XJY Mengubah Lumpur Limbah Menjadi Biosolid: Perjalanan Melalui Pengolahan Air Limbah dan Selanjutnya

Tanggal 04-11-2024

Pengenalan pengolahan lumpur XJY

Sebelum tahun 1950, sebagian besar komunitas di Amerika Serikat membuang air limbah mereka ke sungai dan anak sungai dengan sedikit atau tanpa pengolahan. Seiring bertambahnya populasi perkotaan, kemampuan alami sungai dan anak sungai untuk menangani air limbah menjadi kewalahan dan menyebabkan kualitas air memburuk di banyak wilayah. Menanggapi kekhawatiran tentang penurunan kualitas air, ribuan komunitas di seluruh Amerika Serikat membangun sistem pengolahan air limbah selama tahun 1950-an dan 1960-an. Hal ini menghasilkan peningkatan kualitas air sungai dan anak sungai yang signifikan, tetapi juga menciptakan material lain yang harus ditangani: lumpur limbah. Sekitar 99% aliran air limbah yang masuk ke instalasi pengolahan dibuang sebagai air yang telah diremajakan. Sisanya adalah suspensi padatan encer yang telah ditangkap oleh proses pengolahan. Padatan hasil pengolahan air limbah ini umumnya disebut sebagai lumpur limbah.

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

Istilah "biosolid" baru-baru ini diperkenalkan oleh industri pengolahan air limbah. Industri ini mendefinisikan biosolid sebagai lumpur limbah yang telah mengalami pengolahan yang memadai untuk stabilisasi dan pengurangan patogen, serta memiliki kualitas yang cukup tinggi untuk diaplikasikan ke lahan. Istilah ini dimaksudkan untuk membedakan lumpur limbah berkualitas tinggi yang telah diolah dari lumpur limbah mentah dan dari lumpur limbah yang mengandung polutan lingkungan dalam jumlah besar. Istilah "biosolid" juga membantu membedakan lumpur limbah dari lumpur industri dengan menekankan bahwa lumpur limbah dihasilkan melalui proses biologis. Istilah ini telah dikritik oleh beberapa pihak sebagai upaya untuk menyamarkan sifat asli lumpur limbah, sehingga membuat aplikasi material ini ke lahan menjadi kurang disukai masyarakat umum. Meskipun "biosolid" tentu saja tidak memunculkan citra negatif yang sama seperti "lumpur limbah" atau hanya "lumpur", istilah ini sah dan fungsional jika digunakan dengan tepat untuk membedakannya seperti 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 cocok untuk diaplikasikan di lahan.

gambar 6 Lumpur limbah

Produksi Lumpur Limbah Kota XJY

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 kota juga dapat mencakup air dari sumber industri. Untuk menghilangkan bahan kimia atau polutan yang dihasilkan dari proses industri, kontributor industri untuk sistem air limbah kota harus melakukan pra-pengolahan air limbah mereka sebelum dibuang ke sistem pembuangan air limbah. Air limbah disalurkan melalui sistem pembuangan air limbah sanitasi ke instalasi pengolahan air limbah terpusat (kadang-kadang disebut Instalasi Pengolahan Air Limbah Milik Publik, atau POTW). Di POTW, air 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 yang diremajakan dilepaskan ke sungai dan anak sungai, atau dapat disemprotkan ke area lahan yang luas.

gambar 7 Lumpur limbah kota

Pengolahan awal limbah mentah meliputi penyaringan untuk menghilangkan benda-benda besar seperti batang kayu, botol, kertas, dan kain perca, serta tahap pembuangan pasir di mana padatan anorganik (pasir, pasir, dan abu) dengan cepat mengendap dari air. Saringan dan pasir yang dibuang pada tahap pengolahan ini biasanya dibuang ke TPA dan tidak menjadi bagian dari lumpur limbah.

Pengolahan primer melibatkan proses sedimentasi dan flotasi gravitasi yang menghilangkan sekitar setengah dari material padat yang memasuki tahap ini. Material padat (baik organik maupun anorganik) yang mengendap selama tahap pengolahan ini diambil dari dasar dan membentuk lumpur primer. Pada sebagian besar POTW, material yang mengapung (minyak, lemak, kayu, dan sisa tanaman) yang tersaring 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 (memecah 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 bak sedimentasi sekunder, massa sel mikroba mengendap di dasar dan dihilangkan. Material organik ini disebut lumpur sekunder.

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

Akhirnya, air tersebut menjalani proses disinfeksi untuk menghancurkan mikroorganisme patogen. Air yang telah diremajakan kemudian dialirkan ke sungai atau dapat disemprotkan ke area yang luas.

Metode pengolahan lumpur limbah kota XJY

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 berpotensi membahayakan kesehatan dan lingkungan; namun, beberapa proses pengolahan kini digunakan untuk menstabilkan lumpur limbah, mengurangi kandungan patogen, dan meningkatkan kandungan padatan. Beberapa proses yang lebih umum digunakan untuk menstabilkan dan mengurangi kadar patogen dalam lumpur limbah tercantum dan dijelaskan secara singkat pada Tabel 1.

Metode pengobatan	Keterangan	Dampak pada lumpur
Penebalan	Padatan lumpur dipekatkan baik melalui pengendapan akibat gaya gravitasi maupun dengan memasukkan udara, yang menyebabkan padatan lumpur mengapung.	Lumpur mempertahankan sifat cairan, namun kandungan padatan meningkat menjadi 5 hingga 6%
Pengeringan	Pengeringan pengeringan udara di atas hamparan pasir sentrifugasi penekanan sabuk (penyaringan)	Meningkatkan kandungan padatan hingga 15 hingga 30% Pengeringan udara mengurangi patogen Sentrifugasi dan filtrasi menyebabkan hilangnya sebagian nutrisi
Pencernaan anaerobik	Salah satu metode pengolahan lumpur yang paling umum digunakan. Lumpur diendapkan tanpa udara selama 15 hingga 60 hari pada suhu 20 hingga 55°C. Bakteri anaerobik memakan lumpur, menghasilkan metana dan karbon dioksida. Di beberapa instalasi pengolahan, metana dikumpulkan dan dibakar untuk mempertahankan suhu pengolahan.	Meningkatkan kandungan padatan Mengurangi bau Mengurangi padatan volatil Mengurangi patogen yang masih hidup Melestarikan 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 dan menghasilkan karbon dioksida.	Meningkatkan kandungan padatan Mengurangi bau Mengurangi padatan volatil Mengurangi patogen yang layak Biasanya terjadi kehilangan nitrogen
Stabilisasi alkali	Bahan alkali yang cukup, paling umum 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.	Mengurangi padatan volatil Mengurangi patogen yang layak Kehilangan amonia (NH3) Fosfor dapat diubah menjadi bentuk yang tidak mudah tersedia bagi tanaman.
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.	Pengurangan volume lumpur Mengurangi bau Mengurangi padatan volatil Menstabilkan bahan organik Membasmi sebagian besar patogen Menurunkan nilai nutrisi tanaman

Apa yang ada di lumpur limbah??

Lumpur limbah terdiri dari bahan anorganik dan organik, konsentrasi tinggi beberapa unsur hara tanaman, konsentrasi yang jauh lebih kecil dari berbagai unsur mikro¹ dan bahan kimia organik, serta beberapa patogen. Komposisi lumpur limbah sangat bervariasi tergantung pada komposisi air limbah dan proses pengolahan yang digunakan. Tabel 2 menunjukkan konsentrasi median dan persentil ke-95 unsur hara tanaman dan beberapa unsur mikro yang terdapat 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 dapat dimanfaatkan secara bermanfaat, atau sebagai limbah yang harus dibuang. Sebelum tahun 1991, sejumlah besar lumpur limbah, termasuk beberapa dari Pennsylvania, dibuang dengan cara dibuang ke laut. Kekhawatiran akan kelebihan muatan 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 separuh material ini dibuang dengan cara penimbunan atau pembakaran, sementara biosolid yang tersisa didaur ulang ke tanah melalui penggunaan di bidang pertanian, reklamasi tambang, lansekap, atau hortikultura. Masing-masing pilihan ini memiliki manfaat, masalah, dan risiko ekonomi dan lingkungan 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 baik dibandingkan dengan pilihan lain. Namun, hal ini tentu akan berubah seiring dengan semakin terbatasnya lahan TPA 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 TPA dibangun dan dirawat dengan baik, risiko lingkungan akan minimal.

Namun, terdapat risiko yang terkait dengan pembuangan lumpur limbah ke TPA. Sampah organik mengalami dekomposisi anaerobik di TPA, menghasilkan gas metana yang dapat terlepas ke atmosfer. Metana adalah gas rumah kaca yang telah dikaitkan dengan pemanasan global. Gas-gas lain yang dilepaskan dari TPA dapat menyebabkan bau yang tidak sedap. Sejumlah besar nutrisi yang ditambahkan lumpur limbah ke TPA menimbulkan risiko bagi lingkungan setempat. Jika terjadi kegagalan pada lapisan TPA atau sistem pengumpulan lindi, nutrisi ini dapat mencemari air tanah dan air permukaan setempat. Membuang lumpur limbah ke TPA juga menghabiskan ruang TPA yang berharga dan menghilangkan potensi manfaat bahan organik dan nutrisi tanaman dalam lumpur.

gambar 8 Pembuangan ke tempat pembuangan sampah

Pembuangan dengan insinerasi

Insinerasi lumpur limbah mengurangi volume material yang akan dibuang, menghancurkan patogen secara menyeluruh, menguraikan sebagian besar bahan kimia organik, dan memulihkan sejumlah kecil nilai panas yang terkandung dalam lumpur limbah. Abu residu merupakan material anorganik yang stabil dan relatif inert, hanya mengandung 10 hingga 20% dari volume lumpur awal. Sebagian besar logam jejak dalam lumpur limbah terkonsentrasi di abu (konsentrasinya meningkat lima hingga sepuluh kali lipat). Material ini umumnya dibuang ke TPA, meskipun berpotensi dapat digunakan sebagai material konstruksi.

Insinerasi juga melepaskan karbon dioksida (gas rumah kaca lainnya) dan kemungkinan polutan volatil lainnya (kadmium, merkuri, timbal, dioksin) ke atmosfer. Pengoperasian insinerator membutuhkan sistem canggih untuk menghilangkan partikel halus (abu terbang) dan polutan volatil dari gas buangan. Hal ini menjadikan insinerasi salah satu opsi yang lebih mahal untuk pembuangan lumpur limbah. Seperti halnya penimbunan di tempat pembuangan akhir (TPA), potensi manfaat dari bahan organik dan nutrisi tanaman dalam lumpur limbah pun hilang.

gambar 9 Pembuangan dengan insinerasi