perancangan instalasi pengolahan limbah cair … · proses pengolahan adalah sebesar 0,3 0 m...

TUGAS MATA KULIAH

PERANCANGAN PABRIK

PERANCANGAN INSTALASI PENGOLAHAN LIMBAH CAIR

INDUSTRI GULA

Dosen Pengampu: Ir. Musthofa Lutfi, MP.

Oleh:

FRANCISKA TRISNAWATI 105100200111001

NUR AULYA FAUZIA 105100200111018

AGIL ADHAM REKA 105100200111035

MUHAMMAD IKROM 105100200111038

SULVA WIDYA SARI 105100200111046

JURUSAN KETEKNIKAN PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2013

PERANCANGAN INSTALASI PENGOLAHAN LIMBAH CAIR INDUSTRI GULA

Limbah merupakan masalah lingkungan yang harus ditangani. Pengelolaan terhadap

limbah perlu dilakukan dengan cara yang tepat dan mudah bahkan dapat dimanfaatkan. Salah

satu limbah yang perlu penanganan khusus ialah limbah cair. Oleh sebab itu setiap kegiatan

yang menimbulkan limbah cair harus dikelola terlebih dahulu dalam suatu sistem Instalasi

Pengolahan Air Limbah (IPAL) sebelum kemudian dikembalikan ke lingkungan.

Dalam proses pengolahan tebu menjadi gula, ada 2 macam limbah yang dihasilkan

oleh pabrik gula yaitu limbah padat dan limbah cair. Pada saat ini limbah padat berupa

blotong atau abu ketel serta limbah cair berupa bekas air kondensor dan bekas air cucian

proses. Limbah padat blotong bisa dimanfaatkan sebagai pupuk organik. Penggunaan

dilakukan dengan cara dikomposkan dulu, baik secara aerob maupun anaerob. Limbah cair

berupa limbah campuran dari sisa-sisa setiap stasiun, limbah tersebut perlu penanganan

khusus berupa Instalasi Pengolahan Limbah agar pembuangannya tidak mencemari

lingkungan. Penanganan limbah pabrik gula sangat diperlukan, karena ditinjau secara

ekonomis penanganan limbah memberikan keuntungan yang tidak kecil dalam jangka

panjang, karena kelestarian lingkungan merupakan hal yang sangat bernilai bagi kehidupan

manusia.

Limbah cair pabrik gula meliputi bekas air kondensor dan bekas air cucian proses. Air

cucian proses termasuk air cucian evaporator, buangan ketel dan peralatan lain, bekas air cucian

lantai, tumpahan nira, tetes, dan lain-lain. Berikut merupakan data buangan air limbah dari

produksi gula dilihat dari parameter biologis yang disajikan dalam Tabel 1.

Tabel 1. Kandungan air limbah produksi gula

Sebelum dibuang ke lingkungan maupun dimanfaatkan kembali, limbah cair industri gula

yang berupa air buangan hasil produksi secara keseluruhan harus melewati tahap-tahap

pengolahan limbah dengan tujuan menurunkan kadar kandungan organik pada limbah cair

tersebut. Diketahui pada suatu kasus, debit masuk air limbah industri gula yang akan melalui

proses pengolahan adalah sebesar 0,30 m3/detik, kemudian kadar kandungan BOD yang sebesar

1500 mg/L diharapkan turun hingga mencapai angka 80 mg/L. Berikut merupakan tahap-tahap

pengolahan limbah cair industri gula untuk mencapai penurunan kadar BOD pada kasus diatas.

1. Screening (filter padatan tersuspensi)

Screening atau penyaringan adalah proses fisik pertama dalam pengolahan air buangan

industri. Screening bertujuan untuk menahan padatan kasar seperti sampah-sampah dalam ukuran

besar yang akan mengganggu proses atau merusakkan instrumen instalasi seperti pompa dan

katup-katup dalam instalasi. Bentuk screen bermacam-macam, dapat berupa batangan besi

paralel, baik berbentuk bulat (rod) ataupun segi empat, plat baja berlubang dan saringan (screen).

Dalam instalasinya ada yang berupa fixed dan ada yang berputar (rotary). Dasar pemisahan

metode ini adalah perbedaan ukuran partikel antara pelarut dan zat terlarutnya. Pada awal

pengolahan, dalam proses penyaringannya menggunakan rak screen yang berfungsi sebagai

penyaring padatan-padatan seperti sampah yang ikut mengalir bersama air yang berasal dari

pabrik. Pada unit ini, total padatan terlarut dapat berkurang hingga 60% dan diasumsikan

belum terjadi penurunan kadar BOD. Unit ini merupakan proses yang bersifat kontinyu dan

tidak membutuhkan waktu detensi (waktu tinggal).

2. Sedimentasi

Unit pengolah sedimentasi primer yang diletakkan sebelum reaktor biologis bertujuan

untuk mengurangi beban pencemar (organik). Zat pencemar yang dapat dikurangi atau

disisihkan oleh unit ini dalam bentuk settleable solid (zat padat yang dapat diendapkan)

termasuk di dalamnya zat organik. Tergantung dari karakter air buangannya, unit ini dapat

mengurangi kadar zat padat tersuspensi hingga 50 – 70%, dan mengurangi kadar zat organic

hingga 40 %. Ditinjau dari arah alirannya, ada 2 jenis bak sedimentasi yaitu bak dengan arah

aliran horisontal dan bak dengan arah aliran vertikal. Jenis yang pertama adalah unit yang

diterapkan dalam perancangan ini dikarenakan lebih efisien. Ditinjau dari bentuknya, ada 2

bentuk yang umum, yaitu bentuk segiempat memanjang dan bentuk lingkaran. Apabila suatu

cairan mengandung zat padat yang tersuspensi (bukan koloid), ditaruh dalam kondisi yang

relatif tenang, dan zat padat tersebut mempunyai berat jenis yang lebih besar dibandingkan

cairan tersebut, maka zat padat itu cenderung untuk mengendap. Prinsip ini yang disebut

pengendapan secara gravitasi digunakan dalam proses pengendapan didalam bak pengendap

primer.

Unit ini merupakan unit yang bersifat batch disertai dengan diperlukannya waktu

tinggal agar proses pengendapan berjalan maksimal. Dalam tahap ini waktu yang dibutuhkan

sekitar 30 menit dengan dimensi yang telah didapatkan berdasarkan perhitungan (lampiran

perhitungan). Total kandungan BOD yang turun pada proses ini diperkirakan sebesar 25%.

3. Aerated lagoon (kolam aerasi)

Kolam aerasi dikembangkan dari kolam oksida fakultatif yang ditambahkan aerator

untuk mencegah bau yang timbul. Sebelum effluent dibuang, padatan sudah harus

dihilangkan sebelumnya melalui proses pengendapan. Tahap ini ditandai dengan adanya

proses aerasi yang bertujuan untuk mengontakkan semaksimal mungkin pemakaian cairan

dengan udara, agar transfer sesuatu zat atau komponen dari satu medium ke medium lain

berlangsung lebih efisien. Maka yang terpenting adalah terjadinya turbulensi antara cairan

dan udara. Pada sistem aerasi, digunakan turbin sistem hybrid yang melibatkan impeller dan

sumber udara. Udara yang keluar dari bagian bawah impeller, dipecah menjadi gelembung

yang halus dan merembes keseluruh tangki akibat gerakan pompa pada impeller. Pada

pengolahan air limbah, proses aerasi diterapkan untuk menghilangkan senyawa organik dan

non-organik yang mudah menguap (volatile), memberikan oksigen untuk proses biologi, dan

untuk meningkatkan kandungan oksigen pada air yang telah diolah.

Pada kolam aerasi tersebut, terjadi penghembusan udara secara berkala dengan tujuan

agar biomassa yang terdapat pada limbah tersebut menjadi aktif sehingga biomassa tersebut

dapat mendekomposisi kandungan biologis yang merupakan nutrisi pada limbah cair tersebut.

Pada akhir prosesnya biomassa akan menggumpal dan membentuk koloni dan terbentuklah

lumpur aktif. Waktu detensi pada kolam aerasi adalah 4-6 jam dengan efisiensi pengolahan

dalam menurunkan kandungan BOD sebesar 90%.

4. Pengendapan Lumpur

Setelah dari tahap aerasi, biomassa akan membentuk gumpalan-gumpalan yang

disebut lumpur aktif. Pada tangki pengendapan lumpur aktif, terdapat penurunan kadar

kandungan BOD sebesar 20% dengan waktu detensi sebesar 1 jam. Setelah endapan

terbentuk, maka untuk memaksimalkan serta mengefisiensikan penggunaan biomassa, lumpur

aktif yang terbentuk diresirkulasikan kedalam inlet tangki aerasi untuk kembali direaksikan

dengan limbah cair yang akan diolah. Jumlah lumpur yang diresirkulasikan kedalam tangki

sebesar 60%-100%. Sebelum itu, terdapat kolam stabilisasi untuk proses homogenisasi

lumpur aktif yang diresirkulasikan.

Kolam stabilisasi merupakan saluran dengan sistem aliran tertutup yang merupakan

modifikasi dari proses lumpur aktif dengan menggunakan teknik yang lebih sederhana

sehingga sesuai dengan instalasi kecil atau sedang. Pengolahan limbah dengan kolam

stabilisasi menggunakan sinar matahari dan organisme. Kolam stabilisasi terdiri dari berbagai

macam tipe, yakni aerobik, anaerobik, dan gabungan aerobik-anaerobik. Kolam aerobik

digunakan untuk pengolahan limbah organik yang dapat larut dan effluent dari pengolahan

limbah. Tipe aerobik-anaerobik merupakan tipe yang paling sering digunakan untuk

mengolah limbah domestik dan industri. Biasanya kolam anaerobik digunakan secara seri

dengan kolam aerobik-anaerobik untuk melengkapi pengolahan. Pengolahan dengan kolam

stabilisasi memiliki keuntungan dari segi konstruksi dan biaya operasional yang rendah.

5. Koagulasi dan Flokulasi

Koagulasi melibatkan netralisasi dari muatan partikel dengan penambahan elektrolit.

Dalam hal ini bahan yang ditambahkan biasanya disebut koagulan atau dengan mengubah pH

yang dapat menghasilkan agregat atau kumpulan partikel yang dapat terpisahkan. Hal ini

terjadi karena elektrolit atau konsentrasi ion yang ditambahkan cukup untuk mengurangi

tekanan elektrostatis di antara kedua partikel. Agregat yang terbentuk akan saling menempel

dan menyebabkan terbentuknya partikel yang lebih besar yang dinamakan mikroflok, dimana

mikroflok ini tidak dapat terlihat oleh mata telanjang. Pengadukan cepat untuk

mendispersikan koagulan dalam larutan dan mendorong terjadinya tumbukan partikel sangat

diperlukan untuk memperoleh proses koagulasi yang bagus.

Tahap selanjutnya adalah proses flokulasi. Flokulasi merupakan satuan proses penting

dalam pengolahan air, limbah cair domestik, industri, dan pemanfaatan mineral. Proses

flokulasi adalah agregasi atau berkumpulnya partikel-partikel kecil dalam sebuah suspensi,

menjadi partikel-partikel yang lebih besar yang disebut flok. Flokulasi disebabkan oleh

adanya penambahan sejumlah kecil bahan kimia yang disebut sebagai flokulan.

Diagram alir Instalasi Pengolahan Limbah Cair Industri Gula

Resirkulasi lumpur

Rak

Screening

Bak

Penampung

Bak

Pengendapan

Lumpur

Kolam

Aerasi

Bak

Sedimentasi

Bak

Koagulasi

dan Flokulasi

Kolam

Stabilisasi

Perhitungan Perancangan Instalasi Pengolahan Limbah Cair Industri Gula

Data yang diketahui yaitu sebagai berikut :

a. Debit rata-rata aliran (Q) : 0,30 m3/s

b. Kadar BOD5 limbah masukan/in (BOD5)in : 1500 mg/L

c. Kadar BOD5 limbah keluaran/out (BOD5)out : 80 mg/L

Untuk perancangan masing-masing unit pengolahan didasarkan pada perhitungan sebagai berikut :

1. Filtation (Filtrasi)

2. Sedimentation Tank (Bak Sedimentasi)

a) Dimensi : Jari-jari = 10 m

Tinggi tabung = 3,2 m

Tinggi Kerucut = 0,7 m

Sehingga Volume Tangki Bak Sedimentasi yaitu

Tabung

Kerucut

Volume Total = 1000 + 80 = 1080 m3

b) Waktu yang dibutuhkan dalam Pengolahan

t = 3600 s

t = 60 menit

c) Kadar BOD5 diasumsikan turun sebanyak 25% sehingga,

Beban BOD didalam air limbah

= (1500 - 80) mg/L = 1420 mg/L = 1420 g/m3

= 0,3 m3/s x 1420 g/m

3 = 426 g/s = 4,93 kg/hari

25% dari total 1420 mg/L

= 1420 mg/L x 25% = 355 mg/L

Maka BOD5 turun menjadi :

= (1500 - 355) mg/L = 1165 mg/L

atau

Jumlah BOD5 yang dihilangkan = 0,25 x 4,93 kg/hari

= 1,23 kg/hari

d) Volume Lumpur diasumsikan sebesar 30% dari volume Bak Sedimentasi sebesar 1080 m3,

maka :

30% dari 1080 m3

= 1080 m3 x 30% = 324 m

3

Volume Sludge sebesar :

= (1080 - 324) m3 = 756 m

3

3. Bak Penampung Lumpur 1

a) Untuk menampung lumpur yang berasal dari Bak Sedimentasi sebesar 756 m3 dibutuhkan

bak penampung dengan :

Dimensi : Panjang = 15 m

Lebar = 12 m

Tinggi = 5 m

Sehingga volume Bak Netralisasi = p x l x t = 15 x 12 x 5 = 900 m3

4. Stabilize Pond (Bak Netralisasi)

a) Dimensi : Panjang = 10 m

Lebar = 10 m

Tinggi = 12 m


5. Aeration Lagoon (Kolam Aerasi)

a) Volume Lumpur diasumsikan sebesar 20% dari volume Bak Sedimentasi sebesar 1200 m3,

maka :

20% dari 1200 m3

= 1200 m3 x 20% = 240 m

3


= (1200 - 240) m3 = 960 m

3

b) Dimensi : Panjang = 70 m

Lebar = 31 m

Tinggi = 0,5 m

Sehingga Volume Bak Aerasi yaitu

= p x l x t

= 70 x 31 x 0,5

= 1085 m3

c) Waktu yang dibutuhkan dalam Pengolahan

t = 3616,67 s

t = 60,28 menit

d) Kadar BOD5 diasumsikan turun sebanyak 90% dari Kadar BOD5 Bak Sedimentasi sebesar

1165 mg/L

Beban BOD didalam air limbah (1165 mg/L = 1165 g/m3)

= 0,3 m3/s x 1165 g/m

3 = 349,5 g/s = 4,05 kg/hari

90% dari total 1165 mg/L

= 1165 mg/L x 90% = 1048,5 mg/L


= (1165 – 1048,5) mg/L = 116,5 mg/L

atau

Jumlah BOD5 yang dihilangkan = 0,90 x 4,05 kg/hari

= 3,65 kg/hari

e) Kebutuhan Oksigen

Kebutuhan oksigen didalam kolam aerasi sebanding dengan jumlah BOD5 yang

dihilangkan, sehingga :

Kebutuhan Oksigen Teoritis = Jumlah BOD5 yang dihilangkan

= 116,5 mg/L atau 3,65 kg/hari

Faktor keamanan ditetapkan ± 2,0 sehingga :

Kebutuhan Oksigen Teoritis = 2,0 x 3,65 kg/hari

= 7,3 kg/hari

Temperatur udara rata-rata = 280C

Berat Udara pada suhu 280C

= 1,1725 kg/m

3

Diasumsikan jumlah oksigen didalam udara 23,2%, sehingga

Efisiensi Difuser = 5%, sehingga

f) Kebutuhan Aerator

Berdasarkan spesifikasi aerator yang tersedia dipasaran, diketahui suplai oksigen

yang dihasilkan dari 1 buah aerator = 350 m3/hari, sehingga

6. Sludge Sedimentation Tank (Bak Pengendapan Lumpur)

a) Dimensi : Jari-jari = 10 m

Tinggi tabung = 3,2 m

Tinggi Kerucut = 0,7 m

Sehingga Volume Bak Pengendapan Lumpur yaitu

Tabung

Kerucut

Volume Total = 1000 + 80 = 1080 m3


t = 3600 s

t = 60 menit

c) Kadar BOD5 diasumsikan turun sebanyak 20% dari Kadar BOD5 Bak Aerasi sebesar 116,5

mg/L

20% dari total 116,5 mg/L

= 116,5 mg/L x 20% = 23,3 mg/L


= (116,5 – 23,3) mg/L = 93,2 mg/L

d) Volume Lumpur diasumsikan sebesar 50% dari volume Bak Aerasi sebesar 756 m3, maka :

50% dari 756 m3

= 756 m3 x 50% = 378 m

3


= (756 – 378) m3 = 378 m

3

7. Floculant Tank (Bak Flokulasi)

a) Dimensi : Jari - jari = 6 m

Tinggi = 9,5 m

Sehingga Volume Bak Flokulasi yaitu


t = 1423,47 s

t = 23,72 menit

c) Kadar BOD5 diasumsikan turun sebanyak 10% dari Kadar BOD5 Bak Pengendapan

Lumpur sebesar 93,2 mg/L

10% dari total 93,2 mg/L

= 93,2 mg/L x 15% = 13,98 mg/L


= (93,2 – 13,98) mg/L = 79,22 mg/L

≈ 80 mg/L (dibulatkan)

d) Volume Lumpur diasumsikan sebesar 90% dari volume Bak Pengendapan Lumpur sebesar

378 m3, maka :

20% dari 378 m3

= 378 m3 x 90% = 340,2 m

3


= (378 – 340,2) m3 = 37,8 m

3

8. Bak Penampung Lumpur 2

a) Untuk menampung lumpur yang berasal dari 3 tempat (Aeration Lagoon, Bak

Pengendapan Lumpur dan Bak Flokulasi) sebesar 1375,8 m3 dibutuhkan bak penampung

dengan :

Dimensi : Panjang = 20 m

Lebar = 15 m

Tinggi = 5 m


perancangan instalasi pengolahan limbah cair … · proses pengolahan adalah sebesar 0,3 0 m...

Documents