Infrastruktur Air di Kutub Selatan
(brr.fyi)- Tidak seperti McMurdo di pesisir, stasiun Kutub Selatan tidak memiliki sumber air cair, sehingga air minum dan air kebutuhan sehari-hari dibuat dengan melelehkan salju setebal ribuan kaki, dan air limbah juga ditangani dengan cara terpisah
- Air tawar dimulai dari sumur bawah salju bernama Rodwell, yang membentuk danau bawah tanah dengan mensirkulasikan air panas lalu memompa air itu ke fasilitas pengolahan
- Salju dalam di Kutub Selatan bersuhu sekitar -60°F, dan untuk membuat 1 galon menjadi cair pada 50°F dibutuhkan kenaikan suhu 268Wh ditambah kalor laten peleburan 350Wh, sehingga total sekitar 618Wh dan produksi air sendiri sangat intensif energi
- Di fasilitas pengolahan, air didistribusikan melalui kontaktor batu kapur, filter, natrium karbonat, klorin, tangki penyimpanan, dan tangki bertekanan, sementara perpipaan mencegah pembekuan dengan insulasi dan kabel pemanas
- Air limbah tidak diolah lalu dibuang seperti di McMurdo, tetapi disimpan dalam Rodwell yang sudah habis masa pakainya dalam keadaan belum diolah, dan per Juni 2024 fasilitas pengolahan air limbah Kutub Selatan belum masuk rencana maupun anggaran
Perbedaan antara basis pesisir dan Kutub Selatan pedalaman
- Sebagian besar stasiun riset Antarktika berada di pesisir atau dekat pesisir
- Karena laut memoderasi iklim, menyediakan akses logistik kapal, serta memberi sumber air dan sarana pembuangan air limbah
- Lokasi penelitian ilmiah juga banyak berada dekat pesisir
- Stasiun Kutub Selatan adalah salah satu stasiun pedalaman yang beroperasi sepanjang tahun
- Berada di dataran tinggi pedalaman sekitar 975 mil di selatan McMurdo Station
- Berbeda dari basis pesisir yang memiliki air cair secara langsung, air di sini harus diperoleh dengan melelehkan salju
Infrastruktur air tawar McMurdo
- McMurdo adalah basis pesisir, sehingga dapat mengakses air laut cair sepanjang tahun di tepi laut di bawah permukiman
- Meski suhu musim dingin turun hingga -30°F, air cair tetap ada di bawah es
- Air laut dipompa melalui building 179, yaitu Seawater Intake Facility
- Pipa air laut menggunakan insulasi tebal dan kabel heat trace
- heat trace adalah kabel listrik resistansi tinggi yang dapat dikendalikan dan dipasang sepanjang pipa
- Saat dialiri listrik, kabel menghasilkan panas, dan insulasi menahannya agar air di dalam pipa tidak membeku
- Air laut di McMurdo digunakan untuk dua tujuan
- Akuarium air laut di Crary Lab
- Produksi potable water untuk operasi basis, yaitu air kebutuhan domestik
- Produksi air kebutuhan domestik melalui beberapa tahap di McMurdo water treatment plant
- Air laut masuk pada sekitar 28°F dan tetap cair pada suhu lebih rendah daripada air tawar karena kadar garamnya
- Dipanaskan hingga sekitar 37°F dengan panas buangan dari pembangkit listrik
- Disaring untuk menghilangkan sedimen
- Garam dan mineral alami dihilangkan dengan reverse osmosis, lalu sisa material dikembalikan ke laut
- Pada tahap polishing, kesadahan dan pH disesuaikan, lalu sedikit klorin ditambahkan untuk mengurangi dampak kontaminasi pada sistem penyimpanan dan distribusi
- McMurdo menyimpan ratusan ribu galon air hasil olahan
- Populasi puncak musim panas bisa melebihi 1.000 orang
- Air untuk pemadaman kebakaran juga diperlukan, sehingga dibutuhkan kapasitas penyimpanan yang besar
Air tawar Kutub Selatan: air yang dimulai dari Rodwell
- Kutub Selatan tidak memiliki sumber air cair, dan basisnya berada di dataran tinggi pedalaman yang dingin, ratusan mil dari pesisir
- Air diproduksi dengan melelehkan salju setebal ribuan kaki
- Salju di kedalaman bersuhu sekitar -60°F
- Untuk menaikkan suhu 1 galon air sebesar 1°F diperlukan 2.44Wh, atau 8.33BTU energi panas
- Untuk naik dari -60°F ke 50°F, diperlukan 268Wh
- Jika termasuk kalor laten peleburan saat berubah dari padat ke cair, dibutuhkan tambahan 350Wh per galon, total sekitar 618Wh
- Pasokan air Kutub Selatan dimulai dari Rodwell
- Rodwell adalah singkatan dari “Rodriguez Well”
- Rancangan awalnya dibuat oleh Raul Rodriguez untuk kamp di Greenland
- Yang saat ini beroperasi secara resmi adalah “Rodwell 3”
- Beberapa lokasi Rodwell untuk penggunaan berikutnya juga sudah direncanakan
- Cara kerja dasar Rodwell sederhana
- Membuat lubang di dalam salju
- Memasukkan air panas untuk melelehkan salju
- Air itu melelehkan area sekitarnya dan membentuk danau bawah tanah
- Air cair dipompa naik dari danau bawah tanah
- Jika air panas terus disirkulasikan, danau bawah tanah itu dapat dipertahankan dan diperluas
- Bangunan pendukung Rodwell memiliki peralatan kontrol dan pemantauan, serta dipanaskan
- Sumurnya turun hingga ratusan kaki ke bawah
- Di dalamnya terdapat pipa untuk menarik air, pipa untuk mengirim kembali air panas ke bawah, kabel listrik untuk pompa bawah air, serta jalur sinyal untuk sensor dan rangkaian kontrol
Sirkulasi Rodwell dan pencegahan pembekuan
- Air dari Rodwell dipindahkan ke fasilitas pengolahan air utama yang berjarak ratusan kaki
- Sebagiannya digunakan sebagai air kebutuhan domestik basis
- Sisanya melewati penukar panas di fasilitas pengolahan air lalu kembali ke Rodwell
- Air baku yang dipompa dari Rodwell bersuhu sekitar 36°F
- Setelah melewati fasilitas pengolahan air dan kontaktor batu kapur, suhunya menjadi sekitar 42°F
- Air sirkulasi yang kembali ke Rodwell dipanaskan hingga sekitar 84°F
- Bangunan pendukung Rodwell memiliki boiler cadangan dan penukar panas
- Agar Rodwell selalu menerima air panas meski ada masalah pada pipa balik antara fasilitas pengolahan air dan Rodwell
- Jika kehilangan loop sirkulasi air panas, Rodwell berisiko rusak
- Masukan panas yang berkelanjutan adalah syarat inti operasi Rodwell
- Rodwell digunakan selama beberapa tahun
- Ketika terlalu besar, skalanya mencapai jutaan galon
- Setelah itu tidak lagi dipakai sebagai sumber air tawar, dan Rodwell baru dimulai di lokasi baru
- Rodwell lama dialihfungsikan untuk penyimpanan air limbah
- Dokumen sejarah terkait Rodwell dapat dilihat lebih lanjut di situs Bill Spindler, South Pole Station
Fasilitas pengolahan air Kutub Selatan
- Air Rodwell menuju fasilitas pengolahan air utama melalui ice tunnels bawah tanah
- ice tunnels adalah jaringan lorong utilitas bawah tanah yang dibuat dengan menggali salju yang dipadatkan
- Pipa-pipanya memakai insulasi dan heat trace
- Fasilitas pengolahan air berada di dalam arches di samping pembangkit listrik, di bagian bawah beer can
- Ini memudahkan penggunaan glycol loop dari pembangkit di sebelah untuk penukar panas yang membawa panas buangan generator
- Air yang masuk ke fasilitas pengolahan pertama-tama melewati kontaktor batu kapur
- Kontaktor batu kapur menambahkan mineral untuk menaikkan pH air
- Ini meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan membuat air lebih layak diminum
- Kontaktor dapat dioperasikan online atau offline sesuai target hasil pengolahan
- Semua air melewati kontaktor, termasuk air yang akan dikembalikan ke Rodwell
- Air yang akan menjadi air kebutuhan domestik menerima pengolahan tambahan
- Melewati filter sedimen dan filter karbon
- pH diatur lebih halus dengan natrium karbonat, yaitu soda ash
- Klorin dalam bentuk calcium hypochlorite digunakan sebagai disinfektan
- Air domestik yang telah diolah disimpan di tangki penyimpanan besar tanpa tekanan
- Ada 2 tangki sehingga operasi tetap berjalan saat salah satunya dimatikan untuk perawatan
- Masing-masing tangki berkapasitas ribuan galon
- Ini berfungsi sebagai buffer penyimpanan untuk mengantisipasi penghentian pasokan Rodwell atau proses pengolahan, baik yang terjadwal maupun tidak
- Kualitas air diperiksa di beberapa titik selama proses pengolahan dan distribusi
- Ada titik pengambilan sampel di outlet tangki penyimpanan air olahan, tepat sebelum air diberi tekanan oleh pompa air domestik
- Di meja laboratorium fasilitas pengolahan air terdapat berbagai alat ukur
Distribusi air domestik dan instalasi di dalam basis
- Tahap akhir pengolahan air domestik adalah memberi tekanan pada air dan menyimpan volume pasokan yang stabil
- Pompa menaikkan tekanan air olahan hingga tekanan distribusi basis
- Tangki distribusi air bertekanan menyimpan air untuk pemakaian basis
- Air mengalir dari tangki fasilitas pengolahan mengikuti beer can ke atas lalu masuk ke elevated station
- Ada kenaikan vertikal sekitar 50 kaki yang harus diperhitungkan dalam pengaturan tekanan sistem distribusi
- Karena beer can tidak dipanaskan, pipanya diberi insulasi
- Elevated station juga memiliki tangki bertekanan untuk pemadaman kebakaran
- Sistem sprinkler kebakaran otomatis dipasang di seluruh basis
- Titik penggunaan air di dalam basis mirip dengan bangunan biasa
- dish pit di dapur adalah salah satu pemakai air terbesar
- Ruang laundry bekerja mirip seperti laundry rumah tangga
- Sebagian besar mesin cuci hanya terhubung ke air dingin demi penghematan energi, dan hanya beberapa yang terhubung ke air panas dan dingin sekaligus
- Pengering menggunakan penukar panas langsung yang terhubung ke loop pemanas glycol bangunan, bukan pemanas resistansi listrik
- Kamar mandi dan air mancur minum juga berada di dalam elevated station
- Air mancur minum menggunakan model Elkay EZS8SF dengan add-on pengisi gelas LK1110
Cara pengolahan air limbah di Kutub Selatan
- Air limbah Kutub Selatan ditangani dengan cara yang sepenuhnya berbeda dari McMurdo
- McMurdo memproses air limbah melalui proses pengolahan air limbah penuh
- Air limbah yang telah diolah dibuang ke laut, dan padatannya dikirim ke Amerika Serikat untuk dibuang
- Di Kutub Selatan, Rodwell yang sudah habis masa pakainya dipakai sebagai tempat penyimpanan air limbah
- Setelah Rodwell mencapai ukuran maksimum, air tawar tidak lagi diambil darinya
- Setelah itu, Rodwell diubah menjadi “sewage outfall” untuk penyimpanan air limbah
- Limbah cair yang belum diolah dan air limbah lainnya mengalir ke sewage outfall saat ini melalui jaringan pipa limbah
- Disimpan tanpa batas waktu di bawah tanah
- Tidak ada pengolahan air limbah sebelum dialirkan ke bawah tanah
- Sewage outfall di bawah basis Kutub Selatan menyimpan jutaan galon air limbah yang belum diolah
- Per Juni 2024, fasilitas pengolahan air limbah untuk stasiun Kutub Selatan belum direncanakan atau dianggarkan
- Namun, ini telah beberapa kali dibahas dalam sejarah stasiun Kutub Selatan
- Di situs NSF, South Pole Station Master Plan Draft 2024 memasukkan fasilitas pengolahan air limbah sebagai rekomendasi
- Pembuangan dengan menyuntikkan limbah yang belum diolah ke bawah es diizinkan dalam Antarctic Treaty System
- Dalam hukum AS, ini dikodifikasikan sebagai 45 CFR § 671.12(f)
Pengumpulan limbah, pembuangan, dan keterbatasan bangunan luar
- Air limbah dari elevated station keluar dari saluran pembuangan domestik dan dikumpulkan di holding pit
- Elevated station memiliki 2 holding pit utama
- Holding pit memiliki dua tujuan
- Menyediakan buffer penyimpanan sementara agar instalasi perpipaan dalam basis tetap bisa digunakan selama perawatan pipa pembuangan atau sewer outfall
- Mengumpulkan air limbah hingga penuh lalu membuangnya dengan laju aliran tinggi agar padatan tersuspensi terbawa lebih efisien
- Jika air limbah mengalir ke sewer outfall sesuai laju pembentukannya, padatan bisa mengendap di perjalanan dan menyebabkan sumbatan
- Holding pit di pod “B” berada di dalam Emergency Power Plant
- Area ini merupakan bagian dari “lifeboat”, yaitu wing infrastruktur redundan yang dapat berfungsi mandiri jika bagian lain stasiun rusak
- Biasanya membuang ke sewage/wastewater outfall utama
- Jika ada masalah pada outfall utama, limbah juga bisa dibuang ke emergency outfall yang lebih kecil
- Di ruang yang sama juga ada infrastruktur pemurnian air darurat yang dapat membuat potable domestic water dari salju cair
- Wastewater pit di pod “A” berada di ruang mesin besar di lantai 1 pod A
- Semua air limbah dari instalasi pod A berkumpul di sana secara gravitasi
- Limbah dibuang ke outfall utama
- Saat pit penuh, air limbah otomatis dibuang ke sewer outfall
- Jalurnya secara umum mirip dengan pipa pasokan air domestik
- Keluar dari station, turun melalui beer can, melewati ice tunnels, lalu mencapai sewer outfall saat ini
- heat trace dipasang agar limbah tidak membeku hingga segmen vertikal terakhir
- Tidak semua bangunan di Kutub Selatan terhubung ke sistem perpipaan
- Hanya elevated station dan power plant arch yang memiliki running water dan koneksi air limbah
- Bangunan luar seperti IceCube, MAPO, DSL, dan ARO terlalu jauh, dan sejauh ini penyambungannya belum efisien dari sisi biaya
- Ada alternatif bagi orang yang bekerja di luar station
- Pada musim panas, karena populasinya besar, porta-potty ditempatkan di sekitar kampus
- Limbah porta-potty harus dibawa kembali ke station saat penuh
- Bangunan luar permanen menggunakan berbagai solusi, dari ember hingga dry toilet dengan wadah penyimpanan yang dapat dilepas
- Personel yang bepergian jauh dapat membawa botol USAP 32oz HDPE Nalgene, yang dibagikan di awal musim dan harus dibersihkan serta didesinfeksi sebelum dikembalikan saat hendak berangkat
Infrastruktur penting yang tak terlihat
- Saat keran dibuka di elevated station, semuanya bekerja seperti bangunan biasa, tetapi di baliknya ada Rodwell, ice tunnels, heat trace, penukar panas glycol, dan tangki bertekanan yang saling terhubung
- Sistem air dan air limbah Kutub Selatan beroperasi di tengah dingin ekstrem, angin, salju yang terus menumpuk, rantai pasok panjang, serta tantangan ketersediaan tenaga ahli dan suku cadang
- Infrastruktur ini adalah fondasi inti yang memungkinkan manusia hidup dan bekerja di titik paling selatan Bumi
1 komentar
Komentar Hacker News
Tulisan seperti ini selalu menarik, karena memberi gambaran tentang bagaimana kehidupan dipertahankan dengan cara yang asing seperti di Stasiun Kutub Selatan
Seluruh operasinya terlihat agak menakutkan, seolah berdiri di ujung pisau antara entropi yang terus merangsek masuk dan energi yang harus dikerahkan untuk menahannya. Terutama di lingkungan yang sangat dingin, terasa makin jelas betapa cepatnya semuanya bisa runtuh jika generator bermasalah, dan bahwa pada akhirnya bahan bakarlah yang menopang segalanya
Saya juga ingin membaca tulisan tentang pemeliharaan fasilitas seperti ini. Akan lebih menarik kalau berisi cerita tentang masalah yang pernah mengancam keberlangsungan stasiun dan bagaimana mereka mengatasinya. Sekalipun ada desain redundan, selama berada di dunia fisik, kerusakan tampaknya tak terhindarkan
Ada juga campuran khusus kutub bernama AN8. Desain redundansinya banyak dan peralatan untuk memperbaiki di lokasi juga tersedia: https://www.jeffreydonenfeld.com/blog/2012/12/the-south-pole...
Selalu menyenangkan melihat tulisan brr.fyi di HN
Hidup di Kutub Selatan hampir mirip dengan hidup di planet asing
Aneh rasanya membayangkan ada kotoran dalam jumlah sangat besar yang terkubur di bawah Kutub Selatan
Ada hal-hal yang kadang lebih baik tidak diketahui
Selalu baik juga melihatnya secara optimistis
Antarktika mungkin tetap begitu selama jutaan tahun, lalu alien mendarat dan menemukan danau tambahan misterius yang penuh dengan berbagai mikroba
Satu hal yang terlewat: yang pertama disebut OP, yaitu fasilitas desalinasi McMurdo, dulu dioperasikan dengan tenaga nuklir, tetapi cara itu ditinggalkan dan kini memakai diesel
https://en.wikipedia.org/wiki/McMurdo_Station#Nuclear_power_...
Diesel terdengar jauh lebih praktis
https://theconversation.com/remembering-antarcticas-nuclear-...
Tulisan yang menggali objek menarik secara mendalam seperti ini selalu menyenangkan di HN
Agak mengejutkan bahwa bahkan semua fotonya memakai Fahrenheit. Terowongan es benar-benar keren. Kalau tumbuh besar menonton Star Wars, siapa yang tidak suka hal seperti itu?
Sebelum Rodwell pertama selesai, ke mana air limbahnya pergi?
Banyak cerita tentang saluran pembuangan limbah, pipa yang membeku, dan penggantian pompa lift. Mungkin semacam lubang yang digali di tanah
Di bangunan luar yang tidak punya sistem selokan atau infrastruktur air, cara seperti ini masih dipakai. Jawabannya mungkin ada di suatu tempat di southpolestation.com milik Bill Spindler
Toilet portabel ini pada dasarnya hanya dibuat dengan udara panas. Air minum diambil dari gua salju lalu disekop ke alat peleleh air
“Untuk memanaskan jumlah yang setara dengan 1 galon air dari -60°F ke suhu distribusi yang masuk akal, 50°F, diperlukan kenaikan sebesar 110°F. Hanya untuk menaikkan 1 galon air ke suhu distribusi saja butuh energi murni 268Wh!”
Kenyataannya lebih besar dari itu. Sebab perubahan fase dari padat ke cair juga membutuhkan banyak energi
330kJ/kg, yaitu 1250kJ per galon, sekitar 350Wh. Jadi energi untuk mencairkan 1 galon air lebih besar daripada sisa kenaikan suhu 110°F itu
Dalam istilah fisika disebut kalor laten peleburan, yaitu energi yang diperlukan untuk menyebabkan perubahan keadaan antara cair dan padat. Beberapa tahun lalu saya melihat seseorang menghitung energi yang diperlukan untuk mencairkan es di depan lokomotif yang sedang melaju, dan kalau ingatan saya benar, dibutuhkan energi setara reaktor nuklir yang tidak kecil. Tidak praktis
Cukup mengejutkan bahwa di stasiun ilmiah seperti itu mereka memakai Fahrenheit untuk mengukur suhu air
Saya pernah menghabiskan seminggu mencari sekrup metrik ukuran tertentu, dan penderitaannya nyata
Pertama-tama, perlu ditegaskan: sebagian besar stasiun itu bukan “sains”, melainkan infrastruktur tempat orang tinggal. Orang-orang yang memelihara bangunan terbiasa dengan sistem imperial, jadi masuk akal memakai satuan itu. Material dan suku cadang untuk perbaikan juga dipasok dari perusahaan AS, dan dalam banyak kasus memang secara hukum begitu
Misalnya, kalau berpatroli harian di pembangkit listrik, semua pembacaan suhu mesin dalam F. Praktis semua termometer fluida inline membaca F. Termostat ruangan juga semuanya F. Dimensi bangunan pun kemungkinan besar hampir semuanya ditentukan dalam kaki
Jadi satuan suhu air tidak terlalu penting. Kita tidak melakukan penelitian air di sini; selain pekerjaan teknis untuk menghitung throughput, yang dibutuhkan hanyalah pasokan yang stabil dan layak minum
Cuaca dilaporkan dalam metrik. Karena METAR adalah format standarnya. Namun begitu masuk ke penerbangan, ketinggian secara umum kembali memakai kaki
Tapi teleskop benar-benar parah. Perangkat keras imperial berserakan di mana-mana. Meski begitu, untuk kriogenik mereka memakai Kelvin
Dalam konteks ketika bias berbasis manusia tidak menguntungkan, saya rasa mereka tidak akan memakai Fahrenheit
Selain itu, sebagian besar peralatannya, terutama perpipaan, kemungkinan berasal dari pemasok AS, jadi pengadaan dalam satuan inci akan jauh lebih mudah
Seorang teman yang bekerja di utara bilang, dari salju yang dicairkan untuk dipakai sebagai air, mereka mengumpulkan meteorit
Saya jadi penasaran apakah di dasar Rodwell juga ada sedikit debu meteorit yang menumpuk
Dulu mereka kadang menurunkan magnet untuk mengambil barang yang jatuh, misalnya perkakas. Saat magnet diangkat, serbuk logam ikut menempel. Namun karena air terus disirkulasikan ulang, sulit menghindari bantahan bahwa itu hanya partikel hasil keausan dari pipa atau mesin lain. Itu dengan asumsi ada material ferrous di dalam sistem sirkulasi
Menarik
“Untuk memanaskan jumlah air setara 1 galon dari -60°F hingga suhu distribusi yang masuk akal, 50°F, perlu menaikkannya sebesar 110°F. Dibutuhkan energi bersih 268 Wh hanya untuk menaikkan 1 galon air ke suhu distribusi! Inilah salah satu alasan mengapa mandi dibatasi 2 menit”
Mungkin semua orang yang membaca ini bisa mencoba bertahan seminggu dengan mandi 2 menit sekali sehari, lalu menilai apakah sanggup melamar pekerjaan ini
Tidak sesulit kedengarannya. Basahi badan lalu matikan air, sabuni, bilas, lalu matikan. Dengan latihan, waktu air mengalir 20–30 detik pun bisa membuat tubuh cukup bersih
Tapi memang tidak memuaskan. Sulit membayangkan angka ini akan bertambah seberapa banyak kalau rambut panjang atau memakai kondisioner
Kalau tidak melakukan pekerjaan yang sangat berat secara fisik atau pekerjaan dengan banyak debu dan kotoran, mandi seluruh badan setiap hari tidak diperlukan
Saat membangun kebiasaan, saya mengatur waktunya 5 menit, tapi sekarang secara alami sekitar 2 menit. Tentu saja “dingin” di Colorado berbeda dari “dingin” di Antarktika. Namun kalau tidak terhanyut dalam lamunan soal uap dan mandi mewah, 2 menit sudah cukup untuk mandi