberapa proses pengolahan kini digunakan untuk menstabilkan lumpur limbah, mengurangi kandungan patogennya, dan meningkatkan kandungan padatannya. Beberapa proses yang lebih umum digunakan untuk menstabilkan dan mengurangi kadar patogen dalam lumpur limbah tercantum dan dijelaskan secara singkat dalam Tabel 1.
| Metode pengobatan | Keterangan | Pengaruh pada lumpur |
| Pengentalan | Padatan lumpur dikonsentrasikan baik dengan pengendapan akibat gravitasi atau dengan memasukkan udara, yang menyebabkan padatan lumpur mengapung. | Lumpur mempertahankan sifat-sifat cairan, tetapi kandungan padatannya meningkat menjadi 5 hingga 6%. |
| Pengeringan | Pengeringan
|
|
| pencernaan anaerobik | Salah satu metode yang paling banyak digunakan untuk pengolahan lumpur. Lumpur ditahan tanpa 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 mempertahankan suhu pengolahan. |
|
| Pencernaan aerobik | Lumpur diaduk dengan udara atau oksigen selama 40 hingga 60 hari pada suhu 59 hingga 68°F. Bakteri aerob memakan lumpur tersebut, menghasilkan karbon dioksida. |
|
| Stabilisasi alkali | Bahan alkali yang cukup, paling umum berupa kapur (CaO), ditambahkan ke lumpur untuk meningkatkan pH-nya hingga minimal 12 selama 2 jam. pH harus tetap di atas 11,5 selama 22 jam berikutnya. |
|
| Pengomposan | Lumpur dikeringkan untuk meningkatkan kandungan padatan hingga sekitar 20%, kemudian dicampur dengan bahan organik berkarbon tinggi seperti serbuk gergaji. Campuran tersebut dikomposkan dalam kondisi aerobik pada suhu minimal 131°F selama beberapa hari selama proses pengomposan. |
|
Apa yang ada di dalam lumpur limbah?
Lumpur limbah terdiri dari bahan anorganik dan organik, konsentrasi tinggi beberapa unsur hara tanaman, konsentrasi jauh lebih kecil dari berbagai unsur jejak¹ dan bahan kimia organik, serta beberapa patogen. Komposisi lumpur limbah sangat bervariasi tergantung pada komposisi air limbah dan proses pengolahan yang digunakan. Tabel 2 memberikan konsentrasi median dan persentil ke-95 dari unsur hara tanaman dan beberapa unsur jejak yang ditemukan dalam lumpur limbah. Data ini berasal dari survei ekstensif terhadap lumpur limbah yang dihasilkan di Pennsylvania selama tahun 1996 dan 1997.
Pilihan untuk Menangani lumpur limbah
Lumpur limbah dapat dipandang sebagai sumber daya organik dan nutrisi yang bermanfaat atau sebagai bahan limbah yang harus dibuang. Sebelum tahun 1991, sejumlah besar lumpur limbah, termasuk beberapa dari Pennsylvania, dibuang ke laut. Kekhawatiran tentang kelebihan beban nutrisi di perairan laut menyebabkan pelarangan praktik ini. Saat ini, hampir semua lumpur limbah yang dihasilkan di Pennsylvania telah diolah dan memiliki kualitas yang cukup tinggi untuk diklasifikasikan sebagai biosolid. Kurang dari setengah dari bahan ini dibuang dengan cara penimbunan atau pembakaran, sementara biosolid yang tersisa didaur ulang ke tanah dengan digunakan dalam pertanian, reklamasi tambang, lansekap, atau hortikultura. Masing-masing pilihan ini memiliki manfaat ekonomi dan lingkungan, masalah, dan risiko yang terkait dengannya.
Pembuangan ke tempat pembuangan sampah
Dari perspektif manajemen dan penanganan material, penimbunan sampah mungkin merupakan solusi paling sederhana. Dari sudut pandang ekonomi, penimbunan sampah saat ini lebih menguntungkan dibandingkan pilihan lain. Namun, hal ini pasti akan berubah seiring dengan semakin terbatasnya lahan penimbunan sampah dan meningkatnya biaya pembuangan sampah. Dari sudut pandang lingkungan, penimbunan sampah mencegah pelepasan polutan atau patogen yang terbawa lumpur dengan memusatkan lumpur di satu lokasi. Jika tempat penimbunan sampah dibangun dan dipelihara dengan benar, risiko lingkungan akan minimal.
Namun, ada risiko yang terkait dengan pembuangan lumpur limbah ke tempat pembuangan akhir. Limbah organik mengalami dekomposisi anaerobik di tempat pembuangan akhir, menghasilkan gas metana yang dapat dilepaskan ke atmosfer. Metana adalah gas rumah kaca yang telah dikaitkan dengan pemanasan global. Gas lain yang dilepaskan dari tempat pembuangan akhir dapat menyebabkan bau yang tidak sedap. Jumlah nutrisi yang besar yang ditambahkan lumpur limbah ke tempat pembuangan akhir menimbulkan risiko bagi lingkungan setempat. Jika terjadi kegagalan pada lapisan pelindung tempat pembuangan akhir atau sistem pengumpulan lindi, nutrisi ini dapat mencemari air tanah dan air permukaan setempat. Pembuangan lumpur limbah ke tempat pembuangan akhir juga memakan ruang tempat pembuangan akhir yang berharga dan menghilangkan potensi manfaat bahan organik dan nutrisi tanaman dalam lumpur tersebut.
gambar 4 Pembuangan ke tempat pembuangan sampah
Pembuangan dengan pembakaran
Pembakaran lumpur limbah mengurangi volume material yang akan dibuang, menghancurkan patogen sepenuhnya, menguraikan sebagian besar bahan kimia organik, dan memulihkan sejumlah kecil nilai kalor yang terkandung dalam lumpur limbah. Abu residu adalah material anorganik yang stabil, relatif inert, dan hanya memiliki 10 hingga 20% dari volume lumpur asli. Sebagian besar logam jejak dalam lumpur limbah terkonsentrasi dalam abu (peningkatan konsentrasi lima hingga sepuluh kali lipat). Material ini paling sering dibuang ke tempat pembuangan sampah, meskipun berpotensi dapat digunakan dalam bahan konstruksi.
Pembakaran juga melepaskan karbon dioksida (gas rumah kaca lainnya) dan kemungkinan polutan volatil lainnya (kadmium, merkuri, timbal, dioksin) ke atmosfer. Pengoperasian insinerator membutuhkan sistem yang canggih untuk menghilangkan partikel halus (abu terbang) dan polutan volatil dari gas buang. Hal ini menjadikan pembakaran sebagai salah satu pilihan yang lebih mahal untuk pembuangan lumpur limbah. Seperti halnya penimbunan di tempat pembuangan akhir, potensi manfaat dari bahan organik dan nutrisi tanaman dalam lumpur limbah hilang.
Gambar 5 Pembuangan dengan pembakaran