Sumber dan Karakteristik Limbah Lumpur

Sumber dan Karakteristik Limbah Lumpur

Sumber Limbah Lumpur dan Karakteristiknya :

Karakteristik

Parameter yang digunakan dalam menentukan karakter limbah lumpur sama dengan parameter yang digunakan untuk menentukan karakter limbah cair, yaitu berdasarkan parameter-parameter kualitas air.

Parameter yang digunakan antara lain berdasarkan sifat fisik, sifat kimia, dan secara mikrobiologi.

1. Sifat Fisik : Temperatur(T), pH, EC(electrical conductivity), TDS(total disolve solids), TSS(total suspended), dan turbiditas 2. Sifat kimia : COD (chemical oxygen demand), BOD (biological oxygen

demand), NO3 (nitrate), Ammonium, C1 (chloride), salinitas, DO ( dissolved

oxygen ), PO4 (phosphat), SO4 (sulfat), Ca (calcium), Mg (Magnesium) and

hardness.

3. Microbiological : Total coliform sebagai organisme indikator.Beberapa Parameter yang penting:

pH : merupakan tingkat keasaman atau kebasaan dari air, pH ini bisa membantu dalam mengontrol kekuatan air pada pipa.

EC : electrical conductivity memberikan indikasi dari konsentrasi padatan terlarut dalam air, hal ini penting baik dalam air minum atau dalam irigasi.

DO : disolved oxygen memberikan indikasi tentang kondisi aerob atau anaerob dari air. Harga DO ini berkorelasi dengan kandungan materi organik dalam air.

NO3 : Menunjukan indikator penting dari polusi air oleh limbah binatang, limbah manusia, dan limbah padat. Nitrat dan ammonium sebagai indikator karena keduanya larut dalam air dan dapat berpenetrasi ke daerah paling bawah dari tanah, tidak seperti posfat, yang tidak dapat bercampur dan diserap oleh tanah yang memliki kapasitas muatan positif(kation). Parameter ini penting dalam air minum dan irigasi.

COD : chemical oxygen demand parameter yang menunjukan kandungan zat organik dan anorganik dalam air.

Fecal Coliform : merupakan bakteri non-patogen pada dirinya tapi mempunyai ketahanan yang lebih lama dibanding bakteri lain, sehingga bisa mengindikasikan kandungan patogen dalam air.Sumber lumpur

SEPTAGESeptage merupakan materi semi liquid dari tangki septic atas intercept terdiri dari sludge di dasar tangki, liquid dan scum di permukaan.

Sludge DomestikKarakteristik sludge dari limbah domestik menujukan nilai yang berbeda untuk tiap parameter tergantung budaya dari penduduknya. Misal, karakter sludge pada tangki septik di Indonesia akan berbeda dengan sludge yang di peroleh dari tangki septik di Inggris, karena pola makan yang berbeda pada pendudukunya.Akan tetapi secara umum Karakter sludge domestik adalah sbb:ParameterA.S (konsentrasi biomassa 3000-4000mg/LUnit

Total solid (TS)0.83-1.165

Volatil solid of % TS 59-8865

Nitrogen, N of % TS2.4-52.5

P2O5 % of TS2.8-11.01.6

K2O % of TS0.5-0.70.4

pH6.5-8.05.0-8.0

Fe %~2.5

Contoh karakter limbah cair di Tehran, Iran

Karakter limbah domestik di salah satu daerah di SpanyolParameter Value

pH8.3 0.2

CODt645 27

CODs302 1 3

SS239 11

VSS197 10

VFAcod21 2

TKN91 11

N-NH351 14

P-PO43-7.5 1

SO42-77 10

Alkalinity0.26 0.1

Fats78 9

SS concentration in the effluent increased from 30 to about 100

Concentrations in mg/l, except pH. Alkalinity is expressed

as mg CaCO3/l and VFA as mg COD/l.Sludge non-domestik1. Industri Migas : berupa oil sludge

-Tank cleaning

-Separation Unit

-PIT

-Driling

-Refinery

2. Industri Makanan/minuman : Lemak/oil dan greaseIndustri makanan dan minuman sangat bervariatif, oleh karena itu lumpur yang dihasilkan pada limbah cair tiap industri akan berbeda, tapi dari tiap industri tersebut lumpur yang dihasilkannya akan banyak mengandung material organik yaitu berupa lemak, minyak dan sisa protein, sehingga biasanya menunjukan nilai BOD yang sangat tingg.

Salah satu karakter limbah cair dair industri makanan di Atlanta(Food Industry Environmental Conference, 1990)

3. Industri Kimia/ Electropolating : Sludge logam berat

Salah satu contoh limbah lumpur pada industri kimia di daerah Guangdong, China.

Karakteristik sludge (Lumpur)

Hubungan antara berat jenis, specific gravity, kadar solid, berat serta volume lumpur.

Konsentrasi solid yang tinggi pada slurry lumpur berpengaruh pada densitas dan viskositas suspensi. Lumpur yang telah dikeringkan memiliki konsentrasi solid lebih dari 40% dari beratnya.

Massa solid pada slurry berhubungan dengan komponen volatile suspended solid (VSS) dan fixed suspended solids (FSS) pada slurry. Specific gravity pada slurry (Ss) adalah

Dimana:

mw, mv, dan mF adalah massa air, VSS, dan FSS

V adalah volume sludge slurry

Sw, Sv dan SF adalah specific gravity solid dari air, VSS dan FSS

Hubungan volume

Vs = Vw + Vv + VFVs, Vw, Vv dan VF adalah volume dari sludge, air, VSS dan FSS

Apabila menggunakan specific gravity solid

Dimana, ms adalah total massa slurry

Dibagi dengan ms,

Dimana fmi adalah fraksi massa pada komponen ke-i pada slurry.

Hubungan antara volume lumpur dengan kandungan total solid yaitu:

Dimana, M adalah massa padatan lumpur kering; M = mv + mF

pm dan pw adalah persen solid dan kandungan air

Spesific gravity lumpur basah atau pun kering, s, bergantung pada kandungan air dan specific gravity dari solid yang dikeringkan, Ss. Besarnya kandungan air atau kelembaban, pw yaitu

Dimana:pw = kandungan air

Ww = berat air

Ws = berat solid kering

Besarnya kandungan solid, ps yaitu

Spesific gravity dari lumpur yang dikeringkan merupakan fungsi dari specific gravity volatile (sv) dan fixed fraction (sf). jikan kandungan materi volatile adalah pv, dan kandungan materi fixed adalah pf, maka

Biasanya, specific gravity fraksi volatile, sv diasumsikan mendekati specific gravity air yaitu 1,0 dan specific gravity FSS, sf sama dengan 2,5. Dengan mensubstitusikan ke dalam persamaan di atas didapat

Dan specific gravity dari lumpur basah (wet sludge), s, diberikan dengan persamaan berikut

A. Cara Perhitungan Volume Lumpur

Pada instalasi pengolahan air limbah mencakup pengolahan primer, sekunder dan/atau tersier dan pengolahan lumpur. Parameter utama dalam pengolahan lumpur adalah jenis Lumpur atau kandungan Lumpur serta berapa besar volume lumpur yang harus diolah. Untuk itu dilakukanlah perhitungan volume Lumpur dengan cara sebagai berikut:

Menentukan nilai specific gravity of a solid (Ss)Dapat dihitung dengan menggunakan persamaan hubungan antara volume Lumpur dengan Lumpur.

Di mana : Ss = specific gravity of solid

= mass of water, kg atau lb

= mass of VSS, kg atau lb = mass of FSS, kg atau lb

= volume of sludge slurry, m3 atau ft3

= Vw + Vv + VfDimana : Vw, Vv, Vf = volume dari air, VSS, FSS (m3 atau ft3) Menentukan massa endapan solid :

Dimana adalah massa endapan solid.

dapat diperoleh dengan mengalikan debit air limbah dengan kandungan atau konsentrasi SS (suspended solid).

Menghitung volume Lumpur

Formula untuk menghitung volume Lumpur dapat digunakan persamaan sebagai berikut :

Dimana : V = Volume (m3)

= mass of solid (Kg/hari) = specific gravity of solid

= specific weight of water ( 103 kg/m3)

Ps = percent solids exspressed as a decimalUntuk memperkirakan perhitungan untuk sebuah solids content yang diberikan, terdapat persamaan sederhana untuk mengingat hubungan variasi volume dengan persen materi solid yang terdapat dalam Lumpur :

Dimana : , = volume Lumpur

, = persen solid

B. Contoh Soal perhitungan Lumpur kimia dan Lumpur biologi

Lumpur Kimia

Setelah melalui proses koagulasi-flokulasi maka air buangan akan mengandung zat kimia yang berasal dari penambahan Alum (Al(SO4)3) dan atau Air kapur ( Ca(OH)2).

Diketahui : SS in = 1000 mg/l

Pengurangan SS adalah 10 %

Koagulan yang digunakan adalah Al(SO4)3 dan Ca(OH)2

konsentrasi Al(SO4)3 = 100 mg/l dan konsentrasi Ca(OH)2 = 100 mg/l

debit air limbah adalah 1000 m3 / hari , persen solid 0.02

Ditanyakan : berapa volume Lumpur yang akan masuk ke unit sedimentasi

Jawab :

Dengan menggunakan persamaan stokiometri untuk menghitung konsentrasi senyawa kimia hasil reaksi yaitu :

Al(SO4)3 + 3 Ca(OH)2 2Al(OH)3 + 3CaSO4Mula-mula 0,292 mmol 1,35 mmol

Terurai 0,292 mmol 0,836 mmol 0.584mmol 0.876mmol

Sisa - 0,474 mmol 0.584mmol 0.876mmol

Jadi, [Al(OH)3] = 0.584 mmol x Mr Al(OH)3 = 0.584 mmol x 78 = 45,552 mg/l

[CaSO4] = 0876 mmol x 136 = 119,136 mg/l

massa Lumpur yang mengendap = SSin-SSout

= 1000 mg/l- (10% x 1000mg/l) = 900 mg/l

massa lumpur yang masuk ke tangki sedimentasi :

ms = SS + [Al(OH)3] + [CaSO4]

= 900 mg/l + 45,552 mg/l + 119,136 mg/l

= 1064,688 mg/l x 1000 m3 / hari x 103 L/m3 x 10-6 kg/mg

= 1064,688 kg/hari

Volume Lumpur =

asumsi = 1

V = 53, 234 m3/hari

Jadi, jumlah volume yang akan masuk ke tangki sedimentasi adalah 53, 234 m3/hari

Thickening

Lumpur mengandung volume air yang besar. Kandungan solid pada primary sludge, yang diaktivasi (activated), trickling filter ataupun Lumpur campuran (antara primary dengan buangan yang diaktivasi) berbeda-beda tiap jenisnya, tergantung pada karakteristik Lumpur, fasilitas penyisihan dan pemompaan Lumpur, serta metode pengoperasian. Thickening merupakan prosedur yang digunakan untuk meningkatkan kandungan solid pada Lumpur dengan menyisihkan kandungan liquid di dalamnya. Konsentrasi solid dalam Lumpur bisa digandakan pada proses Thickening, yang dikenal juga dengan istilah konsolidasi. Konsentrasi ini meningkat tergantung pada tipe Lumpur. Sebagai contoh ilustrasi, bila Lumpur teraktivasi (activated sludge) yang dikeluarkan dari tangki pengendapan kedua mempunyai kandungan solid sebesar 0.8 persen, bisa di-Thickened menjadi kandungan solid 4 persen, sehingga mengurangi volume Lumpur yang ada. Atau untuk activated sludge kandungan solid sekitar 3%, dan primary sludge mempunyai kandungan solid sebesar 9%. Sludge Thickening digunakan selain untuk meningkatkan konsentrasi Lumpur dan mengurangi volume juga untuk menghemat pengeluaran karena Lumpur yang telah di-Thickened hanya membutuhkan kapasitas tangki dan dosis zat kimia untuk stabilisasi yang lebih sedikit, serta system perpipaan dan pemompaan untuk transportasi Lumpur yang lebih kecil. Thickening diidentikkan dengan proses fisik, antara lain co-settling, gravity settling, flotasi, centrifugasi, gravity belt dan rotary drum.

Aplikasi

Besarnya reduksi volume Lumpur yang ingin dicapai membantu menentukan jenis proses treatment yang dibutuhkan, seperti digestion, dewatering, pengeringan dan pembakaran dengan melihat faktor-faktor dibawah ini:

1. kapasitas tangki dan peralatan menunjang yang dibutuhkan

2. jumlah atau kuantitas zat kimia yang digunakan dibutuhkan untuk mengkondisikan Lumpur

3. besarnya energi panas yang dibutuhkan oleh digester dan jumlah bahan bakar untuk pengeringan atau insenerasi.

Untuk fasilitas yang besar, dimana Lumpur yang telah diolah harus dikirimkan ke tempat dengan jarak cukup jauh dari tempat proses pengolahan, reduksi volume Lumpur bisa mengurangi ukuran pipa dan biaya pemompaan. Reduksi volume sangat dibutuhkan ketika Lumpur cair dikirimkan menggunakan truk tangki dengan tujuan aplikasi langsung sebagai penyubur tanah.

Sludge Thickening dapat dilakukan dengan semua jenis instalasi pengolahan air buangan- pada primary clarifiers, fasilitas sludge-digestion, ataupun unit yang didesain secara terpisah.

Deskripsi dan Desain Thickeners

Ada beberapa Thickeners yang biasa digunakan dalam mengurangi kadar cair pada Lumpur. Kebanyakan peralatan menggunakan tenaga mesin. Dan tugas dari seorang Sarjana Teknik Lingkungan adalah bisa menentukan teknologi proses pengolahan yang paling tepat untuk jenis Lumpur yang ada.

Dalam merancang fasilitas Thickening, sangat penting untuk

1. menyediakan kapasitas yang dapat menampung kebutuhan puncak

2. mencegah munculnya masalah kesehatan dan tetap memelihara kebersihan, misalnya mengurangi atau menghilangkan bau selama proses pengolahan berlangsung

Namun, khusus pada tulisan ini akan dibahas mengenai Gravity Thickener. Sedangkan metode Thickening yang lain akan di bahas di lain kesempatan.

Gravity Thickening

Gravity Thickening merupakan salah satu metode yang sering digunakan dan berbentuk tangki yang mempunyai desain mirip dengan tangki sedimentasi konvensional. Biasanya, tangki berbentuk geometri yang digunakan mirip dengan yang biasa dipakai untuk Primary dan Secondary Clarification dari buangan cair. Solid yang masuk ke dalam Thickener dibagi menjadi 3 zona seperti gambar:

C1 = influent solids concentration

Cb = lowest concentration of which sludge thickening begins

Cu = underflow concentrationGambar Typical Concentration Profile of Municipal Wastewater Sludge in a Continous Flow Gravity ThickenerLapisan paling atas adalah lapisan berisi cairan yang jernih. Lapisan berikutnya adalah zona sedimentasi, dimana biasanya terdapat arus Lumpur yang bergerak dari akhir influen hingga zona Thickening. Dalam zona Thickening partikel individu dari Lumpur kemudian beraglomerasi. Lapisan Lumpur terbentuk di zona ini, dimana massa Lumpur dikompresi atau ditekan oleh material yang terus-menerus ditambahkan diatasnya. Air disemprotkan keluar ruang dan mengalir ke dalam saluran (channel).

Supernatan dari Sludge Thickener keluar melalui saluran (weir) efluen dan kemudian dikembalikan lagi ke pengolahan awal yaitu tangki distribusi yang mendistribusikan air limbah ke tangki aerasi. Lumpur yang sudah di-Thickened diambil dari bawah. Operasi yang baik dilihat dari pembentukan lapisan Lumpur.

Sludge Volume Ratio (SVR) adalah volume dari lapisan Lumpur dalam Thickener yang dibagi oleh volume Lumpur yang dibuang per hari. Biasanya, nilai SVR adalah 0.5 2 d. Umumnya, SVR yang lebih tinggi menghasilkan Lumpur yang lebih kental. Waktu retensi yang terlalu singkat mungkin menyebabkan timbulnya gas dan buih-buih dari solid.

Gravity Thickening digunakan untuk mengkonsentrasikan solid pada Lumpur dari Primary Clarifier, Trickling Filter dan Activated Sludge. Lumpur kombinasi dan kimia juga dikentalkan pada Gravity Thickeners. Tingkat pengentalan bervariasi 2-5 kali konsentrasi solid yang masuk. Konsentrasi solid maksimum yang bisa dicapai dalam Gravity Thickener biasanya kurang dari 10%. Lumpur kimia dan Waste Activated Sludge biasanya lebih sulit dikentalkan dengan cara gravitasi ini.

Kriteria Desain

Tipe LumpurInfluent solid concentration (%)Thickened solid concentration (%)Hydraulic Loading (m3/m2.d)Solid Loading (kg/m2.d)Solid Capture (%)Overflow, TSS (mg/l)

Primary1.0 7.05.0 - 10.024 3390 - 14485 98300 - 1000

Trickling filter1.0 4.02.0 6.02.0 6.035 5080 92200 1000

Waste activated sludge0.2 1.52.0 4.02.0 4.010 3560 85200 1000

Combined primary and waste activated sludge0.5 2.04.0 6.04.0 10.025 8085 - 92300 800

Kedalaman : 3 m (10 ft)

Detention period : 24 h

Hydraulic Loading : 10 30 m3/m2.d (250 740 gpd/ft2)

Untuk mencapai Hydraulic Loading tersebut, secondary effluent sering dicampurkan denga sludge fed ke dalam thickener.

SPECIFIC RESISTANCE

Chemical conditioning lumpur merupakan hal yang penting dalam pengurangan kadar air untuk mengurangi gaya kohesif padatan dan cairan lumpur, sebagai tambahan untuk mengendapkan zat yang larut tergantung pada zat kimia yang digunakan. Dengan kata lain, chemical conditioning biasanya mengurangi specific resistance lumpur untuk filtrasi atau drainase, oleh karena itu proses pengurangan kadar air lebih ekonomis. Specific resistance didasarkan pada teori filtrasi dan menyediakan penghitungan kualitatif untuk kemampuan pengeringan lumpur.

Parameter yang digunakan untuk menujukkan tingkat kemudahan proses pengurangan air secara mekanik disebut specific resistance terhadap filtrasi. Parameter ini tidak hanya membuat perbandingan kemampuan filter antara Lumpur yang berbeda, tetapi juga menyediakan criteria rancangan atau metode pengurangan air lumpur.

Tabel 1. Nilai specific resistance beberapa jenis lumpur :

Jenis lumpurSpecific resistance (m/kg)

activated sludge4-12x1013

digested sludge3-30x1013

conditioned primary sludge3-10x1011

conditioned digested sludge2-20x1011

Lumpur dengan nilai specific resistance tinggi lebih sulit untuk dikurangi kadar airnya dibandingkan lumpur dengan nilai specific resistance lebih rendah. Specific resistance menurun dengan penurunan waktu retensi. Specific resistance meningkat sampai 33-45x1013 m/kg karena peningkatan intensitas pencampuran conditioned sludge. Specific resistance juga digunakan untuk mengevaluasi pengaruh material chemical conditioning pada kemampuan penyaringan lumpur.

V : Volume filtrate setelah waktu tertentu t,

P : tekanan applied pressure,

A : luas filter

: viskositas absolute filter,

r : specific resistance lumpur

c : konsentrasi padata lumpur,

R : resistensi medium filter

r = M-1L or r= m/kgatau

r = 2bPA2/wb: slope plot V terhadap t/V)A: luas filter area (cm2)

w: berat kering

Nilai r tinggi mengindikasikan bahwa lumpur lebih sulit dikurangi kadar airnya. Pada nilai r yang rendah, conditioning limpur tidak lagi diperlukan

Penentuan kadar specific resistanceKarakteristik pengurangan kadar lumpur secara laboratorium ditentukan sebagai specific resistance filtrasi lumpur. Metode penentuan specific resistance dilakukan melalui pengamatan secara visual menggunakan uji beaker, uji gravitasi drainase, uji capillary suction time (CST), uji gunting standar. Peralatan laboratorium yang digunakan terdapat pada gambar di bawah ini:

Penentuan specific resistance sebagai berikut: specific resistance stabil dengan variasi antara 31x1013 m/kg - 87x1013 m/kg (mean 51,9x1013 m/kg) pada tekanan 49 kN/m2. Nilai specific resistance (r) dinyatakan sebagai 1013 m/kg pada tekanan standar 49 kN/m2. Lumpur dengan specific resistance 0,13x1013 m/kg pada tekanan standar 49 kN/m2 dapat dikeringkan pada vakum tanpa memerlukan conditioning lebih lanjut. specific resistance tergantung pada sifat-sifat fisika kimia suspended solids.

Contoh perhitungan:

Pengukuran volume(V) filtrate pada selang waktu tertentu (t) dan tekanan tertentu. Perhitungan menghasilkan t/V terhadap V seperti yang ditunjukan oleh kurva di bawah:

P = 49x103N/m2

A = 6,361x 10-3 m2

= 1 x 103 N.s/m2 (20oC)

c = 2,34 kg=m3

b = 0,38139s/ml2 = 0,38139 x 1012 s/(m3)2sehingga didapat nilai r = 65 x 1013 m/ kg

Karakter berbeda

Non-domestik

domestik

Sludge

Supernatan

Scum

Septage

_1197828944.unknown

_1197839019.unknown

_1197839621.unknown

_1197839939.unknown

_1197839978.unknown

_1197839997.unknown

_1197842066.unknown

_1197839956.unknown

_1197839914.unknown

_1197839436.unknown

_1197839581.unknown

_1197839375.unknown

_1197838352.unknown

_1197838553.unknown

_1197838929.unknown

_1197838386.unknown

_1197838245.unknown

_1197838314.unknown

_1197838161.unknown

_1197471153.unknown

_1197821138.unknown

_1197821946.unknown

_1197471163.unknown

_1197612258.vsd

Zone of clear liquid

Sedimentation zone

Thickening zone

Cb

C1

Cu

_1197469735.unknown

_1197471115.unknown

_1197471129.unknown

_1197469890.unknown

_1197017424.unknown