pedoman perencanaan teknik terinci sistem pengelolaan air...

Pedoman Perencanaan Teknik Terinci Sistem Pengelolaan Air Limbah

Domestik Terpusat(SPALD-T)

BUKU B:Perencanaan Sub Sistem Pengolahan Terpusat

Cetakan Pertama 2018

Assalamu’alaikum Wr. Wb.,Salam sejahtera untuk kita semua,

Salah satu bentuk penyelenggaraan Sistem Pengelolaan Air Limbah Domestik (SPALD) yaitu Sistem Pengelolaan Air Limbah Domestik Terpusat (SPALD-T). Sistem tersebut dilakukan dengan mengalirkan air limbah domestik dari sumber secara kolektif ke Sub-sistem Pengolahan Terpusat untuk diolah sebelum dialirkan ke badan air permukaaan. Sesuai kebijakan dan Strategi Kementerian Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat Tahun 2015-2019 untuk mencapai 100% pelayanan air limbah domestik, ditargetkan 85% pemenuhan akses layak dimana 15% dilayani dengan Sistem Terpusat (SPALD-T). Berdasarkan data Riskerdas Tahun 2014, cakupan pelayanan air limbah domestik baru mencapai 61,04% dimana 2% yang dilayani dengan SPALD-T. Kondisi pelayanan SPALD-T tersebut masih memerlukan upaya percepatan, salah satu upaya pemenuhan target yaitu melalui penyediaan perencanaan infrastruktur yang baik agar terwujudnya keandalan dan keberlanjutan infrastruktur terbangun. Untuk itu, Direktorat Pengembangan PLP menyusun Buku Pedoman Penyusunan Rencana Teknik Terinci SPALD-T sebagai pelaksanaan dari Peraturan Menteri Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat Nomor 04/PRT/M/2017 tentang Penyelenggaraan Sistem Pengelolaan Air Limbah Domestik. Penyusunan pedoman ini telah melalui tahapan pembahasan dengan pemangku kepentingan di bidang air limbah domestik. Namun demikian, buku pedoman ini masih bersifat dinamis sesuai dengan kebutuhan dan perkembangan di lapangan. Untuk itu, masukan sangat kami harapkan untuk perbaikan dan penyempurnaan buku pedoman ini ke depannya.Kami mengucapkan terima kasih kepada para pihak yang telah membantu dalam penyusunan materi pedoman. Semoga buku pedoman ini dapat digunakan sebagai acuan dalam penyusunan dokumen perencanaan teknik terinci infrastruktur SPALD-T, baik di tingkat Pusat maupun Daerah.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.,Jakarta, April 2018

Direktur Jenderal Cipta Karya

Ir. Sri Hartoyo, Dipl. SE, ME.

KATA PENGANTAR

DAFTAR ISI

1. PENDAHULUAN .................................................................................................................................... 1 1.1 Konsep Dasar IPALD......................................................................................................................................... 1 1.2 Prinsip Pengolahan Air Limbah Domestik ........................................................................................................ 1 1.3 Tahapan Penghitungan ..................................................................................................................................... 15

2. BANGUNAN INLET ............................................................................................................................... 17 2.1 Bak/Sumur Pengumpul ..................................................................................................................................... 17 2.2 Stasiun Pompa ................................................................................................................................................. 18

3. PENGOLAHAN TAHAP PERTAMA ...................................................................................................... 20 3.1 Saringan Sampah (Screen) ............................................................................................................................... 21 3.2 Bak Penangkap Pasir (Grit Chamber) ............................................................................................................... 26 3.3 Bak Ekualisasi .................................................................................................................................................. 31 3.4 Bak Sedimentasi ............................................................................................................................................. 36

4. PENGOLAHAN TAHAP KEDUA: PENGOLAHAN BIOLOGI .............................................................. 44 4.1 Pengolahan Biologi dengan Sistem Anaerobik ................................................................................................ 46 4.2 Pengolahan Biologi dengan Sistem Aerobik .................................................................................................... 59

5. PENGOLAHAN LUMPUR ...................................................................................................................... 79 5.1 Pengentalan (Thickener) ................................................................................................................................... 79 5.2 Stabilisasi (Sludge Stabilization) ..................................................................................................................... 83 5.3 Penirisan (Dewatering) dan Pengeringan (Drying) ........................................................................................... 90

6. PLANT LAYOUT ..................................................................................................................................... 94

7. PROFIL HIDROLIS .................................................................................................................................. 95 7.1 Head ........... ..................................................................................................................................................... 95 7.2 Head loss (Friction Head Loss) ......................................................................................................................... 96 7.3 Hydraulic Grade Line (HGL) dan Energy Grade Line (EGL) ............................................................................... 99

8. CONTOH PERENCANAAN .................................................................................................................. 100 8.1 Penentuan Unit-unit pada Sub-sistem Pengolahan ........................................................................................ 100 8.2 Perencanaan Sub Sistem Pengolahan: Pengolahan Tingkat Pertama ............................................................. 101

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1-1. Jenis-jenis Sistem Pengolahan Air Limbah (IPALD) ........................................................................... 1

Gambar 1-2. Ilustrasi Tipe Sedimentasi pada Proses Pengendapan Air Limbah Domestik ................................... 3

Gambar 1-3. Kurva Biological Oxigen Demand ....................................................................................................... 4

Gambar 1-4. Hubungan Antar Karbon Organik dalam Air Limbah Domestik ......................................................... 5

Gambar 1-5. Biokimia pada Proses Pengolahan Biologi secara Anaerob .............................................................. 7

Gambar 1-6. Biokimia pada Proses Pengolahan Biologi secara Aerob .................................................................. 7

Gambar 1-7. Proses Nitrifikasi dan Denitrifikasi ..................................................................................................... 8

Gambar 1-8. Pelepasan dan Penyisihan Fosfor pada Lingkungan Aerob dan Anaerob ......................................... 9

Gambar 1-9. Faktor Utama dalam Penyisihan Mikroorganisme Patogen di dalam Kolam Maturasi ..................... 11

Gambar 1-10. Ilustrasi Proses Koagulasi dan Flokulasi .......................................................................................... 12

Gambar 1-11. Karakteristik Partikel dan Alternatif Metode Filtrasi ...................................................................... 12

Gambar 1-12. Mekanisme Umum dalam Pengolahan Menggunakan Wetland ..................................................... 13

Gambar 1-13. Tahapan Pengolahan Lumpur Lengkap ............................................................................................ 14

Gambar 1-14. Konsentrasi Lumpur di Unit Pengolahan Pemekatan ....................................................................... 14

Gambar 1-15. Tahapan Penghitungan Bangunan Utama IPALD ............................................................................. 16

Gambar 2-1. Contoh 1 Bak Pengumpul Inlet ........................................................................................................... 18



Gambar 2-4. Contoh 4 Bak Pengumpul Inlet dengan Screw Pump ......................................................................... 18

Gambar 2-5. Tipe Stasiun Pompa: (A) Pompa pada Sumur Kering (Dry Well Pump), ............................................. 19

Gambar 3-1. Skematik Tahapan Pengolahan Pertama ............................................................................................ 20

Gambar 3-2. Penyisihan Material Kasar Secara Manual (Kiri), maupun Mekanis (Kanan) .................................. 21

Gambar 3-3. Contoh Slice Gate............................................................................................................................... 22

Gambar 3-4. Tempat penampungan sampah di IPALD Bojongsoang, Bandung ..................................................... 22

Gambar 3-5 Contoh Gambar Saringan Sampah (Tampak Atas) .............................................................................. 23

Gambar 3-6. Saringan Sampah Mekanik (Tampak Samping) ................................................................................. 23

Gambar 3-7. Kecepatan Pengendapan pada Grit Chamber .................................................................................... 26

Gambar 3-8. Contoh Peralatan Mekanis Pengumpul Pasir di IPALD Bojongsoang, Bandung ................................ 27

Gambar 3-9. Vortex Grit Chamber (Tampak Samping) ............................................................................................ 28

Gambar 3-10. Aerated Grit Chamber (Tampak Atas) .............................................................................................. 28

Gambar 3-11. Aerated Grit Chamber (Tampak Samping) ........................................................................................ 28

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3-12. Contoh Ilustrasi Layout Bak Ekualisasi (Tampak Atas) .................................................................... 32

Gambar 3-13. Contoh Ilustrasi Potongan Bak Ekualisasi (Tampak Samping) ......................................................... 32

Gambar 3-14. Diagram Volume Akumulasi ............................................................................................................. 35

Gambar 3-15. Penentuan Volume yang Diperlukan ................................................................................................ 36

Gambar 3-16. Penyisihan Partikel pada Bak Sedimentasi yang Ideal .................................................................... 36

Gambar 3-17. Konsep Pengendapan di dalam Bak Pengendapan .......................................................................... 37

Gambar 3-18. Karakteristik Distribusi Air Limbah Domestik pada Inlet Bak Sedimentasi Pertama ...................... 37

Gambar 3-19. Hubungan Efisiensi BOD dan TSS terhadap Overflow Rate dan Waktu Detensi ............................ 38

Gambar 3-20. Contoh Bak Sedimentasi Persegi Panjang (Tampak Atas) ............................................................... 39

Gambar 3-21. Contoh Bak Sedimentasi Persegi Panjang (Tampak Samping) ........................................................ 39

Gambar 3-22. Contoh Bak Sedimentasi Berbentuk Lingkaran (Tampak Atas) ........................................................ 39

Gambar 3-23. Contoh Bak Sedimentasi Berbentuk Lingkaran (Tampak Samping 1) .............................................. 40

Gambar 3-24. Contoh Bak Sedimentasi Berbentuk Lingkaran (Tampak Samping 2) .............................................. 40

Gambar 3-25. Komponen di dalam Clarifier di Suwung, Bali ................................................................................. 40

Gambar 4-1. Skematik Tahapan Pengolahan Kedua ............................................................................................... 44

Gambar 4-2. Alternatif Teknologi Pengolahan Biologi ............................................................................................ 45

Gambar 4-3. Alternatif Skenario Penggunaan Kolam Anaerobik ........................................................................... 46

Gambar 4-4. Penghitungan Dimensi pada Geometri Kolam Anaerobik Rectangular ............................................. 49

Gambar 4-5. Skematik Pengolahan dengan Anaerobic Baffled Reactor ................................................................ 49

Gambar 4-6. Faktor Penyisihan COD terhadap Waktu Pengendapan pada unit Anaerobic Baffled Reactor ......... 51

Gambar 4-7. Faktor Efisiensi Penyisihan COD terhadap Suhu dalam Reaktor Anaerobik ...................................... 51

Gambar 4-8. Faktor Efisiensi Penyisihan BOD terhadap Konsentrasi BOD influen ................................................ 51

Gambar 4-9. Faktor Efisiensi Penyisihan BOD terhadap Beban Organik BOD ........................................................ 52

Gambar 4-10. Persentase Efisiensi Penyisihan BOD terhadap Waktu Tinggal Hidraulik pada unit

Anaerobic Baffled Reactor ............................................................................................................... 52

Gambar 4-11. Ilustrasi Bangunan Upflow Anaerobic Sludge Blanket .................................................................... 53

Gambar 4-12. Ilustrasi pengolahan dengan Anaerobic Biofilter............................................................................. 55

Gambar 4-13. Contoh Beberapa Media yang dapat Digunakan dalam Unit Anaerobic Biofilter ........................... 56

Gambar 4-14. Skematik unit pengolahan kolam aerasi .......................................................................................... 59

Gambar 4-15. Kolam Aerasi di IPALD Suwung, Bali ............................................................................................... 60

DAFTAR GAMBAR

Gambar 4-16. (a) Complete Mix Activated Sludge; (b) Oxydation Ditch; dan (c) Oxydation Ditch ......................... 63

Gambar 4-17. Beberapa Skema Pengolahan dengan Metode Lumpur Aktif (1) ..................................................... 64

Gambar 4-18. Beberapa Skema Pengolahan dengan Metode Lumpur Aktif (2) ..................................................... 65

Gambar 4-19. Ilustrasi Pengolahan Biologi dengan Menggunakan RBC................................................................ 69

Gambar 4-20. Unit RBC di IPAL Banjarmasin .......................................................................................................... 69

Gambar 4-21. Ilustrasi sistem dalam pengolahan RBC .......................................................................................... 71

Gambar 4-22. Ilustrasi Sistem dalam Pengolahan Trickling Filter .......................................................................... 72

Gambar 4-23. Trickling Filter ................................................................................................................................... 73

Gambar 4-24. Bentuk Lantai pada Trickling Filter ................................................................................................... 73

Gambar 4-25. Media dengan Jenis Plastik (Kiri) dan Batu (Kanan) pada Trickling Filter ....................................... 73

Gambar 4-26. Ilustrasi Sistem dalam Pengolahan RBC .......................................................................................... 74

Gambar 4-27. Unit Moving Bed Bioreactor di IPLT Gumuruh Bandung .................................................................. 76

Gambar 4-28. Tipikal Proses MBBR untuk Beberapa Aplikasi Pengolahan ............................................................ 76

Gambar 5-1. Tahapan Pengolahan Lumpur pada IPALD.......................................................................................... 79

Gambar 5-2. Contoh Unit Clarifier Dalam Pengentalan Lumpur di IPALD Kawasan Jababeka .............................. 80

Gambar 5-3. Contoh Unit Belt Filter Press .............................................................................................................. 90

Gambar 5-4. Contoh Desain Unit Belt Filter Press .................................................................................................. 90

Gambar 5.5. Desain Sludge Drying Bed .................................................................................................................. 92

Gambar 7-1. Ilustrasi Total Head ............................................................................................................................ 95

Gambar 7-2. Grafik Moody Terkait Hubungan Koefisien Gaya Gesek (F) dan Bilangan Reynold (Re) .................... 97

Gambar 7-3. Nilai K untuk Head Loss Minor dari Perubahan Dimensi Pipa .......................................................... 99

Gambar 7-4. Perbedaan Aliran di dalam Perpipaan dan Saluran Terbuka ............................................................. 99

Gambar 8-1. Skenario Sub-sistem Pengolahan Terpusat ....................................................................................... 101

DAFTAR TABEL

Tabel 1-1. Karakteristik Pengolahan Anaerobik dan Aerobik .................................................................................. 10

Tabel 1-2. Karakteristik Lumpur ............................................................................................................................... 15

Tabel 3-1. Kriteria Desain Saringan Sampah dari Pembersihan Manual dan Pembersihan Mekanik ................... 23

Tabel 3-2. Koefisien Jenis dan Bentuk Saringan (β) ............................................................................................... 24

Tabel 3-3. Kriteria Desain Conventional Grit Chambers ......................................................................................... 29

Tabel 3-4. Kriteria Desain Vortex Grit Chamber ...................................................................................................... 29

Tabel 3-5. Kriteria Desain Aerated Grit Chamber ................................................................................................... 29

Tabel 3-6. Kriteria Desain Bak Ekualisasi ................................................................................................................ 32

Tabel 3-7. Contoh Data Fluktuasi Debit dan Kualitas Air Limbah Domestik ........................................................... 33

Tabel 3-8. Contoh Hasil Penghitungan Volume Kumulatif ...................................................................................... 35

Tabel 3-9. Kriteria Desain Bak Pengendap Pertama (Primary Sedimentation) ....................................................... 41

Tabel 4-1. Kriteria Desain Kolam Anaerobik ........................................................................................................... 47

Tabel 4-2. Nilai Volumentrik Beban BOD dan Persentase Penyisihan BOD di Kolam Anaerobik pada

Berbagai Temperatur .............................................................................................................................. 47

Tabel 4-3. Hubungan Waktu Detensi, Volumentrik Beban BOD, dan Persen Penyisihan BOD ............................... 47

Tabel 4-4. Kriteria Desain Anaerobic Baffled Reactor ............................................................................................ 50

Tabel 4-5. Kriteria Desain Upflow Anaerobic Sludge Blanket ................................................................................ 53

Tabel 4-6. Kriteria Desain Anaerobic Biofilter ......................................................................................................... 56

Tabel 4-7. Contoh Pembobotan untuk Pemilihan Media Biofilter ........................................................................... 57

Tabel 4-8. Kriteria Desain Aerated Lagoon ............................................................................................................. 60

Tabel 4-9. Kriteria Desain Lumpur Aktif .................................................................................................................. 65

Tabel 4-10. Kriteria Desain Rotating Biological Contactor ..................................................................................... 70

Tabel 4-11. Kriteria Desain Rotating Biological Contactor ..................................................................................... 74

Tabel 4-12. Kriteria Desain MBBR ........................................................................................................................... 77

Tabel 4-13. Tipikal Removal Flux untuk BOD, Nitrifikasi, dan Denitrifikasi............................................................. 77

Tabel 5-1. Kriteria Desain Thickener ....................................................................................................................... 80

Tabel 5-2. Kriteria Desain Stablisasi Aerobik ......................................................................................................... 83

Tabel 5-3. Kriteria Desain Stablisasi Anaerobik ..................................................................................................... 87

Tabel 5-4. Kriteria Desain Stablisasi Secara Kimia ................................................................................................ 89

Tabel 5-5. Kriteria Desain Sistem Pengaduk ........................................................................................................... 89

Tabel 5-6. Kriteria Desain Belt Filter Press ............................................................................................................ 91

DAFTAR TABEL

Tabel 5-7. Contoh Spesifikasi Belt Filter Press ........................................................................................................ 91

Tabel 5-8. Kriteria Desain Bak Pengering Lumpur (Sludge Drying Bed) .................................................................. 92

Tabel 7-1. Nilai Kekasaran Pipa ............................................................................................................................. 97

Tabel 7-2. Nilai Koefisien Head Loss Minor ........................................................................................................... 98

Tabel 8-1. Contoh data perencanaan IPALD Skala Perkotaan................................................................................. 100

Tabel 8-2. Kedalaman dan Kecepatan Aliran di Saluran Bar Screen ...................................................................... 102

Tabel 8-3. Kriteria Desain Lumpur Aktif .................................................................................................................. 107

Tabel 8-4. Data Perencanaan Lumpur Aktif ............................................................................................................. 107

Tabel 8-5. Kriteria Desain Clarifier .......................................................................................................................... 114

Tabel 8-6. Data Perencanaan Clarifier ..................................................................................................................... 115

Tabel 8-7. Kriteria Desain Anaerobic Digester ........................................................................................................ 118

Tabel 8-8. Data Perencanaan Anaerobic Digester .................................................................................................. 118

Tabel 8-9. Kriteria Desain Belt Filter Press ............................................................................................................. 122

Tabel 8-10. Data Perencanaan Belt Filter Press ...................................................................................................... 122

Tabel 8-11. Contoh spesifikasi Belt Filter Press ...................................................................................................... 123

Pendahuluan 1

1. PENDAHULUAN

1.1 Konsep Dasar IPALD

Sub-sistem pengolahan terpusat atau Instalasi Pengolahan Air Limbah Domestik (IPALD) pada Sistem Pengelolaan Air limbah Domestik Terpusat (SPALD-T) ditujukan untuk mengolah air limbah domestik yang terkumpul jaringan perpipaan sehingga dapat memenuhi baku mutu lingkungan yang sudah ditetapkan oleh peraturan perundang-undangan sebelum dialirkan masuk ke badan air penerima.

Secara nasional, baku mutu lingkungan yang dimaksud ditetapkan oleh Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Nomor P.68/Menlhk/Setjen/Kum.1/8/2016 tentang Baku Mutu Air Limbah Domestik. Terdapat tujuh parameter yang harus dipenuhi sebelum air limbah domestik dibuang ke badan air penerima, yakni pH, Biological Oxygen Demand (BOD), Chemical Oxygen Demand (COD), Total Suspended Solid (TSS), Minyak dan Lemak, Ammonia, serta Total Coliform.

1.2 Prinsip Pengolahan Air Limbah Domestik

Fungsi dasar pengolahan air limbah domestik adalah untuk mempercepat proses dedgradasi polutan secara natural melalui rekayasa pada unit operasi dan proses. Secara umum, terdapat beberapa tahapan pengolahan yang harus dilakukan dalam pengolahan air limbah domestik, yakni Tahap Pertama, Tahap Kedua, Tahap Ketiga, Tahap Lanjutan, dan Tahap Pengolahan Lumpur. Tahap Ketiga dan Lanjutan merupakan opsi yang dapat direncanakan jika masih terdapat parameter tertentu yang berpotensi melebihi baku mutu lingkungan dan adanya rencana pemanfaatan air hasil olahan. Skematik dan alternatif teknologi SPALD-T dapat dilihat pada Gambar 1-1 berikut ini.

Gambar 1-1. Jenis-jenis Sistem Pengolahan Air Limbah (IPALD)

Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat2

1.2.1 Pengolahan Tahap Pertama

Pengolahan Tahap Pertama bertujuan untuk menyisihkan material kasar, diskrit, dan tersuspensi (suspended solid) sebelum dialirkan menuju ke unit pengolahan selanjutnya. Pada awal tahapan ini terdapat pula bangunan inlet yang berfungsi untuk mengumpulkan air limbah domestik dari jaringan perpipaan sub-sistem pengumpulan. Pada umumnya, jaringan perpipaan sub-sistem pengumpulan di segmen akhir menuju IPALD, memiliki elevasi yang relatif rendah dari permukaan. Oleh karena itu, bangunan inlet berfungsi untuk menaikkan elevasi air limbah domestik ke permukaan dengan menggunakan sistem pemompaan. Hal ini dilakukan pula dengan tujuan agar IPALD dapat dioperasikan dengan menggunakan metode aliran gravitasi. Terdapat beberapa unit pengolahan pada Tahap Awal yakni Saringan Sampah (Screen), Bak Penyisihan Pasir (Grit Chamber), Bak Ekualisasi (Equalization Tank), dan bak sedimentasi (primary sedimentation).

Secara umum, Pengolahan Tahap Pertama dilakukan dengan menggunakan prinsip pengolahan fisik. Pengolahan fisik pertama yang diterapkan merupakan proses penyaringan, tahapan ini bertujuan untuk menyisihkan benda-benda berukuran besar seperti kain, plastik, kertas, metal, dan sejenisnya. Kemudian diterapkan pengolahan fisik lanjutan dengan memanfaatkan perbedaan ukuran dan massa/volume partikel pada air limbah domestik yang akan mempengaruhi kecepatan pengendapan partikel sehingga terjadi sedimentasi padatan.

Menurut Davis (2011), terdapat empat tipe sedimentasi atau pengendapan padatan, yakni:a. Sedimentasi Tipe 1, merupakan tipe pengendapan partikel diskrit yang mengendap dengan kecepatan konstan.

Partikel tersebut mengendap langsung tanpa adanya proses pembentukan flok dengan partikel lainnya. Penyisihan pasir pada grit chamber merupakan contoh pengendapan Tipe 1.

b. Sedimentasi Tipe 2, merupakan pengendapan partikel flokulan pada padatan tersuspensi. Fenomena ini terjadi ketika partikel-partikel di dalam air limbah domestik saling berinteraksi membentuk partikel yang lebih besar. Pembentukan flok tersebut menyebabkan bertambahnya massa padatan sehingga kecepatan pengendapan meningkat lebih cepat. Contoh sedimentasi Tipe 2 antara lain pengendapan pertama pada pengolahan air limbah domestik dan pengendapan partikel hasil proses koagulasi-flokulasi dengan penambahan bahan kimia.

c. Sedimentasi Tipe 3, merupakan proses pengendapan partikel dengan konsentrasi yang lebih pekat. Partikel-partikel secara bersama-sama berinteraksi dan mengendap pada kecepatan pengendapan yang konstan. Pada bagian atas zona terdapat batas yang memisahkan antara massa partikel yang mengendap dengan air yang relatif lebih jernih.

d. Sedimentasi Tipe 4, merupakan kelanjutan dari sedimentasi Tipe 3. Lumpur yang telah terendapkan dalam proses sedimentasi Tipe 3 akan mengalami pemadatan sehingga diperoleh lumpur dengan kadar solid yang lebih tinggi.

Pada pengolahan tahap pertama proses fisik juga dilakukan untuk menyisihkan material organik tersuspensi. Penyisihan dilakukan dengan melakukan rekayasa terhadap kecepatan aliran sehingga memberikan kesempatan terhadap partikel padatan mengendap secara gravitasi menuju ke dasar bak. Gambar 1-2. mengilustrasikan prinsip proses pengendapan.

Pendahuluan 3

Gambar 1-2. Ilustrasi Tipe Sedimentasi pada Proses Pengendapan Air Limbah Domestik

1.2.2 Pengolahan Tahap Kedua

Pengolahan tahap kedua direncanakan untuk menyisihkan material organik yang ada dalam air limbah domestik dalam bentuk terlarut (soluble) maupun koloid (colloid) yang tersisa dari hasil penyisihan pada pengolahan tahap pertama. Proses ini dilakukan dengan menggunakan prinsip pengolahan biologi melalui pemanfaatan peran mikroorganisme yang sudah terkandung di dalam air limbah domestik. Jumlah mikroorganisme di dalam air limbah domestik diketahui dapat mencapai 500.000 hingga 5.000.000 per mL, tergantung pada umur air limbah domestik (McGhee, 1991). Bakteri merupakan makhluk hidup bersel satu yang berukuran sangat kecil dan mempunyai bentuk yang beraneka ragam. Mikroorganisme memiliki kemampuan untuk melakukan metabolisme makanan terlarut (soluble food) dan bereproduksi dengan cara pembelahan sel.

Air limbah domestik sebagian besar tersusun dari karbon organik. Dalam perencanaan dan pengoperasian IPALD penting untuk memiliki pemahaman tentang beban organik yang terkandung di dalam air limbah domestik. Menurut Davies (2005), terdapat tiga parameter yang dapat digunakan untuk menggambarkan besaran organik yang terkandung di dalam air limbah domestik, yakni: a. Total Organic Carbon

Pengukuran nilai konsentrasi Total Organic Carbon (TOC) secara analitis relatif mudah. Proses pengukuran ini melibatkan oksidasi dengan pembakaran pada suhu yang sangat tinggi dan dilakukan pengukuran CO2 yang dihasilkan. Namun, nilai TOC termasuk senyawa karbon organik stabil yang tidak dapat dipecah secara biologis sehingga cukup sulit untuk menjadikannya sebagai indikator terhadap proses biologi.

b. Chemical Oxygen DemandKonsentrasi karbon organik dapat pula diukur dan dianalisis dengan menggunakan oksidasi kimia. Metode ini disebut dengan Chemical Oxygen Demand (COD). COD dapat diartikan sebagai jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi bahan organik yang terdapat dalam air secara kimia. Dalam analisisnya, sampel dipanaskan dalam


asam sulfat kuat yang mengandung potasium dikromat. Selanjutnya, karbon yang teroksidasi ditentukan oleh jumlah dikromat yang digunakan dalam reaksi. Hasilnya dinyatakan dalam kebutuhan oksigen, bukan karbon. Metode ini dapat dikatakan sebagai metode analitik yang sederhana. Namun, kelemahannya adalah sejumlah senyawa karbon organik yang tidak dapat teroksidasi secara biologis, termasuk dalam hasil analisis metode ini. Sebaliknya, beberapa senyawa aromatik, termasuk benzena, toluena, dan beberapa piridin, yang dapat dipecah oleh bakteri, hanya sebagian teroksidasi dalam prosedur COD. Namun, secara keseluruhan, COD memperlihatkan nilai yang berlebihan dari karbon yang dapat dihilangkan dengan menggunakan proses biologi, khususnya lumpur aktif.

c. Biological Oxygen DemandBiological Oxygen Demand (BOD) merupakan nilai yang mendeskripsikan jumlah oksigen terlarut yang dibutuhkan oleh mikroorganisme untuk menguraikan atau mendekomposisi bahan organik dalam kondisi aerobik (Metcalf & Eddy, 1991). Pengukuran BOD digunakan untuk mendapatkan besaran karbon organik yang dapat diuraikan secara biologis. Dalam hal ini, BOD diukur dengan menggunakan pendekatan periode 5 (lima) hari atau disebut juga dengan BOD5. Menurut Delzer dan Mckenzie (USGS, 2003), waktu 5 (lima) hari merepresentasikan hanya sebagian dari total BOD. Menurut Hütter (1994), diperkirakan 70% material organik dapat teruraikan selama durasi 5 hari. Pada air limbah domestik dengan temperatur 20oC, materi organik dapat terurai seluruhnya (100% BOD) pada waktu setelah 20 hari (USGS, 2003). Namun, dalam kondisi tertentu, air limbah domestik dapat mengandung senyawa nitrogen organik, ammonia, and nitrit yang berpotensi membutuhkan oksigen untuk teroksidasi menjadi nitrat. Reaksi ini dapat terjadi pada hari ke-6. Oleh karena itu, BOD5 dinilai lebih representatif untuk menggambarkan fenomena oksidasi materi organik di dalam air limbah domestik. BOD5 juga telah menjadi metode yang disetujui dan diterapkan oleh U.S. Environmental Protection Agency (EPA) dalam pemantauan kualitas air limbah domestik. Gambar 1-3 menunjukkan bagaimana perilaku konsentrasi BOD terhadap waktu.

Gambar 1-3. Kurva Biological Oxigen DemandSumber: dimodifikasi dari Sawyer and McCarty, 1978

Hubungan antara analisis karbon organik dapat dilihat pada Gambar 1-4.

Pendahuluan 5

Total Organic Carbon

Dapat Teroksidasi secara Kimia

(Chemical Oxygen Demand)

Dapat Terdegradasi secara Biologi

(Biological Oxygen Demand)

Tidak Dapat Teroksidasi

Tidak Dapat Terdegradasi secara Biologi

Soft BODHard BOD

Molekul yang besar. Membutuhkan waktu berjam-jam atau berhari-hari untuk terdegradasi.

Molekul yang kecil. Dapat langsung terdegradasi.

Gambar 1-4. Hubungan Antar Karbon Organik dalam Air Limbah DomestikSumber: Davies, 2005

Mikroorganisme di dalam air limbah domestik akan mengubah karbon organik terlarut dan dalam bentuk koloid menjadi beberapa jenis gas dan protoplasma. Protoplasma, disebut juga sebagai biosolid atau sludge (lumpur), memiliki berat jenis yang lebih besar dari air sehingga dapat dengan mudah untuk diendapkan secara gravitasi. Sebelum membahas tentang proses biokimia baik dengan menggunakan atau memanfaatkan bakteri aerobik maupun anaerobik, pengenalan terhadap klasifikasi bakteri dirasa penting untuk diketahui oleh setiap perencana maupun operator. Adapun klasifikasi bakteri dapat dibedakan menjadi sebagai berikut:a. Berdasarkan sumber karbon dan energi

1) Heterotrophic microorganism, merupakan mikroorganisme yang menggunakan material organik sebagai suplai kebutuhan karbon.

2) Autotrophs microorganism, merupakan mikroorganisme yang membutuhkan CO2 untuk memenuhi suplai karbonnya.

3) Phototrops microorganism, merupakan mikroorganisme yang hanya mengandalkan cahaya sebagai sumber energinya.

4) Chemotrops microorganism, merupakan mikroorganisme yang mengekstrak energi dari proses oksidasi reduksi material organik atau anorganik.

5) Lithotrops microorganism, merupakan mikroorganisme yang mengekstrak energi dari proses oksidasi material organik.

6) Organotrops microorganism, merupakan mikroorganisme yang mengekstrak energi dari proses oksidasi material anorganik.


b. Berdasaran kebutuhan oksigen1) Obligate Aerobes, merupakan mikroorganisme yang hanya bisa hidup dengan kehadiran oksigen.2) Obligate Anaerobes, merupakan mikroorganisme yang tidak dapat hidup dengan adanya kehadiran oksigen. 3) Facultative Anaerobes, merupakan mikroorganisme yang memanfaatkan oksigen untuk proses oksidasi/reduksi,

namun dalam kondisi tertentu dapat hidup tanpa kehadiran oksigen. Dalam kondisi anoksik, bakteri anaerob fakultatif yang disebut juga sebagai denitrifier memanfaatkan nitrit (NO2-) dan nitrat (NO3-) untuk menggantikan peran oksigen. Nitrat-nitrogen dapat dikonversikan menjadi gas nitrogen dalam kondisi tidak adanya oksigen (proses anoxic denitrification).

c. Berdasarkan temperatur1) Hyperthermophile (>60oC)2) Thermophile (pertumbuhan optimal pada rentang 45 hingga 122oC)3) Mesophile (20 hingga 45oC)4) Psychrotrophs (dapat bertahan pada temperatur 0oC, namun lebih baik pada temperatur mesophilic)5) Psychrophiles (-15 hingga 10oC atau lebih rendah lagi)

Degradasi Organik secara Anaerob

Proses penguraian material organik yang terkandung di dalam air limbah domestik secara anaerob terjadi melalui beberapa tahapan reaksi, baik secara seri maupun paralel. Terdapat setidaknya empat tahapan, yakni (1) hidrolisis, (2) acidogenesis, (3) acetogenesis, dan (4) methanogenesis. Tahapan proses degradasi tersebut dapat dilihat pada Gambar 1-5.

Proses degradasi organik melibatkan rantai makanan yang kompleks dengan jenis mikroorganisme yang beragam. Secara umum, mikroorganisme tersebut mengubah material organik menjadi metan (CH4), karbon dioksida (CO2), ammonia (NH3), hidrogen sulfida (H2S), dan air (H2O). Terdapat beberapa jenis bakteri yang berperan dalam reaksi tersebut, diantaranya fermentative bacteria, hydrogen-producing acetogenic bacteria, hydrogen-consuming acetogenic bacteria, carbon dioxide reducing methanogens, dan aceticlastic methanogens.

Secara umum, tahapan penguraian material organik tersebut dapat dideskripsikan sebagai berikut:a. Hidrolisis

Pada tahapan hidrolisis, enzim diekskresikan oleh bakteri fermentasi (sehingga disebut sebagai “exo-enzymes”) yang mengubah material organik yang kompleks menjadi lebih sederhana dengan senyawa yang terlarut sehingga dapat masuk dengan relatif mudah melewati dinding dan membran sel bakteri fermentasi.

b. AcidogenesisAcidogenesis merupakan proses yang mengubah senyawa sederhana menjadi asam organik yang mudah menguap. Pada tahapan ini senyawa yang terlarut di dalam sel bakteri fermentasi akan diubah menjadi senyawa yang lebih sederhana. Adapun senyawa-senyawa yang dihasilkan, diantaranya volatille fatty acid (VFAs), alkohol, lactic acid, CO2, H2, NH3, H2S, dan sel baru.

c. AcetogenesisPembentukan asam dari senyawa-senyawa organik sederhana dilakukan oleh bakteri-bakteri penghasil asam yang terdiri dari sub divisi acid/farming bacteria dan acetogenic bacteria. Asam propionat dan butirat diuraikan oleh acetogenic bacteria menjadi asam asetat, hidrogen (H2), karbon dioksida (CO2), dan sel baru.

d. MethanogenesisMethanogenesis merupakan tahap dominasi perkembangan sel mikroorganisme dengan spesies tertentu yang menghasilkan metana. Pada tahap ini terjadi konversi asam organik menjadi metana, karbon dioksida, dan gas-gas lain seperti hidrogen sulfida, hidrogen, dan nitrogen. Pembentukan metana dilakukan oleh bakteri penghasil metana yang terdiri dari sub divisi acetocalstic methane bacteria yang menguraikan asam asetat menjadi metana dan karbon dioksida.

Pendahuluan 7

Karbon dioksida dan hidrogen yang terbentuk dari reaksi penguraian di atas, disintesa oleh bakteri pembentuk metana menjadi metana dan air. Proses pembentukan asam dan gas metana dari suatu senyawa organik sederhana melibatkan banyak reaksi percabangan.

Complex Organic Matter[Carbohydrates, Proteins, Lipids]

Simpler Organic Compounds[Sugar, Amino Acids, Peptides]

Volatile Fatty Acids[Propionate, Butyrate, etc]

AcetateHydrogen & Carbon Dioxide

Methane & Carbon Dioxide

Hydrolysis[Extra-cellular Enzymes]

Acidogenesis[Fermentative Bacteria]

Acetogenesis[Hydrogen Producing Acetogenic Bacteria]

Acetogenesis[Hydrogen Consuming Acetogenic Bacteria]

Methanogenesis[Hydrogen Using Methanogenic Bacteria]

Methanogenesis[Acetoclastic Methanogenic Bacteria]

Gambar 1-5. Biokimia pada Proses Pengolahan Biologi secara Anaerob

Sumber: Pescod, 1992

Selama proses oksidasi anaerob, energi yang dihasilkan relatif kecil sehingga jumlah produksi sel baru relatif kecil. Kondisi ini mengakibatkan jumlah lumpur yang dihasilkan dalam proses anaerob sangat sedikit jika dibandingkan dengan pengolahan biologi secara aerob.

Degradasi Organik secara Aerob

Dalam proses degradasi material organik secara aerob, oksigen harus hadir sebagai satu-satunya akseptor elektron dalam proses biokimia. Bakteri aerobic heterotrophic memegang peranan yang dominan dalam proses pengolahan secara aerob. Pada awal proses degradasi, bakteri fermentasi berperan penting dalam mengubah materi organik karbon yang kompleks (karbohidrat, protein, dan lipid) menjadi organik yang lebih sederhana sehingga senyawa-senyawa terlarut lebih mudah untuk masuk melewati dinding dan membran sel bakteri. Secara umum, proses degradasi material organik karbon dapat dilihat pada Gambar 1-6.


Gambar 1-6. Biokimia pada Proses Pengolahan Biologi secara AerobSumber: Pescod, 1992

Complex Organic Matter[Carbohydrates, Proteins, Lipids]

Simpler Organic Compounds

PROTOPLASM(New Cells)

END PRODUCT[Carbon Dioxide, Water, Ammonia, etc]

Hydrolysis[Extra-cellular Enzymes]

Aerobic Microorganisms

Energy

Oxygen

SynthesisDikenal dengan Bioflok

Tahap selanjutnya, organik yang lebih sederhana akan teroksidasi dengan kehadiran oksigen di dalam air limbah domestik. Reaksi stokiometri oksidasi dan sintesis material organik karbon dapat dideskripsikan secara umum sebagai berikut:

“organik + O2 + nutrien Bakteri

CO2+NH3+ C5H7NO2+ produk akhir”

C5H7NO2 merupakan sel baru atau protoplasma yang juga sering disebut sebagai bioflock. Ketika material organik telah habis terkonsumsi, maka sel akan mulai mengonsumsi jaringan sel mereka sendiri. Hal ini bertujuan untuk mempertahankan kebutuhan energi dalam proses metabolisme sel. Proses ini disebut pula sebagai endogenous respiration. Reaksi stokiometri endogenous respiration sebagai berikut:

C5H7NO2+O2 Bakteri

5CO2+2H2O+NH3+energi”

Proses degradasi organik karbon dapat berlangsung optimum pada rentang pH netral. Menurut Metcalf & Eddy (2003), konsentrasi DO minimum harus mencapai 2 mg/L. Oleh karena itu, penting dalam perencanaan sistem pengolahan biologi secara aerob memerhatikan suplai udara/oksigen. Terdapat beberapa metode yang dapat digunakan dalam mensuplai oksigen ke dalam pengolahan aerob. Metode-metode tersebut akan dibahas pada bab selanjutnya terkait perencanaan rinci unit operasi dan proses.

Nitrifikasi dan Denitrifikasi

Di dalam air limbah domestik, nitrogen hadir dalam bentuk organik (N-organik) dan sebagai amonia-nitrogen (NH4-N). Perencana harus memerhatikan potensi tingginya konsentrasi amonia di dalam air limbah domestik. Hal ini dikarenakan, amonia telah menjadi salah satu parameter yang harus dipenuhi berdasarkan Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Nomor P.68/Menlhk/Setjen/Kum.1/8/2016 tentang Baku Mutu Air Limbah Domestik. Konsentrasi amonia yang terkandung di dalam efluen pengolahan air limbah domestik tidak boleh melebihi 10 mg/L.

Nitrifikasi merupakan istilah yang digunakan untuk mendeskripsikan proses oksidasi amonia (NH4-) dalam kondisi aerob, dibantu oleh bakteri Nitrosomonas, menjadi nitrit (NO2-). Nitrit selanjutnya dioksidasi dalam kondisi aerob dengan bantuan bakteri nitrobacter menjadi nitrat (NO3). Gambar 1-7 memperlihatkan bahwa proses nitrifikasi melibatkan dua jenis bakteri aerobic autotrophic, yakni nitrosomonas dalam proses oksidasi amonia ke nitrit dan nitrobacter dalam proses oksidasi nitrit menjadi nitrat. Oleh karena itu, proses nitrifikasi hanya dapat terjadi pada unit pengolahan biologi secara aerob, baik dengan

Pendahuluan 9

pertumbuhan tersuspensi (suspended growth) maupun terlekat (attached growth). Nitrifikasi dapat terjadi pada lingkungan pH 6,8 hingga 8,0 (Davis, 2011) atau 7,0 hingga 7,2 (Metcalf & Eddy, 2003).

Pada tahap berikutnya, nitrat dapat disisihkan dengan tujuan untuk meminimalkan dampak terjadinya fenomena eutrofikasi di badan air penerima. Nitrat dapat direduksi menjadi nitric oxide (NO), nitrous oxide (N2O), dan gas nitrogen (N2). Proses ini juga melibatkan peran bakteri pereduksi nitrat diantaranya Pseudomonas, Alkaligenes, Bacillus, dan lain-lain. Dalam proses reduksi nitrat menjadi nitrogen gas, konsentrasi oksigen terlarut harus mendekati nol, atau pada kondisi anoksik. Anoksik merupakan kondisi lingkungan ketika tidak adanya molekul oksigen, oksigen hanya ditemukan dalam ikatan nitrit/nitrat. Mikroorganisme membutuhkan organik karbon sebagai sumber makanan untuk mengkonversi nitrogen. Mikroorganisme akan memetabolisme material organik di dalam air limbah domestik, merubahnya menjadi karbon dioksida. Proses ini akan menurunkan BOD di dalam air limbah domestik.

Gambar 1-7. Proses Nitrifikasi dan Denitrifikasi

Penyisihan Phosphor

Senyawa phosphor (fosfor) berpotensi terkandung di dalam air limbah domestik dalam bentuk organik maupun anorganik. Terdapat kurang lebih 70% senyawa fosfor ditemukan dalam bentuk anorganik, yakni Orthophosphate (PO4

-3) dan Polyphosphate (P2O7). Senyawa fosfor dalam air limbah domestik bersumber dari aktivitas pencucian dengan menggunakan deterjen. Dalam proses biokimia di pengolahan tahap kedua – biologi, senyawa fosfor digunakan dalam metabolisime mikroorganisme di dalam air limbah domestik. Senyawa fosfor dapat direduksi di dalam air limbah domestik sehingga membentuk biomassa yang akan terendapkan berupa lumpur. Penyisihan fosfor pada pengolahan tahap kedua/pengolahan biologi dapat mencapai 10 hingga 30% dari konsentrasi awal pada influen air limbah domestik.

Gambar 1-8 mengilustrasikan proses metabolisme dalam proses pelepasan dan penyisihan senyawa fosfor yang dibantu oleh peran mikroorganisme yakni polyphosphate-accumulating organisms (PAO). PAO merupakan kelompok mikroorganisme yang membantu proses penyisihan fosfor dalam jumlah tertentu. Dalam kondisi anaerob maupun anoksik, biomassa melepaskan senyawa fosfor anorganik berbentuk orthophospat (PO4

-3). Selanjutnya, pada kondisi aerob, PAO akan menyerap fosfor untuk proses metabolisme sel membentuk sel baru.


Gambar 1-8. Pelepasan dan Penyisihan Fosfor pada Lingkungan Aerob dan AnaerobSumber: Qasim, 1999

Pemilihan Teknologi Aerobik dan Anaerob

Proses pengolahan air limbah domestik dengan menggunakan teknologi aerob membutuhkan waktu yang relatif lebih singkat dibandingkan dengan teknologi anaerob. Namun, pada teknologi ini membutuhkan suplai oksigen dengan aerator yang akan berdampak pada biaya investasi, pengoperasian, dan pemeliharaan. Kelebihan dan kekurangan teknologi aerob dan anaerob dapat dilihat pada Tabel 1-1.

Tabel 1-1. Karakteristik Pengolahan Anaerobik dan Aerobik

No Parameter Anaerobik Aerobik

1 Kebutuhan energi Rendah Tinggi

2 Tingkat pengolahan 95% 60-90%

3 Produksi lumpur Rendah Tinggi

4Stabilitas proses terhadap toksik dan perubahan beban

Rendah sampai sedang Sedang sampai tinggi

5 Kebutuhan nutrien Rendah Tinggi

6 Bau Berpotensi menimbulkan bau Tidak terlalu berpotensi menimbulkan bau

7Produksi biogas Ada (dapat dimanfaatkan sebagai sumber

energi)Tidak ada

8 Start-up time 2–4 bulan 2–4 minggu

Sumber: Eckenfelder, W.W., Patoczka, J.B., and Pulliam, G.W.(1988). Anaerobic Versus Aerobic Treatment In The USA.in: Anaerobic Digestion 1988, E.R.Hall and P.N.Hobson(eds.),Pergamon Press New York.

1.2.3 Pengolahan Tahap Ketiga

Pengolahan tahap ketiga harus dilakukan jika masih terdapat parameter yang belum memenuhi baku mutu lingkungan yang berlaku sesuai dengan Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Nomor P.68/Menlhk/Setjen/Kum.1/8/2016 tentang Baku Mutu Air Limbah Domestik. Hal ini dapat diketahui setelah analisis kesetimbangan massa terhadap seluruh parameter berdasarkan hitungan detail yang dilakukan dalam perencanaan. Perencanaan terhadap tahapan ketiga harus dilakukan agar efluen IPALD dapat memenuhi seluruh parameter yang berlaku. Beberapa parameter yang perlu diperhatikan, yakni total koliform, amonia nitrogen, fosfor, dan total suspended solid (TSS). Gambar 2-2 pada Buku Utama Pedoman menunjukkan

Pendahuluan 11

beberapa alternatif teknologi yang dapat digunakan dalam pengolahan polutan yang berpotensi masih melebih baku mutu lingkungan yang berlaku. Adapun beberapa proses yang dapat dilakukan dalam pengolahan tahap ketiga, yakni desinfeksi, aerasi, flokulasi-koagulasi, filtrasi, dan wetland.

Desinfeksi

Desinfeksi merupakan salah satu proses pengolahan yang berfungsi untuk mengurangi mikroorganisme patogen yang berpotensi terkandung di dalam air limbah domestik. Mikroorganisme patogen dapat menjadi sumber penyebab penyakit bagi manusia. Klorinasi merupakan salah satu bahan kimia yang sering digunakan sebagai desinfektan sejak tahun 1850. Penggunaan klorinasi sudah dilakukan untuk mengurangi mikroorganisme patogen baik pada air minum maupun air limbah domestik. Namun, senyawa tersebut berpotensi bersifat karsinogenesis karena proses klorinasi berpotensi dapat membentuk chlorinated hydrocarbon (Qasim, 1999). Oleh karena itu, metode lain perlu dipertimbangkan untuk dapat digunakan dalam proses desinfeksi.

Secara umum terdapat dua metode desinfeksi yang dapat digunakan dalam mengolah air limbah domestik, khususnya menyisihkan mikroorganisme patogen. Adapun dua metode tersebut yakni metode fisika dan kimia. Metode fisika dilakukan dengan memanfaatkan panas dan radiasi baik radiasi ultraviolet maupun gamma sedangkan metode kimia dapat dilakukan dengan menggunakan senyawa kimia seperti agen pengoksidasi (klorin, bromin, dan iodin), alkohol, phenol, dan lain-lain.

Desinfeksi dengan menggunakan panas atau disebut juga sebagai proses pasteurisasi dapat digunakan dalam mengolah air limbah domestik khususnya untuk pengolahan lumpur. Namun, menurut Qasim (1999), proses ini sulit untuk dapat diterapkan dalam mendesinfeksi air karena energi yang dibutuhkan akan sangat besar sehingga menyebabkan tingginya biaya operasional IPALD. Metode radiasi gamma dapat dilakukan dengan memanfaatkan Kobalt 60. Metode ini dinilai memiliki efisiensi yang sangat baik dalam proses desinfeksi mikroorganisme patogen, baik pada air limbah domestik maupun lumpur dalam proses pengolahan lumpur. Namun, faktor keamanan menjadi pertimbangan yang harus diperhatikan ketika menggunakan proses radiasi karena potensi dampak negatif yang sangat besar terhadap manusia.

Gambar 1-9. Faktor Utama dalam Penyisihan Mikroorganisme Patogen di dalam Kolam MaturasiSumber: Verbyla, Sperling, & Maiga, 2017


Metode desinfeksi dengan memanfaatkan radiasi ultraviolet dinilai merupakan metode fisik yang terbaik karena tidak memiliki resiko keamanan dan tidak meninggalkan residu bahan kimia berbahaya bagi manusia. Proses desinfeksi dengan menggunakan radiasi ultraviolet sudah cukup banyak diterapkan di IPALD maupun IPLT di Indonesia. Di Indonesia, metode ini dinilai cukup efektif karena posisi Indonesia yang berada di daerah tropis memungkinkan proses penyinaran yang lebih lama. Desinfeksi dengan menggunakan radiasi ultraviolet dapat terjadi pada Kolam Maturasi yang merupakan rangkaian dari Kolam Stabilisasi (Anaerobik/Aerobik – Fakultatif – Maturasi). Penetrasi sinar matahari menjadi sangat penting dalam proses desinfeksi pada kolam maturasi. Oleh karena itu, pengaturan kedalaman yang efektif harus dilakukan sehingga penetrasi sinar matahari dapat terjadi. Terdapat faktor-faktor lain yang mempengaruhi proses desinfeksi pada kolam maturasi dengan menggunakan radiasi ultraviolet yakni waktu kontak atau detention time dan kekeruhan atau materi tersuspensi yang dapat menggangu penetrasi sinar ke dalam air di dalam kolam. Ilustrasi proses desinfeksi menggunakan radiasi ultraviolet dapat dilihat pada Gambar 1-9. Selain metode kolam, penyinaran ultraviolet saat ini juga dapat dilakukan dengan memanfaatkan sinar ultraviolet buatan. Teknologi sinar ultraviolet buatan saat ini telah cukup banyak berkembang untuk mengolah baik air limbah maupun air bersih/minum.

Koagulasi Flokulasi

Koagulasi flokulasi merupakan salah satu metode pengolahan yang ditujukan untuk mengendapkan material tersuspensi, terlarut maupun koloid. Koagulasi didefinisikan sebagai proses destabilisasi partikel koloid tersuspensi dengan bantuan bahan kimia yang disebut sebagai polimer koagulan. Proses pencampuran bahan kimia koagulan dilakukan dengan kondisi aliran turbulen atau menggunakan pengadukan cepat mekanik. Kondisi turbulen akan mempermudah proses pencampuran polimer dan air limbah domestik yang akan diolah.

Gambar 1-10. Ilustrasi Proses Koagulasi dan Flokulasi

Flokulasi merupakan sebuah proses untuk mendestabilisasi agregat yang memiliki ukuran partikel lebih besar sebagai lanjutan dari proses koagulasi. Destabilisasi agregat dari proses koagulasi dilakukan untuk meningkatkan ikatan antar partikel sehingga membentuk partikel dengan ukuran dan massa yang lebih besar dan lebih mudah untuk diendapkan secara gravitasi. Flokulasi dilakukan dalam kecepatan aliran yang rendah menggunakan sistem kanal atau saluran terbuka maupun pengadukan mekanik. Dalam perencanaan bangunan pengolahan koagulasi flokulasi, penentuan dosis polimer yang tepat menjadi kunci efektifitas pengendapan partikel di dalam air limbah domestik. Penentuan dosis polimer harus dilakukan di laboratorium agar mendapatkan dosis optimum yang tepat sesuai dengan karakteristik air limbah domestik yang akan diolah.

Filtrasi

Pengolahan air limbah domestik pada tahap lanjutan menggunakan filtrasi dapat dilakukan untuk menyisihkan partikel solid tersuspensi yang masih terkandung di dalam air limbah domestik. Proses tersebut dilakukan melalui pengaliran air limbah domestik dari Tahap Ketiga ke dalam sebuah media berpori. Hal ini menyebabkan partikel akan tertahan dalam media. Terdapat beberapa jenis metode filtrasi yang ditujukkan untuk menyisihkan berbagai ukuran partikel. Gambar 1-11 menunjukkan beberapa metode filtrasi yang dapat digunakan berdasarkan ukuran partikel yang akan disisihkan.

Pendahuluan 13

Gambar 1-11. Karakteristik Partikel dan Alternatif Metode Filtrasi Sumber: www.ces.uoguelph.ca

Lahan Basah (Wetland)

Wetland atau lahan basah atau kolam sanita merupakan salah satu metode pengolahan air limbah domestik yang dapat digunakan dengan memanfaatkan peran tanaman. Metode pengolahan yang disebut pula dengan phytoremediasi memanfaatkan tanaman untuk menyisihkan polutan yang terkandung di dalam air limbah domestik baik organik maupun anorganik. Menurut Prasad (2006), terdapat beberapa proses yang terjadi di dalam pengolahan menggunakan wetland. Adapun proses tersebut, yakni:a. filtrasi dan penyisihan kontaminanb. pengendapan padatan tersuspensi c. presipitasi, adsorpsi, dan penyerapan logam; dand. dekomposisi organik karbon oleh mikroorganisme.

Ilustrasi proses pengolahan air limbah domestik di dalam wetland dapat dilihat pada

Gambar 1-12. Mekanisme Umum dalam Pengolahan Menggunakan Wetland


Metode pengolahan air limbah domestik dengan memanfaatkan teknologi wetland memiliki efektifitas yang baik, relatif murah, dan tidak rumit dalam pengoperasian dan perawatan. Namun, pengolahan dengan metode ini membutuhkan waktu detensi yang relatif lama sehingga untuk mengolah air limbah domestik dengan volume yang besar membutuhkan lahan yang besar pula.

1.2.4 Pengolahan Tahap Lanjutan

Pengolahan tahap lanjutan merupakan pilihan yang dapat direncanakan dengan tujuan tertentu, salah satunya untuk pemanfaatan air dalam lingkup terbatas sesuai dengan peraturan yang baku mutu lingkungan yang berlaku.

1.2.5 Tahap Pengolahan Lumpur

Pada tahapan ini, lumpur yang bersumber dari Sedimentasi Pertama dan Kedua akan diolah dengan menggunakan beberapa alternatif teknologi sebelum dibuang atau dimanfaatkan kembali. Lumpur yang merupakan hasil dari proses pengolahan air limbah domestik berpotensi mengandung mikroorganisme yang dapat membawa bibit penyakit baik berupa organik maupun anorganik sehingga dapat bersifat toksik terhadap manusia atau lingkungan. Oleh karena itu, pengelolaan lumpur yang tepat, efektif, dan efisien merupakan bagian yang penting dalam perencanaan IPALD.

PEMEKATAN(THICKENING)

STABILISASI(STABILIZATION)

PENGERINGAN (DEWATERING) PEMANFAATAN

LUMPUR SEDIMENTASI PERTAMA

LUMPUR SEDIMENTASI KEDUA (CLARIFIER)

Gambar 1-13. Tahapan Pengolahan Lumpur Lengkap

Terdapat beberapa tahapan yang dapat direncanakan untuk mengolah lumpur yakni pemekatan atau pengentalan, stabilisasi lumpur, penirisan/pengeringan, dan pemanfaatan lumpur. Skematik umum tahap pengolahan lumpur dapat dilihat pada Gambar 1-13.

Pemekatan Lumpur (Sludge Thickening)

Pemekatan lumpur dilakukan dengan tujuan untuk mengurangi kadar air di dalam lumpur. Hal ini dilakukan agar dapat mengurangi volume total lumpur yang harus diolah pada pengolahan selanjutnya. Berkurangnya volume lumpur yang harus diolah akan berdampak langsung pada volume unit pengolahan, energi listrik, dan kebutuhan bahan kimia yang berpotensi digunakan di dalam pengolahan selanjutnya. Karakteristik lumpur dari beberapa sumber pada IPALD dapat dilihat pada Tabel 1-2.

Pengurangan kadar air di dalam lumpur dapat dilakukan dengan beberapa metode, diantaranya pengendapan secara gravitasi, flotasi dengan udara, dan sentrifugasi. Proses pemekatan dengan menggunakan metode pengendapan secara gravitasi pada dasarnya memiliki proses yang sama dengan sedimentasi. Pengendapan lumpur dapat dikategorikan sebagai Sedimentasi Tipe 4. Padatan sebagai hasil pengendapan dari Sedimentasi Pertama dan Kedua akan mengendap dan memadat sehingga memiliki konsentrasi padatan yang lebih besar. Ilustrasi konsentrasi lumpur di dalam unit pengolahan pemekatan (thickener) dapat dilihat pada Gambar 1-14. Pada proses pemekatan ini, konsentrasi solid dapat mencapai kurang pada rentang 2 hingga 10%, tergantung pada jenis lumpur yang masuk (Lihat Tabel 1-2).

Pendahuluan 15

Gambar 1-14. Konsentrasi Lumpur di Unit Pengolahan PemekatanSumber: Qasim, 1999

Tabel 1-2. Karakteristik Lumpur

No Sumber LumpurKonsentrasi

Padatan Influen (%)

Konsentrasi Padatan Setelah Pemekatan (%)

Efisiensi Pemekatan (%)

1 Sedimentasi 1 Pada Pengolahan Tahap Pertama

1,0–7,0 5,0–10,0 85–98

2 Lumpur Aktif pada Pengolahan Tahap Kedua (Biologi)

0,2–1,5 2,0–4,0 60–85

3 Lumpur dari Trickling Filter 1,0–4,0 2,0–6,0 80–92

4 Campuran Lumpur Sedimentasi 1 dan Lumpur Aktif

0,5–2,0 4,0–6,0 85–92

Sumber: Qasim, 1999

Stabilisasi Lumpur (Sludge Stablization)

Stabilisasi lumpur bertujuan untuk mendegradasi mikroorganisme yang bersifat patogen, bau, dan pembusukan material organik yang masih terkandung di dalam lumpur. Stabilisasi lumpur dapat dilakukan dengan menggunakan metode biologi baik anaerob maupun aerob, kimia, dan fisika.

Stabilisasi dengan menggunakan proses biologi anaerob dilakukan dengan cara mengalirkan lumpur ke dalam ruang atau tangki yang kedap udara sehingga oksigen tidak hadir dalam proses stabilisasi. Proses stabilisasi secara anaerob dilakukan dengan menggunakan bantuan bakteri anaerob. Proses ini menghasilkan karbon dioksida dan gas metana yang dapat dimanfaatkan. Secara umum, proses biokimia stabilisasi lumpur secara anaerob sama dengan pengolahan air limbah domestik yang telah diuraikan pada Sub Bab 1.2.2. Proses stabilisasi anaerobik dibagi menjadi tiga proses yakni hidrolisis, acid, dan metana. Bakteri pembentukan metana memegang peranan penting dalam proses stabilisasi secara anaerobik. Pembentukan metana sangat sensitif terhadap perubahan pH, komposisi substrat, dan temperatur. Stabilisasi anaerobik kebanyakan dioperasikan pada temperatur mesophilic (35–40oC). Namun, unit ini dapat beroperasi secara optimal pada kondisi thermophilic (45–65oC). Nilai pH lumpur juga harus dipertahankan pada rentang nilai netral karena proses stabilisasi berpotensi berhenti ketika nilai pH berada di bawah 6,0.

Metode stabilisasi lumpur secara aerob dilakukan dengan mensuplai sejumlah udara ke dalam reaktor sehingga bakteri aerob


dapat tumbuh dan mendegradasi material organik dan sel mikroorganisme (endogenous respiration) yang terkandung di dalam lumpur. Proses ini sama dengan proses yang ada pada pengolahan lumpur aktif. Proses stabilisasi aerob membutuhkan waktu 10–20 hari untuk mencapai stabilisasi yang sempurna. Dibandingkan dengan stabilisasi anaerob, metode ini dinilai lebih efisien dan efektif, biaya pengoperasian yang rendah, dan tidak menimbulkan bau.

Penirisan (Dewatering) dan Pengeringan (Drying)

Lumpur pekat dari proses stabilisasi selanjutnya akan diolah untuk mengurangi kadar air sehingga volume lumpur dapat berkurang. Hal ini dilakukan agar penanganan selanjutnya relatif lebih mudah dan tidak membutuhkan kapasitas pengolahan atau penyimpanan yang besar. Terdapat beberapa teknologi yang dapat digunakan dalam proses penirisan lumpur, diantaranya sludge drying bed, belt filter press, dan filter press.

Namun, untuk mencapai proses penirisan yang efektif, pengkondisian lumpur (sludge conditioning) harus dipertimbangkan untuk direncanakan. Hal ini bertujuan untuk mempermudah proses pengikatan padatan di dalam lumpur sehingga lebih mudah untuk dikeringkan. Pengkondisian lumpur biasanya dilakukan dengan mencampurkan lumpur dengan bahan kimia polimer. Terdapat dua jenis bahan kimia yang dapat digunakan, yakni bahan kimia anorganik dan organik. Bahan kimia anorganik yang dapat digunakan, diantaranya ferric chloride, kapur (lime), ferrous sulfate, dan alum. Ferric chloride dicampurkan ke dalam lumpur bertujuan agar terhidrolisis di dalam air dan mendestabilisasi padatan di dalam lumpur. Hal ini menyebabkan padatan tersebut membentuk agregat sehingga dapat meningkatkan konsentrasi padatan kering (dry solid concentration) hingga mencapai 20–30%. Bahan kimia organik yang umum digunakan dalam pengkondisian lumpur yakni polimer organik atau polyelectrolytes.

1.3 Tahapan PenghitunganPenghitungan detail setiap unit pengolahan beserta prasarana dan sarana pendukungnya dilakukan secara bertahap berdasarkan data-data perencanaan yang telah dikumpulkan. Data awal yang dibutuhkan dalam penghitungan bangunan IPALD diantaranya yakni debit air limbah domestik baik pada kondisi minimum, rata-rata, maupun maksimum dan kualitas air limbah domestik berdasarkan pengujian laboratorium.

Adapun tahapan penghitungan bangunan IPALD dapat dilihat pada Gambar 1-15.

MENETAPKAN KRITERIA DISAIN UNIT-UNIT

PENGOLAHAN

MELAKUKAN PERHITUNGAN UNIT

OPERASI DAN PROSES

MELAKUKAN ANALISIS KESETIMBAGAN MASSA

UNTUK DEBIT, BOD, COD, DAN TSS

MELAKUKAN PERHITUNGAN TERHADAP

JARINGAN PIPA DISTRIBUSI ATAU

SALURAN TERBUKA ANTAR UNIT PENGOLAHAN

MENETAPKAN TATA LETAK (PLANT LAYOUT)

MELAKUKAN ANALISIS PROFIL HIDROLIS IPALD

`

GAMBAR TEKNIK

DATA

MENETAPKAN TEKNOLOGI TERPILIH `

Gambar 1-15. Tahapan Penghitungan Bangunan Utama IPALD

Bangunan INLET 17

2. BANGUNAN INLET

2.1 Bak/Sumur Pengumpul

Bangunan bak atau sumur pengumpul pada inlet sub-sistem pengolahan terpusat merupakan salah satu bangunan pendukung yang berfungsi untuk mengumpulkan air limbah domestik dari sub-sistem pengumpulan. Bangunan inlet penting untuk direncanakan karena umumnya posisi sub-sistem pengumpulan yang menuju ke sub-sistem pengolahan terpusat berada pada elevasi yang rendah di bawah permukaan tanah sehingga memerlukan upaya pemompaan untuk menaikkan elevasi air agar dapat dialirkan secara gravitasi ke setiap unit pengolahan.

Perencanaan bak atau sumur pengumpul bergantung pada tipe, konfigurasi, dan kontrol (konstan atau variabel kecepatan atau elevasi muka air) pompa yang digunakan. Sumur pengumpul direncanakan dengan kapasitas yang cukup besar untuk mencegah kerja pompa yang terus menerus. Namun, kapasitas sumur pengumpul juga harus memerhatikan waktu detensi yang tidak terlalu lama sehingga berpotensi mengakibatkan terjadi proses biologi yang menimbulkan bau berlebihan. Oleh karena itu, waktu detensi yang dapat digunakan dalam sumur pengumpul yakni < 10 menit (merujuk pada Permen PUPR No. 04 Tahun 2017). Penentuan volume dapat dilakukan dengan menghitung waktu detensi yang telah ditetapkan dengan debit air limbah yang masuk ke dalam sumur pengumpul. Persamaan yang dapat digunakan, yakni:

V = 900 Qp

S ........................................ Persamaan 2-1

di mana: V = volume antara level switch-on dan switch-off (m3) S = waktu siklus, dengan kriteria: - ≤ 6 kali untuk dry pit motor ( ≤20 kW) - 4 kali untuk dry pit motor (25-75 kW) - 2 kali untuk dry pit motor (100-200 kW) - 10 kali untuk pompa selam Qp = debit pompa (m3/detik) -> merupakan debit puncak

Kedalaman sumur pengumpul direncanakan dengan mempertimbangkan jenis atau tipe pompa. Setiap pompa memiliki ketinggian air minimum untuk menjaga operasional pompa dapat berjalan dengan baik. Selanjutnya, penentuan dimensi, panjang dan lebar, sumur pengumpul dapat ditentukan menyesuaikan dengan kondisi lahan. Pengaliran air limbah domestik dengan menggunakan pompa pada sumur pengumpul dilakukan dengan menggunakan elevasi muka air sebagai kontrol operasional pompa. Oleh karena itu, terdapat ruang kontrol yang berfungsi untuk mengendalikan operasional mekanikal dan elektrikal pompa secara otomatis. Perencanaan mekanikal elektrikal pada komponen pompa dapat dilihat pada Buku E.

Terdapat komponen penting yang juga harus diperhatikan dalam sumur pengumpul inlet, yakni keberadaan saringan (screen) yang berfungsi untuk menahan atau menyisihkan material padat seperti sampah. Unit saringan pada umumnya dapat diletakkan di dua lokasi, yakni sebelum pompa atau setelah pompa. Jika pompa yang direncanakan merupakan pompa celup (submersible pump), maka unit saringan dipasang sebelum pompa untuk mencegah terganggunya pompa akibat penyumbatan. Jika pompa yang digunakan adalah pompa ulir atau screw pump, maka unit saringan dapat diletakan tepat setelah pompa. Tipe dan metode penghitungan unit saringan dapat dilihat pada Bab 3. Beberapa contoh gambar bak atau sumur pengumpul dapat dilihat pada Gambar 2-1 sampai Gambar 2-3.


Gambar 2-1. Contoh 1 Bak Pengumpul InletSumber: http://web.deu.edu.tr



Gambar 2-4. Contoh 4 Bak Pengumpul Inlet dengan Screw PumpSumber: UNIDO, 2015

2.2 Stasiun Pompa

Melekat pada bangunan bak atau sumur pengumpul, stasiun pompa dibangun dengan tujuan untuk menaikkan elevasi air limbah domestik sehingga sub-sistem pengolahan terpusat dapat direncanakan dengan metode aliran gravitasi. Masing-masing tipe stasiun pompa pada Gambar 2-5 memiliki kelebihan dan kekurangan yang harus dipertimbangkan baik dalam aspek teknis maupun non teknis. Stasiun pompa pada sumur kering (dry well pump) pompa lebih mudah untuk diakses untuk perawatan, sedangkan pada sumur basah (wet well pump) pompa harus ditarik terlebih dahulu untuk proses perawatan. Namun, pada stasiun pompa sumur basah tidak membutuhkan ruang khusus seperti stasiun pompa sumur kering sehingga biaya investasi terhadap kebutuhan lahan relatif lebih rendah. Pemilihan jenis pompa dapat mempengaruhi secara langsung terhadap desain prasarana dan sarana pada bak atau sumur pengumpul. Perencanaan pompa yang meliputi pemilihan dan penghitungan dapat dilihat secara detail pada Buku D.

Bangunan INLET 19

Terdapat beberapa aspek yang perlu dipertimbangkan dalam perencanaan pemompaan air limbah domestik, yakni:

a. Kebutuhan head total, harus dihitung dengan seksama dengan mempertimbangkan total head loss yang dapat diakibatkan karena head loss major maupun head loss minor.

b. Ketersediaan Pompa. Perencanaan pompa juga harus mempertimbangkan ketersediaan spesifikasi pompa dari produsen. Faktor ini akan mempengaruhi jumlah pompa yang harus disediakan di dalam rumah pompa.

c. Rencana Pengembangan. Perencanaan pompa harus memerhatikan tahapan perencanaan. Debit air limbah domestik tentu tidak dapat dicapai langsung dalam satu periode penyambungan sambungan rumah. Oleh karena itu, perencanaan pompa, khususnya terkait dengan jumlah pompa, dapat disesuaikan dengan rencana atau tahapan perencanaan SPALD-T. Hal ini dilakukan agar ketika start-up energi pompa yang dibutuhkan tidak besar.

Gambar 2-5. Tipe Stasiun Pompa: (A) Pompa pada Sumur Kering (Dry Well Pump),(B) Pompa Sumur Basah (Wet Well Pump)

Sumber: Qasim, 1999

(A) (B)


3. PENGOLAHAN TAHAP PERTAMA

Pengolahan pertama ditujukkan untuk menyisihkan sampah, pasir, dan material tersuspensi (suspended solid) yang dilakukan dengan menggunakan metode pengolahan fisik. Metode fisik yang digunakan dalam tahapan ini dapat dilakukan dengan cara memanfaatkan perbedaan ukuran dan berat/massa dari material/partikel yang terkandung di dalam air limbah domestik. Terdapat beberapa teknologi yang digunakan dalam tahap pengolahan pertama yakni Saringan Sampah (Screen), Bak Penyisih Pasir (Grit Chamber), Bak Ekualisasi (Equalization Tank) dan Bak Sedimentasi Pertama (Primary Sedimentation). Adapun skematik pengolahan yang harus direncanakan pada tahap pertama dapat dilihat pada Gambar 3-1.

Saringan (Screen)

Bak Penangkap Pasir(Grit Chamber)

Bak Pengendapan Pertama

(Primary Sedimentation)

Bak Ekualisasi

Sumur Pengumpul InletJaringan Perpipaan

Lumpur Sedimentasi Pertama

(Menuju Ke Pengolahan Lumpur)

Overflow

(Menuju Ke Pengolahan Tahap Kedua)

Gambar 3-1. Skematik Tahapan Pengolahan Pertama

Selain itu, terdapat pula bak ekualisasi dalam pengolahan tahap pertama. Bak Ekualisasi berfungsi untuk menyeragamkan aliran, baik kuantitas (debit) maupun kualitas air limbah domestik, sehingga pada tahapan selanjutnya air limbah domestik dapat diolah dengan debit dan kualitas yang relatif lebih konstan. Bak Ekualisasi dinilai penting untuk direncanakan agar tidak mengganggu proses biologi pada pengolahan tahap kedua akibat adanya shock loading. Penentuan setiap unit pengolahan harus dilakukan berdasarkan hasil analisis kondisi eksisting air limbah domestik di area perencanaan. Setiap area perencanaan berpotensi memiliki karakteristik fisik, kimia, dan biologi yang berbeda-beda. Oleh karena itu, perencana harus dapat melakukan identifikasi secara komprehensif sehingga produk perencanaan yang dihasilkan dapat sesuai tujuan pembangunan SPALD-T.

Pengolahan Tahap Pertama 21

3.1 Saringan Sampah (Screen)

3.1.1 Definisi dan Prinsip Kerja

Saringan sampah merupakan unit pengolahan air limbah domestik yang diletakan di awal pengolahan. Unit operasi ini bertujuan untuk menyisihkan material kasar seperti sampah-sampah yang ikut terbawa di dalam jaringan pipa sub-sistem pengumpulan. Penyisihan material kasar menjadi penting untuk dilakukan di awal IPALD karena berpotensi dapat mengganggu sistem kerja peralatan seperti pompa dan penyumbatan pada pipa. Prinsip kerja saringan sampah yakni menghalangi material atau padatan berukuran besar masuk ke dalam pengolahan air limbah. Saringan sampah harus dilengkapi dengan kawat-kawat, kisi-kisi, plat berlubang, ataupun memanfaatkan lubang pada pipa.

Saringan sampah merupakan unit pengolahan yang difungsikan untuk menyisihkan material kasar seperti sampah dan benda padat lainnya yang dapat mengganggu proses pengolahan dan peralatan mekanik seperti pompa. Saringan sampah pada prinsipnya dilakukan dengan menahan material kasar menggunakan kisi-kisi berukuran bukaan tertentu sehingga material kasar tersebut dapat tertahan. Selanjutnya, sampah diangkut menuju ke penampungan untuk dibuang ke tempat pembuangan sampah. Letak unit saringan sampah dapat disesuaikan dengan tipe pompa yang digunakan dalam bangunan inlet. Jika pompa yang digunakan adalah pompa ulir atau screw pump maka unit saringan sampah dapat diletakkan setelah pompa. Ilustrasi mekanisme penyisihan material kasar dapat dilihat pada Gambar 3-2.

Gambar 3-2. Penyisihan Material Kasar Secara Manual (Kiri), maupun Mekanis (Kanan)

3.1.2 Komponen-Komponen Saringan Sampah

Terdapat beberapa komponen yang harus diperhatikan dalam merencanaankan saringan sampah, yakni:

a. Pintu air, berfungsi untuk mengatur aliran air limbah domestik yang akan masuk ke dalam instalasi. Pengaturan air limbah domestik dapat dilakukan jika dalam rancangan direncanakan akan dibangun dua saluran maka pintu air berfungsi untuk mengatur buka tutup saluran tersebut ketika kondisi debit minimum dan maksimum. Terdapat dua jenis pintu air yakni mekanis dan konvensional. Pintu air mekanis dapat dilakukan dari ruang kontrol secara otomatis berdasarkan kondisi debit air limbah domestik yang masuk ke dalam IPALD sedangkan pintu air konvensional dilakukan dengan bantuan operator untuk membuka dan menutup pintu air.


b. Screen, berfungsi untuk menyaring material kasar yang terbawa bersama air limbah domestik. Untuk mekanikal screen maka sistem juga dilengkapi dengan peralatan otomatis untuk pengangkatan sampah dari screen ke penampungan sampah.

c. Tempat penampungan sampah, harus dimasukan dalam perencanaan. Volume tempat penampungan sampah dapat disesuaikan dengan kapasitas penampungan yang ada dalam pengelolaan persampahan. Gambar 3-4 merupakan contoh tempat penampungan sampah yang diterapkan di IPALD Bojongsoang, Bandung. Dalam perencanaan IPALD, jenis kontainer yang digunakan harus menjadi pertimbangan dalam merencanakan jalan operasional di dalam area IPALD. Perencana harus memerhatikan gerak atau manuver yang diperlukan oleh kendaraan pengangkut sampah.

Gambar 3-4. Tempat penampungan sampah di IPALD Bojongsoang, Bandung

Gambar 3-3. Contoh Slice Gate

Sumber: www.eksperpaslanmaz.com


Gambar 3-5 dan Gambar 3-6 menunjukkan contoh gambar dan posisi komponen-komponen penting yang harus direncanakan dalam unit saringan sampah.

Gambar 3-5 Contoh Gambar Saringan Sampah (Tampak Atas)

Gambar 3-6. Saringan Sampah Mekanik (Tampak Samping)

3.1.3 Kriteria Desain

Dalam perencanaan saringan sampah terdapat beberapa kriteria desain yang menjadi dasar dalam perencanaan dan harus dipenuhi sehingga unit pengolahan dapat bekerja secara efektif dan efisien. Adapun kriteria desain tersebut dapat dilihat pada Tabel 3-1 dan Tabel 3-2.


Tabel 3-1. Kriteria Desain Saringan Sampah dari Pembersihan Manual dan Pembersihan Mekanik

No. Parameter Simbol Satuan Besaran Sumber

1 Kecepatan saluran penyaring v m/det >0,6

Qasim, 1985

2 Kecepatan melalui bar screen vbar m/det 0,6–1

3 Head loss maksimum hL m 0,8

4 Kemiringan dari horizontal β derajat 60–85

5 Lebar batang w cm 0,8–1,0

6 Space (jarak) batang b cm 1,0–5,0

7 Kedalaman d cm 5,0–7,5

Tabel 3-2. Koefisien Jenis dan Bentuk Saringan (β)

No. Tipe Batang Nilai β1 Persegi Panjang 2,42

2 Persegi dengan semi persegi di sisi muka 1,83

3 Lingkaran (Circular) 1,79

4 Persegi dengan semi persegi di sisi muka dan belakang 1,67

5 Tear Shape 0,67

3.1.4 Tahapan Perhitungan

Tahapan penghitungan pada perencanaan saringan sampah dijabarkan sebagai berikut:

a. Luas total bukaan batang (A)

A = Q

Vbar ................... Persamaan 3-1

di mana: A = lebar bukaan batang (m2) Q = debit air limbah domestik (m3/detik) Vbar = kecepatan aliran melalui rak (m/detik)

b. Lebar bukaan bersih

l = A

d ................... Persamaan 3-2

di mana: l = lebar bukaan bersih (m)

A = luas total bukaan batang (m2)

d = kedalaman air limbah domestik pada saluran pembawa atau sumur pengumpul (m)


c. Jumlah batang (n)

(n+1) x b = l ................... Persamaan 3.3

di mana: n = jumlah batang (buah)

b = lebar batang (m)

l = lebar bukaan bersih (m)

d. Lebar bukaan total saringan (w bukaan). Penentuan lebar bukaan total perlu dilakukan karena pada penghitungan jumlah batang dilakukan pembulatan.

w bukaan = (n+1) x b ................... Persamaan 3.4

di mana: n = jumlah batang (buah)

b = lebar batang (m)

w = lebar bukaan total saringan (m)

e. Lebar total bangunan saringan (Wc)

Wc = w bukaan +( n x φ) ................... Persamaan 3.5

f. Panjang saringan yang terendam air (Ls)

Ls = d/sin α” ................... Persamaan 3.6

g. Kecepatan aliran saat clogging 50%

Keadaan clogging diasumsikan lebar bukaan total batang (Wc) adalah 2 kali lebar bukaan total antar batang saat clogging (Wc’), sehingga:

Wc’ = 12 ∙ Wc ................... Persamaan 3.7

Vs’ = Q(1/2 × Wc × L)

................... Persamaan 3.8

h. Kehilangan Tekanan (hL)

Head loss pada bar rack (hv)

hv = Vs2

2g ................... Persamaan 3.9


i. Head loss saat screen bersih (hL)

hL = β . w

b

4/3 × hv × sin45o ................... Persamaan 3.10

di mana: β = faktor bentuk dari batang

w = lebar bar

b = jarak antar kisi

j. Head loss saat clogging 50% (hL’)

hL’ = Vs'2-Vs2

2g

1

0,9 ................... Persamaan 3.11

3.2 Bak Penangkap Pasir (Grit Chamber)


Grit chamber atau Bak Penangkap Pasir merupakan unit pengolahan yang bertujuan untuk menyisihkan material padatan berupa pasir atau grit yang terkandung di dalam air limbah domestik. Material pasir berpotensi masuk ke dalam jaringan perpipaan. Material ini memiliki massa yang lebih berat dari material organik di dalam air limbah domestik. Penyisihan pasir perlu dilakukan untuk melindungi operasional peralatan mekanik seperti pompa dari keausan dan abrasi yang tidak perlu, mencegah penyumbatan di pipa, penumpukan endapan di saluran, mencegah efek penyemenan di bawah digester lumpur dan tangki pengendapan pertama, dan mengurangi akumulasi bahan inert di kolam aerasi dan digester lumpur yang dapat mengakibatkan terganggungnya proses pada unit tersebut.

Bak Penangkap Pasir merupakan unit pengolahan yang menggunakan prinsip sedimentasi tipe 1 yang sangat dipengaruhi oleh kecepatan aliran. Kecepatan harus direkayasa sehingga yang diendapkan hanya grit atau pasir. Material pasir relatif mempunyai spesific gravity yang lebih berat dari partikel lain. Pengaturan kecepatan dibutuhkan, untuk menjaga aliran tidak terlalu lamban karena dapat mengakibatkan bahan-bahan organik selain grit ikut mengendap. Kecepatan pengendapan untuk pengendapan partikel pada grit chamber diilustrasikan pada Gambar 3-7.

Gambar 3-7. Kecepatan Pengendapan pada Grit Chamber


Hal-hal yang perlu dilakukan dalam merencanakan Grit Chamber, untuk mengatur kondisi pengendapan, antara lain:

a. Bak penangkap pasir dibagi menjadi dua kompartemen atau lebih. Hal ini bertujuan untuk mengatur air limbah domestik yang masuk ke dalam instalasi. Jika aliran minimum, maka hanya satu unit yang dioperasikan dan jika debit air limbah domestik maksimum maksimum, maka dioperasikan keduanya. Jumlah kompartemen disesuaikan dengan rencana debit yang akan diolah.

b. Penampang melintang pada bak penangkap pasir dibuat mendekati bentuk parabola untuk mengakomodasi setiap terjadi perubahan debit dengan kecepatan konstan.

c. Bak penangkap pasir dilengkapi dengan pengatur aliran yang disebut control flume, dipasang pada ujung aliran.

3.2.2 Komponen-Komponen Bak Penangkap Pasir

Terdapat beberapa komponen utama dan pendukung yang harus diperhatikan dalam melakukan perencanaan bak penangkap pasir. Adapun komponen-komponen tersebut yakni:

a. Bangunan bak penyisihan pasir memiliki komponen inlet berupa pintu air (stop gate) yang berfungsi untuk mengatur aliran pada saat perubahan debit terjadi (debit minimum dan maksimum).

b. Pengumpul Pasir. Pengumpulan pasir dari dasar grit chamber dapat dilakukan dengan menggunakan peralatan mekanis seperti pompa khusus untuk pasir, screw conveyor, dan lain-lain. Gambar 3 8 merupakan contoh peralatan mekanis pengumpulan pasir pada grit chamber IPALD Bojongsoang.

c. Bak Penampungan Pasir/Grit. Menurut Qasim (1985), volume pasir atau grit dapat mencapai 5 hingga 200 m3/106 m3 dengan nilai tipikal sebesar 30 m3/106 m3.

Gambar 3-8. Contoh Peralatan Mekanis Pengumpul Pasir di IPALD Bojongsoang, Bandung


Gambar 3-9. Vortex Grit Chamber (Tampak Samping)

Gambar 3-10. Aerated Grit Chamber (Tampak Atas)

Gambar 3-11. Aerated Grit Chamber (Tampak Samping)



Dalam perencanaan bak penangkap pasir terdapat beberapa kriteria desain yang perlu dipenuhi. Adapun kriteria desain tersebut dapat dilihat pada Tabel 3-3 hingga Tabel 3-5.

Tabel 3-3. Kriteria Desain Conventional Grit Chambers

No. Parameter Nilai Tipikal Satuan Sumber

1 Waktu detensi 45–90 - detik

Tchobanoglous et al., 2003

2 Kecepatan horizontal 0,24–0,4 - m/det

3 Kecepatan pengendapan

Diameter partikel 0,2 mm

Diameter partikel 0,15 mm

3,2–4,2

2–3- Ft/menit

4 Specific gravity grit 1,5–2,7 -

5 Specific gravity material organik 1,02 -

6 Overflow rate debit maksimum 0,021–0,023 - m3/m2/detik

7 Jumlah grit yang disisihkan 5–200 - m3/106/m3

8 Head loss melalui grit 30–40 - %

9 Jumlah bak minimal 2 - unit

10 Kedalaman 2–5 - m Qasim,1999

Tabel 3-4. Kriteria Desain Vortex Grit Chamber


1 Waktu detensi 20–30 30 detik


2

Diameter

Upper chamber 1,2–7,2 - m

Lower chamber 0,9–1,8 - m

3 Tinggi 2,7–4,8 - m

4

Tingkat penyisihan

0,30 mm (50 mesh) 92-–8 95+ %

0,24 mm (70 mesh) 80–90 85+ %

0,15 mm (100 mesh) 60–70 65+ %

Tabel 3-5. Kriteria Desain Aerated Grit Chamber


1 Waktu detensi 2–5 3 menit


2 Kedalaman 2–5 - m

3 Lebar 2,5–7 - m

4 Lebar : Kedalaman 1:1–5:1 1,5:1

5 Panjang 7,5–20 - m

6 Panjang : Lebar 3:1–5:1 4:1


7 Pasokan udara per satuan panjang 0,2–0,5 - m3/m.min

8 Kuantitas Grit 0,004–0,20 0,015 m3/103 m3

3.2.4 Tahapan Penghitungan

Perencanaan Bak Penangkap Pasir harus dilakukan pada kondisi maksimum dan minimum dengan memerhatikan kriteria desain yang direncanakan. Tahap awal yang harus direncanakan adalah tipe dan geometri bangunan Bak Penangkap Pasir sehingga dapat dihitung dimensi baik panjang, lebar maupun kedalaman bak. Adapun tahapan penghitungan dalam perencanaan Bak Penangkap Pasir yakni:

A. Dimensi Bangunan

Tahapan penghitungan dimensi bak penangkap pasir dapat dilakukan sebagai berikut:

a. Luas permukaan bak (Asurface)

Asurface = Q/ OR ............ Persamaan 3-12

di mana: A = luas permukaan (m2) Q = debit air limbah domestik pada kondisi maksimum (m3/detik) OR = overflow rate (m3/m2/detik)

b. Luas penampang melintang (Across)

Across = Q / Vhorizontal ............ Persamaan 3-13

di mana: Vhorizontal= kecepatan horizontal (m/detik)

c. Volume bak (V)

V = Q x td ............ Persamaan 3-14

di mana: V = volume bak (m3) td = waktu detensi (detik)

d. Tinggi muka air di bak pada saat maksimum (d)

d= V

Asurface

............ Persamaan 3-15

di mana: d = tinggi muka air di bak pada Q maksimum (meter) Asurface = luas permukaan bak (m2) V = volume bak (m3)

e. Lebar bak (w)

w = Across

d ............ Persamaan 3-16

di mana: w = lebar bak (m) Across = luas permukaan melintang (m2) d = kedalaman air (m)


f. Panjang (p)

p = Asurface

w ............ Persamaan 3-17

di mana: p = pajang bak (m) Asurface= luas permukaan bak (m) w = lebar bak (m)

B. Cek Kriteria Desain

Setelah melakukan perhitungan dimensi bak penyisihan pasir maka perlu dilakukan pengecekan terhadap pemenuhan kriteria desain kembali. Hal ini dilakukan karena dalam proses penghitungan dimensi terdapat pembulatan bilangan dibelakang koma yang akan mempengaruhi volume, waktu detensi, dan overflow rate.

volume (V)= p x w x d ............ Persamaan 3-18

td = volumeQmaks

............ Persamaan 3-19

OR = Qmaks

Asurface

............ Persamaan 3-20

Jika hasil yang diperoleh tidak sesuai dengan kriteria desain, maka perencana harus menghitung kembali dengan merubah asumsi-asumsi perencanaan. Hal ini perlu dilakukan agar bangunan yang dirancang tetap sesuai dengan kriteria desain sehingga efisiensi pengolahan dapat tercapai.

3.3 Bak Ekualisasi


Bak ekualisasi berfungsi untuk menyeragamkan debit air limbah domestik yang berfluktuasi pada kondisi puncak dan minimum. Pertimbangan menggunakan bak ekualisasi dalam sistem ini ialah untuk meningkatkan kinerja pengolahan biologi karena akan mengurangi potensi efek shock loading serta dapat menstabilkan pH. Waktu detensi di bak ekualisasi maksimum 30 menit untuk mencegah terjadinya pengendapan dan dekomposisi air limbah domestik (Metcalf & Eddy, 1991). Tinggi muka air saat kondisi puncak harus berada di bawah aliran masuk agar tidak terjadi aliran balik. Setelah keluar dari bak ekualisasi ini, debit air limbah domestik yang berfluktuasi akan menjadi debit rata-rata.

3.3.2 Komponen-Komponen Bak Ekualisasi

Terdapat beberapa komponen utama dan pendukung yang harus diperhatikan dalam melakukan perencanaan bak ekualisasi. Adapun komponen-komponen tersebut yakni:

a. Rumah Pompa. Untuk mengatur debit air limbah domestik, maka penggunaan pompa dapat diatur dengan debit sesuai penghitungan debit ekualisasi. Jenis dan spesifikasi pompa dapat dilihat pada Buku E.

b. Mixer/Aerator. Komponen ini berfungsi untuk menyeragamkan air limbah domestik, khususnya terkait kualitas, selama berada di dalam bak ekualisasi. Hal ini dilakukan agar tidak terjadi pengendapan material padatan ke dasar bak.



Dalam perencanaan bak ekualisasi terdapat beberapa kriteria desain yang perlu dipenuhi. Adapun kriteria desain tersebut dapat dilihat pada Tabel 3-6.

Tabel 3-6. Kriteria Desain Bak Ekualisasi

No. Parameter Simbol Nilai Satuan Sumber

1 Kedalaman air minimum hmin 1,5–2 mTchobanoglous et al.,

20032 Ambang bebas hfb 1 m

3 Laju Pemompaan udara Qudara 0,01–0,015 m3/m3-menit

4 Kemiringan dasar tangki S 40–100 mm/m diameter Qasim, 1985

Gambar 3-12. Contoh Ilustrasi Layout Bak Ekualisasi (Tampak Atas)

Gambar 3-13. Contoh Ilustrasi Potongan Bak Ekualisasi (Tampak Samping)



Perencanaan bak ekualisasi dapat dilakukan dengan mempertimbangkan fluktuasi baik kualitas maupun debit air limbah. Penetapan fluktuasi debit air limbah domestik dapat dilakukan dengan menggunakan pendekatan fluktuasi pemakaian air bersih. Data ini dapat diperoleh dari perusahaan air minum daerah setempat. Contoh informasi fluktuasi dapat dilihat pada Tabel 3-7.

Tabel 3-7. Contoh Data Fluktuasi Debit dan Kualitas Air Limbah Domestik

Periode Waktu Rata-rata Debit Dalam Periode Waktu (L/detik)

Rata-rata Konsentrasi BOD dalam Periode Waktu (mg/L)

24–01 275 150

01 –02 221 115

02–03 164 75

03–04 130 50

04–05 105 4505–06 99 6006–07 119 9007–08 204 13008–09 354 17509–10 411 20010–11 425 21511–12 430 22012–13 425 22013–14 405 21014–15 385 20015–16 351 19016 –17 326 18017 –18 326 17018–19 328 17519–20 365 21020–21 399 28021–22 399 30522–23 379 24523–24 345 180

Rata-rata 307,08 170


Tahapan penghitungan pada perencanaan bak ekualisasi untuk sistem unit operasi dijabarkan sebagai berikut:

a. Tentukan volume yang masuk ke dalam bak ekualisasi. Contoh penghitungan dapat dilihat sebagai berikut dengan mengambil Tabel 3-7 sebagai contoh fluktuasi debit.

Contoh periode 24–01

= (275 L/detik) (3.600 detik/jam) (10–3 m3/L) = 990,0 m3/jam

b. Tentukan volume pemompaan yang keluar dari bak ekualisasi (Effluent Volume). Volume ini dapat ditentukan dengan mengasumsikan bahwa volume total dibagi total periode yakni 24 jam. Sebagai contoh lihat Tabel 3-7 dan Tabel 3-8. Dalam tabel ini diketahui bahwa volume total air limbah domestik yakni 26.532 m3 selama periode 24 jam. Volume pompa dapat dihitung sebagai berikut

26.532 m3 / 24 jam = 1.1505,5 m3 (lihat Tabel 3-8 Kolom 3)

c. Tentukan volume influen kumulatif (cumulative influent volume). Buat diagram volume kumulatif terhadap periode waktu. Diagram volume kumulatif terhadap waktu dapat dilihat pada Gambar 3-8. Penghitungan kumulatif dapat dilakukan dengan menggunakan metode sebagai berikut:


= 990,0 m3 + 795,6 m3 = 1.785,6 m3 (lihat Tabel 3-8 Kolom 4)

d. Tentukan volume kumulatif untuk efluen.


= 1.105,5 m3 + 1.105,5 m3 = 2.211,0 m3 (lihat Tabel 3-8 Kolom 5)

e. Tentukan perbedaan kumulatif (cumulative difference).

Contoh penghitungan 24–01

= 990,0 m3 – 1.105,5 m3 = -115,5 m3

f. Tentukan kebutuhan volume bak ekualisasi. Penentuan ini dapat dilakukan dengan menggunakan diagram volume akumulatif yang telah dibuat. Buatlah garis sejajar (paralel) dengan garis volume rata-rata. Garis tersebut berada pada garis tangen di titik terendah maupun tertinggi. Lihat Gambar 3-15. Jika terdapat dua titik tangen (Lihat Gambar 3-15 bagian kanan) maka volume bak ekualisasi yang dipilih adalah yang memiliki nilai terbesar. Contoh penghitungan dapat dilihat sebagai berikut:

Volume Tangki= |Absolut Perbedaan Nilai kumulatif Terkecil (Negatif)| + Nilai Terbesar Kumulatif (positif)

Volume Ekualisasi= abs(- 4.102,8 m3) + 0 = 4.102,8 m3

g. Hitung Dimensi Bak Ekualisasi.

Dimensi Bak ekualisasi harus sudah mempertimbangkan faktor keamanan (safety factor). Tidak ada ketentuan khusus dalam penentuan besaran faktor keamanan. Namun, setidaknya, faktor keamanan dapat ditetapkan minimal sebesar 10%.

Vekualisasi = (1,112) (4.102,8 m3) = 4.562,5 m3

L = 50 m, h = 3,65 m and B = 25 m


Tabel 3-8. Contoh Hasil Penghitungan Volume Kumulatif

Periode Waktu

Volume Influen (m3)

Volume Efluen (m3)Volume Kumulatif

Influen (m3)Volume Kumulatif

Efluen (m3)Diferensiasi

Kumulatif (m3)

24–01 990,00 1.105,50 990,00 1.105.50 -115,50

01–02 795,60 1.105,50 1.785,60 2.211.00 -425,40

02–03 590,40 1.105,50 2.376,00 3.316,50 -940,50

03–04 468,00 1.105,50 2.844,00 4.422,00 -1.578,00

04–05 378,00 1.105,50 3.222,00 5.527,50 -2.305,50

05–06 356,40 1.105,50 3.578,40 6.633,00 -3.054,60

06–07 428,40 1.105,50 4.006,80 7.738,50 -3.731,70

07–08 734,40 1.105,50 4.741,20 8.844,00 -4.102,80

08–09 1.274,40 1.105,50 6.015,60 9.949,50 -3.933,90

09–10 1.479,60 1.105,50 7.495,20 11.055,00 -3.559,80

10–11 1.530,00 1.105,50 9.025,20 12.160,50 -3.135,30

11–12 1.548,00 1.105,50 10.573,20 13.266,00 -2.692,80

12–13 1.530,00 1.105,50 12.103,20 14.371,50 -2.268,30

13–14 1.458,00 1.105,50 13.561,20 15.477,00 -1.915,80

14–15 1.386,00 1.105,50 14.947,20 16.582,50 -1.635,30

15–16 1.263,60 1.105,50 16.210,80 17.688,00 -1.477,20

16–17 1.173,60 1.105,50 17.384,40 18.793,50 -1.409,10

17–18 1.173,60 1.105,50 18.558,00 19.899,00 -1.341,00

18–19 1.180,80 1.105,50 19.738,80 21.004,50 -1.265,70

19–20 1.314,00 1.105,50 21.052,80 22.110,00 -1.057,20

20–21 1.436,40 1.105,50 22.489,20 23.215,50 -726,30

21–22 1.436,40 1.105,50 23.925,60 24.321,00 -395,40

22–23 1.364,40 1.105,50 25.290,00 25.426,50 -136,50

23–24 1.242,00 1.105,50 26.532,00 26.532,00 0,00

Gambar 3-14. Diagram Volume Akumulasi


Gambar 3-15. Penentuan Volume yang DiperlukanSumber: Metcalf Edy, 2014

3.4 Bak Sedimentasi


Bak Pengendapan Pertama berfungsi untuk mengurangi kandungan suspended solid dalam air limbah domestik. Bak pengendap didesain pada waktu tinggal tertentu untuk memberikan kesempatan sebagian partikel mengendap pada kecepatan pengendapan (vs) tertentu. Secara teori, efisiensi penyisihan padatan di dalam bak pengendap dapat dihitung berdasarkan kecepatan pengendapan dan kecepatan permukaan atau Overflow Rate (OR atau vo). OR juga disebut sebagai Hydraulic Surface Loading atau Surface Loading dengan satuan m3/hari.m2. Pada Gambar 3-16 ditampilkan hubungan antara kecepatan pengendapan dan overflow rate dalam proses pengendapan. Jika kecepatan pengendapan (vs) memiliki nilai yang sama dengan overflow rate (vo) maka 100% partikel akan mengendap di dasar bak pengendapan. Namun, jika kecepatan pengendapan lebih kecil dari overflow rate maka partikel akan lolos, tidak terendapkan, kecuali posisi partikel tersebut berada pada setengah kedalaman bak pengendapan di inlet maka 50% akan terendapkan. Oleh karena itu, dalam perencanaan bak pengendapan, penentuan kecepatan pengendapan menjadi sangat penting yang berpengaruh langsung terhadap efisiensi penyisihan material padatan. Pengujian kecepatan pengendapan di laboratorium disarankan untuk dilakukan agar dapat diketahui nilai yang lebih representatif. Hal ini dikarenakan karakteristik air limbah domestik dapat berbeda di setiap area perencanaan.

Gambar 3-16. Penyisihan Partikel pada Bak Sedimentasi yang IdealSumber: Davis Dan Cornell, 2008


Rekayasa terhadap kecepatan aliran di Bak Sedimentasi merupakan kunci utama keberhasilan dalam penyisihan material padatan maupun organik. Namun, selain kecepatan aliran, pengaturan distribusi aliran air limbah domestik di dalam bak pengendapan juga memegang peranan penting untuk mengoptimalkan efisiensi pengolahan. Oleh karena itu, dalam perencanaan harus memerhatikan pola aliran air di dalam bak pengendapan yang akan mempengaruhi kebutuhan desain komponen inlet dalam pengaturan distribusi aliran air limbah domestik. Gambar 3-23 menunjukkan tipikal pola perilaku aliran yang dapat terjadi di dalam bak sedimentasi. Aliran air limbah bak sedimentasi yang ideal Gambar 3-24 (a)] diharapkan dapat terjadi ketika air limbah domestik masuk melalui komponen inlet yang telah direncanakan. Beberapa komponen inlet yang harus diperhatikan agar distribusi aliran air limbah domestik dapat berjalan dengan baik yakni adanya bak perata dengan sistem distribusi sesuai dengan lebar bangunan bak pengendap dan sekat (baffle).

Gambar 3-17. Konsep Pengendapan di dalam Bak PengendapanSumber: Dimodifikasi dari Hammer, 2014

Keberadaan sekat (baffle) yang berjarak tertentu dari lubang distribusi inlet harus didesain secara seksama. Posisi sekat yang terlalu dalam berpotensi dapat menyebabkan aliran, yang cenderung dapat turbulen, pada zona ruang lumpur sehingga menyebabkan terangkat dan terbawanya lumpur keluar bak sedimentasi. Distribusi aliran air limbah domestik direncanakan dapat mengalir sesuai dengan desain bangunan bak pengendap sehingga dapat memenuhi waktu detensi sesuai dengan penghitungan. Salah satu jenis sekat yang dapat digunakan, yakni perforated plate. Sekat jenis ini dapat mendistribusikan aliran air baik secara akial maupun radial.

Unit pengolahan ini memiliki efisiensi penyisihan berkisar 50-70% untuk TSS (Qasim, 1985) dan 25-40% BOD5 (Metcalf, 1991). Efisiensi tersebut dipengaruhi langsung oleh faktor kecepatan permukaan atau overflow rate dan waktu detensi. Selengkapnya, hubungan efisiensi terhadap overflowrate dan waktu detensi dapat dilihat pada Gambar 3-19. Bak Pengendap Pertama yang ditempatkan sebelum proses pengolahan biologi biasanya didesain dengan waktu detensi yang lebih pendek dan beban permukaan (surface loading) yang lebih besar. Pada sedimentasi kedua waktu detensi dan beban permukaan lebih besar karena harus mempertimbangkan faktor resirkulasi waste activated sludge (Metcalf & Eddy,1991).

Gambar 3-18. Karakteristik Distribusi Air Limbah Domestik pada Inlet Bak Sedimentasi PertamaSumber: Metcalf & Eddy, 2014


Gambar 3-19. Hubungan Efisiensi BOD dan TSS terhadap Overflow Rate dan Waktu DetensiSumber: Qasim,1994

Terdapat 3 (tiga) tipe unit pengendap yang biasa digunakan, yaitu:a. horizontal flow (aliran horizontal) yaitu dalam bentuk persegi panjang;b. radial flow (aliran radial) yaitu bak sirkular, air mengalir dari tengah menuju pinggir; danc. upward flow (aliran ke atas) yaitu aliran dari bawah keatas dan biasanya bak dalam bentuk kerucut menghadap ke

atas.

3.4.2 Komponen-Komponen Bak Pengendap Pertama

Terdapat beberapa komponen utama dan pendukung yang harus diperhatikan dalam melakukan perencanaan bak pengendap pertama. Adapu komponen pendukung yang harus dipertimbangkan dalam perencanaan, yakni:

a. Skimmer, berfungsi untuk menyisihkan minyak dan lemak yang mengapung di atas permukaan. Terdapat pula saluran khusus yang menampung minyak dan lemak untuk selanjutya dibuang.

b. Scrapper sludge, berfungsi untuk mengumpulkan lumpur di dasar bak pengendapan menuju ke titik pembuangan baik menggunakan pompa maupun manual secara gravitasi (jika memungkinkan).

c. Pompa lumpur, berfungsi untuk memompa keluar lumpur menuju ke pengolahan lumpur.

d. Weir atau pelimpah, berfungsi untuk mengalirkan air permukaan atau overflow yang merupakan air yang telah mengalami proses sedimentasi.


Gambar 3-20. Contoh Bak Sedimentasi Persegi Panjang (Tampak Atas)

Gambar 3-21. Contoh Bak Sedimentasi Persegi Panjang (Tampak Samping)

Gambar 3-22. Contoh Bak Sedimentasi Berbentuk Lingkaran (Tampak Atas)


Gambar 3-23. Contoh Bak Sedimentasi Berbentuk Lingkaran (Tampak Samping 1)

Gambar 3-24. Contoh Bak Sedimentasi Berbentuk Lingkaran (Tampak Samping 2)

Gambar 3-25. Komponen di dalam Clarifier di Suwung, Bali



Dalam perencanaan Bak Pengendap Pertama terdapat beberapa kriteria desain yang perlu dipenuhi. Adapun kriteria desain tersebut dapat dilihat pada Tabel 3-9.

Tabel 3-9. Kriteria Desain Bak Pengendap Pertama (Primary Sedimentation)

No Parameter Simbol Satuan Besaran Sumber

1 Overflow rateDebit rata-rataDebit Puncak

OR 30–5070–130

m3/m2.hari Qasim, 1985

2 Waktu Detensitd

1–21,5–2,5

jamQasim, 1985

Metcalf & Eddy, 1991

3 Beban Permukaan(Weir Loading)

124–496 m3/m2.hari Metcalf & Eddy, 1991

Dimemsi

4 Bentuk kotak (rectangular)

Qasim, 1985

Panjang plh

10–1006–242,5–5

1–7,5D4–2–25

mmm

Lebar

Kedalaman

Rasio p dan l

Rasio p dan t

5 Bentuk lingkaran (circular)

Diameter d 3–60 m

Kedalaman h 3–6 m

6 Penyisihan SS 50–70 %Metcalf & Eddy, 1991

7 Penyisihan BOD 25–40 %

8 Kemiringan Dasar S 1–2 % Qasim, 1985


Penghitungan unit sedimentasi dilakukan secara bertahap terhadap seluruh komponen-komponen yang dalam unit tersebut. Adapun pada tahapan penghitungan yang harus dilakukan sebagai berikut.

A. Bangunan Utama

a. Penghitungan Dimensi Bangunan Utama

Luas Permukaan Tiap Bak Pengendap Pertama (As)

As = Q/OR .............. Persamaan 3-21

Asumsikan rasio panjang dan lebar (lihat kriteria desain Tabel 3-9).

panjang bak = 3 x lebar .............. Persamaan 3-22

luas = p x l = 3l2 .............. Persamaan 3-23

Luas aktual perlu dihitung jika dalam penghitungan P dan L dilakukan pembulanan bilangan.


Tinggi bak dapat dihitung dengan menentukan nilai dari kriteria tinggi pada Tabel 3-9. Nilai tinggi tersebut ditambahkan dengan ketinggian ruang bebas atau free board sehingga:

ketinggian total (h) = kedalaman air + free board .............. Persamaan 3-24

Volume Total Tiap Bak Pengendap Pertama (V)

volume (V) = A x H .............. Persamaan 3-25

b Kontrol Desain Penghitungan

Penghitungan untuk mengecek pemenuhan kriteria desain berdasarkan dimensi bangunan hasil penghitungan pada poin (a), yakni:

overflow rate (OR) = Q/A .............. Persamaan 3-26

waktu detensi (td) = V/Q .............. Persamaan 3-27

c. Penghitungan Pembentukan Lumpur

Analisis Persen Penyisihan BOD dan TSS

Persen penyisihan dapat ditentukan berdasarkan hubungan dari overflow rate dan waktu detensi pada poin (b) dan persen efisiensi pada Gambar 3-19.

Laju BOD dan TSS Influen

Laju BOD (kg/hari) = CBOD (g/m3) x Q (m3/hari) x (1.000 g/kg)-1 .............. Persamaan 3-28

Laju TSS (kg/hari) = CTSS (g/m3) x Q (m3/hari) x (1.000 g/kg)-1 .............. Persamaan 3-29

Karakteristik Primary Sludge (Lumpur Pengendapan Pertama)

Laju Pengendapan (Organik,BOD) = % Penyisihan BOD x Laju BOD (kg/hari) .............. Persamaan 3-30

Laju Pengendapan (Suspended Solid) = % Penyisihan TSS x Laju TSS (kg/hari) .............. Persamaan 3-31

Konsentrasi solid = 5%

Specific gravity = 1,03

Debit lumpur

debit lumpur = SS remove x 1.000 g/kg

5% x 1,03 g/cm3 x 106 cm3/m3 .............. Persamaan 3-32

B. Komponen Inlet

a. Menghitung luas permukaan pipa inlet

Apipa inlet = Qvdalam pipa

.............. Persamaan 3-33

b. Menghitung diameter pipa inlet

diameter pipa inlet = Apipa inlet

0,25 π .............. Persamaan 3-34


C. Komponen Outlet

Di dalam penghitungan bagian sistem outlet atau efluen, terdapat beberapa parameter yang harus dihitung seperti dimensi weir, head, serta kedalaman yang melewati desain V-notch dan dimensi pembersih efluen. Penghitungan weir diawali dengan asumsi nilai beban weir pada debit puncak.

a. Menghitung panjang weir

Pweir =(Q puncak setiap bak per hari)

beban weir .............. Persamaan 3-35

b. Hitung total panjang weir. Nilai beban weir dapat diasumsikan sebesar 120 m3/m/hari. Total panjang weir dihitung dengan persamaan:

Ptotal weir=2(P+L sebelum baffle)+2(P+L setelah ditambah baffle)-kotak efluen .............. Persamaan 3-36

c. Hitung beban weir aktual

bebanweir = debit puncak per hariPtotal weir

.............. Persamaan 3-37

d. Hitung diameter pipa outlet, terlebih dahulu menentukan kecepatan aliran dalam pipa, v=0,5 m/detik. Luas penampang pipa dihitung menggunakan persamaan berikut:

Apipa outlet = Qvdalam pipa

.............. Persamaan 3-38

e. Menghitung diameter pipa outlet

diameter pipa oultet = Apipa outlet

0,25 π .............. Persamaan 3-39


4. PENGOLAHAN TAHAP KEDUA: PENGOLAHAN BIOLOGI

Pengolahan tahap kedua merupakan pengolahan yang ditujukan untuk menyisihkan atau mendegradasi material organik karbon yang terkandung di dalam air limbah domestik. Pada tahap ini, pengolahan dilakukan dengan menggunakan metode pengolahan biologi. Pengolahan air limbah domestik secara biologi merupakan pengolahan yang memanfaatkan mikroorganisme untuk menguraikan bahan organik yang terkandung dalam air limbah sehingga menjadi senyawa kimia sederhana dan mineral yang siap dan aman dibuang ke lingkungan. Pengolahan biologi melibatkan pertumbuhan mikroorganisme aktif yang kontak dengan air limbah domestik sehingga mikroorganisme tersebut bisa mengkonsumsi organik karbon sebagai makanan. Secara umum, skematik pengolahan tahap kedua dapat diilustrasikan pada skematik Gambar 4-1 berikut ini.

Berdasarkan kebutuhan oksigennya, pengolahan biologi dapat dikategorikan menjadi beberapa kelompok yakni anaerob, aerob, dan kombinasi anaerob-aerob. Dalam pengolahan tahap kedua terdapat unit pengolahan pengendapan kedua (secondary sedimentation) yang berfungsi untuk mengendapkan padatan atau bioflok yang terbentuk khususnya jika menggunakan metode pengolahan biologi secara aerob. Keberadaan unit pengolahan pendendapan kedua sangat tergantung pada jenis teknologi yang dipilih pada pengolahan secara biologi.

Selain itu, berdasarkan media pertumbuhan mikroorganisme, sistem pengolahan biologi dapat dikategorikan menjadi dua yakni sistem terlekat (attached growth microbe) dan sistem tersuspensi (suspended growth microbe). Sistem terlekat merupakan sistem pengolahan biologi dengan memanfaatkan pertumbuhan mikroorganisme dipermukaan media seperti cakram pada rotating biological contactor, bioball/batu pada trickling filter, MBBR, dan lain-lain. Sistem berikutnya yakni sistem tersuspensi yang dilakukan dengan memanfaatkan mikroorganisme yang tumbuh di dalam air limbah domestik (tersuspensi).

Pengolahan Tahap Kedua

Pengendapan Kedua(Secondary Sedimentation)Pengolahan Biologi

Dari Pengolahan Tahap Pertama

Menuju ke Pengolahan Lumpur

Menuju ke Pengolahan Tahap Ketiga

(Jika Diperlukan)

Resirkulasi Lumpur(Jika Ada)

Pengolahan Tahap Pertama

Pengolahan Tahap Ketiga(Jika Diperlukan)

Gambar 4-1. Skematik Tahapan Pengolahan Kedua

Pengolahan Tahap Kedua: Pengolahan Biologi 45

Pengkategorian sistem pengolahan biologi dapat dilihat pada Gambar 4-2.

ANAEROBIK

AEROBIK

SISTEM TERLARUT(SUSPENDED GROWTH)

SISTEM TERLEKAT(ATTACHED GROWTH)

SISTEM TERSUSPENSI(SUSPENDED GROWTH)


KOLAM ANAEROBIK

ANAEROBIC BAFFLED REACTOR (ABR)

UPFLOW ANAEROBIC SLUDGE BLANKET (UASB)

ANAEROBIC FILTER REACTOR

KOLAM AERASI

LUMPUR AKTIF(ACTIVATED SLUDGE)

TRICKLING FILTER

ROTATING BIOLOGICAL CONTACTOR (RBC)

AEROB FILTER

MOVING BED BIOREACTOR (MBBR)

Complete Mix Activated Sludge (CMAS)

Contact Stabilization (Kontak Stablisasi)

Conventional Extended Aeration

Sequencing Batch Reactor

Kombinasi

SISTEM TERSUSPENSI(SUSPENDED GROWTH)


Gambar 4-2. Alternatif Teknologi Pengolahan Biologi


4.1 Pengolahan Biologi dengan Sistem Anaerobik

4.1.1 Anaerobik – Sistem Pertumbuhan Bakteri Tersuspensi (Suspended Growth System) 4.1.1.1 Kolam Anaerobik4.1.1.1.1 Definisi dan Prinsip Kerja

Kolam Anaerobik merupakan salah satu teknologi pengolahan yang memanfaatkan peran mikroorganisme anaerob untuk mendegradasi materi organik karbon yang terkandung di dalam air limbah domestik. Kolam anaerobik dapat dirancang tunggal atau seri bersama dengan kolam lainnya, diantaranya fakultatif dan/atau maturasi. Skenario metode pengolahan dengan melibatkan kolam anaerobik, kolam fakultatif, dan kolam maturasi secara seri disebut juga sebagai kolam stabilisasi. Masing-masing kolam tersebut memiliki fungsi yang berbeda-beda. Variasi skenario pengolahan dengan menggunakan kolam anaerobik dapat dilihat pada Gambar 4-3.

Metode pengolahan air limbah domestik dengan menggunakan Kolam Anaerobik dapat memiliki efisiensi yang sangat baik

(Mara, 2003). Desain yang tepat, sesuai dengan kriteria desain dan lingkungan yang tepat, dapat menyisihkan BOD hingga >60% pada temperatur 20oC. Pada kondisi konsentrasi BOD kurang dari 300 mg/L, waktu tinggal kolam anaerobik relatif singkat, yakni 1 hari pada temperatur 20oC (Mara, 2003). Untuk daerah tropis seperti Indonesia, sistem kolam anaerobik cukup efektif dan efisien untuk dapat bekerja dengan baik karena tidak terganggu dengan perubahan temperatur yang signifikan seperti yang terjadi pada daerah subtropis. Selain itu, posisi Indonesia yang berada di daerah tropis juga memberikan kesempatan kepada sistem kolam maturasi untuk bekerja dengan baik karena penyinaran matahari yang lebih lama jika dibandingkan dengan daerah subtropis.

Pada kolam anaerobik, pengendapan padatan terjadi, terakumulasi, dan terdegradasi (digesting) di dasar kolam. Akumulasi lumpur tersebut memerlukan penyedotan secara regular. Menurun Mara (2003), penyedotan endapan lumpur pada kolam anaerobik dapat dilakukan setiap 1 hingga 3 tahun. Pembentukan scum juga berpotensi terjadi sehingga dapat membuat lapisan di atas permukaan kolam yang turut membantu menjaga kondisi anaerob di dalam kolam.

4.1.1.1.2 Komponen Penting

Kolam anaerobik pada umumnya memiliki bangunan yang relatif sederhana. Tidak memerlukan fasilitas pendukung khusus seperti yang umum diperlukan oleh metode pengolahan aerob. Hal penting yang perlu diperhatikan oleh perencana yakni metode pengurasan endapan lumpur di kolam anaerob. Pengurasan lumpur dapat dilakukan dengan menggunakan pompa atau penggalian dengan alat berat. Penggunaan alat berat memungkinkan untuk dilakukan dengan mempertimbangkan area

Gambar 4-3. Alternatif Skenario Penggunaan Kolam Anaerobik

KOLAM ANAEROBIK

KOLAM FAKULTATIFKOLAM ANAEROBIK

KOLAM FAKULTATIFKOLAM ANAEROBIK KOLAM MATURASI

inlet

inlet

inlet

Outlet

Outlet

Outlet


yang relatif luas. Metode ini digunakan oleh operator IPALD Bojongsoang, Bandung untuk menguras lumpur baik di kolam anaerobik, fakultatif, maupun maturasi. Jika menggunakan alat berat, maka perencana harus turut mempertimbangkan akses untuk melakukan pengerukan lumpur.

4.1.1.1.3 Kriteria Desain

Adapun kriteria desain dalam perencanaan Kolam Anaerobik dapat dilihat pada Tabel 4-1 hingga Tabel 4-3.

Tabel 4-1. Kriteria Desain Kolam Anaerobik

No Parameter Nilai Satuan Sumber

1 Kedalaman Air 2–5 m

Mara, 20032 Rasio Panjang : Lebar 2–3 : 1 -

3 Waktu Pengurasan Lumpur 1–3 tahun

Tabel 4-2. Nilai Volumentrik Beban BOD dan Persentase Penyisihan BOD di Kolam Anaerobik pada Berbagai Temperatur

NoTemperatur

(oC)Beban Volumentrik BOD (g/

m3.hari)Penyisihan BOD

(%)Sumber

1 <10 100 40

Mara & Pearson, 19982 10–20 20T – 100 2T + 20

3 20–25 10T +100 2T + 20

4 >25 350 70

Tabel 4-3. Hubungan Waktu Detensi, Volumentrik Beban BOD, dan Persen Penyisihan BOD

NoWaktu Detensi

(hari)Beban Volumentrik BOD

(g/m3.hari)Penyisihan BOD

(%)Sumber

1 0,8 306 76

Mara 2003

2 1,0 215 76

3 1,9 129 80

4 2,0 116 75

5 4,0 72 68

6 6,0 35 74

Catatan: Berdasarkan hasil penelitian di Brazil pada temperatur 25oC

4.1.1.1.4 Tahapan Penghitungan

Penghitungan kolam anaerobik dilakukan secara bertahap untuk seluruh komponen bangunan pada unit pengolahan tersebut. Adapun pada tahapan penghitungan yang harus dilakukan sebagai berikut.

A. Hitung Luas dan Volume Kolam

Kolam Anaerobik pada umumnya memiliki geometri berbentuk rectangular, walaupun dapat pula disesuaikan dengan kondisi area perencanaan setempat. Bentuk rectangular direncanakan dengan memiliki rasio panjang dan lebar seperti


pada kriteria desain, lihat Tabel 5.1 dan Gambar 5.2. Kebutuhan volume kolam anaerobik dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut ini:

Va = LiQ

λV

............. Persamaan 3-40

di mana: Li = konsentrasi BOD Influen (mg/L) Q = debit air limbah domestik (m3/hari) Va = volume kolam anaerobik (m3) λV = beban volumetrik BOD (g/m3.hari)

Hubungan volume juga dapat dilakukan dengan menggunakan pendekatan terhadap waktu detensi (θa, hari).

Adapun persamaan yang dapat digunakan yakni:

θa = Va

Q ............. Persamaan 3-41

atau

Aa = Qθa

Da = LiQ

λVDa

............. Persamaan 3-42

Da merupakan kedalaman air pada kolam anaerobik.

B. Hitung Dimensi Kolam

Hasil penghitungan area dan volume berdasarkan persamaan di atas selanjutnya digunakan untuk menghitung dimensi kolam. Kolam Anaerobik umumnya didesain menggunakan geometri limas terpancung seperti yang diilustrasikan pada Gambar 4-4. Untuk menghitung dimensi kolam, persamaan berikut ini (Environmental Protection Agency, 1983):

Va = [(LW)+ (L-2sD)(W-2)+4(L-sD)] [D ⁄6] ............. Persamaan 3-43

di mana: Va = volume kolam (m3) L = panjang kolam pada permukaan air atau Top Water Level/TWL (m) W = lebar kolam pada permukaan/TWL (m) s = faktor kemiringan horizontal (contoh: kemiringan 1 dalam s) D = kedalaman air kolam, belum termasuk free board (m)

Dengan mensubtitusi L sebagai nW (nilai n berdasarkan rasio n hingga 1) maka persamaan Va dapat diselesaikan untuk mendapatkan nilai W yang selanjutnya dapat secara langsung untuk menentukan nilai L. Gambar 5.2 menunjukkan hubungan dari setiap variabel pada persamaan di atas. Variabel-variabel tersebut jika diturunkan untuk mendapatkan nilai volume kolam anaerobik (Va), maka dapat dideskripsikan menjadi sebagai berikut:


Gambar 4-4. Penghitungan Dimensi pada Geometri Kolam Anaerobik RectangularSumber: Mara, 2003

C. Cek Kriteria Desain

Setelah melakukan penghitungan dimensi kolam anaerobik, perencana harus melakukan pengecekan kembali kesesuaian penghitungan dengan kriteria desain. Hal ini perlu dilakukan karena dalam proses penghitungan, khususnya dimensi bangunan, akan terdapat pembulatan nilai yang berpengaruh secara langsung terhadap variabel-variabel dalam kriteria desain.

D. Struktur Inlet dan Outlet

Tidak terdapat penghitungan khusus struktur inlet maupun outlet pada kolam anaerobik. Terdapat beberapa variasi struktur inlet dan outlet yang dapat digunakan. Pada dasarnya struktur inlet dan outlet harus dirancang sederhana dan tidak membutuhkan biaya yang tinggi. Salah satu contoh struktur inlet yang dapat diterapkan dalam kolam anaerobik yakni adanya komponen penyisihan scum sehingga tidak ikut mengalir masuk ke tengah kolam anaerobik.

4.1.1.2 Anaerobic Baffled Reactor (ABR)

4.1.1.2.1 Definisi dan Prinsip Kerja

Anaerobic Baffle Reactor (ABR) merupakan salah satu jenis pengolahan suspended growth yang memanfaatkan sekat (baffle) dalam pengadukan yang bertujuan memungkinkan terjadinya kontak antara air limbah domestik dan mikroorganisme. Pengolahan ini adalah pengolahan yang relatif murah dari aspek operasional, sebab tidak diperlukan penggunaan energi listrik dan memiliki efisiensi penyisihan organik yang cukup baik. Namun, teknologi ini memiliki kemampuan penyisihan bakteri patogen dan nutrient yang rendah. Oleh karena itu, efluennya masih membutuhkan pengolahan tambahan dan membutuhkan pengolahan awal berupa pengendapan/sedimentasi untuk mencegah terjadinya clogging. Aliran yang terjadi dalam ABR merupakan aliran upflow dan downflow. Populasi mikroorganisme berkembang dalam air limbah domestik dan lapisan lumpur yang terdapat pada dasar komparteman.

Gambar 4-5. Skematik Pengolahan dengan Anaerobic Baffled ReactorSumber: Tilley et al., 2014


Dalam rangka meningkatkan efisiensi dan kinerja reaktor, banyak penelitian yang telah dilakukan dengan memodifikasi ABR. Alasan lain melakukan modifikasi pada ABR adalah dikarenakan kandungan padatan atau beban organik yang tinggi, atau untuk mengurangi biaya investasi. Beberapa modifikasi dibuat untuk ABR sejak 1980-an (Barber dan Stuckey, 1999), diantaranya: - Baffle vertikal dimasukkan untuk meningkatkan retensi padatan dan memungkinkan untuk meningkatkan waktu kontak

dengan endapan lumpur dan populasi metanogen. - Kompartemen downflow dirancang sempit untuk mendorong retensi sel dalam kompartemen upflow. - Baffle dapat dimodifikasi dengan tepi miring untuk mengarahkan aliran menuju pusat kompartemen untuk mendorong

pencampuran. - Dalam beberapa ABR, outlet masing-masing kompartmen dimodifikasi untuk mencegah terjadinya washout padatan. - ABR telah dirancang dengan kamar gas terpisah untuk kontrol pengukuran gas. Ini juga meningkatkan stabilitas

reaktor ABR. - Ruang pertama telah diperbesar dalam beberapa kasus untuk meningkatkan treatability terhadap air limbah domestik

yang mengandung padatan tinggi.


Adapun kriteria desain unit pengolahan ABR dapat dilihat pada Tabel 4-4 berikut ini.

Tabel 4-4. Kriteria Desain Anaerobic Baffled Reactor

Parameter Satuan Nilai Sumber

Debit desain m3/hari 2–200 sswm

Waktu retensi hidraulik jam 48–72 sswm

Kecepatan upflow m/jam < 0,6 sswm

Jumlah kompartemen buah 3–6 sswm

Kebutuhan lahan m2/m3 1 Borda, 1998

Beban organik kgCOD/m3.hari < 3 Borda, 1998


Penghitungan unit pengolahan ABR dapat dilakukan dengan menggunakan tahapan sebagai berikut:

A. Efisiensi penyisihan Kompartemen I (Kompartemen Pengendapan)

Efisiensi penyisihan pada kompartemen 1 dapat dilakukan dengan mengasumsikan waktu detensi pada kompartemen 1. Selanjutnya, persentase penyisihan COD (μ) dapat ditentukan dengan melihat grafik hubungan waktu detensi terhadap penyisihan COD (lihat Gambar 4-6).

a. Konsentrasi COD ke komparteman selanjutnya (area sekat kompartemen ABR)

COD efluen kompartemen 1 = (1-μ ) x SCOD inf (mg/l)


Gambar 4-6. Faktor Penyisihan COD terhadap Waktu Pengendapan pada unit Anaerobic Baffled Reactor

Sumber: Ulrich et al, 2009

b. Hitung faktor penyisihan COD/BOD. Faktor penyisihan BOD dapat dilihat pada Gambar 4-9. Konsentrasi BOD5 ke komparteman selanjutnya (area sekat) dapat dihitung dengan mengalikan BOD influen dengan faktor penyisihan BOD.

c. Hitung rasio COD/BOD setelah melalui area pengendapan.

Gambar 4-7. Faktor Efisiensi Penyisihan COD terhadap Suhu dalam Reaktor AnaerobikSumber: DEWATS, Ulrich et al, 2009

Gambar 4-8. Faktor Efisiensi Penyisihan BOD terhadap Konsentrasi BOD influen

Sumber: DEWATS, Ulrich et al, 2009


Gambar 4-9. Faktor Efisiensi Penyisihan BOD terhadap Beban Organik BOD

Sumber: DEWATS, Ulrich et al, 2009

Gambar 4-10. Persentase Efisiensi Penyisihan BOD terhadap Waktu Tinggal Hidraulik pada unit Anaerobic Baffled Reactor

Sumber: Ulrich et al, 2009

B. Dimesi area sekat (baffled area)

Panjang (P) satu kompartemen sekat tidak boleh lebih dari setengah kedalaman tangki. Kedalaman ABR dapat diasumsikan 2,5 hingga 3,5 m. Luas satu kompartemen sekat dibutuhkan:

A = Qpeak

vupflow

Lebar satu kompartemen sekat, L = A/P. Cek kecepatan upflow:

vupflow = debitluas permukaan kompartemen

(jika <2 m/jam maka dapat diterima)"

HRT pada area sekat, HRT = VQpeak/105%


C. Efisiensi penyisihan pada area sekat

Hitung seluruh efisiensi dengan menggunakan faktor penyisihan• Faktor penyisihan BOD berdasarkan beban organik BOD (Gambar 4-9)• Faktor penyisihan berdasarkan BOD5 influen (Gambar 4-8)• Faktor penyisihan COD berdasarkan suhu lingkungan (Gambar 4-7)• Faktor penyisihan BOD berdasarkan HRT total (Gambar 4-10)• Laju penyisihan teoritis = f-overload x f-strength x f-temperature x f-HRT

4.1.1.3 Upflow Anaerobic Sludge Blanket


Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) menstimulasi pembentukan selimut lumpur yang terbentuk di tengah tangki oleh partikel dan mengendapkan partikel yang dibawa aliran ke atas. Dengan kecepatan aliran naik ke atas yang perlahan, maka partikel yang semula akan mengendap akan terbawa ke atas. Namun, aliran juga diatur tidak terlalu lambat karena dapat mengakibatkan terjadinya pengendapan di dasar reaktor. Dengan demikian, pengaturan aliran konstan dalam tangki mutlak diperlukan sehingga dibutuhkan pelengkap unit sistem buffer untuk penampungan fluktuasi debit yang masuk sebelum didistribusikan ke tangki UASB. Ilustrasi unit UASB dapat dilihat pada Gambar 4-11.

Gambar 4-11. Ilustrasi Bangunan Upflow Anaerobic Sludge Blanket

Sumber: TBW, 2001


Kriteria desain untuk perencanaan unit pengolahan UASB dapat dilihat pada Tabel 4-5 berikut ini:

Tabel 4-5. Kriteria Desain Upflow Anaerobic Sludge Blanket

Parameter Satuan Nilai Sumber

Hydraulic Retention Time (HRT) jam 8–10

Solid Retention Time (SRT) hari 30–50


Konsentrasi sludge blanket Kg VSS/m3 15–30

Beban organik dalam sludge blanket Kg COD/kg VSS.hari 0,3–1,0

Volumetric Organic Loading kg COD/m3.hari 1–3

% Penyisihan BOD % 75–85

% Penyisihan COD % 74–78

Kecepatan Upflow m/jam 0,5–1,2

Produksi Lumpur Kg TS/m3 0,15–0,25

Produksi Gas m3/kg COD yang tersisihkan 0,1–0,3

Penyisihan Nitrogen dan Fosfor % 5–10

Kedalaman reaktor m 4,5–5,0

Lebar atau fiameter m 10–12

Kedalaman sludge blanket m 2–2,5


Adapun penghitungan UASB dapat dilihat pada tahapan berikut ini:

A. Produksi Lumpur

• Hitung produksi VSS sebagai hasil dari penyisihan BOD. Untuk menghitung konsentrasi VSS tersebut maka asumsikan nilai Yield Coefficient berdasarkan nilai yang tertera pada tabel kriteria desain. Penghitungan dapat menggunakan persamaan berikut ini:

produksi VSS dalam penyisihan BOD = konsentrasi BOD influen x % penyisihan BOD x Yield Coeff

• Selanjutnya, hitung residu VSS pada influen, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini: residu yang tidak dapat terdegradasi (mg/L) = VSS (mg/L) x (1 – degradable fraction)

• Ash received in the inflow dapat dihitung sebagai berikut: New ash received in the flow (mg/L) = TSS (mg/L) – VSS (mg/L)

• Sehingga, total lumpur yang diproduksi, yakni: total solid yang diproduksi = VSS yang diproduksi + residu non biodagradable + ash receive

B. Solid Retention Time (SRT)

SRT (hari)= total lumpur yang diproduksimassa lumpur yang disisihkan per hari (kg/hari)

C. Hydraulic Retention Time (HRT)

HRT (hari) = solid retention time x total produksi lumpur x 24

konsentrasi rerata lumpur didalam reaktor x kedalaman efektif x koef.efektivitas

D. Kecepatan Upflow

Kecepatan Upflow = tinggi reaktor (m)

Hydraulic Retention Time (jam)

Catatan: Kecepatan upflow tidak boleh melebihi 0,7 m/jam (Lettinga dan hulshoff Pol, 1991).


E. Kebutuan Luas Reaktor

luas penampang reaktor (m2) = debit (m3)

kecepatan upflow (m/jam)

F. Diameter Reaktor

Diameter reaktor dapat diperoleh dengan persamaan berikut ini:

luas penampang reaktor (m2) = π4 x d2

G. Cek Kesesuaian Kriteria Desain

Pengecekan kriteria desain perlu dilakukan karena ketika penghitungan dimensi reaktor berpeluang dilakukan pembulatan nilai sehingga perlu dilakukan pengecekan kembali apakah berdampak terhadap kriteria desain. Kriteria desain yang harus dicek kembali diantaranya HRT, SRT, dan kecepatan upflow.

4.1.2 Anaerobik – Sistem Pertumbuhan Bakteri Terlekat (Attached Growth System)

4.1.2.1 Anaerobic Biofilter


Filter anaerobik merupakan reaktor biologis dengan pertumbuhan terlekat atau fixed-bed. Air limbah domestik dalam reaktor ini mengalir melalui filter sehingga partikel terjebak dan bahan organik didegradasi oleh mikroorganisme yang melekat pada permukaan media (contoh media dapat dilihat pada Gambar 4-13). Air limbah domestik mengalir/lewat di antara media dan mikroba yang akan menguraikan bahan organik terlarut dan organik tersuspensi di dalam air limbah domestik, sehingga terjadi pengurangan kandungan organik pada efluen. Dengan adanya media yang menjadi tempat berkembangnya bakteri membentuk lendir/film akibat fermentasi oleh enzim bakteri terhadap bahan organik yang ada dalam air limbah. Film ini akan menebal menutupi aliran air limbah dicelah diantara media filter tersebut, sehingga perlu dilakukan pencucian terhadap media dengan metode back wash secara periodik. Ilustrasi unit pengolahan anaerobic biofilter dapat dilihat pada Gambar 4-12.

Gambar 4-12. Ilustrasi pengolahan dengan Anaerobic BiofilterSumber: Tilley et al., 2014


Gambar 4-13. Contoh Beberapa Media yang dapat Digunakan dalam Unit Anaerobic Biofilter


Adapun kriteria desain anaerobic biofilter dapat dilihat pada Tabel 4-6 berikut ini.

Tabel 4-6. Kriteria Desain Anaerobic Biofilter

No. Parameter Nilai Satuan Sumber

1 Organic Loading 4–5 kg COD/m3.hari

Bimbingan Teknis Bidang Plp Sektor Air Limbah-Perencanaan Teknis Rinci SPALD,

PU

2 Ukuran Media Padat 2–6 cm

3 Porositas rongga dalam media 70–95 %

4 Luas permukaan media filter 90–300 m2/m3

5 Kedalaman media filter 90–150 cm

6 Waktu Tinggal Hidrolik dalam filter 0,5–4 hari

7 Beban organik 0,2–15 kg COD/m3.hari

8 Efisiensi penyisihan BOD 70–90 %

9 Tinggi air di atas media 20 cm

10 Jarak plat penyangga media dengan dasar bak UAF 50–60 cm

11 Plat penyangga media memiliki diameter lubang atau bukaan lebih kecil dari media UAF, jarak antar plat maksimum

10 cm


Adapun penghitungan perencanaan unit pengolahan anaerobic biofilter dapat dilihat sebagai berikut:

A. Ruang/Bak Pengendap Awal 1) Kriteria Perencanaan a. Waktu retensi dalam ruang pengendap,td = 2–5 jam. b. Kedalaman pengendap, H = 1,5–4 m c. Beban Permukaan, SLR = 30–50 m3/m2.hari (Metcalf and Eddy, 2003) d. Rasio P : L = 2–6 e. Kemiringan dasar:

• Bak bentuk empat persegi = 1–3%• Bak sirkular = 40–100 mm/m

f. Kedalaman Ruang Lumpur, t = 1/3 H 2) Rumus Perencanaan

a. Waktu tinggal air limbah dalam ruang pengendapan,

Td = Vol/Q = (PxLxH)/Q


b. Beban permukaan atau Surface Loading Rate,

Ql = Q / APermukaan

= Q / (L x P) = m3/m2.hari

di mana: Td = waktu tinggal air limbah dalam ruang pengendapan

Vol = volume ruang pengendap = panjang x lebar x tinggi

Q = debit air limbah yang diolah

Ql = beban permukaan

APermukaan = luas bidang permukaan pengendap = panjang x lebar

Tabel 4-7. Contoh Pembobotan untuk Pemilihan Media Biofilter

Tipe Media A B C D E F G

Luas Permukaan Spesifik 5 1 5 5 5 5 5

Volume Rongga 1 1 1 1 4 5 5

Diameter celah bebas 1 3 1 1 2 2 5

Ketahanan terhadap penyumbatan 1 1 1 1 3 3 5

material 5 5 5 5 5 5 5

Harga persatuan luan 5 3 3 5 4 1 4

Kekuatan mekanik 5 5 1 1 2 2 5

Berat Media 1 1 5 5 4 5 5

Fleksibilitas 2 2 1 3 3 4 4

Perawatan 1 1 1 1 3 3 5

Konsumsi Energi 2 2 1 5 4 5 5

Sifat dapat basah 5 5 3 3 3 1 5

Total Bobot 34 32 28 36 42 41 56Sumber: Pedoman Biofilter DepKes RI

Keterangan: A = Gravel atau kerikil kecil

B = Garavel atau kerikil besar

C = Mash Pad

D = Brillo Pad

E = Bioball

F = Random Dumped

G = Media Terstruktur (sarang tawon)

Bobot: 1 = Terburuk 5 = Terbaik


B. Biofilter Anaerob

1) Rumus Perencanaana. Media padat yang digunakan berukuran 2–6 cm dan bersifat porous dengan specific gravity mendekati 1

(satu);b. Porositas rongga dalam media, � = 70–95%;c. Luas permukaan media filter persatuan volume media = 90–300 m2/m3 media;d. Kedalaman media dalam filter, H = 90–150 cm;e. Waktu Tinggal Hidrolik dalam filter, td = 0,5–4 hari;f. Beban organik (Organic Loading Rate, OLR) = 0,2–15 kg COD/m3.hari;g. Efisiensi penyisihan BOD sebesar = 70–90%;h. Tinggi air di atas media, h = 20 cm;i. Jarak plat penyangga media dengan dasar bak biofilter = 50–60 cm;j. Plat penyangga media memiliki diameter lubang atau bukaan lebih kecil dari media biofilter, jarak antar

plat maksimum 10 cm.

2) Kriteria Perencanaana. Volume Ruang Biofiltrasi = Q x tdb. Volume media = (Q x COD)/beban organik.

C. Biofilter Aerob

1) Kriteria Perencanaana. Waktu tinggal (retention time) rata-rata, td = 6–8 jamb. Tinggi ruang lumpur, hl = 0,5 mc. Tinggi bed media filter = 0,9–150 md. Tinggi air di atas media filter = 20 cme. Beban BOD per satuan permukaan media filter:

5–30 g BOD/m2.hari. (EBIE Kunio, Eisei Kougaku Enshu, Morikita shuppan kabushiki

Kaisha, 1992).

0,5–4 kgBOD/m3.hari media.(menurut Nusa Idaman Said, BPPT, 2002)

2) Rumus Perencanaana. Volume ruang biofiltrasi = Q x tdb. Volume media = (Q x COD)/ Beban Organik.c. Kebutuhan Oksigen = Kebutuhan BOD yang dihilangkand. Kebutuhan udara untuk perencanaan blower = (Kebutuhan O2/hari) / (berat jenis udara x % O2 diudara x efisiensi transfer O2)


D. Bak Pengendap Akhir

1) Rumus Perencanaan a. Waktu Tinggal, td = 1–5 jam

b. Laju beban permukaan (surface loading rate) Ql = 10 m3/m2.hari c. Beban permukaan = 30–50 m3/m2.hari (Metcalf and Eddy, 2003)

2) Kriteria Perencanaan a. Td = Vol/Q = (P x L x H)/Q b. Ql = Q / A permukaan = Q / (L x P) = m3/m2.hari di mana: Td = waktu tinggal air limbah dalam ruang pengendapan Vol = volume ruang pengendap = panjang x lebar x tinggi Q = debit air limbah yang diolah Ql = beban Permukaan Apermukaan= luas bidang permukaan pengendap = panjang x lebar

4.2 Pengolahan Biologi dengan Sistem Aerobik

4.2.1 Aerobik – Sistem Pertumbuhan Bakteri Tersuspensi (Suspended Growth System)

4.2.1.1 Kolam Aerasi (Aerated Lagoon)


Kolam aerasi adalah kolam yang dilengkapi dengan aerator yang merupakan reaktor dengan pertumbuhan tersuspensi tanpa resirkulasi lumpur. Pada umumnya digunakan aerator mekanik untuk mencampur dan memberikan kebutuhan oksigen. Prinsip kerjanya adalah air limbah yang ditampung dalam sebuah kolam besar diatur supaya suasana aerobik berjalan melalui pengadukan mekanis ataupun menginjeksi udara. Karena kolam aerasi mempunyai waktu detensi yang lama (3-6 hari), sejumlah nitrifikasi tercapai. Temperatur yang tinggi dan beban organik yang rendah pada umumnya mendorong terjadinya nitrifikasi. Contoh kolam aerasi dapat dilihat pada Gambar berikut ini.

Gambar 4-14. Skematik unit pengolahan kolam aerasi


Gambar 4-15. Kolam Aerasi di IPALD Suwung, Bali


Adapun kriteria desain aerated lagoon dapat dilihat pada Tabel 4-8 berikut ini.

Tabel 4-8. Kriteria Desain Aerated Lagoon

Parameter Satuan Nilai

Beban volume organik kg/m3 5,0

SS kg/m3 20

VSS loading (beban volumetrik) kg VSS/m3 0,5

Waktu retensi padatan, SRT hari 3–6

Waktu retensi hidrolis, HRT hari 3–6

Yield Coefficient (Y) - 0,6–0,7

Rasio panjang dan lebar, P:L - 2:1

Kedalaman, h m 1–6


Perhitunan Aerated Lagoon dapat mengikuti tahapan berikut ini:

A. Dimensi Kolam

Hitung Konsentrasi BOD efluen terlarut.

Se

So

= 11+ k1td

Persamaan di atas merupakan persamaan yang dikembangkan dengan k1 untuk kondisi temperatur 20oC. Untuk konstanta reaksi orde satu pada temperatur lain, maka dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan konversi sebagai berikut:


k1 = 2,5 (1,036)T-20

di mana: Se = Konsentrasi BOD efluen (mg/L)

So = Konsentrasi BOD influen (mg/L)

k1 = konstanta reaksi pada temperatur 20oC

T = temperatur (oC)

Hitung Luas Area Aerated Lagoon

Penghitungan dimensi aerated lagoon dapat dilakukan dengan menghitung debit terhadap waktu detensi. Perencana dapat menetapkan asumsi awal waktu detensi (td) dan kedalaman (h) untuk perencanaan selanjutnya. Selanjutnya, penghitungan dimensi aerated lagoon dapat dilakukan melalui penghitungan volume (V) dan luas (A) dengan menggunakan persamaan berikut ini:

V= Qtd

A= Vh

Penghitungan dimensi panjang dan lebar dapat ditentukan dengan mempertimbangkan geometri kolam.

B. Kebutuhan Aerasi.

Kebutuhan oksigen dalam aerated lagoon dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut ini:

ROks = [1.5(So - Se) Q-1,42 X Q] ×10-3/24

di mana X merupakan konsentrasi sel bakteri yang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini:

X= Y (So- Se)

1+b td

di mana: Y = Yield Coefficient b = laju autolisis (rate of autolysis), tipikal 0,07/hari td = waktu detensi

Selain itu, perencanaan aerated lagoon juga dapat mempertimbangkan proses nitrifikasi sehingga perlu diperhitungkan kebutuhan konsentrasi oksigen. Kebutuhan oksigen untuk proses nitrifikasi dapat dihitung:

RO2 (kg/jam) = 3,1(Si - Se)Q ×10-3/24

Total kebutuhan oksigen pada aerated lagoon = 0,017 kg/jam + 2,78 kg/jam = 2,797 kg/jam

Kemampuan aerator untuk memberikan aerasi

Di asumsikan aerator memiliki standar 1,8 kg O2/kWh, asumsi α = 0,8; β = 0,95; dan CL = 1 mg/l.

OL (kgO2/kWh) = O0α (1.024)T-20 βCS(T,A) - CL

CS(20,0) Daya yang dibutuhkan aerator untuk bio-oksidasi = RO2/OL


C. Kolam sedimentasi

Perencanaan kolam sedimentasi dapat dilakukan dengan menentukan waktu detensi sesuai dengan kriteria desain. Penghitungan luas permukaan kolam sedimentasi dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan berikut ini:

A = Qtdh

Nilai h dapat diasumsikan dengan kedalaman 1–2 m. Dalam penentuan dimensi kolam sedimentasi, perencana harus juga memerhatikan kebutuhan ruang lumpur yang disesuaikan dengan rencana periode pengurasan. Penghitungan volume ruang lumpur dapat dilakukan sebagai berikut:

Total massa yang dihasilkan dari pengendapan suspended solids per tahun dapat dihitung dari efisiensi penyisihan dikalikan dengan laju beban suspended solids.

M = 365 x μ Se

Total massa lumpur M(n) (kg) yang mengendap selama periode pengurasan n dapat dihitung sebagai berikut. Perlu dicatat bahwa penentuan periode pengurasan akan mempengaruhi langsung volume total kolam sedimentasi.

M(n) = n. M

Volume lumpur dapat dihitung dengan membagi total massa lumpur yang mengendap terhadap densitas lumpur. Densitas lumpur rata-rata yakni 1.400 kg/m3. Ketebalan lumpur di dasar kolam pengendapan, yakni:

DS = (M)n

A dasar kolam

DS = 125,9/53,3

0,15 × 1.060 = 0,14 m

4.2.1.2 Lumpur Aktif (Activated Sludge)


Lumpur Aktif atau activated sludge merupakan salah satu teknologi pengolahan biologi yang telah berkembang sejak tahun 1880. Istilah activated sludge diberikan oleh E. Ardern dan W. T. Lockett pada tahun 1914 dengan pertimbangan bahwa proses tersebut melibatkan massa mikroogranisme yang aktif dan memiliki kemampuan untuk menstabilkan material organik di dalam air limbah domestik (Metcalf & Eddy, 2003).

Secara umum, pengolahan lumpur aktif terdiri dari 3 (tiga) komponen penting yakni reaktor pertumbuhan mikroorganisme dengan penambahan proses aerasi di dalamnya, unit pemisahan padatan dan cairan atau sedimentasi kedua (secondary sedimentation) yang berfungsi untuk memisahkan bioflok dan air, dan sistem resirkulasi lumpur yang bersumber dari unit pengendapan kedua (secondary sedimentation).

Dalam proses pengolahan lumpur aktif, terdapat tiga jenis aliran reaktor yakni plug flow, complete mix, dan arbitrary. Pada reaktor plug flow partikel melewati tangki dan habis dalam jumlah yang sama ketika mereka masuk. Tipe aliran ini dicapai ketika berada di cekungan panjang dan sempit. Pada reaktor complete mix, partikel yang masuk tersebar ke kolam secara cepat. Aliran complete mix dicapai ketika bentuk kolam lingkaran dan persegi. Reaktor aliran arbitraty menunjukkan pencampuran parsial antara plug flow dan complete mix di suatu tempat.

Sejak pertama kali dikembangkan pada tahun 1880, metode pengolahan lumpur aktif telah berkembang menjadi berbagai alternatif teknologi. Hal ini terjadi untuk menjawab tantangan efisiensi pengolahan berbagai parameter yang lebih baik. Terdapat beberapa teknologi lumpur aktif yang telah dikembangkan dan digunakan di berbagai tempat untuk mengolah air limbah domestik, yakni:


a. Lumpur Aktif Konvensional (Plug Flow Process)

Teknologi ini berkembang cukup signifikan pada era tahun 1920 hingga 1970. Reaktor konvensional dibangun dengan menerapkan bangunan yang sempit memanjang.

b. Oxydation Ditch (OD)

Teknologi OD mulai dikembangkan pada tahun 1950. Teknologi ini dirancang untuk dapat menahan shock loading. Geometri OD berbentuk saluran kanal yang dilengkapi dengan aerator horizontal yang berfungsi untuk mensuplai oksigen dan membentuk aliran air sehingga air mengalir melalui saluran tersebut. Gambaran teknologi ini dapat dilihat pada Gambar 4-16.

c. Complete Mix Acivated Sludge (CMAS)

CMAS merupakan salah satu teknologi yang berkembang dengan menggunakan prinsip lumpur aktif. Teknologi ini cukup populer sejak tahun 1970an. Gambaran teknologi ini dapat dilihat pada Gambar 4-16.

d. Sequence Batch Reactor

Pada akhir tahun 1970, Sequence Batch Reactor (SBR) dirancang untuk dapat mengolah air limbah yang bersumber dari komunitas kecil dan industri. Namun, saat ini teknologi SBR telah dapat digunakan untuk mengolah air limbah domestik dari area pelayanan kota besar.

e. Kontak Stabilisasi

Teknologi kontak stabilisasi merupakan modifikasi dari proses lumpur aktif konvensional. Dalam prosesnya, teknologi ini beroperasi dengan menggunakan dua tangki aerasi. Tangki pertama berfungsi untuk mensuplai oksigen kembali terhadap lumpur sirkulasi (return sludge) selama kurang lebih 4 jam sebelum dialirkan menuju ke tangki berikutnya. Di dalam tangki berikutnya ini, aliran lumpur dari tangki pertama dicampur dengan air limbah domestik dari efluen sedimentasi pertama.

(Sumber: www.americanbottoms.com )(a)

(Sumber: Dokumentasi Survey Lapangan )(b)

Sumber: www.americanwatercollege.org(c)

Gambar 4-16. (a) Complete Mix Activated Sludge; (b) Oxydation Ditch; dan (c) Oxydation Ditch

Ilustrasi skema dari teknologi-teknologi di atas dapat dilihat pada Gambar 4-17 dan Gambar 4-18.



Dalam perencanaan lumpur aktif terdapat beberapa kriteria desain yang perlu dipenuhi, adapun kriteria desain tersebut dapat dilihat pada Tabel 4-8.

Aeration basin

Return Sludge

Alternate wastesludge point

Secondary clarifier

Effluent

Waste sludge

Influent

Secondary clarifier


Effluent

Waste sludge

Return Sludge

Influent

Aeration basin

Aeration basin

Influent


Secondary clarifier

Waste sludge

Effluent

Return Sludge

Influent

Waste sludge

Aeration rotor

Sludge concentrating hopper

To Secondaryclarifier

CONVENTIONAL ACTIVATED SLUDGE COMPLETE MIX ACTIVATED SLUDGE

STEP AERATION(PLUG-FLOW AERATION) OXYDATION DITCH

Aeration basin

Return Sludge


Secondary clarifier

Effluent

Waste sludge

Influent

Secondary clarifier


Effluent

Waste sludge

Return Sludge

Influent

Aeration basin

Aeration basin

Influent


Secondary clarifier

Waste sludge

Effluent

Return Sludge

Influent

Waste sludge

Aeration rotor

Sludge concentrating hopper

To Secondaryclarifier

CONVENTIONAL ACTIVATED SLUDGE COMPLETE MIX ACTIVATED SLUDGE

STEP AERATION(PLUG-FLOW AERATION) OXYDATION DITCH

Gambar 4-17. Beberapa Skema Pengolahan dengan Metode Lumpur Aktif (1)


Gambar 4-18. Beberapa Skema Pengolahan dengan Metode Lumpur Aktif (2)

Tabel 4-9. Kriteria Desain Lumpur Aktif

No. ParameterActivated

Sludge Convensional

Complete Mixed Aerated Sludge

Sequencing Batch Reactor

Extended Aeration

Oxydation Ditch Satuan

1 Waktu tinggal padatan hari 3–15 3–15 10–30 20–30 15–30 hari

2 Rasio F/M0,2–0,4 0,2–0,6 0,04–0,10 0,05–0,15

kg BOD/Kg MLVSS.hari

3 Muatan Volumetrik 0,3–0,7 0,3–1,6 0,1–0,3 0,1–0,4 Kg BOD/m3.hari

4 MLSS 1.000–3.000 1.500–4.000 2.000–5000 3.000–6.000 1.500–5.000 mg/L

5 Total waktu hidrolis 4–8 3–5 15–40 18–36 jam

6 Rasio RAS (Return Activated Sludge) 25–75 25–100 NA 0,5–2,0 75–150 % influen

7 Kecepatan Aliran (ditch Velocity) - - - - 0,3 m/detik

Influent

React

Fill

Percent of:Maxvolume

Cycletime

25 to 100 25

100 35

Settle

100 20

DrawSupernatant

Settle

100 to 35 15

35 to 25 5

Idle

Remove effluent

Waste sludge

Add substrate

Reaction time

Clarify

AirOn/Off

AirOn/Off

AirOn/Off

AirOff

AirOff

Return SludgeAlternate wastesludge point

Secondary clarifier

Waste sludge

Influent Contact basin

Reseration(stabilizatio)

basin

Effluent

SEQUENCING BATCH REACTOR KONTAK STABILISASI

Influent

React

Fill

Percent of:Maxvolume

Cycletime

25 to 100 25

100 35

Settle

100 20

DrawSupernatant

Settle

100 to 35 15

35 to 25 5

Idle

Remove effluent

Waste sludge

Add substrate

Reaction time

Clarify

AirOn/Off

AirOn/Off

AirOn/Off

AirOff

AirOff

Return SludgeAlternate wastesludge point

Secondary clarifier

Waste sludge

Influent Contact basin

Reseration(stabilizatio)

basin

Effluent

SEQUENCING BATCH REACTOR KONTAK STABILISASI


4.2.1.2.3 Tahapan PerhitunganTahapan penghitungan dalam perencanaan unit pengolahan lumpur aktif yakni:

1. Konsetrasi BODe

Penghitungan konsentrasi final BODe di dalam efluen dapat dihitung dengan tahapan sebagai berikut:

BODe = BODs – BOD (efluen suspended solid, mg/L)

di mana BODs merupakan asumsi konsentrasi BOD terlarut yang dapat diasumsikan. Nilai ini merupakan konsentrasi BOD5 yang keluar dari unit lumpur aktif.

BOD efluen suspended solid dapat ditentukan dengan menggunakan pendekatan sebagai berikut:

BOD efluen suspended solid = 1,42 f G Xe

di mana: f = rasio BOD/BODu, nilai tipikalnya yakni 0,70

G = Fraksi VSS/TSS, nilai tipikalnya 0,8–0,85

Xe = konsentrasi TSS pada efluen (mg/L)

2. Efisiensi Pengolahan

Efisiensi pengolahan dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

μ = (So - S)

So

di mana: So = konsentrasi BOD influen (mg/l)

S = konsentrasi BOD efluen (mg/l) yang dihitung pada nomor 1.

3. Volume Tangki

Penghitungan volume dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

V= QθcY(So - S)

X (1+kdθc)

di mana: V = volume tangki (m3) Q = debit air limbah domestik yang masuk (m3/hari) X = MLVSS (mg/L) kd = koefisien Decay (hari-1) θc = umur sel (hari) Y = koefisien pertumbuhan (mg/mg)

4. Luas Tangki

Luas tangki dapat dihitung dengan mengasumsikan kedalaman tangki. Kedalaman tangki dapat diasumsikan pada rentang 3–4,5 meter.

5. Dimensi Tangki

Penghitungan dimensi tangki dilakukan dengan menggunakan asumsi rasio panjang dan lebar sesuai dengan kriteria desain. Jika tangki berbentuk persegi, maka lebar tangki dapat dihitung sebagai berikut:

Luas = P x L

= 2 x L2


maka,

lebar (L) = A2

Panjang (p) ditentukan berdasarkan rasio yang digunakan. Dalam perencanaan tangki, kedalaman pertu ditambahkan dengan free board. Umumnya, kedalaman free board yakni 0,5 m.

6. Lumpur yang Dihasilkan

Hitung koefisien pertumbuhan observasi (Yobs) dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

Yobs = Y

(1+ kdθc)

Hitung pertambahan MLVSS (Px) dengan menggunakan persamaan di bawah ini:

Px = Yobs Q (So – S)

Hitung pertambahan MLSS (Px) dengan menggunakan bersamaan berikut ini:

Pxss = Px

Rasio MLVSS/MLSS

Lumpur yang Akan Dibuang

Massa lumpur yang akan dibuang (Qs) = Pxss – ((Q – Vs) x BOD5ef)

Vs merupakan lumpur yang akan dibuang, dapat dihitung dengan membagi debit lumpur terhadap asumsi MLSS (kg/m3) dalam reaktor.

7. Return Sludge

Laju return sludge dihitung berdasarkan konsentrasi MLSS di dalam tangki aerasi dan TSS di return sludge. TSS di influen dapat diasumsikan dengan nilai yang sangat kecil.

MLSS (Q + Qr) = TSS sludge x Qr

8. Kontrol Desain

Waktu Aerasi (td)

td = volumedebit

Rasio F/M (U) tiap tangki

U = Q (So-S)

VX

Organik Loading (OL)

OL = (So-S)

V


9. Kebutuhan Oksigen

Kebutuhan oksigen teoritis (N)

O2 kg

hari= Q(So - S)

BOD5/BODL

- 1,42Px

Kebutuhan Oksigen Standar (SOR)

SOR = sw

N[(Cn β Fa -C)/Csw] (1,024)T-20x

di mana: N = kebutuan oksigen teorits (kg/hari) Cnsw = konsentrasi oksigen pada temperatur lapangan (mg/l)= 8,5 mg/l (Metcalf & Eddy) Csw = konsentrasi oksigen pada temperatur standar 20oC (mg/l) = 9,15 mg/l (Qasim) C = DO minimum yang dicapai dalam tangki (mg/l), 2 mg/l β = faktor koreksi tegangan tergantung salinitas air limbah = 0,9 (Qasim) x = faktor koreksi transfer oksigen = 0,95 (Qasim)

fa = faktor koreksi kelarutan oksigen terhadap ketinggian

fa = [1 – (ketinggian / 9.450)]

= [1 – (675 m / 9.450 m)] = 0,93

T = temperatur rata-rata air limbah pada kondisi lapangan, tergantung dari

temperatur udara ambien rata-rata dan temperatur influen. Nilai T dapat

diketahui menggunakan persamaan berikut:

T = AfTa + QTi

Af + Q

di mana: A = luas total permukaan tangki aerasi (m2) = 2 unit x 2.312 m2 = 4.624 m2

Ta = temperatur udara ambien = 24oC Ti = temperatur maksimum influen air limbah = 27oC f = faktor proporsional = 0,5 m/hari

Volume udara yang dibutuhkan

• Berat jenis udara = 1,201 kg/m3

• Berat oksigen di udara = 23,2%

• Faktor koreksi aerator (FA) = 0,65

• Kebutuhan volume udara sebenarnya di lapangan (M):

M= SOR

1,201kgm3

x 0,232 gO2

g Udara


Kebutuhan udara teoritis Mt = M / FA = M / 0,65

Total Udara Desain (Md) Udara yang dibutuhkan dalam desain dapat diasumsikan sebesar 150% dari udara teoritis

Volume udara per kg BOD5 disisihkan per m3 air buangan yang diolah per m3 tangki Mb = Md / (So – S) x Q

Volume Udara per Volume Air Buangan (M¬a) Ma = Md / Q

Volume Udara per Volume Tangki Aerasi Mt = Md/(2 tangki x 10.404 m3)

4.2.2 Aerobik – Sistem Pertumbuhan Bakteri Terlekat (Attached Growth System)

4.2.2.1 Rotating Biological Contactor (RBC)


Rotating Biological Contactor (RBC) atau biasa disebut proses bio-disc terdiri dari seri cakram plastik dipasang pada suatu poros (shaft) yang berputar perlahan. Bagian cakram yang terendam dalam tangki air limbah domestik sekitar 40% dari diameter cakram. Cakram diberi jarak sehingga air limbah dan udara bisa masuk ke ruangnya. Pertumbuhan biologis berlangsung di atas cakram yang berkontak dengan air limbah domestik dan oksigen di udara secara bergantian hingga membentuk biofilm dengan ketebalan 1 sampai 3 mm. Pertumbuhan mikroorganisme yang berlebih akan membuatnya terlepas dari permukaan cakram sehingga efluen yang dihasilkan dari sistem ini membutuhkan clarifier untuk pengolahan selanjutnya. Keunggulan dari sistem RBC dibandingkan sistem lumpur aktif, diantaranya membutuhkan daya rendah, proses yang stabil, mampu menerima beban organik tinggi, dan lumpur yang ditimbulkan relatif kecil.

Primary effluent

To clarifierDrive

Gambar 4-19. Ilustrasi Pengolahan Biologi dengan Menggunakan RBC

Gambar 4-20. Unit RBC di IPAL Banjarmasin


4.2.2.1.2 Kriteria Desain RBCDalam perencanaan Rotating Biological Contactor (RBC) terdapat beberapa kriteria desain yang perlu dipenuhi, adapun kriteria desain tersebut dapat dilihat pada Tabel 4-10.

Tabel 4-10. Kriteria Desain Rotating Biological Contactor

No. ParameterPenyisihan

BOD

Penyisihan BOD dan nitrifikasi

Pemisahan nitrifikasi

Satuan Sumber

1 Beban Hidrolik 0,08–0,16 0,03–0,08 0,04–0,10 m3/m2.hari


2 Beban Organik 8–20 5–16 1–2 gr BOD/ m2.hari

3 Maks. tahap pertama beban organik

24–30 24–30 - gr BOD/ m2.hari

4 Beban NH3 0,75–1,5 gr N/ m2.hari

5 Waktu detensi 0,7–1,5 1,5–4 1,2–3 Jam

6 Efluen BOD 15–39 7–15 7–15 mg/L

7 Efluen NH4-N <2 1–2 mg/L

Selain itu, kriteria perencanaan RBC juga harus mempertimbangan beberapa kondisi, diantaranya:

a. Ukuran cakram. Ukuran ini sangat ditentukan pada tipe cakram, yakni low density dengan luas piringan 9.300 m2 per 8,23 m shaft, serta medium density dan high density yang memiliki luas dari rentang 11.000 hingga 16.700 m2 per 8,23 m shaft.

b. Untuk shaft dengan 9.300 m2 luas cakram, volume tangki dapat mencapai 45 m3; waktu detensi 1,44 jam; laju beban hidraulik (hydraulic loading rate) 0,08 m3/m2.hari; dan kedalaman cakram yang tenggelam yakni 1,5 atau 40% dari total kedalaman.

4.2.2.1.3 Tahapan Penghitungan Tahapan penghitungan unit pengolahan RBC dapat dilakukan dengan menggunakan metode sebagai berikut:

A. Tentukan konsentrasi sBOD pada influen dan efluen serta debit air buangan

beban sBOD = sBOD (mg/l) x Qdesain (m3/hari)

B. Tentukan luas piringan RBC untuk tahap I dengan sBOD maksimum 12–15 g sBOD/m2.hari

Acakram = Beban sBOD (g/hari)

sBOD loading rate (g/m2.hari)

C. Tentukan jumlah shaft dengan dengan menggunakan asumsi tipe cakram

n = Acakram (m2)

luas per shaft (m2/shaft)

D. Tentukan luas area tiap cakram

Acakram = π x diameter cakram (m)

2( (

2 x 2


E. Tentukan jumlah cakram

n = luas per shaft (m2)luas area per cakram (m2)

F. Tentukan panjang shaft

L = jumlah cakram x jarak antar cakram (m)

G. Pilih jumlah train untuk desain, debit per train, jumlah tahapan, dan luas cakram/shaft dalam setiap tahap (pada tahap dengan beban yang rendah dapat digunakan high density disk).

Train

Tahap 1 Tahap 2 Tahap 3

Gambar 4-21. Ilustrasi sistem dalam pengolahan RBC

• Debit tiap train

Qt = Qdesain (m

3/hari)

jumlah train

• Lebar tiap train

ltrain = pshaft+(2 x jarak cakram dengan train)

• Panjang train

ptrain = dcakram +(2 x jarak cakram)

H. Dari asumsi 4, hitung beban organik sBOD, beban organik BOD, laju beban hidraulik pada setiap tahap. Periksa apakah ketiga parameter di atas memenuhi kriteria desain, apabila tidak maka diperlukan modifikasi tahapan pada RBC.

• Beban organik sBOD

Lorganic sBOD = Qdesain (m

3/hari) x sBOD (mg/l)

n shaft x A per shaft (m2/shaft)

• Beban organik BOD


3/hari) x sBOD (mg/l)

n shaft x A per shaft (m2/shaft) x n stage


• Laju beban hidraulik


3/hari)

n shaft x A per shaft (m2/shaft) x n stage

I. Hitung konsentrasi sBOD dalam setiap tahapan. Dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan berikut ini.

sBODn = (-1)+ ((1+(4 x 0,00974) x (AS/Q) x Sn-1)

2 x 0,00974 x AS/Q

di mana: Sn = konsentrasi sBOD pada tahap ke n (mg/L)

As = luas permukaan piringan pada tahap ke n (m2)

Q = debit (m3/hari)

J. Desain bak pengendap

4.2.2.2 Trickling Filter


Trickling filter terdiri dari shallow bed yang berisi dengan batuan pecah atau media sintesis. Air limbah diaplikasikan di permukaan menggunakan sistem distribusi rotasi yang dipacu sendiri. Materi organik disisihkan oleh lapisan yang menempel pada lapisan lendir yang berkembang di atas media. Sistem underdrain mengumpulkan cairan yang tertelan yang juga mengandung zat padat biologis terlepas dari media. Sirkulasi udara melalui pori-pori karena draft natural yang disebabkan oleh gradien termal. Cairan yang tertambat dan padatan biologis yang terpisah ditempatkan di clarifier. Sebagian aliran didaur ulang untuk menjaga beban hidrolik seragam dan untuk mencairkan influen.

Berdasarkan beban organik dan hidrolik, trickling filter diklasifikasikan ke dalam tingkat rendah, tingkat sedang, tingkat tinggi dan super tinggi (saringan kasar). Seringkali trickling filter menjadi 2 tahap (dua trickling filter secara seri) digunakan untuk mengolah limbah dengan kekuatan tinggi.

Gambar 4-22. Ilustrasi Sistem dalam Pengolahan Trickling Filter


Gambar 4-23. Trickling Filter

Sumber: Brentwood, 2017

Gambar 4-24. Bentuk Lantai pada Trickling FilterSumber: Brentwood, 2017

Gambar 4-25. Media dengan Jenis Plastik (Kiri) dan Batu (Kanan) pada Trickling FilterSumber: www.waterandcarbon.com.au


4.2.2.2.2 Kriteria Desain Trickling Filter

Dalam perencanaan trickling filter terdapat beberapa kriteria desain yang perlu dipenuhi, adapun kriteria desain tersebut dapat dilihat pada Tabel 4-11.

Tabel 4-11. Kriteria Desain Rotating Biological Contactor

No. ParameterSistem

Sumbertingkat rendah

tingkat sedang

tingkat tinggitingkat super

tinggidua sisi

1 OperasiAliran tidak

teraturKontinu Kontinu Kontinu Kontinu

Qasim, 1985

2 Rasio Resirkulasi 0 0–1,0 1,0–2,5 1,0–4,0 0,5–3,0

3 Kedalaman 1,5-3,0 1,25–2,5 1,0–2,0 4,5–12 2,0–3,0

4 Hydraulic Loading 1-4 4–10 10–40 40–200 10–40

5 BOD5 loading 0,08-0,32 0,24–0,48 0,32–1,0 0,8–6,0 1,0–2,0

6 Proses Aliran tidak teratur

Aliran tidak teratur

Kontinu Kontinu Kontinu

7 Media Batu, agregat kasar

Batu, agregat kasar

Batu, agregat kasar, sintesis

SintesisBatu, agregat kasar, sintesis

8 Penyaring lalat Banyak Medium Kecil Tidak ada Tidak ada

9 Kekuatan 2–4 2–8 6–10 10–20 6–10

10 Efisiensi penyisihan BOD5

74–80 80–85 80–85 60–80 85–95

11 Efluen nutrisi baik nutrisi baik sedikit nitrifikasi sedikit nitrifikasi nutrisi baik


Perencanaan trickling filter (single stage) dapat dilakukan dengan mengikuti tahapan sebagai berikut:

A. Hitung dimensi zona media trickling filter

Penghitungan dimensi dapat dilakukan dengan menggunakan asumsi diameter tangki trickling filter. Diameter (D, meter) dan kedalaman (Z, meter) trickling filter dapat dilihat pada tabel kriteria desain. Sehingga luas permukaan dan volume tangki dapat dihitung sebagai berikut:

A = π4

D2

V =A Z

B. Konsentrasi BOD pada inlet trickling filter merupakan konsentrasi campuran antara BOD dari pengendapan pertama dan BOD dari proses resirkulasi (lihat Gambar 4-26).

Gambar 4-26. Ilustrasi Sistem dalam Pengolahan RBC


Oleh karena itu, konsentrasi BOD inlet (Si) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

Si = So + RSe

1 + R

So (mg/L) merupakan konsentrasi efluen dari sedimentasi pertama, R merupakan rasio resirkulasi, dan Se (mg/L) merupakan konsentrasi BOD pada resirkulasi. Rasio resirkulasi dapat dihitung sebagai berikut:

R= Qr

Qw

Qr (m3/hari)merupakan debit resirkulasi dan Qw (m3/hari) debit air limbah domestik. Berdasarkan beberapa referensi rasio resirkulasi dapat mencapai 4:1 untuk tipe high rate trickling filter.

C. Efisiensi pengolahan

Penghitungan efisiensi pengolahan dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan berikut:

μ = So + Se

So

D. Hydraulic Loading (HL)

Nilai HL merupakan total debit air limbah yang masuk ke dalam trickling filter dibagi dengan luas area tangki trickling filter rencana.

HL = Qr + Qw

A

HL = Qw (1+R)

A

BOD loading (beban organik atau beban permukaan)

LBOD = QwS

1.000 mg.m3

kg.L V

F. Cek kesesuaian dimensi tangki trickling filter desain dengan kriteria desain. Jika tidak sesuai maka perlu dilakukan penyesuaian terhadap asumsi kedalaman dan diameter sehingga dapat merubah nilai kriteria desain agar sesuai. Gunakan persamaan pada poin D dan E untuk pengecekan kesesuaian kriteria desain.

4.2.2.3 Moving Bed Bioreactor4.2.2.3.1 Definisi dan Prinsip Kerja

Moving Bed Bioreactor (MBBR) merupakan proses pengolahan yang sederhana dan membutuhkan luas lahan yang lebih sedikit. Teknologi MBBR menggunakan beribu biofilm dari polyethylene sebagai media tumbuh mikroorganisme dalam suatu reaktor dengan aerasi terus-menerus. Proses MBBR mempertahankan volume besar biofilm dalam proses pengolahan air limbah biologis. Akibatnya, proses degradasi kontaminan biodegradable yang berkelanjutan dalam ukuran tangki yang sama berlangsung tanpa perlu melakukan pengembalian lumpur. Proses ini memberikan peningkatan perlindungan terhadap toxic shock, sementara secara otomatis menyesuaikan untuk memuat fluktuasi.


Gambar 4-27. Unit Moving Bed Bioreactor di IPLT Gumuruh Bandung

Unit MBBR cocok diterapkan untuk permasalahan nitrifikasi karena prosesnya memungkinkan perkembangbiakan bakteri nitrifikasi pada area permukaan media. Bakteri nitrifikasi memiliki tingkat pertumbuhan yang relatif lambat dan sangat dipengaruhi oleh suhu air. Teknologi MBBR memungkinkan terjadinya proses nitrifikasi dengan mempertahankan jumlah bakteri nitrifikasi tanpa bergantung pada waktu retensi padatan (SRT) ataupun MLSS.

Gambar 4-28. Tipikal Proses MBBR untuk Beberapa Aplikasi PengolahanSumber: Odegaard, 1999


4.2.2.3.2 Kriteria DesainAdapun kriteria desain MBBR dapat dilihat pada Tabel 4-12 berikut ini.

Tabel 4-12. Kriteria Desain MBBR

No. Kriteria Satuan Keterangan

1. HRT anoksik jam 0,5–2

2. HRT aerobik jam –4

3. Luas permukaan biofilm elemen pembawa m2/m3 500–1.200

4 Biomassa per unit luas permukaan g TS/m2 5–25

5 BOD SALR g/m2.hari 7,5–25

6 COD SALR g/m2.hari 15–50

7 NH4-N SALR g/m2.hari 0,45–1

Tabel 4-13. Tipikal Removal Flux untuk BOD, Nitrifikasi, dan Denitrifikasi

No. Aplikasi SubstratRemoval Flux

(g/m2.hari)

Laju Penyisihan Volumetrik (kg/m3.hari)

1. Penyisihan BOD, sebagian BOD 15–20 4,5–6,0

2. Pengolahan Kedua BOD 5–15 1,7–5,0

3. Prenitrifikasi BOD 4–5 1,2–1,5

4 Nitrifikasi NH4-N 0,4–1,4 0,1–0,4

5 Predenitrifikasi NO3-N 0,2–1,0 0,1–0,3

6 Denitrifikasi NO3-N 1–2 0,3–0,6

Sumber: Metcal & Eddy, 2014


Penghitungan MBBR dapat dilakukan dengan menggunakan tahapan sebagai berikut:

A. Tentukan volume media dan volume tangki yang dibutuhkan

Hitung BOD Flux yang diterapkan:

BOD Flux = BOD Removal Flux

(% Penyisihan BOD/100)

B. Kebutuhan luas permukaan media:

Luas Media = Laju BODBOD Flux

Laju BOD dapat dihitung dengan mengalikan debit air limbah domestik terhadap konsentrasi BOD yang masuk.


C. Hitung volume media

volume media = luas media (m2)luas permukaan spesifik (m2/m3)

D. Volume reaktor dapat dihitung dengan membagi volume media dengan rencana persentase volume media terhadap volume tangki. Persentase ini dapat diasumsikan maksimum 70%. Contohnya 50%, sehingga volume reaktor:

volume reaktor = volume media (m3)

(%vol media terhadap vol tangki/100)(m2/m3)

Hitung waktu detensi hidraulik dengan menggunakan persamaan berikut ini:

td = volume media (m3)

Q (m3/hari)

Dimensi reaktor dapat dihitung dengan menyesuaian rencana geometri tangki yang akan direncanakan.

Pengolahan Lumpur 79

5. PENGOLAHAN LUMPUR

Pengolahan lumpur merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari suatu intalasi pengolahan air limbah domestik. Pengolahan lumpur memiliki beberapa tujuan, yakni mengurangi kadar air, menstabilkan, serta menghilangkan mikroorganisme patogen yang berpotensi terkandung di dalam lumpur. Hal ini dilakukan agar lumpur yang telah diproses dapat lebih aman ketika dibuang atau dimanfaatkan untuk keperluan terbatas. Tahapan pengolahan lumpur dapat dilihat pada Gambar 5-1.

Gambar 5-1. Tahapan Pengolahan Lumpur pada IPALD

Lumpur yang akan diolah pada tahap ini bersumber dari sedimentasi pertama dan kedua. Penambahan lumpur mungkin juga berasal dari proses presipitasi kimia, nitrifikasi-denitrifikasi, screening dan grinder serta peralatan filtrasi jika ada pada sistem pengolahan ini. Beberapa teknologi dalam pengolahan lumpur dijabarkan pada sub-bab berikut.

5.1 Pengentalan (Thickener)

5.1.1.1 Definisi dan Prinsip Kerja

Thickening atau pengentalan digunakan untuk meningkatkan konsentrasi padatan di dalam lumpur dan mengurangi volume lumpur dengan cara pengeluaran air yang terkandung di dalam lumpur. Pada umumnya lumpur yang dihasilkan dari unit pengolahan air limbah masih mengandung cukup banyak kadar air dibandingkan padatan lumpur. Persentasi kandungan air mencapai rentang 99,5–99%, dan sisanya 0,5–1,0% merupakan padatan. Oleh karena itu, untuk mengurangi kadar air dalam lumpur, proses pengentalan perlu dilakukan sehingga dapat mengurangi beban pengolahan lumpur.

Ada beberapa metode pengentalan lumpur, diantaranya:

a. Pengentalan lumpur secara gravitasi (gravity thickening)

Gravity thickening merupakan metode pengentalan yang cukup terkenal dan metode yang umum digunakan. Sesuai dengan namanya, dalam proses ini terjadi pengendapan dengan pemanfaatan gaya gravitasi untuk memisahkan air dari dalam lumpur. Sistem gravity thickening terbagi menjadi 3 (tiga) zona, yaitu:

1. Clear zone, merupakan zona yang berada di paling atas dengan kondisi cairan relatif jernih yang merupakan tempat bagi air yang berhasil dipisahkan dari lumpur untuk kemudian dikeluarkan dari dalam sistem dan dialirkan kembali ke sistem pengolahan air limbah domestik (umumnya menuju ke tahap pengolahan biologi).

2. Feed zone, merupakan zona yang berada di bawah lapisan clear zone yang memiliki konsentrasi padatan yang seragam. Proses pengendapan terjadi pada zona ini. Lumpur yang masuk ke dalam centre sump kemudian mengalir ke bawah pada feed zone. Padatan di dalam lumpur akan mengendap ke dasar clarifier, sedangkan air akan mengalir ke atar menuju ke outlet.

3. Compaction zone, merupakan zona yang berada di bawah setelah lapisan feed zone. Padatan yang terkandung di dalam lumpur akan terakumulasi di dalam zona ini sehingga konsentrasi padatan akan semakin meningkat.

Pengentalan

Pengendapan (Clarifier)

Stabilisasi Lumpur

Alternatif:• Secara Biologi (Aerob

dan Anaerob)• Secara Kimia

(Condioning)

Pengeringan

Alternatif:• Filter Press • Belt Filter Press • Sludge Drying Bed


Selanjutnya, melalui sistem pemompaan atau gravitasi, lumpur yang sudah mengental akan dialirkan menuju ke pengolahan selanjutnya.

Diantara lapisan clear zone dengan feed zone terdapat lapisan/area yang disebut sludge blanket, kedalamannya menjadi faktor penting dalam operasional unit gravity thickening.

Gambar 5-2. Contoh Unit Clarifier Dalam Pengentalan Lumpur di IPALD Kawasan Jababeka

b. Pengentalan lumpur secara flotasi (floating thickening)

Floating thickening merupakan salah satu unit pemekatan lumpur dengan cara pengapungan. Penerapan unit ini dapat mengurangi volume lumpur hingga 30–60% dan meningkatkan konsentrasi lumpur di bawah yang akan keluar dari unit pengolahan pengentalan lumpur. Mekanisme kerja unit ini melalui pemberian injeksi gelembung udara dengan tekanan tinggi, kemudian tekanan dihentikan sehingga gelembung udara naik dan menempel pada gumpalan lumpur. Hal ini menyebabkan lumpur naik ke atas permukaan bak dan akhirnya lumpur terkonsentrasi dan tersisihkan.

c. Pengentalan lumpur secara sentrifugal (centrifugation thickening)

Centrifugation thickening dibagi menjadi 3 (tiga) tipe, yaitu solid bowl decanter, basket type, dan nozzle separator. Pengentalan secara sentrifugal merupakan percepatan proses pemekatan dengan bantuan gaya sentrifugal yang bekerja secara terus menerus.

Secara umum, metode yang sering digunakan adalah pengolahan lumpur menggunakan unit pengentalan secara gravitasi. Hal ini dikarenakan metode (b) dan (c) memerlukan biaya operasional dan perawatan yang lebih tinggi dibandingkan dengan metode gravitasi karena dalam prosesnya membutuhkan peralatan mekanik.

5.1.1.2 Kriteria Desain ThickenerSecara umum, kriteria desain pada unit thickener sama dengan unit clarifier pada pengendapan pertama maupun kedua. Adapun kriteria desain thickener dapat dilihat pada Tabel 5-1 berikut ini.

Tabel 5-1. Kriteria Desain Thickener

No Parameter Satuan Besaran Sumber

1 Overflow rate m3/m2/hari 12–32 Metcalf & Eddy, 1991

2 Solid loading kg/m2 hari 15–150 Qasim, 1985

3 Radius m 3–60 Qasim, 1985


4 Kedalaman bak m 3,5–5,0 Metcalf & Eddy, 1991

5 Dry solid influen % 0,5–2,0 Qasim, 1985

6 Dry solid effluen % 4,0–6,0 Qasim, 1985

7 Hydraulic loading m3/m2/hari 2,0–1,0 Qasim, 1985

8 Solid loading kg/m2 hari 25–80 Qasim, 1985

9 Solid capture % 85–92 Qasim, 1985

10 SS pada supernatan mg/l 300–800 Qasim, 1985

5.1.1.3 Tahapan Penghitungan ThickenerAdapun tahapan perencanaan unit pengentalan lumpur secara gravitasi, yakni:

A. Penghitungan luas permukaan unit

Penghitungan luas permukaan dapat dihitung dengan menggunakan pendekatan dari informasi masa lumpur yang akan masuk ke dalam unit thickener dibagi dengan asumsi solid loading yang digunakan. Persamaan yang digunakan sebagai berikut:

A (m2) = massa lumpur (kg/hari)

solid loading (kg/m2/hari) ............. Persamaan 5-1

B. Dimensi Unit

Diameter tangki tiap unitnya, dengan menggunakan rencana geometri lingkaran, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut ini:

D(m) = 4π

A ............. Persamaan 5-2

C. Kedalaman unit

Kedalaman thickener merupakan penjumlahan dari zona jernih, zona pengendap, dan zona thickening. Kedalaman bak pengental lumpur (kedalaman zona jernih dan zona pengendapan) dapat diasumsikan dengan mengambil nilai dari rentang sesuai dengan kriteria desain pada Tabel 5-1. Untuk zona thickening, penghitungan harus memerhatikan jumlah atau volume lumpur yang terendapkan di dasar unit thickener. Adapun penghitungan kedalaman thickening (zona lumpur) dapat dilakukan dengan tahapan sebagai berikut:

a. Asumsikan waktu detensi (td, dalam hari) pengumpulan lumpur. Hal ini terkait dengan periode penyedotan lumpur yang akan dilakukan oleh operator. Perlu dicatat bahwa semakin lama periode penyedotan yang dipilih, maka semakin besar ruang penyimpanan lumpur yang dibutuhkan.

b. Hitung volume ruang penyimpanan lumpur sebagai fungsi dari h (kedalaman thickening). Ruang lumpur dapat dihitung sesuai dengan geometri yang dipilih.

c. Hitung massa lumpur yang diendapkan dalam periode penyimpanan (sesuai dengan waktu detensi yang dipilih)

d. Hitung ketinggian thickening, h.

h. Hitung kedalaman total:

= kedalaman zona jernih + kedalaman zona pengendap + kedalaman thickening.


D. Struktur inlet

Struktur inlet terdiri dari central feed well. Lumpur dari tangki aerasi dan bak pengendap pertama dipompakan ke gravity thickener dengan diameter pipa pembuangan. Diameter pipa dapat dihitung sesuai dengan debit lumpur yang akan dialirkan dengan menggunakan persamaan hidrolika aliran dalam pipa.

E. Lumpur dari thickener

Penghitungan lumpur dari thickener bertujuan untuk mengetahui volume lumpur yang akan dialirkan dalam periode tertentu untuk diolah pada pengolahan selanjutnya. Tahapan penghitungan volume lumpur, yakni:

a. Massa lumpur, dilakukan dengan mengalikan massa lumpur yang masuk ke dalam unit thickener (kg/hari) terhadap asumsi desain persen solid capture yang dipilih (Lihat Kriteria Desain).

b. Debit lumpur, dilakukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

debit lumpur (m3) = massa lumpur (kg/hari)

(konsentrasi solid (%) x specific gravity (g/m3) ............. Persamaan 5-3

c. Rencanakan pompa pengurasan lumpur (jika dibutuhkan). Penghitungan pompa dapat dilihat pada Buku Perencanaan Pompa.

F. Struktur Outlet

Outlet dari unit thickener dapat direncanakan dengan menggunakan pelimpah. Pada umumnya, pelimpah yang digunakan yakni berbentuk V atau disebut sebagai V-notch. Pelimpah ini dipertimbangkan untuk digunakan karena dapat berfungsi baik dengan debit yang kecil. Pelimpah direncanakan di sepanjang sisi thickener untuk dapat menampung dan mengalirkan air supernatan. Tahapan penghitungan pelimpah outlet, yakni:

a. Menghitung panjang weir

Pweir = (Q puncak setiap bak per hari)beban weir

............. Persamaan 5-4

b. Hitung total panjang weir. Nilai beban weir dapat diasumsikan sebesar 120 m3/m/hari. Total panjang weir dihitung dengan persamaan:

Ptotal weir = 2(P+L sebelum baffle)+2 (P+L setelah ditambah baffle)-kotak efluen ............. Persamaan 5-5

c. Hitung beban weir aktual

Bebanweir = debit puncak per hariPtotal weir

............. Persamaan 5.6

d. Hitung diameter pipa outlet, terlebih dahulu menentukan kecepatan aliran dalam pipa, v = 0,5 m/detik. Luas penampang pipa dihitung menggunakan persamaan berikut:

Apipa outlet = Qvdalam pipa

............. Persamaan 5-7

e. Menghitung diameter pipa outlet

Diameter pipa oultet = √ Apipa outlet

0,25 π ............. Persamaan 5-8


5.2. Stabilisasi (Sludge Stabilization)Stabilisasi lumpur merupakan upaya mengurangi kandungan senyawa organik dalam lumpur atau mencegah terjadinya aktivitas mikroorganisme. Selain itu, tujuan stabilisasi lumpur adalah supaya lumpur menjadi lebih stabil, menghindari terjadinya pembusukan lumpur, mencegah adanya bau yang mengganggu, serta mengurangi konsentrasi materi volatil dan kandungan patogen.

5.2.1. Stabilisasi Biologi

5.2.1.1 Stabilisasi Aerobik

5.2.1.1.1 Deskripsi dan Prinsip Kerja

Prinsip proses stabilisasi aerobik, yaitu suatu proses degradasi senyawa organik dalam lumpur yang dilakukan dengan memanfaatkan peran mikroorganisme aerob, proses ini sama seperti proses lumpur aktif pada pengolahan air limbah domestik. Sejumlah udara dialirkan ke dalam sistem stabilisasi lumpur aerob. Sistem stabilisasi ini dapat dilakukan sebelum atau sesudah dilakukannya proses pengeluaran air dari lumpur dan dapat dilakukan dalam suatu tangki terbuka maupun tertutup. Secara umum, perencanaan stablisasi aerobik sama dengan sistem lumpur aktif atau kolam aerasi.

Kelebihan stabilisasi aerobik adalah mudah dalam pengoperasian dan pengontrolan, sedangkan kelemahan sistem ini adalah membutuhkan banyak energi listrik untuk suplai oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme dalam menguraikan organik material di dalam lumpur.


Adapun kriteria desain stablisasi aerobik dapat dilihat pada Tabel 5-2 berikut ini. Tabel 5-2. Kriteria Desain Stablisasi Aerobik


1 Solid Retention Time (SRT) 10–15 a

15–20 b

hari

Qasim, 1985

2 Volume diperbolehkan 0,085–0,113 m3/kapita

3 Beban VS 0,384–1,6 kg/m3.hari

4 Kebutuhan gas

Sistem Diffuser a 0,020–0,035 m3/m3.min

Sistem Diffuser b >0,06 m3/m3.min

Sistem Mekanik 0,0263–0,0329 kW/ m3

5 DO Minimum 1,0–2,0 mg/L

6 Suhu >15 oC

7 VSS 35–50 %

8 Kebutuhan Tenaga 6–7,5 kW per 10.000 EP

Keterangan:a = hanya limbah dari lumpur aktifb = limbah dari pengolahan pertama dan lumpur aktif atau lumpur dari pengolahan pertama saja


5.2.1.1.3 Tahapan Perhitungan

Adapun tahapan perhitungan unit stabilisasi aerobik sebagai berikut:

A. Konsetrasi BODe

Perhitungan konsentrasi final BODe di dalam efluen dapat dihitung dengan tahapan sebagai berikut:

BODe = BODs – BOD (efluen suspended solid, mg/L)

di mana BODs merupakan asumsi konsentrasi BOD soluble yang dapat diasumsikan. Nilai ini merupakan konsentrasi BOD5 yang keluar daru unit lumpur aktif. Sedangkan BOD efluen suspended solid dapat ditentukan dengan menggunakan pendekatan sebagai berikut:

BODefluen suspended solid = 1,42 f G Xe

di mana: f = rasio BOD/BODu, nilai tipikalnya yakni 0,70 G = Fraksi VSS/TSS, nilai tipikalnya 0,8–0,85 Xe = konsentrasi TSS pada efluen (mg/L)

B. Efisiensi pengolahan

Efisiensi pengolahan dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

μ = (So - S) mg/L

So

di mana So merupakan konsentrasi BOD influen dan S merupakan konsentrasi BOD efluen yang dihitung pada nomor 1.

C. Volume tangki

Penghitungan volume dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

V = QθcY(S

o - S)

X (1 + kdθc)

di mana: V = volume tangki (m3)

Q = debit air limbah domestik yang masuk (m3/hari)

X = MLVSS (mg/L)

kd = koefisien Decay (hari-1)

θc = umur sel (hari)

Y = koefisien pertumbuhan (mg/mg)

D. Luas tangki

Luas tangki dapat dihitung dengan mengasumsikan kedalaman tangki. Kedalaman tangki dapat diasumsikan pada rentang 3 hingga 4,5 m.

E. Dimensi tangki

Penghitungan dimensi tangki dilakukan dengan menggunakan asumsi rasio panjang dan lebar sesuai dengan kriteria desain. Jika tangki berbentuk persegi, maka lebar tangki dapat dihitung sebagai berikut:

Luas = P x L

= 2 x L2

maka,

lebar (L) =

A2


Panjang (p) ditentukan berdasarkan rasio yang digunakan. Dalam perencanaan tangki, kedalaman pertu ditambahkan dengan free board yang umumnya setinggi 0,5 m.

F. Lumpur yang dihasilkan

Hitung koefisien pertumbuhan observasi (Yobs) dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

Yobs = Y

(1 + kdθc)

Hitung pertambahan MLVSS (Px) dengan menggunakan persamaan di bawah ini:

Px = Yobs Q (So – S)

Hitung pertambahan MLSS (Px) dengan menggunakan bersamaan berikut ini:

Pxss = Px

Rasio MLVSS/MLSS


Massa lumpur yang akan dibuang (Qs) = Pxss – ((Q – Vs) x BOD5ef)

Vs merupakan lumpur yang akan dibuang, dapat dihitung dengan membagi debit lumpur terhadap asumsi MLSS (kg/m3) dalam reaktor.

G. Return Sludge

Laju return sludge dihitung berdasarkan konsentrasi MLSS di dalam tangki aerasi dan TSS di return sludge. TSS di influen dapat diasumsikan dengan nilai yang sangat kecil.

MLSS (Q + Qr) = TSS dalam sludge x Qr

H. Kontrol Desain

a. Waktu Aerasi (td)

td = volumedebit

b. Rasio F/M (U) tiap tangki

U = Q(So- S)

V X

c. Organic Loading (OL)

OL = SoQ

V

I. Kebutuhan Oksigen

a. Kebutuhan oksigen teoretis (N)

b. Kebutuhan Oksigen Standar (SOR)


di mana: N = kebutuan oksigen teorits (kg/hari)

Cnsw = konsentrasi oksigen pada temperatur lapangan (mg/l)= 8,5 mg/l (Metcalf & Eddy)

Csw = konsentrasi oksigen pada temperatur standar 20oC (mg/l) = 9,15 mg/l (Qasim)

C = DO minimum yang dicapai dalam tangki (mg/l), 2 mg/l

β = faktor koreksi tegangan tergantung salinitas air limbah = 0,9 (Qasim)

x = faktor koreksi transfer oksigen = 0,95 (Qasim)


fa = [1 – (ketinggian / 9.450)]

= [1 – (675 m / 9.450 m)] = 0,93


temperatur udara ambien rata-rata dan temperatur influen. Nilai T dapat

diketahui menggunakan persamaan berikut:

di mana: A = luas total permukaan tangki aerasi (m2)

= 2 unit x 2.312 m2 = 4.624 m2

Ta = temperatur udara ambien = 24oC

Ti = temperatur maksimum influen air limbah = 27oC

f = faktor proporsional = 0,5 m/hari

c. Volume udara yang dibutuhkan

Berat jenis udara = 1,201 kg/m3

Berat oksigen di udara = 23,2%

Faktor koreksi aerator (FA) = 0,65

Kebutuhan volume udara sebenarnya di lapangan (M):

d. Kebutuhan Udara Teoritis

Mt = M / FA = M / 0,65

e. Total Udara Desain (Md)

Udara yang dibutuhkan dalam desain dapat diasumsikan sebesar 150% dari udara teoritis

f. Volume udara per kg BOD5 disisihkan per m3 air buangan yang diolah per m3 tangki

Mb = Md / (So – S) x Q

g. Volume Udara per Volume Air Buangan (Ma)

Ma = Md / Q


h. Volume Udara per Volume Tangki Aerasi

Mt = Md/(2 tangki x 10.404 m3)

5.2.1.2 Stabilisasi Anaerobik

5.2.1.2.1 Deskripsi Teknologi dan Prinsip Kerja

Prinsip proses stabilisasi anaerobik yaitu suatu proses degradasi senyawa organik karbon yang terkandung dalam lumpur dengan memanfaatkan peran mikroorganisme anaerob. Sistem ini dilakukan sebelum proses pengeluaran air dari lumpur dan biasanya hanya untuk lumpur biologi dan dilakukan dalam tangki tertutup dengan sistem pengeluaran gas yang dapat dilengkapi dengan sistem pengadukan. Dengan sistem ini, senyawa organik yang terkandung dalam lumpur sekitar 50% dapat diubah menjadi biogas yang tersusun dari metan (CH4) dan karbondioksida (CO2), apabila terdapat kandungan sulfur dalam senyawa organik maka dihasilkan biogas H2S. Biogas yang dihasilkan sangat potensial jika dimanfatkan sebagai sumber energi, sedangkan sisa lumpur bisa dimanfaatkan menjadi pupuk.


Adapun kriteria desain stablisasi anaerobik dapat dilihat pada Tabel 5-3 berikut ini. Tabel 5-3. Kriteria Desain Stablisasi Anaerobik

No. Parameter Standar Rate High rate Satuan

1 Waktu detensi lumpur/waktu pengeraman 30–60 10–30 hari

2 Sludge Loading 0,64–1,60 2,40–6,41 kg VS/m3.hari

3 Kriteria Volume

Pengendapan I 0,03–0,04 0,02–0,03 m3/kapita

Pengendapan I+II (dari activated sludge) 0,06–0,08 0,02–0,04 m3/kapita

Pengendapan I+II (trickling filter) 0,06–0,14 0,02–0,04 3

4 Konsentrasi solid (lumpur kering) yang masuk 2–4 4–6 %

5 Konsentrasi lumpur setelah pengeraman (digested solid) 4–6 4–6 %

6 Diameter 6–40 m

7 Kedalaman 7–14 m

8 Kemiringan dasar reaktor 1 (vertikal) : 4 (horizontal)

Sumber: Qasim, 1985

5.2.1.2.3 Tahapan Perhitungan

Adapun penghitungan unit stabilisasi anaerob dapat dilihat pada tahapan berikut ini:A. Kapasitas dan dimensi unit pengolahan

Penghitungan kapasitas dan dimensi unit Stablisasi Anaerobik dapat ditentukan dengan menghitung beban lumpur dari dua alternatif metode diantaranya yakni waktu detensi (td) atau volume lumpur pendekatan populasi pelayanan. Variabel-variabel tersebut dapat dilihat pada Tabel 5-3. Penghitungan kapasitas dan dimensi dapat dilakukan dengan menggunakan metode sebagai berikut:


a. Penghitungan kapasitas bangunan unit pengolahan

volume digester = debit (m3/hari) x waktu detensi (hari)

b. Penentuan dimensi reaktor, dilakukan dengan mengambil asumsi kedalaman reaktor sehingga dapat diperoleh diameter reaktor. Dalam penghitungan dimensi perlu dipertimbangkan jumlah unit yang akan direncanakan untuk dibangun.

c. Hitung ulang volume reaktor digester, perlu dilakukan karena dalam proses penghitungan dimensi dapat memungkinkan terjadinya pembulatan bilangan. Oleh karena itu, penghitungan ulang volume perlu dilakukan untuk mendapatkan parameter desain sebenarnya.

B. Perhitungan Solid Retention dan Solid Loading

C. Gas yang Dihasilkan

Persamaan yang digunakan:

di mana: Px = gas yang dihasilkan (kg/hari)

Y = koefisien Yield (g/g) (0,04–0,1) mg VSS/mg BOD yang digunakan

D. Solid yang Dihasilkan

a. Jumlah solid lumpur

• VS = massa lumpur influen x fraksi Volatile Solid

• VS yang dihancurkan = VS x % Volotile Solid Destruction

• TS sisa setelah digester = non volatile solid + VS sisa

b. Total massa dalam Digester

• Total massa dalam digester = massa influen / %Solid

• Total massa yang meninggalkan digester

Masa yang meninggalkan digester

= massa di digester – kehilangan massa dalam bentuk gas

(asumsi densitas gas digester adalah 86% terhadap udara dan berat udara adalah 1,162 kg/m3)


5.2.2 Stabilisasi Kimia (Alkaline Stabilization)5.2.2.1 Deskripsi dan Prinsip Kerja

Stabilisasi lumpur dengan menggunakan metode kimia dapat dilakukan dengan menggunakan senyawa kapur atau CaO untuk mendegradasi patogen yang berpotensi terkadung di dalam lumpur hasil pengolahan pada pengendapan pertama dan pengolahan biologi. Penambahan CaO ke dalam lumpur diharapkan dapat meningkatkan nilai pH lumpur di atas 12. Kondisi ini memungkinkan untuk tidak terjadinya proses pembusukan, terbentukan bau dan tumbuhnya bakteri patogen. Menurut Qasim (1985), CaO harus dicampurkan ke dalam lumpur dengan waktu tinggal (detention time) 3 jam agar mendapatkan hasil yang signifikan dalam penyisihan bakteri patogen.

5.2.2.2 Kriteria Desain

Adapun kriteria dalam perencanaan unit stabilisasi dengan metode kimia dapat dilihat pada Tabel 5-4 dan Tabel 5-5.Tabel 5-4. Kriteria Desain Stablisasi Secara Kimia

No. Tipe LumpurKonsentrasi Solid

Dosis Kapur

(kg Ca(OH)2/kg Solid Kering

Rentang Tipikal Rentang Tipikal

1 Lumpur dari pengendapan pertama 3–6 4,3 0,06–0,17 0,12

2 Lumpur aktif 1–1,5 1,3 0,21–0,43 0,30

3Campuran lumpur pengendapan pertama dan lumpur aktif

1,5–3,0 2,5 0,15–0,35 0,24

4 Lumpur terstabilisasi 5–6 5,5 0,15–0,30 0,25

Tabel 5-5. Kriteria Desain Sistem Pengaduk

No. Jenis PengadukanKriteria Desain

SumberSatuan Nilai

1 Pengaduk mekanik kW/103 m3 20–40Metcalf Edy, 2014

2Pengaduk dengan menggunakan sistem difusi udara

m3/m3.min 0,02–0,04

5.2.2.3 Tahapan Perhitungan

Perhitungan unit stabilisasi secara kimia dapat dilakukan dengan menentukan volume bak pengaduk dan kecepatan peralatan pengaduk baik pengaduk mekanis maupun dengan menggunakan difusi udara. Adapun tahapan perhitungan yang dapat dilakukan, yakni:

A. Penghitungan volume bak

Perhitungan voume (m3) dapat dilakukan dengan mengalikan debit lumpur terhadap kriteria waktu detensi, yakni 3 jam.

B. Penghitungan dimensi

Penghitungan dimensi dapat dilakukan sesuai dengan rencana bentuk geometri dari bak yang direncanakan. Tidak ada kriteria khusus untuk kedalaman bak stabilisasi kimia. Penentuan kedalaman dapat ditentukan dengan mempertimbangkan ketinggian dari peralatan pengaduk yang digunakan. Dari asumsi kedalaman yang direncanakan, maka dimensi bak dapat ditentukan.


5.3 Penirisan (Dewatering) dan Pengeringan (Drying)Tujuan pengeringan lumpur adalah untuk mengurangi kadar air dalam lumpur atau kelembaban lumpur. Pengeringan lumpur dilakukan untuk memudahkan pembuangannya, terutama dalam hal transportasi. Proses pengeringan lumpur dapat dilakukan secara alami dan juga menggunakan peralatan mekanik.

5.3.1.1 Deskripsi dan Prinsip Kerja

Belt filter press berfungsi untuk memisahkan air dari lumpur dengan menggunakan perbedaan tekanan dengan menggunakan sabuk (belt) berjalan. Prinsip kerja sistem ini adalah memberi tekanan pada lumpur yang berada di antara lempengan-lempengan filter (filter plate). Tekanan yang diberikan menggunakan gaya hidrolik di kedua sisi lempengan. Filter ini tersusun dari plate dan frame filter yang berjumlah banyak, di mana bagian dalam dari frame tersebut ditarik oleh filter kain yang bersambungan. Setelah frame terkunci karena tekanan hidrolik, lumpur akan tertekan masuk dari tabung suplai ke dalam ruang filtrasi. Air yang tersaring karena tekanan akan jatuh dari frame, lumpur akan mengental karena kehilangan air dan tersisa dibagian dalam.

Gambar 5-3. Contoh Unit Belt Filter Press

Keuntungan utama belt filter press adalah cake kering, kebutuhan energi rendah, dan operasi yang terus menerus. Kekurangannya adalah kehidupan media yang pendek, dan tingkat filtrasi sensitif terhadap lumpur yang masuk.

Gambar 5-4. Contoh Desain Unit Belt Filter PressSumber: Abfertiawan, 2008



Adapun kriteria desain belt filter press dapat dilihat pada Tabel 5-6 berikut ini. Tabel 5-6. Kriteria Desain Belt Filter Press

No Parameter Nilai Satuan

1 Lebar Belt 0,5–3,5 m

2 Beban Lumpur 90–680 kg/m. Jam

3 Beban Hidrolis 1,6–6,3 L/m.detik

Sumber: Tchobanoglous et al., 2003


Adapun tahapan perhitungan unit pengolahan belt filter press, yakni:

A. Menghitung produksi lumpur rata-rata setiap minggu

B. Menghitung kebutuhan pemrosesan padatan kering setiap hari dan setiap jam

C. Menghitung ukuran belt filter press

D. Menghitung laju alir filtrat dengan mengembangkan keseimbangan padatan dan persamaan neraca air

Dari hasil perhitungan tersebut, perencana dapat menyesuaikannya dengan spesifikasi peralatan yang tersedia dari produsen peralatan tersebut. Tabel berikut ini merupakan contoh spesifikasi belt filter press.

Tabel 5-7. Contoh Spesifikasi Belt Filter Press

Belt Filter Press Type

Lebar BeltDimensi

Energi Debit LumpurPanjang Lebar Tinggi

A 700 3.200 1.100 1.800 0,37 2–6

B 1.100 3.200 1.500 1.800 0,55 4–10

C 1.600 3.200 2.000 1.800 1,1 6–18

D 2.100 3.200 2.500 1.800 1,5 12–25

E 2.600 3.200 3.000 1.800 2,2 18–35

5.3.2 Bak Pengering Lumpur (Sludge Drying Bed) 5.3.2.1 Deskripsi dan Prinsip Kerja

Prinsip bak pengering lumpur yaitu mengeluarkan air lumpur melalui media pengering secara gravitasi dan penguapan sinar matahari. Lumpur yang berasal dari pengolahan air limbah secara langsung tanpa dilakukan proses pemekatan terlebih dahulu dapat dikeringkan dengan bak pengering lumpur. Bak pengering berupa bak dangkal yang berisi media penyaring pasir, batu kerikil sebagai penyangga pasir serta saluran air tersaring (filtrat) dibagian bawah bak. Pada bagian dasar dibuat saluran pembuangan air dan di atasnya diberi lapisan kerikil dan lapisan pasir kasar. Pengurangan kandungan air dalam lumpur menggunakan sistem pengering alami dengan matahari, maka air akan berkurang melalui saringan dan proses penguapan. Kelebihan bak pengering lumpur adalah sistem operasi yang mudah dan sederhana serta biaya operasional rendah. Kelemahan bak pengering lumpur adalah membutuhan lahan yang cukup luas dan sangat bergantung dengan cuaca.


Gambar 5.5. Desain Sludge Drying Bed


Dalam perencanaan bak pengering lumpur terdapat beberapa kriteria desain yang perlu dipenuhi, adapun kriteria desain tersebut dapat dilihat pada Tabel 5-8.

Tabel 5-8. Kriteria Desain Bak Pengering Lumpur (Sludge Drying Bed)


1 Tebal Pasir 23–30 cm

Qasim, (1985)

2 Tebal kerikil 20–30 cm

3 Sludge loading rate 100–300 kg/m2.tahun

4 Tebal bed 20–30 cm

5 Lebar bed 5–8 m

6 Panjang bed 6–30 m

7 Waktu pengeringan 10–15 hari

8 Uniformity coefficient < 4

9 Effective size 0,3–0,75 mm

10 V air dalam inlet 0,75 m/detik

11 V air dalam drain 0,75 m/detik


Adapun tahapan perhitungan unit SDB yakni:

A. Perhitungan Volume SDB

Volume SDB dapat ditentukan dengan mengalikan debit lumpur terhadap lamanya periode pengeringan. Persamaan yang digunakan, yakni:

Vol SDB = debit lumpur x periode pengeringan

B. Perhitungan luas permukaan SDB

Dengan mengasumsi ketebalan lumpur (lihat kriteria desain) di atas media pada SDB, maka luas permukaan SDB dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut ini:

ASDB = vol SDBketebalan lumpur


C. Jumlah unit SDB

Tentukan panjang dan lebar dari setiap unit SDB. Penentuan luas dan lebar dapat ditentukan dengan mempertimbangkan ketersediaan luas lahan di area IPALD. Panjang dan lebar harus tetap sesuai dengan kriteria desain yang tercantum pada Tabel 5-8. Selanjutnya luas total kebutuhan SDB (ASDB) hasil perhitungan pada poin B dibagi dengan luas setiap unit SDB sehingga diperoleh jumlah unit SDB yang dapat menampung seluruh volume lumpur.

D. Kedalaman total SDB dihitung dengan mempertimbangkan asumsi rencana ketebalan masing-masing media, ketebalan lumpur, dan free board.


6. PLANT LAYOUT

Plant layout atau tata letak IPALD adalah susunan fisik unit pengolahan yang dirancang pada lokasi yang dipilih. Penetapan tata letak IPALD bertujuan untuk mengatur posisi spasial unit-unit yang ada beserta bangunan utilitas lainnya (gedung administrasi, gudang, dan lainnya). Hal ini sebagai gambaran fisik secara menyeluruh posisi IPALD, walaupun masih bersifat umum dan sementara. Pertimbangan tatak letak IPALD meliputi:

a. Geometri lokasi IPALD

b. Topografi lokasi

c. Kondisi tanah dan pondasi

d. Lokasi saluran pengumpul air limbah

e. Lokasi pembuangan air hasil pengolahan

f. Gradien hidrolis lokasi

g. Jenis-jenis proses

h. Efisiensi pengolahan proses

i. Akses transportasi

j. Aksesibilitas untuk pekerja

k. Reliabilitas dan ekonomi operasional

l. Estetika dan lingkungan

m. Ketersediaan lahan untuk perluasan bangunan di masa yang akan datang

Profil Hidrolis 95

7. PROFIL HIDROLIS

Perhitungan profil hidrolis dilakukan untuk menetapkan posisi vertikal setiap unit IPAL pada lahan yang disediakan dengan cara menghitung kehilangan tekanan (head loss) akibat aliran dalam unit-unit IPAL ketika beroperasi. Tujuan lain pada perhitungan hidrolis adalah untuk menentukan lokasi ketinggian atau elevasi dari setiap unit IPAL yang akan dibangun. Pada umumnya penetapan elevasi dilakukan secara mundur dimulai dari elevasi muka air di badan penerima sampai ke elevasi pipa pengumpul air limbah. Gambar profil hidrolis biasanya menggunakan gambar horizontal dan vertikal yang berbeda.

Dalam proses analisis profil hidrolis setidak perencana harus memerhatikan tiga hal, yakni posisi elevasi muka air di setiap unit dan saluran, head, dan head loss.

7.1. HeadHead dapat diartikan sebagai tinggi kolom air yang dapat terangkat akibat adanya tekanan air tersebut. Jika sebuah sistem reservoir memiliki tekanan sebesar 14,7 psi (pounds per square Inch) atau ± 1 Bar, maka air dapat memiliki head sebesar 10 m. Hubungan antara tekanan dan head dapat diekspresikan melalui persamaan berikut ini:

P = 0,0981 H SG ............... Persamaan 7-1

di mana: P = Tekanan (Barr)

H = head (m)

SG = specific gravity fluida (kg/m3)

Dalam penentuan total head terdapat beberapa komponen yang harus diperhitungkan, yakni static head, friction head loss, dan velocity head. Penentuan kebutuhan total head dalam perencanaan IPALD dapat diekspresikan sebagai berikut:

total head = static head + friction head loss + velocity head ............... Persamaan 7-2

Ilustrasi hubungan antar ketiga komponen tersebut dapat dilihat pada Gambar 7-1. Static head dapat didefinisikan sebagai jarak vertikal aktual yang dibutuhkan untuk mengangkat aliran air. Jika sebuah reservoir terletak di elevasi 100 m dan pipa efluen terletak di elevasi 250, maka static head sistem tersebut yakni 250 m – 100 m = 150 m. Friction head merupakan nilai yang mengilustrasikan kebutuhan energi untuk mengatasi head loss yang disebabkan karena friction atau gaya gesek aliran air terhadap pipa atau saluran terbuka dan aksesoris perpipaan. Detail pembahasan terkait hal ini dapat dilihat pada Sub Bab 7.2. Velocity head dapat didefiinisikan sebagai jarak energi yang dikonsumsi untuk mencapai dan mempertahankan kecepatan yang diinginkan dalam sistem.

Gambar 7-1. Ilustrasi Total HeadSumber: Spellman, F.R. and Drinan, J., 2001


7.2 Head loss (Friction Head Loss)

7.2.1 Major Head LossMajor head loss merupakan kehilangan tekanan yang terjadi di sepanjang jaringan perpipaan akibat adanya gaya gesek fluida dengan permukaan pipa. Setidaknya terdapat empat faktor yang mempengaruhi nilai major head loss yakni kekasaran permukaan pipa (roughness), panjang pipa, diameter pipa, dan kecepatan aliran fluida.

Perhitungan major head loss dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan dari Darcy-Weisbach, yakni:

............... Persamaan 7-3

atau jika memasukan variabel debit, persamaan tersebut dapat diekspresikan menjadi:

...............Persamaan 7-4

di mana: hf = head loss (m) f = koefisien gaya gesek (lihat Persamaan 7-5 dan Gambar 7-2) L = panjang pipa (m) D = diameter pipa (m) g = percepatan gravitasi (m/detik2) Q = debit (m3/detik)

Koefisien gaya gesek (f) dapat diperoleh dengan melihat hubungannya dengan bilangan Reynold. Gambar 7-2 menunjukkan hubungan antara koefisien gaya gesek dan bilangan Reynold. Selain itu, koefisien gaya gesek dapat pula dihitung dengan menggunakan persamaan Aldsul (1952) yang relatif sederhana jika dibandingkan persamaan lainnya. Persamaan Aldsul dapat dilihat berikut ini:

............... Persamaan 7-5

di mana: ε = roughness (mm) (Lihat tabel 7-1)

D = diameter (m)

Re = bilangan Reynold (lihat Persamaan 7-6)

Nilai kekasaran atau roughness setiap pipa berbeda-beda, bergantung pada karakteristik bahan pipa. Nilai roughness untuk beberapa jenis pipa dapat dilihat pada Tabel 7-1.

Profil Hidrolis 97

Gambar 7-2. Grafik Moody Terkait Hubungan Koefisien Gaya Gesek (F) dan Bilangan Reynold (Re)

Tabel 7-1. Nilai Kekasaran Pipa

No. Material Pipa Nilai Roughness (mm)

1 Cast Iron 0,26

2 Steel 0,045

3 Concrete 0,3-3,0

4 Plastik 0 (halus)

Untuk bilangan Reynold (tanpa dimensi) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini:

............... Persamaan 7-6

di mana: Re = bilangan Reynold

ρ = densitas Fluida (kg/m3)

μ = viskositas dinamis (Pa.s)

ν = viskositas kinematis (m2/s); ν = μ / ρ.


7.2.2 Minor Head LossMinor head loss terjadi karena adanya gaya gesek antara fluida dan permukaan pipa akibat adanya turbulensi. Minor head loss dapat terjadi di aksesoris perpipaan diantaranya valve, perlengkapan seperti belokan, sambungan, dan lain-lain. Minor head loss biasanya ditemukan dalam nilai yang relatif sangat kecil, dapat kurang dari 5% dari total head loss. Oleh karena itu, seringkali nilai minor head loss diabaikan oleh perencana. Namun, dalam perencanaan SPALD-T, perencana harus tetap menghitung Minor head loss untuk memastikan kebutuhan head untuk sistem perpompaan dapat ditentukan dengan tepat sehingga air limbah domestik dapat dialirkan sesuai perencanaan. Perhitungan minor head loss yang disebabkan karena aksesoris perpipaan dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan berikut ini:

............... Persamaan 7-7

di mana: hL = head loss (m)

k = koefisien head loss (kinetic energy factor)

v = kecepatan aliran (m/d)

g = percepatan gravitasi (m/d2)

Nilai k merupakan koefisien head loss yang setiap aksesoris memiliki nilai yang berbeda-beda, dipengaruhi oleh energi kinetik yang dihasilkan oleh aliran air di dalam aksesoris tersebut. Total nilai k dapat dihitung dengan menjumlahkan seluruh nilai k dari aksesoris-aksesoris yang digunakan. Adapun nilai k untuk beberapa aksesoris dapat dilihat pada Tabel 7-2.

Tabel 7-2. Nilai Koefisien Head Loss Minor

Profil Hidrolis 99

Gambar 7-3. Nilai K untuk Head Loss Minor dari Perubahan Dimensi Pipa

7.3 Hydraulic Grade Line (HGL) dan Energy Grade Line (EGL)Pembuatan profil hidrolis pada jaringan perpipaan (aliran gravitasi dan bertekanan) dan saluran terbuka harus dilakukan oleh setiap perencana di setiap sub-sistem pada SPALD-T. Hal ini dilakukan agar perencana maupun pemrakarsa dapat mengetaui secara detail perilaku aliran di dalam perpipaan maupun saluran terbuka. Dalam profil hidrolis setidaknya dikenal dengan dua istilah penting yakni Hydraulic Grade Line (HGL) dan Energy Grade Line (EGL) yang harus dipahami oleh setiap perencana. Analisis dua garis tersebut dapat dilakukan dengan mempertimbangkan faktor elevasi bangunan dan hidrolika saluran yang telah dibahas pada sub bab sebelumnya. HGL dalam jaringan pipa bertekanan menggambarkan pressure head (lihat Gambar 7-4). Namun, di saluran terbuka, HGL dapat digambarkan sesuai dengan profil permukaan air. HGL dan EGL harus digambarkan berdasarkan perhitungan yang tepat oleh setiap perencana pada sub-sistem pengumpulan maupun sub-sistem pengolahan terpusat.

Gambar 7-4. Perbedaan Aliran di dalam Perpipaan dan Saluran TerbukaSumber: Metcalf & Eddy, 2014


8. CONTOH PERENCANAAN

Untuk melakukan penghitungan sub-sistem pengolahan terpusat pada SPALD-T, Kota A diasumsikan akan dibangun IPALD skala kota. Hasil analisis data laju pertumbuhan penduduk dan fasilitas umum Kota A diperoleh data kuantitas timbulan air limbah domestik. Selain itu, data konsentrasi BOD dan TSS jika diketahui sebesar sebagai berikut:

Tabel 8-1. Contoh data perencanaan IPALD Skala Perkotaan

Parameter Simbol Satuan Besaran

Debit Tahap 1 Minimum

Rata-rata

Maksimum

Qmin

Qr

Qmaks

m3/detik

0,313

0,591

1,114

Debit Tahap 2

Minimum

Rata-rata

Maksimum

Qmin

Qr

Qmaks

m3/detik 0,825

1,373

2,279

BOD

Tahap 1

Tahap 2

- mg/L 215

273

TSS

Tahap 1

Tahap 2

- mg/L 244

248

Data-data di atas akan digunakan sebagai data dasar dalam melakukan penghitungan terhadap sub-sistem pengolahan terpusat.

8.1 Penentuan Unit-unit pada Sub-sistem Pengolahan Sistem pengolahan yang akan direncanakan ialah menggunakan pengolahan biologi lumpur aktif atau Complete Mixed Activated Sludge (CMAS). Adapun unit-unit pendukung lain yang digunakan dalam tiap tahapan ialah:

A. Alterantif 1

• Pengolahan Tingkat Pertama: bar screen, grit chamber, bak pengendap pertama.

• Pengolahan Tingkat Kedua: Tangki Aerasi, Pengendapan Kedua (Clarifier)

• Pengolahan Lumpur: gravity thickener, aerobic digester, belt filter press

B. Alterantif 2

• Pengolahan Tingkat Pertama: bar screen, grit chamber, bak pengendap pertama.

• Pengolahan Tingkat Kedua: Tangki Aerasi, Pengendapan Kedua (Clarifier)

• Pengolahan Lumpur: gravity thickener, aerobic digester, belt filter press

Skema pengolahan air buangan domestik yang akan dibangun dapat digambarkan pada Gambar 8-1 dan Gambar 8-2.

Contoh Perencanaan 101

Gambar 8-1. Skenario Sub-sistem Pengolahan Terpusat

8.2 Perencanaan Sub Sistem Pengolahan: Pengolahan Tingkat Pertama

8.2.1 Unit Pengolahan Saringan (Bar Screen)

A. Dimensi Bar Screen dalam Kondisi Bersih

Dimensi saluran sebelum melalui bar screen mekanis direncanakan beroperasi sampai tahap II.

a. Sampai pada Tahap II, direncakan jumlah bar screen yang akan dibuat sebanyak 2 unit mechanical bar screen dan beroperasi pada kondisi maksimum.

b. Debit masing-masing bar screen(Q’maks)

c. Luas total bukaan batang (A)

d. Lebar bersih bukaan (l)

e. Jumlah batang (n)

(n+1) x b = l

(n+1) x 3 cm = 92 cm

Maka n = 30 batang

f. Lebar bukaan total saringan (w bukaan)

w bukaan= (30+1) x b

w bukaan= 93 cm

g. Lebar total bangunan saringan (Wc)

Wc = w bukaan + ( n x φ)


Wc = 93 cm + ( 30 x 1 cm)

Wc = 123 cm 1,25 m

h. Panjang saringan yang terendam air (Ls)

Ls = d/sin α Ls = 1,25/sin 75o

Ls = 1,27

Sehingga Kedalaman aliran (d1) tiap-tiap debit dapat dihitung. Hasil penghitungan kedalaman air tiap kondisi debit, yakni:Tabel 8-2. Kedalaman dan Kecepatan Aliran di Saluran Bar Screen

Segmen 1 SatuanTahap 1 Tahap 2

Min Rata-rata Maks Min Rata-rata Maks

Debit m3/detik 0,313 0,591 1,114 0,825 1,373 2,279

Kedalaman m 0,4 0,58 0,79 0,67 0,9 1,23

Kecepatan m/detik 0,66 0,83 1,02 0,93 1,1 1,24

8.2.2 Unit Grit ChamberJenis grit chamber yang direncanakan di IPALD Kota A yakni grit chamber aliran horizontal dengan kontrol kecepatan berupa bak pengendap panjang dan sempit dengan kontrol kecepatan yang baik. Grit chamber aliran horizontal didesain untuk mencapai kecepatan pengaliran >> 0,3 m/det dan waktu yang cukup untuk mengendapkan partikel grit di dasar saluran

Direncanakan terdapat 3 unit grit chamber yang akan bekerja pada kondisi maksimum Tahap I. Pada Tahap II akan dibangun 3 unit lagi yang akan bekerja pada kondisi maksimum. Tiap unit akan diberikan pintu air (gate) yang akan berfungsi untuk mengatur jumlah unit yang dioperasikan sesuai dengan kondisi debit. Pada kondisi minimum Tahap I hanya akan difungsikan 1 unit. Setiap (satu unit) unit grit chamber didesain dengan kapasitas setengah dari pengaliran maksimum atau kondisi puncak.

Dengan asumsi kecepatan pengendapan (vs) partikel untuk diameter 0,2 mm adalah 4,2 ft/menit = 50,4 inch/menit maka; (Kondisi Maksimum Tahap I)

OR = 900 x vs

= 900 x 50,4 inch/menit

= 45.360 gpd/ft3 = 0,02142 m3/m2.det

Luas permukaan bak (Asurface)


Luas penampang melintang (Across)

Volume bak (V) = Q x td

V = Q x td

Tinggi muka air di bak pada saat maksimum (d)

Lebar bak (w)

Panjang (p)

Kontrol Desain Perhitungan

Periksa volume bak pada saat kondisi debit maksimum tahap II

Volume (V) = p x w x d

= 12, 5 m x 1,5 m x 1,07 m

= 20,625 m3

Waktu detensi pada debit maksimum (td)


8.2.3 Unit Pengolahan Pengendapan Pertama

Unit bak pengendap berfungsi untuk mengurangi kandungan suspended solid dalam air buangan yang biasanya 50–70% (Qasim, 1985) dan 25–40% OD5 (Metcalf, 1991). Bak pengendap pertama yang ditempatkan di depan proses pengolahan biologi biasanya didesain dengan waktu detensi yang lebih pendek dan beban permukaan (surface loading) yang lebih besar, kecuali jika terdapat resirkulasi waste activated sludge (Metcalf & Eddy,1991). Jenis bak pengendap pertama yang dipilih adalah jenis horizontal flow yang berbentuk persegi panjang dengan pertimbangan bahwa bak jenis ini akan dapat mengendapkan partikel dengan ukuran yang heterogen dengan efisiensi yang tinggi. Selain itu, pertimbangan pemilihan jenis ini ialah:

a. kebutuhan lahan yang lebih kecil dibandingkan lahan yang berbentuk circular;b. lebih ekonomis dari segi kontruksi;c. losses lebih kecil pada inlet dan outlet;d. proses pengendapannya lebih baik karena jarak tempuh partikel lebih panjang; dane. penggunaan energi lebih kecil untuk pengumpulan dan penyisihan lumpur

Perencanaan

1. Direncanakan bak dibuat 6 unit sampai tahap II. Namun pada tahap I, di mana debit air buangan tidak terlalu besar, hanya akan dioperasikan 3 unit bak pengendap I. Pada tahap II akan dioperasikan 6 bak pengendap dan satu bak lainnya sebagai cadangan.

2. Debit tiap bak:

Saat kapasitas rata-rata

Tahap I

Tahap II

3. Direncanakan luas bak pada saat debit rata-rata pada tahap II dengan overflow rate 50 m3/m2/hari

Luas permukaan tiap bak pengendap (As)

Asumsikan rasio panjang dan lebar ialah 3:1

Panjang bak = 3 x lebar

Luas = P x L = 3l2

Lebar = 11,4 m = 12 m

Panjang = 3 x 12 m = 36 m


Luas Aktual = 12 m x 36 m = 432 m2

Tinggi bak = kedalaman air + free board = 3 m + 0,5 m = 3,5 m

Volume tiap bak pengendap (V)

V = A x H

V = 432 m2 x 3 m = 1.296 m3

Kontrol Desain Perhitungan

a. Periksa Overflow Rate

Kondisi debit rata-rata:

- Tahap 1

- Tahap 2

b. Periksa Waktu Detensi

Kondisi debit rata-rata:

Tahap I = (1.296 m3)/ (0,197 m3/det x 3.600 det/jam) = 1,8 jam (memenuhi)

Tahap II = (1.296 m3)/ (0,228 m3/det x 3.600 detik/jam) = 1,5 jam (memenuhi)

Penghitungan Volume Lumpur

Penyisihan TSS dan BOD5

Kondisi rata-rata

- Tahap I = overflow rate 42,5 m3/m2 hari

= 59 % penyisihan TSS

= 32 % penyisihan BOD5

- Tahap II = overflow rate 49,4 m3/m2 hari

= 52% penyisihan TSS

= 30% penyisihan BOD5


Debit, BOD5, dan TSS influen

- Debit tahap I = 0,591 m3/det x 86.400 detik/hari = 51.062,4 m3/hari

- Debit tahap II = 1,373 m3/det x 86.400 detik/hari = 118.627,2 m3/hari

- BOD5 tahap I = 215 g/m3 x 51.062,4 m3/hari x (1.000 g/kg)-1 = 10.978,4 kg/hari

- BOD5 tahap II = 273 g/m3 x 118.627,2 m3/hari x (1.000 g/kg)-1 = 32.385,2 kg/hari

- TSS tahap I = 244 g/m3 x 51.062,4 m3/hari x (1.000 g/kg)-1 = 12.459,2 kg/hari

- TSS tahap II = 248 g/m3 x 118.627,2 m3/hari x (1.000 g/kg)-1 = 29.419,5 kg/hari

Karakteristik Primary Sludge

a. BOD5

- Tahap I (32% removal) = 10.978,4 kg/hari x 0,32 = 3.513 kg/hari

- Tahap II (30% removal) = 32.385,2 kg/hari x 0,30 = 9.715 kg/hari

b. TSS

- Tahap I (59% removal) = 12.459,2 kg/hari x 0,59 = 7.351 kg/hari

- Tahap II (52% removal) = 29.419,5 kg/hari x 0,52 = 15.298 kg/hari

Konsentrasi solid = 5%

Specific gravity = 1,03

Debit lumpur

- Tahap 1

- Tahap 2

Lumpur dari tiap bak akan dipompakan ke gravity thickener dengan menggunakan pipa dan pompa lumpur.


8.2.4 Unit Pengolahan Pengolahan Biologi

Alternatif Lumpur Aktif

Tangki aerasi merupakan tempat terjadinya percampuran secara sempurna. Influen dimasukkan ke dalam suatu sistem inlet sehingga beban pengolahan dapat tersebar merata ke seluruh tangki. Dengan cara ini, diharapkan rasio antara substrat dan mikroorganisme cukup seimbang sehingga memungkinkan terjadinya adsorbsi material organik terlarut ke dalam biomassa dengan cepat. Influen yang masuk ke dalam tangki berasal dari efluen bak pengendap pertama yang ditambah dengan aliran resirkulasi lumpur, filtrat dari thickener, digester, dan sludge drying bed.

Kriteria Desain

Kriteria desain proses aerasi dapat dilihat pada Tabel 8-3.Tabel 8-3. Kriteria Desain Lumpur Aktif

Parameter Satuan Besaran Sumber

Umur Sel hari 5-15 Metcalf &Edy, 1991

F/M Ratio hari-1 0,2-0,6 Metcalf &Edy, 1991

Organic Loading kg/m 3hari 0,7-2,0 Metcalf &Edy, 1991

MLSS mg/L 2500-4000 Metcalf &Edy, 1991

Koef. Pertumbuhan mg VSS/mg BOD5 0,4-0,8 Metcalf &Edy, 1991

Koef. Decay hari-1 0,025-0,075 Metcalf &Edy, 1991

Waktu Detensi Hidrolik jam 2,-8,5 Qasim, 1985

Faktor Resirkulasi - 0,25-1,0 Metcalf &Edy, 1991

Data Perencanaan

Data yang akan digunakan dalam mendesain tangki aerasi dapat dilihat pada tabel di bawah ini.Tabel 8-4. Data Perencanaan Lumpur Aktif

Parameter Simbol Besaran Satuan

Umur Sel θc 8 hari

Koef. Pertumbuhan Y 0,5 mg/mg

Koef. Decay kd 0,05 hari-1

BOD5 Efluen S 50 mg/L

MLVSS X 3.000 mg/L

Kedalaman Tangki h 4,5 M

Rasio Panjang:Lebar - 2:1 -

MLVSS/MLSS - 0,8 -

BOD5/BODL - 68 %

MLSS - 3750 mg/L

Biological Solid/Biodegrable 65 %

Konsentrasi return slude 10.000 mg/L


Jumlah Tangki sampai Tahap 2 2 Unit

Debit rata-rata Tahap 1 Qr53.766,07 m3/hari

0,622 m3/detik

Debit rata-rata Tahap 2 Qr119.619,50 m3/hari

1,453 m3/detik

BOD Rata-rata Tahap 1 158 mg/L

BOD Rata-rata Tahap 2 205 mg/L

TSS Rata-rata Tahap 1 125 mg/L

TSS Rata-rata Tahap 2 144 mg/L

Penghitungan

A. Konsetrasi BOD5 Efluen

- BODL dalam efluen solid biodegradable

= 50 mg/l x 0,65 x 1,42 mgO2/sel

= 46,15 mg/l

- BOD5 (suspended) dalam efluen solid biodegradable

= 46,15 mg/l x 0,68

= 31,38 mg/l

- BOD5 (solube) dalam efluen BOD5 (S)

= (50 – 31,38) mg/l

= 18,62 mg/l

B. Efisiensi Pengolahan

Efisiensi pengolahan berdasarkan BOD5 soluble

- Tahap 1

- Tahap 2

Efisiensi pengolahan keseluruhan


Tahap 1

Tahap 2

C. Volume Tangki

Pada Tahap I hanya akan dibangun 1 unit tangki. Sedangkan pada Tahap II akan dibangun satu unit lagi.

a. Debit per tangki

- Tahap I = 53.766,07 m3/hari / 1 unit = 53.766,07 m3/hari

- Tahap II = 125.600,5 m3/hari / 2 unit = 62.800,25 m3/hari

b. Volume Tangki

D. Luas Tangki

Kedalaman tangki direncanakan sebesar 4,5 m

Luas tangki = volume / h

= 11.147,34/ 4,5 m

= 2.477,18 m2

E. Dimensi Tangki

Rasio panjang dan lebar direncanakan = 2 : 1, Panjang = 2 x Lebar

Sehingga,

Luas (A) = P x L

= 2L x L = 2 L2

P = 2 x 34 m = 68 m

Luas aktual = 34 m x 68 m = 2.312 m2

Volume aktual = 34 m x 68 m x 4,5 m = 10.404 m3

Kedalaman total dari free board = 4,5 m + freeboard

= 4,5 m + 0,5 m = 5 m


F. Lumpur yang Dihasilkan

Koefisien pertumbuhan observasi (Yobs)

Pertambahan MLVSS (Px), Px = Yobs Q (So – S)

Tahap I: Px = [0,35 x 53.766,07m3/hari x (158– 18,62) g/m3]/1.000 g/kg

Px = 2.623 kg/hari

Tahap II: Px = [0,35 x 125.600,5 m3/hari x (205 – 18,62)g/m3 ]/1.000 g/kg

Px = 8.193 kg/hari

Pertambahan MLSS (Pxss) Pxss = Px / 0,8

Tahap I = 2.623 kg/hari / 0,8 = 3.278,75 kg/hari

Tahap II = 8.193 kg/hari / 0,8 = 10.241,25 kg/hari


Massa lumpur yang akan dibuang (Qs) = Pxss – ((Q – Vs) x BOD5 eff)

MLSS = 3750 mg/l = 3,75 kg/m3

Volume lumpur yang akan dibuang (Vs) = Qs / 3,75 kg/m3

Tahap I: Qs = 3.278,75 kg/hari – ((53.766,07 – (Qs/3,75)) m3/hari x 50 g/m3/1.000)

Qs = 598,83 kg/hari

Vs = 598,83 kg/hari / 3,75 kg/m3

Vs = 159,68 m3/hari

Tahap II: Qs = 10.241,25 kg/hari – ((125.600,5 – (Qs/3,75)) m3/hari x 50 g/m3/1.000)

Qs = 4.017,46 kg/hari

Vs = 4.017,46 kg/hari / 3,75 kg/m3

Vs = 1.071,32 m3/hari

G. Return Sludge

Laju return sludge dihitung berdasarkan konsentrasi MLSS di dalam tangki aerasi dan TSS dalam return sludge. Diperkirakan bahwa TSS di influen sangat kecil.

MLSS (Q + Qr) = TSS dalam sludge x Qr

3750 mg/l x (Q + Qr) = 10.000 mg/l x Qr

Qr = 3750 Q / 6250

Qr = 0,6 Q atau Qr = 60% Q


Rasio resirkulasi = 60%

Saat debit rata-rata

Tahap I Qr = 0,6 x 53.766,07 m3/hari = 32.259,64 m3/hari = 0,373 m3/det

Tahap II Qr = 0,6 x 125.600,5 m3/hari = 75.360,3 m3/hari = 0,872 m3/det

H. Kontrol Desain

a. Waktu Aerasi (td)

td = volume / debit

td Tahap I = (10.404 m3 x 24 jam/hari) / (53.766,07 m3/hari) = 4,6 jam

td Tahap II = (10.404 m3 x 24 jam/hari) / (62.800,25 m3/hari) = 3,9 jam

b. Rasio F/M (U) tiap tangki

Saat Debit Rata-rata

- Tahap 1

- Tahap 2

c. Organic Loading (OL)

- Tahap 1

- Tahap 2

I. Kebutuhan Oksigen

a. Kebutuhan oksigen teoritis (N)


- Tahap 1

- Tahap 2

b. Kebutuhan Oksigen Standar (SOR)

di mana: N = kebutuan oksigen teoritis (kg/hari)

Cnsw = konsentrasi oksigen pada temperatur lapangan (mg/l) = 8,5 mg/l (Metcalf & Eddy)

Csw = konsentrasi oksigen pada temperatur standar 20oC (mg/l) = 9,15 mg/l (Qasim)

C = DO minimum yang dicapai dalam tangki (mg/l), 2 mg/l

β = faktor koreksi tegangan tergantung salinitas air limbah = 0,9 (Qasim)

x = faktor koreksi transfer oksigen = 0,95 (Qasim)


fa = [1 - (ketinggian / 9.450)]

= [1 - (675 m / 9.450 m)] = 0,93


temperatur udara ambien rata-rata dan temperatur influen.

di mana: A = luas total permukaan tangki aerasi (m2) = 2 unit x 2.312 m2 = 4.624 m2

Ta = temperatur udara ambien = 24oC

Ti = temperatur maksimum influen air limbah = 27oC

f = faktor proporsional = 0,5 m/hari

Maka SOR:

- Tahap 1


- Tahap 2

c. Volume udara yang dibutuhkan

Berat jenis udara = 1,201 kg/m3

Berat oksigen di udara = 23,2%

Faktor koreksi aerator (FA) = 0,65

Kebutuhan volume udara sebenarnya di lapangan (M):

Tahap 1

Tahap 2

d. Kebutuhan Udara Teoritis

Mt = M / FA = M / 0,65

Tahap I = 41.767,27 m3/hari / 0,65 = 64.257,33 m3/hari

Tahap II = 132.046,9 m3/hari / 0,65 = 203.149,12 m3/hari

e. Total Udara Desain (Md)

Udara yang dibutuhkan dalam desain adalah sebesar 150% dari udara teoritis

Sehingga total udara desain:

Tahap I = 1,5 x 64.257,33 m3/hari = 96.386 m3/hari = 66,93 m3/menit

Tahap II = 1,5 x 203.149,12 m3/hari = 304.723,68 m3/hari = 211,6 m3/menit

Udara per tangki = Md / 2 unit

Tahap I = 66,93 m3/menit / 1 = 66,93 m3/menit

Tahap II = 211,6 m3/menit / 2 = 105,8 m3/menit


f. Volume udara per kg BOD5 disisihkan per m3 air buangan yang diolah per m3 tangki

Mb = Md / (So – S) x Q

Tahap 1

Tahap 2

g. Volume Udara per Volume Air Buangan (M¬a)

Ma = Md / Q

Tahap 1

Tahap 2

h. Volume Udara per Volume Tangki Aerasi

Mt = Md/(2 tangki x 10.404 m3)

Tahap 1 = 96.386 m3/hari/(10.404 m3) = 9,26 m3/m3 hari

Tahap 1 = 304.723,68 m3/hari/(2 x 10.404 m3) = 14,64 m3/m3 hari

8.2.5 Unit Pengolahan Pengolahan Pengendapan Kedua

Bak pengendap kedua mempunyai fungsi yang penting dalam meningkatkan pengolaha air buangan yaitu berfungsi untuk memisahkan mixed liquor suspended solid dari efluen clarifier dan untuk mengentalkan lumpur yang diresirkulasi. Lumpur yang mengendap pada dasar clarifier sebagian dipompakan ke tangki aerasi yang kemudian akan diaerasi kembali. Supernatan yang keluar akan didesinfeksi terlebih dahulu sebelum dibuang ke badan air penerima.

Kriteria Desain

Adapun kriteria desain unit pengendalan kedua dapat dilihat pada tabel berikut ini.Tabel 8-5. Kriteria Desain Clarifier


Overflow Rate (OR) m3/m2 hari 12–32 Metcalf &Edy, 1991

Solid Loading kg/m2 hari 15–150 Qasim, 1985

Radius m 3–60 Qasim, 1985

Kedalaman Bak m 3,5–5,0 Metcalf &Edy, 1991


Data Perencanaan

Adapun data perencanaan yang digunakan untuk merencanakan unit pengendapan kedua dapat dilihat pada tabel berikut ini.

Tabel 8-6. Data Perencanaan Clarifier


Debir rata-rata Tahap 1 Qr53.766,07 m3/hari

0,622 m3/detik

Debir rata-rata Tahap 2 Qr119.619,50 m3/hari

1,453 m3/detik

Vol lumpur rata-rata Tahap 1Qs

159,68 m3/hari

Vol lumpur rata-rata Tahap 2 1071,32 m3/hari

Rasio resirkulasi 125

Penghitungan

1. Debit Desain

Direncanakan dibuat 2 unit clarifier pada tahap I. Sedangkan pada Tahap II akan dioperasikan hingga 4 unit clarifier.

Q = debit awal – return sludge flow – lumpur yang dibuang

Q = debit awal – debit lumpur

- Tahap I = 0,622 m3/detik – (159,68 m3/hari / 86.400) m3/detik

= 0,620 m3/detik

- Tahap II = 1,477 m3/detik – (1.071,32 m3/hari /86.400) m3/detik

= 1,464 m3/detik

Debit tiap bak

Tahap I = 0,62 m3/det/2 = 0,315 m3/detik = 1.134 m3/jam

Tahap II = 1,464 m3/det / 4 = 0,366 m3/detik = 1.320 m3/jam

2. Limiting Solid - Loading Rate (SF)

Limiting solid – loading rate dapat diketahui dari kurva solid flux. Untuk konsentrasi return sludge 10.000 mg/l akan diperoleh nilai SF sebesar 2 kg/m2 jam atau 48 kg/m2 hari.

3. Luas Permukaan dan Diameter Bak Pengendap II

Luas permukaan dapat diketahui berdasarkan persamaan berikut

di mana: A = luas bak, m2

Q = debit, m3/jam

X = MLSS, kg/m3 = 3,75 kg/m3

SF = 2 kg/m2 jam


Luas permukaan tiap bak direncanakan untuk tahap II pada aliran rata-rata

Diameter tiap bak:

Luas Aktual

= ¼ π D2

= ¼ x 3,14 x 57 m = 2.550,5 m2

4. Kontrol Desain

Overflow Rate (OR)

OR = Q/A

- Tahap 1

- Tahap 2

Solid Loading (SL)

SL = (QX/A)

- Tahap 1

- Tahap 2

5. Kedalaman Clarifier

a. Kedalaman clarifier adalah penjumlahan antara kedalaman air jernih, kedalaman zona thickening, dan zona pengumpul lumpur.

b. Kedalaman zona air jernih direncanakan 2 m.

c. Kedalaman zona thickening

1. Dalam kondisi normal, massa yang tertahan di clarifier sebesar 30% massa solid di dalam tangki aerasi.

2. Maka konsentrasi lumpur dalam clarifier:

= (100 – 30)% x 10.000 mg/l = 7.000 mg/l


3. Total solid di setiap tangki aerasi

4. Total massa solid di tiap clarifier = 0,3 x 26.460 kg = 7.938 kg

5. Kedalaman zona thickening

d. Ke dalam zona pengumpul lumpur

1. Pertambahan massa pada tangki aerasi adalah pada saat kapasitas puncak selama dua hari berturut-turut

2. Asumsi faktor puncak (peak factor) untuk debit = 2,2 dan BOD = 1,2

3. Total volatil solid yang dihasilkan = YobsQ (Ss – S) / (103 g/kg)

Tahap I = 0,35 x 53.766,07 m3/hari x (158–18,62) g/m3 x 1,2 x 2,2/103 g/kg

= 6.924,3 kg/hari.

Tahap II = 0,35 x 125.600,5 m3/hari x (205–18,62) g/m3 x 1,2 x 2,2/ 103 g/kg

= 21.630,3 kg/hari.

4. Total massa solid dalam dua hari (SS) = 2 x VSS / 0,8

Tahap I = 2 hari x 6.924,3 kg/hari / 0,8 = 17.310,75 kg

Tahap II = 2 hari x 21.630,3 kg/hari / 0,8 =54.075,76 kg

5. Massa dalam tiap clarifier = SS / n

Tahap I = 17.310,75 kg / 2 = 8.655,37 kg

Tahap II = 54.075,76 kg / 4 = 13.518,94 kg

6. Total solid dalam tiap clarifier = SS + total solid D

Tahap I = 7938 kg + 8.655,37 kg = 16.593,37 kg

Tahap II = 7938 kg + 13.518,94 kg = 21.456,94 kg

7. Kedalaman zona pengumpul lumpur = Total Solid / (7000 g/m3 x luas)

Direncanakan kedalaman zona pengumpul lumpur sampai tahap II

8. Kedalaman total clarifier

d = 2 m + 0,44 m + 1,2 m

= 3,64 m = 4 m

Free board = 0,5 m

d total = 4 m + 0,5 m

= 4,5 m


6. Waktu detensi (dt)

Volume clarifier = luas x dalam

= 2550,5 m2 x 4,5 m

= 11.477,25 m3

Waktu detensi (td) = volume / debit

Saat debit rata-rata:

Tahap 1

Tahap 2

8.2.6 Unit Pengolahan Pengolahan Lumpur: Anaerobic Digester

Proses stabilisasi lumpur penting untuk mengurangi bau yang menyengat dan mengontrol potensi pematangan materi organik. Anaerobic digester menggunakan tangki yang kedap udara, sehingga mikoorganisme anaerob mampu menstabilkan materi organik menjadi metana dan karbon dioksida. Lumpur akan menjadi lebih stabil dan memiliki kandungan patogen rendah, sehingga lebih mudah dikeringkan. Anaerobic digester menggunakan proses biokimia yang kompleks serta memanfaatkan mikroorganisme anaerob dan fakultatif untuk mengasimilasi dan memecahkan materi organik. Proses ini terjadi dalam dua fase, yakni asam dan metan.

Kriteria Desain

Adapun kriteria desain untuk unit anaerobic digester dapat dilihat pada tabel di bawah ini.Tabel 8-7. Kriteria Desain Anaerobic Digester


Solid Retention Time hari 10–22 Qasim, 1985

Sludge Loading kg VS/m3 hari 1,6–6,41 Qasim, 1985

Konsentrasi Solid % 2–6 Qasim, 1985

Kedalaman m 7,5–14 Metcalf &Edy, 1991

Diameter m 6–38 Metcalf &Edy, 1991

Kemiringan Dasar Tangki - 1:4 Metcalf &Edy, 1991

Dasar PerencanaanDasar-dasar perencanaan yang digunakan dalam contoh penghitungan ini dapat dilihat pada tabel berikut ini.

Tabel 8-8. Data Perencanaan Anaerobic Digester


Umur Sel θc 15 hari

Koefisien Decay kd 0,05 hari-1


Specific Gravity sg 1,03

Massa Lumpur Influen Tahap 1 7.154,84kg/hari

Massa Lumpur Influen Tahap 2 17.383,91

Debir Lumpur Tahap 1 QL 138,92 m3/hari

Debir Lumpur Tahap 2 QL 337,55 m3/hari

Fraksi Volatile Solid Sebelum Digestion 75 %

Jumlah Tangki Tahap 1 1 unit

Jumlah Tangki Tahap 2 2 unit

Volatile Solid Destroyed 52 %

Penghitungan

1. Kapasitas digester saat aliran rata-rata dengan waktu digest 15 hari:

Volume satu reaktor = (390 m3/hari/ 2 reaktor) x 15 hari = 2.925 m3

2. Dimensi Digester

a. Direncanakan

1. Kedalaman scum blanket = 0,6 m

2. selisih antara floating cover dengan tinggi maksimum digester = 0,6 m

3. Total ketinggian yang disediakan = 0,6 + 0,6 = 1,2 m

4. Ketinggian total = 1,2 m + 7,6 m = 8,8 m

5. Jika kedalaman air di digester tanpa kerucut = 7,6 m, maka penambahan

6. volume akan ditampung di dalam kerucut.

7. Volume aktif = (7,6 m – 1,2 m) / 7,6 m = 0,84 volume total

8. Jadi volume digester = 2.925 m3 / 0,84 = 3.483 m3

9. Luas tiap digester = 3.483 m3 / 7,6 m = 458,3 m2

10. Diameter tiap diegester = √4/π x 458,3 m2 =24,16 m=24,5 m

b. Volume Digester Keseluruhan

1. Volume digester keseluruhan juga meliputi volume kerucut di dasar bak.

Lantai digester direncanakan memiliki kemiringan 1 vertikal : 3 horizontal.

Kedalaman kerucut adalah 2,3 m.

2. Volume digester total

= (volume bak silinder) + (volume kerucut)

= (p/4 x (24,5 m)2 x 7,6 m) + (1/3 x p/4 x (24,5 m)2 x 2,3m)

= 3.942,4 m3

3. Volume 2 digester = 2 x 3.942,4 m3 = 7.884,7 m3


3. Solid Retention Time dan Solid Loading

Solid Retention Time

Tahap I = 3.942,4 m3 / 138,92 m3/hari = 28 hari

Tahap II = 7.884,7 m3 / 337,55 m3/hari = 23 hari

Solid Loading

Tahap I = 7.154,84 kg/hari x 0,75 / 3.942,4 m3 = 1,36 kg VS/m3 hari

Tahap II = 17.383,91 kg/hari x 0,75 / 7.884,7 m3 =1,65 kg VS/m3 hari

4. Gas yang Dihasilkan

a. Persamaan yang digunakan

di mana: Px = gas yang dihasilkan (kg/hari)

Y = koefisien Yield (g/g) (0,04 – 0,1) mg VSS/mg BOD yang digunakan

b. Konsentrasi Solid

Tahap 1

Tahap 2

Asumsi 65% solid adalah biodegradable dan 1% solid biodegradable = 1,42 g

BODL, Y = 0,05, kd = 0,03/hari, dan E = 0,8.

BODL dalam lumpur = 51.503 mg/l x 0,65 x 1,42 g/g = 47.537 g/m3

c. Gas yang dihasilkan (Px)

Tahap 1

Tahap 2


d. Volume Gas Metan

Tahap I

V = 0,35 m3/kg {[0,8 x 138,92 m3/hari x 47537 g/m3 x (103 g/kg)-1 ] – 1,42 (103,3 kg/hari)}

V = 1.702,3 m3/hari

Tahap II

V = 0,35 m3/kg {[0,8 x 337,55 m3/hari x 47534 g/m3 x (103 g/kg)-1 ] – 1,42 (379 kg/hari)}

V = 3.954 m3/hari

Volume Gas Total (Vtot)

Jika metane = 66% dari gas di digester

Gas yang dihasilkan di digester

Tahap I = 1.702,3 m3/hari / 0,66 = 2.579,24 m3/hari

Tahap II = 3.954 m3/hari / 0,66 = 5.991 m3/hari

5. Solid yang Dihasilkan

a. Jumlah Solid Lumpur

1. VS = Massa lumpur influen x 75%

Tahap I = 7.154,84 kg/hari x 0,75 = 5.366,13 kg/hari

Tahap II = 17.383,91 kg/hari x 0,75 = 13.038 kg/hari

2. VS yang dihancurkan = VS x 52%

3. VS yang dihancurkan = VS x 52%

Tahap I = 5.366,13 kg/hari x 0,52 = 2.790,38 kg/hari

Tahap II = 13.038 kg/hari x 0,52 = 6.779,76 kg/hari

4. TS sisa setelah digester = Non volatile solid + VS sisa

Tahap I = (7.154,84 – 5.366,13) kg/hari + (0,48 x 5.366,13 kg/hari)

= 4.364,45 kg/hari

Tahap II = (17.383,91 – 13.038) kg/hari + (0,48 x 13.038 kg/hari)

= 10.604,15 kg/hari

b. Total Massa di digester

1. Total massa di digester

Total solid di thickened sludge = 6%

Tahap I = 7.154,84 kg/hari / 0,06 kg/kg = 119.247 kg/hari

Tahap II = 17.383,91 kg/hari / 0,06 kg/kg = 289.732 kg/hari


2. Total massa yang meninggalkan digester

Masa yang meninggalkan digester = massa di digester – kehilangan massa dalam bentuk gas. Asumsi densitas gas digester adalah 86% terhadap udara, dan berat udara adalah 1,162 kg/m3.

Total gas yang dihasilkan di digester saat rata-rata

Tahap I = 2.579,24 m3/hari x 1,162 kg/m3 x 0,86 = 2.577 kg/hari

Tahap II = 5.991 m3/hari x 1,162 kg/m3 x 0,86 = 5.987 kg/hari

Total massa yang meninggalkan di digester saat rata-rata

Tahap I = 119.247 kg/hari – 2.577 kg/hari = 116.670 kg/hari

Tahap II = 289.732 kg/hari – 5.987 kg/hari = 283.745 kg/hari

8.2.7 Unit Pengolahan Pengolahan Lumpur: Belt Filter Press

Belt Filter Press merupakan unit pengolahan lumpur yang berperan dalam proses dewatering lumpur. Kelebihan dari penggunaan belt filter press, yakni efluen lumpur memiliki solid content lebih tinggi (lebih kering), energi yang diperlukan lebih kecil, dan operasi yang kontinu. Proses dewatering menggunakan belt filter press terdiri dari tiga tahap dasar operasional yaitu: (1) Pengkondisian secara kimia, (2) Pengeringan kandungan air berlebih, dan (3) penekanan lumpur.

Kriteria Desain

Adapun kriteria desain untuk Belt Filer Press dapat dilihat pada tabel berikut ini.Tabel 8-9. Kriteria Desain Belt Filter Press


Lebar Belt meter 0,5–3,5 Metcalf &Edy, 1991

Sludge loading kg/m/jam 90–680 Metcalf &Edy, 1991

Hydraulic loading L/m/detik 1,6–6,3 Metcalf &Edy, 1991

Dasar Perencanaan

Dasar-dasar perencanaan yang digunakan dalam contoh penghitungan ini dapat dilihat pada tabel berikut ini.Tabel 8-10. Data Perencanaan Belt Filter Press


Solid loading - 500 kg/m/jam

Solid capture - 90 %

Specific gravity lumpur sg 1.060 kg/m3

Konsentrasi BOD di filtrat - 1.500 mg/L

Konsentrasi lumpur keluar - 30 %

Waktu operasi t8 jam/hari

5 hari/minggu

Kebutuhan air - 90 L/menit/m lebar belt

Dosis kapur oprimum - 5 %

Polimer organik - 2 %


Massa Lumpur Tahap 1 - 4.236,75 kg/hari

Massa Lumpur Tahap 2 - 10.292,65 kg/hari

Debit Lumpur Tahap 1 QL 83 m3/hari

Debit Lumpur Tahap 1 QL 202 m3/hari

Penghitungan

1. Dimensi Belt Filter Press

- Jumlah solid perminggu

= 4.236,75 kg/hari x 7 hari /minggu = 29.657,25 kg/minggu

- Solid yang harus diolah setiap jam operasi

- Total solid yang harus diolah tiap jam operasi

= sludge + kapur + polimer

= 741,43 + (0,05+0,02) x 741,43 = 793,33 kg/jam

- Lebar Belt

Tabel berikut ini merupakan contoh spesifikasi belt filter press.Tabel 8-11. Contoh spesifikasi Belt Filter Press

Belt Filter Press Type

Lebar BeltDimensi

Energi Debit LumpurPanjang Lebar Tinggi

A 700 3.200 1.100 1.800 0,37 2–6

B 1.100 3.200 1.500 1.800 0,55 4–10

C 1.600 3.200 2.000 1.800 1,1 6–18

D 2.100 3.200 2.500 1.800 1,5 12–25

E 2.600 3.200 3.000 1.800 2,2 18–35

Davies, P. S. (2005). The Biological Basis of Wastewater Treatment.

Davis, M. L. (2011). Water and Wastewater Engineering. New york: McGraw-Hill.

Delzer, G., & McKenzie, S. (2003). Five-day biochemical oxygen demand. U.S. Geological Survey.

McGhee, T. J. (1991). Water Suply and Sewerage. Singapore: McGraw-Hills.

Metcalf & Eddy. (2003). Wastewater Engineering: Treatment and Reuse, 4th ed. Boston: McGraw-Hill.

Pescod, M. (1992). Wastewater treatment and use in agriculture - FAO Irrigation and Drainage Paper 47. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations.

Verbyla, M., Sperling, M. v., & Maiga, Y. (2017). Waste Stabilization Ponds. Global Water Pathogens Project. http://www.waterpathogens.org (C. Haas, J. Mihelcic and M. Verbyla) (eds) Part 4 Management Of Risk from Excreta nad Wastewater) http://www.waterpathogens.org/book/waste-stabilization-ponds.

REFERENSI

DIREKTORAT PENGEMBANGAN PENYEHATAN LINGKUNGAN PERMUKIMANGedung Direktorat Jenderal Cipta Karya Lt. 7

Jl. Pattimura No.20, Kebayoran Baru, Jakarta Selatan 12110Telp/Fax. 021-72797165

http://ciptakarya.pu.go.id/plp/

pedoman perencanaan teknik terinci sistem pengelolaan air...

Documents