30

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisis Komponen Model

4.1.1 Deskripsi Model Pemodelan proses lumpur aktif yang akan dibangun ini diberi nama

activatedsludge.0.1 (as.0.1). Pemodelan proses ini adalah pemodelan berbasis komputer

(perangkat lunak) yang dalam perancangannya menggunakan UML (Unified modeling

language). UML dapat memudahkan dalam perencanaan pemodelan yang akan dibuat.

Pemodelan proses lumpur aktif ini memiliki tiga proses perhitungan yaitu penyisihan BOD

(Biological Oxygen Demand), penyisihan Nitrogen, dan penyisihan fosfor. Informasi yang

dibutuhkan dalam melakukan perhitungan meliputi karakteristik air limbah, nilai koefisien

kinetik yang digunakan, dan parameter lainnya pada proses lumpur aktif (Debit

limbah,suhu,waktu proses, dan konsentrasi padatan). Struktur model yang akan dibangun

dapat dilihat pada Gambar 13.

Sumber data karakteristik air limbah industri pertanian yang digunakan untuk

melakukan perhitungan pada program activatedsludge.0.1 berasal dari PTPN I Tanjung

Seumantoh, Aceh Tamiang provinsi Aceh. Kemudian data karakteristik air limbah tersebut

akan dihitung untuk penyisihan BOD, Nitrogen, dan fosfor. Sehingga, keluaran yang

diharapkan adalah hasil perhitungan untuk perancangan proses lumpur aktif.

4.1.2 Konfigurasi Model

Konfigurasi model merupakan tahapan pengaturan komponen–komponen yang

mendukung dalam membangun model. Konfigurasi yang dilakukan yaitu meliputi sistem

manajemen dialog dan sistem manajemen basis data. Sistem manajemen dialog yaitu fasilitas

yang digunakan untuk terjadinya komunikasi antara pengguna dan model yang telah dibuat

(Syaifudin,2011).

Sistem manajemen dialog yang meliputi perancangan tampilan program

menggunakan perangkat lunak Borland Delphi 7.0. Pada pembuatan program terdapat

penambahan komponen flash, sehingga tampilan menjadi lebih bervariasi. Flash yang

digunakan menggunakan komponen yang telah ada di dalam Delphi yaitu Shockwave flash.

Sistem manajemen basis data merupakan sistem pengatur data yang digunakan untuk

perhitungan. Manajemen basis data dibutuhkan untuk mengelola data yang masuk,menghapus

data, menyimpan data dan mengolah data yang digunakan selama proses perhitungan dan

hasil dari perhitungan. Pada pengembangan pemodelan ini ke dalam pemrograman

manajemen database yang digunakan yaitu dengan MySQL dan didukung oleh Microsoft

Access 2007 sebagai manajemen basis data lokal yang jika dikembangkan dapat menjadi basis

data online.

4.1.3 Kebutuhan Fungsional Model

Kebutuhan fungsional model menjelaskan kebutuhan-kebutuhan dalam membangun

model yang meliputi perangkat keras, perangkat lunak, dan pemeliharaan sistem.

a. Kebutuhan perangkat lunak dan perangkat keras.

Perangkat lunak yang dibutuhkan untuk membangun program

ActivatedSludge.0.1 dan menjalankan program ini antara lain menggunakan sistem

31

operasi Windows Seven Home Premium, Microsoft Access 2007 , Adobe flashplayer

10.0, serta perantara koneksi database MySQL dengan ODBC connector.

Kebutuhan-kebutuhan perangkat keras untuk menjalankan program

ActivatedSludge.0.1 antara lain prosesor IntelI core duo 1.73 GHz atau yang setara,

RAM minimal 1.5 GB, Ruang kosong pada hardisk sebesar 100 MB, Printer dan

monitor sebagai media keluaran data, dan perangkat lain seperti keyboard dan mouse.

b. Pemeliharaan model.

Pemeliharaan model yang telah dibuat diperlukan agar model yang telah

dibangun dan menjadi sebuah program aplikasi dapat digunakan dengan baik dan

mengurangi terjadinya kerusakan pada program. Kegiatan pemeliharaan meliputi

pembaruan data dan pemeliharaan data dari kerusakan data yang disebabkan oleh

pengguna ataupun kesalahan sistem.

4.2 Desain Model Berbasis UML (Unified Language Modeling)

Pada tahapan desain model, perancangan dilakukan menggunakan UML (Unified

modeling language). UML adalah metode pemodelan berbasis objek yang memudahkan

pengembang sistem dalam perancangan model dan penterjemahan modelnya ke dalam bahasa

pemrograman (Boggs and Boggs,2002). Di dalam UML terdapat diagram-diagram yang digunakan

untuk merancang suatu model. Pada perancangan program ActivatedSludge0.1 ini, diagram-

diagram yang digunakan dalam perancangan yaitu diagram kasus, diagram aktivitas, diagram

keadaan, dan diagram kelas. Pembuatan diagram – diagram tersebut menggunakan perangkat

lunak Power designer 15.3.

4.2.1 Use Case Diagram (Diagram Kasus)

Hal pertama yang dilakukan dalam merancang model ActivatedSludge.0.1 berbasis

objek menggunakan UML adalah membuat diagram kasus (Use case diagram). Diagram

kasus adalah diagram yang menunjukkan hubungan antara aktor dan kasus yang terjadi

dengan sistem yang akan dibuat. Diagram ini juga sering digunakan untuk memberikan

Gambaran bagian-bagian yang dibutuhkan dalam membangun sistem atau model proses bisnis

dan analisis kebutuhan yang digunakan pada model diagram kasus sistem (Ambler,2005).

Pada diagram kasus pemodelan proses lumpur aktif ini terdapat aktor, hubungan

(Relationship), dan kasus yang terjadi di dalam model yang dibangun. Aktor merupakan

segala sesuatu yang berinteraksi dengan model yang dibangun , Berdasarkan diagram kasus

yang ditunjukkan pada Gambar 14 maka yang menjadi aktor dalam diagram kasus model ini

adalah staf/operator pengolahan limbah cair. Terdapat Sembilan kasus pada usecase diagram

model proses lumpur aktif yang dicirikan dengan bentuk elips, Sembilan kasus tersebut terdiri

dari lima kasus perhitungan utama, dua kasus include, dan dua kasus extend. Aksi atau kasus

yang dapat dilakukan pada pemodelan ini yaitu pemilihan industri, proses input nilai

karakteristik air limbah, proses perhitungan penyisihan BOD, nitrogen, dan fosfor, melihat

Tabel nilai koefisien, melihat daftar istilah, dan yang terakhir adalah melihat nilai SDNR pada

grafik untuk menghitung penyisihan nitrogen. Tahap pertama yang dilakukan oleh aktor yaitu

pemilihan industri setelah itu melakukan input nilai karakteristik air limbah, kemudian

melakukan proses perhitungan. Relationship pada diagram kasus merupakan suatu hubungan

yang menjelaskan interaksi antar kasus pada model yang dibangun. Pada hubungan antar

kasus terdapat hubungan extend dan include. Include adalah hubungan yang digunakan jika

kasus yang pertama merupakan syarat penting terhadap kasus yang lainnya. Sedangkan extend

32

adalah kebalikan dari include, yaitu hubungan yang terjadi jika suatu kasus tidak harus

dipenuhi oleh kasus lain jika kasus yang lain tersebut telah terpenuhi syaratnya.

<<extend>>

<<include>>

Melihat tabel nilai koefisien

Evaluasi nilai karakteristik air limbah

Perhitungan proses penyisihan BOD

Keterangan :

Gambar 13. Contoh hubungan extend dan include.

Berdasarkan Gambar 13 dapat dijelaskan bahwa Tabel nilai koefisien menjadi extend

bagi perhitungan penyisihan BOD, karena jika operator yang melakukan perhitungan telah

mengetahui nilai yang akan diinputkannya maka operator tersebut tidak diharuskan melihat

Tabel nilai koefisien terlebih dahulu. Nilai karakteristik air limbah merupakan include bagi

proses penyisihan BOD, hal tersebut karena nilai karakteristik air limbah merupakan syarat

untuk melakukan perhitungan sehingga nilainya harus diinputkan terlebih dahulu.

Extend : Suatu kasus yang harus dipenuhi oleh kasus lain

Include : Suatu kasus yang tidak harus dipenuhi oleh kasus

lain

: Notasi yang menggambarkan suatu kasus

: Notasi yang menggambarkan hubungan antar

kasus

33

<<include>><<include>>

<<include>>

<<include>>

<<extend>>

<<extend>>

<<extend>>

<<extend>>

<<extend>>

<<extend>>

<<extend>>

<<extend>>

<<include>>

Memilih

industri

Evaluasi nilai karakteristik air limbah

Menghitung proses penyisihan BOD

Menghitung proses penyisihan BOD-

nitrifikasi

Menghitung proses penyisihan nitrogen

Menghitung proses penyisihan fosfor

Melihat tabel daftar istilah

Melihat tabel nilai koefisien

Operator divisi

pengolahan limbah

cair

Melihat grafik nilai SDNR (Spesific

denitrification rate)

Keterangan :

Gambar 14. Diagram kasus model program proses lumpur aktif.

Extend : Suatu kasus yang harus dipenuhi oleh kasus lain

Include : Suatu kasus yang tidak harus dipenuhi oleh kasus

lain

: Notasi yang menggambarkan suatu kasus

: Notasi yang menggambarkan hubungan antar

kasus

34

4.2.2 Diagram Aktivitas (Activity Diagram)

Diagram aktivitas menggambarkan berbagai aktivitas dalam sistem yang sedang

dirancang, bagaimana masing-masing aktivitas berawal, keputusan (decision) yang mungkin

terjadi, dan bagaimana mereka berakhir. Diagram aktivitas juga dapat menggambarkan proses

paralel yang mungkin terjadi pada beberapa eksekusi. Diagram aktivitas menggambarkan

proses-proses dan jalur-jalur aktivitas dari level atas secara umum. Sebuah aktivitas dapat

direalisasikan oleh satu kasus atau lebih. Aktivitas menggambarkan proses yang berjalan .

Diagram aktivitas akan sulit dipahami jika di dalamnya terdapat banyak pemilihan atau

alternatif (Boggs and Boggs,2002). Gambar 15 merupakan diagram aktivitas model proses

lumpur aktif (activatedsludge.0.1).

Berdasarkan diagram aktivitas model activatedsludge.0.1 , diagram aktivitas dimulai

dengan notasi bulat hitam yang disebut dengan Initial node dan berakhir dengan bulatan putih

yang disebut activity final. Pada diagram aktivitas model ini terdapat kegiatan-kegiatan yang

akan terjadi pada model activatedsludge.0.1 yang dicirikan dengan bentuk segiempat dan

terdapat juga pengambilan keputusan yang dicirikan dengan simbol diamond, pemilihan

terjadi jika terdapat pilihan pada model. Berdasarkan diagram aktivitas pada Gambar 15 dapat

dilihat bahwa aktivitas yang pertama kali dapat dilakukan oleh pengguna (operator divisi

pengolahan limbah cair) setelah menjalankan aplikasi adalah memasukkan nama pengguna

dan kata sandi pada halaman login. Kemudian terdapat pemilihan karakteristik air limbah

berdasarkan data industri yang telah disediakan untuk melakukan proses perhitungan, hasil

perhitungan yang didapatkan dapat dicetak dan jika pengguna ingin melanjutkan perhitungan,

maka pengguna dapat kembali ke pemilihan proses perhitungan. Apabila pengguna tidak ingin

melanjutkan proses perhitungan maka terdapat pilihan keluar dari program. Perhitungan yang

dilakukan ada empat jenis yaitu penyisihan BOD, BOD-nitrifikasi, penyisihan nitrogen dan

penyisihan fosfor.

35

Gambar 15. Diagram aktivitas model program proses lumpur aktif (activatedsludge.0.1).

: Notasi yang menggambarkan suatu aktivitas

: Notasi yang menggambarkan suatu alternative

pilihan

: Notasi yang menggambarkan awal dan akhir

sistem

: Notasi yang menggambarkan hubungan antar

kasus

Exit program

Start

[NO]

[YES]

[YES]

[Success]

[NO]

[NO] Decision exit

Membuka tampilan antarmuka program

Menunjukkan tampilan antarmuka program

Menunjukkan halaman login

Melakukan login

Menampilkan halaman pemilihan industri Memilih industri

Menunjukkan halaman pemilihan proses perhitungan

Memilih proses perhitungan

Memasukkan nilai input Menunjukkan halaman perhitungan

Mencetak hasil perhitungan

Keluar dari program

Decision login

Decision perhitungan

Menampilkan hasil perhitungan

36

4.2.3 Diagram Keadaan (Statechart Diagram)

Diagram keadaan merupakan diagram yang mendefinisikan perilaku suatu objek atau

keseluruhan objek. Ruang lingkup diagram keadaan adalah kehidupan seluruh objek (Ojo and

Estevez,2005). Sangat bermanfaat apabila kita membuat diagram ini terlebih dahulu dalam

memodelkan sebuah proses untuk membantu memahami proses secara keseluruhan. Diagram

keadaan dibuat berdasarkan sebuah atau beberapa kasus pada diagram kasus. Gambar 16

menunjukkan diagram keadaan model proses lumpur aktif secara keseluruhan pada

penerapannya di pemrograman.

Diagram keadaan terdiri dari keadaan awal dan keadaan akhir, aktivitas/keadaan

(state), kemudian suatu keadaan dengan keadaan lainnya dihubungkan oleh suatu notasi yang

disebut relationship (tanda panah). State adalah kondisi-kondisi yang terjadi di dalam model

yang dibangun dan memiliki hubungan satu sama lain sesuai urutan terjadi kondisinya.

Berdasarkan Gambar 16, dapat dilihat bahwa diagram ini diawali dengan simbol lingkaran

hitam dan saat program akan berhenti maka diakhiri dengan keadaan akhir (lingkaran).

Kondisi yang terjadi pada umumnya sama dengan kegiatan – kegiatan yang ada pada diagram

aktivitas, yang membedakannya adalah diagram keadaan merupakan akibat dari kegiatan-

kegiatan yang dilakukan. Contohnya jika pada diagram aktivitas melakukan pemilihan

industri dan proses perhitungan, maka akibatnya kondisi pemilihan akan terproses dan akan

selesai sehingga pada diagram keadaan terdapat kondisi “Finished selection process”.

37

Start

End

[memilih perhitungan]

[Perhitungan terpilih]

[Konfirmasi pemilihan perhitungan]

[Melakukan input parameter perhitungan]

[Parameter perhitungan telah diinputkan]

[Konfirmasi nilai parameter]

[Melakukan perhitungan]

[Perhitungan selesai]

[Mencetak hasil perhitungan]

[YES]

[Batal melakukan perhitungan]

[YES]

[NO]

Pemilihan industri

Pemilihan perhitungan

Proses pemilihan selesai

Konfirmasi

Halaman nilai input

Input nilai selesai

Konfirmasi nilai input

Proses perhitungan

Perhitungan selesai

Cetak hasil perhitungan

Batal

Keterangan :

Gambar 16. Diagram keadaan model proses lumpur aktif (activatedsludge.0.1).

: Notasi yang menggambarkan suatu keadaan

: Notasi yang menggambarkan awal dan akhir

sistem

: Notasi yang menggambarkan hubungan antar

keadaan

38

4.2.4 Diagram Kelas (Class diagram)

Diagram kelas adalah diagram yang menunjukkan kelas-kelas dari sistem atau model

yang dibangun, hubungan timbal balik, operasi dan atribut kelas. Diagram kelas ini juga

digunakan untuk menganalisis persyaratan dalam bentuk analisis / konseptual model dan

menggambarkan detail perancangan berbasis objek atau pemrograman berbasis objek. Sebuah

kelas model terdiri dari satu atau lebih kelas diagram yang mendukung spesifikasi yang

menggambarkan unsur-unsur model, termasuk kelas, hubungan antar kelas, dan tampilan antar

muka (Ambler,2005).

Pada suatu kelas terdiri dari objek-objek yang memiliki nama kelas, atribut, dan

operasi (Ojo and Estevez,2005). Menurut Sumirat (2010), nama kelas haruslah unik, karena

ini adalah identitas yang dimiliki oleh setiap kelas. Atribut menunjukkan informasi yang

dimiliki oleh suatu kelas, bisa juga disebut informasi yang berhubungan dengan kelas. Operasi

digunakan untuk menunjukkan apa yang suatu kelas bisa lakukan atau apa yang bisa

dilakukan pada suatu kelas. Sebelum membuat diagram kelas, sebaiknya terlebih dahulu

membuat usecase dan diagram aktivitas agar mempermudah identifikasi kelas pada model.

0..1

admin

0..*

staff

0..1

admin

0..*

manajer0..1

manajer

0..*

Laporan hasil perhitungan (report)

0..1

staff

0..*

industri

0..1

industri

0..*

Perhitungan

0..1

perhitungan

0..*

daftar istilah

0..1

perhitungan

0..*

grafik

Operator (staff) divisi pengolahan

limbah cair

-

-

username

password

: int

: int

admin

-

-

username

password

: int

: int

Manajer

-

-

username

password

: int

: int

Laporan hasil perhitungan (report)

-

-

-

-

-

Karakteristik air limbah

Penyisihan BOD

Penyisihan BOD-nitrifikasi

Penyisihan nitrogen

Penyisihan fosfor

: int

: int

: int

: int

: int

Industri

- Jenis industri : int

+ pilih jenis industri ()

...

: int

Proses perhitungan

-

-

-

-

-

Karakteristik air limbah

Penyisihan BOD

Penyisihan BOD-nitrifikasi

Penyisihan nitrogen

Penyisihan fosfor

: int

: int

: int

: int

: int

Daftar istilah

-

-

Konten

Definisi

: int

: int

Grafik

- SDNR (spesific denitrification rate) : int

Keterangan :

Gambar 17. Diagram kelas model proses lumpur aktif (perangkat lunak activatedsludge.0.1).

: Notasi yang menggambarkan suatu kelas

: Notasi yang menggambarkan hubungan antar

kelas

39

Gambar 17 merupakan contoh diagram kelas model proses lumpur aktif (perangkat

lunak activatedsludge.0.1). pada diagram tersebut digambarkan kelas-kelas yang menyusun

model activatedsludge.0.1. Setiap kelas pada umumnya memiliki dua bagian utama yaitu

bagian pertama berisi nama kelas dan bagian kedua berisi atribut kelas. Misalnya pada kelas

proses perhitungan, yang menjadi nama kelas adalah proses perhitungan, dan atribut kelas

yang dimiliki antara lain karakteristik air limbah, penyisihan BOD, penyisihan nitrogen, dan

penyisihan fosfor. Pembuatan diagram kelas membantu pengembang mendapatkan struktur

sistem/model dan menghasilkan rancangan sistem/model yang baik. Sehingga jika ditemukan

kesalahan pada sistem, maka pengembang cukup memeriksa kelas-kelas yang salah atau

menambahkan objek-objek yang dibutuhkan kelas dalam pengembangan sistem/modelnya.

4.2.5 Desain Basis Data

Basis data biasanya merupakan salah satu bagian dari suatu sistem informasi yang

besar yang antara lain terdiri dari data, perangkat lunak DBMS (database management

sistem), perangkat keras computer, perangkat lunak dan sistem operasi computer, program-

program aplikasi dan pemrograman (Anonim,2011). Perancangan basis data merupakan

tahapan pendukung sistem yang menggunakan data-data pada pengembangannya.

Perancangan basis data diperlukan untuk memudahkan pengembang dalam pengembangan

sistem/modelnya dalam hal pemeliharan data. Perancangan yang baik dapat memudahkan

pengembang jika terdapat kesalahan pada sistem atau model yang akan dibangun. Desain

basis data terdiri dari data model dan kapasitas akses data. Data model dibagi menjadi dua

yaitu secara konseptual (conceptual data model) dan secara pisikal (physical data model).

4.2.5.1 CDM (Conceptual Data Model)

Data model adalah sekumpulan konsep yang digunakan untuk menjelaskan

struktur dari basis data dan memberikan Gambaran tingkat-tingkat abstraksi data. Data

model juga mencakup sekumpulan operasi yang dapat dilakukan terhadap data yang

dihimpun dalam basis data. Terdapat tiga kategori dari model data yaitu conceptual data

model, implementation data model, dan physical data model (Murni,2011). Pada subbab

ini akan dijelaskan tentang model data konseptual (CDM) dan contohnya dalam

pemodelan proses lumpur aktif (aplikasi activatedsludge.0.1). Murni (2011) kembali

menjelaskan, CDM merupakan model data yang memberikan Gambaran yang lengkap

dari struktur basis data yaitu arti, hubungan, dan batasan-batasan. Konsep ini mudah

dimengerti oleh pengguna karena konsep ini menggunakan konsep sepeti diagram kelas

yang memiliki atribut, entitas, dan hubungan antar entitas. Manfaat Penggunaan CDM

dalam perancangan database yaitu sebagai alat komunikasi antar pemakai basis data,

designer, dan analisis. Pada CDM juga menggunakan kelas-kelas pada modelnya,

sehingga skema dari CDM sama dengan diagram kelas. Gambar 18 menunjukkan hasil

perubahan database ke CDM.

40

0..1

admin

0..*

staff

0..1

admin

0..*

manajer0..1

manajer

0..*

Laporan hasil perhitungan (report)

0..1

staff

0..*

industri

0..1

industri

0..*

Perhitungan

0..1

perhitungan

0..*

daftar istilah

0..1

perhitungan

0..*

grafik

Operator (staff) divisi pengolahan

limbah cair

-

-

username

password

: int

: int

admin

-

-

username

password

: int

: int

Manajer

-

-

username

password

: int

: int

Laporan hasil perhitungan (report)

-

-

-

-

-

Karakteristik air limbah

Penyisihan BOD

Penyisihan BOD-nitrifikasi

Penyisihan nitrogen

Penyisihan fosfor

: int

: int

: int

: int

: int

Industri

- Jenis industri : int

+ pilih jenis industri ()

...

: int

Proses perhitungan

-

-

-

-

-

Karakteristik air limbah

Penyisihan BOD

Penyisihan BOD-nitrifikasi

Penyisihan nitrogen

Penyisihan fosfor

: int

: int

: int

: int

: int

Daftar istilah

-

-

Konten

Definisi

: int

: int

Grafik

- SDNR (spesific denitrification rate) : int

Gambar 18. Contoh CDM model proses lumpur aktif (activatedsludge.0.1).

Berdasarkan Gambar 18 dapat dilihat bahwa data model secara konseptual terdiri

dari kelas-kelas, kelas tersebut terdiri dari kelas pengguna (staf penanganan limbah),

manajer, kelas admin, kelas data akhir(kumpulan hasil perhitungan), industri, Gambar,

proses perhitungan dan daftar istilah yang terdapat pada proses perhitungan atau di dalam

model proses lumpur aktif.

4.2.5.2 PDM (Physical Data Model)

Merupakan model yang menggunakan sejumlah tabel untuk menggambarkan

data serta hubungan antara data-data tersebut. Setiap Tabel mempunyai sejumlah kolom

di mana setiap kolom memiliki nama yang unik. PDM merupakan konsumsi spesialis

komputer yang mencakup detail penyimpanan data di komputer. Pada konsep ini data

direpresentasi dalam bentuk record format, record oredering, dan access path

(Setiawan,2009). Gambar 19 merupakan contoh PDM dari model proses lumpur aktif

(activatedsludge.0.1).

41

operator

admin

manajer

admin

report

manajer

industri

operator

perhitungan

industri

daftar istilah

perhitungan

grafik

perhitungan

Operator Peng.Limbah

username

password

...

int

int

<ak,fk>

<fk>

admin

username

password

...

int

int

<ak>

<ak>

Manager

username

password

...

int

int

<ak,fk>

<fk>

Laporan hasil perhitungan (report)

username

Evaluasi karakteristik limbah

BOD removal only

BOD removal with nitrification

Biological nitrogen removal

Biological phosphorus removal

...

int

int

int

int

int

int

<ak1,ak2,ak3,ak4,ak5,fk>

<ak1,ak2,ak3,ak4,ak5>

<ak1,ak2,ak3,ak4,ak5>

<ak1,ak2,ak3,ak4,ak5>

<ak1,ak2,ak3,ak4,ak5>

<ak1,ak2,ak3,ak4,ak5>

Industri

username

Industri pertanian

...

int

int

<ak,fk>

<ak>

Perhitungan

username

Industri pertanian

evaluasi karakteristik air limbah

BOD removal only

BOD removal with nitrification

Biological nitrogen removal

Biological phosphorus removal

...

int

int

int

int

int

int

int

<ak1,ak2,fk>

<ak1,ak2,fk>

<ak1,ak2,ak3,ak4,ak5>

<ak1,ak2,ak3,ak4,ak5>

<ak1,ak2,ak3,ak4,ak5>

<ak1,ak2,ak3,ak4,ak5>

<ak1,ak2,ak3,ak4,ak5>

Istilah

evaluasi karakteristik air limbah

BOD removal only

BOD removal with nitrification

Biological nitrogen removal

Biological phosphorus removal

konten

definisi

...

int

int

int

int

int

int

int

<fk>

<fk>

<fk>

<fk>

<fk>

<ak>

grafik

evaluasi karakteristik air limbah

BOD removal only

BOD removal with nitrification

Biological nitrogen removal

Biological phosphorus removal

SDNR

...

int

int

int

int

int

int

<ak,fk>

<ak,fk>

<ak,fk>

<ak,fk>

<ak,fk>

<ak>

Gambar 19. Contoh PDM model proses lumpur aktif (iactivatedsludge.0.1).

Setelah kelas-kelas diubah ke PDM, maka selanjutnya kelas-kelas tersebut akan

diubah menjadi database yang akan digunakan dalam pengembangan perangkat lunak

pada tahapan implementasi model. Pada proses pembuatan database menggunakan

dukungan dari perangkat lunak lainnya yaitu ODBC connector, yang menjadi perantara

untuk membuat koneksi agar hasil generate dapat menjadi tabel-tabel data yang

digunakan pada perhitungan model proses lumpur aktif (activatedsludge.0.1).

4.3 Implementasi Model

Implementasi model merupakan tahap penerjemahan perancangan model yang telah

dibuat kedalam bahasa pemrograman sehinggga menjadi sebuah perangkat lunak. Tahap

implementasi dimulai dengan mengidentifikasi kelas-kelas yang telah dibuat pada deigram kelas.

Data-data yang akan digunakan dapat diketahui dari identifikasi kelas-kelas tadi, sehingga

memudahkan dalam proses perancangan model perangkat lunak. Pada implementasi model, proses

implementasi didukung oleh perangkat lunak lain agar pengembangan program menjadi lebih baik.

42

Tahapan implementasi perangkat lunak model proses lumpur aktif (activatedsludge.0.1) meliputi

desain model perangkat lunak, pemrograman, sehingga akan dihasilkan tampilan program

activatedsludge.0.1. Diagram alir tahapan implementasi model dapat dilihat pada Gambar 20.

START

END

Desain Model

Perangkat Lunak

(Ms. Visio, Flash

Vortex, Paint, Ms.

Powerpoint)

Pemrograman

model activated

sludge

Dengan Borland

Delphi 7.0

Pengolahan

database dengan

MySQL dan ODBC

connector

Program

Activated

sludge 0.1

Gambar 20. Diagram alir proses implementasi model perangkat lunak Activatedsludge.0.1.

43

4.3.1 Desain Model Perangkat Lunak

Perancangan program model perangkat lunak dari proses lumpur aktif menggunakan

program Microsoft Visio 2007 yang merupakan paket dari program Microsoft Office 2007 .

Proses perancangan dilakukan dengan mengidentifikasi halaman-halaman (form) apa saja

yang dibutuhkan. Halaman tersebut disesuaikan dengan perancangan model yang

menggunakan metode UML yaitu dengan melihat kembali diagram-diagram yang telah dibuat

sebelumnya yang bertujuan untuk memudahkan identifikasi form yang dibutuhkan. Setelah

diidentifikasi, maka halaman yang dibutuhkan dibagi menjadi tiga kelompok yaitu halaman

pertama, halaman utama, dan halaman proses perhitungan. Halaman pertama terdiri dari

splash screen dan halaman login. Pada halaman tersebut, pengguna harus memasukkan nama

dan kata sandi yang telah terdaftar sehingga dapat masuk ke halaman selanjutnya. Yang kedua

yaitu halaman utama yang terdiri pemilihan industri dengan nilai karakteristik air limbahnya

dan pemilihan proses perhitungan seperti penyisihan BOD, penyisihan BOD-nitrifikasi,

penyisihan nitrogen, dan penyisihan fosfor, serta proses tambahan yaitu evaluasi karakteristik

air limbah dan skema tiap proses perhitungan. Tampilan antarmuka program dibuat dengan

dukungan flash yang telah tersedia di dalam perangkat lunak Delphi 7.0 . Contoh perancangan

perangkat lunak model proses lumpur aktif yang mengguanakan perangkat lunak Microsoft

Visio 2007 dapat dilihat pada Gambar 21.

ActivatedSludge.0.1ActivatedSludge.0.1

BOD RemovalIntroduction Calculation process

Form Glossary Tools Wastewater Characterization

Process Flow

Gambar 21. Perancangan halaman proses perhitungan dengan Microsoft Visio.

Manajemen basis data pada program activatedsludge.0.1 adalah basis data online

(online database) sehingga memungkinkan diintegrasikan dengan perangkat lunak berbasis

web (web based application). Manajemen basis data online yang digunakan adalah MySQL

(Oracle 2009) dengan koneksi yang digunakan adalah open database connection (ODBC) .

4.3.2 Desain Struktur Perangkat Lunak

Pembuatan perangkat lunak activatesludge.0.1 merupakan proses penerjemahan

desain sebelumnya ke dalam bahasa pemrograman agar dapat diterjemahkan menjadi sebuah

perangkat lunak yang aplikatif. Pemrograman dilakukan dengan program Delphi 7.0. Tahapan

pertama pemrograman perangkat lunak adalah pembuatan struktur database yang dihasilkan

dari diagram kelas. Pembuatan struktur database diawali dengan membuat model data

44

kospetual (conceptual data model) yang menjelaskan bagaimana pengguna memperlakukan

data. Model data konseptual dari paket program activatedsludge.0.1 disajikan pada Gambar

18. Selanjutnya model data konseptual yang dibuat dinormalisasi agar menjadi model data

fisik (physical data model) yang sesuai dengan kenyataan. Model data fisik yang dibuat

merupakan model database sesungguhnya yang selajutnya diubah menjadi perintah SQL

untuk diaplikasi pada DBMS MySQL. Model data fisik dari paket program

activatedsludge.0.1 disajikan pada Gambar 19. Selanjutnya adalah proses penerjemahan

digram-diagram UML yang telah dibuat sebelumnya ke dalam bahasa pemrograman. Tahap

ini dimulai dengan menerjemahkan diagram kelas ke dalam bahasa pemrograman karena

diagram kelas merupakan diagram yang menggambarkan keadaan statis dari sebuah sistem.

Kelas atau objek yang telah dirubah ke dalam bahasa pemrograman dan lengkap dengan

atribut dan prosedurnya, dilengkapi dengan komponen-komponen untuk komunikasi dengan

pengguna (graphic user interface /GUI). GUI digunakan untuk menerima masukan dan

menampilkan hasil pengolahan data dan informasi agar lebih user friendly. Komponen GUI

meliputi form, edit text, label, button, listbox, dan sebagainya (Syaifudin,2011).

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, perancangan program activatedsludge.0.1

dikelompokkan menjadi tiga bagian yaitu halaman pertama (First form), halaman utama

(Home form), dan halaman perhitungan (Calculation form). Komponen GUI yang digunakan

untuk membangun perangkat lunak ini terdiri dari label, edit text, button, panel, groupbox,

listbox, ADO, mainmenu, tabsheet, DBGrid dan komponen untuk melakukan report hasil

perhitungan (quickreport). Paket program activatedsludge.0.1 menggunakan tiga puluh tujuh

halaman (form) yang digunakan untuk interaksi dengan pengguna program dimana semua

halaman dapat diakses oleh pengguna yang memiliki nama pengguna dan kata sandi.

Halaman pertama (first form) meliputi splash screen dan halaman login. Splash

screen dibuat menggunakan komponen timer dan didukung oleh penggunaan komponen flash

(ActiveX) yang semuanya terdapat pada delphi. Selanjutnya akan muncul halaman login

dimana terdapat perintah untuk memasukkan nama pengguna dan kata sandi. Jika pengguna

tidak memiliki dua faktor tersebut, maka pengguna dapat melakukan registrasi dengan cara

masuk ke dalam halaman daftar yang perintahnya tersedia pada halaman login. Apabila nama

pengguna dan kata sandiyang dimasukkan benar, setelah itu pengguna dapat menggunakan

program untuk melakukan perhitungan proses lumpur aktif. Halaman login dapat dilihat pada

gambar 22 dibawah ini.

Gambar 22. Halaman login perangkat lunak Activated Sludge0.1

45

Halaman utama (home form) terdiri dari halaman pemilihan industri dengan nilai

karaketeristik air limbahnya (Gambar 23) dan halaman pemilihan perhitungan (Gambar 24).

Pada halaman pemilihan industri, pengguna dapat memilih industri dan nilainya dapat terlihat

setelah memilih karakteristik air limbah pada kotak pilihan contoh kasus industri. Jika

pengguna memiliki nilai karakteristik air limbah yang berbeda dengan data yang ditampilkan,

maka pengguna tidak perlu memilih industri dan nilai karakteristik air limbahnya. Pengguna

tersebut dapat langsung ke halaman pemilihan perhitungan dengan mengabaikan halaman

pemilihan industri. Pada halaman pemilihan perhitungan, peemilihan dilakukan sesuai dengan

keinginan dari pengguna, halaman ini menyediakan perhitungan penyisihan BOD, penyisihan

BOD-Nitrifikasi, penyisihan nitrogen, dan penyisihan fosfor yang dapat dipilih dengan cara

klik tombol jenis perhitungan yang tersedia.

Gambar 23. Halaman pemilihan industri dengan nilai karakteristik air limbahnya.

46

Gambar 24. Halaman pemilihan perhitungan proses lumpur aktif pada perangkat lunak

Activatedsludge.0.1.

Halaman perhitungan (calculation form) (Gambar 25) yaitu halaman yang disediakan

untuk melakukan proses perhitungan. Pada halaman ini terdapat skema hasil proses

perhitungan dan tabel nilai koefisien yang digunakan pada saat perhitungan, sehingga

memudahkan pengguna dalam melakukan perhitungan. Perhitungan dimulai dari tabsheet

yang paling awal dan seterusnya secara berurutan. Pengaturan seperti itu agar memudahkan

pengguna dalam pemahaman perhitungan. Informasi yang dihasilkan dari halaman ini adalah

hasil perhitungan perancangan proses dan hasil perhitungan simulasi. Pada halaman ini juga

terdapat pencarian istilah-istilah yang terdapat pada perhitungan yang memudahkan pengguna

dalam pemahaman unit-unit atau istilah asing proses perhitungan. Informasi dan hasil

perhitungan yang terdapat pada activatedsludge.0.1 dapat dicetak pada halaman pelaporan

(Lampiran 2). Skema proses juga terdapat pada halaman perhitungan yang dapat memudahkan

pemahaman bagi operator yang melakukan perhitungan (Gambar 26). Pengguna dapat

mencetak laporan dengan memilih menu tombol report pada halaman perhitungan. Komponen

pelaporan yang digunakan pada activatedsludge.0.1 menggunakan komponen quickreport

Delphi 7.0.

Selama pembuatan, system, dilakukan pengujian (testing) maupun pelacakan

kesalahan (debugging) baik pada saat pembuatan masing komponen halaman maupun ada saat

penyatuan. Tujuan pengujian dan pelacakan adalah agar dapat memimalkan kesalahan yang

terdapat pada paket program baik kesalahan pengkodean (syntax error) maupun kesalahan

logika bahasa pemrograman. Paket perangkat lunak dilampirkan di dalam CD (Compact disc).

47

Gambar 25. Contoh Halaman perhitungan penyisihan BOD proses lumpur aktif.

Gambar 26. Contoh halaman skema proses penyisihan BOD lumpur aktif.

48

4.4 Analisis Hasil Perhitungan

4.4.1 Perhitungan Perancangan Proses

4.4.1.1 Penyisihan BOD (Biological Oxygen Demand)

Pada proses penyisihan BOD ini, tahapan perhitungan yang akan dilakukan yaitu :

1. Penentuan data karakteristik air limbah influent. Data karakteristik air limbah yang

digunakan diperoleh dari PT Perkebunan Nusantara I (PTPN-I) Pabrik Kelapa Sawit dan

Inti Sawit, Tanjung Seumantoh, Aceh Tamiang, Nanggroe Aceh Darussalam. Tabel 3

menunjukkan karakteristik air limbah.

2. Menghitung penyisihan BOD dan TSS pada proses sedimentasi.

3. Menentukan kebutuhan efluen.

4. Pemilihan nilai safety factor nitrifikasi yang sesuai dengan perancangan SRT (waktu

proses keseluruhan) berdasarkan nilai rata-rata atau nilai maksimum total nitrogen.

Rentang nilai safety factor adalah 1.3 – 2.0.

5. Pemilihan konsentrasi DO minimum untuk tangki aerasi. Nilai yang disarankan untuk

konsentrasi DO minimum pada proses nitrifikasi adalah 2.0mg/L.

6. Menentukan nilai pertumbuhan spesifik maksimum (µm) pada nitrifikasi berdasarkan

suhu tangki aerasi dan konsentrasi DO serta menentukan Kn.

7. Menentukan nilai standar pertumbuhan spesifik (µ) dan SRT pada saat pertumbuhan

tersebut untuk mengetahui konsentrasi NH4-N pada efluen (penyisihan BOD-nitrifikasi).

8. Menentukan nilai standar pertumbuhan spesifik (µ) dan SRT.

9. Memperoleh hasil perancangan SRT dengan menggunakan safety factor.

10. Menghitung produksi biomassa.

11. Melakukan perhitungan kesetimbangan nitrogen untuk penentuan NOx, konsentrasi

NH4-N yang teroksidasi (penyisihan BOD-nitrifikasi).

12. Menghitung massa VSS dan massa TSS pada instalasi aerasi.

13. Menghitung konsentrasi MLSS dan menentukan volume tangki aerasi.

14. Perhitungan produksi lumpur keseluruhan dan yield.

15. Menghitung permintaan oksigen yang dibutuhkan.

16. Perancangan clarifier sekunder.

17. Perancangan sistem transfer oksigen pada proses aerasi.

18. Pengumpulan data-data hasil perhitungan efluen.

19. Pengumpulan hasil perhitungan ke dalam Tabel.

Kondisi perancangan dan asumsi yang digunakan yaitu :

1. Penyebaran gelembung halus dengan efisiensi transfer air aerasi O2 = 35%.

2. Kedalaman cairan pada tangki aerasi = 4.9 m.

3. The point of air release untuk penyebaran adalah 0.5 m di atas tangki bawah.

4. DO pada tempat aerasi = 2.0 g/m3.

5. Kedalaman yaitu 500m (tekanan = 95.6 kPa).

6. Faktor α aerasi = 0.50 untuk proses penyisihan BOD dan 0.65 untuk proses nitrifikasi ;

a. Β = 0.95 untuk kedua kondisi, dan

b. Faktor penyebaran F=0.90.

7. Menggunakan koefisien kinetik berdasarkan Tabel 4 dan 5.

8. SRT untuk penyisihan BOD = 5d.

9. Desain konsentrasi MLSS XTSS = 3000 g/m3.

10. Puncak atau rata-rata faktor keamanan TKN FS = 1.5.

49

Tabel 3. Nilai karakteristik air limbah PTPN I Tanjung Seumantoh, Aceh Tamiang.

No Parameter Asal Limbah

St. Rebusan St. Klarifikasi Fat pit

1 pH 4.0-4.5 4.3 4.3

2 TSS 6000-35000 45000 24750

3 Oil 1100-6000 10000 8000

4 BOD 5000-20000 28500 22850

5 COD 10000-45000 55000 45250

6 Total N 60-590 - 280

7 Total P 42-320 950 220

Tabel 4. Koefisien kinetik lumpur aktif untuk bakteri heterotrofik pada suhu 200C(Metcalf and

Eddy,2003).

Koefisien Unit Rentang

µm g VSS/g VSS.d 3.0-13.2

Ks g bCOD/m3 5.0-40.0

Y g VSS/g bCOD 0.30-0.50

Kd g VSS/g VSS.d 0.06-0.20

fd 0.08-0.20

ϴ values

µm 1.03-1.08

Kd 1.03-1.08

Ks 1.00

Tabel 5. Koefisien kinetik lumpur aktif proses nitrifikasi pada suhu 200C (Metcalf and

Eddy,2003).

Koefisien Unit Rentang

µmn g VSS/g VSS.d 0.20-0.90

Kn g NH4- N/m3 0.5-10

Yn g VSS/g NH4- N 0.10-0.15

Kdn g VSS/g VSS.d 0.05-0.15

Ko g/m3 0.40-0.60

ϴ values

µn 1.06-1.123

Kn 1.03-1.123

Kdn 1.03-1.08

Parameter karakteristik air limbah yang digunakan sebagai contoh perhitungan

yaitu karakteristik air limbah pada stasiun perebusan. Nama karakteristik air limbah

disajikan pada lampiran 1. Tabel 6 menunjukkan nilai karakteristik air limbah yang

digunakan.

50

Tabel 6. Karakteristik air limbah pada stasiun perebusan (PTPN I Tanjung Seumantoh, Aceh

Tamiang).

Unsur konsentrasi (mg/L)

BOD 20000

sBOD 10000

COD 45000

sCOD 22500

rbCOD 11250

TSS 45000

VSS 34615

TKN 70

NH4-N 50

TP 42

Alkalinitas (CaCO3) 140

Dari parameter-parameter diatas, maka proses perhitungan dapat dilakukan

sehingga hasil yang diperoleh berdasarkan karakteristik air limbah yang masuk

ditunjukkan pada Tabel 7 sebagai berikut :

Tabel 7. Hasil perhitungan penyisihan BOD dan penyisihan BOD-nitrifikasi.

No. Perhitungan Hasil perhitungan

BOD removal only

Hasil perhitungan

BOD-nitrifikasi

removal

1 Sendimentasi primer % %

a. Penyisihan BOD

(Persamaan 68)

37.07 37.07

b. Penyisihan TSS

(Persamaan 68)

59.15 59.15

2 Evaluasi karakteristik air limbah mg/L mg/L

a. bCOD (Persamaan 1) 32000 32000

b. nbCOD (Persamaan 2) 13000 13000

c. sCODe (Persamaan 3) 6500 6500

d. nbVSS (Persamaan 4) 9999 9999

e. Inert TSS

(Persamaan 5)

10385 10385

3 Tangki aerasi

a. volume (Persamaan 15) 5000 m3 12710 m

3

51

Tabel 7. Hasil perhitungan penyisihan BOD dan penyisihan BOD-nitrifikasi (Lanjutan).

No. Perhitungan

Hasil

perhitungan

penyisihan BOD

Hasil

perhitungan

penyisihan BOD-

nitrifikasi

b. Produksi biomassa

(Persamaan 6)

9483 Kg/day 6166.21 Kg/hari

c. Produksi lumpur

(Persamaan 12)

31541.78 Kg/hari 27539.25 Kg/hari

d. SRT (Solids retention time) 5 hari 12.71 hari

e. Suhu aerasi 12 0C 12

0C

f. Konsentrasi MLVSS (mixed

liquor volatile suspended

solids) (Persamaan 18)

1853.09 mg/L 4.84 mg/L

g. Kebutuhan oksigen

(Persamaan 24)

772.16 Kg/jam 13467.25 Kg/jam

4 Beban Pemeriksaan

a. Rasio F/M (food to

microorganism)

(Persamaan 19)

0.21 g/g hari 0.52 g/g hari

b. BOD volumetric loading

(Persamaan 20)

0.38 kg/m3 hari 0.52 kg/m

3 hari

5 Efluen

a. Substrat efluen (bCOD)

(Persamaan 7)

1.80 mg/L 1.00 mg/L

b. BOD efluen - 9.99 mg/L

6 Laju alir m3/hari m

3/hari

a. Laju alir efluen (Qe)

(Persamaan 70)

625.00 625.00

b. Laju alir lumpur yang dibuang

(Qw) (Persamaan 69)

375.00 375.00

c. Laju alir lumpur yang diproses

kembali (Qr) (Persamaan 71)

600.00 600.00

7 Clarifier sekunder

a. Volume tangki

(Persamaan 59)

333.3 m3 400 m

3

b. Luas permukaan

(Persamaan 62)

72.73 m2 72.73 m

2

c. Diameter (Persamaan 58) 9.63 m 9.63 m

d. Solids loading rate

(Persamaan 61)

66000 Kg/m2 jam 66000 Kg/m

2 jam

52

4.4.1.2 Penyisihan Nitrogen

Tahapan perhitungan yang akan digunakan dalam perancangan proses

peniyisihan nitrogen ini yaitu sebagai berikut :

1. Membangun laju alir dan karakteristik, termasuk konsentrasi rbCOD dan kandungan

pada efluen.

2. Penentuan konsentrasi biomassa dalam MLSS dari proses nitrifikasi.

3. Penentuan rasio IR (internal recycle), menggunakan nilai NOx yang dihitung sesuai

langkah 12 penyisihan BOD-nitrifikasi.

4. Menghitung jumlah nitrat pada tangki anoksik. Perancangan didasarkan pada asumsi

bahwa pada dasarnya semua nitrat pada zona anoksik akan menurun. Konsentrasi

terendah nitrat yaitu 0.1 sampai 0.3 mg/L yang tersisa bergantung pada proses yang

terjadi, karena nitrat membatasi reaksi denitrifikasi pada konsentrasi yang rendah.

5. Menghitung nilai F/Mb berdasarkan konsentrasi biomassa untuk menentukan MLSS

dalam proses nitrifikasi.

6. Menggunakan grafik nilai SDNR (specific denitrification rate) yang ditunjukkan

pada Gambar 27, kemudian mencocokkan suhu dan IR untuk memperoleh SDNRb

pada tempat anoksik.

7. Mengulang tahapan perancangan zona anoksik sebagai langkah penting untuk

memperolah perancangan yang diinginkan.

8. Perhitungan permintaan oksigen.

9. Perancangan terhadap clarifier sekunder.

10. Merangkum semua hasil kualitas effluen keseluruhan.

11. Penulisan ke dalam Tabel.

53

Gambar 27. Plot nilai spesifik denitrificasi (SDNR) berdasarkan konsentrasi biomassa pada suhu

200C dan rasio F/Mb (food to biomass) untuk varian persentase nilai relatif rbCOD

menjadi bCOD pada air limbah influen (Metcalf and Eddy,2003).

Pada proses ini, karakteristik air limbah dan koefisien yang digunakan untuk

perhitungan ditunjukkan pada Tabel 6 dan Tabel 8 .

Tabel 8. Nilai koefisien biokinetik untuk kurva perancangan SDNRb (Metcalf and Eddy,2003).

Parameter koefisien kinetik Unit Nilai

Yield, Y g VSS/g COD 0.4

Endogenous decay, kd g VSS/g biomassa.hari 0.15

Cell debris, fd g VSS/g VSS 0.10

Maximum specific growth rate, µm g VSS/g VSS.hari 3.2

Half-velocity,Ks g/m3 9.0

Particulate hydrolysis maximum specific

rate constant, Kh

g VSS/g biomassa.hari 2.8

Hydrolysis half-velocity constant, Kx g VSS/g VSS 0.15

COD of biomass g COD/g VSS 1.42

Fraction of denitrifying bacteria, η g VSS/g VSS 0.50

% rasio

rbCOD/bCOD

54

Asumsi yang digunakan yaitu :

Konsentrasi nitrat dalam RAS = 6 g/m3.

Menggunakan koefisien yang sama seperti perancangan proses BOD-nitrifikasi.

Mencampur energi pada reaktor anoksik = 10 kW/103m

3.

Dari parameter-parameter diatas, maka perhitungan dapat dilakukan sehingga hasil

yang diperoleh berdasarkan karakteristik air limbah yang masuk ditunjukkan pada Tabel

9 sebagai berikut :

Tabel 9. Hasil perhitungan penyisihan nitrogen proses lumpur aktif.

No. Perhitungan Hasil perhitungan penyisihan

nitrogen

1 Primary sedimentation %

a. BOD removal (Persamaan 68) 37.07

b. TSS removal (Persamaan 68) 59.15

2 Tangki aerasi

a. Volume (Persamaan 15) 5000 m3

b. Produksi biomassa

(Persamaan 72)

8898.19 Kg/day

c. Produksi lumpur (Persamaan 12) 30853.35 Kg/hari

d. Waktu proses keseluruhan 5 hari

e. Suhu aerasi 12 0C

f. Kebutuhan oksigen

(Persamaan 86)

709.24 Kg/jam

g. Rasio recycle internal

(Persamaan 73)

3.07

3 Tangki anoksik

a. Laju alir tangki (Persamaan 74) 3670.00 m3/hari

b. Konsentrasi nitrat (NOx,feed)

(Persamaan 74)

22020 g/hari

c. Waktu tunda padatan 2 hari

d. Volume (Persamaan 76) 2000 m3

e. NO3-N yang tereduksi

(Persamaan 84)

5072485.67 g/day

f. Energi proses pencampuran

(Persamaan 87)

20 kW

4 Loading

a. Rasio F/M (food to

microorganism) (Persamaan 77)

1.80 g/g hari

5 Efluen

a. efluen (bCOD) (Persamaan 39) 1.80 mg/L

b. Nitrat efluen 6 mg/L

6 Laju alir m3/hari

a. Laju alir efluen (Qe)

(Persamaan 70)

625.00

55

Tabel 9. Hasil perhitungan penyisihan nitrogen proses lumpur aktif (Lanjutan).

No. Perhitungan Hasil perhitungan penyisihan

nitrogen

b. Laju alir lumpur yang dibuang

(Qw) (Persamaan 69)

375.00

c. Laju alir lumpur yang diproses

kembali (return activated sludge)

(Qr) (Persamaan 71)

600.00

7 Clarifier Sekunder

a. Volume tangki (Persamaan 59) 400 m3

b. Luas permukaan (Persamaan 62) 72.73 m2

c. Diameter (Persamaan 58) 9.63 m

d. Solids loading rate

(Persamaan 61)

66000 Kg/m2 jam

4.4.1.3 Penyisihan Fosfor

Pada proses ini, karakteristik air limbah yang digunakan untuk contoh

perhitungan ditunjukkan pada Tabel 6 yaitu karakteristik air limbah pada stasiun

perebusan.

Asumsi yang digunakan yaitu :

- 10 g rbCOD/g P dihilangkan oleh pada saat penyisihan fosfor.

- Perbandingan rbCOD/nitrat = 6.6 g rbCOD/g NO3-N.

- Kandungan fosfor pada biomassa heterotrofik = 0.015 g P/g biomassa.

Perbandingan bCOD/BOD = 1.6 , NOx ≈ 0.80 TKN.

- Menggunakan koefisien dari Tabel 4 dan Tabel 5.

Dari parameter-parameter diatas, maka proses perhitungan dapat dilakukan

sehingga hasil yang diperoleh berdasarkan karakteristik air limbah yang masuk

ditunjukkan pada Tabel 10 sebagai berikut :

Tabel 10. Hasil perhitungan penyisihan fosfor proses lumpur aktif.

No. Perhitungan Hasil perhitungan

penyisihan fosfor

1 Primary sedimentation %

a. Penyisihan BOD (Persamaan 68) 37.07

b. Penyisihan TSS (Persamaan 68) 59.15

2 rbCOD (readily biodegradable COD)

a. rbCOD yang diperlukan untuk penyisihan

fosfor (Persamaan 89)

11236.80 mg/L

3 Tangki proses

a. Volume tangki aerobik (Persamaan 15) 5000 m3

tangki anoksik (Persamaan 76) 700 m3

tangki anaerobik 500 m3

b. Produksi lumpur (Persamaan 95) 29629.64 Kg/hari

56

Tabel 10. Hasil perhitungan penyisihan fosfor proses lumpur aktif (Lanjutan).

No. Perhitungan Hasil perhitungan fosfor

removal

c. Produksi biomassa (Persamaan 91) 8004351.11 g/hari

d. Fosfor yang tersisih (Persamaan 93) 1123.68 mg fosfor/L

e. Kestembangan nitrat (Persamaan 88) 2 mg nitrat/L

f. SRT (Solids retention time) 5 hari

g. Suhu aerasi 12 0C

4 Waste sludge

a. Persentase kandungan fosfor

(Persamaan 97)

41.98 %

5 Efluen

a. Efluen substrat (bCOD)

(Persamaan 39)

1.80 mg/L

b. Efluen nitrat 6.22 mg/L

c. Efluen fosfor (Persamaan 93) 0 mg/L

6 Laju alir m3/hari

a. Laju alir efluen (Qe) (Persamaan 70) 625.00

b. Laju alir lumpur yang dibuang (Qw)

(Persamaan 69)

375.00

c. Laju alir lumpur yang diproses kembali

(return activated sludge) (Qr)

(Persamaan 71)

600.00

7 Clarifier sekunder

a. Volume tangki (Persamaan 59) 400 m3

b. Luas permukaan (Persamaan 62) 72.73 m2

c. Diameter (Persamaan 58) 9.63 m

d. Solids loading rate (Persamaan 61) 66000 Kg/m2 jam

4.4.2 Perhitungan Simulasi

Simulasi adalah suatu proses peniruan dari sesuatu yang nyata beserta keadaan

sekelilingnya (state of affairs). Simulasi yang dilakukan terhadap perhitungan model proses

lumpur aktif bertujuan untuk melihat perubahan yang ditimbulkan apabila terdapat nilai yang

diubah variabelnya. Nilai-nilai yang akan disimulasikan yaitu waktu proses keseluruhan

(Solids retention time), laju alir lumpur yang dibuang (excess sludge), konsentrasi lumpur

yang dikembalikan ke dalam proses (Return activated sludge), dan nilai laju alir lumpur yang

diproses kembali (Return activated sludge). Hasil perhitungan dilakukan menggunakan rumus

yang sama seperti perhitungan perancangan proses. Nilai karaktersitik air limbah yang

digunakan untuk perhitungan adalah karakteristik air limbah pabrik kelapa sawit pada stasiun

perebusan yang ditunjukkan pada Tabel 6. Kondisi proses yang digunakan untuk contoh

perhitungan simuilasi yaitu pada perhitungan penyisihan BOD saja tanpa nitrifikasi. Hal ini

dikarenakan, perhitungan simulasi pada setiap perhitungan proses menghasilkan kesimpulan

yang sama.

57

4.4.2.1 Simulasi nilai waktu proses keseluruhan (Solids retention time)

Tabel 11. Simulasi nilai waktu proses keseluruhan (SRT).

SRT ( hari ) Se (mg/L) Ro (Kg/hari)

3.0 2.7 17040.0

5.0 1.8 18531.0

7.0 1.4 19699.0

25.0 0.8 24433.0

Tabel 11 menunjukkan hasil perhitungan simulasi waktu keseluruhan proses. Nilai

yang diubah variabelnya yaitu nilai SRT. Nilai yang digunakan adalah 3,5,7, dan 25 hari.

Berdasarkan hasil perhitungan, dapat disimpulkan bahwa jika nilai SRT mengalami

perubahan, maka akan menyebabkan perubahan nilai substrat pada efluen dan jumlah oksigen

yang dibutuhkan selama proses. Semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk proses (Nilai

SRT rendah) menyebabkan kadar efluen substrat menjadi sedikit dan oksigen yang

dibutuhkan menjadi besar jumlahnya. Pengaruh tersebut ditunjukkan pada Gambar 28 dan

Gambar 29.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3 5 7 25

SRT (Solids retention time) (hari)

Sub

stra

ts e

fflu

en

t

Gambar 28. Grafik pengaruh perubahan nilai SRT terhadap nilai efluen substrat.

Keterangan :

SRT : waktu proses keseluruhan

Se : Substrat yang dihasilkan (sebagai bCDO efluen)

Ro : Jumlah oksigen yang dibutuhkan

58

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

3 5 7 25

Nilai SRT (Solids retention time) (hari)

Jum

lah

oks

ige

n y

ang

dib

utu

hka

n

Gambar 29. Grafik pengaruh perubahan nilai SRT terhadap jumlah oksigen yang dibutuhkan.

4.4.2.2 Simulasi Nilai Laju alir lumpur yang dibuang (Qw)

Tabel 12. Simulasi nilai laju alir lumpur yang menjadi buangan dari proses lumpur aktif.

Qw (m3/hari) SRT (hari) Se (mg/L)

100.0 18.750 0.8416

200.0 9.375 1.1787

500.0 3.8 2.2587

1000.0 1.9 4.3261

Tabel 12 menunjukkan hasil perhitungan simulasi nilai laju alir lumpur yang menjadi

buangan dari proses lumpur aktif. Nilai yang akan disimulasikan yaitu nilai laju alir lumpur

yang dibuang (Qw) . Berdasarkan hasil perhitungan, dapat dilihat bahwa perubahan nilai Qw

berpengaruh terhadap nilai SRT. Seperti pada perhitungan simulasi sebelumnya, perubahan

nilai SRT menyebabkan perubahan konsentrasi substrat efluen (Se). Tingginya nilai laju alir

lumpur yang dibuang membutuhkan waktu proses yang cepat, karena waktu yang cepat

menyebabkan lumpur tidak diproses secara benar sehingga lumpur lebih banyak terbuang.

Pengaruh perubahan nilai Qw dapat dilihat pada Gambar 30.

Keterangan :

Qw :Laju alir lumpur yang dibuang.

SRT : waktu proses keseluruhan.

Se : Substrat yang dihasilkan (sebagai efluen).

59

0

5

10

15

20

100 200 500 1000

Laju alir excess sludge (m^3/hari)

SRT

(Har

i)

Gambar 30. Grafik pengaruh perubahan nilai laju alir lumpur yang dibuang terhadap waktu

proses.

4.4.2.3 Simulasi nilai konsentrasi lumpur yang diproses kembali (return activated

sludge)

Tabel 13. Simulasi nilai konsentrasi lumpur yang diproses kembali.

Xr (mg/L) Qr (m3/hari) Qw (m

3/hari) Qe (m

3/hari)

4000.0 3000.0 750.0 250

8000.0 600.0 375.0 625.0

10000.0 428.6 300.0 700.0

120000.0 25.6 25 975.0

Tabel 13 menunjukkan hasil perhitungan simulasi nilai konsentrasi padatan yang

akan diproses kembali. Perhitungan simulasi dilakukan terhadap nilai konsentrasi lumpur

yang dikembalikan ke dalam proses (Xr). Berdasarkan hasil perhitungan, dapat disimpulkan

bahwa perubahan nilai konsentrasi Xr mempengaruhi laju alir lumpur yang diproses kembali

(Qr). Perubahan nilai Qr diikuti dengan perubahan nilai laju alir lumpur yang dibuang (Qw)

dan nilai laju alir efluen (Qe). Semakin tinggi konsentrasi Xr maka laju alir konsentrasi

tersebut akan menjadi sedikit per harinya, hal tersebut dikarenakan terlalu banyaknya

konsentrasi yang masuk untuk diproses kembali yang menyebabkan padatnya jalur proses

pengembalian lumpurke tangki proses awal. Pengaruh perubahan nilai Xr dapat dilihat pada

Gambar 31 dan 32.

Keterangan :

Xr : Konsentrasi lumpur yang dikembalikan ke dalam proses (return activated sludge)

Qr : Laju alir lumpur yang diproses kembali

Qw : Laju alir lumpur yang dibuang

Qw : Laju alir efluen

60

0

5001000

15002000

25003000

3500

4000 8000 10000 120000

Konsentrasi lumpur yang akan diproses kembali (Xr)

(mg/L)

Qr

(m^

3/h

ari)

Gambar 31. Grafik pengaruh perubahan nilai konsentrasi lumpur yang dikembalikan ke dalam

proses (return activated sludge) terhadap nilai laju alir lumpur yang diproses kembali.

0

200

400

600

800

4000 8000 10000 120000

Konsentrasi lumpur yang diproses kembali (Xr)

(mg/L)

Qw

(m

^3/h

ari)

Gambar 32. Grafik pengaruh perubahan nilai konsentrasi lumpur yang dikembalikan ke dalam

proses (return activated sludge) terhadap nilai laju alir lumpur yang dibuang (Qw).

Gambar 32 menunjukkan bahwa pengaruh nilai konsentrasi lumpur yang akan

diproses kembali (return activated sludge) menyebabkan perubahan terhadap nilai laju alir

lumpur yang dibuang (excess sludge ) (Qw). Semakin banyak konsentrasi lumpur yang akan

kembali ke proses awal maka lumpur yang terbuang menjadi sedikit.

61

4.4.2.4 Simulasi nilai laju alir lumpur yang diproses kembali (return activated sludge)

Tabel 14. Simulasi nilai laju alir lumpur yang diproses kembali.

Qr (m3/hari) Xr (mg/L) Qw (m3/hari) Qe (m

3/hari)

5000.0 3600.0 833.0 167

10000.0 3300.0 909.0 90.9

15000.0 3200.0 937.5 62.5

70000.0 3042.9 986.2 13.8

Tabel 14 menunjukkan hasil perhitungan simulasi nilai laju alir lumpur yang diproses

kembali (return activated sludge). Perhitungan simulasi dilakukan terhadap nilai laju alir

lumpur yang diproses kembali (Qr). Berdasarkan hasil perhitungan, dapat disimpulkan bahwa

perubahan nilai Qr mempengaruhi nilai konsentrasi lumpur yang akan diproses kembali (Xr).

Perubahan nilai Xr diikuti dengan perubahan nilai laju alir lumpur yang dibuang (Qw) dan

nilai laju alir efluen (Qe). laju Qr yang tinggi disebabkan oleh konsentrasi Xr yang rendah.

Apabila lumpur yang diproses kembali rendah konsentrasinya, maka jalur pengembalian

lumpur tidak terhambat karena jalur tidak terisi oleh banyaknya lumpur yang kembali.

Perubahan nilai Xr tersebut mempengaruhi nilai laju alir lumpur yang dibuang (Qw) dan nilai

laju alir efluen (Qe) yang telah dijelaskan pada perhitungan simulasi sebelumnya. Pengaruh

perubahan nilai Qr dapat dilihat pada Gambar 33.

27002800290030003100320033003400350036003700

5000 10000 15000 70000

Laju alir lumpur yang dikembalikan ke proses (Qr) (m^3/hari)

Xr

(mg/

L)

Gambar 33. Grafik pengaruh perubahan nilai laju alir lumpur yang diproses kembali (Qr) terhadap

nilai konsentrasi lumpur yang dikembalikan ke dalam proses (Xr).

Keterangan :

Xr : Konsentrasi lumpur yang dikembalikan ke dalam proses

(return activated sludge)

Qr : Laju alir lumpur yang diproses kembali

Qw : Laju alir lumpur yang dibuang

Qw : Laju alir efluen

62

4.5 Verifikasi Model

Verifikasi adalah proses pemeriksaan apakah logika operasional model (program

komputer) sesuai dengan logika diagram alur. Tahapan verifikasi merupakan tahapan yang

digunakan untuk memeriksa kesesuaian hasil keluaran. Kesesuaian yang dimaksud adalah keluaran

sesuai dengan apa yang diinginkan berdasarkan perancangan model yang telah dibuat sebelumnya

(Radecka and Zilic,2004). Tahapan verifikasi menurut Wilcox (2004) dapat dilihat pada Gambar

34.Verifikasi model proses lumpur aktif dibagi menjadi dua bagian, yaitu verifikasi perhitungan

dan verifikasi perangkat lunak.

Perencanaan

model

Membuat

prototype

model

Verifikasi

model

Perancangan

model

Pengembangan

perangkat

lunak

Pengembangan

digital model

Pengembangan

analog model

Pengembangan

algoritma /

pemrograman

Verifikasi

prototype

Verifikasi

prototype

Verifikasi

prototype

Model integrasi

Percobaan

model

Emulasi

Prototype

perangkat

keras

Simulasi

Gambar 34. Verifikasi model (Wilcox,2004).

63

4.5.1 Verifikasi Perhitungan

Verifikasi perhitungan dilakukan dengan cara memberikan persyaratan-persyaratan

parameter yang digunakan pada proses perhitungan, sehinggga output yang dihasilkan

dianggap benar selama masih memenuhi persyaratan perhitungan. Jika persyaratan tidak

dipenuhi maka hasil yang didapatkan negatif dan hal tersebut artinya hasil perhitungan tidak

benar.

START

END

Verifikasi model

Verifikasi

perhitungan

Pemeriksaan

syarat nilai input

Decision

Pemeriksaan

syarat nilai

koefisien

YES

NO

Gambar 35. Tahapan verifikasi perhitungan model proses lumpur aktif.

Syarat untuk melakukan perhitungan adalah karakteristik air limbah dan nilai

koefisien kinetis. Berdasarkan Gambar 35, tahapan awal verifikasi perhitungan yang

dilakukan adalah verifikasi terhadap syarat karakteristik air limbah. Nilai karakteristik air

limbah yang diketahui terdiri dari BOD (Biological oxygen demand), sBOD, COD, sCOD,

rbCOD, TSS, VSS, TKN (Total kjedahl nitrogen), NH4-N, total phosphorus (TP),

Alakalinity, bCOD/BOD ratio. Menurut Metcalf dan Eddy (2003), nilai antar unsur

karakteristik air limbah berbeda-beda, pendekatan persyaratan nilainya yaitu BOD lebih besar

64

dari sBOD, BOD kurang dari COD, COD lebih besar dari sCOD, sCOD lebih besar dari

rbCOD, TSS lebih besar dari VSS, dan TKN lebih besar dari NH4-N.

Tahap berikutnya yaitu pemeriksaan nilai koefisien perhitungan. Perhitungan proses

penyisihan BOD menggunakan koefisien kinetis lumpur aktif (Tabel 4), perhitungan

penyisihan BOD-nitrifikasi menggunakan koefisien kinetis lumpur aktif dan koefisien lumpur

aktif-nitrifikasi (Tabel 5), perhitungan penyisihan nitrogen menggunakan koefisien kinetis

lumpur aktif (Tabel 4) dan koefisien biokinetik (Tabel 8), dan yang terakhir perhitungan

penyisihan fosfor menggunakan koefisien yang sama dengan proses perhitungan penyisihan

BOD-nitrifikasi. Apabila perhitungan yang dilakukan telah mengikuti syarat-syarat yang harus

dipenuhi, maka hasil perhitungan yang didapatkan adalah benar sesuai dengan prosedur

perhitungan.

4.5.2 Verifikasi Perangkat lunak

Verifikasi program/perangkat lunak pemodelan dilakukan dengan pengujian program

selama proses pembuatan dan setelah pembuatan program dilakukan, pengujian yang

dilakukan yaitu menguji keluaran hasil perhitungan , menguji program dapat dijalankan atau

tidak, dan menemukan kesalahan jika terjadi kesalahan pada saat penerapan bahasa

pemrograman.

Verifikasi

perangkat lunak

Pemerikasaan

coding (variabel,

tipe data, dan

rumus

perhitungan)

Pemeriksaan

textfield yang

kosong

START

Verifikasi model

END

Decision

YES

NO

Gambar 36. Tahapan verifikasi model perangkat lunak Activatedsludge.0.1.

65

Berdasrkan Gambar 36, dapat dilihat bahwa verifikasi perangkat lunak diawali

dengan pemeriksaan bahasa pemrograman atau pengkodean formulasi perhitungan (coding).

Setiap selesai melakukan formulasi pemrograman, pemeriksaan dilakukan dengan cara

menjalankan formulasi tersebut. Apabila masih terdapat kesalahan, maka perangkat lunak

belum dapat dijalankan. Perangkat lunak Delphi 7.0 menyediakan fasilitas informasi

kesalahan yang terjadi pada proses formulasi sehingga memudahkan pengembang model

perangkat lunak memperbaiki kesalahan pengkodean.

Selanjutnya adalah pemeriksaan kotak-kotak kosong yang merupakan tempat

pengisian nilai input. Apabila tidak terdapat kesalahan pada saat penulisan bahasa

pemrograman (coding), maka perangkat lunak Activatedsludge.0.1 dapat dijalankan,

kemudian pada halaman perhitungan akan terdapat tombol hitung yang jika ditekan secara

otomatis akan memeriksa kotak input perhitungan. Perhitungan hanya dapat dilakukan jika

nilai parameter telah diinputkan ke halaman perhitungan. Kotak input (pada Delphi disebut :

Edit text) yang masih kosong akan menyebabkan program tidak dapat dijalankan.