Pengolahan Air Limbah Anaerobik (Dengan Diagram)

Pada artikel ini Anda akan belajar tentang pengolahan air limbah anaerobik.

Air limbah yang mengandung bahan organik yang dapat terurai (terlarut dan/atau tersuspensi) ketika mengalami pengolahan anaerobik, bahan organik tersebut mengalami berbagai reaksi biokimia. Reaksi secara luas diklasifikasikan sebagai hidrolisis, asidogenesis dan metanogenesis. Reaksi hidrolisis adalah enzim ekstraseluler yang dikatalisis.

Reaksi-reaksi ini mengubah molekul kompleks yang lebih besar (baik larut maupun tidak larut) menjadi molekul yang lebih sederhana dan lebih kecil. Polisakarida dan protein diubah menjadi monomer. Produk hidrolisis ini bertindak sebagai substrat untuk sekelompok anaerob, yang mengubahnya menjadi asam organik.

Kelompok organisme ini disebut asidogen dan prosesnya disebut asidogenesis. Reaksi asidogenesis bersifat antar sel. Selama reaksi ini sejumlah kecil hidrogen juga dihasilkan. Asam utama yang dihasilkan adalah asetat, propionat, butirat dan sejumlah kecil valerat. Reaksi hidrolisis dan asidogenesis tidak banyak menyebabkan penurunan BOD/COD.

Asam yang lebih tinggi (selain asam asetat) yang dihasilkan diubah menjadi asetat dan H ₂ oleh organisme asitogenik. Kelompok anaerob lain yang disebut metanogen mengubah asam asetat menjadi metana (CH ₄ ) dan karbon dioksida. Reaksi-reaksi ini juga intra-seluler. Beberapa metanogen menggabungkan H ₂ dan CO ₂ dan menghasilkan CH ₄ dan air (H ₂ O). Reaksi yang melibatkan metanogen disebut sebagai metanogenesis.

Beberapa reaksi metanogenik tercantum di bawah ini:

Gambar 9.31 menunjukkan keseluruhan proses anaerobik secara skematis.

Beberapa asidogen bersifat fakultatif sementara yang lain bersifat anaerob obligat (ketat). Asidogen tidak terlalu sensitif terhadap pH dan inhibitor seperti logam berat dan sulfida. Untuk metanogen, pH optimum berkisar antara 6,6 hingga 7,6. Di bawah pH 6,2 metanogen menjadi tidak aktif (tidak aktif). Beberapa penghambat proses anaerobik anorganik tercantum dalam Tabel 9.12.

Untuk Pengolahan Air Limbah Anaerobik, salah satu dari Unit berikut Dapat Digunakan :

(a) Laguna Fakultatif,

(b) Laguna anaerobik,

(c) Tangki Septik,

(d) Tangki Imhoff,

(e) Digester/reaktor anaerobik

Keuntungan utama dari proses pengolahan anaerobik dibandingkan dengan proses aerobik adalah tidak ada energi yang dikeluarkan untuk memasok udara (oksigen). Selain itu, metana yang dihasilkan sebagai produk sampingan dari proses anaerobik memiliki nilai ekonomis sebagai bahan bakar.

Keuntungan lainnya adalah hasil (sintesis sel-sel baru) sekitar seperlima dari proses aerobik, sehingga jumlah lumpur yang harus ditangani dan dibuang akan lebih sedikit. Kerugiannya dibandingkan dengan proses aerobik adalah kecepatannya yang lebih lambat.

Ketika pengolahan anaerobik dilakukan di salah satu unit (a) sampai (d) yang disebutkan sebelumnya, metana yang dihasilkan tidak dikumpulkan, tetapi dilepaskan ke atmosfer bersama dengan beberapa gas berbahaya yang menyebabkan polusi atmosfer dan gangguan lokal.

Laguna fakultatif atau laguna anaerobik dapat digunakan untuk pengolahan air limbah jika beban hidrolik dan beban organik rendah dan di lokasi di mana emisi metana dan gas berbau busuk tidak dianggap berbahaya. Tangki septik atau tangki Imhoff umumnya digunakan untuk pengolahan air limbah domestik di mana sistem pembuangan limbah tidak ada. Lumpur yang dihasilkan di masing-masing unit ini [(a) sampai (d)] harus dibuang secara berkala.

Digester/reaktor anaerobik digunakan untuk pengolahan air limbah industri berkekuatan tinggi dan bervolume tinggi dan juga untuk stabilisasi lumpur primer dan sekunder. Gas yang diproduksi di unit tersebut (terutama campuran CH ₄ dan CO ₂ ) digunakan sebagai bahan bakar.

Deskripsi, kinerja dan pendekatan desain dari unit pengolahan air limbah anaerob yang disebutkan di atas diberikan di bawah ini.

Laguna Fakultatif:

Proses fakultatif tidak sepenuhnya anaerobik. Proses ini umumnya dilakukan di bak tanah. Bagian bawah bak tersebut harus dilapisi dengan lapisan karet/plastik/tanah liat yang kedap air untuk mencegah rembesan air limbah. Sebagai alternatif, proses tersebut dapat dilakukan dalam tangki beton. Stratifikasi cekungan atau tangki terjadi.

Zona permukaan atas mungkin sekitar 30-60 cm di mana reaksi aerobik terjadi. Di zona ini reoksigenasi air limbah terjadi karena difusi molekul oksigen atmosfer. Mungkin ada beberapa pertumbuhan alga di permukaan bebas.

Lapisan kedua (di bawah lapisan atas) cekungan/tangki dihuni oleh organisme fakultatif, yang bekerja secara aerobik di dekat bagian atas lapisan ini dan secara anaerobik ke arah bagian bawah lapisan ini. Lapisan paling bawah tidak akan memiliki oksigen terlarut. Pada lapisan ini hanya terjadi reaksi anaerobik. Sludge (biomassa) yang dihasilkan terakumulasi di lantai bak/tangki.

Air limbah masuk yang bebas dari zat tersuspensi dimasukkan dekat ke dasar dan limbah yang diolah mengalir keluar melalui saluran keluar yang terletak di salah satu sisi tangki dekat dengan permukaan.

Produk gas, seperti CH ₄ , NH ₃ , H ₂ S dan CO ₂ yang terbentuk di zona anaerob bergerak ke atas melalui lapisan fakultatif dan aerobik dan akhirnya terlepas ke atmosfer. Saat bergerak ke atas, beberapa di antaranya mungkin teroksidasi. Gas-gas ini menyebabkan polusi dan gangguan atmosfer. Oleh karena itu, laguna fakultatif biasanya tidak digunakan untuk mengolah air limbah industri.

Parameter desain dan kinerja laguna fakultatif tercantum di bawah ini:

Laguna anaerobik:

Laguna anaerobik mirip dengan laguna fakultatif dalam konstruksi tetapi jauh lebih dalam. Selama pengoperasian, gemuk dan beberapa partikel padat dapat mengapung ke permukaan dan membentuk lapisan buih. Lapisan ini mencegah re-oksigenasi zona permukaan.

Oleh karena itu hanya lapisan dangkal yang dekat dengan permukaan yang akan berisi organisme fakultatif, sedangkan bagian laguna yang tersisa hanya memiliki anaerob. Zona yang dekat dengan dasar akan berisi lumpur yang terbuat dari partikel padat yang tidak terkait (jika ada di influen) dan massa bakteri yang disintesis selama proses.

Air limbah yang memiliki BOD relatif tinggi dan beberapa padatan tersuspensi dimasukkan ke dalam lapisan lumpur, umumnya di tengah laguna. Saat cairan mengalir ke atas, organik terlarut dan tersuspensi mengalami degradasi anaerobik. Limbah yang diolah dengan beberapa partikel padat mengalir keluar melalui outlet yang terletak di bawah lapisan buih di satu sisi laguna.

Gas yang dihasilkan sebagai hasil dari reaksi anaerobik yang mengandung CH ₄ , CO ₂ , H ₂ S, NH ₃ , dll., lepas ke atmosfer melalui beberapa celah di lapisan buih. Lingkungan laguna anaerobik lebih berbau busuk daripada di sekitar laguna fakultatif.

Parameter desain dan kinerja laguna anaerobik tercantum di bawah ini.

Tangki kotoran:

Septic tank hampir mirip dengan digester anaerobik. Ini tidak diaduk dan tidak dipanaskan. Tidak seperti laguna anaerobik ini benar-benar tertutup. Bagian atas tangki septik ditutup dan dilengkapi dengan port akses tertutup. Ini dapat dibuat dari beton/polietilen/fiberglass. Tangki harus kuat secara struktural dan kedap air. Tangki septik mungkin memiliki satu ruang atau dua ruang yang saling berhubungan. Saluran masuk influen dilengkapi dengan layar yang dapat dilepas untuk mencegah masuknya partikel besar.

Garis mencelupkan ke dalam kolam cairan di dalam tangki. Port akses digunakan untuk pemeriksaan, pembersihan, dan ventilasi produk gas (CH ₄ , CO ₂ , dll.). Padatan tersuspensi yang ada di influen mengendap di dasar tangki. Biodegradable terlarut dan tersuspensi mengalami reaksi anaerobik. Minyak dan beberapa partikel padat mengapung dan membentuk lapisan buih di dekat bagian atas tangki, sedangkan lumpur terakumulasi di bagian bawah.

Dalam unit ruang tunggal, saluran keluar cairan terletak di bawah lapisan buih. Outlet dilengkapi dengan siphon yang terletak tepat di luar tangki, yang mencegah keluarnya partikel padat tersuspensi dan masuknya udara. Dalam unit dua ruang, aliran keluar dari ruang pertama yang mengandung padatan tersuspensi dalam jumlah yang relatif kecil memasuki ruang kedua.

Partikel padat yang masuk bersama dengan biomassa yang dihasilkan di ruang kedua mengendap di dasar tangki. Chamber ini juga dilengkapi dengan port akses dan outlet cairan yang dilengkapi dengan siphon. Dari unit kamar tunggal maupun dari unit dua kamar, sampah yang terakumulasi dan lumpur yang mengendap dibuang secara berkala. Gambar 9.32 menunjukkan sketsa septic tank dua ruang.

Efluen yang keluar dari septic tank akhirnya dibuang melalui bidang pembuangan yang terdiri dari serangkaian parit yang diisi dengan media berpori. Partikel padat, jika ada, tertahan pada media berpori, sedangkan cairan meresap ke dalam sub-tanah. Cairan saat berada di parit mengalami reaksi aerobik sampai batas tertentu. Telah disebutkan sebelumnya bahwa septic tank biasanya tidak digunakan untuk mengolah air limbah industri.

Tangki Imhoff:

Tangki Imhoff adalah sistem dua tingkat. Ada dua kamar, satu di atas yang lain. Keduanya terbuka di bagian atas. Mereka berbentuk persegi panjang di bagian atas dan meruncing ke arah bawah. Tangki atas berfungsi sebagai ruang sedimentasi, sedangkan tangki bawah berfungsi sebagai ruang pencernaan anaerobik.

Sebuah bibir yang menggantung terletak di bagian bawah ruang atas mencegah gas dan partikel gas-buoyed yang diproduksi di ruang bawah memasuki ruang atas. Sketsa tangki Imhoff ditunjukkan pada Gambar 9.33.

Influen dimasukkan di salah satu ujung ruang atas dan limbah dari yang sama mengalir keluar melalui lubang yang terletak di ujung lain ruang ini. Air limbah saat mengalir di sepanjang ruang atas akan teroksigenasi kembali karena ruang ini terbuka ke atmosfer di bagian atas. Di ruang ini substrat terlarut mengalami reaksi aerobik.

Partikel padat tersuspensi, yang masuk ke ruang atas bersama dengan influen, mengendap melalui bukaan bawahnya ke ruang bawah. Di ruang bawah, padatan yang mengendap mengalami reaksi anaerobik.

Gas yang dihasilkan di ruang bawah keluar ke atmosfer melalui celah antara ruang atas dan bawah di bagian atas. Beberapa partikel padat yang lebih ringan dan beberapa partikel padat yang mengandung gas membentuk lapisan buih di celah antara ruang atas dan bawah di bagian atas.

Lapisan buih menghambat masuknya oksigen dan dengan demikian mempertahankan kondisi hampir anaerobik di ruang bawah. Lumpur yang terakumulasi dikeluarkan dari ruang bawah secara berkala melalui pipa penarikan lumpur baik secara mekanis atau dengan bantuan perbedaan tekanan hidrolik.

Limbah cair yang relatif jernih dari ruang atas dapat dibuang melalui bidang pembuangan yang serupa dengan septic tank. Tangki Imhoff bukanlah peralatan yang cocok untuk pengolahan air limbah industri. Ini dapat digunakan sebagai pengganti septic tank ketika influen mengandung padatan tersuspensi dalam jumlah yang relatif lebih besar.

Pencerna/Reaktor Anaerobik:

Perbedaan mendasar antara digester/reaktor anaerobik dan unit anaerobik yang dijelaskan sebelumnya adalah bahwa digester/reaktor adalah ruang kedap udara yang tertutup rapat sedangkan yang lainnya terbuka di bagian atas atau tidak tertutup rapat. Di dalam digester/reaktor gas yang dihasilkan dikumpulkan dan umumnya digunakan sebagai bahan bakar. Digester/reaktor anaerob diklasifikasikan dan disubklasifikasikan seperti yang ditunjukkan di bawah ini tergantung pada komponen internalnya, pola aliran, dll.

1. Unit Pertumbuhan yang Ditangguhkan:

(A) Digester Anaerobik

(i) Satu tahap—tarif standar

(ii) Dua tahap—tingkat tinggi

(B) Reaktor Selimut Lumpur Aliran Atas

1. Unit Pertumbuhan Terlampir:

(A) Filter

(i) Unit yang memiliki kemasan konvensional

(ii) Unit memiliki pengemasan terstruktur

(B) Ranjang Diperluas

(C) Fluidized Bed.

Sketsa beberapa unit ini ditunjukkan pada Gambar 9.34.

Uraian dari unit-unit tersebut di atas adalah sebagai berikut:

Unit Pertumbuhan yang Ditangguhkan:

Dalam unit ini biomassa (mikroba) yang dihasilkan selama operasi serta setiap partikel padat (dapat terurai secara hayati dan/atau lembam) yang memasuki unit bersama dengan influen akan tetap tersuspensi. Organik biodegradable terlarut dan tersuspensi mengalami reaksi anaerobik.

Sebagai hasil dari reaksi ini gas yang terutama mengandung CH ₄ dan CO ₂ diproduksi dan beberapa biomassa (mikroba) disintesis, akibatnya BOD aliran influen berkurang. Efluen yang diolah meninggalkan unit tersebut bersama dengan beberapa partikel tersuspensi.

Digester anaerobik digunakan untuk pengolahan air limbah industri yang mengandung biodegradable terlarut dan tersuspensi. Digester ini juga digunakan untuk mengolah lumpur dari pengendapan primer/ pengendapan sekunder. Ini disebut sebagai penstabil lumpur di mana degradasi anaerobik dari bagian lumpur yang dapat terbiodegradasi terjadi dan sejumlah gas diproduksi.

Digester ini terbuat dari baja atau beton. Digester memiliki bagian bawah berbentuk kerucut, badan silinder dan bagian atas berbentuk kubah. Suatu gas (disebut sebagai biogas) yang dihasilkan karena reaksi anaerobik terkumpul di antara kubah (atap) digester dan permukaan slurry dari mana gas tersebut dipindahkan ke tangki penyimpanan.

1. Digester Anaerob Satu Tahap,
2. Reaktor Selimut Lumpur Anaerob Aliran Atas,
3. Reaktor Anaerobik Pertumbuhan Terlampir Aliran Atas,
4. Reaktor Anaerobik Expanded-Bed/Fluidized-Bed Aliran Atas.

Kubah dapat berupa bagian integral dari digester, yang melekat pada badan digester, atau mungkin mengambang. Kubah apung meluncur ke atas saat semakin banyak gas diproduksi dan terakumulasi dan meluncur ke bawah saat gas yang terakumulasi ditarik. Celah antara kubah apung dan digester dibuat anti bocor untuk mencegah kebocoran gas yang terkumpul.

Unit satu tahap kadang-kadang disebut sebagai unit konvensional atau unit standar. Isinya tidak diaduk dan biasanya tidak dipanaskan. Karena tidak diaduk, stratifikasi terjadi di dalamnya. Di bagian bawah (di bagian berbentuk kerucut) lumpur yang dicerna terakumulasi. Zona di atasnya adalah zona pencernaan, di mana sebagian besar massa bakteri tetap dalam suspensi. Di zona ini sebagian besar reaksi terjadi. Influen diperkenalkan di zona ini.

Zona di atas zona digesti mengandung jumlah padatan tersuspensi yang relatif lebih sedikit. Dari zona ini limbah yang diolah ditarik. Partikel padat yang lebih ringan dan partikel padat yang diapungkan gas mengapung dan menumpuk di dekat antarmuka gas-cair di atas lapisan cairan supernatan. Partikel-partikel ini membentuk lapisan buih.

Gas yang dihasilkan di zona lumpur yang dicerna dan zona pencernaan mengalir ke atas melalui lapisan cairan supernatan dan lapisan buih dan akhirnya terkumpul di bawah kubah. Gelembung gas saat bergerak ke atas melalui lapisan yang berbeda menyebabkan sedikit agitasi dan sirkulasi. Lumpur yang terakumulasi dari zona lumpur dibuang secara berkala baik dengan bantuan pompa atau dengan bantuan perbedaan tekanan hidrolik. Gambar 9.35 menunjukkan sketsa unit satu tahap.

Harus ditunjukkan di sini bahwa karena stratifikasi ketidakseragaman dalam hal konsentrasi bahan organik tersuspensi dan terlarut serta populasi bakteri akan ada di digester tersebut. Karena ketidakseragaman ini, efisiensi keseluruhan digester satu tahap yang tidak diaduk akan menjadi rendah.

Oleh karena itu, untuk mencapai tingkat pengurangan BOD/COD yang diinginkan dalam unit seperti itu, waktu tinggal yang lebih lama (HRT) harus disediakan. Waktu tinggal yang diperlukan akan tergantung pada sifat substrat yang akan dirawat dan suhu pengoperasian.

Sebuah unit dua tahap disebut sebagai digester tingkat tinggi. Ini terdiri dari dua kamar yang terhubung secara seri. Di ruang pertama, aliran air limbah/lumpur dimasukkan. Isi ruang pertama dicampur secara menyeluruh dan dipertahankan pada suhu yang lebih tinggi dari suhu sekitar. Pencampuran dilakukan baik dengan sirkulasi gas atau dengan resirkulasi bubur atau dengan agitasi mekanis.

Alat pemanas (penukar panas) dapat ditempatkan di luar digester atau di dalamnya. Reaksi utama yang terjadi di ruang pertama adalah hidrolisis dan asidogenesis. Sampai batas tertentu metanogenesis juga akan terjadi. Karena suhu yang lebih tinggi dan isi digester yang tercampur dengan baik, reaksi akan berjalan dengan laju yang lebih tinggi.

Dari ruang pertama bubur akan meluap ke ruang kedua, yang umumnya tidak diaduk. Di ruang kedua reaksi lebih lanjut akan terjadi. Kamar ini juga bertindak sebagai pemukim. Gas yang diproduksi di ruang pertama dan di ruang kedua dimasukkan ke dalam bejana penyimpanan. Lumpur yang mengendap di ruang pertama biasanya dibuang, sedangkan lumpur dari ruang kedua dapat dibuang seluruhnya atau sebagian didaur ulang ke ruang pertama untuk mempertahankan konsentrasi mikroba yang lebih tinggi di dalamnya.

Kamar-kamar tersebut memiliki bentuk yang mirip dengan unit satu tahap. Sketsa unit dua tingkat ditunjukkan pada Gambar 9.36.

Reaktor Selimut Lumpur Anaerob Aliran Atas:

Perangkat lain yang termasuk dalam unit tipe pertumbuhan tersuspensi adalah reaktor Up-flow Anaerobic Sludge Blanket (UASB). Reaktor semacam itu agak mirip dalam konstruksi dengan digester anaerobik satu tahap. Namun, ini cocok untuk pengolahan air limbah yang mengandung bahan organik biodegradable.

Influen dimasukkan dekat dengan dasar kerucut reaktor semacam itu, yang mengalir ke atas melalui selimut lumpur. Selimut lumpur terdiri dari massa bakteri yang dihasilkan sebagai hasil dari reaksi anaerobik. Gas yang dihasilkan bergerak ke atas dan dapat membawa beberapa partikel padat.

Partikel padat membentuk lapisan pada antarmuka cair-gas. Gas terkumpul di bawah kubah dan di atas lapisan partikel padat. Efluen yang diolah bersama dengan beberapa partikel tersuspensi mengalir keluar ke pengendapan melalui saluran keluar yang terletak dekat dengan lapisan partikel padat yang terakumulasi. Beberapa lumpur mengendap di bagian kerucut reaktor dan dibuang dari waktu ke waktu. Lumpur reaktor dan lumpur pengendapan dibuang.

Unit Pertumbuhan Terlampir:

Air limbah berkekuatan tinggi yang sebagian besar mengandung organik biodegradable terlarut paling baik diolah di unit anaerobik tipe pertumbuhan terlampir. Dalam unit seperti itu, mikroba yang dihasilkan selama proses menempel pada permukaan bagian dalam reaktor. Bagian dalam dapat berupa pengepakan terstruktur atau pengepakan konvensional. Influen yang mengandung terlalu banyak partikel tersuspensi cenderung mencekik reaktor tersebut.

Di beberapa reaktor butiran digunakan sebagai pengganti kemasan yang lebih besar. Butiran dilapisi dengan biomassa dan bertindak sebagai situs aktif untuk reaksi anaerobik. Klasifikasi reaktor pertumbuhan terlampir telah terdaftar di Bagian 9.10.6, dan dijelaskan di bawah ini.

Reaktor Filter Anaerobik:

Reaktor filter anaerobik pada dasarnya adalah tempat tidur yang dikemas. Ini adalah kolom silinder yang dilengkapi dengan penyangga pengepakan di dekat bagian bawahnya. Di bawah penyangga pengepakan, kolom memiliki bagian berbentuk kerucut tempat lumpur terkumpul. Dukungan pengepakan dapat berupa lembaran berlubang atau kisi-kisi yang memiliki bukaan lebih kecil dari pengepakan.

Pengepakan dapat berupa kerikil atau pengepakan berbentuk (Raschig ring, Berl Saddle, dll.) yang terbuat dari keramik atau plastik. Kemasan plastik terstruktur juga digunakan. Mikroba yang dihasilkan selama proses menempel pada kemasan dan sebagian tetap tersuspensi. Dalam reaktor aliran atas, air limbah masuk tepat di bawah penyangga pengepakan dan mengalir ke atas melalui ruang kosong di antara pengepakan. Air limbah saat mengalir ke atas bersentuhan dengan kemasan yang dilapisi mikroba serta mikroba yang tersuspensi, dan mengalami reaksi anaerobik.

Limbah yang diolah dari reaktor semacam itu mengalir keluar melalui saluran keluar yang terletak di bawah ruang gas yang membawa beberapa biomassa tersuspensi. Itu dimasukkan ke dalam pemukim dari mana limbah yang diklarifikasi meluap. Sebagian lumpur yang mengendap dari pengendapan dapat didaur ulang ke reaktor, sisanya dibuang. Lumpur dari reaktor dibuang.

Gas yang dihasilkan sebagai hasil dari reaksi anaerobik menggelembung ke atas dan terkumpul di ruang gas di atas tingkat cair dari tempat ia ditarik.

Reaktor yang dikemas dengan structured packing lebih disukai daripada yang dikemas secara acak karena structured packing memberikan permukaan yang lebih spesifik dan ruang kosong yang lebih tinggi. Reaktor dengan kemasan terstruktur lebih kecil kemungkinannya untuk tersedak.

Reaktor filter anaerobik dapat dioperasikan dalam mode aliran bawah. Dari sudut pandang konstruksi mirip dengan unit up-flow. Dalam unit aliran bawah, influen dimasukkan tepat di bawah ruang gas dan efluen yang diolah ditarik dari dasar. Ini membawa lebih banyak bahan tersuspensi (biomassa). Oleh karena itu, efluen dari reaktor semacam itu harus diendapkan dalam pengendapan yang dirancang dengan baik sebelum pembuangan akhir.

Expanded Bed dan Fluidized Bed Anaerobic Reactor :

Dalam reaktor ini partikel butiran kasar bertindak sebagai nukleus untuk pertumbuhan biomassa. Ini mirip dengan filter anaerobik dalam konstruksi. Pelat penyangga partikel yang dipasang pada kolom harus memiliki bukaan yang lebih kecil sehingga partikel tidak dapat jatuh melewatinya dan pada saat yang sama penurunan tekanan yang melewati pelat penyangga tidak akan berlebihan.

Influen dimasukkan ke dalam reaktor ini di bawah pelat pendukung dan mengalir ke atas melalui unggun partikulat. Bergantung pada kecepatan superfisial air limbah yang mengalir ke atas, partikel mungkin bertumpu pada pelat pendukung dan bersentuhan satu sama lain atau hanya bersentuhan satu sama lain atau dalam suspensi. Ketika partikel-partikel hanya bersentuhan satu sama lain, bed dikatakan sebagai hamparan. Ketika kecepatan superfisial meningkat lebih jauh, partikel menjadi tersuspensi dan unggun dikatakan terfluidisasi.

Di bawah kondisi hamparan yang diperluas dan hamparan terfluidisasi, permukaan total partikel yang tertutup biomassa terpapar ke aliran air limbah yang mengalir dan organik terlarut mengalami lebih banyak interaksi dengan biomassa. Karena ukuran partikel yang lebih kecil (dibandingkan dengan packed bed) luas permukaan spesifiknya lebih besar.

Selain itu, karena kecepatan superfisial yang lebih tinggi di hamparan yang diperluas dan terfluidisasi, laju transfer polutan dari sebagian besar fase cair ke permukaan partikel akan tinggi. Akibatnya laju reaksi anaerobik akan lebih cepat. Namun, untuk mempertahankan kecepatan superfisial yang lebih tinggi yang diperlukan, seringkali perlu mendaur ulang sebagian efluen yang diolah bersama dengan influen.

Gas yang dihasilkan selama proses menggelembung ke atas melalui unggun dan terakumulasi dalam ruang gas di atas permukaan cair. Limbah olahan yang mengandung beberapa biomassa tersuspensi mengalir keluar melalui outlet yang terletak di bawah antarmuka gas-cair. Itu diselesaikan di pemukim sebelum pelepasan terakhirnya.

Beberapa partikel biomassa akan melewati bukaan pelat pendukung dan terkumpul di bagian bawah kolom yang berbentuk kerucut dari mana partikel yang terkumpul dikeluarkan dari waktu ke waktu.

Dapat disebutkan di sini bahwa reaktor unggun terekspansi dan unggun terfluidisasi belum menemukan aplikasi industri yang luas.

Pendekatan Desain Digester Anaerobik:

Digester anaerobik dua tahap dapat dioperasikan dengan daur ulang lumpur atau tanpa daur ulang lumpur. Gambar 9.36 menunjukkan sketsa digester dua tahap dengan daur ulang lumpur.

Ruang pertama dari sistem digester tersebut adalah digester yang tercampur dengan baik dan ruang kedua hanya bertindak sebagai pemukim. Persamaan yang akan digunakan untuk mendesain digester tersebut sama dengan yang digunakan untuk mendesain unit lumpur aerobik aktif satu tahap (CSTR). Persamaan terkait tercantum di bawah ini.

 

Tingkat produksi metana dari unit tersebut dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan. (9.90)

Laju produksi metana, m ³ /hari di STP

Digester anaerobik dengan daur ulang lumpur dapat dirancang melalui langkah-langkah berikut:

(i) Parameter kinetik, K _S , µ _m , ƴ, b, y dan β untuk proses anaerobik harus diperoleh baik secara eksperimen atau dari literatur yang dipublikasikan. Nilai numeriknya bergantung pada polutan (substrat) yang ada dalam air limbah/lumpur dan mikroba yang digunakan.

(ii) Jika konsentrasi substrat efluen yang diolah [S] ditetapkan, maka Ï´ _C (rata-rata waktu tinggal sel) dapat dihitung menggunakan Persamaan. (9.68). Jika dihitung nilai Ï´ _C . kurang dari 3 hari atau lebih dari 15 hari, maka nilai numerik O yang sesuai harus diasumsikan dalam rentang 3 sampai 15 hari. Sesuai dengan nilai asumsi Ï´ _C . [S] harus dihitung menggunakan persamaan Persamaan yang sama. (9.68). Nilai yang dihitung dari [S] harus dapat diterima.

(iii) Selanjutnya nilai [X] (MLVSS) yang sesuai diasumsikan dan r (waktu tinggal) dihitung menggunakan Persamaan. (9.76). Estimasi r tidak boleh kurang dari Ï´ _{C min} . Jika kurang dari Ï´ _c,mjn , nilai y yang lebih tinggi harus diasumsikan dan nilai [X] yang sesuai harus diperkirakan.

(iv) Berdasarkan nilai T yang dihitung, volume digester V diperkirakan menggunakan Persamaan. (9.77).

(v) Untuk estimasi rasio daur ulang a menggunakan Persamaan. (9.64) seseorang harus mengetahui [X] _r , karena faktor-faktor lain, yaitu Ï„ dan Ï´ _C dan [x] sudah dievaluasi. Nilai [X] _r konsentrasi biomassa dalam lumpur daur ulang akan bergantung pada desain dan kinerja pengendapan.

(vi) Produksi metana per hari dari unit tersebut diperkirakan menggunakan persamaan persamaan. (9.90).

Gambar 9.37 menunjukkan sketsa digester anaerobik dua tahap tanpa daur ulang.

Persamaan yang akan digunakan untuk mendesain digester anaerobik tanpa daur ulang serupa dengan yang digunakan untuk mendesain CMAL (laguna aerobik campuran sempurna). Persamaan tercantum di bawah ini.

Produksi metana dari unit tersebut dapat diperkirakan dengan menggunakan persamaan hubungan. (9.90).

Contoh 9.8: Digester Anaerobik:

Aliran air limbah memiliki BOD terlarut 20.000 mg/L dan laju aliran 15 m ³ / jam. akan diolah dalam digester anaerobik dua tahap dengan daur ulang lumpur. Percobaan laboratorium menunjukkan bahwa MCRT selama 18 hari akan mengurangi BOD terlarut dalam limbah yang diolah menjadi 3000 mg/L dan menghasilkan pengoperasian yang stabil. Produksi biomassa yang diamati adalah 0,1 mg/mg BOD dihilangkan. Dengan asumsi konsentrasi biomassa lumpur daur ulang 14.000 mg/L, laju pemuatan 5,6 kg BOD/m ³ hari dan β = 1,25 mg BOD/ mg sel menentukan hal berikut:

(a) Volume digester, (b) Konsentrasi sel dalam digester, (c) Rasio daur ulang, (d) Laju limbah lumpur, (e) Laju luapan dari pengendapan, dan (f) Laju pembentukan metana yang diharapkan.

Larutan:

Volume digester diperkirakan menggunakan laju pemuatan relasi,

Penataan ulang dan penyederhanaan ekspresi di atas untuk [X], diperoleh konsentrasi sel dalam digester.

Keseimbangan massa sel di sekitar digester menghasilkan persamaan berikut:

Pergantian data yang disediakan dalam persamaan di atas dan penyederhanaan hasil yang sama:

15 x 24 x 14000 a + 15×24 x 17000×0,1 = 15×24(1 +α) [X]

Mengganti, [X] = 14000α /α +0,8017 di atas dan

memecahkan yang sama ditemukan bahwa,

α = 1,2664.

Nilai [X] yang sesuai adalah 8573 mg/L. Untuk memperkirakan laju limbah lumpur, F _w , hubungan yang digunakan adalah

Laju luapan dari pemukim dapat dihitung dengan menyeimbangkan aliran volumetrik di seluruh sistem. Persamaan yang dihasilkan adalah

Tingkat produksi metana yang diharapkan dapat diperkirakan menggunakan Persamaan. (9.90).