Satuan prosesSatuan proses

Suspended growth reactorSuspended growth reactor

Bioreaktor pertumbuhan tersuspensiBioreaktor pertumbuhan tersuspensi

Biomassa berada dalam suspensi Biomassa berada dalam suspensi bersama dengan substratbersama dengan substrat

Tardapat 2 neraca material, yaitu:Tardapat 2 neraca material, yaitu:• Neraca substrat (S)Neraca substrat (S)• Neraca biomassa (X)Neraca biomassa (X)

Lumpur yang dihasilkan merupakan Lumpur yang dihasilkan merupakan biomassa yang akan mengkonversi biomassa yang akan mengkonversi substratsubstrat

Lumpur (X) : konsentrasi biomassa, Lumpur (X) : konsentrasi biomassa, merupakan massa aktif dari merupakan massa aktif dari mikroorganisme, biasa dinyatakan mikroorganisme, biasa dinyatakan dalam bentuk MLSS atau MLVSSdalam bentuk MLSS atau MLVSS

MLSS: Mixed Liquor Suspended SolidMLSS: Mixed Liquor Suspended Solid MLVSS: Mixed Liquor Volatile MLVSS: Mixed Liquor Volatile

Suspended Solid (biasanya diambil Suspended Solid (biasanya diambil sebagai ukuran banyaknya biomassa sebagai ukuran banyaknya biomassa dalam sistem.dalam sistem.

Dalam kenyataan, dalam MLSS & MLVSS Dalam kenyataan, dalam MLSS & MLVSS tidak hanya mikroorganisme aktif saja, tidak hanya mikroorganisme aktif saja, tetapi juga zat organik dan residu respirasi tetapi juga zat organik dan residu respirasi endogen.endogen.

X (MLVSS) = Xakt + Xd + XioX (MLVSS) = Xakt + Xd + Xio

X(MLSS) = X(MLVSS) + XiiX(MLSS) = X(MLVSS) + Xii

KonsentrasiBiomassa

aktifKonsentrasi

Sisa respirasiendogen

Zat organik dari Umpan masuk

(inert)

Konsentrasi inertBiologis

Zat inorganik

Umur Lumpur (Umur Lumpur (θθc)c)

Umur lumpur adalah perbandingan jumlah Umur lumpur adalah perbandingan jumlah biomassa dalam reaktor terhadap laju biomassa dalam reaktor terhadap laju pertumbuhan biomassa nettopertumbuhan biomassa netto

Umur lumpur disebut juga waktu tinggal sel Umur lumpur disebut juga waktu tinggal sel (padatan) rata-rata dalam reaktor.(padatan) rata-rata dalam reaktor.

XVkdSkm

SXVkoXV

SkmkdSko

Skmc ..

)(.

Pada prakteknya Pada prakteknya θθc yang baik : 3 – c yang baik : 3 – 14 hari untuk menghasilkan flok 14 hari untuk menghasilkan flok biologis yang mudah mengendap.biologis yang mudah mengendap.

θcθc < 3 hari: densitas biomassa yang < 3 hari: densitas biomassa yang terbentuk tidak cukup untuk dapat terbentuk tidak cukup untuk dapat diendapkan dengan baik.diendapkan dengan baik.

θcθc > 14 hari: flok biomassa yang > 14 hari: flok biomassa yang terbentuk sangat halus, kecepatan terbentuk sangat halus, kecepatan mengendapnya sangat kecil.mengendapnya sangat kecil.

Mengendalikan umur lumpur:Mengendalikan umur lumpur:• Mengatur laju pembuangan lumpur pada bak Mengatur laju pembuangan lumpur pada bak

pengendappengendap• Mengatur laju lumpur yang diresirkulasi.Mengatur laju lumpur yang diresirkulasi.

Pada kondisi tunak, umur lumpur dapat Pada kondisi tunak, umur lumpur dapat ditetapkan:ditetapkan:

XeQeXrQw

XVc

..

Produksi LumpurProduksi Lumpur

Pt = Qe.Xe + Qw.Xw = Y.Qo (So-S) – kd.X.VPt = Qe.Xe + Qw.Xw = Y.Qo (So-S) – kd.X.V

Bila Bila θθc < 10 hari:c < 10 hari:

Produksi lumpur (Y) ~ 0,3 – 0,9 kg padatan per Produksi lumpur (Y) ~ 0,3 – 0,9 kg padatan per kg BOD yang dihilangkankg BOD yang dihilangkan

c

XVPt

ckd

SSoYQoPt

.1

)(.

Indeks Volume Lumpur (IVL)Indeks Volume Lumpur (IVL)Sludge Volume Index (SVI)Sludge Volume Index (SVI)

Pengukuran empiris, digunakan sebagai indeks Pengukuran empiris, digunakan sebagai indeks dari pengendapan lumpurdari pengendapan lumpur

V = volume padatan yang mengendap V = volume padatan yang mengendap setelah setelah 30 menit (ml)30 menit (ml)

Vo = volume awal lumpur yang diperiksa Vo = volume awal lumpur yang diperiksa (Liter)(Liter)

X = konsentrasi MLSS sebelum X = konsentrasi MLSS sebelum pengetesan (gr/L) pengetesan (gr/L)

XVo

VIVL

. ml / gr.lumpur kering

Faktor Pembebanan dalam ProsesFaktor Pembebanan dalam Proses

F/M ratio : menentukan efisiensiF/M ratio : menentukan efisiensiF = makanan; F = makanan; M = mikroorganisneM = mikroorganisne

F/M makin besar :F/M makin besar :→→- Substrat berlebih- Substrat berlebih- Mikroorganisme sedikit, terjadi akumulasi- Mikroorganisme sedikit, terjadi akumulasi- Efisiensi menurun.- Efisiensi menurun.

F/M makin kecilF/M makin kecil- Substrat terbatas- Substrat terbatas- Terjadi kompetisi mikroorganisme. - Terjadi kompetisi mikroorganisme. - Yang dapat beradaptasi, dapat bertahan- Yang dapat beradaptasi, dapat bertahan- Efisiensi meningkat- Efisiensi meningkat

F/M = U = 1/YF/M = U = 1/Y

U = 0,2 – 0,6 kg BOD5/kg.MLSS.hariU = 0,2 – 0,6 kg BOD5/kg.MLSS.hari

(optimum)(optimum)

menunjukkan umur lumpur 3 – 14 menunjukkan umur lumpur 3 – 14 harihari

reaktordalambiomassajumlah

hariterpakaiyangsubstratmassajumlahU

...

/....

XSSo

U

Kebutuhan OksigenKebutuhan Oksigen

Secara teoretis: membuat neraca Oksigen Secara teoretis: membuat neraca Oksigen pada pers.reaksi kimia secara pada pers.reaksi kimia secara keseluruhankeseluruhan

Penggunaan Oksigen dilakukan oleh 2 Penggunaan Oksigen dilakukan oleh 2 kelompok utama mikroorganisme:kelompok utama mikroorganisme: m.o.heterotrof m.o.heterotrof → oksidasi ikatan karbon→ oksidasi ikatan karbon m.o.nitrifier → oksidasi ammonia → nitratm.o.nitrifier → oksidasi ammonia → nitrat

PenggunaanSubstrat

ProdukBiomassa

OrganikInert

CO2, H2O

O2 u/ sintesa

& resp energi

O2 u/ resp

endogen

O2 u/ oksidasiCOD, BOD

O2 u/ oksidasiCOD, BOD

Kebutuhan Oksigenu/ oksidasi substrat

Kebutuhan O2u/ sintesis &

Respirasi energi

Kebutuhan O2 u/ oksidasi biomassa

Kebutuhan O2u/ oksidasi

inert

Kebutuhan O2u/ respirasiendogen

= +

+ +

inert

prod

laju

b

biomassa

prod

laju

aQoSSowaktu

OmassarespOKebutuhan

2..2.

S diukur sebagai COD, atau BODa = konstanta hubungan antara biomassa, COD, atau BOD, terhadap massa keseluruhanb = konstanta hubungan antara inert, COD, atau BOD terhadap massa keseluruhan

Jenis Bioreaktor model Jenis Bioreaktor model pertumbuhan tersuspensipertumbuhan tersuspensi

Lumpur Aktif Lumpur Aktif • KonvensionalKonvensional• Kontak stabilisasiKontak stabilisasi• Parit oksidasi/extended aerationParit oksidasi/extended aeration

Waste Stabilization PondsWaste Stabilization Ponds

Lumpur Aktif KonvensionalLumpur Aktif Konvensional

Ratio resirkulasi 25 – 30 %Tujuan resirkulasi lumpur : menambah biomassa aktif

(Resirkulasi Lumpur)

Lumpur AktifLumpur Aktif

Cara AerasiCara Aerasi

a)a) Tapered Aeration : konsentrasi O2 dimasukkan Tapered Aeration : konsentrasi O2 dimasukkan menurun bertahap.menurun bertahap.

Jumlah O2 yang dibutuhkan m.o tidak sama sepanjang Jumlah O2 yang dibutuhkan m.o tidak sama sepanjang tangki aerasitangki aerasi

BOD tinggi di dekat inlet BOD tinggi di dekat inlet → dibutuhkan O2 >>→ dibutuhkan O2 >> BOD menurun di dekat outlet → O2 tidak perlu terlalu tinggiBOD menurun di dekat outlet → O2 tidak perlu terlalu tinggi Yang perlu dipertahankan : D.O minimal 2 mg/LYang perlu dipertahankan : D.O minimal 2 mg/L

Tangki Aerasi

1 2 3 4

Kebutuhan O2 relatif dengan tapered Kebutuhan O2 relatif dengan tapered aeration:aeration:

1 2 3 4

Kuartil

O2

KuartilKuartil Kebutuhan Kebutuhan OksigenOksigen

11 35 %35 %

22 26 %26 %

33 20 %20 %

44 19 %19 %

b)b) Step AerationStep Aeration• Aerasi tetap (konsentrasi O2 yang Aerasi tetap (konsentrasi O2 yang

dimasukkan tetap)dimasukkan tetap)• Debit air limbah dimasukkan bertahapDebit air limbah dimasukkan bertahap

Tangki Aerasi

¼ Q ¼ Q ¼ Q ¼ Q

Kontak Stabilisasi Kontak Stabilisasi (modifikasi dari Lumpur Aktif)(modifikasi dari Lumpur Aktif)

KontakVc,Xc,Se

StabilisasiVs,Xs,Ss

Q,So Q(1+R)

Xc,Se

Q-Qw

Xe,Se

RQ+Qw Xr,Se

Qw,Xr,Se

RQ,Xs,Ss

Di tangki KONTAK: Di tangki KONTAK: • dibentuk bioflok, m.o berkontak dibentuk bioflok, m.o berkontak

dengan substrat (air limbah)dengan substrat (air limbah) Di tangki STABILISASI:Di tangki STABILISASI:

• m.o tidak diberi substrat baru, m.o tidak diberi substrat baru, sehingga sehingga mendegradasi substrat mendegradasi substrat

yang yang menempel pada m.o menempel pada m.o → → sehingga sehingga m.o menjadi aktifm.o menjadi aktif

Aerasi dilakukan di tangki kontak dan Aerasi dilakukan di tangki kontak dan tangki stabilisasitangki stabilisasi

Waktu tinggal di tangki kontak pendek Waktu tinggal di tangki kontak pendek → → Volume keseluruhan lebih kecilVolume keseluruhan lebih kecil

Tidak diperlukan tangki pengendap Tidak diperlukan tangki pengendap

Perbandingan Volume antara L.A Perbandingan Volume antara L.A konvensional dan Kontak Stabilisasi konvensional dan Kontak Stabilisasi

(R=0,5 Q)(R=0,5 Q)

UNITUNITKONVENSIONALKONVENSIONAL KONTAK-STABKONTAK-STAB

Wkt tinggalWkt tinggal

(jam)(jam)VolumeVolume

Wkt tinggalWkt tinggal

(jam)(jam)VolumeVolume

Pengendap IPengendap I 1,51,5 1,5 Q1,5 Q -- --

Tangki AerasiTangki Aerasi 66 6 (1,5 Q)6 (1,5 Q) 0,50,5 0,5 (1,5Q)0,5 (1,5Q)

Tangki Tangki StabilisasiStabilisasi -- -- 66 6 (0,5 Q)6 (0,5 Q)

Pengendap IIPengendap II 1,51,5 1,5 Q1,5 Q 1,51,5 1,5 Q1,5 Q

TotalTotal 99 12 Q12 Q 88 5,25 Q5,25 Q

Asumsi untuk menentukan VolumeAsumsi untuk menentukan Volume Tangki Stabilisasi Tangki Stabilisasi

Semua materi tak terlarut di adsorp Semua materi tak terlarut di adsorp di tangki kontak dan di tangki kontak dan dicerna/dioksidasi di tangki stabilisasidicerna/dioksidasi di tangki stabilisasi

Seluruh materi yang masuk ke tangki Seluruh materi yang masuk ke tangki stabilisasi akan dicernastabilisasi akan dicerna

Koefisien hasil (Yield=Y) untuk Koefisien hasil (Yield=Y) untuk materi organik terlarut dan tidak materi organik terlarut dan tidak terlarut dianggap sama)terlarut dianggap sama)

Pada kondisi tunak, neraca biomassa di tangki Pada kondisi tunak, neraca biomassa di tangki stabilisasi:stabilisasi:

RQXr + YRQXr + YTT.Q.f.So +Y.Q.f.So +YTT.RQSe – kdXsVs - RQXs = 0.RQSe – kdXsVs - RQXs = 0

ff : fraksi BOD influen yang tidak larut: fraksi BOD influen yang tidak larut

SeSe : fraksi BOD terlarut efluen dari tangki : fraksi BOD terlarut efluen dari tangki kontakkontak

YYTTQfSoQfSo : pertumbuhan di tangki stabilisasi : pertumbuhan di tangki stabilisasi yang yang berhubungan dengan penyisihan BOD berhubungan dengan penyisihan BOD

tak terlarut di tangki kontaktak terlarut di tangki kontak

YYTTRQSeRQSe : pertumbuhan karena penyisihan : pertumbuhan karena penyisihan substrat terlarut di tangki stabilisasisubstrat terlarut di tangki stabilisasi

Volume tangki Stabilisasi:Volume tangki Stabilisasi:

Bila pertambahan biomassa karena sintesis Bila pertambahan biomassa karena sintesis di tangki kontak diabaikan, dan biomassa di tangki kontak diabaikan, dan biomassa pada influen dan efluen pada tangki kontak pada influen dan efluen pada tangki kontak dianggap sama, maka:dianggap sama, maka:

Xskd

QfSoYSeYXsXrRQVs

TT

.

)(

QXcRRQXsQXo )1(

XcXs

XcR

Pada umur lumpur 4 – 18 hari:Pada umur lumpur 4 – 18 hari: MLSS kontak : 2000 – 4000 mg/LMLSS kontak : 2000 – 4000 mg/L MLSS stabilisasi: 6000 – 10000 mg/LMLSS stabilisasi: 6000 – 10000 mg/L Efisiensi : 85 – 95 % Efisiensi : 85 – 95 %

(BOD & SS removal)(BOD & SS removal)

Parit Oksidasi (OXydation Ditch)Parit Oksidasi (OXydation Ditch)

Biasa digunakan untuk pengolahan Biasa digunakan untuk pengolahan limbah skala kecillimbah skala kecil

Sedikit kebutuhan akan tenaga ahli Sedikit kebutuhan akan tenaga ahli untuk operator.untuk operator.

Untuk beban 10 lb. BOD5 / 1000 Untuk beban 10 lb. BOD5 / 1000 cuft.day, menghasilkan konsentrasi cuft.day, menghasilkan konsentrasi SS efluen 25 mg/LSS efluen 25 mg/L

Proses aerasi: extended aerationProses aerasi: extended aeration

Oxydation ditchOxydation ditch

Pengendap

Q

Aerator

Aerator

Q-Qw

Qw

Kebutuhan Oksigen pada Lumpur AktifKebutuhan Oksigen pada Lumpur Aktif

Modifikasi ProsesModifikasi ProsesCuft udara Cuft udara

Per lb BOD5Per lb BOD5

KonvensionalKonvensional 15001500

Step AerationStep Aeration 15001500

Kontak StabilisasiKontak Stabilisasi 15001500

Extended AerationExtended Aeration 20002000

Waste Stabilization PondsWaste Stabilization Ponds(Kolam Stabilisasi)(Kolam Stabilisasi)

Terdiri dari :Terdiri dari :• Kolam AnaerobKolam Anaerob• Kolam FakultatifKolam Fakultatif• Kolam MaturasiKolam Maturasi

Banyak digunakan pada IPLTBanyak digunakan pada IPLT

Kolam AnaerobKolam Anaerob

Mengurangi luas areaMengurangi luas area Menghasilkan lumpur sedikitMenghasilkan lumpur sedikit Kedalaman 8 – 12 ftKedalaman 8 – 12 ft Terjadi proses anaerob :Terjadi proses anaerob :

• Fermentasi asam (asidifikasi)Fermentasi asam (asidifikasi)• Pembentukan gas methan (methanasi)Pembentukan gas methan (methanasi)

Terjadi penyisihan BOD dan SSTerjadi penyisihan BOD dan SS

Alur fermentasi untuk pembentukan Alur fermentasi untuk pembentukan gas methangas methan

Organikpolymer

monomer

Asam volatil

CO2,H2 asetat

CH4, CO2

hidrolisa

asidifikasi

methanasi

Tahapan

Kolam FakultatifKolam FakultatifSinar matahari

Fotosintesa: CO2 + H2O→ O2 + sel algal

limbah

Organik terlarut& tersuspensi

Degradasi aerob: organik + O2 → CO2 + sel

Efluen terlarut

EndapanSolid, algae,bakteri

Lumpur organik Sel + gas

Zona Aerob

Zona Fakultatif

Zona Anaerob

asidifikasi

methanasi

Kedalaman Rata-rata 1,5 mWaktu tinggal : 20 – 40 hari

Kolam MaturasiKolam Maturasi

BOD influen : 50 – 75 mg/LBOD influen : 50 – 75 mg/L BOD efluen : < 25 mg/LBOD efluen : < 25 mg/L Waktu retensi : 7 hariWaktu retensi : 7 hari Terjadi penyisihan bakteri patogenTerjadi penyisihan bakteri patogen Kedalaman 1-1,2 mKedalaman 1-1,2 m

Ne Ne : jumlah coliform di efluen / 100 ml: jumlah coliform di efluen / 100 ml NiNi : jumlah coliform di influen / 100 ml: jumlah coliform di influen / 100 ml KKbb :konstanta penyisihan Coliform ( / hari):konstanta penyisihan Coliform ( / hari) tt : waktu retensi kolam (hari): waktu retensi kolam (hari)

tk

NiNe

b.1

Aerated LagoonAerated Lagoon