DESAIN DASAR TEKNOLOGI PENGOLAHAN AIR LIMBAH

Prawisti Ekasanti, Yogyakarta, 2 Maret 2011

Jenis Limbah Rumah Tangga Grey water Air sisa pencucian dari dapur, kamar mandi, laundry, dll. tanpa feses dan urin. Black water Air dari siraman toilet (feses, urin dan air siraman). Yellow water Urin dari toilet terpisah dan tempat kencing (dengan atau tanpa air untuk menyiram). Brown water Blackwater tanpa urin atau yellowwater. Rain water Air yang mengalir dari area/permukaan keras (misal: jalan, atap)Sumber: Philippines Sanitation Sourcebook and Decision Aid, 2005

Ragam Pengolahan BiologisActivated Sludge/Lumpur Aktif

Proses Biomassa Tersuspensi Suspended culture

Step aeration Contact stabilization: ABR Extended aeration Oxidation ditch Lain-lain

Pengolahan Air Limbah Secara Biologis

Proses Biomassa Melekat Attached culture

Trickling filter/Biofilter/AF Rotating Biological Contactor (RBC) Contact Oxidation Lain-lain

Kolam

Lagoon

DEWATS sebagai Pengolahan Biologis

Pengolahan Anaerobik dan AerobikAerobic Anaerobic Membutuhkan lahan yang luas. Tidak membutuhkan lahan 0.06 m2 per orang untuk activated sludge. Lebih dari 3 m2 per orang untuk kolam facultative dan constructive wetland.

Sering membutuhkan input energi, Tidak memebutuhkan energi, misalnya pada activated sludge dan justru bisa menghasilkan energi extended aeration.Dapat menurunkan organic load sampai 90% atau lebih. Biasanya menurunkan organic load 40 70% dan membutuhkan pengolahan lanjutan

Aerobic

Anaerobic

Waktu tinggal yang lama pada kolam Umumnya penurunan dan constructed wetlands dapat pathogen tidak terjadi mencapai penurunan level pathogen secara significant sesuai kebutuhan baku mutu yang disyaratkan. Waktu tinggal yang lama pada kolam Agak sensitif terhadap variasi dan constructed wetlands sagat aman inflow dan loading. terhadap fluctuasi inflow dan organic load Produksi lumpur lebih tinggi daripada Lumpur yang telah stabil sistem anaerobic diproduksi dengan jumlah sedikit Bisa berbau, overload terutama jika terjadi Kondisi yang tertutup dapat mengindari masalah bau

DEWATS Decentralized Wastewater Treatment System

DEWATS merupakan sistem pengolahan air limbah yang terdesentralisasi. Filosofi: DEWATS terdiri dari modul-modul pengolahan yang sesuai untuk diaplikasikan atau didesain berdasarkan permintaan kemudahan pengoperasian dan perawatan menjadi landasan utama, sistem ini beroperasi tanpa memerlukan input energi serta tidak dapat dimatikan dan dihidupkan dengan tiba-tiba.

Karakteristik teknik DEWATS: 1. DEWATS menyediakan teknologi dengan biaya terjangkau, karena sebagian besar bahan/input tersedia di lokasi setempat 2. DEWATS mengolah limbah domestik maupun industri

3. DEWATS efisien dan mampu mengolah limbah hingga 1000 m34. DEWATS dapat diandalkan, tahan lama dan toleran terhadap fluktuasi inflow (masukan air limbah) 5. DEWATS memerlukan perawatan yang mudah dan berbiaya rendah

Sedimentasi

septic tankTutup Degester Pipa GasPelimpahan Inlet

Pencernaan anaerobik

Gas Bio Scum Liquid

Sludge

Degester

digester

Pencernaan anaerobikbaffled reactor anaerobik filter

Dekomposisi aerobik dan fakultatif

Penanaman pada saringan kerikil

Pengolahan akhirKolam aerobik-fakultatif

Parameter Penting Debit, Air limbah yang akan diolah (m3) 1. Sistem Komunal: 100 120 liter/orang/hari 2. Sistem MCK: Black water: 15 20 liter/orang/hari Grey water: 45 60 liter/orang/hari 3. Tahu: 10 15 liter/kg kedelai diproduksi

Parameter PentingNilai COD rata-rata dan range fluktuasi Tabel konsentrasi COD dan BOD inflow untuk beberapa jenis limbah

No. 1 2 3

Jenis Limbah Domestic - Settler MCK* Komunal Industi tahu

COD in (mg/L) 490 - 560 790 - 970 7700 - 9400

BOD in (mg/L) 270 - 310 440 - 540 3400 - 4100

* nilai konsentrasi inflow pada settler setelah tercampur antara black water yang terolah dengan digester dan grey water.

Parameter PentingJENIS LIMBAH

WAKTU PEMAKAIAN PUNCAK/PEAK TIME (JAM)

Permukiman MCK Permukiman Komunal Tahu-tempePeternakan Rumah Potong Hewan

5-8 10-12 6-8*4-6 6-8*

HotelRumah Sakit

10-1210-12

*Untuk tahu/tempe, RPH waktu pemakaian sesuai dengan table diatas atau berdasarkan hasil Feasibility Study

Parameter PentingHRT: waktu tinggal air limbah dalam reaktorUnit Pengolah Limbah Grease trap (perangkap lemak) Bak penampung influent Biodigester: Permukiman atau limbah domestic (RS, hotel) Peternakan Babi Peternakan Sapi Tahu-tempe RPH Settler Range HRT (menit, jam,atau hari) 20 - 30 menit 30 60 menit 1 2 hari 10 15 hari 10 20 hari 3 5 hari 3 5 hari 1.5 2 jam

ABRAF HGF

20 - 70 jam24 48 jam 8 12 jam

SETTLER

Settler adalah:

Sistem pengolahan limbah yang paling sederhana Mengendapkan menstabilkan lumpur

Kelemahan dari system ini adalah efisiensi treatment rendah 15 35%, karena air limbah belum terolah dengan sempurna. Settler difungsikan sebagai pengolahan air limbah awal. Perlu lanjutan pengolahan.

Vent. Pipe

Inspection openings

Access opening

Inlet

scum V3

gas

Outlet

V2

V1

Vtotal = V1 + V2 + V3

Jenis-jenis SettlerSettler 1 chamber

Settler 2 chamber

ScumSupernatant Sludge

Faktor COD removal relatif terhadap HRT di settler

BIO-DIGESTERTutup Degester Pipa GasPelimpahan Inlet

Gas Bio Scum Liquid

Sludge

Degester

Digester adalah sebuah bangunan tertutup tempat limbah organik mengalami proses anaerob (fermentasi), sehingga meningkatkan ketersediaan hara (pupuk) dari bahan organik tersebut, sekaligus menghasilkan gas-bio (methane) sebagai sumber energi alternatif.

Gas mengumpul di bagian atas dari digester dan menekan lumpur ke expansion chamber (bak peluapan) Volume bak peluapan seimbang dengan volume penampungan gas Tekanan gas diperoleh dari perbandingan ketinggian lumpur dalam bak penampungan dan digester Sedimentasi, stabilisasi lumpur, penurunan COD 20 - 50% atau tergantung dari lama tinggal air limbah

Kapan Modul Bio-Digester Digunakan?Digester digunakan sebagai pengolahan awal.Biodigester: Permukiman atau limbah domestic (RS, hotel) HRT: 1 2 hari

Peternakan BabiPeternakan Sapi Tahu-tempe

10 15 hari10 20 hari 3 7 hari

RPH

3 5 hari

ABR ANAEROBIC BAFFLED REACTOR

Proses yang terjadi di dalam ABR adalah berbagai ragam kombinasi proses anaerobik hingga hasil akhirnya lebih baik, proses-proses tersebut adalah : Sedimentasi padatan Pencernaan anaerobik larutan dan padatan melalui kontak dengan lumpur/sludge Pencernaan anaerobik (fermentasi) lumpur /sludge bagian bawah Degradasi anaerobik dari padatan terlarut dan tersuspensi , penurunan COD 60 90%

kebutuhan lahan 1 m2/m3

The Anaerobic Baffled Reactor (ABR): An appropriate technology for on-site sanitation; by KM Foxon S Pillay, N Rodda, F Holder and CA Buckley Pollution Research Group, Biochemical Research Group of KwaZulu-Natal University, South Africa and Centre for water and wastewater research of Technology Durban Institute, South Africa

PENTING ! 1. ABR didahului oleh settler, untuk menghindari turbulensi air di chamber pertama

2. Jumlah ABR ideal 4 8 (Biasanya jika lebih dari 8 maka BOD removal lebih dari 90%) dan selanjutnya akan stagnant.3. Jika perhitungan 8 chamber ABR belum memenuhi kualitas effluent yang diharapkan maka dilanjutkan dengan modul AF.

4. Aliran yang keluar dari pipa up-flow harus sempat melewati endapan lumpur didasar chamber5. Up flow velocity 1 m/h 6. Rasio panjang dengan tinggi air 1:5 (atau panjang 20% dari tinggi air)

7. HRT 20 jam jika ada pengolahan lanjutan, HRT 30 jam jika ABR sebagai pengolahan utama tanpa ada pengolahan lanjutan.

AF ANAEROBIC FILTER

Filter anaerobik (fixed bed atau fixed film reaktor) menggunakan prinsip yang berbeda dengan SETTLER & ABR, karena sistem ini untuk memproses bahanbahan yang tidak terendapkan dan bahan padat terlarut (dissolved solid) dengan cara mengkontakkan dengan surplus bakteri yang aktif.

Bakteri tersebut bersama bakteri lapar akan menguraikan bahan organik terlarut (dissolved organic) dan bahan organik yang terdispersi/tersebar (dispersed organic) yang ada dalam limbah. Sebagian besar bakteri tersebut tidak bergerak. Bakteri cenderung diam dan menempel pada partikel padat seperti pada dinding reaktor atau tempat/bahan lain seperti batu volcano-basalt yang permukaannya kasar dan berongga sehingga bisa digunakan sebagai tempat tempelan. Bahan filter yang dimaksud adalah media dimana bakteri dapat menempel dan air limbah dapat mengalir / melalui diantaranya. Selama aliran ini kandungan organik akan diuraikan oleh berbagai bakteri dan hasilnya adalah pengurangan kandungan organik pada effluent.

Jenis pengolahan dengan penurunan COD 65 - 85%macam air limbah: Air limbah domestik dan air limbah industri dengan rasio COD/BOD kecil

Berbagai jenis material filter yang bisa digunakan :

Floating filter ball

Plastic pipe

Bamboo ring

PENTING ! 1. AF didahului oleh settler atau ABR, untuk menghindari organic load cukup tinggi di inlet yang menyebabkan biaya konstruksi cukup mahal. Sehingga kualitas inflow AF adalah kualitas outflow ABR atau settler. 2. HRT 24 48 jam

3. Kebutuhan lahan :4. Up flow velocity 5. Rasio panjang dan tinggi air 6. Void in filter mass 7. Spesific surface of filter

1 m2/m3 limbah2 m/jam 0.6 0.8 30 -45% 80 120 m2/m3.

8. Penempatan gradasi dimensi filter sebaiknya dimulai dari ukuran terbesar pada paling bawah.

HORIZONTAL GRAVEL FILTER

Sistem dimana terdapat pengolahan aerobic/anoxic untuk air limbah yang telah mengalami pra-pengolahan Komposisi efektif filter mampu menurunkan phosphate hingga 80% Menurunkan bakteri patogen secara efektif Pengolahan lebih lanjut dan pengurangan beban organik dengan menambah suplai oksigen Bebas bau karena aliran berada di bawah permukaan tanah HGF merupakan salah satu jenis dari pengolahan constructed wetland

Constructed WetlandConstructed wetland digunakan untuk air limbah dengan kandungan solid rendah dan konsentrasi COD dibawah 500 mg/l. Merupakan teknologi paling baik untuk meningkatkan performance treatment anaerobic. Terdapat 3 jenis basic pengolahan constructed wetland:1. Overland Treatment System, air didistribusikan secara menyeluruh dan rata ke permukaan pengolahan menggunakan sprinkler atau channels. System ini membutuhkan pengoperasian yang permanent dan terus menerus, tingkat kegagalan tinggi jika tidak dirawat. Sehingga bukan menjadi salah satu modul DEWATS. 2. Vertical filter treatment, pembagian distribusi inlet menjadi 2 atau 3 chamber yang didistribusikan sewaktu-waktu dengan interval yang strictly. System ini membutuhkan pengoperasian yang strickly dan membutuhkan pompa untuk mendistribusikan. Sehingga bukan menjadi salah satu modul DEWATS. 3. Horizontal filter treatment

PENTING ! 1. Jika HGF digunakan sebagai main treatment maka kebutuhan luasan adalah 5 m2/capita, tetapi karena dalam modul DEWATS HGF digunakan sebagai pengolahan lanjutan maka kebutuhan luasan adalah 2 3 m2/m3 2. Kualitas inflow mempengaruhi luasan, karena organic load semakin rendah maka semakin berkurang kebutuhan luasannya.

3. Semakin rendah removal BOD yang diinginkan maka luasan semakin berkurang.4. Filter dimensi 0.5 1 cm, 1 2.5 cm dan 10 15 cm.

Influence of grain size and shape on filter properties

25 mm pore space 22.1%, max pore size 2.8 mm spec. surface 143 m2/m3

5 mm pore space 45.7%, max pore size 0.6 mm spec. surface 652 m2/m3

5 mm and 25 mm pore space 23.9%, max pore size 1.6 mm spec. surface 164 m2/m3

Mixed grain size Mixed grain shape Pore space and pore size unpredictable

Properties of gravel and sand for ground filters Filter medium Gravel sand Diameter of grain (mm) 4 40 0.1 4 Pore Volume coarse 30 % 15 % total 42 % Theoretical conductivity m/s 4.14E-04 m/d 350 35

35 % - 40 % 4.14E-03

PENTING !

5. Aturan keamanan design HGF didasarkan pada: Luasan filter bed dan dangkal (50 cm tinggi filter and 40 cm tinggi air) Inlet zone yang lebar Distribusi inflow pada inlet zone yang dapat diandalkan (rata dan continue) Gravel yang polos (bukan pecah) dengan ukuran yang sesuai (gradasi ukuran maupun penempatan filternya)

6. Jenis tanaman yang dianjurkan adalah jenis tanaman dengan capaian akar sampai 60 cm, dan akar serabut.schoenoplectus phragmites

juncus

typha

KOLAM INDIKATOR15 30 15

Plat Lantai 1:2:3 10 cm Pas. Batu Bata 1:490 30 10 5 5 30 15

Lantai Kerja 1:3:6 5 cm Pasir Urug 5 cm30 15

10

Doop 3"

Fleksible 3"

120

10 30

8 -12.5

8 -12.5 8 -12.5 8 -12.5Ke Bak Pengurasan 500

20

380

375

375

1630

Kolam aerobik ini berguna untuk menambah suplai oksigen langsung melalui sentuhan udara bebas dengan permukaan airnya langsung. Masukan oksigen akan lebih besar jika temperatur rendah dan ada turbulensi permukaan oleh angin maupun hujan.

Tanaman air tidak dianjurkan untuk DEWATS jika tidak dibarengi dengan penjarangan tanaman secara berkala. Tutupan tanaman air yang disarankan adalah sekitar 50-60% dari total luas permukaan kolam.

KOLAM OKSIDASI

Suplai oksigen melalui kontak permukaanO2 O2 O2 O2 O2

inflow

Scum primer

outlet

sedimentasi bahanyang dapat di degradasi mapun yang tidak suplai oksigen dari algea

kondisi aerobikfakultatif

Akumulasi lumpur di dasar kolam pada kondisi anaerobik

Karakteristik kolam oksidasiJenis pengolahan Macam air limbah Kelebihan : degradasi aerobik-facultatif, penurunan pathogen, penurunan COD 60 - 95% : pengolahan awal limbah domestik dan industri (ringan) : konstruksi sederhana, handal sebagaimana desainnya, menghilangkan organisme patogen dengan cepat, dimungkinkan ternak ikan bisa

Kelemahan : butuh lahan yang luas : 25 m2/m3 limbah harian, nyamuk dan bau bisa mengganggu jika tanpa pengelolaan, ganggang meningkatkan BOD

Efisiensi pengolahan tergantung pada tipe dan jumlah kolam.Kolam anaerobic dan fakultatif didesain untuk mengurangi BOD Kolam maturasi untuk mengurangi patogen meskipun dalam prakteknya kolam maturasi bisa mengurangi BOD dan kolam anaerobic serta fakultatif juga bisa mengurangi patogen.

Baffle Reaktor - Bahan FiberglassTipe A

KOMPONEN PENGOLAHAN

Prinsip pengolahan Baffle reaktor dengan bahan fiberglass. Terdiri atas beberapa type ukuran yang bisa disesuaikan dengan kapasitas dan kondisi di lapangan. KELEBIHAN: Waktu pemasangan lebih cepat Tidak membutuhkan banyak tenaga tukang Biaya pembangunan kecil Biaya pengoperasian dan perawatan murah dan mudah Efisiensi pengolahan tinggi Bisa dipasang di daerah dengan tanah labil. KELEMAHAN: Beban maksimal 250 kg/m2 jika diatas bangunan akan dimanfaatkan

39

Baffle Reaktor - Bahan FiberglassTipe B

KOMPONEN PENGOLAHAN

Prinsip pengolahan Baffle reaktor dengan bahan fiberglass. Terdiri atas beberapa type ukuran yang bisa disesuaikan dengan kapasitas dan kondisi di lapangan. Volume tangki 17.325 m3KELEBIHAN: Waktu pemasangan lebih cepat Tidak membutuhkan banyak tenaga tukang Biaya pembangunan kecil Biaya pengoperasian dan perawatan murah dan mudah Efisiensi pengolahan tinggi Bisa dipasang di daerah dengan tanah labil. KELEMAHAN: Beban maksimal 250 kg/m2 jika diatas bangunan akan dimanfaatkan40

Baffle Reaktor - Bahan FiberglassTipe C

KOMPONEN PENGOLAHAN

Prinsip pengolahan Baffle reaktor dengan bahan fiberglass. Terdiri atas beberapa type ukuran yang bisa disesuaikan dengan kapasitas dan kondisi di lapangan. Volume per tangki 1.8 m3

KELEBIHAN: Waktu pemasangan lebih cepat Tidak membutuhkan banyak tenaga tukang Biaya pembangunan kecil Biaya pengoperasian dan perawatan murah dan mudah Efisiensi pengolahan tinggi

Bisa dipasang di daerah dengan tanah labil.KELEMAHAN: Beban maksimal 250 kg/m2 jika diatas bangunan akan dimanfaatkan41

CONTOH-CONTOH JENIS PENGOLAHAN AIR LIMBAH UNTUK LIMBAH DOMESTIK

Lumpur Aktif

Kelebihan: bisa mengolah air limbah dengan skala yang besar. Kelemahan: Jika diterapkan untuk limbah domestik skala kecil membutuhkan biaya operasional tinggi karena dibutuhkan blower dan bahan kimia untuk proses flokulasi. Membutuhkan lahan yang sangat luas karena sebagian besar sistemnya aerobic Pengoperasian yang rumit membutuhkan tenaga ahli sebagai operator

Contoh Penerapan Beberapa Komponen Lumpur Aktif

Instalasi Komponen Return SludgeMotor pengaduk

Tangki Kimia Up Flow Filter

Belt Press (Pemampat Lumpur)

Pompa-pompa

Trickling Filter

Kelebihan: bisa mengurangi polutan-polutan dengan nitrifikasi dan tidak membutuhkan bahan kimia Kelemahan: Jika diterapkan untuk limbah domestik skala kecil membutuhkan biaya operasional tinggi karena dibutuhkan pompa untuk menaikkan elevasi air dan distribusi trickling harus selalu konstan membasahi filter. Bakteri yang menempel pada media filter tidak tahan terhadap perubahan organic load yang significant. Pengoperasian yang rumit membutuhkan tenaga ahli sebagai operator

Potongan Trickling Filter

Rotating Biological Contactor (RBC)

Kelebihan: membutuhkan lahan yang tidak luas, dapat dipasang beberapa tahap sesuai kebutuhan, nitrifikasi mudah terjadi.

Bak RBC sebelum dipasang media filter

Media filter telah dipasang

Kelemahan: Membutuhkan pengontrolan jumlah mikroorganisme yang tetap Sensitif terhadap perubahan temperatur Cacing rambut mudah tumbuh di media filter dan kadang-kadang berbau busuk Pengoperasian yang rumit membutuhkan tenaga ahli sebagai operator dan ketersediaan tenaga listrik yang besar.

Jenis-jenis media filter RBC

Biofilter Anaerob-Aerob

Kelebihan: Efisiensi penurunan BOD dan phospor sangat baik. Dapat digunakan untuk pengolahan air limbah dengan beban organic tinggi. Kelemahan: Sensitif terhadap senyawa toxic Start up butuh waktu lama Membutuhkan energi listrik secara terus menerus untuk aerator (blower) dan pompa sirkulasi

Jenis-jenis media biofilter Sarang Tawon

Contoh penerapan biofilter