bab viii pengolahan lumpur

Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Limbah

BAB VIII

PENGOLAHAN LUMPUR

Dalam perencanaan ini, pengolahan lumpur yang dilakukan meliputi tiga

pengolahan, yaitu :

Sludge thickener (pengurangan kadar air)

Aerobic Sludge Digester (Pengurangan massa lumpur)

Sludge Drying Bed (pengeringan solid lumpur)

Ketiga unit pengolahan lumpur tersebut dilakukan secara berurutan sebelum

akhirnya lumpur yang kering (cake) dapat dibuang atau dimanfaatkan untuk aktifitas

lain.

8.1 SLUDGE THICKENER

Kriteria Desain :

Solid loading : 25 – 80 kg/m2.hari

Konsentrasi solid lumpur = 2 – 8 % dry solid

Sludge volume ratio = 0,5 – 20 hari

Kedalaman sludge blanket = 0,6 – 2,4 m

Slope bak = 1: 4 – 1: 6

Perencanaan :

Solid loading =60 kg/m2.hari

Specific gravity sludge (BJ sludge)

BP I = 1,02

BP II = 1,005

Konsentrasi solid dalam lumpur (%solid)

Konsentrasi solid dari lumpur BP I = 6%

Konsentrasi solid dari lumpur BP II = 1.3%

Direncanakan dibuat 2 buah sludge thickener untuk 2 BP I dan 2 AS

Perhitungan

Volume Solid Dan Air

Bak Pengendap I :

1. Massa solid ( MS )

MS = TSS removed x 2 BP I

VIII-1 | P a g eDITA SAVITRI (3307.100.059)


= 437.48 kg/hari x 2 bak

= 874.96 kg/hari

2. Massa lumpur (sludge)

Dengan konsentrasi solid = 6%

Massa lumpur = (100/6 x 874.96 kg/hari)

= 14582.67 kg/hari

3. Volume solid ( Vsolid )

Vsolid =

Massa solidBjsolid

=

874 . 96

1400kg /m3

= 0.63 m3/hari

4. Volume Lumpur (VL) =

Massa sludgeBJ sludge

=

1749 .92

1020 kg /m3

= 1.72 m3/hari

5. Volume Air dari Lumpur ( Vair )

Vair = Vlumpur - Vsolid

= 1.72 – 0.63

= 1.09 m3/hari

Bak Pengendap II (Proses Activated Sludge)

1. Massa solid ( MS )

MS = Solid waste x 2 bak

= 2780.8 kg/hari x 2 = 5561.6 kg/hari

2. Massa lumpur (sludge)

Dengan konsentrasi solid = 1.3%

Massa lumpur = (100/1.3 x 5561.6) kg/hari

= 427815.4 kg/hari

3. Volume solid ( Vsolid )

Vsolid =

Massa solidBjsolid



=

5561 .6

1250 kg /m3= 4.45 m3/hari

4. Volume Lumpur (VL) =

Massa sludgeBJ sludge

=

427815 .4

1005 kg /m3

= 425.7 m3/hari

5. Volume Air dari Lumpur ( Vair )

Vair = Vlumpur - Vsolid

= 425.7 – 4.45

= 421.25 m3/hari

Berat solid total

Ms total = Ms1 + Ms2

= 874.96 kg/hari + 5561.6 kg/hari

= 6436.56 kg/hari

Volume solid total

Vs total = Vs1 + Vs2

= 0.63 m3/hari + 4.45 m3/hari

= 5.08 m3/hari

Volume Lumpur

1. Berat Lumpur yang dibuang ke thickener

Ml total = Ml1 + Ml2

= 14582.67 kg/hari + 427815.4 kg/hari

= 443298.07 kg/hari

2. Volume Lumpur total

Vl total = Vl1 + Vl2

= 1.72 m3/hari + 425.7 m3/hari

= 427.92 m3/hari

3. Berat jenis sludge pada thickener (Bj thick)

MltotalBj thick =

Ml1Bjsludge +

Ml2Bjsludge

443298 .07Bj thick =

14582 .671020 +

427815 . 41005



217822 .77Bj thick = 1007.5

Bj thick = 1007.5 kg/m3

Lumpur yang keluar dari sludge thickener

- Konsentrasi solid dari thickener = 5 %

- Kadar air dari Lumpur = 95 %

- Kadar solid dalam Lumpur = 5 %

- BJ sludge di Thickener = BJ campuran = 1007.5 kg/m3

1. Berat jenis Lumpur dari thickener

Bj = ( 5 % x 1007.5 ) + ( 95 % x 996.26 )

= 50.38 + 946.44

= 996.82 kg/m3

2. Massa Lumpur dari thickener

MlT =

Berat solid pada thickener(Ms total )konsentrasi solid dari thickener

=

6436 . 56 kg/hari5 %

= 128731.2 kg/hari

3. Volume Lumpur dari thickener

VlT =

Massa lumpur dari thickenerBj lumpur dari thickener

=

128731 .2 kg/hari996 . 82 kg/m3

= 129.14 m3/hari

4. Volume Lumpur yang direduksi

VlR = Vol Lumpur in – Vol Lumpur out

= 427.92 – 129.14

= 298.78 m3/hari

5. Volume air yang direduksi

Vair = Volume lumpur yang direduksi – Volume solid di thickener

= 298.78 – 5.08

= 293.7 m3/hari



Dimensi Sludge Thickener

Luas bak (A)

A =

Berat solidsolid loading rate

=

6436 . 5660

= 107.3 m2

Atiap bak = 107.3 / 2 bak

= 53.65 m2

D = √ 4⋅A∏ ¿

¿

= √ 4⋅53.653 .14

= 8.3 m

Gambar. 8.1 Diameter Sludge Thickener

Kedalaman rencana (h) = 3 m

Direncanakan kedalaman ditengah bak dengan kemiringan 1 :6

= h + (0.5D x 1/6)

= 3m+( 0,5×8 .3

6 )= 3.69 m

Volume Thickener

= Asurface x h

= (1/4 x 3.14 x D2) x h



= (1/4 x 3.14 x (8.32)) x 3.69 m

= 199.65 m3

Check sludge volume rasio

SVR =

V lumpur inV lumpur teremoval

=

427 . 92298 .78

= 1.43 hari ( 0.5 < SVR < 20 hari )

Cek hydraulic Loading :

= volume lumpur / Asurface

= 298.78 /53.65

= 5.57 m3/m2 hari

Kedalaman Total Thickener

Maka H total = 3.69 m + 0.31 (fb)

= 4 m

Gambar. 8.2 Kedalaman Sludge Thickener

Penarikan lumpur

Efisiensi penangkapan solid = 85%

Berat lumpur = 64365.6 kg/hari

Jumlah penarikan lumpur = 85% x 64365.6 kg/hari

= 55354.42 kg/hari

Kecepatan pemompaan = Berat solid tiap bak / solid



= 3218.28 kg/hari / 1220 kg/m3

= 2.64 m3/hari

Pelimpah

Qtotal = Qsupernatant

= 293.7 m3/hari

Weir V-notch dengan sudut 900

q =

815

⋅Cd⋅√2g⋅tan( θ2 )⋅H52

direncanakan kedalaman pada weir (h)

h = 8 cm

= 0.262 ft

Panjang weir = π x D

= π x 8.3 m = 26.08 m

Jumlah V-notch = Panjang weir total/jarak antar v-notch

= 26.08 m / 0.2 m

= 130.4 buah ≈ 131 buah

Debit yang melalui weir

q = Qsupernatant/ jumlah v-notch

= 293.7 m3/hari /131 buah/86400

= 0.000026 m3/detik

Tinggi air di V-notch

H =

(15⋅q

8⋅Cd⋅√2g⋅tan (θ2 ))25

=

(15⋅0 .000026

8⋅0. 584⋅√2 x 9.81⋅tan(902 ))

25

= 0.013 m

Kontrol weir loading

WL = Q/panjang weir

= 293.7 m3/hari /131 buah



= 2.24 m3/hari

Dimensi saluran pelimpah

Lebar saluran (b) = 0.2 m

= 0.656 ft

Q = 2.49 x b x h2/3

Q = 0.002 m3/det

= 0.002 m3/detik x 35.31

= 0.071 ft3/detik

Sehingga

h = ( Q2 ,49×b )

23=( 0 ,071

2 ,49×0 ,656 )23

h = 0.12 ft

h = 0.037 m

h = h + fb (0.013)

h = 0.05 m

Gambar. 8.3 Sketsa V-Notch

8.2. AEROBIC SLUDGE DIGESTER

Kriteria desain :

Hidraulic Retention Time (HRT) pada 20oC untuk primary + Activated Sludge

waste = 15 – 20 hari

Solid loading = 1,6 – 4,8 kg volatile solid/m3.hari

Kebutuhan oksigen untuk :

- Cell tissue ~ 2,3 kg O2/kg solid destroyed

- BOD5 pada primary sludge = 1,6 – 1,9 kg O2/kg solid destroyed

Energi untuk mixing :

- Mechanical aerator (kw/103m3) = 19,7 – 39,5



- Diffused air mixing (m3/m3.min) = 0,02 – 0,04

DO residu dalam liquid = 1-2 mg/L

Reduksi pada VSS = 40 – 50%

Perencanaan :

Jumlah ASD = 2 buah, melayani 2 thickener

Karakterisik lumpur dari thickener (effluen thickener) :

- Berat solid in = 6436.56 kg/hari

- Berat lumpur in = 128731.2 kg/hari

- Kadar solid in = 5%

- Kadar air in = 95%

- BJ lumpur in = 996.82 kg/m3 = 0.99682 gr/cm3

- Volume lumpur in = 129.14 m3/hari

Data hasil percobaan lab. Untuk pengolahan pada ASD :

- Reduksi VSS = 30%

- VSS remain = 70%

- Suhu air limbah = 25oC

- Kebutuhan O2 untuk cell tissue = 2,3 kg O2/kg solid

- Kedalaman tangki rencana (h) = 3 m

Direncanakan effluen ASD :

- Kadar solid = 35%

- Kadar air = 65%

- MLVSS / MLSS = 0,8

Perhitungan

1) Hidraulic Retention Time (HRT) :

Pada reduksi VSS = 30%, maka diperoleh :

T(oC) x sludge area (d) = 500, pada T = 25oC

HRT = 500 / T

= 500 / 25 = 20 hari

2) Total solid sebagai VSS :

MLVSS / MLSS = 0,8 ; maka:

Berat solid (VSS) = 0,8 x berat solid (SS)

= 0,8 x 6436.56 kg/hari

= 5149.25 kg/hari

3) VSS yang tereduksi dari total berat solid (VSS) :

VSS reduksi = 30% x berat solid (VSS)



= 30% x 5149.25 kg/hari

=1544.78 kg/hari

LUMPUR KELUAR DARI AEROBIC SLUDGE DIGESTER

4) VSS yang lolos dari digester (VSS effluen)

VSS eff = 70% x berat solid (VSS)

= 70% x 5149.25 kg/hari

= 3604.48 kg/hari

5) Fixed suspended solid (FSS) :

Bila VSS = 0,8 SS

Maka FSS = 0,2 SS, sehingga :

FSS = 0,2 x berat solid (SS)

= 0,2 x 6436.56 kg/hari

= 1287.31 kg/hari

6) Berat solid yang lolos dari ASD (solid effluen) :

Solid effluen = VSS effluen + FSS

= 3604.48 kg/hari + 1287.31 kg/hari

= 4891.79 kg/hari

7) Spesific gravity lumpur yang keluar dari ASD :

a. VSS keluar dari ASD (Pv) :

Pv = (VSS effluen / solid effluen) x 100%

=

3604 .484891 .79

x 100 %= 73.7%

b. FSS keluar dari ASD (Pf) :

Pf = 100% - Pv

= 100% - 73.7% = 26.3%

c. Spesific gravity solid keluar dari ASD :

1Sg

= PvSv

+ PfSf , dimana :

Sv untuk VSS = 1

Sf untuk FSS = 2,5

Maka :

1Sg

=0 ,7371

+ 0 ,2632,5

Sg = 1,19

BJ = berat jenis = 1,19 gr/cm3



8) Karakteristik sludge keluar dari digester (sludge effluen):

a. Berat lumpur (W lumpur) :

Dengan kadar solid out digester = 35%, maka:

W lumpur = berat solid effluen / kadar solid out

= 4891.79 kg/hari / 35%

= 13919.4 kg/hari

b. Volume lumpur :

Vol. lumpur = berat lumpur / BJ lumpur

= 13919.4 / 1190 kg/m3

= 11.7 m3/hari

c. Volume air = 65% x 11.7 m3/hari

= 7.6 m3/hari

9) Kebutuhan Oksigen :

Kebutuhan oksigen digunakan untuk cell tissue (selain untuk oksidasi bahan

organik, juga untuk reduksi amonia yang diproduksi selama oksidasi karbon,

dimana amonia dioksidasi menjadi nitrat)

C5H7NO2 + 7O2 5CO2 + NO3- + 3H2O + H+

Maka :

Kebutuhan O2 = keb. O2 untuk cell tissue x VSS tereduksi

= 2,3 kg O2/kg solid destroyed x 1544.78 kg/hari

= 3552.99 kg O2/hari

10) Volume udara yang dibutuhkan (vol. udara) :

Data-data perencanaan :

- Udara mengandung 20.2% berat O2

- Berat jenis spesific (γ ) udara pada level dan tekanan di plant = 1,201

kg/m3

- Efisiensi O2 transfer dari alat (mixer) = 10%

Maka :

a. Kebutuhan udara teoritis (vol. theo) :

Vol. theo = kebutuhan O2 / (γ udara x % berat O2)VIII-11 | P a g e

DITA SAVITRI (3307.100.059)


= 3552.99 kg O2/hari / (1,201 kg/m3 x 20.2%)

= 14645.35 m3/hari

b. Kebutuhan udara aktual (vol. akt) :

Vol aktual = Vol udara teoritis / efisiensi transfer

= 14645.35 m3/hari / 10%

= 146453.5 m3/hari

= 40.68 m3/min

11) Volume tangki digester :

Vol = (Vf - 2/3 (Vf-Vd)) x t

Dimana :

V = volume digester

Vf = volume lumpur yang ditambahkan setiap hari

Vd = volume digested sludge yang diremoval setiap hari

T = digestion time

- Vf = Volume lumpur in = 129.14 m3/hari

- Vd = volume setelah digester = 11.15 m3/hari

- t = 20 hari

Sehingga :

Vol = (Vf - 2/3 (Vf-Vd)) x t

Vol =(129.14 m3/hari – 2/3 (129.14 m3/hari -11.7 m3/hari)) x 20 hari

=1016.93 m3

12) Dimensi digester

Dengan h rencana = 3 m, maka:

a. Luas permukaan (As)

As = Vol / H

= 1016.93 m3/3 m

= 338.98 m2

As tiap bak :

As = 338.98 / 2 bak

As = 169.49 m2

b. Diameter (d)

d = √ 4 xAsπ



= √ 4 x169 .49π

= 14.69 m

Gambar. 8.4 Diameter Aerobik Sludge Digester

13) Check solid loading

Solid loading = Berat solid influen / vol

=

(6436 . 56 kg/hari/2)1/4 x π (14 . 69)2 x 3

= 4.8 kg/m3.hari ….. (ok! 1,6 – 4,8 kg/m3.hari))

14) Kebutuhan udara untuk tiap m3 volume digester

Keb. Udara = keb. Udara aktual / vol ASD

= (53.5 m3/min) / 1016.93 m3

= 0,053 m3/m3.min

Kebutuhan udara / m3 volume digester ini digunakan untuk menentukan jenis

mixer / pengaduk yang digunakan

Maka dimensi aerobic sludge digester :

Freeboard = 1,0 m

Diameter = 14.69 m

Kedalaman (H) = h + freboard = 3 m + 1 m

= 4 m

8.3. SLUDGE DRYING BED (SDB)

Bangunan ini digunakan untuk mengeringkan lumpur secara konvensional.

Kriteria design:

Tebal lapisan lumpur = 200 – 300 mm



Lebar bak ( L ) = ± 6 m

Panjang bak ( P 0 = 6 – 30 m

Tebal lapisan media pasir = 230 – 300 mm

Tebal lapisan gravel = 150 – 300 mm

Koefisien uniformity pasir < 4,0

Ukuran efektif pasir = 0,3 – 0,75 mm

Slope lateral drainase lines ¿ 1 %

Jarak antar lateral line = 2,5 – 6 m

V pada pipa > 0,75 m/s

Waktu pengeringan = 10 – 15 hari

Kelembaban / moisture lumpur = ± 60 %

Sludge loading rate = 58,5 – 97,6 kg/m2 tahun

Perencanaan :

Jumlah SDB = Sesuai waktu pengeringan

Karakteristik lumpur dari sludge digester

Berat lumpur = 13919.4 kg/hari

Volume lumpur = 11.7 m3/hari

Volume lumpur GC = 0.5 m3/hari

Volume air GC = 0.47 m3/hari

Volume lumpur total = 12.2 m3/hari

Kadar air = 65 %

1. Kadar solid = 35 %

2. Berat solid = 35 % x berat lumpur

= 35 % x 13919.4 kg/hari = 4871.79 kg/hari

Data laboratorium :

Waktu pengeringan ( t ) = 10 hari

Kadar air pada sludge (hasil pengeringan) = 35 %

Dimensi bak rencana

P : L = 2 : 1

Tebal sludge cake ( hcake ) = 0,3 m

Tebal lapisan pasir ( hpasir ) = 0,2 m

Tebal lapisan gravel ( hgravel ) = 0,15 m

Pasir terletak di atas lapisan gravel



Perhitungan Kapasitas SDB

1. Volume sludge cake (lumpur hasil pengeringan)

V 1=V (1−ρ )

1−ρ3

Dimana : V = Volume lumpur mula-mula = 12.2 m3

ρ = Kadar air mula-mula = 65 %

ρ3 = Kadar air hasil pengeringan = 35 %

Maka : V 1=

12. 2 .(1−0 ,65 )1−0 ,35

= 6.6 m3/hari

2. Dimensi SDB

Tebal sludge = hlumpur = 0,3 m

P : L = 2 : 1

Luas permukaan (A surface)

Asurface =

Volume inf luen SDBh lumpur

=

6 .6m3

0,3 m = 22 m2

Dimensi bak

Asurface = 2L2

22 = 2L2

L = 3.3 m

P = 2 L = 6.6 m

Gambar. 8.5 Tampak Atas Sludge Drying Bed



Kedalaman total bak

- hlumpur = 0,3 m

- hpasir = 0,2 m

- hgravel = 0,15 m

- freeboard rencana = 0,3 m

Htotal = hlumpur + hpasir + hgravel + fb

= 0,3 + 0,2 + 0,15 + 0,3

= 0,95 m

Gambar. 8.6 Tampak Samping Sludge Drying Bed

Sehingga dimensi Sludge Drying Bed :

Lebar SDB = 3.3 m

Panjang SDB = 6.6 m

hbak = 0,95 m

Desain bak

Direncanakan :

3. Tiap bak terdiri dari 1 drainase lateral line

4. Letak pipa memanjang

5. Slope pipa = 2 %

6. Diameter pipa rencana = 20 mm

1) Volume air di bed = Vol. Air tiap bed x t

= (7.6 m3/hari + 0.47 m3/hari) x 10 hari

= 80.7 m3

Qair = 8.07 m3/hari

Asumsi v pipa = 0.3 m/detik


100 mm


fb

h pasir

h lumpur

h gravelh sentral

L partisi

s

2) A pipa = Qair di Bed/v pipa

3) Qair di bed = 8.07 m3/hari /86400/ 0.3 m/det

= 0.0003 m2

4) Diameter = √ 4⋅Aπ

=√ 4⋅0 ,0003π = 0.02 m

= 20 mm

5) Jarak dari dinding ( s )

tempat pipa = 100 mm = 0,10 m

s = ( lebar SDB - tempat pipa ) / 2

= (4.4 – 0,11 ) / 2

= 2.2 m

Kedalaman sentral ( hsentral )

Slope = 2 % = 0,02

Slope = ΔHL =

h sentrals

Hsentral = slope x s

= 0,02 x 2.2

= 0,044 m

1. Kedalaman bak total (dari sentral line)

Hsentral = Htotal + hsentral

= 0,95 + 0,044

= 0,99 ~ 1 m

Gambar. 8.7 Kedalaman Sludge Drying Bed


φ=20 mm

s

bab viii pengolahan lumpur

Documents