Demonstrasi Pengerukan Pompa EDDY di Waduk Cresta

Larry L. Harrison 1, Anggota ASCE dan HARRY P. WEINRIB

Sebuah uji demonstrasi teknologi pengerukan bubur ramah lingkungan baru menggunakan “EDDY Pump,” pompa bubur pusaran yang dipatenkan, dilakukan pada tahun 1994 di Cresta Reservoir di California utara untuk memverifikasi kemampuan kinerjanya dan untuk menentukan potensi dampak lingkungan dari pengerukan yang diusulkan. Waduk yang terletak di North Fork Feather River di Plumas County ini telah mengumpulkan sekitar 2,3 juta meter kubik sedimen, mengisi hampir setengah dari total kapasitasnya sejak mulai beroperasi pada tahun 1949. Sedimen tersebut membahayakan keandalan operasi bendungan dan Pembangkit Listrik Tenaga Air Cresta berkapasitas 70.000 kW dengan menghalangi saluran keluar waduk. Pemilik telah melakukan sejumlah studi komprehensif yang menyelidiki alternatif pengelolaan sedimen untuk waduk tersebut sejak pertengahan tahun 1980-an.

Untuk demonstrasi Pompa EDDY, sekitar 7.833 meter kubik endapan sedimen berpasir di dekat Bendungan Cresta dikeruk dan dikembalikan ke dasar waduk 600 meter ke arah hulu. Kekeruhan, padatan tersuspensi, oksigen terlarut, aliran, kepadatan bubur, dan laju produksi dipantau. Disimpulkan bahwa kinerja pengerukan melebihi spesifikasi produksi pabrikan dan dengan mudah memenuhi standar kualitas air yang ketat. Kepadatan bubur yang lebih besar dari 70 persen padatan menurut beratnya dapat dipertahankan, sementara puncaknya lebih dari 90 persen dapat dicapai. Tingkat produksi lebih dari 230 meter kubik per jam diamati. Kekeruhan maksimum dari buih buangan hanya 12 Nephelometric Turbidity Units (NTU) di atas ambien.

Latar Belakang

Proyek 2017 – Proyek Sistem Penguncian Kanal. Pompa keruk gantung kabel 8 inci digunakan untuk memindahkan pasir untuk proyek perluasan ini.

Sejak tahun 1984, pemilik Waduk Cresta telah mengevaluasi sejumlah metode untuk mengatasi masalah sedimen di sana. dan di Waduk Rock Creek yang serupa yang terletak di bagian hulu. Pengerukan kulit kerang dan hisap hidrolik dengan pembuangan sedimen dengan truk, kereta api atau pipa lumpur ke lokasi TPA yang jauh juga dipertimbangkan. Semua opsi ini melibatkan potensi dampak lingkungan yang dapat berdampak buruk terhadap ekologi akuatik dan terestrial yang menjadi perhatian badan-badan pengatur. Rencana pemilik saat ini menyerukan pengerukan terbatas di bendungan diikuti oleh jalur sedimen yang terkendali di hilir selama aliran banjir. Untuk pengerukan produksi, Dewan Pengawas Kualitas Air Regional (RWQCB) mengusulkan batas atas kekeruhan sebesar 25 NTU di atas tingkat latar belakang dan membatasi padatan tersuspensi total (TSS) hingga 80 mg/1 tanpa memperhatikan tingkat latar belakang. Pemilik, khawatir bahwa peralatan pengerukan konvensional tidak akan dapat memenuhi standar pembatasan ini, mengidentifikasi teknologi pengerukan Pompa EDDY sebagai alternatif yang mungkin memenuhi standar lingkungan dan mengeruk sedimen dalam jumlah besar secara ekonomi. (Han-ison, 1995)

EDDY Pump yang baru adalah mesin yang secara fisik sederhana namun memiliki desain dan kinerja hidrodinamis yang canggih. Pompa terdiri dari rotor dalam sebuah volute dengan nosel hisap dan saluran keluar. Pompa untuk layanan pengerukan dibuat dari baja paduan berkekuatan tinggi dan tahan abrasi. Satu-satunya bagian yang bergerak adalah rotor dan porosnya. Tenaga putar dapat diterapkan oleh motor listrik atau hidrolik, atau oleh poros mekanis dari mesin diesel atau mesin lainnya. Kecepatan pengoperasian tipikal berkisar antara 1000 hingga 2000 RPM. Rotor, yang terletak di dalam volute yang berlawanan dengan nosel hisap, memberikan rotasi pada kolom air di dalam volute dan tabung hisap, menciptakan pusaran yang menarik air dan padatan dengan cara yang sama seperti angin puting beliung yang mengangkat benda-benda. Pusaran energi tinggi juga berfungsi untuk melonggarkan sedimen atau padatan lainnya, sehingga memungkinkan mereka terperangkap dalam aliran. Fitur ini memungkinkan pembentukan bubur dengan konsentrasi padatan yang sangat tinggi tanpa memerlukan semburan air atau kepala pemotong. Rotor berada di luar aliran-aliran sehingga kerikil dan bahkan batu-batu besar dapat dengan mudah melewati pompa dan dibuang tanpa menimpa rotor. Pompa ini juga dapat dengan mudah melewatkan kain, tumbuh-tumbuhan dan puing-puing kayu yang akan menyumbat pompa jenis lain. Pompa-pompa tersebut diproduksi secara khusus oleh EDDY Pump Corporation dalam ukuran (diameter pelepasan) dari 0,1 meter hingga 0,36 meter untuk berbagai aplikasi selain pengerukan.

Teknologi EDDY Pump yang baru dijanjikan: 1) sedikit atau tidak ada kekeruhan atau resuspensi pada hisap kapal keruk, 2) kemampuan untuk mengeruk hingga kedalaman penuh waduk, 3) kemampuan untuk menangani berbagai macam material dari tanah liat hingga batu-batuan dan puing-puing organik, 4) kemampuan untuk mengangkut sedimen sebagai bubur dengan kepadatan tinggi, dan limbah minimal untuk diolah di lokasi pembuangan. Selain itu, kepadatan lumpur yang tinggi menunjukkan kelayakan untuk menyimpan lumpur di bawah air tanpa suspensi ulang yang berlebihan, dengan potensi menghemat jutaan dolar bagi pemilik waduk dibandingkan dengan pembuangan di TPA.

Untuk memverifikasi kelayakan pengerukan EDDY Pump dan deposisi in-reservoir, pemilik menandatangani perjanjian dengan “PB-MK Consultants and Engineers,” afiliasi dari EDDY Pump Corporation, untuk melakukan studi proyek. demonstrasi skala penuh dari teknologi ini di Waduk Cresta. Demonstrasi tersebut menyerukan agar sekitar 7.646 meter kubik dikeruk di dekat bendungan dan ditempatkan kembali di dasar waduk 610 meter ke arah hulu. Parameter lingkungan seperti kekeruhan, padatan tersuspensi, dan oksigen terlarut harus dipantau sebagai tambahan dari kinerja pengerukan. RWQCB memberlakukan batasan yang sama ketatnya terhadap kualitas air untuk demonstrasi seperti yang diusulkan untuk pengerukan produksi.

Deskripsi Pengerukan

Sebuah kapal keruk baru yang inovatif dirancang dan dibangun oleh PB-MK untuk demonstrasi tersebut. Kapal keruk ini dibuat dalam modul-modul untuk diangkut dengan truk ke lokasi kerja sebagai muatan yang tidak memerlukan izin. Ini penting untuk akses ke Waduk Cresta karena beberapa terowongan jalan raya membatasi izin. Desain modular memungkinkan kapal keruk dirakit secara efisien tanpa mengelas ulang komponen utama. Sebuah derek diperlukan untuk menempatkan sub-rakitan utama ke dalam air karena tepian yang curam dan air dangkal di dekat pantai di area mobilisasi, yang menghalangi penyaradan atau penggulungan rakitan ke dalam waduk. Jika tidak, satu-satunya peralatan besar yang dibutuhkan untuk mobilisasi adalah fork-lift.

Platform tongkang utama kapal keruk yang mendukung modul kabin daya dan kontrol, dan platform pemompaan dari mana pompa pengerukan dan motor penggerak ditangguhkan. Kedua platform dihubungkan oleh sebuah boom dengan koneksi pivot di platform utama. Pompa EDDY dengan debit berdiameter 0,254 meter yang digerakkan oleh motor listrik submersible berkecepatan variabel 224 kW merupakan jantung dari sistem ini. Daya listrik utama dipasok oleh generator diesel 500 kW. Kontrol kecepatan pompa dicapai dengan memvariasikan frekuensi daya menggunakan driver frekuensi solid-state. Pompa air pembilasan yang digerakkan oleh diesel berkapasitas 7,6 meter kubik/menit dipasang di platform utama dan dioperasikan dalam mode siaga untuk menjaga agar pipa tidak tersumbat jika terjadi kerusakan. Selang pelepasan pompa yang fleksibel, dengan panjang sekitar 60 meter, dijalankan dari platform pompa melalui boom dan di bawah platform utama dengan sistem rol, sehingga pompa dapat dinaikkan dan diturunkan sesuai kebutuhan. Peralatan itu disiapkan untuk mengeruk hingga kedalaman 30 meter, penggerak listrik digunakan untuk sebagian besar peralatan bertenaga untuk meminimalkan kemungkinan tumpahan minyak.

Pengukur aliran tipe induksi dan densitometer nuklir dipasang pada tongkang instrumen kecil di ujung selang pembuangan di belakang anjungan utama untuk memantau aliran dan densitas. Instrumentasi lainnya termasuk kamera video bawah air untuk mengamati · area hisap pengerukan, sonar pemindaian samping, turbidimeter pembacaan berkelanjutan, pengukur permintaan daya, dan indikator posisi. Sebuah komputer on-board dibantu dengan kontrol sistem dihitung tingkat produksi dan tercatat produksi dan data kualitas air.

Pipa polietilen kepadatan tinggi berdiameter 0,254 meter sepanjang 550 meter dengan sambungan yang dilas termal diperpanjang dari tongkang instrumen ke platform pembuangan. Pelampung diikat ke pipa pada interval 4,5 meter. Pada akhir pipa, platform mengambang dirancang untuk menangguhkan tirai sedimen dan untuk mendukung diffuser porting di dalam tirai. Untuk jarak debit 610 meter, tidak diperlukan pompa booster. Jika diperlukan untuk pipa yang lebih panjang, Pompa EDDY juga dapat berfungsi sebagai pompa booster yang efisien.

Sayangnya, desain tirai sedimen buangan terbukti tidak berhasil dan tirai tersebut dilepas untuk sebagian besar demonstrasi setelah start-up awal. Meskipun demikian, kualitas air – parameter tetap berada dalam persyaratan badan tersebut. Hal ini diyakini oleh penulis bahwa desain tirai ditingkatkan bisa mencapai tingkat yang lebih rendah dari kekeruhan dan TSS dan mungkin diperlukan untuk sedimen halus-grained daripada yang ditemui di Cresta Reservoir.

Operasi Pengerukan

Dalam pengoperasiannya, anjungan utama diposisikan dengan tali winch di setiap pendatang yang diikatkan ke titik jangkar darat dan bendungan. Di perairan terbuka, jangkar laut akan digunakan. Kontrol joy stick untuk derek garis jangkar memungkinkan operator untuk menggerakkan platform utama ke segala arah.

Sementara platform utama dipegang tetap, platform pemompaan diayunkan perlahan-lahan pada sambungan pivot dengan kontrol winch melalui busur hingga 2,1 radian (120 derajat).

Pompa dinaikkan atau diturunkan ke kedalaman pengerukan dengan empat jalur winch, satu dipasang ke setiap sisi rangka penyangga pompa. Dengan memvariasikan panjang kabel suspender secara independen, pompa dan nozzle hisap miring untuk mengoptimalkan efisiensi hisap. Kemampuan untuk mengontrol. sikap dan lokasi nozzle pada ketiga sumbu memungkinkan material dikeruk dengan presisi bedah dibandingkan dengan metode pengerukan lainnya. Selain itu, pompa dipasang pada trunnion -. dalam rangka penyangganya sehingga dapat diartikulasikan bolak-balik oleh ram pneumatik pada saat yang sama diayunkan melalui busur untuk mengeruk petak selebar 2,4 meter. Setelah setiap ayunan, kapal keruk diposisikan ulang untuk lintasan berikutnya.

Pengukur aliran tipe induksi dan densitometer nuklir dipasang pada tongkang instrumen kecil di ujung selang pembuangan di belakang anjungan utama untuk memantau aliran dan densitas. Instrumentasi lainnya termasuk kamera video bawah air untuk mengamati area hisap keruk, sonar pemindaian samping, turbidimeter pembacaan terus menerus, pengukur permintaan daya, dan indikator posisi. Sebuah komputer on-board dibantu dengan kontrol sistem dihitung tingkat produksi dan tercatat produksi dan data kualitas air.

Pipa polietilen kepadatan tinggi berdiameter 0,254 meter sepanjang 550 meter dengan sambungan yang dilas termal diperpanjang dari tongkang instrumen ke platform pembuangan. Pelampung diikat ke pipa pada interval 4,5 meter. Pada akhir pipa, platform mengambang dirancang untuk menangguhkan tirai sedimen dan untuk mendukung diffuser porting di dalam tirai. Untuk jarak debit 610 meter, tidak diperlukan pompa booster. Jika diperlukan untuk pipa yang lebih panjang, Pompa EDDY juga dapat berfungsi sebagai pompa booster yang efisien.

Hasil Demonstrasi

Performa fisik kapal keruk ini melebihi ekspektasi. Kepadatan bubur yang lebih besar dari 70 persen padatan menurut beratnya dapat dipertahankan, sementara puncaknya lebih dari 90 persen dapat dicapai. Laju produksi yang berkelanjutan lebih dari 230 meter kubik per jam diamati. Dalam satu uji coba selama 6,5 jam, sekitar 1.681 meter kubik dikeruk. Material yang dikeruk sebagian besar berupa pasir sedang hingga halus dengan aD-50 sebesar 0,5 mm. Jumlah kayu apung yang tenggelam dan puing-puing organik diamati oleh kamera video bawah air untuk dipompa melalui sistem tanpa tersumbat. Dalam beberapa kasus, potongan kayu besar dan bongkahan beton teramati tersedot ke dalam pompa dan dikeluarkan melalui pipa. Kedalaman 15 meter beringsut tanpa masalah. Pengerukan yang lebih dalam, dengan kemampuan desain 30 meter, tidak dicoba karena volume penggalian yang dihasilkan akan melebihi volume yang disetujui oleh izin Korps Insinyur Angkatan Darat AS. Demonstrasi pengerukan dihentikan ketika volume kumulatif mencapai 7.833 meter kubik.

TABEL 1- DATA PRODUKSI PENGERUKAN TERPILIH (PG&E, 1995)

Kekeruhan, TSS, dan oksigen terlarut (DO) diukur di stasiun kontrol hulu, di dekat hisap kapal keruk, di plume di hilir buangan, dan di stasiun kepatuhan yang didirikan di asupan terowongan listrik. Rata-rata, kekeruhan di sekitar asupan pompa. melebihi tingkat latar belakang hanya sebesar 1,2 NTU. Tidak pernah ada kekeruhan atau konsentrasi padatan tersuspensi yang diukur di stasiun kepatuhan struktur asupan yang mendekati batas yang ditetapkan oleh lembaga-lembaga tersebut. Peningkatan kekeruhan maksimum adalah 1,9 NTU dan pengukuran padatan tersuspensi maksimum adalah 9,0 mg/1. Di bagian hilir platform pembuangan, kekeruhan jauh di bawah batas yang ditentukan untuk stasiun kepatuhan. Peningkatan maksimum di atas ambien adalah 12 NTU. Konsentrasi oksigen terlarut tidak terpengaruh secara signifikan oleh pengerukan. (Creek, PG&E, 1995)

Kapal keruk generasi kedua sekarang sedang dibangun yang akan menyempurnakan prototipe kapal keruk yang digunakan untuk demonstrasi Cresta. Portabilitas dan kemampuan mobilisasi yang cepat adalah fitur utama dari desain baru ini.

Kesimpulan

• Pengerukan hisap bubur POMPA EDDY menyediakan metode pengerukan yang unggul secara lingkungan untuk memenuhi standar kualitas air yang ketat.
• Sangat sedikit kekeruhan atau suspensi ulang sedimen di kepala hisap.
• Pompa EDDY mampu menghasilkan tingkat produksi yang tinggi. Sebanding dengan kapal keruk hisap konvensional yang jauh lebih besar.
• Kapal keruk EDDY Pump mampu melewatkan puing-puing kayu dalam jumlah besar dan material asing lainnya dalam sedimen tanpa tersumbat.
• Kepadatan lumpur yang tinggi meminimalkan volume limbah yang akan diolah dan dibuang ke dataran tinggi pengendapan sedimen.
• Kemampuan teknologi untuk memompa lumpur padat jarak jauh memberikan alternatif pipa untuk mengangkut sedimen ke lokasi pembuangan yang jauh.
• Setelah menyelesaikan masalah awal, prototipe kapal keruk terbukti mampu beroperasi dengan andal.
• Pembuangan lumpur sedimen ke dalam kolom air menghasilkan tingkat kekeruhan dan TSS yang rendah, jauh di dalam batas-batas standar kualitas air yang ketat, tanpa menggunakan tirai penahan sedimen.

REFERENSI

Creek, Korbin D. dan Timothy H.Sagraves, (1995), “EDDY Pump Pengerukan: Apakah Itu Menghasilkan
Dampak Kualitas Air?,” Asce Waterpower ’95 Conference, hlm. 2246-2252

Harrison, Larry L., Wing H.Lee dan ScottTu, (1995), “Sediment Pass-Through, An
Alternatif untuk Pengerukan Reservoir,” Konferensi ASCE Waterpower ’95, hlm.2236-2245.

PG&E (Pacific Gas and Electric Co. Technical and Ecological Services Department) (1995) “Hasil Pemantauan Kualitas Air Selama Demonstrasi Pompa EDDY 1994 di Waduk Cresta,” Laporan No. 402.331-95.23.REFERENSI

Creek, Korbin D. dan Timothy H.Sagraves, (1995), “EDDY Pump Pengerukan: Apakah Itu Menghasilkan
Dampak Kualitas Air?,” Asce Waterpower ’95 Conference, hlm. 2246-2252

Harrison, Larry L., Wing H.Lee dan ScottTu, (1995), “Sediment Pass-Through, An
Alternatif untuk Pengerukan Reservoir,” Konferensi ASCE Waterpower ’95, hlm.2236-2245.

PG&E (Pacific Gas and Electric Co. Technical and Ecological Services Department) (1995) “Hasil Pemantauan Kualitas Air Selama Demonstrasi Pompa EDDY 1994 di Waduk Cresta,” Laporan No. 402.331-95.23.