sistem pengolahan air limbah secara biologis

Sanitasi.Net

Sistem Pengolahan Air Limbah

Secara Biologis

Modul D:

Perencanaan Teknis Unit Pengolahan Air Limbah

Pelatihan Perencanaan Teknis

Sistem Pengelolaan Limbah Terpusat (SPAL-T)

Juli, 2015

Rentek-D5

Sanitasi.Net

Sanitasi.Net

Sistem Pengolahan Biologis

• Pengolahan biologis adalah penguraian bahan organik yang

terkandung dalam air limbah oleh jasad renik/bakteri sehingga

menjadi bahan kimia sederhana berupa unsur-unsur dan

mineral yang siap dan aman dibuang ke lingkungan.

• Tujuan pengolahan air limbah secara biologis adalah untuk

menghilangkan dan menstabilkan zat-zat pencemar organik

terlarut yang dilaksanakan oleh jasad renik. Jasad renik dapat

berupa bakteri, kapang, algae, protozoa, dan lain –lain.

Sanitasi.Net

Sistem Pengolahan Biologis

• Pengolahan limbah secara biologis terutama memanfaatkan

kerja mikroorganisme.

• Dalam pengolahan ini, polutan yang degradable (mudah

diuraikan) dapat segera dihilangkan. Polutan tersebut

merupakan makanan bagi bakteri, sehingga dalam waktu yang

singkat bakteri akan berkembang biak menghabiskan polutan

yang ada dalam air limbah dan menghasilkan lumpur biologis

sebagai endapan.

• Proses penghancuran polutan secara biologi dapat dipercepat

dengan memacu pertumbuhan bakteri. bakteri akan tumbuh

dan berkembang pesat apabila kondisi yang sesuai bagi

kehidupan bakteri dapat terpenuhi.

Sanitasi.Net

Pemilihan Metode Pengolahan

• Pemilihan metode pengolahan yang akan digunakan tergantung

dari :

– tingkat pencemaran yang harus dihilangkan,

– besaran beban pencemaran,

– beban hidrolis dan

– standar buang (effluent) yang diperkenankan.

Sanitasi.Net

Prinsip Pengolahan Biologis

• Prinsip pengolahan biologis yaitu :

– Pengolahan secara aerobik yaitu dengan melibatkan oksigen,

– Pengolahan secara anaerobik yaitu tanpa melibatkan oksigen, dan

– Pengolahan anoxic yaitu pengolahan biologis yang menggunakan

oksigen terikat.

Sanitasi.Net

PENGOLAHAN BIOLOGIS AEROBIK


Sanitasi.Net

Kolam Aerasi (Aerated Lagoon)

Karakteristik Keunggulan Kelemahan

Menggunakan peralatan aerator mekanik

berupa surface aerator untuk membantu

mekanisasi supply oksigen larut dalam air

Pertumbuhan bakterinya yaitu Suspended

Growth Sistem

Biaya pemeliharaan rendah

Effluent yang dihasilkan baik

Biaya instalasi awal rendah

Tidak menimbulkan bau

Membutuhkan lahan yang

luas

Membutuhkan energi

yang besar jika kolam

aerasi dilengkapi dengan

aerator

Sanitasi.Net

Kolam Aerasi Tipe Fakultatif


Memerlukan aerator untuk proses

pengadukan tapi kebutuhan tenaganya

tidak sebesar kolam aerasi.


Growth Sistem

Pada lapisan atas terjadi proses

dekomposisi aerobic dan pada bagian

lapisan bawah kolam terjadi dekomposisi

proses anaerobic

Konsentrasi solid (30-150) mg/L

Waktu detensi (td) yaitu (3-6) hari

Kedalaman kolam (3-5) m

Efisiensi BOD removal sebesar (75-90)%

Kebutuhan lahan (0,15-0,45) m2/kapita

Kebutuhan oksigen sebesar (0,75-0,97)

kWh/1000 orang atau (0,75-1,12)

kWh/1000 m3/kolam

Power yang diperlukan

cukup rendah

Memerlukan lahan yang

cukup luas, tapi tidak

seluas kolam stabilisasi

Perlu melakukan

pengurasan lumpur

secara berkala

Sanitasi.Net

Activated Sludge Process (ASP)



Growth Sistem dengan reycle lumpur

ASP conventional jenis alirannya plug

flow

Sesuai untuk pengolahan air limbah

dengan debit kecil untuk polutan organic

yang sudah terdegradasi

Biasanya digunakan untuk pengolahan

aerobic

Proses bervariasi termasuk nitrifikasi dan

kombinasi dengan reaktor removal

nutrient

Daya larut oksigen dalam

air limbah lebih besar

daripada kolam aerasi

Efisiensi proses tinggi

Menggunakan mix

mikroorganisme sehingga

lebih mudah diaplikasikan

Maintenance dapat secara

langsung karena dapat

terlihat secara visual (warna

air limbah)


luas

Proses operasionalnya

rumit (memerlukan

pengawasan yang cukup

ketat seperti kondisi

suhu dan bulking control

proses)

Membutuhan energy

yang besar, sehingga

biayanya juga besar

Membutuhkan operator

untuk mengatur jumlah

massa mikroba dalam

reaktor

Membutuhkan

penanganan lumpur lebih

lanjut

Sanitasi.Net

Extended Aeration


Proses ini merupakan pengembangan dari

proses lumpur aktif konventional (ASP)


Growth Sistem

Proses ini tidak memerlukan bak

pengendap awal

Konsentrasi solid (4000-5000) mg/L

Waktu detensi (td) yaitu (0,7-1) hari

Kedalaman kolam (3-5) m

Efisiensi BOD removal sebesar (95-98)%

Kebutuhan lahan (0,13-0,25) m2/kapita

Kebutuhan oksigen sebesar (1,49 – 2,24)

kWh/1000 orang atau (1,12-1,87)

kWh/1000 m3/kolam

Efisiensi BOD removal

cukup tinggi

Tidak memerlukan

pengurasan lumpur pada

dasar kolam

Memerlukan tenaga

aerator yang cukup besar

Biaya O&M besar karena

membayar biaya listrik

untuk aerator

Sanitasi.Net

Oxidation Ditch


Biasanya digunakan untuk proses

pemurnian air limbah setelah mengalami

proses pendahuluan


Growth Sistem

Pada prinsipnya OD adalah extended

aeration yang dikembangkan berdasarkan

saluran sirkular dengan kedalaman (1-

1,5) m

Terdapat rotor di beberap tempat untuk

tujuan aerasi

Efisiensi removal organic

cukup tinggi

Biaya O&M rendah

Menghasilkan lumpur yang

lebih sedikit daripada

proses biologis lainnya

Membutuhkan lahan yang

luas

Konsentrasi TSS pada

effluent masih tergolong

tinggi jika dibandingkan

dengan ASP

Sanitasi.Net

PENGOLAHAN BIOLOGIS

ANAEROBIK


Sanitasi.Net

Filter Anaerobik


Dilengkapi filter media untuk tempat

berkembangnya koloni bakteri

membentuk film (lendir) akibat

fermentasi oleh enzim bakteri

terhadap bahan organik yang ada

didalam limbah

Media yang digunakan bisa dari

kerikil, bola-bola plastik atau tutup

botol pelasik dengan diameter antara

5 cm s/d 15 cm

Aliran dapat dilakukan dari atas atau

dari bawah

Tahan terhadap shock loading

Tidak membutuhkan energy

listrik

Biaya operasional dan

perawatan tidak terlalu mahal

Efisiensi BOD dan TSS tinggi

Membutuhkan

pencucian media

secara berkala

Effluentnya

membutuhkan

pengolahan tambahan

Efisiensi reduksi

bakteri pathogen dan

nutrient rendah

Membutuhkan start up

yang lama

Sanitasi.Net

Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB)


Membutuhkan pelengkap unit

sistem buffer untuk penampungan

sementara fluktuasi debit yang

masuk sebelum didistribusikan ke

tangki UASB

UASB biasanya dipakai pada

konsentrasi BOD di atas 1000 mg/l,

yang umumnya digunakan oleh

industri dengan beban organik

tinggi. Jika beban organik rendah

akan sulit terbentuk sludge blanket

Efisiensi removal organiknya

tinggi

Menghasilkan gas yang dapat

digunakan sebagai sumber

energi biogas

Memerlukan start up

yang cukup lama

Memerlukan operator

untuk mengatur aliran

di dalam reaktor

Sanitasi.Net

Kolam Anaerobik (Anaerobic Pond)


Kolam ini dibuat dengan mengatur

kedalaman kolam agar terjadi

proses anaerobic, kedalamannya

sekitar (2-5) m.

Organik loading untuk kawasan

tropis sekitar (300-350) g

BOD/m3.hari

Jika dinding dan dasar pada kolam

anaerobik tidak menggunakan

pasangan batu, maka kolam tersebut

harus dilapisi tanah kedap air (tanah

liat + pasir 30%) setebal 30 cm atau

diberi lapisan geomembran untuk

menghidari air dari kolam meresap

kedalam tanah dan beresiko

mencemari air tanah sekitarnya

Biaya yang dibutuhkan sedikit

dari segi operasional karna

tidak menggunakan energy

listrik

Efisiensi removal yang cukup

baik

Reduksi bakteri

pathogen dan nutrient

rendah

Effluentnya masih

membutuhkan

pengolahan tambahan

Membutuhkan pre-

treatment untuk

mencegah terjadinya

clogging

Sanitasi.Net

Anaerobic Baffled Reactor (ABR)


Pengolahan suspended growth yang

memanfaatkan sekat (baffle) dalam

pengadukan yang bertujuan agar

terjadi kontak antara air limbah

dengan biomassa

ABR mengolah air limbah dengan

Organic Loading Rate (OLR) sebesar

(1,2-1,5) g COD/L.hari dan pada

temperatur mesophilic (23-31°C)

Biaya yang dibutuhkan sedikit

dari segi operasional karna

tidak menggunakan energy

listrik

Efisiensi removal yang cukup

baik

Reduksi bakteri

pathogen dan nutrient

rendah

Effluentnya masih

membutuhkan

pengolahan tambahan

Membutuhkan pre-

treatment untuk

mencegah terjadinya

clogging

Sanitasi.Net

PENGOLAHAN BIOLOGIS

KOMBINASI


Sanitasi.Net

Kolam Stabilisasi


Terdiri dari 3 unit kolam, yaitu kolam

anaerobic, kolam fakultatif, dan

kolam maturasi

Kolam pertama adalah kolam

anaerobic, kemudian kolam fakultatif,

dan dilanjutkan kolam maturasi

Perbedaan ketiga kolam terdapat

pada kedalamannya. Kolam anaerobic

(2,5-4) m, kolam fakultatif (1,5-2) m,

dan kolam maturasi 1 m.

Effluentnya dapat digunakan

untuk keperluan irigasi,

kolam ikan peliharaan,

Teknologi sederhana, tidak

memerlukan O&M yang

rumit

Membutuhkan biaya sedikit


luas

Perlu melakukan

pengurasan lumpur

secara berkala

Sanitasi.Net

PENGOLAHAN BIOLOGIS

KOMBINASI


Sanitasi.Net

Rotating Biological Contactor (RBC)


Pertumbuhan bakterinya yaitu Attached

Growth Sistem

Menggunakan media berupa piringan fiber/

HDPE yang berada 40% di dalam air dan

disusun secara vertical pada as rotor

horizontal

Piringan diputar dengan kecepatan (3-6)

rpm sehingga memberi kesempatan secara

bergantian bagian-bagian dari luas

permukaan piringan menerima oksigen dari

udara luar

Pemutaran media selain berfungsi untuk

supplai oksigen pada bakteri yang melekat

pada piringan juga berfungsi untuk

membersihkan lender yang berlebihan pada

piringan sehingga tidak akan terjadi clogging

Biasanya digunakan untuk skala modul

(1.000-10.000) jiwa , sehingga RBC lebih

cocok untuk debit kecil

Kebutuhan lahan yang

sedikit

Tahan terhadap beban kejut

(shock loading) organis dan

hidrolis

Peluruhan biomassa lebih

aktif

Kebutuhan energi listrik

lebih rendah

Kualitas effluent tinggi

Mampu mengolah air

limbah yang mengandung

senyawa beracun seperti

besi, sianida, selenium, dan

lain-lain

Biaya capital dan

pemasangan RBC lebih

mahal daripada

ASP/debit/kualitas air

limbah yang setara

Kalau oksigen terlarutnya

rendah dan terdapat

sulfide di dalam air

limbahnya, maka bakteri

pengganggu seperti

Beggiatoa akan tumbuh di

media RBC

Biaya investasi akan lebih

mahal apabila debit

olahannya besar

Sanitasi.Net

Biofilter


Terdapat 2 bak kontaktor yaitu bak

kontaktor anaerob dan bak kontaktor

aerob

Proses yang terjadi dalam biofilter ada

proses anaero, aerob, anoxic

Di dalam bak kontaktor anaerob terdapat

diisi dengan media dari bahan plastic tipe

sarang tawon

Tangki biofilter terbuat dari bahan kedap

air dan tahan korosi

Jumlah bak kontaktor anaerob terdiri dari

dua buah ruangan

Media kontaktor terdiri dari minimal 3

kompartemen.

Di dalam bak kontaktor aerob diisi

dengan medua dan bahan plastic tipe

sarang tawon sambil diaerasi

Dapat menurunkan zat

organik, ammonia,

deterjen, phospat, TSS

dan lain-lain

Membutuhkan pencucian

media secara berkala

Membutuhkan tenaga

cukup besar untuk

proses aerasi di bak

kontaktor aerob

Sanitasi.Net

Bioreaktor Membran

(Membrane Bioreactor, MBR)


Sistem pengolahan yang menggunakan

membran

Proses pengolahannya hampir sama

dengan ASP, hanya bedanya pemisahan

solid di MBR menggunakan membrane

Terdiri dari 1 bak yang berfungsi untuk

proses biologis dan filtrasi

Kemampuan proses ini sangat

tergantung dari modul filter yang

digunakan

Tidak memerlukan clarifier

sehingga dapat menghemat

penggunaan lahan

Pembuangan lumpur dapat

dilakukan langsung dari dalam

reaktor

Kualitas effluent hasil

pengolahan yang tinngi

sehingga hasil olahannya

dapar digunakan kembali

Biaya investasi dan

perawatannya tinggi

untuk membeli

membrane

Maintenance harus rutin

dengan pergantian/

pencucian membran

Sanitasi.Net

Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR)


Menggunakan beribu biofilm dari

polyethylene yang tercampur dalam

reaktor yang diaerasi terus-menerus

Luas permukaan media besar untuk

tempat bertumbuhnya bakteri

Pertumbuhan bakterinya yaitu

Attached Growth Sistem

Tidak membutuhkan pengembalian

lumpur dan tidak perlu mengatur F/M

ratio dalam reaktor

Cocok untuk permasalahan nitrifikasi

Tidak mengeluarkan biaya

yang besar

Perawatannya mudah karena

tidak perlu melakukan

pengembalian lumpur dan

mengatur F/M ratio

Efisiensi pengolahan BOD

dan nitrifikasinya tinggi

Tidak memerlukan lahan yang

luas

Perlu melakukan

penggantian media yang

telah jenuh secara rutin

Sanitasi.Net

BANGUNAN PENGOLAHAN

BIOLOGIS UNTUK AIR LIMBAH


Sanitasi.Net

Bangunan Pengolahan Biologis Air Limbah

No. Type Jenis Proses Beban Hidraulik/Biologis Efisiensi

Pengolahan (%)

1 Kolam Aerasi (Aerated

Lagoon) Pengolahan Aerobik 0,1 kg BOD/m3.hari >70

2 Kolam Aerasi Fakultatif Pengolahan Aerobik 250 m3/m2.hari >90

3

Proses Lumpur Aktif

(Activated Sludge Process,

ASP)

Pengolahan Aerobik (0,3-0,6) kg BOD/m3.hari 85-95

4 Extended Aeration Pengolahan Aerobik (0,1-0,4) kg BOD/m3.hari 75-85

5 Parit Oksidasi (Oxidation

Ditch, OD) Pengolahan Aerobik 0,1 – 0,6 kg.BOD/m3.hari 90-95

6 Filter Anaerobik

(Anaerobic Filter)

Pengolahan

Anaerobik ( 4-5) kg COD/m3.hari 70-90

7 Upflow Anaerobic Sludge

Blanket (UASB)

Pengolahan

Anaerobik

20 m3/m2.hari atau 25 kg

COD/m3.hari 70-85

8 Kolam Anaerobik

(Anaerobic Pond)

Pengolahan

Anaerobik (300-350) g BOD/m3.hari 50-70

Sanitasi.Net

Bangunan Pengolahan Biologis Air Limbah

No. Type Jenis Proses Beban Hidraulik/Biologis Efisiensi

Pengolahan (%)

9 Anaerobic Baffled Reactor

(ABR) Pengolahan Anaerobik < 3 kg COD/m3.hari 70-95

10 Kolam Stabilisasi Pengolahan Anaerobik, fakultatif,

dan Maturasi

Kolam Anaerob = 4

m3/m2.hari atau 0,3-1,2 kg

BOD/m3/hari

50 - 85

Kolam fakultatif =(40-120) kg

BOD/ha.hari 80 - 95

Kolam Maturasi = 0,01

kg/m3.hari 60 - 80

11 Rotating Biological

Contactor (RBC)

Pengolahan Aerobik dengan

menggunakan beberapa disk 0,02 m3/m2.luas media 95

12 Biofilter Pengolahan Anaerobik dan

Aerobik

Biofilter Anaerob = (5-30) g

BOD/m2.hari 80-90

Biofilter Aerob = (5-30) g

BOD/m2.hari

13

Bioreaktor Membran

(Membran Bioreactor,

MBR)


menggunakan membran (0,4-0,7) kg BOD/m3.hari 98-99

14 Moving Bed Biofilm

Reactor (MBBR)


menggunakan beribu biofilm (7,5-25) g/m2.hari 98

Sanitasi.Net

Pengolahan Aerobik

• Pengolahan aerobik adalah pengolahan yang menggunakan

mikroorganisme yang hidup dalam kondisi aerobik atau

kondisi yang memerlukan keberadaan oksigen bebas (O2).

• Pengolahan aerobik biasanya digunakan untuk pengolahan

limbah dengan beban organik yang tidak terlalu besar.

Pengolahan ini.

• Unit pengolahan aerobik yang biasa digunakan adalah:

– aerobic pond,

– activated sludge,

– aerated lagoon,

– oxidation ditch, dan

– rotating biological contactor.

Sanitasi.Net

Pengolahan Anaerobik

• Pengolahan anaerobik merupakan suatu proses pengolahan

yang tidak memerlukan oksigen dalam menguraikan bahan

pencemar organiknya. Keberadaan oksigen justru menjadi

racun bagi mikroorganisme anaerobik pengurainya.

• Pengolahan anaerobik digunakan untuk mengolah air limbah

dengan beban organik yang tinggi.

• Pengolahan ini menggunakan bakteri yang hidup dalam kondisi

anaerob yaitu bakteri hidrolisa, bakteri acetogenik, dan

metanogenik.

• Pengolahan anaerobic yang umum digunakan adalah septic tank,

anaerobic biological reactor (ABR), inhoff tank, kolam anaerobic,

Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB), dan anaerobic filter.

Sanitasi.Net

Pengolahan Kombinasi

• Pengolahan kombinasi adalah pengolahan yang mengkombinasikan antara beberapa proses, baik kombinasi aerobic dan anaerobic, maupun pengolahan anoxic.

• Pengolahan anoxic adalah suatu pengolahan yang kondisinya sudah tidak terdapat oksigen terlarut lagi (oksigen bebas lagi), sehingga mikroorganisme yang akan mengolah air limbah perlu melepaskan oksigen terikat dalam bentuk senyawa nitrat atau nitrit. Prosesnya lebih dikenal dengan istilah denitrifikasi. Oleh karena itu, proses ini digolongkan ke dalam pengolahan kombinasi.

• Proses denitrifikasi adalah proses dimana senyawa nitrat dan nitrit direduksi menjadi gas nitrogen. Denitrifikasi terjadi pada temperatur rendah yaitu 5oC dan bakteri yang biasanya hidup adalah bakteri heterotrofik.

• Pengolahan dengan cara anoxic digunakan apabila senyawa nitrat dalam air limbah berlebih, sehingga perlu diubah menjadi bentuk gas.

Sanitasi.Net

Activated Sludge dengan Proses Nitrifikasi (O) dan Denitrifikasi (A)

Sanitasi.Net

Pengolahan Gabungan

• Pengolahan gabungan adalah pengolahan yang menggabungkan

antara beberapa proses, baik gabungan aerobic dan anaerobic,

gabungan sistem tersuspensi dan sistem melekat, maupun

gabungan dengan menggunakan tambahan membran atau

biofilm.

• Contoh pengolahan gabungan adalah

– RBC,

– Biofilter,

– MBR, dan

– MBBR.

Sanitasi.Net

Referensi

Direktorat Pengembangan Penyehatan Lingkungan Permukiman (PPLP)

Direktorat Jenderal Cipta Karya

Kementrian Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat

Sanitasi.Net

Modul Perencanaan Teknis SPAL-T

Modul

A. Dasar-dasar Perenca-naan Teknis SPAL-T

B. Unit Pelayanan

C. Unit Pengumpulan / Jaringan Perpipaan

D. Unit Pengolahan Air Limbah

E. Teknologi Pengolahan Lumpur

F. Konstruksi Bangunan

G. Rencana Anggaran Biaya

Sub-Modul

D1 Perencanaan Teknis Unit Pengolahan Air Limbah

D2 Pemilihan Lokasi IPAL

D3 Pemilihan Teknologi dan Sistem IPAL

D4-6 Sistem Pengolahan Air Limbah (secara Fisik, Kimia, Biologi) - 3 Sesi

D7-8 Pengolahan (Aerobik, Anaerobik, Gabungan dan Kombinasi) - 2 sesi

Sanitasi.Net

Terimakasih

Joy Irmanputhra

AFSI FasilitatorSanitasi.Org

sistem pengolahan air limbah secara biologis

Engineering