Kemajuan teknologi: Perkembangan terbaru dalam teknologi pengolahan air limbah perkotaan

Thread Content

Postingan ini terakhir diedit oleh hesonchang214 pada tanggal 2009-8-11 pukul 09:32. Tujuan utama dari penelitian pengembangan proses pengolahan yang baru adalah:
• Meningkatkan kualitas air hasil pengolahan: mengurangi kandungan partikel tersuspensi, nutrien berlebih, zat-zat yang sulit diuraikan oleh mikroba, serta kandungan senyawa anorganik yang larut; sekaligus memperbaiki indikator kebersihan air.
• Mengurangi biaya pengolahan (dan investasi) yang diperlukan untuk mencapai kapasitas dan efektivitas pengolahan yang sama.
• Mengurangi luas lahan yang diperlukan untuk proses pengolahan.
• Meningkatkan kapasitas pengolahan.

2. Metode lumpur aktif – Teknologi pemisahan menggunakan membran
Konsep teknologi pemisahan menggunakan membran: Dalam teknologi ini, membran berfungsi seperti bahan penyaring dalam filter biasa. Membran memungkinkan sebagian komponen dalam campuran cair untuk melewatinya, sementara komponen lainnya tidak dapat melewatinya. Dengan demikian, tujuan pemisahan campuran cair dapat tercapai. Klasifikasi membran dan karakteristik pemisahannya: Mikrofiltrasi: bakteri, protozoa; Ultrafiltrasi: emulsi, virus; Nanofiltrasi: humus, enzim, agen aktif/pigmen; Reverse osmosis: garam terlarut. Dalam pengolahan air limbah domestik di Kota Salt City, yang paling sering digunakan adalah mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi. Untuk pengolahan air limbah industri, digunakan nanofiltrasi dan reverse osmosis. 2.1 Teknologi pemisahan membran – Cara kerja dasar: I. Dead-end: Arah aliran cairan yang akan difilter berlawanan dengan arah membran filter. Tekanan masukan cairan campuran umumnya berkisar antara 0,5–2,5 bar. Polutan padat (terutama ketika konsentrasinya tinggi) mudah membentuk lapisan di permukaan membran, sehingga menyebabkan penyumbatan pada membran tersebut. Oleh karena itu, perlu dibersihkan secara rutin. Ketika konsentrasi zat padat tinggi, cara kerja ini tidak efisien. II Aliran silang – Cara ini: Arah aliran cairan yang akan difilter sejajar dengan membran filter. Sebagian dari aliran campuran tersebut menembus membran, sedangkan polutan padat yang tertahan akan membentuk lapisan tipis di permukaan membran. Namun, karena kecepatan aliran air yang masuk cukup tinggi (1–6 meter/detik), sebagian besar polutan padat yang menempel di permukaan membran tersebut terbawa pergi oleh arus air. Oleh karena itu, siklus pembersihannya relatif lebih lama. Namun, pembentukan aliran air yang cepat membutuhkan konsumsi energi yang tinggi. 2.2 Penerapan teknologi membran • Pengolahan larutan yang berasal dari proses pembuangan limbah • Pengolahan air limbah yang mengandung logam berat • Pengolahan berbagai jenis air limbah industri • … • Pengolahan air limbah domestik di kota-kota? ? Dalam pengolahan air limbah perkotaan, digunakan untuk: • Kualitas air keluaran yang khusus • Saat membangun atau memperluas pabrik pengolahan air limbah, terdapat keterbatasan ruang yang tersedia • Diperlukannya penggunaan kembali air limbah yang telah diolah – untuk kualitas air keluaran yang khusus • Pabrik pengolahan air limbah skala kecil • Air limbah dengan konsentrasi tinggi. Belakangan ini, di negara-negara seperti Jerman dan Inggris di Eropa, terjadi peningkatan minat penelitian terhadap teknologi membran ； Mengapa masih belum bisa dipopulerkan? ? Kekurangan teknologi tinggi: • Kurangnya pengalaman dalam desain dan pengoperasian? • Investasi yang tinggi? • Biaya operasional yang tinggi – Apakah filtrasi membran membutuhkan konsumsi energi yang besar? • Umur pakai komponen membran yang pendek – biaya operasional yang tinggi? • Proses pembersihan kimia membran, efektivitas pembersihannya, serta aspek otomatisasinya masih perlu ditingkatkan? • Masalah fleksibilitas operasional – Beban dampak hidrolik di musim hujan? Kelebihan:
• Waktu tinggal air dan waktu tinggal lumpur dapat dipisahkan – sehingga memungkinkan terciptanya konsentrasi lumpur yang tinggi.
• Konsentrasi lumpur yang tinggi (4–5 kali lebih tinggi dibandingkan metode activated sludge konvensional); namun, karena keterbatasan pasokan oksigen, konsentrasi lumpur tidak boleh terlalu tinggi.
• Volume ruang yang diperlukan untuk proses pengolahan lebih kecil.
• Prosesnya lebih sederhana – tidak perlu adanya tangki sedimentasi kedua.
• Membutuhkan lahan yang sedikit.
• Tidak ada masalah berkaitan dengan pembengkakan lumpur.
• Jumlah lumpur sisa yang dihasilkan sangat sedikit – hanya sepertiga dari metode activated sludge konvensional.
• Kualitas air hasil pengolahan baik, dengan indikator kebersihan yang tinggi. Phosfor dapat dihilangkan secara efektif (namun 30% dari phosfor tersebut akan dilepaskan kembali ke air limbah selama proses anaerobik). Tidak ada zat terlarut yang tersisa; COD yang disebabkan oleh zat terlarut juga dapat dihilangkan sepenuhnya. Air hasil pengolahan bebas bakteri, sama seperti hasil proses activated sludge konvensional yang dikombinasikan dengan filtrasi pasir (untuk menghilangkan zat terlarut) serta oksidasi menggunakan UV atau ozon (untuk membunuh bakteri dan mendisinfeksi air). Keunggulan-keunggulan ini telah terbukti selama proses perancangan, pembangunan, dan pengoperasian. 2.3 Arah Penelitian: Mengembangkan kelebihan-kelebihan yang ada ； Atasi kekurangan. Namun, arah terobosan yang signifikan adalah yang kedua. • Jenis bahan membran: membran organik polipropilena-sianida, membran organik polietilen, membran keramik anorganik. • Mengatasi masalah tekanan dan ketahanan. • Proses dan cara pengoperasian. • Mencegah terbentuknya endapan – Apa saja masalah mendasar yang perlu diatasi dalam penelitian ini, baik pada permukaan maupun bagian dalam membran? Kelayakan ekonomi! – Bentuk prosesnya adalah tipe terpisah: komponen membran diberi tekanan. Kapasitas alirannya tinggi. Mudah dioperasikan, serta mudah untuk membersihkan dan mengganti membran. Diperlukan tekanan yang tinggi (lebih dari 1 bar). Proses ini membutuhkan energi yang banyak. Untuk mengurangi penumpukan kotoran di permukaan membran, diperlukan sirkulasi air menggunakan pompa agar kecepatan aliran air meningkat. Hal ini menyebabkan konsumsi energi yang tinggi, dan juga berdampak negatif terhadap aktivitas sludge aktif. Tipe terpadu I: • Pompa vakum digunakan untuk menyedot cairan yang akan difilter (tekanan negatif); perbedaan tekanannya kurang dari 0,5 bar. Besarnya laju aliran dapat diatur dengan mengubah tingkat tekanan negatif tersebut. Jumlah kali pembersihan kimia yang diperlukan sedikit (2 kali per tahun). Dengan adanya aliran air yang berasal dari proses aerasi dan penempatan komponen membran secara searah, endapan kotoran di permukaan membran berkurang. Hal ini mengurangi kebutuhan akan siklus hidraulik menggunakan pompa, sehingga konsumsi energi pun berkurang. • Membutuhkan lahan yang sedikit, sehingga metode produksi ini digunakan secara luas. • Dalam merancang kemampuan pengisian oksigen, perlu diperhatikan hal berikut: diameter pori yang besar, dengan nilai α = 0,17–0,2 (TS = 15–10 g/l) ； Aerasi mikropori: α = 0,5–0,6 (TS = 15–10 g/l). • Metode lumpur aktif konvensional: α = 0,8 (TS = 3–4 g/l). Tipe Integrated II: • Tidak memerlukan pompa vakum. Dengan memanfaatkan gravitasi, konsumsi energinya rendah. • Tidak ada sistem pemantauan pompa vakum. Persyaratan teknisnya rendah • Pengoperasiannya sederhana • Fluxnya kecil, cocok untuk pabrik pengolahan air limbah skala kecil. – Keuntungan ekonomis dari penggunaan teknologi pemisahan membran di pabrik pengolahan air limbah perkotaan (biaya total per unit air limbah yang diolah) ditentukan oleh tiga faktor utama: • Konsumsi energi • Biaya komponen membran: • Kemampuan filtrasi. Faktor-faktor yang mempengaruhi kemampuan filtrasi antara lain: – Endapan kotoran pada permukaan membran atau di dalam membran itu sendiri. Penyebabnya antara lain karakteristik membran itu sendiri, serta bentuk endapan yang menyumbat saluran-saluran pada membran. Penyumbatan tersebut umumnya disebabkan oleh polimer ekstraseluler (EPS). Endapan permukaan terutama disebabkan oleh struktur lumpur. – Mencegah terbentuknya endapan di dalam membran: Proyek penelitian yang dilakukan oleh Universitas Teknik Aachen di Jerman pada tahun 2001. Para ilmuwan menggunakan teknologi protoplasma untuk mencegah protein menempel pada kateter jantung. Berencana memanfaatkan hasil penelitian ini dalam teknologi pengolahan air berbasis membran. Jika berhasil, hal ini akan memberikan manfaat yang besar bagi penerapan teknologi membran dalam pengolahan air. – Pembersihan kimia membran: Masalah lainnya: Bagaimana cara menghilangkan endapan yang menyebabkan penyumbatan? Pencucian: Hasilnya tidak memuaskan. Diperlukan pembersihan kimia pada membran, karena biaya membran cukup tinggi, maka proses pembersihannya perlu dilakukan dengan hati-hati. Hal-hal yang perlu diperhatikan saat pembersihan: Aspek fisik: suhu, sifat mekanis, desain komponen membran ； Aspek kimia: kualitas air pembersih, pemilihan bahan pembersih kimia yang sesuai. Pembersihan kimia membran perlu menggunakan bahan pembersih kimia yang sesuai, tergantung pada jenis polutan yang ada. Endapan dari bahan anorganik atau koagulan: pembersihan menggunakan asam, misalnya asam sitrat, asam asetat, atau asam klorida ； Protein: Deterjen berbasis alkali; natrium hipoklorit dapat digunakan sebagai pilihan ； Kotoran minyak: surfaktan khusus. Jumlah kali pembersihan: 1–2 kali/tahun. Efektivitas pembersihan: 90–95%. Selain itu, hasil penelitian dari Universitas Teknik Aachen di Jerman menunjukkan bahwa penggunaan larutan pembersih yang mengandung klorin dalam waktu singkat dapat memperpanjang umur pakai membran. Namun, masalah AOX yang timbul akibatnya tidak boleh diabaikan. Pembersih sebaiknya tidak mengandung klorin sebisa mungkin. Jika kerak terjadi karena biofilm: zat pembersih yang bersifat antibakteri dan antiseptik. Misalnya: Jumlah kali pembersihan menggunakan hidrogen peroksida: 2 kali/tahun. Dapat memperoleh hasil pembersihan yang memuaskan. Ketika proporsi air limbah industri tinggi, pembersihan perlu dilakukan lebih sering. Proses pembersihan: Masukkan bahan pembersih kimia ke dalam tangki air yang digunakan untuk pembersihan, lalu buat larutan pembersih dengan konsentrasi yang sesuai ； Hentikan proses penyaringan pada komponen membran yang akan dibersihkan ； Masukkan cairan pembersih ke dalam setiap komponen membran yang perlu dibersihkan: hentikan proses aerasi setelah cairan tersebut memenuhi wadahnya ； Reaksi: Waktu reaksi bergantung pada jenis pembersih yang digunakan. Berdasarkan pengalaman, waktu reaksi yang paling efektif adalah dalam satu jam pertama; waktu yang lebih lama tidak berarti akan menghasilkan hasil yang lebih baik ； Setelah dicuci, cairan pembersih dimasukkan ke dalam wadah penampungan yang berada di posisi lebih rendah, lalu dikembalikan ke tempat masuk air limbah di pabrik pengolahan limbah ； Arah penelitian metode pembersihan: dosis rendah, sebisa mungkin tanpa klorin, pembersihan di tempat, tidak mengganggu proses filtrasi, otomatisasi, untuk menjamin aliran filtrasi yang stabil. – Mencegah penuaan membran: Sebagian besar pembersih kimia yang efektif justru dapat merusak membran polimer organik. Efek merusak: Umumnya berupa percepatan penuaan membran. Fenomena penuaan membran – Penyebab dan akibatnya: Komponen hidrofilik dalam membran akan mengendap selama proses operasional. Hal ini menyebabkan perubahan struktur membran akibat pengaruh bahan kimia. Serat-serat membran menjadi lemah, sehingga strukturnya menjadi lebih padat. Akibatnya, laju aliran air melalui membran menurun. Oleh karena itu, membran perlu memiliki sifat-sifat berikut:
• Persyaratan teknis bahan membran: Sifat hidrofilik yang baik, kemampuan untuk basah dengan mudah, sedikit endapan, stabilitas kimia dan termal yang baik, serta stabilitas mekanis yang baik.
• Persyaratan bentuk membran: Rentang distribusi ukuran pori yang sempit, sedikit cacat pada membran, tingkat porositas yang tinggi, dan hambatan aliran air yang rendah.
• Persyaratan ekonomis: Harga yang murah, mencegah terbentuknya endapan di permukaan komponen membran, serta mencegah terjadinya penyumbatan akibat lumpur. Seperti yang ditunjukkan pada gambar, terjadi penyumbatan di bagian atas komponen membran dan penumpukan lumpur di bagian bawahnya. Oleh karena itu, komponen membran perlu memenuhi persyaratan berikut:
• Persyaratan struktural komponen membran: Kemampuan pengelolaan zat padat yang baik, mudah dibersihkan dan direndam kembali, beban hidraulik yang merata, stabilitas mekanis yang baik, efisiensi pengisian udara yang tinggi, serta mudah dipasang.
• Persyaratan ekonomis komponen membran: Kepadatan komponen yang tinggi, luas area filtrasi yang besar, harga yang murah, biaya penggantian yang rendah, serta kemungkinan untuk digunakan secara berulang-ulang.
– Bentuk komponen membran: Tipe plat-kerang, tipe tenggelam (KUBOTA, Jepang).
• Stabilitas mekanis yang baik.
• Mudah dioperasikan.
• Kinerja filtrasi yang baik. Membran berukuran pori sedang digunakan dalam tipe plat-kerang ini, dan ditempatkan langsung di area nitrifikasi. Di bagian bawah komponen membran tidak ada struktur tambahan, hanya sistem aerasi yang digunakan untuk menciptakan arus udara yang kuat, sehingga mencegah penumpukan lumpur di permukaan membran. Selain itu, rambut dan serat lainnya juga tidak mungkin mengikat komponen membran. Di antara membran dan bingkai plastik, dipasang jaring pelindung berbahan serat (jaring penyangga). Dengan menggunakan tabung berlubang, terciptalah aliran udara yang kuat (searah arus), sehingga lumpur tidak dapat menumpuk di permukaan membran. Luas area filtrasi adalah: 0,4 m × 1 m × 2 = 0,8 m². Luas area filtrasi untuk setiap kelompok membran dapat dihitung dengan sangat akurat, sehingga laju alirnya pun dapat dihitung dengan tepat. Cairan hasil filtrasi disedot pergi oleh pompa vakum. B – Tipe kombinasi plat ganda berbentuk kisi-kisi, tipe tenggelam (Jepang KUBOTA K300). Merupakan komponen membran yang dikembangkan secara khusus untuk memenuhi kebutuhan pasar. Selain karakteristik di atas, efisiensi penggunaan volumenya meningkat (berkat adanya lapisan membran ganda), sehingga konsumsi energi berkurang sebesar 40%. Luas total area filtrasi adalah: 120×2 = 240 meter persegi (terdiri dari 300 lembar membran; jarak antar lembar membran: 5–15 milimeter). Di antara kedua lapisan komponen membran tersebut dibiarkan celah sebesar 1 meter. Hal ini dilakukan agar cairan yang telah difiltrasi dapat disedot pergi menggunakan pompa vakum. Selain itu, hal ini juga bertujuan untuk mengoptimalkan aliran udara dan air di antara komponen membran tersebut. Struktur komponen berlapis dua tersebut sama. Namun, karena kedalaman air di dalam bak aerasi berbeda-beda, cairan hasil filtrasi disedot pergi secara terpisah oleh pompa vakum. Kontrol tekanan juga dapat dipertimbangkan secara terpisah. Desain tekanan dan laju aliran untuk komponen membran berlapis dua dilakukan secara terpisah; setiap komponen membran bersifat independen, sehingga memastikan operasi yang aman. Untuk mencegah penumpukan lumpur di permukaan membran, serta untuk mencegah rambut dan serat-serat lainnya yang mengikat komponen membran, perlu dipasang fasilitas pra-pemrosesan berupa kisi-kisi halus dengan ukuran 3 milimeter. Komponen membran tipe plate and frame memungkinkan konsentrasi lumpur di bak aerasi mencapai 20 g/l (rekomendasi: 14–16 g/l). Batasan konsentrasi lumpur ini bukan disebabkan oleh proses filtrasi, melainkan karena koefisien transfer oksigen yang terlalu rendah (pada konsentrasi 20 g/l, α = 32 l/m2·h) ； Tekanan filtrasi: 100–200 mbar ； Konsentrasi lumpur: 16 g/l – 20 g/l ； Komponen membran tipe serat berongga kombinasi–tipe tenggelam (ZENON, Kanada) terdiri dari banyak tabung serat berongga berdiameter 2 milimeter. Ujung atas dan bawah tabung serat berongga tersebut dipasang pada kerangka. Panjang tabung serat berongga sedikit lebih panjang daripada jarak antara kerangka bagian atas dan bawah, sehingga tabung serat tersebut dapat berayun akibat aliran air yang digunakan untuk aerasi. Dengan demikian, terhindarlah penempelan lumpur pada tabung serat tersebut. Dengan adanya peningkatan tersebut, komponen membran berbentuk serat berongga generasi baru dapat menggunakan metode aerasi intermiten, sehingga waktu aerasi dapat dikurangi sebesar 50%. D – Komponen berbentuk roda putar tipe kombinasi – tipe tenggelam (sistem VRM dari perusahaan Jerman MARTIN). Prinsip dasar dalam pengembangan komponen membran ini adalah fenomena penumpukan zat di permukaan tepi dan permukaan berbentuk panjang. Komponen membran ini tidak hanya memanfaatkan aliran udara untuk menciptakan pergerakan relatif pada permukaan membran, tetapi gerakan komponen membran itu sendiri juga dapat menyebabkan pergerakan relatif pada permukaan membran. Struktur komponen membran mirip dengan roda biologis. Proses perakitan secara spesifik mirip dengan perusahaan KUBOTA di Jepang. Cakram membran dipasang pada poros yang berbentuk cekung. Poros tersebut terhubung dengan saluran pengumpul cairan hasil filtrasi, dan cairan tersebut ditarik keluar menggunakan pompa vakum. Di pusat roda putar tersebut, terdapat sistem aerasi yang terletak sepanjang arah poros putaran. Gas yang telah dikompresi dilepaskan secara radial dari antara pelat-pelat tersebut ke atas. Karena rotasi roda putar itu sendiri, campuran air, lumpur, dan gas yang bergerak ke atas dapat menyebabkan turbulensi di permukaan semua membran. Dengan demikian, terjadi pencegahan terbentuknya endapan, sekaligus penghilangan endapan yang sudah ada. (Kekuatannya dapat disesuaikan) Tipe serat berongga kombinasi tipe tenggelam – buatan Jerman PURON. Ini merupakan hasil penemuan dari Universitas Teknik Aachen di Jerman, dan diproduksi serta dipasarkan oleh perusahaan PURON di Jerman. Gagasan utama dalam pengembangan ini adalah untuk menyelesaikan masalah adanya rambut dan serat-serat lain yang menyebabkan kemasukan benda-benda tersebut ke bagian atas komponen membran di pabrik pengolahan air limbah perkotaan. Ujung bawah tabung serat membran dipasang pada dasar komponen membran, sedangkan ujung atas tabung serat membran ditutup dan tidak dipasang, sehingga dapat bergerak bebas di dalam campuran udara dan air. Di tengah setiap komponen membran terdapat nozel aerasi. Ketika gas disemprotkan, tabung serat pada komponen membran akan bergerak dari dalam ke luar, sekaligus naik ke atas. Dengan demikian, endapan dan bahan yang akan diendapkan akan jatuh dari tabung serat tersebut. Selain itu, meskipun efek pra-pemrosesan tidak baik, hal ini tetap dapat mencegah masalah terkait rambut dan serat lainnya yang menyebabkan keterikatan pada bagian atas komponen film. (Waktu aerasi dapat dikurangi sebesar 5%–10%) – Uji beban tiba-tiba: Sebuah penelitian yang dilakukan oleh Universitas Teknik Aachen menunjukkan bahwa pada tingkat beban yang sama, konsentrasi amonia dalam air keluaran dua kali lebih tinggi. Namun, setelah dianalisis selama 24 jam, total kandungan amonia berkurang sebesar 20%. 2.4 Perbandingan Ekonomi 2.4.1 Gambaran Umum Efisiensi ekonomis penerapan teknologi pemisahan membran di pabrik pengolahan air limbah di kota-kota besar (biaya total per unit air limbah yang diolah) ditentukan oleh tiga faktor utama berikut: Konsumsi energi: Untuk komponen membran tipe tenggelam, konsumsi energi terutama berasal dari proses aerasi—aerasi intermiten, dan angka ini telah menurun secara signifikan dalam beberapa tahun terakhir. Ketika laju filtrasi > 30 liter/meter²*, tingkat konsumsi energi per satuan volume yang diolah relatif rendah. Biaya komponen membran: biaya sekali pakai dan biaya penggantian komponen membran – memiliki umur pakai yang panjang (sangat dipengaruhi oleh kondisi operasional), tingkat sirkulasi yang tinggi, serta mudah diganti. Komponen membran telah menurun secara signifikan dalam beberapa tahun terakhir, menjadi 125–200 mark/meter persegi. Dan akan terus menurun. Kemampuan penyaringan: Dibandingkan dengan dua hal sebelumnya, tidak ada perubahan signifikan dalam beberapa tahun terakhir. Dalam metode lumpur aktif: >150 – 300 liter/meter persegi* pada tekanan* bar. Isi perbandingan ekonomi: • Investasi – harga membran (sekitar 30% dari total investasi pabrik pengolahan air limbah). • Biaya operasional (total): – Umur pakai membran – Biaya penggantian membran – Konsumsi energi. Berikut ini akan diberikan perbandingan ekonomi berbagai proses pengolahan, dengan menggunakan contoh ERFT–Asosiasi Air GKW (Terusan Besar)–pabrik pengolahan limbah. Pabrik pengolahan air limbah GKW merupakan pabrik pengolahan air limbah perkotaan terbesar di dunia yang menggunakan teknologi pemisahan berbasis membran. Dirancang pada tahun 2001. Parameter desain pabrik pengolahan limbah GKW milik ERFT-Water Association:
Ekivalen populasi: 80.000 EW
Volume limbah yang diolah: 16.000 meter kubik/hari
Beban masukan limbah…
Persyaratan kualitas air keluaran:
BOD5: 250 kg/hari
COD: 9.600 kg/hari
TKN: 897 kg/hari
Pges.: 123 kg/hari
NH4-N: 5.600 kg/hari
Nges: 20 mg/l
Suhu: lebih dari 12 derajat Celsius
Untuk suhu di atas 12 derajat Celsius, metode berikut telah dibandingkan dari segi biaya operasionalnya:
• Metode lumpur aktif–membran: Kualitas air keluaran terbaik diperoleh dengan menggunakan sistem kombinasi serat berongga dan sistem perendaman; luas area filtrasi: 84.480 meter persegi; ukuran pori membran: 0,1 mikrometer.
• Metode tradisional (degradasi anaerobik lumpur): Kualitas air keluarannya memenuhi standar.
• Metode tradisional (stabilisasi aerobik lumpur): Kualitas air keluarannya tidak memenuhi standar.
2.4.2 Perbandingan investasi
Setelah dibandingkan, ternyata metode membran memiliki biaya investasi yang paling rendah. Biaya investasi untuk desain metode tradisional (penguraian lumpur) lebih tinggi sebesar 11% dibandingkan metode berbasis membran. Sedangkan biaya investasi untuk desain metode tradisional (penstabilan lumpur) lebih tinggi sebesar 3% dibandingkan metode berbasis membran. Hasil perbandingannya dapat dilihat pada tabel dan grafik di bawah ini. Biaya investasi untuk pabrik pengolahan limbah GKW: Total biaya investasi pabrik pengolahan limbah GKW (dalam mark per kepala penduduk), yaitu sebesar 519 juta mark. Biaya desain menggunakan metode membran adalah 41,5 juta mark. Harga tertinggi untuk tender menggunakan metode membran adalah 541 juta mark, sedangkan harga terendahnya adalah 498 juta mark. Untuk metode tradisional (penguraian lumpur), biaya desainnya adalah 576 juta mark, sedangkan harga tendernya adalah 580 juta mark. Untuk metode tradisional (penstabilan lumpur), biaya desainnya adalah 534 juta mark.

2.4.3 Perbandingan biaya operasional secara statis
Perbandingan biaya operasional secara statis mempertimbangkan komponen-komponen berikut: Biaya tenaga kerja sebesar 390.000 mark/tahun; biaya energi sebesar 720.000 mark/tahun; biaya perawatan sebesar 240.000 mark/tahun (tanpa memperhitungkan biaya penggantian membran); biaya pengolahan limbah sisa sebesar 600.000 mark/tahun; biaya bahan-bahan yang digunakan dalam proses operasional sebesar 1.100.000 mark/tahun; biaya pembuangan limbah sebesar 250.000 mark/tahun. Total biaya tahunan adalah 3.300.000 mark/tahun.

Dari perbandingan tersebut, terlihat bahwa biaya operasional untuk metode membran lebih tinggi dibandingkan dengan metode tradisional (penguraian lumpur), yaitu sekitar 20%. Sedangkan dibandingkan dengan metode tradisional (penstabilan lumpur), biaya operasionalnya lebih tinggi sekitar 7%. Penyebab utamanya adalah konsumsi energi listrik yang tinggi pada metode membran. Konsumsi energi pada desain metode membran lebih tinggi sekitar 74% dibandingkan dengan desain metode tradisional (penguraian lumpur), dan lebih tinggi sekitar 57% dibandingkan dengan desain metode tradisional (penstabilan lumpur). Hasil perbandingannya dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Perbandingan konsumsi energi listrik (kWh/m3): Pabrik pengolahan limbah Roedingen (metode membran, 3000 WE), tahun 2000. Pabrik pengolahan limbah Roedingen dengan metode operasi siklus/tidak terus-menerus: 1,6 GKW. Pabrik pengolahan limbah menggunakan metode membran: 0,8; metode tradisional (penguraian lumpur): 0,46; metode tradisional (penstabilan lumpur): 0,51. 2.4.4 Perbandingan biaya operasi dinamis: Biaya operasi dinamis merupakan biaya operasi yang memperhitungkan biaya investasi dan biaya reinvestasi. Berdasarkan “Kriteria Perhitungan Biaya Dinamis di Jerman”, faktor-faktor dinamis yang diperhitungkan adalah sebagai berikut: Masa pakai pabrik pengolahan limbah – 25 tahun; Masa pakai bangunan – 25 tahun (untuk tujuan depresiasi); Masa pakai peralatan mekanis dan sistem kontrol otomatis – 12,5 tahun; Masa pakai membran – 5 atau 8 tahun; Suku bunga tahunan – 3%; Tingkat kenaikan harga – 0%. Jika masa pakai pabrik pengolahan limbah dianggap sebesar 25 tahun, dan dengan memperhatikan faktor-faktor dinamis tersebut, biaya tahunan untuk kedua metode tradisional tersebut (digesti anaerobik sludge dan stabilisasi aerobik sludge) sama, yaitu 0,89 mark/meter kubik. Biaya tahunan yang diperlukan untuk metode membran tersebut bergantung pada: biaya pembelian membran sekali pakai, masa pakai membran, dan biaya penggantian membran. Asumsinya adalah bahwa masa pakai membran adalah 5 tahun atau 8 tahun (keduanya sudah pernah terjadi sebelumnya) ； Biaya penggantian membran adalah setengah dari biaya pembelian membran sekali pakai. Dengan demikian, dapat ditentukan harga ekonomis yang setara antara metode membran dan metode tradisional: harga ekonomis yang setara untuk masa pakai 5 tahun adalah 95 mark per meter persegi ； Harga ekonomi yang setara pada masa pakai 8 tahun: 115 mark per meter persegi. 2.5 Prospek penerapan metode membran – Prasyarat teknis. Pengalaman Jerman dalam menerapkan metode membran untuk pengolahan air limbah di lingkungan perkotaan selama bertahun-tahun menunjukkan bahwa, meskipun masih ada sejumlah masalah tertentu, prasyarat teknis untuk penerapan metode ini sudah terpenuhi. – Perkembangan harga membran; efisiensi pengolahan air limbah perkotaan menggunakan metode membran skala besar saat ini belum sepenuhnya terwujud. Namun, tren perkembangannya cukup menggembirakan. Harga per meter kain berbahan membran tahun 1998 adalah 2,88 kali lipat dari harga pada tahun 2001. Jika tren peningkatan harga per unit membran selama beberapa tahun terakhir dapat berlanjut, maka penerapan teknologi membran akan semakin meningkat, dan produksi membran pun akan bertambah. Seiring dengan peningkatan skala produksi membran, harganya akan semakin turun. Siklus positif seperti ini pasti akan mendorong penerapan metode membran. Efisiensi penggunaan metode membran akan dapat dicapai dalam waktu dekat (paling lambat pada tahun 2005). Pada tahun 1997, seorang profesor dari Jerman menganalisis titik kritis secara ekonomi terkait konsentrasi air masuk yang digunakan dalam proses pengolahan air limbah menggunakan metode membran: BOD5 = 2500 mg/l ； Dan diperkirakan, 8 tahun kemudian (tahun 2005), harga membran akan turun setengahnya. Dengan demikian, titik kritis secara ekonomi untuk konsentrasi air masuk (BOD5) dapat diturunkan menjadi: BOD5 = 1300 mg/l. Namun, harga per meter kain membran saat ini hanya sepertiga dari harga pada tahun 1997. Dan tren ini masih berlanjut. Dari sini dapat dilihat bahwa penerapan metode membran secara besar-besaran dalam pengolahan air limbah perkotaan sudah tidak lama lagi akan terwujud. – Tren konsumsi energi listrik ditunjukkan pada grafik di bawah ini. Pada tahun 1998, tingkat konsumsi energi listrik untuk proses membran tersebut adalah 2,5 kali lebih tinggi dibandingkan tahun 2001. Seiring dengan pengembangan dan penelitian berbagai jenis komponen membran, dalam waktu dekat tingkat konsumsi energi pada proses berbasis membran akan mendekati tingkat konsumsi energi pada metode lumpur aktif tradisional. – Umur pakai membran lainnya dapat mencapai 8 tahun. Metode pembersihan membran akan terus disempurnakan, dan pengembangan teknologi baru juga akan terus berlanjut. Prospek penerapan metode membran di Tiongkok: Tiongkok mengalami kekurangan air, sehingga penggunaan kembali air limbah perkotaan merupakan masalah penting dalam bidang manajemen air. Metode membran tanpa diragukan lagi akan memainkan peran penting dalam pemanfaatan kembali air limbah perkotaan. Sistem drainase: Luas permukaan filtrasi membran menentukan kapasitas pengolahan limbah di pabrik pengolahan air limbah. Kemampuan filtrasi membran cukup stabil, tetapi harganya mahal. Oleh karena itu, desainnya tidak boleh terlalu rumit. Oleh karena itu, kemampuan metode membran untuk beradaptasi terhadap fluktuasi beban hidraulik juga relatif buruk. Volume air limbah pada sistem drainase tipe distribusi relatif stabil, yang akan mendukung penerapan metode membran. Sedangkan sebagian besar kota atau wilayah perkotaan di Tiongkok menggunakan sistem drainase berbasis pembagian aliran air. Hal ini juga akan membantu penerapan metode membran dalam pengolahan air limbah di kota-kota di Tiongkok. Referensi utama: Gewaesserschutz • Wasser • Abwasser: Jilid 184, 188. Editor: Profesor Dohmann dari Universitas Teknik Aachen