California – Polusi Air Limbah

Pengisian Air Tanah Orange County

Lokasi

Orange County, California adalah sebuah kawasan perkotaan yang terletak di pesisir Samudra Pasifik, di selatan Los Angeles County. Dengan populasi 3 juta orang pada 2010, ini adalah kabupaten terpadat ketiga di California.

Tantangan

Orange County Water District (OCWD) dikenal karena pada tahun 1976 membangun salah satu fasilitas pertama di AS untuk mengubah air limbah menjadi air yang dimurnikan. Proyek awal ini, yang disebut Pabrik Air 21, meletakkan dasar untuk ekspansi tahun 2008 ke dalam sistem pemurnian air canggih terbesar di dunia untuk penggunaan kembali yang dapat diminum. Meskipun proyek ini awalnya tidak dirancang dengan mempertimbangkan kesehatan laut, namun telah menghemat miliaran galon air limbah yang diolah dari pembuangan ke laut, sekaligus menyediakan air bersih untuk ratusan ribu orang di daerah yang rawan kekeringan.

Pada pertengahan 1970-an, setelah mengalami ledakan populasi dan peningkatan permintaan air, akuifer air tawar bawah tanah Orange County telah ditarik ke bawah. Air asin dari laut merembes ke pedalaman, mengancam pasokan air minum di kabupaten tersebut. Pemimpin OCWD memutuskan untuk membangun pabrik yang dapat memurnikan air limbah kabupaten sehingga OCWD dapat menyuntikkan kembali air yang telah diolah ke akuifer, di mana ia bertindak sebagai penghalang dan mencegah intrusi air asin.

Fasilitas yang dikenal dengan Water Factory 21 itu mampu menghasilkan sekitar 15 juta galon air bersih per hari. Seiring dengan pertumbuhan populasi kabupaten, dan semakin banyak air yang ditarik dari akuifer bawah tanah, intrusi air asin terus menjadi masalah. Kekeringan juga sering terjadi, mengakibatkan seringnya kekurangan air. Pada saat itu, pasokan air kabupaten berasal dari air tanah, Sungai Santa Ana, dan juga diimpor dengan biaya yang signifikan dari Sungai Colorado dan dari California utara. Mengimpor lebih banyak air tidak dapat diandalkan selama musim kemarau.

Masalah tambahan yang dihadapi kabupaten ini adalah bahwa pipa pembuangan besar, yang mengirimkan air limbah yang diolah dari instalasi pengolahan ke laut, telah mencapai kapasitasnya. Jika sumber air diperluas untuk memenuhi permintaan, pipa tidak akan mampu menangani volume tambahan.

Para pemimpin OCWD mempertimbangkan berbagai rencana ekspansi, mencari opsi yang paling terjangkau yang juga akan menopang pasokan air bahkan selama kekeringan, yang akhirnya melahirkan proyek Sistem Pengisian Air Tanah (GWRS). Di bawah rencana ini, OCWD bermitra dengan Orange County Sanitation District (OCSD) untuk membangun sistem pemurnian air canggih terbesar di dunia untuk digunakan kembali.

Tindakan diambil

Fasilitas yang dibangun oleh OCWD dan OCSD mulai beroperasi pada tahun 2008 dan pada awalnya mampu menghasilkan 70 juta galon air bersih per hari. Pada tahun 2015, pabrik tersebut diperluas hingga menghasilkan 100 juta galon per hari, dan pabrik tersebut saat ini sedang mengalami ekspansi lagi yang akan menghasilkan 130 juta galon per hari pada tahun 2023.

Cara kerjanya

Sebelum pergi ke pabrik pemurnian, air limbah terlebih dahulu menjalani proses pengolahan yang lebih khas yang disebut pengolahan sekunder, yang meliputi saringan batang, ruang pasir, filter tetesan, lumpur aktif, penjernih, dan desinfeksi. Setelah proses ini selesai, itu dikirim ke pabrik GWRS. Dirancang oleh perusahaan teknik CDM Smith, pabrik menggunakan proses pemurnian tiga langkah.

1 - Langkah pertama adalah mikrofiltrasi, yang mengandalkan serat berongga polypropylene kecil, mirip dengan sedotan, dengan lubang kecil di sisinya berdiameter 0.2 mikron (1/300 diameter rambut manusia). Dengan menarik air melalui lubang ke tengah serat, padatan tersuspensi dan patogen disaring dari air.

Mikrofiltrasi melibatkan penggunaan serat berongga polypropylene kecil, mirip dengan sedotan, dengan lubang di sisi-sisinya berdiameter 0.2 mikron (1/300 diameter rambut manusia). Dengan menarik air melalui lubang ke tengah serat, padatan tersuspensi dan patogen disaring dari air. Foto © Distrik Air Orange County

2 - Selama langkah kedua, air mengalami reverse osmosis, di mana air bertekanan didorong melalui selaput halus yang menghilangkan patogen dan bahan kimia, termasuk obat-obatan.

Setelah mikrofiltrasi, air mengalami reverse osmosis, di mana air bertekanan dipaksa melalui membran halus yang menghilangkan patogen dan bahan kimia, termasuk obat-obatan. Foto © Distrik Air Orange County

3 - Langkah ketiga melibatkan perawatan terakhir dengan sinar ultraviolet, yang mendisinfeksi air dengan mendenaturasi DNA dari patogen yang tersisa; hidrogen peroksida juga digunakan untuk menghilangkan besi, tanin, dan organik dengan berat molekul rendah melalui proses oksidasi lanjutan, yang memutus ikatan molekul dari kontaminan yang tersisa. Mineral ditambahkan kembali ke dalam air untuk menahannya dan menstabilkan pH, sebelum memasuki sistem distribusi.

Perawatan terakhir dengan sinar ultraviolet mendisinfeksi air dengan mendenaturasi DNA dari patogen yang tersisa; dan hidrogen peroksida juga digunakan untuk menghilangkan besi, tanin, dan organik dengan berat molekul rendah melalui proses oksidasi lanjutan, yang memutus ikatan molekul dari kontaminan yang tersisa. Foto © Distrik Air Orange County

Air yang diolah GWRS melebihi peraturan negara bagian dan federal untuk air minum. (Untuk detail teknik selengkapnya, lihat Wisata Teknis Sistem Pengisian Air Tanah.) Air yang diolah, air tanah dan air permukaan tunduk pada pemantauan ekstensif di Laboratorium Kualitas Air Philip L. Anthony, di mana ia diuji untuk lebih dari 500 senyawa (EPA hanya mengatur 90, meninggalkan ribuan bahan kimia tidak diatur). Laboratorium menguji air dari sekitar 1,500 lokasi di seluruh wilayah sungai, menganalisis lebih dari 20,000 sampel setiap tahun dan melaporkan lebih dari 400,000 hasil. OCWD juga menyediakan pengujian regional terhadap lebih dari 200 sumur air minum untuk penyedia air minum lokal.

Setelah perawatan, sekitar sepertiga dari volume yang dihasilkan disuntikkan ke dalam sumur dalam di sepanjang pantai, membentuk penghalang air tawar terhadap intrusi air laut, dan sisanya digunakan untuk membantu mengisi Cekungan Air Tanah Orange County. Ini terjadi dengan membiarkan air menggenang di kolam besar dan kemudian meresap melalui pasir dan kerikil melalui gravitasi untuk akhirnya disimpan di akuifer bawah tanah. Meskipun proses perkolasi dapat memberikan penyaringan tambahan, dalam kasus OCWD, air telah dimurnikan hingga mendekati tingkat penyulingan, dan langkah ini sebagian besar untuk lapisan perlindungan tambahan yang diamanatkan oleh regulator air minum di California. Ini juga memberikan manfaat psikologis, membantu menghilangkan keengganan konsumen untuk menggunakan air daur ulang untuk menambah sumber air minum tradisional. Pengecer menarik air dari baskom melalui lebih dari 400 sumur dan menyalurkannya ke konsumen.

Seberapa sukseskah itu?

Program tersebut saat ini memasok 100 juta galon air per hari, yang cukup untuk melayani kebutuhan 850,000 orang. Cekungan air tanah Orange County menyediakan sekitar 77% dari total pasokan air untuk 2.5 juta orang yang tinggal di Orange County utara dan tengah. Pabrik saat ini sedang menjalani ekspansi lagi, yang diharapkan dapat meningkatkan kapasitas hingga 130 juta galon per hari pada tahun 2023.

Meskipun sistem ini dimulai terutama untuk mengamankan air bersih untuk keperluan perumahan dan bisnis dan tidak dimulai karena kekhawatiran akan dampak pembuangan air limbah yang diolah ke laut, sejak dimulainya pada tahun 2008, sistem tersebut telah menghasilkan sekitar 329 miliar galon air. air bersih daur ulang. Sebagian besar dari air tersebut kemungkinan besar akan dibuang ke laut jika sistem tersebut tidak pernah dibangun dan diterapkan.

Sistem masih membuat aliran limbah. Proses pemurnian menghasilkan 85 persen air bersih berdasarkan volume, sedangkan 15 persen dikirim kembali ke OCSD untuk diproses lebih lanjut. Pada titik ini sepertinya es teh pekat. Padatan dipisahkan dan dibawa ke tempat penimbunan. Yang tersisa masih dibuang ke laut melalui pipa pembuangan, yang membawa air sejauh lima mil ke laut pada kedalaman dua ratus kaki di bawah permukaan air.

OCSD juga memanen metana dan hidrogen. Hidrogen digunakan untuk mobil hidrogen, dan ada stasiun pengisian daya di gerbang depan.

GWRS telah berfungsi sebagai model untuk tempat lain, yang menunjukkan bahwa air daur ulang dapat berfungsi dan diterima secara luas sebagai solusi pengolahan air limbah di wilayah metropolitan utama yang relatif makmur. Distrik ini telah bekerja sama dengan Singapura, yang membangun dan sekarang menggunakan setidaknya tiga pabrik kecil menggunakan teknologi serupa, dan banyak kota di California, AS, dan dunia sekarang sedang mempertimbangkan apakah reklamasi air limbah dapat berhasil untuk mereka.

Mineral ditambahkan kembali ke dalam air yang dimurnikan untuk menahannya dan menstabilkan pH, sebelum memasuki sistem distribusi. Foto © Distrik Air Orange County

Pelajaran yang dipetik

Penjangkauan publik tidak akan pernah berhenti, dan itu harus dilakukan lebih awal dan sering. Orange County belajar dari kegagalan awal di San Diego pada tahun 1994, dan Los Angeles pada tahun 2000, di mana keduanya mencoba untuk lulus program daur ulang air dan gagal. Di LA, persepsi keadilan sosial berperan, karena itu adalah daerah miskin yang dijadwalkan untuk menerima air daur ulang. San Diego sejak itu membangun pabrik desalinisasi laut (yang lebih mahal, intensif energi).

OCWD telah berinvestasi dalam bekerja dengan sekolah untuk melibatkan anak-anak, termasuk festival air tahunan untuk siswa kelas 5 dan 6 dan kelas yang ditujukan untuk orang dewasa muda, yang diajarkan melalui perguruan tinggi setempat; Distrik menawarkan tur tanaman gratis kepada publik; situs webnya canggih, dengan penjelasan dan video yang disederhanakan, serta pustaka laporan yang lebih mendalam.

GWRS telah diterima dengan sangat baik. Dari 158 artikel tentang operasi yang dipublikasikan di terbitan berkala antara 2000-2016, tidak ada liputan negatif, dengan mayoritas artikel dianggap netral (72%) atau positif (28%).

Mengajari staf yang menjalankan pabrik tentang cara berbicara di depan umum tentang pekerjaan mereka tanpa jargon, dan meminta mereka melakukan penjangkauan dan presentasi, daripada perusahaan PR, ternyata efektif. California baru-baru ini mengeluarkan undang-undang yang mengizinkan fasilitas untuk membotolkan sebagian kecil dari air yang diproduksi di sana, yang berarti staf dapat membawa air ke festival dan pameran komunitas sehingga orang dapat melihat bahwa airnya bersih berkilau. Rasa takut minum air daur ulang berkurang dengan keakraban.

Memiliki akuifer di mana air dapat diinjeksikan kembali memberikan keuntungan psikologis untuk menghilangkan keengganan publik. Ini juga memberikan lapisan perlindungan tambahan yang memastikan air daur ulang bercampur dengan air tanah asli.

Perbaikan dalam teknologi membran telah mengurangi biaya energi osmosis balik sebesar 75% sejak tahun 1970-an.

Orang-orang sering bertanya mengapa kabupaten tersebut tidak melakukan desalinasi air laut. Lebih menantang dan lebih mahal untuk memurnikan air asin daripada memurnikan limbah. Air laut mengandung sekitar 35,000 ppm garam, sedangkan limbah memiliki kurang dari 2000 ppm.

Ini adalah usaha keuangan yang besar, dengan biaya mendekati $ 1 miliar, dan perkiraan untuk melakukan program yang sama saat ini mendekati $ 2 miliar.

Seiring waktu, peraturan telah disempurnakan karena data masuk dari fasilitas seperti GWRS. Ketika program pertama kali dimulai, Divisi Air Minum California mengharuskan air disimpan di bawah tanah selama enam bulan, yang menciptakan beberapa tantangan infrastruktur dan teknik. Sekarang, waktu penyimpanan bawah tanah telah dikurangi menjadi tiga bulan.

Ringkasan pendanaan

Total perkiraan biaya konstruksi GWRS hampir $ 1 miliar ($ 973 juta, dengan $ 481 juta biaya konstruksi untuk fasilitas awal 70 juta galon per hari). Ini dibayar oleh $ 135 juta dalam bentuk pinjaman federal berbunga rendah dan $ 167 juta dalam pinjaman negara dengan bunga rendah, dengan hibah yang menutupi perbedaannya, termasuk $ 90 juta dolar dalam bentuk subsidi dari berbagai lembaga, termasuk Departemen Sumber Daya Air California, Perlindungan Lingkungan. Agency, Metropolitan Water District of Southern California, dan lainnya.

Mengimpor air dari tempat lain membutuhkan biaya sekitar $ 1,000 per acre-foot; sedangkan biaya air yang diproduksi di GWRS adalah $ 525 per acre-foot dengan subsidi, atau $ 850 per acre-foot tanpa subsidi.