buku a cetak07032018ciptakarya.pu.go.id/plp/upload/peraturan/bukua_iplt.pdf · 2018-10-10 ·...

BUKU A PANDUAN PERENCANAAN

TEKNIK TERINCI BANGUNAN PENGOLAHAN LUMPUR TINJA

DIREKTORAT JENDERAL CIPTA KARYA

KEMENTERIAN PEKERJAAN UMUM DAN PERUMAHAN RAKYAT

Jalan Pattimura 20, Kebayoran Baru, Jakarta Selatan - 12110

DRAFT

2

Daftar Isi

Daftar Isi .................................................................................................... 1

Daftar Gambar ............................................................................................ 4

Daftar Tabel ................................................................................................ 5

Daftar Istilah ................................................ Error! Bookmark not defined.

BAB I Pendahuluan .................................................................................... 7

1.1 Proses Pengolahan Lumpur Tinja ..................................................... 9

1.1.1 Proses Pengolahan Fisik ............................................................ 9

1.1.2 Proses Pengolahan Biologis ........................................................ 9

1.1.3 Proses Pengolahan Kimia ......................................................... 13

BAB II Unit Pengolahan Pendahuluan ....................................................... 15

2.1 Unit Penerima dan Manual Bar Screen ........................................... 15

2.2 Grit Chamber ................................................................................. 20

2.3 Grease Trap ................................................................................... 24

2.4 Bak Ekualisasi .............................................................................. 27

BAB III Unit Pemekatan dan Stabilisasi Lumpur ....................................... 32

Unit Pemekatan Lumpur ............................................................... 32

3.1.1 Gravity Thickener ..................................................................... 32

3.1.2 Bak Pengendap Primer ............................................................. 36

Unit Pemekatan dan Stabilisasi Lumpur ........................................ 42

3.2.1 Anaerobic Digester ................................................................... 42

3.2.2 Tangki Imhoff .......................................................................... 49

3.2.3 Solid Separation Chamber ........................................................ 58

BAB IV Unit Stabilisasi Cairan .................................................................. 61

4.1 Unit Pengolahan Anaerobik ........................................................... 61

4.1.1 Kolam Anaerobik ..................................................................... 62

4.1.2 Anaerobic Baffled Reactor ......................................................... 67

4.1.3 Upflow Anaerobic Baffled Filter (UABF) ..................................... 74

4.2 Unit Pengolahan Aerobik ............................................................... 78

4.2.1 Lumpur Aktif: Kolam Aerasi ..................................................... 78

4.2.2 Lumpur Aktif: Oxydation Ditch ................................................. 85

4.2.3 Trickling Filter .......................................................................... 92

4.2.4 Cascade Aerator ..................................................................... 100

DRAFT

3

4.2.5 Ammonia Stripping ................................................................. 104

4.3 Unit Pengolahan Kombinasi (Anaerobik dan Aerobik) ................... 108

4.3.1 Kolam Fakultatif .................................................................... 108

4.4 Unit Penghilangan Organisme Patogen ........................................ 113

4.4.1 Kolam Maturasi/Polishing ...................................................... 113

4.4.2 Constructed Wetland .............................................................. 117

BAB V Unit Pengeringan Lumpur ............................................................ 125

5.1 Sludge Drying Bed ....................................................................... 125

5.2 Belt Filter Press ............................................................................ 130

5.3 Vacuum Filter Press ..................................................................... 136

BAB VI Contoh Rangkaian Pengolahan Lumpur Tinja ............................. 143

6.1 Debit Desain Kecil (10 m3/hari) ................................................... 143

6.1.1 Detail Perhitungan Unit Pengolahan ...................................... 143

6.1.2 Neraca Massa Sistem Pengolahan .......................................... 173

6.1.3 Kebutuhan Lahan .................................................................. 174

6.2 Desain Debit Sedang (40 m3/hari) ............................................... 175



6.2.3 Kebutuhan Lahan .................................................................. 197

6.3 Desain Debit Besar (150 m3/hari) ................................................ 198



6.3.2 Kebutuhan Lahan .................................................................. 235

Daftar Pustaka ........................................................................................ 236

DRAFT

4

Daftar Gambar

Gambar 1. Unit Penerima dan Penyaring Manual di IPLT Gampong Jawa, Kota Banda Aceh .............................................................................................. 15 Gambar 2. Manual bar screen ................................................................... 16 Gambar 3. Grit Chamber di IPLT Karangasem, Bali .................................... 20 Gambar 4. Skema Parshall Flume ............................................................. 23 Gambar 5. Koefisien n Parshall Flume ....................................................... 23 Gambar 6. Koefisien C Parshall Flume ...................................................... 24 Gambar 7. Skematik Grease Trap.............................................................. 24 Gambar 8. Bak Ekualisasi ........................................................................ 27 Gambar 9. Volume Kumulatif Influen Lumpur Tinja .................................. 29 Gambar 10. Unit Gravity Thickener di IPLT Suwung, Bali .......................... 32 Gambar 11. Unit Sedimentasi Primer ........................................................ 37 Gambar 12. Bak Pengendap Primer Berbentuk Segi Empat (Atas) dan Lingkaran (Bawah) .................................................................................... 38 Gambar 13. Efisiensi Penyisihan BOD5 dan TSS berdasarkan Laju Overflow Waktu Detensi dalam Bak Pengendap Primer ............................................ 41 Gambar 14. Unit Anaerobic Digester di IPLT Gampong Jawa, Kota Banda Aceh ................................................................................................................. 42 Gambar 15. Unit Tangki Imhoff Terbuka ................................................... 49 Gambar 16. Skema Tangki Imhoff ............................................................. 51 Gambar 17. Potongan Desain Tangki Imhoff.............................................. 56 Gambar 18. Desain Tangki Imhoff (a) Tampak Atas dan (b) Tampak Samping ................................................................................................................. 56 Gambar 18. Unit Solid Separation Chamber di IPLT Buleleng, Bali ............. 58 Gambar 19. Kolam Anaerobik di IPLT Tabanan, Bali ................................. 62 Gambar 18. Skema Kolam Anaerobik ........................................................ 62 Gambar 19. Rangkaian Pipa Cadangan pada Kolam Anaerobik ................. 63 Gambar 20. Skema Anaerobic Baffled Reactor ........................................... 67 Gambar 21. Faktor Penyisihan COD terhadap Waktu Pengendapan pada unit Anaerobic Baffled Reactor .......................................................................... 72 Gambar 22. Faktor Efisiensi Penyisihan BOD terhadap Konsentrasi BOD influen ...................................................................................................... 72 Gambar 23. Faktor Efisiensi Penyisihan BOD terhadap Beban Organik BOD ................................................................................................................. 72 Gambar 24. Faktor Efisiensi Penyisihan COD terhadap Suhu dalam Reaktor Anaerobik ................................................................................................. 73 Gambar 25. Persentase Efisiensi Penyisihan BOD terhadap Waktu Tinggal Hidraulik pada unit Anaerobic Baffled Reactor .......................................... 73 Gambar 26. Model Sistem Upflow Anaerobic Baffled Fillter ........................ 74 Gambar 27. Unit Kolam Aerasi di IPLT Pulo Gebang, Jakarta .................... 79 Gambar 28. Unit Oxydation Ditch di IPLT Keputih, Kota Surabaya ............ 85 Gambar 28. Skema Oxidation Ditch ........................................................... 89 Gambar 29. Unit Trickling Filter ................................................................ 92 Gambar 30. Unit Cascade Aerator ........................................................... 100

DRAFT

5

Gambar 35. Jenis aliran pada sistem cascade aerator: (a) nappe flow; (b) transition flow; dan (c) skimming flow ...................................................... 101 Gambar 31. Unit Ammonia Stripping Tower ............................................. 104 Gambar 35. Skema Ammonia Stripping Tower ......................................... 105 Gambar 32. Kolam Fakultatif di IPLT Tabanan, Bali ................................ 108 Gambar 33. Kolam Maturasi di IPLT Tabanan, Bali ................................. 113 Gambar 34. Unit Constructed Wetland di IPLT Buleleng, Bali .................. 117 Gambar 35. Skema Free Water Surface Contsructed Wetland ................... 118 Gambar 36. Skema Subsurface Horizontal Flow Wetland ......................... 119 Gambar 37. Skema Vertical Flow Constructed Flow ................................. 119 Gambar 38. Unit Sludge Drying Bed di IPLT Gampong Jawa, Kota Banda Aceh ............................................................................................................... 125 Gambar 41. Skema Sludge Drying Bed .................................................... 127 Gambar 39. Unit Belt Filter Press di IPLT Suwung, Kota Denpasar .......... 130 Gambar 45. Skema Belt Filter Press......................................................... 131 Gambar 40. Unit Vacuum Filter Press ...................................................... 136 Gambar 41. Skema Vacuum Filter ........................................................... 137 Gambar 45. Volume Kumulatif Influen Lumpur Tinja .............................. 204

Daftar Tabel

Tabel 1. Kriteria Desain Unit Manual Bar Screen ....................................... 16 Tabel 2. Nilai Koefisien Kekasaran Manning .............................................. 18 Tabel 3. Kriteria Desain Batang pada Unit Penyaringan ............................ 19 Tabel 4. Kriteria Desain Unit Horizontal-Flow Grit Chamber ....................... 21 Tabel 5. Dimensi Parshall Flume ............................................................... 22 Tabel 6. Kriteria Desain Bak Ekualisasi .................................................... 28 Tabel 7. Kriteria Desain Unit Gravity Thickener ......................................... 33 Tabel 8. Kriteria Desain Unit Sedimentasi Primer ...................................... 38 Tabel 9. Kriteria Desain Anaerobic Digester ............................................... 43 Tabel 10. Kriteria Desain Tangki Imhoff .................................................... 51 Tabel 11. Nilai Faktor Kemiringan Sudut terhadap Horizontal ................... 54 Tabel 12. Kriteria Desain Solid Separation Chamber .................................. 59 Tabel 13. Kriteria Desain Kolam Anaerobik ............................................... 64 Tabel 14. Nilai Desain Beban BOD Volumetrik dan Persentase Penyisihan BOD dalam Kolam Anaerobik pada Berbagai Kondisi Suhu ....................... 64 Tabel 15. Kriteria Desain Unit Anaerobic Baffled Reactor ........................... 68 Tabel 16. Kriteria Desain Upflow Anaerobic Baffled Reactor ....................... 75 Tabel 17. Kriteria Desain Kolam Aerasi ..................................................... 80

DRAFT

6

Tabel 18. Kelarutan Oksigen dalam Air Terdistilasi pada ketinggian dari permukaan laut (altitude) dan variasi suhu ............................................... 83 Tabel 19. Kriteria Desain Unit Oxidation Ditch ........................................... 86 Tabel 20. Kriteria Desian Trickling Filter untuk Laju Aliran Rendah ........... 96 Tabel 21. Persentase Efisiensi Perpindahan Gas Berdasarkan Tinggi Undakan ............................................................................................................... 101 Tabel 22. Koefisien Distribusi KD ............................................................. 102 Tabel 23. Persentase Efisiensi Satu Anak Tangga Berdasarkan Tinggi Undakan ................................................................................................. 103 Tabel 24. Kriteria Desain Ammonia Stripping Tower ................................. 105 Tabel 25. Tekanan Parsial Ammonia terhadap Suhu ............................... 106 Tabel 26. Kriteria Desain Kolam Fakultatif .............................................. 109 Tabel 27. Kriteria Desain Kolam Maturasi ............................................... 114 Tabel 28. Spesifikasi Desain Constructed Wetland ................................... 120 Tabel 29. Kriteria Desain Constructed Wetland ........................................ 120 Tabel 30. Koefisien Suhu untuk Kontanta Laju ....................................... 121 Tabel 31. Kriteria Desain Sludge Drying Bed............................................ 127 Tabel 32. Kriteria Desain Belt Filter Press ................................................ 131 Tabel 33. Jenis dan Dosis Bahan Kimia untuk Pengkondisian Lumpur dalam Vacuum Filter .......................................................................................... 137 Tabel 34. Kriteria Desain Vacuum Filter ................................................... 138 Tabel 35 Karakteristik Influen ke Sludge Drying Bed ............................... 170 Tabel 36. Kebutuhan Lahan IPLT A ......................................................... 174 Tabel 37. Kebutuhan Lahan IPLT B ......................................................... 197 Tabel 38. Kebutuhan Lahan IPLT C ......................................................... 235

DRAFT

7

BAB I Pendahuluan

Lumpur tinja memiliki karakteristik tertentu sehingga membutuhkan pengolahan khusus. Lumpur tinja tidak dapat langsung dibuat ke badan air atau diolah seperti air limbah karena konsentrasi polutannya yang sangat tinggi, tidak dapat diolah dengan sistem landfill seperti pengolahan sampah karena kandungan kadar airnya yang tinggi, dan tidak dapat langsung digunakan sebagai pupuk tanaman karena kandungan bakteri patogennya yang sangat tinggi. Hal tersebut diatas menyebabkan dibutuhkannya pengolahan lumpur tinja sehingga dapat dibuang ke lingkungan dengan aman.

Pengolahan lumpur tinja diawali dengan proses stabilasi lumpur dan pemisahan fase padatan dan cairan dalam lumpur. Setelah kedua proses tersebut, pengolahan untuk masing-masing fase dilakukan secara terpisah. Supernatan hasil proses pemisahan diolah menggunakan teknologi pengolahan air limbah hingga memenuhi baku mutu yang ditetapkan dan hasilnya dapat dibuang ke badan air. Sedangkan lumpur dengan kandungan padatan yang lebih pekat dikeringkan dan hasilnya dapat dimanfaatkan kembali. Bagan berikut ini menggambarkan prinsip alternatif teknolgi yang dapat diterapkan dalam sebuah Instalasi Pengolahan Lumpur Tinja (IPLT).

Bagan 1. Teknologi Pengolahan Lumpur Tinja

DRAFT

8

a. Unit Penyaringan Unit penyaringan merupakan unit yang berfungsi untuk menyaring benda atau sampah yang masih terkandung di dalam lumpur tinja. Unit penyaringan ditempatkan di awal pengolahan untuk menghindari gangguan pada unit pengolahan selanjutnya (contoh: penyumbatan, kerusakan pompa).

b. Unit Ekualisasi Unit ekualisasi berfungsi untuk menyamakan konsentrasi lumpur tinja sebelum diolah ke unit stabilisasi lumpur dan mengatur debit lumpur tinja yang masuk ke unit pengolahan. Hal ini penting, terutama bagi IPLT berkapasitas besar, karena sistem pengolahan biologis rentan terhadap fluktuasi, baik karakteristik maupun debit lumpur tinja yang masuk.

c. Unit Pemisahan Partikel Diskrit Unit pemisahan partikel diskrit merupakan unit yang berfungsi untuk menyaring partikel diskrit (contoh: pasir atau kerikil) yang terkandung di dalam lumpur tinja. Unit pemisahan partikel diskrit umumnya digunakan pada IPALD, tetapi juga dapat digunakan pada IPLT yang memiliki kapasitas besar.

d. Unit Penangkap Lemak Unit penangkap lemak berfungsi untuk menyisihkan minyak dan lemak dalam air limbah agar tidak mengganggu sistem pengolahan selanjutnya.

e. Unit Pemekatan Unit pemekatan merupakan unit yang berfungsi untuk meningkatkan konsentrasi padatan dalam lumpur dengan cara memisahkan padatan dan cairan. Tahap pemekatan dalam pengolahan lumpur tinja di IPLT merupakan tahapan yang penting untuk mengoptimalkan pengolahan padatan dan pengolahan cairan lumpur selanjutnya.

f. Unit Stabilisasi Unit stabilisasi merupakan unit yang berfungsi untuk mengolah padatan dan cairan lumpur sehingga menghasilkan efluen yang memenuhi baku mutu air limbah domestik. Proses stabilisasi padatan pada umumnya dilakukan melalui pengeringan, dan stabilisasi cairan pada umumnya dilakukan melalui pengolahan biologis anaerobik dan aerobik, yang dikombinasikan dengan pengolahan fisik dan/atau kimia.

g. Unit Pengeringan Lumpur Unit pengeringan lumpur merupakan unit yang berfungsi untuk mengeringkan lumpur yang telah diolah sehingga dapat dimanfaatkan kembali.

DRAFT

9

1.1 Proses Pengolahan Lumpur Tinja 1.1.1 Proses Pengolahan Fisik

Salah satu proses pengolahan fisik yang paling penting dalam pengolahan lumpur tinja merupakan proses pemisahan cairan dari lumpur (dewatering). Cairan dalam lumpur tinja dapat berbentuk cairan bebas (free water) atau cairan terikat dengan padatan (bound water). Bound water akan lebih sulit untuk diolah dibandingkan dengan free water sehingga memengaruhi pemilihan proses pengolahan fisik yang digunakan. a. Penyaringan

Penyaringan merupakan proses dimana lumpur tinja mengalir melalui saringan dan menahan sampah/padatan berukuran besar yang ikut terbawa dalam lumpur tinja. Efisiensi proses penyaringan tergantung pada desain dan lebar bukaan saringan. Unit penyaringan yang umumnya diterapkan di IPLT berupa bar screen.

b. Pengendapan (secara gravitasi) Proses pengendapan menerapkan sistem gravitasi di mana partikel-partikel yang memiliki massa jenis lebih besar dari air akan mengendap. Proses ini efektif untuk menyisihkan partikel-partikel berukuran kecil. Namun, waktu proses pengendapan dapat berlangsung lama, tergantung ukuran partikel, konsentrasi solid tersuspensi, dan flokulasi. Pada IPLT, proses pengendapan umumnya dilakukan melalui rangkaian tangki atau kolam pengendap.

c. Pengeringan dengan energi panas (heat energy) Pengeringan dengan energi panas (heat energy) dapat dilakukan melalui pemanfaatan proses konveksi, konduksi, radiasi, atau kombinasi dari ketiga proses tersebut. Proses ini dapat mengurangi volume lumpur yang dihasilkan karena kadar air berkurang melalui proses penguapan.

d. Sentrifugasi Sentrifugasi dalam pengolahan lumpur tinja berfungsi untuk memisahkan padatan dan cairan dalam lumpur secara mekanik dengan gaya sentrifugal sehingga proses pemisahan padatan-cairan berlangsung lebih cepat. Proses ini pada umumnya menggunakan bahan kimia, seperti polimer dan flokulan, untuk meningkatkan efektivitas pemisahan padatan dan cairan.

1.1.2 Proses Pengolahan Biologis

Proses biologis merupakan tahap penting dalam pengolahan lumpur tinja untuk menghasilkan efluen yang sesuai dengan baku mutu air

DRAFT

10

limbah domestik. Pengolahan biologis memanfaatkan laju metabolisme dan pertumbuhan mikroorganisme, di mana kedua proses tersebut membutuhkan kondisi lingkungan yang optimal. Namun, kondisi lingkungan dalam unit pengolahan akan selalu mengalami perubahan secara dinamis seiring dengan modifikasi bentuk materi organik dan proses melepas-mengikat nutrien oleh mikroorganisme sehingga memengaruhi efektivitas pengolahan yang dihasilkan.

Faktor-faktor yang dapat memengaruhi kondisi pengolahan biologis, antara lain: a. Suhu

Suhu memengaruhi laju reaksi dan pertumbuhan mikroorganisme. Setiap mikroorganisme memiliki suhu pertumbuhan optimum, minimum, dan maksimum. Suhu optimum merupakan suhu di mana laju reaksi mikroorganisme berlangsung pada laju reaksi tertinggi dan pertumbuhan mikroorganisme sangat baik. Sedangkan suhu minimum dan maksimum, merupakan suhu terendah dan tertinggi di mana mikroorganisme tidak dapat tumbuh.

Berdasarkan rentang suhu optimum pertumbuhan, mikroorganisme dikelompokkan menjadi empat jenis, yaitu psychrophilic (suhu optimal 15oC atau lebih rendah), mesophilic (suhu optimal 20-45oC), thermophilic (suhu optimal 45-80oC), dan hyperthermophilic (suhu optimal 80oC atau lebih tinggi). Aktivitas mikroorganisme seringkali meningkat dua kali lipat setiap kenaikan suhu 10oC dalam rentang suhu optimum pertumbuhan masing-masing.

b. pH Proses pengolahan biologis memiliki sensitivitas terhadap kondisi pH. Hal ini dikarenakan sebagian besar pengolahan mikroorganisme dalam mengolah air limbah domestik berlangsung secara optimum pada rentang pH 6,5 sampai 8,5. Walaupun terdapat beberapa mikroorganisme yang dapat mendegradasi nutrien pada kondisi asam, salah satunya Fungi.

c. Jenis mikroorganisme Dalam pengolahan lumpur tinja, mikrorganisme yang dibutuhkan umumnya berupa mikroorganisme eukariota yang terdiri dari protozoa, fungi dan alga. - Protozoa merupakan organisme eukariotik uniselular yang

bersifat motil (dapat bergerak), berukuran kurang dari 50 μm, dan umumnya tidak memiliki klorofil dan dinding sel. Dalam pengolahan air limbah domestik, protozoa berperan sebagai predator bagi bakteri dan protozoa patogen (seperti parasit dan

DRAFT

11

telur cacing), seperti yang terjadi pada kolam stabilisasi dan kolam maturasi.

- Fungi merupakan bagian dari organisme eukariatiok yang dapat ditemukan dalam bentuk jamur, ragi, maupun lumut. Fungi bersifat chemoorganotroph (mengoksidasi ikatan kimia dalam senyawa organik sebagai sumber energi) dan dapat bertahan hidup pada kondisi lingkungan yang berbeda-beda. Fungi merupakan mikroorganisme yang penting pada proses stabilisasi recalcitrant molekul organik.

- Algae bersifat photoautotroph yang memiliki klorofil untuk melakukan fotosintensis untuk memperoleh sumber energi dengan mengkonversi senyawa anorganik menjadi senyawa organik. Algae merupakan mikroorganisme yang penting pada proses pengolahan di kolam stabilisasi dan kolam maturasi.

- Virus memiliki ukuran lebih kecil dari bakteri (20-300 nm). Virus dapat menginfeksi tanaman, binatang dan bakteri. Virus tidak dapat berkembang biak tanpa inangnya. Pada pengolahan lumpur tinja, virus dikategorikan sebagai mikroorganisme patogen.

d. Kadar oksigen Jenis pengolahan biologis dapat dikelompokkan berdasarkan kadar oksigen yang ada dalam sistem pengolahan. Jenis pengolahan biologis terdiri dari pengolahan aerobik, pengolahan anaerobik, dan pengolahan anoksik. - Pengolahan aerobik

Pengolahan aerobik dikarakteristikan dengan keberadaan oksigen di dalam sistem pengolahan. Unit pengolahan air limbah yang menggunakan sistem aerobik diantaranya lumpur aktif, trickling filter, kolam fakultatif, dan kolam maturasi. Unit-unit pengolahan tersebut memanfaatkan bakteri aerobik dalam mendegradasi konsentrasi polutan. Sistem aerobik juga berlangsung dalam proses pengolahan padatan, misalnya pada unit drying bed dan pengomposan. Reaksi yang terjadi pada lingkungan aerob berupa:

organik + oksigen → CO + H2O + energi

- Pengolahan anaerobik Kondisi anaerobik merupakan kondisi dimana tidak terdapat konsentrasi oksigen di dalam sistem. Contoh pengolahan biologis dengan kondisi anaerobik antara lain anaaerobic digester, kolam anaerobik, dan anaerobic baffled reactor. Unit pengolahan anaerobik berpotensi menghasilkan biogas yang dapat digunakan sebagai sumber energi terbarukan. Reaksi yang terjadi pada lingkungan anaerob berupa:

DRAFT

12

organik + NO3- → CO2 + N2 + energi

organik + SO42- → CO2 + H2S + energi

- Pengolahan anoksik Pengolahan anoksik merupakan kondisi pengolahan lumpur tinja oleh bakteri heterotroph yang memanfatkan senyawa oksida nitrogen, seperti nitrat, nitrit, dan oksida sulfat sebagai akseptor elektron dalam proses metabolismenya.

e. Nutrien Nutrien yang terkandung dalam lumpur tinja memiliki kadar nitrogen, fosfor dan kalium yang membutuhkan pengolahan agar lebih aman untuk dilepaskan ke lingkungan. - Siklus nitrogen

Pengolahan nitrogen pada lumpur tinja memanfaatkan siklus nitrogen. Nitrogen merupakan salah satu nutrien penting yang dibutuhkan dalam pengolahan biologis, namun juga berpotensi sebagai polutan bagi lingkungan.

Nitrifikasi Ammonia nitrogen terbentuk pada proses mineralisasi. Ammonia dapat dioksidasi menjadi nitrat melalui proses nitrifikasi. Bakteri Nitrosomonas mengoksidasi ammonia menjadi nitrit, selanjutnya bakteri Nitrobacter mengoksidasi nitrit menjadi nitrat, seperti yang dapat dilihat pada persamaan reaksi berikut.

2NH3 +3O2+ Nitrosomonas →2NO2- + 2H2O + 2H+

2NO2- + O2+ Nitrobacter → 2NO3

- Proses nitrifikasi merupakan proses pengolahan biologis yang sensitif dan dapat dipengaruhi oleh konsentrasi total nitrogen, BOD, alkalinitas, pH, suhu, dan senyawa polutan dalam lumpur tinja. Suhu optimal untuk proses nitrifikasi berada pada 28°C, dan proses menjadi tidak efisien ketika suhu di bawah 10°C. pH optimal berada pada rentang 7,5-8,0. Nitrifikasi berlangsung dalam kondisi aerobik, maka perlu dipastikan bahwa konsentrasi oksigen terlarut lebih besar dari 1 mg/L. Selain itu, proses nitrifikasi membutuhkan 7,14 gram CaCO3 untuk setiap gram ammonia nitrogen yang dikonversi menjadi nitrat.

Denitrifikasi Denitrifikasi merupakan proses penyisihan nitrogen secara biologis yang berlangsung dalam lingkungan anoksik dengan mereduksi nitrat menjadi gas nitrogen yang dilepaskan ke

DRAFT

13

lingkungan. Konsentrasi oksigen terlarut yang lebih dari 0,1-0,5 mg/L dapat menghambat proses anoksik. Proses denitrifikasi akan optimum pada kondisi pH 7,0-8,0. Proses denitrifikasi berlangsung melalui rangkaian proses perubahan oksida nitrogen sebagai berikut.

NO3- → NO2

- →NO→N2O→N2

Dalam mendesain sistem pengolahan lumpur tinja yang mencakup proses nitrifikasi dan denitrifikasi, penting untuk memastikan adanya konsentrasi BOD yang cukup sehingga proses denitrifikasi bisa terjadi. Konsentrasi BOD yang dibutuhkan untuk proses denitrifikasi sejumlah 4 gram BOD untuk setiap gram nitrat yang direduksi. Selain itu, dibutuhkan 3,57 g alkalinitas dalam bentuk CaCO3 akan terbentuk dalam proses denitrifikasi. Nilai alkalinitas yang terbentuk perlu diperhitungkan dalam proses nitrifikasi dan denitrifikasi. Apabila

bakteri Annamox dapat mengoksidasi NH4+ menjadi N2, proses

nitrifikasi dan denitrifikasi dapat juga berlangsung secara simultan pada kondisi anaerobik tanpa konsentrasi BOD. Bakteri Annamox memanfaatkan NO2

- sebagai akseptor elektron, yang dapat mereduksi menjadi N2.

- Siklus fosfor Bersamaan dengan nitrogen, fosfor merupakan nutrien yang dapat dimanfaatkan, tapi juga berpotensi sebagai polutan yang tidak dapat langsung dibuang ke lingkungan. Selama proses pengolahan biologis, 10-30% fosfor diolah oleh mikroorganisme. Fosfor dalam lumpur tinja dan ekskreta (feses dan urin) pada umumnya hadir dalam bentuk fosfat atau gugusan fosfor yang berikatan secara organik (contoh: asam nukleat, fosfolipid). Penyisihan fosfor terbesar selama pengolahan lumpur tinja terjadi melalui proses sedimentasi, proses adsorpsi kimia dan penyerapan biologis oleh tumbuhan dan alga (Reddy et al., 1999).

1.1.3 Proses Pengolahan Kimia Bahan kimia dapat dicampur dengan lumpur tinja untuk meningkatkan proses pengolahan fisik (contoh: penambahan polimer kation untuk meningkatkan efisiensi flokulasi dan pengendapan), atau untuk mematikan bakteri patogen dan stabilisasi lumpur tinja. Namun, penambahan bahan kimia dapat menambah biaya pengolahan yang signifikan sehingga penggunaannya perlu dipertimbangkan kembali dan diperhitungkan secara menyeluruh.

DRAFT

14

Jenis pengolahan kimia yang umum diterapkan dalam proses pengolahan lumpur tinja antara lain: a. Stabilisasi dengan Alkalin

Senyawa alkalin, seperti kapur, dapat digunakan untuk menstabilkan lumpur tinja, sebelum atau setelah proses dewatering.

b. Koagulasi dan flokulasi Proses flokulasi dan koagulasi dapat digunakan untuk mengendapkan partikel koloid yang tidak dapat diendapkan secara gravitasi. Proses ini mendestabilisasikan partikel koloid dengan membentuk koloid menjadi flok-flok sehingga dapat mengendap. Pemilihan zat aditif yang digunakan berdasarkan pada karakteristik partikel, yaitu hidrofobik atau hidrofilik.

c. Pengkondisian (conditioning) Untuk memilih jenis bahan kimia yang tepat, aspek-aspek penting yang perlu dipertimbangkan antara lain umur lumpur, pH, sumber, konsentrasi padatan, dan alkalinitas lumpur. Pada umumnya, dosis ditentukan berdasarkan hasil jar test di laboratorium.

d. Desinfeksi Desinfeksi dilakukan untuk mereduksi mikroorganisme patogen. Proses desinfeksi dapat dilakukan dengan metode klorinasi, ozonasi, dan penyinaran menggunakan sinar UV. Proses desinfeksi juga dapat dilakukan secara mekanis, misalnya dengan menggunakan filter atau membran. Klorinasi merupakan metode yang paling banyak digunakan dalam proses desinfeksi. Hal-hal yang penting untuk diperhatikan dalam proses desinfeksi, antara lain: waktu kontak, konsentrasi klorin, beban mikroorganisme patogen, suhu, dan konstituen lain yang terkandung dalam efluen.

DRAFT

15

BAB II Unit Pengolahan Pendahuluan

Pengolahan pendahuluan (preliminary treatment) merupakan tahap pertama dalam pengolahan lumpur tinja yang bertujuan untuk mengkondisikan karakteristik lumpur tinja agar dapat diterima oleh unit pengolahan selanjutnya. Pada umumnya, pengolahan pendahuluan terdiri dari unit penyaringan, grit chamber, grease trap, dan/atau bak ekualisasi.

2.1 Unit Penerima dan Manual Bar Screen

Gambar 1. Unit Penerima dan Penyaring Manual

di IPLT Gampong Jawa, Kota Banda Aceh

Fungsi : Menyaring sampah berukuran besar yang terdapat dalam lumpur tinja.

Kelebihan : - Mudah dioperasikan; dan - Tidak membutuhkan operator dengan keahlian khusus.

Kekurangan : - Dapat menimbulkan bau dan mengundang lalat akibat sampah yang tertahan pada penyaring; dan

- Pembersihan harus dilakukan secara manual dan berkala.

Desain : Manual bar screen terdiri dari rangkaian batang baja yang disusun berjajar dan ditempatkan pada suatu saluran. Jarak antar batang berkisar antara 20-50 mm dengan kemiringan 45-60o. Batang yang digunakan biasanya memiliki ketebalan 10 mm dan lebar 25 mm. Bagian dasar saluran dapat dirancang rata atau dengan kemiringan tertentu. Selain itu, perancangan manual bar screen perlu memperhatikan kemudahan akses untuk membersihkan berbagai jenis sampah yang tertahan.

DRAFT

16

Penyaringan merupakan unit yang penting untuk digunakan pada tahap awal proses pengolahan lumpur tinja. Unit ini bertujuan untuk menahan sampah/benda-benda padat besar yang terbawa dalam lumpur tinja agar tidak mengganggu dan mengurangi beban pada sistem pengolahan selanjutnya. Sampah/benda padat besar yang biasa ditemukan dalam lumpur tinja, diantaranya plastik, kain, kayu, dan kerikil.

Pada IPLT yang menangani lumpur tinja dengan kapasitas debit influen relatif kecil, tahap penyaringan umumnya menggunakan manual bar screen. Manual bar screen juga dapat digunakan pada instalasi pengolahan dengan debit influen besar, tetapi hanya digunakan sebagai by-pass sebelum air limbah disaring menggunakan penyaring mekanis. Sampah-sampah yang tertahan pada bar screen harus sering dibersihkan karena apabila menumpuk dapat menyumbat dan mengganggu proses penyaringan. Pembersihan manual bar screen seringkali dilakukan menggunakan sikat besi dengan gigi-gigi yang disesuaikan dengan jarak antar bar. a. Kriteria Desain

Perancangan unit penyaringan dengan manual bar screen dilakukan berdasarkan kriteria desain sebagai berikut:

Tabel 1. Kriteria Desain Unit Manual Bar Screen Parameter Satuan Nilai

Kecepatan aliran lewat bukaan, v m/detik 0,3-0,6 Jarak bukaan, b mm 25-50 Kemiringan thd. horizontal, θ derajat 45-60 Kehilangan tekanan lewat bukaan, HLbukaan mm 150 Kehilangan tekanan maks. (clogging), HLmax mm 800

Sumber: Qasim, 1999

Gambar 2. Manual bar screen b. Contoh Desain

Karakteristik influen Pada perhitungan unit penerima dan unit penyaringan, debit desain yang digunakan berdasarkan total kapasitas truk tinja dan waktu pembuangan yang dibutuhkan untuk satu kali pembuangan. Dalam perhitungan desain unit penyaring ini, dirancang setiap satu kali pembuangan mampu

DRAFT

17

menerima dua truk tinja berkapasitas maksimum 4 m3 dan waktu pembuangan yang dibutuhkan selama 5 menit (=300 detik). Dengan demikian, debit desain yang digunakan dalam perhitungan desain ini sebesar (2 x 4 m3)/300 detik = 0,027 m3/detik. Kriteria desain digunakan - Lebar batang, w = 10 mm = 0,01 m - Tebal batang, L = 30 mm = 0,03 m - Jarak bukaan, b = 30 mm = 0,03 m - Kemiringan, θ = 60° - Kecepatan aliran, v = 0,3 m/detik

Perhitungan desain Tahap A: Menghitung dimensi saringan - Luas bukaan (A) saringan

= debit puncak

kecepatan aliran lewat saringan

= 0,027 m3/detik

0,3 m/detik = 0,09 m2

- Lebar bukaan dibutuhkan = luas bukaan/kedalaman aliran = 0,09 m2/0,1 m = 0,9 m

- Dengan lebar satu bukaan = 30 mm, maka jumlah bukaan = 0,9 m/0,03 m = 30 bukaan

- Jumlah batang dibutuhkan = jumlah bukaan - 1 = 30 - 1 = 29 batang

- Lebar saluran = Lebar saringan maka,

= (jumlah bukaan x lebar bukaan) + (jumlah batang x lebar batang) = (30 x 0,03 m) + (29 x 0,01 m) = 1,19 ≈ 1,2 m

- Dirancang tinggi saluran = 1 m dan kemiringan saringan terhadap horizontal = 60o maka,

tinggi saringan = 1 m/sin 60o = 0,8 m/0,866 = 1,2 m

Tahap B: Menghitung kecepatan aliran setelah melewati saringan - Kecepatan setelah melalui saringan

v2 = 1n

R2/3 S1/2

di mana: v2 = Kecepatan saluran aliran penuh, m/detik

DRAFT

18

n = koefisien kekasaran yang digunakan dalam persamaan Manning R = Rerata radius hidraulik = A/P, m A = Luas penampang basah, m2

P = Panjang penampang basah, m S = Kemiringan energi, m/m

maka, A = lebar saluran x tinggi air A = 1,2 m x 0,1 m = 0,12 m2

P = lebar saluran + (2 x tinggi air) P = 1,2 m + (2 x 0,1 m) = 1,4 m

R = A

P =

0,12 m2

1,4 m = 0,09 m

S = (Qd n)2

A2 R4/3

S = (0,027 m3/detik x 0,015)

2

(0,12 m2)2 (0,09 m)4/3

= 2,75 x 10-4 m/m

v2 = 1

0,015 (0,09 m) 2/3 (2,75 x 10-4 m/m)

1/2 = 0,22 m/detik

Tabel 2. Nilai Koefisien Kekasaran Manning

Material Rentang (Nilai tipikal desain) Beton 0,012-0,018 (0,015) Besi tuang (Cast iron) 0,012-0,015 (0,013) Batu bata 0,012-0,017 (0,015) Pipa logam bergelombang 0,021-0,026 (0,022) Semen asbestos 0,011-0,015 (0,013) Saluran alam 0,022-0,030 (0,025) Sumber: ASCE, Water Pollution Control Federation, 1969; Qasim, 1999

Tahap C: Menghitung head loss 1. Head loss ketika penyaringan tidak tersumbat

hL= β wb

43

hv sinθ

di mana: hL = head loss, m β = faktor tipe batang w = lebar batang, m b = lebar bukaan hv = velocity head aliran melalui bukaan (v12/2g), m θ = sudut kemiringan batang terhadap horizontal maka,

hL= 2,42 29 x 10 mm

30 x 30 mm

43 (0,3 m/s)2

2 x 9,81 m/s2 sin (60)

hL= 0,0021 m = 2,1 mm

DRAFT

19

Tabel 3. Kriteria Desain Batang pada Unit Penyaringan

Tipe Batang Nilai β Persegi panjang 2,42 Rectangular dengan semi rectangular pada sisi muka

1,83

Circular 1,79 Rectangular dengan semi rectangular pada sisi muka dan belakang

1,67

Tear shape 0,67

2. Head loss penyaringan tersumbat 45%

hL= V'2- v2

2g

10,7

di mana: hL = head loss, m V' = kecepatan aliran lewat bukaan tersumbat, m/detik v = kecepatan maksimum pada saluran, m/detik g = percepatan akibat gravitasi, 9,81 m/detik2

- Kecepatan aliran lewat bukaan tersumbat Karena saringan tersumbat 45%, maka luas bukaan yang berfungsi hanya 55%.

V’ = (1/0,55) x 0,3 m/detik = 0,545 m/detik

- Head loss penyaringan tersumbat maka,

hL= (0,55 m/detik)2- (0,22 m/detik)2

2 x 9,81 m/detik2 x 1

0,7

hL= 0,0184 m = 18,4 mm Tahap D: Menentukan dimensi bak penerima - Untuk menghindari terjadinya head loss yang berlebih dan lumpur tinja

yang mencurat, bak penerima harus didesain memiliki sistem pengaliran yang lancar.

- Kapasitas bak penerima mengikuti kapasitas bar screen dalam satu tahap penerimaan lumpur tinja, dalam contoh perhitungan ini sebesar 8 m3 (4 m3 x 2 truk tinja).

- Dengan ketinggian bak penerima 1 m (mengikuti ketinggian saluran bar screen), luas permukaan bak penerima yang dibutuhkan:

= 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑏𝑎𝑘 𝑝𝑒𝑛𝑒𝑟𝑖𝑚𝑎𝑘𝑒𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘

= 8 m3/1 m = 8 m2

- Permukaan bak penerima dirancang berbentuk trapesium (seperti pada Gambar 1) dengan panjang dua sisi sejajar = 1,2 m (mengikuti lebar saluran) dan 4,8 m, maka lebar bak penerima:

= 8 m

12 (1,2 m+4,8 m)

= 2,6 m

DRAFT

20

- Agar aliran lumpur tinja dari unit penerima ke unit penyaringan dapat mengalir dengan lancar, bagian dasar bak penerima dirancang memiliki kemiringan 10:1, sehingga kedalaman bak yang miring = 0,3 m.

2.2 Grit Chamber

Gambar 3. Grit Chamber di IPLT Karangasem, Bali

Fungsi : Untuk memisahkan material anorganik (grit) sekaligus

mencegah terjadinya akumulasi grit pada akhir pengolahan, menghindari penggunaan pompa berlebih, dan meningkatkan efisiensi unit pemisahan padatan dan cairan lumpur.

Kelebihan : Konstruksi tidak rumit Kekurangan : - Sulit untuk menjaga kecepatan aliran; dan

- Head loss yang ditimbulkan besar Desain : Dalam mendesain grit chamber, nilai kriteria desain yang

umum digunakan untuk parameter waktu detensi, kecepatan horizontal, dan kecepatan pengendapan untuk grit berdiameter 0,21 mm masing-masing adalah 60 detik, 0,3 m/detik, dan 1,2 m/menit. Head loss yang ditimbulkan dari grit chamber cukup besar, yaitu sekitar 30-40% dari kedalaman maksimum air dalam saluran.

Grit chamber merupakan unit operasi pada awal sistem pengolahan yang dirancang untuk memisahkan partikel diskrit dan partikel anorganik (grit) yang memiliki specific gravity (SG) lebih besar dari padatan tersuspensi dalam air limbah. Dalam lumpur tinja, jenis grit yang biasa ditemukan diantaranya pasir, kerikil, bebatuan, tanah, biji-bjian, dan material lain yang tidak terdekomposisi. Grit chamber memiliki beberapa jenis, antara lain aerated grit chamber, vortex grit chamber, dan horizontal flow grit chamber.

DRAFT

21

a. Aerated grit chamber Pada aerated grit chamber, udara dipasok dari diffuser ke dalam tangki dan membentuk pola aliran spiral yang diatur kecepatannya, sehingga memungkinkan partikel dengan massa jenis lebih berat keluar dari pola aliran tersebut dan mengendap ke dasar tangki, sedangkan partikel dengan massa jenis lebih ringan akan tersuspensi dan ikut terbawa ke luar tangki.

b. Vortex-type grit chamber Vortex-type grit chamber terdiri dari suatu tangki berbentuk silinder, di mana aliran tangensial masuk ke dalam sistem dan membentuk pola aliran (vortex). Grit akan mengendap secara gravitasi ke dasar tangki (dalam suatu bak pengumpul). Grit yang mengendap dibersihkan secara berkala menggunakan pompa, misalnya grit pump atau air lift pump.

c. Horizontal Flow Grit Chamber Partikel-partikel disisihkan dengan cara mengontrol kecepatan horizontal dalam sistem yang dinilai ideal untuk mengendapkan grit dan menjaga partikel organik ringan tetap tersuspensi dalam aliran. Untuk grit chamber berukuran kecil, pembersihan grit yang telah mengendap dapat dilakukan secara manual.

a. Kriteria Desain Unit grit chamber dirancang berdasarkan kriteria desain berikut ini:

Tabel 4. Kriteria Desain Unit Horizontal-Flow Grit Chamber Parameter Satuan Nilai

Specific gravity material grit - 1,3-2,7 Waktu detensi, td detik 45-90 Kecepatan horizontal, vs m/detik 0,24-0,4 Kecepatan pengendapan, vs - Diameter 0,21 mm m/menit 1,0-1,3 - Diameter 0,15 mm m/menit 0,6-0,9 Persentase head loss dalam bak kontrol terhadap kedalaman saluran

% 30-40

Overflow rate debit maksimum, OR

m3/m2.detik 0,021-0,023

Sumber: Metcalf & Eddy, 2003

b. Contoh Desain Karakteristik influen Pada perhitungan unit grit chamber, debit desain yang digunakan mengikuti debit puncak dalam desain manual bar screen = 0,027 m3/detik.

Kriteria desain digunakan - Waktu detensi = 90 detik

DRAFT

22

Perhitungan desain Tahap A: Menentukan dimensi grit chamber

- Volume grit chamber dibutuhkan

= debit desain

waktu detensi

= 0,027 m3/detik

90 detik = 2,4 m3

- Dirancang grit chamber memiliki lebar = 1 m dan kedalaman 1 m (rasio lebar : kedalaman = 1:1,5), (rasio Panjang : lebar = 2.5 :1) maka panjang kolam:

= volume chamber

lebar x kedalaman

= 2,43 m2

1 m x 1 m= 2.4 m ≈ 2.5 m

Tahap B: Menentukan dimensi Parshall flume - Dimensi Parshall flume

Parshall flume merupakan saluran terbuka yang terletak terletak pada outlet unit grit chamber dan berfungsi untuk mengontrol kecepatan aliran dari unit tersebut. Dimensi parshall flume ditentukan berdasarkan debit yang melalui saluran dan dapat dilihat pada Tabel 5.

Dimensi Parshall Flume. Dalam perancangan ini, debit desain yang digunakan berada dalam rentang 5-300 m3/jam, maka dimensi yang dibutuhkan adalah:

Tabel 5. Dimensi Parshall Flume Minimum flow rate, m3/jam

Maximum flow rate, m3/jam

W, m A, m B, m C, m D, m E, m F, m G,

mm N,

mm x,

mm

5 300 0.15 0.61 0.61 0.40 0.40 0.30 0.61 76 114 51 10 520 0.23 0.88 0.86 0.38 0.57 0.30 0.46 76 114 51

40 1630 0.30 1.37 1.34 0.61 0.84 0.61 0.91 76 229 51

50 2450 0.46 1.45 1.42 0.76 1.03 0.61 0.91 76 229 51 70 2260 0.61 1.52 1.5 0.91 1.21 0.61 0.91 76 229 51

100 5100 0.91 1.68 1.64 1.22 1.57 0.61 0.91 76 229 51 130 6900 1.22 1.83 1.79 1.52 1.94 0.61 0.91 76 229 51

Sumber: Mackenzie L. Davis, 2010

DRAFT

23

Gambar 4. Skema Parshall Flume Sumber: Mackenzie L. Davis, 2010

W = 0,15 m A = 0,61 m B = 0,61 m C = 0,40 m D = 0,40 m

E = 0,30 m F = 0,61 m G = 76 mm N = 114 mm X = 51 m

- Kedalaman air dalam saluran

Ha = QC

1n

di mana: Ha = kedalaman air, m Q = debit aliran, m3/detik C, n = koefisien yang ditentukan berdasarkan Gambar...

Nilai n didapatkan dari Gambar 5 dan C dari Gambar 6. Dengan garis lebar saluran W di sumbu x pada nilai 0,15, dapat diketahui besar nilai n = 1,54 dan C = 2, maka kedalaman air:

Ha = 0,027

2

11,54

=0,06 m

Gambar 5. Koefisien n Parshall Flume


DRAFT

24

Gambar 6. Koefisien C Parshall Flume


2.3 Grease Trap

Gambar 7. Skematik Grease Trap

Sumber:

Fungsi : Menyisihkan minyak dan lemak dalam air limbah agar

tidak mengganggu sistem pengolahan selanjutnya. Kelebihan : Mencegah penyumbatan dan gangguan unit selanjutnya

yang diakibatkan oleh minyak dan lemak. Kekurangan : - Diperlukan pembersihan scum secara berkala; dan

- Menambah kebutuhan lahan. Desain : Grease trap terdiri dari dua kompartemen, yaitu

kompartemen pertama (2/3 dari total panjang) dan kompartemen kedua (1/3 dari total panjang). Grease trap dilengkapi dengan lubang kontrol (manhole) dengan diameter minimum 0,6 m.

Penyisihan minyak dan lemak menggunakan grease trap dilakukan di awal sistem pengolahan untuk mencegah terjadinya gangguan pada unit pengolahan selanjutnya. Pada umumnya, grease trap terdiri dari dua

DRAFT

25

kompartemen. Kompartemen pertama berfungsi untuk menyisihkan berbagai jenis padatan dalam lumpur tinja: padatan dengan berat jenis lebih berat dari air akan mengendap sedangkan padatan dengan berat jenis lebih ringan dari air (seperti minyak dan lemak) akan mengapung di permukaan air. Selanjutnya, kompartemen kedua berfungsi untuk memastikan bahwa minyak dan lemak tetap tertahan di dalam sistem dan tidak ikut terbawa air limbah mengalir menuju unit pengolahan selanjurnya. Minyak dan lemak yang tertahan tersebut harus dibersihkan secara berkala untuk menjaga kebersihan unit dan mencegah terjadinya penyumbatan. Beberapa penelitian menyebutkan bahawa grease trap mampu menyisihkan hingga 80% minyak dan lemak (EPA, 1998), serta 50-80% BOD dan TSS (DPH, 1998).

a. Kriteria Desain Belum ada kriteria desain untuk unit grease trap. Namun, disarankan kecepatan aliran dalam grease trap 2-6 m/jam dan waktu tinggal 5-20 menit.

b. Tahap Perhitungan

Karakteristik influen Pada perhitungan unit grease trap, debit desain yang digunakan mengikuti debit puncak yang digunakan dalam desain manual bar screen

- Debit puncak manual bar screen = 0,027 m3/detik. - Minyak dan lemak = 1.100 mg/l.

Kriteria desain digunakan - Kecepatan aliran, v = 5 m/jam = 0,0014 m/detik - Waktu detensi, Td = 5 menit = 300 detik

c. Contoh Desain

Perhitungan desain 1. Volume dibutuhkan

= debit influen x waktu detensi = 0,027 m3/detik x 300 detik = 8 m3

2. Luas area dibutuhkan

= debit influen

kecepatan aliran

= 0,027 m3/detik

0,0014 m/detik = 19,29 m2

DRAFT

26

3. Rasio P:L adalah 3:1, maka (3L)(L) = 19,29 m2 3L2 = 19,29 m2 L = 2,5 m P = 3L = 7,5 m Panjang kompartemen 1 = 2/3P = 1,7 m Panjang kompartemen 2 = 1/3P = 0,8 m

A’ = 2,5 m x 7,5 m = 18,75 m2

→ Periksa kecepatan aliran

v = debit influen

luas permukaan

v = 0,027 m3/detik

18,75 m2 = 0,0014 m/detik = 5,21 m/jam (OK, 2-6 m/jam)

4. Kedalaman tangki

Kedalaman aktif (V/A’) = 0,5 m Tinggi area pengendapan = 0,3 m Tinggi scum = 0,2 m Freeboard = 0,3 m + Tinggi total = 1,3 m

Volume tangki = 18,75 m2 x 1,3 m = 24,38 m3

Efisiensi unit pengolahan Tangki grease trap mampu menangkap lemak hingga 80%, dalam perhitungan ini diasumsikan efisiensi penyisihan sebesar 76%. - Konsentrasi lemak dan minyak dalam efluen

= (1-0,76) x 1.100 mg/l = 264 mg/l

DRAFT

27

2.4 Bak Ekualisasi

Gambar 8. Bak Ekualisasi

Sumber: Akar Impex

Fungsi : Untuk meratakan konsentrasi lumpur tinja sebelum diolah ke unit stabilisasi lumpur menurunkan fluktuasi debit influen yang masuk.

Kelebihan : - Meningkatkan efektivitas pengolahan dengan meratakan konsentrasi dan debit influen; dan

- Menyamakan nilai pH sehingga mengurangi kebutuhan bahan kimia (apabila menggunakan bahan kimia pada proses selanjutnya)

Kekurangan : - Menambah kebutuhan lahan; - Menambah kebutuhan biaya pengadaan, operasi, dan

pemelihaaraan; dan - Berpotensi menimbulkan bau.

Desain : Kebutuhan volume bak ekualisasi ditentukan berdasarkan grafik akumulasi variasi debit influen yang diterima selama waktu operasional IPLT.

Lumpur tinja yang masuk ke dalam IPLT memiliki konsentrasi polutan yang berbeda-beda dan debit influen yang masuk ke IPLT berfluktuasi, khususnya pada IPLT dengan kapasitas debit influen yang besar. Bak ekualisasi berfungsi untuk menyamakan debit dan karakteristik influen lumpur tinja yang masuk sehingga mengoptimalkan waktu yang dibutuhkan untuk proses pengolahan sekunder dan lanjutan. Bak ekualisasi umumnya diletakkan setelah unit grit chamber dan sebelum bak sedimentasi primer.

Proses pemerataan konsentrasi air limbah dalam bak ekualisasi dapat dilakukan menggunakan baffle pada titik influen, turbin, aerasi dengan diffuser atau aerator, untuk mencegah terbentuknya padatan tersuspensi

DRAFT

28

pada dasar bak. Selain itu, proses tersebut berpotensi meningkatkan konsentrasi DO dan mengurangi beban organik (BOD) dalam lumpur tinja.

a. Kriteria Desain Perancangan unit penyaringan dengan manual bar screen dilakukan berdasarkan kriteria desain sebagai berikut:

Tabel 6. Kriteria Desain Bak Ekualisasi Parameter Satuan Nilai

Kedalaman air minimum m 1,5-2 Kemiringan - 3:1 sampai 2:1 - Untuk air limbah dengan konsentrasi padatan tersuspensi

≥ 210 mg/l, diperlukan pengaduk 0,004-0,008 kW/m3 - Untuk menjaga kondisi aerobik, dibutuhkan suplai udara

0,01-0,015 m3/m3.menit


b. Contoh Desain Perhitungan desain Tahap A: Menentukan volume bak ekualisasi dibutuhkan berdasarkan

volume kumulatif influen lumpur tinja pada setiap jam operasional IPLT.

Dalam contoh perhitungan ini, IPLT A yang memiliki kapasitas 150 m3/hari beroperasi selama 8 jam (mulai pukul 08.00 sampai 16.00) dan jumlah truk tinja yang membuang lumpur tinja sebanyak 50 buah. Berikut merupakan data jumlah truk tinja yang masuk beserta volume lumpur tinja yang dibawa dan konsentrasi BOD5-nya pada setiap jam.

Waktu Jumlah

truk Debit

influen

Rerata konsentrasi

BOD5

Akumulasi volume setiap akhir waktu

Beban BOD5

(buah) (m3/jam) (mg/l) (m3) kg/jam 8-9 2 6 2750 6 17 9-10 2 7 3100 13 22 10-11 5 17 2860 30 49 11-12 10 33 3420 63 113 12-13 9 34 3850 97 131 13-14 7 25 4200 122 105 14-15 3 11 3530 133 39 15-16 2 7 2440 140 17 Rerata 17,50 61

Berdasarkan data di atas, dibuat grafik volume akumulasi lumpur tinja setiap periode satu jam, seperti tertera pada gambar berikut.

DRAFT

29

Gambar 9. Volume Kumulatif Influen Lumpur Tinja

Cara menentukan volume bak ekualisasi yang dibutuhkan adalah dengan menggambarkan garis tangen titik terendah dan tertinggi diagram akumulasi volume influen sejajar dengan garis tangen rerata volume influen. Dengan demikian, volume bak ekualisasi yang dibutuhkan sebesar 30 m3 dan dimensi bak ekualisasi adalah: - Kedalaman bak = 2 m - Luas permukaan = 15 m2

- Rasio panjang : lebar = 3:1 (3L)(L) = 15 m2 3L2 = 15 m2

L = 2,24 ≈ 2,5 m P = 7,5 m

- Freeboard = 0,3 m - Volume bak ekualisasi = 2,5 m x 7,5 m x 2,3 m = 43,1 m3

Tahap B: Menentukan pengaruh bak ekualisasi terhadap laju beban BOD5. Dengan kapasitas bak sebesar 43,1 m3, diperkirakan bak akan kembali kosong pada pukul 11.30. Maka, perhitungan pengaruh dari ekualisasi lumpur tinja dimulai pada periode waktu pukul 11.00-12.00. 1. Menghitung volume lumpur tinja dalam bak ekualisasi

Vsc= Vsp+ Vic - Voc di mana: Vsc = volume dalam bak ekualisasi pada suatu periode waktu, m3

Volume bak ekualisasi

dibutuhkan

Rerata influen Diagram

akumulasi influen

DRAFT

30

Vsp = volume dalam bak ekualisasi pada akhir periode waktu sebelumnya, m3 Vic = volume influen selama suatu periode waktu, m3 Voc = volume efluen selama suatu periode waktu, m3 maka, - Periode pukul 11.00-12.00

Vsc = 0 + 33 m3 – 17,5 m3 = 15,5 m3

- Periode periode pukul 12.00-13.00 Vsc = 15,5 m3 + 34 m3 – 17,5 m3 = 32 m3

- Periode pukul 13.00-14.00 Vsc = 32 m3 + 25 m3 – 17,5 m3 = 39,5 m3

- Periode pukul 14.00-15.00 Vsc = 39,5 m3 + 11 m3 – 17,5 m3 = 33 m3





2. Menghitung konsentrasi rerata BOD5 dalam lumpur tinja yang keluar

dari bak ekualisasi

Xoc= (Vic)(Xic)+ Vsp Xsp

Vic+ Vsp

di mana: Xoc = rerata konsentrasi BOD5 efluen setelah proses ekualisasi selama suatu periode waktu, mg/l

Vic = volume air limbah influen selama suatu periode waktu sebelumnya, m3 Xic = rerata konsentrasi BOD5 influen, mg/l Vsp = volume air limbah dalam bak ekualisasi pada akhi

periode waktu, m3 Xsp = konsentrasi BOD5 air limbah dalam bak ekualisasi pada akhir periode waktu sebelumnya, mg/l maka, - Periode pukul 11.00-12.00

Xoc= (33 m3 x 3.420 mg/l)

33 m3 =3.420 mg/l

- Periode periode pukul 12.00-13.00

Xoc= ( 34 m3 x 3.850 mg/l) + ( 15,5 m3 x 3.420 mg/l)

34 m3 + 15,5 m3 = 3.715 mg/l

DRAFT

31

- Periode pukul 13.00-14.00

Xoc= (25 m3 x 4.200 mg/l) + (32 m3 x 3.715 mg/l)

25 m3 + 32 m3 = 3.928 mg/l


Xoc= (11 m3 x 3.530 mg/l) + (39,5 m3 x 3.928 mg/l)

11 m3 + 39,5 m3 = 3.841 mg/l


Xoc= (7 m3 x 2.440 mg/l) + (33 m3 x 3.841 mg/l)

7 m3 + 33 m3= 3.596 mg/l


Xoc= (6 m3 x 2.750 mg/l) + (22,5 m3 x 3.596 mg/l)

6 m3 + 22,5 m3 = 3.418 mg/l


Xoc= (7 m3 x 3.100 mg/l) + (11 m3 x 3.418 mg/l)

7 m3 + 11 m3= 3.294 mg/l


Xoc= (17 m3 x 2.860 mg/l) + (0,5 m3 x 3.294 mg/l)

17 m3 + m3 = 2.872 mg/l

Waktu Volume influen

Volume dalam bak

Rerata konsentrasi

BOD5

Konsentrasi BOD5 setelah

ekualisasi

Beban BOD5 setelah

ekualisasi (m3) (m3) (mg/l) (mg/l) kg/jam

11-12 33 15,5 3.420 3.420 60 12-13 34 32 3.850 3.715 65 13-14 25 39,5 4.200 3.928 69 14-15 11 33 3.530 3.841 67 15-16 7 22,5 2.440 3.596 63 8-9 6 11 2.750 3.418 60 9-10 7 0,5 3.100 3.294 58 10-11 17 0 2.860 2.872 50 Rerata 17,5 61

DRAFT

32

BAB III Unit Pemekatan dan Stabilisasi Lumpur

Unit pemekatan lumpur bertujuan untuk meningkatkan konsentrasi padatan dalam lumpur dengan cara memisahkan fase padatan dan cairan. Sedangkan pada unit pemekatan dan stabilisasi lumpur, selain untuk memisahkan kedua fase tersebut, juga bertujuan untuk mereduksi bakteri patogen dan mengontrol proses pembusukan materi organik. Stabilisasi lumpur dapat dilakukan secara biologis, kimia, atau fisik. Terdapat berbagai teknologi yang digunakan untuk proses pemekatan dan proses pemekatan sekaligus stabilisasi lumpur, diantaranya gravity thickener, bak sedimentasi, anaerobic sludge digester, tangki Imhoff, dan solid separation chamber. Pada bab ini akan didiskusikan mengenai unit-unit pengolahan tersebut, berikut dengan tahap-tahap perhitungan desain.

Unit Pemekatan Lumpur 3.1.1 Gravity Thickener

Gambar 10. Unit Gravity Thickener di IPLT Suwung, Bali

Fungsi : Memekatkan lumpur untuk mendapatkan konsentrasi

padatan dalam lumpur yang lebih tinggi dan mengurangi volume residu yang dihasilkan.

Kelebihan : - Sederhana dalam pengoperasian dan pemeliharaan; dan - Memungkinkan penggunaan ruang penyimpan lumpur

yang lebih kecil. Kekurangan : - Lumpur terendapkan cenderung masih mengandung

kadar air yang tinggi sehingga membutuhkan proses dewatering lanjutan;

- Penyisihan bakteri patogen tidak signifikan; dan - Berpotensi menimbulkan bau akibat proses anaerobik

dan akumulasi scum.

DRAFT

33

Desain : Kriteria desain untuk gravity thickener meliputi luas permukaan minimum berdasarkan beban hidraulik dan solid, kedalaman thickener, dan kemiringan dasar tangki. Pada umumnya, sludge thickener didesain memiliki kedalaman 3-4 m dengan waktu detensi selama 24 jam. Laju beban hidraulik yang dapat diterima oleh thickener untuk memekatkan lumpur yang belum diolah (primary sludge) sebesar 16-32 m3/m2.hari. Gravity thickener dapat dilengkapi dengan penutup dan alat pengukur bau karena unit ini berpotensi menimbulkan bau.

Gravity sludge thickener merupakan unit pemekatan berupa tangki berbentuk lingkaran dengan dasar tangki berbentuk kerucut yang dilengkapi bak pengumpul lumpur dan/atau scraper. Padatan akan mengendap ke dasar tangki dengan memanfaatkan sistem gravitasi, dan scraper secara perlahan mendorong hasil endapan menuju pipa pembuangan yang ada di dasar tangki. Dalam menentukan waktu retensi padatan, perlu memperhatikan potensi pembentukan gas metan yang terjadi di dasar tangki. Selanjutnya, supernatan yang dihasilkan akan mengalir keluar melalui v-notch weir yang terletak pada sisi atas tangki menuju clarifier. Beberapa unit thickener dilengkapi skimmer untuk mengumpulkan dan menyisihkan scum (terutama lemak) yang terakumulasi pada permukaan tangki.

Proses pemekatan pada unit ini terjadi melalui tiga proses, yang terdiri dari pengendapan secara gravitasi, pengendapan perlahan (hindered settling), dan pemadatan hasil endapan. Proses pengendapan secara gravitasi dimulai ketika partikel padatan yang memiliki densitas yang lebih besar dari cairan mengendap. Selanjutnya proses pengendapan untuk partikel-partikel dengan densitas/ukuran sedang terjadi akibat pembentukan flok-flok partikel, peningkatan konsentrasi padatan dalam proses pembentukan flok-flok partikel akan membantu terjadinya pengendapan, proses tersebut yang disebut sebagai pengendapan perlahan (hindered settling). Proses selanjutnya yang terjadi pada gravity thickener merupakan proses pemadatan endapan, dimana padatan yang telah mengendap pada dasar tangki akan mengalami pemadatan akibat tekanan dari padatan di atasnya (MetCalf & Eddy 2003). Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Sharrer et al. (2010), gravity sludge thickener mampu menyisihkan hingga 92% TSS dan 80% COD.

a. Kriteria Desain

Unit gravity thickener dirancang berdasarkan kriteria desain berikut ini:

Tabel 7. Kriteria Desain Unit Gravity Thickener Parameter Satuan Nilai

Kedalaman m 3-4 Waktu detensi maksimum jam 24

DRAFT

34

Parameter Satuan Nilai Kemiringan dasar tangki - (2:12)-(3:12)

Sumber: Qasim, 1999 b. Contoh Desain

Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 80.000 jiwa - Debit influen rerata, Qavg = 40 m3 - Debit puncak, Qpeak = 48 m3 - BOD5 = 3.000 mg/l - COD = 8.200 mg/l - TSS = 16.000 mg/l - Specific gravity lumpur = 1,03 Kriteria desain digunakan - Beban solid = 50 kg/m2.hari - Kedalaman aktif = 3 m Perhitungan desain Tahap A: Menghitung luas permukaan dibutuhkan berdasarkan beban

solid 1. Luas area dihitung berdasarkan beban solid

- Beban massa TSS dalam influen = konsentrasi TSS x Qavg

= 16.000 g/m3 x 40 m3/hari

1000 g/kg= 640 kg/hari

- Luas permukaan dibutuhkan

= beban TSS dalam influen

beban solid

= 640 kg/hari

50 kg/m2.hari= 12,8 m2

2. Dimensi thickener dengan kedalaman aktif 3 m

- Diameter, D

= 4

π x 12,8 m2 = 4 m

- Volume aktif = luas area x kedalaman = 12,8 m2 x 3 m = 38,4 m3

Tahap B: Menghitung beban hidraulik dan total konsentrasi solid - Beban hidraulik

= Qavg

luas permukaan

= 40 m3/hari

12,8 m2 = 3,13 m /m2.hari

DRAFT

35

- Total konsentrasi solid

= beban massa TSS influen

densitas lumpur x total debit x 100%

= 640 kg/hari

1.030 kg/m3 x 40 m3/hari x 100% = 1,6%

Tahap C: Menghitung debit lumpur terpekatkan dalam thickener dan debit

supernatan dari thickener. 1. Debit lumpur terpekatkan

- Beban TSS dalam lumpur efluen Lumpur efluen mengandung beban TSS yang nilainya sama dengan efisiensi penyisihan TSS dikali beban TSS dalam lumpur influen. Untuk pengolahan primer menggunakan gravity thickener, umumnya efisiensi penyisihan TSS yang tercapai berada dalam rentang 85-92%. Pada contoh ini, diestimasikan kemampuan gravity thickener dalam menyisihkan TSS sebesar 85%, maka: Beban TSS dalam lumpur efluen

= efisiensi penyisihan TSS x beban solid influen = 0,85 x 640 kg/hari = 544 kg/hari

- Volume lumpur terpekatkan Lumpur yang telah dipekatkan dalam unit gravity thickener memiliki karakteristik konsentrasi solid kering 4-8% dan densitas lumpur 1.020-1.030 kg/m3. Berdasarkan rentang nilai tersebut, diestimasi lumpur terpekatkan memiliki konsentrasi TSS = 6% dan densitas = 1.030 kg/m3, maka volume lumpur terpekatkan: Volume lumpur terpekatkan

= beban TSS efluen

konsentrasi solid kering x densitas lumpur

= 544 kg/hari

5% x 1.030 kg/m3 = 10,6 m3/hari

- Konsentrasi TSS dalam lumpur terpekatkan

= beban TSS lumpur terpekatkan

debit lumpur terpekatkan

= 544 kg/hari x 1.000 g/kg

10,6 m3/hari = 51.320 g/m3 = 51.320 mg/l

2. Debit supernatan - Beban TSS dalam supernatan dari thickener

= beban TSS influen - beban TSS lumpur efluen = 640 kg/hari - 544 kg/hari = 96 kg/hari

- Debit supernatan dari thickener

DRAFT

36

= debit influen - debit lumpur efluen = 40 m3/hari - 10,6 m3/hari = 29,4 m3/hari

- Konsentrasi TSS dalam supernatan dari thickener

= beban TSS supernatan

debit supernatan

= 96 kg/hari x 1.000 g/kg

29,4 m3/hari = 3.265 g/m3 = 3.265 mg/l

Efisiensi unit pengolahan 1. BOD

- Estimasi efisiensi penyisihan = 40% - BOD efluen = (1-0,4) x 3.000 mg/l = 1.800 mg/l

2. COD

- Estimasi efisiensi penyisihan = 70% - COD efluen = (1-0,7) x 8.200 mg/l = 2.460 mg/l

3. TSS

- Estimasi TSS efluen = 3.265 mg/l - Efisiensi penyisihan

= TSS infuen - TSS efluen

TSS influen

= 16.000 mg/l - 3.265 mg/l

16.000 mg/l x 100% = 80%

3.1.2 Bak Pengendap Primer

DRAFT

37

Gambar 11. Unit Sedimentasi Primer

Sumber: www.owasa.org

Fungsi : Untuk menyisihkan partikel diskrit melalui pengendapan

secara gravitasi. Kelebihan : - Teknologi yang sederhana;

- Biaya konstruksi dan operasi relatif tidak mahal; dan - Tidak membutuhkan operator berkeahlian khusus.

Kekurangan : - Laju beban hidraulik rendah; dan - Kurang efektif untuk menyisihkan padatan tersuspensi

dalam kondisi beban padatan yang tinggi Desain : Bak pengendap primer dapat dirancang berbentuk segi

empat atau lingkaran. Parameter desain yang penting untuk diperhatikan, diantaranya laju beban permukaan dan waktu detensi. Proses pembuangan lumpur dari dasar kolam dapat menggunakan pompa atau secara gravitasi menggunakan pipa.

Bak pengendap primer berfungsi untuk menyisihkan partikel diskrit melalui pengendapan secara gravitasi. Bak pengendap primer dapat didesain berbentuk lingkaran atau segi empat dengan bentuk aliran horizontal, radial, maupun ke atas (upward). Untuk mendukung proses pengendapan, kecepatan aliran dalam sistem dirancang lebih rendah dari titik kecepatan di mana aliran dapat mengendapkan materi tersuspensi. Dengan demikian, akan lebih banyak partikel yang dapat diendapkan dan disisihkan dalam bentuk lumpur, sedangkan partikel yang memiliki massa jenis lebih rendah dari air akan mengapung dan membentuk scum.

Padatan yang mengendap dan membentuk lumpur pada dasar bak dikumpulkan ke dalam sludge hopper (bak penampung lumpur). Pengumpulan lumpur dapat dilakukan secara manual dengan mendesain kemiringan dasar bak ataupun secara mekanik menggunakan scrapper mekanis. Selanjutnya, lumpur yang telah terkumpul di dalam sludge hopper dipompa menuju unit pengolahan lumpur. Posisi sludge hopper didesain di tengah pada bak berbentuk lingkaran dan di dekat titik influen pada bak berbentuk segi empat. Baffle disediakan sebelum weir untuk menahan scum

DRAFT

38

yang mengapung sehingga scum yang tertahan pada permukaan bak dapat dibersihkan secara manual maupun mekanis.

Gambar 12. Bak Pengendap Primer Berbentuk Segi Empat (Atas)

dan Lingkaran (Bawah) Sumber: NPTEL IIT Kharagapur Web Courses

a. Kriteria Desain

Perancangan unit bak pengendap primer dilakukan berdasarkan kriteria desain sebagai berikut:

Tabel 8. Kriteria Desain Unit Sedimentasi Primer Parameter Satuan Nilai

Beban permukaan - Persegi panjang - Aliran radial - Aliran ke atas

m3/m2.hari m3/m2.hari m3/m2.hari

30-45 30-45 ±30

DRAFT

39

Parameter Satuan Nilai Dimensi - Persegi panjang

a. Rasio P:L Kedalaman

b. Rasio P:L Kedalaman

- Aliran radial Kedalaman

- Aliran ke atas a. Sudut bangunan

piramid b. Sudut bangunan

kerucut

- m - m

m

derajat derajat

4:1 1,5 2:1 3

1/6–1/10 diameter

60 45

Beban pelimpah - Persegi panjang - Aliran radial - Aliran ke atas

m3/m.hari m3/m.hari m3/m.hari

300

V-notch weir di sisi luar V-notch weir di sisi luar

Waktu detensi jam 0,5-3 b. Contoh Desain

Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 300.000 jiwa - Debit influen rerata, Qavg = 150 m3/hari - Debit puncak, Qpeak = 180 m3/hari - BOD5 = 3.000 mg/l - COD = 8.200 mg/l - TSS = 16.000 mg/l - Specific gravity lumpur = 1,03 - Solid dalam lumpur = 5%

Kriteria desain digunakan Bak sedimentasi primer dirancang berbentuk persegi panjang dengan arah aliran horizontal. - Beban solid = 35 kg/m2.hari - Waktu detensi = 2 jam = 0,08 hari

Perhitungan desain Tahap A: Menghitung dimensi bak 1. Volume bak sedimentasi dibutuhkan

= Qpeak x waktu detensi = 150 m3/hari x 0,08 hari = 12 m3

2. Dimensi bak sedimentasi

- Kedalaman aktif = 3 m - Tinggi freeboard = 0,5 m - Luas permukaan

= volume bak

kedalaman aktif

DRAFT

40

= 12 m3

3 m = 4 m2


L = 1,5 m P = 3 m A’ = 3 m x 1,5 m = 4,5 m2

- Volume aktif = 4,5 m2 x 3 m = 13,5 m3

→ Periksa laju beban permukan

= Q

A'

= 150 m3/hari

4,5 m2 = 33,3 m3/m2.hari (OK, rentang: 30-45 m3/m2.hari)

→ Periksa waktu detensi aktual

= Vbak

Qpeak

= 15,6 m3

180 m3/hari= 0,09 hari = 2,1 jam (OK, rentang: 1,5-2,5 jam)

Tahap B: Menghitung jumlah timbulan lumpur 1. Produksi lumpur per hari

- Jumlah timbulan lumpur per hari = konsentrasi TSS lumpur x Qpeak x efisiensi penyisihan TSS = 16 kg/m3 x 150 m3 x 60% = 1.440 kg/hari

- Volume produksi lumpur

= jumlah timbulan lumpur per hari

densitas lumpur x persentase kandungan solid

= 1.440 kg/hari

1.030 kg/m3 x 2% = 69,9 m3/hari = 0,05 m3/menit

2. Dimensi pengumpul lumpur (sludge hopper)

Sludge hopper didesain berbentuk prisma trapesium - Lebar atas = 1 m (⅓ panjang tangki) - Lebar bawah = 0,8 m - Panjang = 1,5 (sama dengan lebar tangki) - Kedalaman = 1 m (Disarankan 1-2 m) - Volume hopper = [½ x 1 m x (1 m + 0,8 m)] x 1,5 m = 1,35 m3

3. Ukuran pompa lumpur dan siklus pemompaan Dengan volume produksi lumpur 33,3 m3/hari dan kapasitas sludge hopper sebesar 1,35 m3 sehingga dalam waktu 58 menit hopper akan penuh dan harus dilakukan pemompaan pada interval waktu tersebut. Pemompaan lumpur akan dilakukan selama 10 menit, maka kapasitas pompa yang dibutuhkan:

DRAFT

41

- Kapasitas pompa

= volume produksi lumpur x waktu satu siklus

waktu pemompaan

= 0,023 m3/menit x 58 menit

10 menit = 0,134 m3/menit = 8,1 m3/jam

Efisiensi unit pengolahan Persentase penyisihan BOD5 dan padatan tersuspensi (SS) dalam bak pengendap primer dapat diestimasi menggunakan grafik persentase penyisihan BOD5 dan TSS berdasarkan laju waktu detensi pada Gambar 13 di bawah ini.

Gambar 13. Efisiensi Penyisihan BOD5 dan TSS berdasarkan Laju Overflow Waktu Detensi dalam Bak Pengendap Primer

Sumber: Qasim, 1999

Efisiensi penyisihan BOD5 dan TSS dengan waktu detensi selama 2,1 jam masing-masing sebesar 32% dan 60%. 1. BOD5

- Estimasi efisiensi penyisihan = 32% - BOD5 efluen = (1-0,32) x 3.000 mg/l = 2.040 mg/l

2. COD - Estimasi efisiensi penyisihan = 38% - COD efluen = (1-0,38) x 9.200 mg/l = 6.624 mg/l

3. TSS

- Estimasi efisiensi penyisihan = 60% - TSS efluen = (1-0,6) x 16.000 mg/l = 6.400 mg/l

DRAFT

42

Unit Pemekatan dan Stabilisasi Lumpur 3.2.1 Anaerobic Digester

Gambar 14. Unit Anaerobic Digester di IPLT Gampong Jawa, Kota Banda Aceh

Fungsi : Mendegradasi material biologis menggunakan

mikroorganisme dalam kondisi anaerob. Kelebihan : - Efisien, higienis, dan ramah lingkungan, karena

bangunan memiliki penutup dan berpotensi menghasilkan energi (dalam bentuk gas metan);

- Dapat digunakan untuk mengolah lumpur dengan laju beban organik yang tinggi;

- Kebutuhan lahan tidak terlalu besar. - Kebutuhan energi rendah karena tidak membutuhkan

aerasi; dan - Biaya operasional rendah.

Kekurangan : - Membutuhkan desain dan konstruksi dari insinyur yang ahli dan berpengalaman;

- Proses seeding pada awal operasi membutuhkan waktu yang lama; dan

- Penyisihan bakteri patogen belum sempurna sehingga membutuhkan pengolahan lanjutan.

Desain : Anaerobic sludge digester dapat dibangun di atas atau di bawah tanah, tergantung pada ketersediaan lahan, karakteristik tanah, dan jumlah volume air limbah yang diolah.

Anaerobic digestion (AD) merupakan proses pengolahan biologis dalam tangki kedap udara (biasa disebut digester) di mana mikroorganisme anaerobik menstabilisasi materi organik dan menghasilkan biogas. AD biasanya beroperasi dalam rentang suhu mesofilik (35-40oC) sehingga pengolahan ini cocok digunakan pada daerah tropis.

DRAFT

43

Proses biologis dalam sistem AD terbagi dalam tiga fase, yaitu: hidrolisis, asidogenesis, dan metanogeneis. Pada fase hidrolisis, molekul kompleks seperti protein, selulosa, lipid, dan molekul organik lainnya dilarutkan menjadi glukosa, asam amino, dan asam lemak. Selanjutnya, fase asidogenesis, organisme pembentuk asam fakultatif menggunakan energi dari materi organik terlarut untuk membentuk asam organik sehingga terjadi perubahan jumlah material organik dalam sistem dan penurunan nilai pH.

Pada fase terakhir, metanogenesis, terjadi konversi asam organik volatil menjadi gas metan dan karbon dioksida. Pembentukan gas metan sangat sensitif terhadap kondisi pH, komposisi substrat, dan suhu. Jika pH turun kurang dari 6,0, pembentukan metan akan terhenti, meningkatkan jumlah asam yang terakumulasi, dan menyebabkan terhentinya proses digestion. Oleh karena itu, pengukuran pH dan asam merupakan parameter penting dalam operasional AD.

Terdapat dua jenis AD, yaitu Standard-Rate Digestion dan High-Rate Digestion. Standard-Rate Digestion biasanya berlangsung tanpa pemanasan dan pengadukan sehingga akan terbentuk lapisan scum, supernatan, padatan yang sedang melalui proses digestion, dan padatan yang telah melalui proses digestion. Untuk mempermudah proses pengendapan, bagian dasar tangki dirancang berbentuk kerucut (cone). Sedangkan High-Rate Digestion biasanya berlangsung dengan pemanasan dan pengadukan merata. Sistem ini membutuhkan waktu untuk proses digestion yang lebih singkat dan dapat menerima beban padatan yang lebih besar dari Standard-Rate Digestion. a. Kriteria Desain

Perancangan unit Anaerobic Sludge Digester dilaksanakan berdasarkan kriteria desain sebagai berikut:

Tabel 9. Kriteria Desain Anaerobic Digester Parameter Satuan Standard-

Rate High-Rate

Waktu retensi padatan, SRT hari 30-60 10-20 Beban solid kgVS/m3.hari 0,64-1,60 2,40-6,41 Dimensi - Kedalaman m 7-14 - Diameter m 6-40 - Kemiringan dasar - 4:1

Sumber: Qasim, 1999

b. Contoh Desain Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 80.000 jiwa

DRAFT

44

- Debit influen rerata, Qavg = 40 m3/hari - Debit puncak, Qpeak = 48 m3/hari - BOD5 = 3.000 mg/l - COD = 8.200 mg/l - TSS = 16.000 mg/l - TVS = 0,71 TSS

Kriteria desain digunakan Anaerobic digester yang direncanakan yaitu jenis standard-rate berbentuk silinder dengan bagian dasar berbentuk kerucut. - Waktu retensi padatan = 60 hari - Kemiringan kerucut = 4:1 - Kedalaman zona akumulasi grit = 0,8 m - Kedalaman zona scum = 0,4 m - Free board untuk pembersihan = 0,6 m

Perhitungan desain

Tahap A: Menentukan kapasitas digester - Volume digester dibutuhkan

= debit influen rerata x waktu retensi padatan = 40 m3/hari x 60 hari = 2.400 m3

Tahap B: Menentukan dimensi digester 1. Dimensi digester

Dirancang kebutuhan kapasitas digester dibagi menjadi 4 tangki dan diasumsikan kedalaman tangki sebesar 7 m. - Debit influen tiap digester

= 40 m3

4 tangki = 10 m3/tangki

- Volume tiap digester

= volume tangki

jumlah tangki

= 2.400 m3

4 tangki= 600 m3/tangki

- Luas permukaan tiap digester

= volume tiap tangki

kedalaman tangki

= 600 m3

7 m = 85 m2

- Diameter tiap digester

=4

πx 85 m2 = 10,5 m

DRAFT

45

Diameter tutupan digester dibuat 1,5 m lebih panjang dari badan tangki, maka diameter tiap tangki digester = 9 m.

→ Cek kesesuaian diameter digester hasil perhitungan dengan kriteria desain

Diameter tiap digester = 9 m (OK, rentang: 6-40 m)

- Kedalaman tiap digester setelah koreksi

= 600 m3

π4 x (9 m)2

= 9,5 m

Dengan kemiringan dasar kerucut 4:1, maka kedalaman zona kerucut = 1,2 m dan zona silinder = 8,3 m.

→ Cek kesesuaian kedalaman digester hasil perhitungan dengan kriteria desain

Kedalaman tiap digester = 9,5 m (OK, rentang: 7-14 m)

2. Efisiensi volume digester - Volume aktif digester

= volume silinder + volume kerucut - bagian akumulasi grit

=π

4 (9 m)2 x 8,3 m +

1

3(π

4) (9 m)2 x 1,2 m -

1

3(π

4) (6 m)2 x 0,8 m

= 528 m3 + 25,5 m3 – 7,6 m3 = 546,2 m3

- Volume aktif empat digester = 4 x volume aktif digester = 4 x 546,2 m3 = 2.184,8 m3

- Volume inaktif empat digester = 4 (volume akumulasi scum dan pembersihan + volume akumulasi grit)

= 4π

4 (14,5 m)2 x (0,4 + 0,6) m + 7,6 m3

= 4 x (63,7 m3 + 7,6 m3) = 285,2 m3

- Total volume aktif dan inaktif = 2.184,8 m3 + 285,2 m3 = 2.470 m3

- Rasio volume aktif dan total volume

= volume aktif

total volume

= 2.184,8 m3

2.470 m3 = 0,88

→ Cek efisiensi volume tangki melalui rasio volume aktif terhadap volume total. Digester sudah memiliki desain volume yang efisien apabila nilai rasio tersebut lebih dari 0,85.

Rasio = 0,88 (OK, >0,85) → Periksa kesesuaian waktu digestion padatan pada debit rerata

terhadap kriteria desain.

DRAFT

46

= total volume aktif

Qinfluen

= 2184,8 m3

40 m3/hari = 54,6 hari (OK, rentang: 30-60 hari)

Tahap C: Mengestimasi destruksi volatile solid, serta debit lumpur tercerna (digested sludge) dan supernatan.

1. Destruksi volatile solid dalam digester - Beban TSS tiap digester

= konsentrasi TSS influen x debit tiap digester

= 16.000 g/m3 x 10 m3/hari

1000 g/kg = 160 kg/hari

- Estimasi destruksi volatile solid Vd = 13,7 ln(SRT) + 18,9

di mana: Vd = persentase volatile solids terdestruksi, % SRT = waktu retensi padatan, hari

maka, VS = 13,7 ln(54,6) + 18,9 = 74%

- Konsentrasi TVSinfluen = 0,71TSSinfluen = 11.360 mg/l

- Beban TVS terdestruksi tiap digester = beban TVSinfluen x persentase TVS terdestruksi = [11,36 kg/m3 x 10 m3/hari] x 74% = 113,6 kg/hari x 74% = 84 kg/hari

- Beban TVS tersisa dalam tiap digester = beban TVSinfluen - TVS setelah terdestruksi = 113,6 kg/hari - 84 kg/hari = 29,6 kg/hari

- Beban TSS tersisa dalam tiap digester = nonvolatile solid + TVS tersisa = [(160 - 113,6) kg/hari + 29,6 kg/hari = 76 kg/hari

- Total TSS tersisa dalam empat digester = 4 x 76 kg/hari = 304 kg/hari

2. Debit lumpur tercerna dari digeseter

Lumpur yang telah tercerna (digeseted) dalam pengolahan primer menggunakan unit anaerobic digester memiliki karakteristik kandungan solid kering 4-8% dan densitas lumpur 1.020-1.030 kg/m3 (Andreoli, von Sperling, & Fernandes, 2007). Berdasarkan rentang nilai tersebut, diestimasikan konsentrasi TSS dalam lumpur terpekatkan = 6% dan densitas lumpur terpekatkan = 1.030 kg/m3, maka estimasi debit lumpur dari tiap digester:

DRAFT

47

Debit lumpur tercerna

= beban TSS tersisa dalam digester


= 304 kg/hari

6% x 1.030 kg/m3 = 5 m3/hari

Konsentrasi TSS dalam lumpur tercerna


debit lumpur tercerna

= 304 kg/hari x 1.000 g/kg

5 m3/hari = 60.800 g/m3 = 60.800 mg/l

3. Debit supernatan dari digester

- Beban TSS dalam supernatan dari digester = beban TSSinfluen - beban TSS lumpur efluen = (4 x 160 kg/hari) - 304 kg/hari = 336 kg/hari

- Debit supernatan dari digester = debit influen - debit lumpur efluen = 40 m3/hari - 5 m3/hari = 35 m3/hari

- Konsentrasi TSS dalam supernatan dari digester


debit supernatan

= 336 kg/hari x 1.000 g/kg

35 m3/hari = 9.600 g/m3 = 9.600 mg/l

Tahap D: Menghitung produksi gas 1. Total massa sel diproduksi

Px= Y(So-S)1+kdθc

di mana: Px = total massa sel diproduksi, kg/hari Y = koefisien pembentukkan biomassa (rasio perbandingan massa sel yang terbentuk dengan massa susbtrat yang dikonsumsi), g/g (untuk lumpur air limbah domestik: 0,04-0,1/hari)

So = beban massa bCOD influen, kg/hari S = beban massa bCOD efluen, kg/hari kd = koefisien endogen, /hari (untuk lumpur air limbah domestik: 0,02-0,04/hari) θc = waktu tinggal rerata biomassa, hari (sama dengan waktu digestion)

- bCODinfluen (konsentrasi COD yang dapat didegradasi secara biologis)

DRAFT

48

= 1,6 BODinfluen

= 1,6 x 3.000 mg/l = 4.800 mg/l

Beban massa bCODinfluen tiap tangki = 4,8 kg/m3 x 10 m3/hari = 48 kg/hari

- bCODefluen Efisiensi penyisihan konsentrasi BOD pada unit anaerobic digester berkisar 60% sampai 90%. Dalam perhitungan ini, efisiensi penyisihan BOD diasumsikan sebesar 75%, maka:

bCODefluen = 1,6 BODefluen

= 1,6 x [(1-0,75) x 3.000 mg/l)) = 1,6 x 750 mg/l = 1.200 mg/l

Beban massa bCODefluen tiap tangki = 1,2 kg/m3 x 10 m3/hari = 12 kg/hari

- Total massa sel diproduksi tiap tangki

Px = 0,08 x (48 kg/hari - 12 kg/hari)

1 +(0,03/hari x 54,6 hari)=1,1 kg/hari

2. Volume gas metan - Volume gas tiap tangki

V = 0,35 m3/kg {(So-S)-1,42(Px)}

di mana: V = volume gas, m3/hari So = beban massa bCOD influen, kg/hari S = beban massa bCOD efluen, kg/hari Px = total massa sel diproduksi, kg/hari 0,35 = faktor konversi teoritis untuk jumlah metan yang diproduksi dari konversi 1 kg bCOD 1,42 = faktor konversi untu material sel menjadi BODL maka

V = 0,35 m3/kg x {(48-12) kg/hari - (1,42 x 1,1 kg/hari) = 12,1 m3/hari

- Volume gas metan tiap tangki Estimasi kandungan gas metan dalam digester sebesar 66%, maka

VCH4 = 12,1 m3/hari x

1

0,66 = 18,4 m3/hari


- Estimasi efisiensi penyisihan = 75% - BOD efluen = (1-0,75) x 3.000 mg/l = 750 mg/l

2. COD

- Estimasi efisiensi penyisihan = 72% - COD efluen = (1-0,7) x 8.200 mg/l = 2300 mg/l

3. TSS

DRAFT

49

Estimasi TSS efluen = 9.600 mg/l

Efisiensi penyisihan


TSS influen

= 16.000 mg/l - 9.600 mg/l

16.000 mg/l x 100% = 40%

3.2.2 Tangki Imhoff

Gambar 15. Unit Tangki Imhoff Terbuka

Sumber: www.sswm.info

Fungsi : Memisahkan padatan dan cairan dalam lumpur tinja, serta

proses digestion lumpur dalam satu sistem. Kelebihan : - Menyisihkan padatan untuk mengurangi potensi

penyumbatan dan membantu mengurangi dimensi pipa;

Catatan mengenai suspended solid (TSS) dan total solid (TS). TSS merupakan padatan yang tertahan pada saringan 0,45 μm (mikro meter). Sedangkan TS mencakup padatan tersuspensi (lebih besar dari 0,45 μm), partikel-partikel lain yang lebih kecil (seperti koloid), dan semua padatan terlarut (disolved solid, DS). Untuk lumpur, rasio TSS terhadap TS sangat tinggi sehingga biasanya diasumsikan 100% dalam perhitungan.

Catatan mengenai destruksi fixed solid (FS) dan volatile solid (VS) dalam proses digestion. FS (fixed solid) tidak terpengaruh oleh proses digestion sehingga konsentrasinya tidak mengalami perubahan, sedangkan VS mengalami destruksi dan terkonversi menjadi biogas. Oleh karena itu, konsentrasi TS dalam lumpur yang telah mengalami proses digestion merupakan jumlah dari FS dan VS yang tidak terdestruksi.

Sumber: Doran, Michael D. 2013. Primer: Working with Total Solids, Fixed Solids, and Volatile Solids in Sludge and Biosolids. University of Wisconsin-Madison.

DRAFT

50

- Operasi dan pemeliharaan mudah sehingga tidak membutuhkan operator dengan keahlian khusus; dan

- Mampu bertahan ketika aliran debit masuk yang sangat

berfluktuasi.

Kekurangan : - Membutuhkan pemeliharaan yang teratur;

- Membutuhkan pengoperasian dan perawatan yang

sesuai dengan SOP, untuk menghindari maka resiko

penyumbatan pada pipa pengaliran;

- Membutuhkan pengolahan lebih lanjut untuk efluen baik

pada frasa cair maupun padatan yang telah dipisahkan;

dan

- Efisiensi penyisihan rendah.

Desain : Ventilasi gas pada tangki Imhoff dibuat minimal 20% dari luas permukaan atau lebar bukaan masing-masing (45-60) cm pada kedua sisi tangki.

Tangki Imhoff merupakan unit pengolahan primer dalam sistem pengolahan air limbah yang mengkombinasikan dua jenis pengolahan dalam satu sistem, yaitu pengendapan dan digesti lumpur. Proses pengendapan lumpur berlangsung pada kompartemen atas, sedangkan proses digesti lumpur berlangsung pada kompartemen bawah (Gambar 16). Dinding tangki yang didesain miring bertujuan untuk mencegah gelembung-gelembung gas hasil proses digesti anaerobik mengganggu proses pengendapan. Padatan yang terendapkan pada dasar tangki akan distabilisasi melalui proses digesti dan pemekatan. Selanjutnya, lumpur yang terdigesti dibersihkan secara berkala untuk kemudian diolah (pembersihan hanya dilakukan pada lumpur yang telah terdigesti dan menyisakan lumpur aktif untuk menjaga aktivitas mikroba). Sedangkan supernatan yang dihasilkan dialirkan ke unit stabilisasi cairan. Tangki Imhoff mampu mengolah air limbah domestik dengan beban yang tinggi, kemampuan reduksinya mencapai 50-70% TSS, 25-50% COD, 10-40% BOD, dan berpotensi menghasilkan stabilisasi lumpur yang baik (Tilley, Ulrich, Luthi, Reymond, & Zurbrugg, 2016; Mikelonis & Hodge, 2008).

DRAFT

51

Gambar 16. Skema Tangki Imhoff

Sumber: Tilley et al, 2013

a. Kriteria Desain Perancangan tangki Imhoff dilaksanakan berdasarkan kriteria desain yang tertera pada tabel berikut ini:

Tabel 10. Kriteria Desain Tangki Imhoff Parameter Satuan Nilai

Total kedalaman m 7-9,5 Ruang Sediementasi - Waktu detensi jam 2-4 - Rasio panjang:lebar - 2:1-5:1 - Kemiringan thd. horizontal derajat 50-60 - Lebar bukaan dasar m 0,15-0,3 - Panjang yang dilebihkan pada

salah satu sisi menggantung m 0,15-0,3

- Freeboard m 0,45-60 Ruang pencerna - Waktu detensi hari 30-60 - Kemiringan thd. horizontal derajat 30-45 - Kedalaman m 3-4,5 Ruang ventilasi gas - Luas permukaan % dari total luas

permukaan 15-30

- Lebar m 0,45-0,76 Sumber: Crock et al, 2010

b. Contoh Desain

Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 20.000 jiwa - Debit influen rerata, Qavg = 10 m3/hari - Debit puncak, Qpeak = 12 m3/hari - BOD5 = 3.000 mg/l - COD = 8.200 mg/l - TSS = 16.000 mg/l - TVS = 0,71TSS

DRAFT

52

- Suhu, T = 26oC

Kriteria desain digunakan - Waktu detensi r. sedimentasi = 4 jam - Waktu detensi r. pencerna, Td = 30 hari - Kedalaman tangki = 7,5 m - Kemiringan r. sedimentasi = 55o terhadap horizontal - Kemiringan r. pencerna = 40o terhadap horizontal - Rasio SS/COD terendap = 0,42 Perhitungan desain Tahap A: Menentukan dimensi tangki Imhoff 1. Kebutuhan kapasitas tangki Imhoff

- Volume tangki = Qinfluen x Td

= 10 m3/hari x 30 hari = 300 m3

→ Periksa kebutuhan tangki per jiwa yang diperbolehkan

= volume tangki

jumlah penduduk dilayani

= 200 m3

20.000 jiwa= 0,01 m3/jiwa (OK, rentang: 0,0085-0,113 m3/jiwa)

- Dirancang total kedalaman tangki = 7,5 m, dengan kedalaman ruang pencerna = 3 m.

- Luas permukaan tangki


kedalaman tangki

= 300 m3

7,5 m = 40 m2

2. Dimensi ruang pengendapan - Dirancang luas permukaan ruang ventilasi = 25% dari total luas

permukaan, maka Luas permukaan ruang sedimentasi = (1-0,25) x 40 m2 = 30 m2


L = 2,74 ≈ 3 m P = 12 m A’ = 36 m2

→ Beban permukaan hidraulik

DRAFT

53

= debit influen

luas permukaan

= 10 m3/hari

36 m2 = 0,28 m3/m2.hari

- Dirancang kemiringan dinding = 55o dan lebar bukaan dasar = 0,2 m - Kedalaman:

Tinggi freeboard = 0,5 m Tinggi H1b = 1,4 m x tan(55) = 2 m Tinggi H1a = 7,5 m - 3 m - 0,5 m - 2 m = 2 m

- Volume ruang pengendapan = volume rectangular + volume conical = (12 m x 3 m x 2 m) + [0,5 x (0,2 + 3)m x 2 m x 12 m] = 72 m3 + 38,4 m3 = 110,4 m3

3. Dimensi ruang ventilasi - Luas r. ventilasi = 25% dari total luas permukaan

= 10 m2 - Panjang r. ventilasi = panjang r. pengendapan

= 12 m - Lebar r. ventilasi = 10 m2/12 m = 0,83 ≈ 1 m

- Lebar masing-masing sisi = 0,8 m/2 = 0,4 m

→ Periksa kesesuaian lebar masing-masing sisi ruang ventilasi dengan kriteria desain

Lebar = 1 m/2 = 0,5 m (OK, rentang: 0,45-0,76 m)

4. Dimensi ruang pencerna - Dirancang bak penampung lumpur pada dasar tangki (hopper)

berbentuk prisma trapesium.

- Dirancang jumlah hopper = 2.

- Dirancang kemiringan dinding = 40o dan lebar dasar hopper = 1 m, maka jarak antara dinding tangki dengan dasar hopper (Gambar 18)

= (lebar tangki Imhoff - lebar dasar hopper) /2 = [(lebar r. sedimentasi + lebar r. ventilasi) - lebar dasar hopper]/2 = [(3+1) m - 1 m]/2 = 1,5 m

panjang dasar tiap hopper (Gambar 18) = (lebar tangki Imhoff/jumlah hopper) - (2 x jarak antara dinding

tangki dengan dasar hopper) = (12/2) m - (2 x 1,5 m) = 3 m

- Kedalaman (Gambar 17): Tinggi H2b = 1,5 m x tan(40) = 1,3 m

DRAFT

54

Tinggi H2a = 3 m - 1,3 m = 1,7 m

- Volume ruang pencerna = volume rectangular + volume hopper = (12 m x 4 m x 1,7 m) + = 81,6 m3 + 19,72 m3 = 101,32 m3

Volume 2 hopper

V = [(panjang atas x lebar atas) + (panjang atas - 2 x faktor

kemiringan horizontal x kedalaman)(lebar atas - 2 x faktor kemiringan horizontal x kedalaman) + 4(panjang atas - faktor kemiringan horizontal x kedalaman)](kedalaman/6)

maka, = 2 x [(6 m x 4 m) + {6 m - (2 x 1,25 x 1,3 m)}{(4 m - (2 x 1,25 x 1,3 m)} + 4{6 m - (1,25 x 1,3 m)}] x (1,3 m/6) = 2 x 9,86 m3 = 19,72 m3

Tabel 11. Nilai Faktor Kemiringan Sudut terhadap Horizontal Kemiringan

thd. horizontal

Faktor kemiringan

Kemiringan thd.

horizontal

Faktor kemiringan

Kemiringan thd.

horizontal

Faktor kemiringan

(derajat) (derajat) (derajat)

10 1,4 70 0,86 130 2,39

20 2,43 80 0,25 140 3,18

30 2,3 90 0,78 150 2,13

40 3,44 100 1,49 160 1,89

50 1,02 110 2,35 170 1,2

60 0,9 120 3,32 180 2,034 Sumber:ArcGIS Pro, 2017

Tahap B: Mengestimasi debit lumpur mengendap dalam tangki Imhoff dan

debit supernatan dari tangki Imhoff. 1. Debit lumpur mengendap dalam tangki Imhoff

- Beban TSS yang diterima tiap tangki

DRAFT

55

= debit influen x konsentrasi TSS = 10 m3/hari x 16.000 mg/l = 160.000 g/hari = 160 kg/hari

- Beban TSS dalam lumpur mengendap = estimasi efisiensi penyisihan TSS x beban TSS influen = 0,6 x 160 kg/hari = 96 kg/hari

- Debit lumpur mengendap Untuk proses stabilisasi lumpur pada tahap pengolahan primer menggunakan tangki Imhoff, lumpur yang telah melalui proses pencernaan dalam ruang pencerna memiliki karakteristik kandungan solid kering 4-8% dan densitas lumpur 1.020-1.030 kg/m3 (Andreoli, von Sperling, & Fernandes, 2007). Berdasarkan rentang nilai tersebut, diestimasikan konsentrasi TSS dalam lumpur terpekatkan = 6% dan densitas lumpur terpekatkan = 1.030 kg/m3, maka estimasi debit lumpur dari tiap digester:

= beban TSS tertahan pada SDB


= 96 kg/hari

6% x 1.030 kg/m3 = 1,6 m3/hari

- Konsentrasi TSS dalam lumpur mengendap pada ABR


debit supernatan


1,5 m3/hari = 64.000 g/m3 = 64.000 mg/l

2. Debit supernatan dari ABR

- Beban TSS dalam supernatan dari tiap SDB = beban TSS influen - beban TSS efluen = 160 kg/hari - 96 kg/hari = 64 kg/hari

- Debit supernatan dari tiap SDB = 10 m3/hari - 1,6 m3/hari = 8,4 m3/hari

- Konsentrasi TSS dalam supernatan dari ABR


debit supernatan


8,4 m3/hari = 7.620 g/m3 = 7.620 mg/l

Gambar desain tangki Imhoff

DRAFT

56

Gambar 17. Potongan Desain Tangki Imhoff

(a)

(b)

Gambar 18. Desain Tangki Imhoff (a) Tampak Atas dan (b) Tampak Samping

DRAFT

57

Efisiensi unit pengolahan 1. BOD5


2. COD


3. TSS - Estimasi TSS efluen = 1.629 mg/l - Efisiensi penyisihan


TSS influen

= 16.000 mg/l - 7.620 mg/l

16.000 mg/l x 100% = 52%

DRAFT

58

3.2.3 Solid Separation Chamber

Gambar 19. Unit Solid Separation Chamber

di IPLT Buleleng, Bali

Fungsi : Memisahkan padatan dan cairan lumpur melalui proses filtrasi dan dekantasi.

Kelebihan : - Pengoperasian sistem sederhana; dan - Tidak membutuhkan operator berkeahlian khusus.

Kekurangan : - Diperlukan penggantian filter secara berkala untuk menjaga efisiensi proses filtrasi dan mencegah terjadinya penyumbatan;

- Pemindahan lumpur dari kolam SSC ke area pengeringan dilakukan secara manual atau menggunakan crane; dan

- Membutuhkan area yang luas. Desain : Unit solid separation chamber umumnya menggunakan

pasir dan kerikil sebagai media filtrasi dengan ketebalan masing-masing antara 20-30 cm. Pada sisi kolam dipasang pintu air untuk mengeluarkan supernatan hasil proses dekantasi.

Solid Separation Chamber (SSC) dan Drying Area (DA) merupakan rangkaian unit pemekatan yang mengandalkan proses fisik dalam memisahkan padatan-cairan dari lumpur tinja. Pada dasarnya, konsep pengolahan pada sistem SSC menyerupai sistem yang ada pada sludge drying bed.

Proses pemisahan padatan-cairan yang berlangsung pada kolam SSC dilakukan melalui sistem filtrasi (biasanya digunakan media pasir dan kerikil) dan evaporasi (memanfaatkan panas matahari). Lumpur tinja dihamparkan di atas media filter dan akan terjadi proses filtrasi, di mana padatan akan tertahan pada media dan cairan akan mengalir secara gravitasi melalui celah media. Selanjutnya, filtrat dialirkan menuju unit stabilisasi cairan melalui sistem perpipaan yang terletak di bawah unit SSC. Sementara

DRAFT

59

padatan terendapkan, ketika dianggap sudah cukup kering, dikeruk dan dipindahkan ke drying area untuk pengeringan lebih lanjut. Pengerukan dan pemindahan tersebut dapat dilakukan secara manual atau mekanik (misalnya menggunakan crane). Pada umumnya, unit SSC dilengkapi dengan pintu air untuk mempercepat pengaliran supernatan ke unit stabilasasi cairan.

Drying area merupakan kolam yang difungsikan untuk melanjutkan proses pengeringan padatan lumpur dari kolam SSC. Selain itu, pada unit ini terjadi proses desinfeksi mikroorganisme di mana bakteri patogen yang terkandung dalam lumpur tinja direduksi melalui radiasi sinar UV dari matahari. a. Kriteria Desain

Perencanaan SSC dilaksanakan berdasarkan kriteria desain yang tertera pada tabel berikut ini:

Tabel 12. Kriteria Desain Solid Separation Chamber Parameter Satuan Nilai

Ukuran Bak - Lebar m 8 - Panjang m 3 Area dibutuhkan - SSC tanpa penutup atap m2/kapita 0,14-0,28 - SSC dengan penutup atap m2/kapita 0,10-0,20 Waktu pengeringan cake hari 12-15 Waktu pengambilan cake matang hari 1 Ketebalan cake cm 10-30 Ketinggian media filter - Pasir cm 20-30 - Kerikil cm 20-30 Kadar air % 20 Kadar solid % 80 Kemiringan dasar - 1:20 Kemiringan dasar pipa % 1

Sumber: PermenPUPR Nomor 04/PRT/M/2017

b. Contoh Desain

Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 20.000 jiwa - Debit influen rerata, Qavg = 10 m3 - Debit puncak, Qpeak = 12 m3 - BOD5 = 3.000 mg/l - COD = 9.200 mg/l - TSS = 16.000 mg/l - Bakteri E. coli = MPN/100 ml

DRAFT

60

Kriteria desain digunakan - Waktu pengeringan = 12 hari - Panjang bak = 8 m - Lebar bak = 3 m

Perhitungan desain Tahap A: Menghitung luas lahan dibutuhkan - Dirancang kedalaman SSC:

ketinggian lumpur = 0,3 m ketinggian media pasir = 0,2 m ketinggian media kerikil = 0,3 m


= debit influen

ketinggian lumpur

= 10 m3/hari

0,3 m = 33,3 m2/hari

- Dirancang waktu pengeringan selama 12 hari, maka kebutuhan luas permukaan:

= 33,3 m2/hari x 12 hari = 336 m2

- Jumlah kolam dibutuhkan dengan dimensi 8 m x 3 m

= 336 m2

8 m x 3 m=14 kolam



2. COD


3. TSS


DRAFT

61

BAB IV Unit Stabilisasi Cairan

Unit stabilisasi cairan berfungsi untuk menyisihkan partikel organik terlarut dan koloid serta melanjutkan penyisihan padatan tersuspensi. Pada umumnya, proses stabilisasi cairan dilakukan dengan pengolahan biologis, tetapi tidak menutup kemungkinan untuk mengolahnya dengan pengolahan fisik, kimia, atau kombinasi ketiganya sehingga tercapai baku mutu yang ditetapkan. Proses stabilisasi cairan terdiri dari pengolahan anaerobik yang diikuti dengan pengolahan aerobik dan pengolahan lanjutan untuk menyisihkan organisme patogen. Berbagai jenis teknologi dapat digunakan sebagai unit stabilisasi cairan. Pada bab ini akan dibahas unit-unit pengolahan anaerobik, aerobik, dan kombinasi anaerobik-aerobik, serta unit-unit penyisihan bakteri patogen yang umum digunakan dalam pengolahan air limbah domestik disertai dengan contoh perhitungan desain untuk masing-masing unit pengolahan.

4.1 Unit Pengolahan Anaerobik Proses anaerobik berlangsung ketika pengolahan material organik terjadi dalam kondisi tidak terdapat oksigen dalam sistem pengolahan. Pengolahan anaerobik tidak membutuhkan teknologi khusus dan dapat diterapkan pada instalasi pengolahan air limbah berkapasitas kecil maupun besar. Proses ini merupakan tahap penting dalam pengolahan air limbah karena proses ini dapat: mendegradasi secara biologis beban organik yang tinggi; lumpur hasil pengolahan yang dihasilkan sedikit; menghasilkan gas metan; dan kebutuhan energi rendah. Namun, kecenderungan pertumbuhan mikroorganisme anaerobik yang relatif lambat memerlukan perhatian khusus agar mikroorganisme tersebut tidak ikut terbawa dalam aliran efluen sehingga dapat menunrukan proses penyisihan polutan

DRAFT

62

4.1.1 Kolam Anaerobik

Gambar 20. Kolam Anaerobik di IPLT Tabanan, Bali

Fungsi : Menyisihkan BOD Kelebihan : - Konstruksi sederhana;

- Biaya operasional rendah karena tidak membutuhkan energi listrik dalam operasinya; dan

- Efisiensi penyisihan BOD tinggi. Kekurangan : - Berpotensi menimbulkan bau; dan

- Kebutuhan lahan besar. Desain : Kolam anaerobik umumnya memiliki kedalaman 2-5 m

dengan kedalaman 4 m merupakan kedalaman optimal pengolahan. Apabila memungkinkan, kedalaman kurang dari 2,5 m sebaiknya dihindari.

Kolam Anaerobik

Gambar 21. Skema Kolam Anaerobik


Kolam anaerobik merupakan prasarana pengolahan air limbah domestik

yang beroperasi pada kondisi tanpa oksigen dengan memanfaatkan

pertumbuhan alga dan bakteri anaerob untuk menguraikan zat organik.

Proses pengolahan air limbah berlangsung lebih baik pada suhu di atas

15°C. Bakteri anaerobik pada umumnya sensitif terhadap keasaman,

DRAFT

63

pengolahan air limbah domestik berlangsung optimum pada pH > 6,2.

Untuk menjaga kadar keasaman air limbah domestik, air limbah

domestik yang memiliki kondisi asam, dengan pH < 6.2 harus

dinetralisir terlebih dahulu sebelum diolah di kolam anaerobik.

Dalam penerapan kolam anaerobik sebagai unit pengolahan air limbah

domestik, pengaturan aliran air limbah dengan menerapkan

saluran/pipa bypass perlu direncanakan. Penyediaan saluran/pipa

bypass dibutuhkan untuk keperluan uji coba dan pemeliharaan.

Pemanfaatan saluran/pipa bypass pada masa uji coba (commissioning)

berguna untuk mengalirkan air limbah dari tahapan pre-treatment ke

kolam fakultatif sehingga dapat dilakukan uji coba sistem

(pengkondisian alga) terlebih dahulu.

Pemanfaatan saluran/pipa bypass pada masa pemeliharaan (contoh:

proses pembersihan lumpur) berguna untuk mengatur pengaliran air

limbah pada masa pemeliharaan (Contoh: untuk kegiatan pemeliharaan

(pengurasan lumpur) kolam anaerobik I, aliran air limbah dapat

dialirkan melewati kolam anaerobik II menuju ke kolam fakultatif)

Rangkaian pipa bypass untuk dua sistem Kolam Stabilisasi paralel

digambarkan sebagai berikut.

Catatan: Selama operasi normal, pintu air G3 ditutup dan pintu air lainnya dibuka; melalui pipa cadang kolam anaerobik, pintu air G3 dan gerbang lainnya ditutup.

Gambar 22. Rangkaian Pipa Cadangan pada Kolam Anaerobik Sumber: Mara, 1984

a. Kriteria Desain Perancangan kolam anaerobik dilaksanakan berdasarkan kriteria desain yang tertera pada tabel berikut ini:

DRAFT

64

Tabel 13. Kriteria Desain Kolam Anaerobik Parameter Satuan Nilai

Waktu detensi, θa hari ≥ 1 Kedalaman, Da m 2-5 Rasio panjang dan lebar, P:L - (2-3):1 Rasio talud - 1:3

Sumber: Mara, 2003 b. Contoh Desain

Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 80.000 jiwa - Debit influen rerata, Qavg = 40 m3 - Debit puncak, Qpeak = 48 m3 - BOD5 = 750 mg/l (dari Anaerobic Digester) - COD = mg/l - TSS = 7.627 mg/l - Telur cacing Helminth = 500/liter - Bakteri E coli = 2,7 x 106 MPN/100 ml - T = 26oC (rerata suhu dalam bulan terdingin) - Laju evaporasi, e = 5 mm/hari Kriteria desain digunakan - Kedalaman kolam = 4 m

Perhitungan desain Tahap A: Menentukan dimensi kolam anaerobik 1. Nilai beban BOD volumetrik (λv)

Nilai λv akan naik seiring dengan bertambahnya suhu. Nilai λv dapat diketahui dari tabel berikut.

Tabel 14. Nilai Desain Beban BOD Volumetrik dan Persentase Penyisihan BOD dalam Kolam Anaerobik pada Berbagai Kondisi Suhu

Suhu (oC)

Beban volumetrik (g/m3 hari)

Penyisihan BOD (%)

< 10 100 40 10-20 20T – 100 2T + 20 20-25 10T + 100 2T + 20 >25 350 70

*T = Suhu (oC)

Maka dengan T = 26oC, λv = 350 g/m3.hari

2. Luas kolam anaerobik

- Luas kolam

Aa = Qθa

Da =

LiQλVDa

di mana: Aa = luas kolam anaerobik, m2

Da = kedalaman kolam anaerobik, m Li = BOD influen, g/m3 Q = debit, m3/hari

DRAFT

65

λv = beban BOD volumetrik (g/m3 hari) a = waktu retensi hidraulik di dalam kolam (hari) maka,

Aa = 750 g/m3 x 40 m3/hari

350 g/m3.hari x 4 m = 21,5 m2

- Rasio panjang : lebar = 3:1 (3L)(L) = 21,5 m2 3L2 = 21,5 m2 L = 2,7 ≈ 3 m P = 9 m A’ = 27 m2

Tahap B: Menghitung waktu retensi hidraulik

- Waktu retensi hidraulik, θa

= AaDa

Q

= 27 m2 x 4 m

40 m3/hari = 2,7 hari

→ Cek kesesuaian waktu retensi hidraulik hasil perhitungan dengan kriteria desain

HRT = 2,7 hari (OK, > 1 hari)


Melalui Tabel 14 dapat diketahui persentase penyisihan BOD berdasarkan suhu lingkungan area pengolahan. Pada suhu 26oC, efisiensi penyisihan BOD sebesar 70%. - BOD5 efluen = (1-0,7) x 750 mg/l = 225 mg/l

- 2. COD

- Estimasi efisiensi penyisihan = % - COD efluen = (1-0,65) x 2.460 mg/l = 861 mg/l

3. TSS


4. Telur cacing Helminth - Efisiensi penyisihan telur cacing Helminth

= 100[1-0,41exp(-0,49θ + 0,0085θ2)] = 100[1-0,41exp{-(0,49 x 2,7) + (0,0085 x 2,72)] = 88%

- Telur cacing Helminth efluen

DRAFT

66

= (1-0,88) x 500/liter = 60/liter

5. Bakteri E coli - Nilai konstanta laju orde pertama penyisihan E coli, kB(T)

= 2,6(1,19)T-20

= 2,6(1,19)26-20 = 7,38/hari

- Bakteri E coli dalam efluen

Ne = Ni

(1 + kB(T)θa)

di mana: Ne = jumlah E coli per 100 ml dalam efluen kolam anaerobik Ni = jumlah E coli per 100 ml dalam influen kolam anaerobik a = waktu tinggal hidraulik kolam anaerobik, hari maka,

Ne = 2,7 x 106 MPN per 100 ml

[1+(7,38 x 2,7)] = 1,3 x 105 MPN per 100 ml

DRAFT

67

4.1.2 Anaerobic Baffled Reactor

Gambar 23. Skema Anaerobic Baffled Reactor

Fungsi : Mengendapkan padatan dan menyisihkan material organik

dalam satu sistem. Kelebihan : - Tahan terhadap shock loading organik dan hidraulik;

- Tidak membutuhkan energi listrik; - Biaya operasional rendah; - Kemampuan menyisihkan konsentrasi bod tinggi; - Lumpur yang dihasilkan rendah dan telah terstabilisasi; - Kebutuhan lahan tidak terlalu besar (dapat dibangun di

bawah tanah); dan - Pengoperasian sederhana.

Kekurangan : - Fase awal pengolahan membutuhkan waktu yang lama; - Kemampuan mereduksi bakteri patogen rendah; - Supernatan dan lumpur yang ditimbulkan

membutuhkan pengolahan lebih lanjut; - Dibutuhkan pengolahan awal untuk mencegah

penyumbatan. Desain : Koneksi antar kompartemen dapat didesain menggunakan

pipa vertikal atau sekat. Biasanya, biogas yang terbentuk dari sistem ABR tidak ditangkap karena jumlahnya sedikit. Tangki harus diberi ventilasi untuk melepaskan bau dan potensi gas berbahaya.

Anaerobic Baffle Reactor (ABR) merupakan unit pengolahan biologis dengan metode pengolahan suspended growth yang memodifikasi tangki septik dengan menambahkan sekat-sekat (baffle). Sekat pada ABR berfungsi sebagai pengaduk (melalui aliran upflow dan downflow) untuk meningkatkan kontak antara air limbah domestik dan mikroorganisme.

DRAFT

68

ABR menggabungkan proses sedimentasi dan penguraian material organik oleh mikroorganisme dalam satu sistem, di mana proses sedimentasi terjadi pada kompartemen pertama dan proses penguraian material organik pada beberapa kompartemen selanjutnya.

Mikroorganisme berkembang dalam lapisan lumpur yang terakumulasi di dasar kompartemen. Unit ABR mampu menyisihkan 65-90% COD; 70-95% BOD; dan 80-90% TSS. Efisiensi penyisihan bakteri patogen pada unit ini rendah sehingga membutuhkan pengolahan lebih lanjut.

Perencanaan unit ABR dilaksanakan berdasarkan persyaratan teknis berikut ini: 1. Tersedia lahan untuk penempatan IPALD dengan sistem ABR; 2. Lokasi penempatan ABR harus mudah dijangkau dalam pembangunan,

operasi dan pemeliharaan; 3. Air limbah domestik harus dilengkapi dengan unit perangkap lemak

sebelum dialirkan kedalam ABR; 4. ABR tidak sesuai untuk digunakan di daerah dengan permukaan air

tanah yang tinggi, daerah banjir atau daerah pasang surut; 5. Dapat diaplikasikan pada skala komunal atau skala permukiman kecil,

khususnya yang memiliki cukup pasokan air untuk mencuci pakaian, mandi, dan menggelontor kloset; dan

6. Unit ABR dapat juga berfungsi sebagai pengolahan pendahuluan untuk membantu meringankan pengolahan lanjutan yang dilakukan secara aerobic.

a. Kriteria Desain

Penerapan ABR pada Instalasi Pengolahan Lumpur Tinja (IPLT) umumnya diterapkan sebagai unit pengolahan cairan lumpur. Pelaksanaan perencanaan ABR dilaksanakan berdasarkan kriteria desain yang tertera pada tabel berikut.

Tabel 15. Kriteria Desain Unit Anaerobic Baffled Reactor Parameter Satuan Nilai

Debit desain m3/hari 2-200 Waktu retensi hidraulik jam 12-96 Kecepatan upflow m/jam < 0,6 Jumlah kompartemen buah 3-6 Efisiensi penyisihan

BOD % 70-95 COD % 65-90 TSS %


b. Contoh Desain Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 80.000 jiwa

DRAFT

69

- Debit influen rerata, Qavg = 40 m3/hari - Debit puncak, Qpeak = 48 m3/hari - BOD5 = 750 mg/l (dari Anaerobic Digester) - COD = 2.760 mg/l - TSS = 7.627 mg/l - Suhu, T = 26oC (rerata suhu dalam bulan terdingin)

Kriteria desain digunakan - Kecepatan upflow = 0,3 m/jam - Jumlah kompartemen = 5 buah - Rasio area upflow : downflow = 3:1 - Rasio lebar : panjang = 4:1 Perhitungan desain 1. Dimensi area sekat (baffled area)

- ABR dirancang memiliki kedalaman aktif 2 m dan freeboard 0,5 m

- Luas permukaan satu kompartemen upflow

= debit influen

kecepatan upflow

= (40 m3/hari)/(24 jam/hari)

0,3 m/jam = 5,56 m2

maka, dengan rasio panjang : lebar = 1:4 (P)(4P) = 5,56 m2 4P2 = 5,56 m2 P = 1,17 ≈ 1,2 m L = 4P = 4,8 m Au = 5,76 m2

- Rasio luas area upflow terhadap downflow = 3:1, maka

Ad = 5,76 m2/3 = 1,92 m2 Lebar tangki = 4,8 m, maka panjang area downflow

= luas area downflow

lebar tangki

= 1,92 m2

4,8 m = 0,4 m

- Total volume aktif baffled area = (panjang kompartemen + panjang shaft) x lebar kompartemen x

kedalaman aktif kompartemen x jumlah kompartemen = (1,2 m + 0,4 m) x 4,8 m x 2 m x 4 = 61,4 m3

- HRT dalam baffled area

= total volume aktif baffled area

debit influen

= 61,4 m3

40 m3/hari = 1,53 hari = 36,9 jam

DRAFT

70

→ Periksa kesesuaian kecepatan upflow hasil perhitungan dengan kriteria desain

= debit influen

luas tiap kompartemen

= 40 m3/hari

5,76 m2 = 6,9 m/hari = 0,29 m/jam (OK, <0,6 m/jam)

2. Dimensi tangki pengendapan (settling tank)

- HRT pada area pengendapan dirancang selama 10 jam = 0,42 hari - Lebar dan kedalaman aktif tangki mengikuti dimensi baffled area,

yaitu: Lebar = 4,8 m Kedalaman aktif = 2 m

- Panjang settling tank

= HRT x debit influen

lebar tangki x kedalaman tangki

= 0,42 hari x 40 m3/hari

4,8 m x 2 m = 1,73 ≈ 1,8 m

- Volume settling tank = 1,7 m x 4,8 m x 2 m = 17,3 m3

- HRT dalam settling tank (aktual)

= total volume aktif settling tank

debit influen

= 17,3 m3

40 m3/hari = 0,43 hari = 10,4 jam

3. Dimensi ABR - Volume aktif ABR

= volume tangki pengendapan + volume area sekat = 17,3 m3 + 61,4 m3 = 78,7 m3

→ Periksa kesesuaian HRT hasil perhitungan dengan kriteria desain

= volume ABR

debit influen

= 78,7 m3

40 m3/hari = 1,97 hari = 47,3 jam (OK, rentang: 12-96 jam)

- Total luas lahan dibutuhkan = luas baffled area + settling tank = ( 1,2 m x 4,8 m x 4) + (1,8 m x 4,8 m) = 31,7 m2

Efisiensi unit pengolahan 1. COD

- Penyisihan di zona pengendapan

DRAFT

71

Berdasarkan Gambar 24, dengan HRT = 10 jam, persentase penyisihan COD sebesar 43%, maka Konsentrasi COD ke kompartemen selanjutnya

= (1-0,43) x 2.460 mg/l = 1.403 mg/l

- Penyisihan di zona sekat a. Faktor penyisihan berdasarkan BOD5 influen (Gambar 26)

f-strength = 0,95 (untuk BOD influen = 383 mg/l)

b. Faktor penyisihan berdasarkan beban organik (Gambar 26) f-overload = 0,82 (untuk OLR = 15,32 kgBOD/m3)

c. Faktor penyisihan berdasarkan suhu lingkungan (Gambar 27) f-temperature = 1 (untuk T = 26oC)

d. Faktor penyisihan berdasarkan HRT (Gambar 28) f-HRT = 0,95 (untuk HRT = 36,9 jam)

e. Laju penyisihan teoritis = f-overload x f-strength x f-temperature x f-HRT = 0,95 x 0,82 x 1 x 0,95 = 0,74

- COD = (1-0,74) x 1.403 mg/l = 365 mg/l

- Total efisiensi penyisihan COD

= konsentrasi COD influen - konsentrasi COD efluen

konsentrasi COD influen x 100%

= 2.460 mg/l - 365 mg/l

2.460 mg/l x 100% = 85%

2. BOD Penyisihan di zona pengendapan

a. Persentase penyisihan = 1,06 x 46% = 49%

b. Konsentrasi BOD ke zona sekat = (1-0,49) x 750 mg/l = 383 mg/l

Total efisiensi penyisihan BOD = 1,085 x total efisiensi COD = 1,085 x 85% = 92%

BOD efluen = (1-0,92) x 750 mg/l = 60 mg/l

3. TSS Asumsi efisiensi penyisihan = 78% TSS efluen = (1-0,78) x 7.627 mg/l = 1.678 mg/l

DRAFT

72

Gambar 24. Faktor Penyisihan COD terhadap

Waktu Pengendapan pada unit Anaerobic Baffled Reactor Sumber: Ulrich, et al, 2009

Gambar 25. Faktor Efisiensi Penyisihan BOD terhadap Konsentrasi BOD influen

Sumber: DEWATS, Ulrich, et al, 2009

Gambar 26. Faktor Efisiensi Penyisihan BOD

terhadap Beban Organik BOD Sumber: DEWATS, Ulrich, et al, 2009

DRAFT

73

Gambar 27. Faktor Efisiensi Penyisihan COD terhadap Suhu dalam Reaktor Anaerobik

Sumber: DEWATS, Ulrich, et al, 2009

Gambar 28. Persentase Efisiensi Penyisihan BOD terhadap Waktu Tinggal Hidraulik pada unit Anaerobic Baffled Reactor

Sumber: Ulrich, et al, 2009

DRAFT

74

4.1.3 Upflow Anaerobic Baffled Filter (UABF)

Gambar 29. Model Sistem Upflow Anaerobic Baffled Fillter


Fungsi : Mengendapkan padatan dan menyisihkan material organik dalam satu sistem.

Kelebihan : - Tahan terhadap shock loading organik dan hidraulik; - Tidak membutuhkan energi listrik; - Tidak memiliki masalah terhadap lalat atau bau jika dioperasikan dengan benar; dan

Efisiensi penyisihan BOD dan padatan tinggi. Kekurangan : - Membutuhkan aliran air yang konstan;

- Reduksi patogen dan nutrien rendah; - Membutuhkan desain dan konstruksi dari insinyur yang

ahli dan berpengalaman; dan Waktu start-up yang lama.

Desain : Koneksi antar kompartemen dapat dirancang menggunakan pipa vertikal ataupun sekat-sekat. UABF harus memiliki ventilasi untuk Media filter dapat berupa batu-batuan maupun material berbahan dasar plastik dengan diameter 12-55 mm. Idealnya, luas permukaan media filter 90-300 m2/m3. Semakin besar luas permukaan media, semakin tinggi pula kontak antara materi organik dan mikroorganisme yang akan meningkatkan efisiensi penyisihan.

Upflow Anaerobic Baffled Filter (UABF) merupakan unit pengolahan air limbah yang memiliki desain dan sistem pengolahan yang serupa dengan unit

DRAFT

75

Anaerobic Baffled Reactor (ABR). UABF terdiri dari sebuah tangki pengendap di awal sistem dan dilanjutkan dengan beberapa kompartemen sekat (baffled area) yang memungkinkan air limbah dapat mengalir secara downflow dan upflow. Hal yang membedakan unit ini dari ABR terletak pada penambahan media filter pada area sekat yang berfungsi sebagai media perkembangbiakan bakteri dan filter untuk menyisihkan padatan yang terlarut. Efisiensi penyisihan padatan tersuspensi dan BOD dapat mencapai 85-90%, tetapi umumnya antara 50-80%. Penyisihan nitrogen relatifnya rendah, biasanya tidak lebih dari 15% dalam bentuk total nitrogen. a. Kriteria Desain

Perencanaan UABF dilaksanakan berdasarkan kriteria desain yang tertera pada tabel berikut.

Tabel 16. Kriteria Desain Upflow Anaerobic Baffled Reactor Parameter Satuan Nilai

Waktu retensi hidraulik jam 12-96 Beban organik kgCOD/m3.hari 0,2-15 Luas permukaan media filter m2/m3 90-300 Diameter media filter mm 12-55 Kedalaman media filter m 0,9-1,5 Tinggi air di atas media m ≥ 0,2 Jarak plat penyangga media dengan dasar bak

m 0,5-0,6

Efisiensi penyisihan BOD % 50-90 TSS % 50-80 Nitrogen % ≤ 15


b. Contoh Desain Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 80.000 jiwa - Debit influen rerata, Qavg = 40 m3 - Debit puncak, Qpeak = 48 m3 - BOD5 = 750 mg/l (dari Anaerobic Digester) - COD = 2.460 mg/l - TSS = 7.627 mg/l

Kriteria desain digunakan - Kedalaman media filter = 1,5 m - Kapasitas beban organik media = 1,0 kgBOD/m3.hari Perhitungan desain Tahap A: Menentukan dimensi ruang biofilter 1. Menghitung kebutuhan volume biofilter

- Beban BOD

DRAFT

76

= debit influen rerata x konsentrasi BOD influen = 40 m3/hari x 0,75 kg/m3 = 30 kg/hari

- Volume media filter dibutuhkan

= beban BOD

kapasitas beban organik media

= 30 kgBOD/hari

1 kgBOD/m3.hari = 30 m3

- Volume media filter direncanakan 50% dari volume ruang biofilter, maka

Volume ruang biofilter = 30 m3/0,5 = 60 m3

- Berdasarkan kebutuhan ruang volume tersebut, dirancang UABF memiliki 4 kompartemen ruang biofilter sehingga masing-masing kompartemen biofilter memiliki volume 15 m3 dengan volume media 7,5 m3.

2. Dimensi ruang biofilter

- Dirancang tinggi media filter = 1,5 m

- Luas penampang biofilter

= volume biofilter

tinggi media

= 15 m3

1,5 m = 10 m2

- Rasio panjang : lebar = 1:3 (P)(3P) = 10 m2 2P2 = 10 m2 P = 1,83 ≈ 2 m L = 6 m A’ = 12 m2

→ Periksa kesesuaian kecepatan aliran dalam biofilter dengan kriteria desain

= debit influen

luas penampang kompartemen

= 40 m3/hari

12 m2 = 3,4 m/hari = 0,14 m/jam (OK, < 1,2 m/jam)

- Kedalaman biofilter

= tinggi media + (volume biofilter - volume media)

luas permukaan

= 1,5 m + (15 m3 - 7,5 m3)

12 m2 = 2,2 m

Dengan kedalaman biofilter 2,2 m dan tinggi media 1,5 m, dirancang jarak antara plat penyangga media dengan dasar tangki = 0,5 m dan tinggi air di atas media = 0,2 m.

DRAFT

77

- Total volume aktif biofilter = panjang x lebar x kedalaman x jumlah kompartemen = 2 m x 6 m x 2,2 m x 4 = 105,6 m3

- HRT dalam ruang biofilter

= total volume aktif biofilter

debit influen

= 105,6 m3

40 m3/hari = 2,64 hari = 63,4 jam

Tahap B: Menentukan dimensi zona sedimentasi - HRT pada zona sedimentasi dirancang selama 20 jam

- Lebar dan kedalaman aktif tangki mengikuti dimensi biofilter, yaitu: Lebar = 6 m Kedalaman aktif = 2,2 m

- Panjang zona sedimentasi


lebar kompartemen x kedalaman kompartemen

= 20 jam x 12 m3/hari

6 m x 2,2 m = 2,6 m

- Volume zona sedimentasi = 2,6 m x 6 m x 2,2 m = 34,4 m3

- HRT dalam zona sedimentasi (aktual)

= total volume aktif zona sedimentasi

debit influen

= 34,4 m3

40 m3/hari = 0,86 hari = 20,6 jam

Tahap C: Menetukan dimensi UABF - Volume UABF

= volume zona sedimentasi + volume biofilter = 34,4 m3 + 105,6 m3 = 140 m3


= volume UABF

debit puncak

= 140 m3

40 m3/hari = 3,5 hari = 84 jam (OK, rentang: 12-96 jam)


- Estimasi efisiensi penyisihan = 80% - BOD5 efluen = (1-0,8) x 750 mg/l = 150 mg/l

2. COD

- Estimasi efisiensi penyisihan = efisiensi penyisihan BOD5/1,085

DRAFT

78

= 80%/1,085 = 74% - COD efluen = (1-0,74) x 2.460 mg/l = 640 mg/l

3. TSS - Estimasi efisiensi penyisihan = 77% - TSS efluen = (1-0,77) x 7.627 mg/l = 1.755 mg/l

4.2 Unit Pengolahan Aerobik

Sistem aerobik memiliki kesamaan dengan sistem anaerobik, yaitu memanfaatkan proses alami dalam mengolah air limbah. Perbedaan dari kedua sistem tersebut, terletak pada kebutuhan oksigen pada unit pengolahan aerobik yang dimanfaatkan sebagai sumber energi (dalam bentuk karbon organik) untuk proses metabolisme mikroorganisme aerobik. Dari proses metabolisme tersebut dihasilkan konversi senyawa polutan organik menjadi anorganik dan sel-sel mikroorganisme yang baru. Selain untuk menyisihkan BOD dan mengkonversi ammonia melalui proses nitrifikasi, unit pengolahan aerobik juga dapat menyisihkan nutrien, solid tersuspensi, dan bakteri patogen. Pengolahan aerobik mampu mengolah air limbah dengan efisiensi pengolahan yang tinggi. Namun, sistem ini biasanya digunakan untuk mengolah air limbah dengan beban organik (BOD) yang tidak terlalu besar.

Berdasarkan konsentrasi oksigen terlarut dalam kolam, terdapat dua jenis unit pengolahan aerobik, yang terdiri dari pengolahan aerobik pengolahan fakultatif. Pada unit pengolahan aerobik, konsentrasi oksigen terlarut merata pada setiap kedalaman kolam (contoh: kolam aerasi). Sedangkan pada unit pengolahan fakultatif, ketersediaan oksigen terlarut hanya ada pada bagian atas kolam dan lumpur biologis dibiarkan mengendap ke dasar kolam di mana terjadi proses dekomposisi beban organik secara anaerobik (contoh: kolam fakultatif).

4.2.1 Lumpur Aktif: Kolam Aerasi

DRAFT

79

Gambar 30. Unit Kolam Aerasi di IPLT Pulo Gebang, Jakarta

Fungsi : Menyisihkan senyawa organik yang dapat didegradasi secara biologis dalam kondisi aerobik.

Kelebihan : - Memiliki ketahanan yang baik terhadap shock loading; - Kemampuan mereduksi bakteri patogen tinggi; - Kebutuhan lahan lebih rendah dari sistem WSP dan biaya

operasi lebih rendah dari unit lumpur aktif lain; - Tidak memiliki masalah yang berarti terhadap serangga

dan bau. Kekurangan : - Efluen dan lumpur yang ditimbulkan memerlukan

pengolahan lebih lanjut; - Membutuhkan desain dari seorang ahli dan pemantauan

saat konstruksi; - Membutuhkan waktu operasional full time dan

pemeliharaan oleh operator dengan keahlian khusus; - Membutuhan energi listrik yang terus menerus; - Biaya operasional sedang hingga tinggi, tergantung luas

lahan dan penggunaan listrik. Desain : Kolam dibangun dengan kedalaman 2-5 m dan memiliki

waktu detensi 2-6 hari (dapat disesuaikan dengan target pengolahan). Untuk mencegah perembesan dan erosi tanah, pelapisan dinding kolam harus dilakukan. Pelapisan dinding kolam dapat menggunakan tanah liat, beton aspal, tanah yang dipadatkan, atau material lainnya.

Kolam aerasi merupakan unit pengolahan air limbah berupa kolam terbuka yang dilengkapi dengan aerator untuk memenuhi kebutuhan oksigen. Proses aerasi yang dilakukan secara mekanis berpotensi meningkatkan efisiensi degradasi material organik dan penyisihan bakteri patogen dengan waktu retensi yang relatif singkat, yaitu 2-6 hari. Waktu retensi dalam kolam aerasi kurang dari 2 hari tidak direkomendasikan karena terlalu singkat untuk proses pembentukan flok. Kolam aerasi pada dasarnya termasuk dalam

DRAFT

80

sistem lumpur aktif, tetapi tidak menerapkan resirkulasi lumpur. Efisiensi penyisihan BOD dari hasil pengolahan pada kolam aerasi mampu mencapai lebih dari 90%.

a. Kriteria Desain Perancangan unit kolam aerasi dilaksanakan berdasarkan kriteria desain sebagai berikut:

Tabel 17. Kriteria Desain Kolam Aerasi Parameter Satuan Nilai

Waktu retensi hari 2-6 Kedalaman m 3-5 Laju beban volumetrik gBOD/m3.hari 20-30

Sumber: Mara (2003); Tilley et al (2014)

b. Contoh Desain Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 80.000 jiwa - Debit influen rerata, Qavg = 40 m3/hari - Debit puncak, Qpeak = 48 m3/hari - BOD5 = 60 mg/l (dari ABR) - COD = 365 mg/l - TSS = 1.687 mg/l - Ammonia = 100 mg/l - Suhu, T = 26oC Kriteria desain digunakan - Waktu retensi, θ = 4 hari - Kedalaman kolam = 3 m Perhitungan desain Tahap A: Mengasumsikan konsentrasi BOD efluen - Konsentrasi BOD efluen

Se = Li

1 + KTθ

di mana: Se = BOD terlarut efluen, mg/l Li = konsentrasi BOD influen, mg/l KT

= konstanta laju orde pertama untuk penyisihan BOD,

/hari θ = waktu rentensi, hari

menentukan nilai KT pada suhu 26oC

KT = 2,5 (1,06)(26-20) = 3,6/hari

maka,

Se = 60 mg/l

1 + (3,6/hari x 4 hari) = 4 mg/l

DRAFT

81

- Konsentrasi sel bakteri

X = Y (Li - Se)

1 + bθ

di mana: X = konsentrasi sel bakteri, mg/l Y = koefisien yield (biasanya 0,6-0,7) b = laju autolisis, /hari (biasanya b = 0,07/hari pada suhu 20oC)

maka,

X = 0,65 (60 mg/l - 4 mg/l)

1 + (0,07/hari x 4 hari)= 29 mg/l

- Total konsentrasi BOD efluen, Le = Se + 0,94X = 4 mg/l + (0,94 x 29 mg/l) = 32 mg/l

Tahap B: Menentukan dimensi kolam - Dengan kedalaman kolam 3 m, maka luas kolam dibutuhkan:

= debit influen x waktu retensi

kedalaman kolam

= 40 m3/hari x 4 hari

3 m = 53,3 m2

- Rasio panjang : lebar = 1:1 (L)(L) = 53,3 m2 L2 = 53,3 m2 L = 7,3 ≈ 7,5 m P = 7,5 m A’ = 56,25 m2

V = 56,25 m2 x 3 m = 168,75 m3

→ Periksa kesesuaian waktu retensi aktual dengan kriteria desain

= luas permukaan kolam x kedalaman kolam

debit influen rerata

= 56,25 m2 x 3 m

40 m3/hari= 4,2 hari (OK, rentang: 2-6 hari)

→ Periksa kesesuaian beban volumetrik dengan kriteria desain

= konsentrasi BOD influen x debit influen rerata

volume kolam

= 150 g/m3 x 40 m3/hari

168,75 m3

= 35,6 g/m3.hari (Belum sesuai, rentang: 20-30 gBOD/m3.hari)

DRAFT

82

- Merancang ulang dimensi kolam dengan menambah kedalaman menjadi 4 m. Panjang = 7,5 m Lebar = 7,5 m Kedalaman = 4 m

- Luas kolam = 7,5 m x 7,5 m = 56,25 m2

- Volume kolam = 56,25 m2 x 4 m = 225 m3

- Waktu retensi aktual

= volume kolam


= 225 m3


- Beban volumetrik

= konsentrasi BOD influen x debit influen rerata

volume kolam

= 150 g/m3 x 40 m3/hari

225 m3

= 26,7 g/m3.hari (OK, rentang: 20-30 gBOD/m3.hari)

Tahap C: Menghitung kebutuhan aerasi dan daya aerator 1. Kebutuhan aerasi

- Estimasi jumlah kebutuhan oksigen untuk penyisihan BOD RO2 = [1,5(Li - Se)Q - 1,42XQ x 10-3/24]

maka, RO2 = [(1,5 x (60 - 4) mg/l x 40 m3/hari) – (1,42 x 29 mg/l x

40 m3/hari)] x 10-3/24 = 0,07 kg/jam

- Estimasi jumlah kebutuhan oksigen untuk nitrifikasi RO2 = 3,1(Ci - Ce)Q x 10-3/24

di mana: Ci = konsentrasi ammonia influen, mg/l Ce = konsentrasi ammonia efluen, mg/l

Efisiensi penyisihan ammonia yang diinginkan pada pengolahan ini sebesar 70%, maka konsentrasi ammonia efluen = 36 mg/l.

Ro2 = 3,1 x (120 - 36) mg/l x 40 m3/hari x 10-3/24 = 0,44 kg/jam

- Total kebutuhan oksigen pada kolam aerasi = 0,07 kg/jam + 0,44 kg/jam = 0,51 kg/jam

DRAFT

83

2. Kebutuhan daya aerator Diasumsikan aerator memiliki standar 1,8 kgO2/kWh - Daya aerator dibutuhkan

OL = O0α(1.024)T-20 βCS(T,A)-CL

CS(20,0)

di mana: OL = laju transfer oksigen Oo = laju transfer oksigen ketika pengujian α = rasio laju transfer oksigen dalam air limbah terhadap air keran pada suhu yang sama (umumnya untuk air limbah domestik, α = 0,8) β = rasio konsentrasi kelarutan oksigen dalam air limbah terhadap air terdistilasi (umumnya untuk air limbah domestik β = 0,95) CS(T,A) = konsentrasi kelarutan oksigen dalam air terdistilasi pada suhu T dan altitude A. Nilai CS(T) pada ketinggian permukaan laut (760 mmHg) dapat dilihat pada Tabel 18. CS(20,0) = konsentrasi kelarutan oksigen dalam air terdistilasi pada suhu 20 oC dan pada ketinggian permukaan laut (altitude) (= 9,08 mg/l) CL = konsentrasi DO dalam kolam (1-2 mg/l)

maka,

OL = 1,8 kgO2/kWh x 0,8 x (1,024)26-20 (0,95 x 8,12 mg/l) - 1 mg/l

9,08 mg/l

OL = 1,3 kgO2/kW.jam

Tabel 18. Kelarutan Oksigen dalam Air Terdistilasi

pada ketinggian dari permukaan laut (altitude) dan variasi suhu Suhu (oC) Kelarutan (mg/l)

15 10,07 16 9,86 17 9,65 18 9,46 19 9,27 20 9,08 21 8,91 22 9,74 23 8,57 24 8,42 25 8,26 26 8,12 27 7,97 28 7,84 29 7,70 30 7,57

Sumber: Montgomery et al (1964)

DRAFT

84

- Daya yang dibutuhkan aerator untuk bio-oksidasi

= RO2

OL

= 0,51 kgO2/jam

1,3 kgO2/kW.jam = 0,4 kW

Contoh digunakan aerator “Triton” dengan kebutuhan daya 4 W/m3 untuk mengaduk secara merata. Daya yang dibutuhkan untuk kolam:

= volume kolam x kebutuhan daya aerator = 225 m3 x 4 W/m3 = 900 W ≈ 0,9 kW

Dengan demikian, jenis aerator yang digunakan mampu memenuhi kebutuhan bio-oksidasi.


- Konsentrasi BOD efluen = 32 mg/l

- Efisiensi penyisihan BOD

= konsentrasi BOD influen-konsentrasi BOD efluen

konsentrasi BOD influen x 100%

= 60 mg/l - 32 mg/l

60 mg/l x 100% = 47%

2. COD

- Estimasi efisiensi penyisihan = 40% - COD efluen = (1-0,4) x 365 mg/l = 219 mg/l

3. TSS

- Estimasi efisiensi penyisihan = 50% - TSS efluen = (1-0,5) x 1.687 mg/l = 844 mg/l

DRAFT

85

4.2.2 Lumpur Aktif: Oxydation Ditch

Gambar 31. Unit Oxydation Ditch di IPLT Keputih, Kota Surabaya

Fungsi : Menyisihkan materi organik yang dapat didegradasi secara biologis dalam kondisi aerobik.

Kelebihan : - Waktu retensi hidraulik yang panjang dan pengadukan yang sempurna mengurangi kemungkinan terjadinya shock loading organik dan hidraulik; dan

- Lumpur yang dihasilkan relatif sedikit. Kekurangan : - Konsentrasi solid tersuspensi masih relatif tinggi jika

dibandingkan unit lumpur aktif lain; dan - Kebutuhan luas lahan besar.

Desain : Oxidation ditch umumnya dibangun menggunakan beton bertulang. Kriteria desain dipengaruhi oleh karakteristik air limbah yang masuk ke dalam sistem dan kualitas efluen yang diinginkan. Untuk mencapai proses nitrifikasi, desain waktu retensi solid berkisar 12-24 hari. Rasio resirkulasi lumpur aktif mulai dari 75 sampai 150 persen, dan rentang konsentrasi MLSS mulai dari 1.500 sampai 5.000 mg/l.

Oxidation Ditch (OD) merupakan salah satu unit hasil modifikasi sistem lumpur aktif. Pada unit ini, proses pengolahan air limbah dilakukan secara biologis dengan memanfaatkan mikroorganisme yang menjadikan senyawa polutan sebagai sumber makanan mereka. Mikroorganisme tersebut tumbuh dalam kondisi aerobik secara tersuspensi dan tidak melekat pada media. Pengolahan dengan OD terdiri dari tiga bagian utama, yang terdiri dari tangki aerasi, tangki pengendapan (clarifier), dan resirkulasi lumpur.

Di dalam unit pengolahan OD, air limbah bercampur dengan lumpur aktif yang telah mengandung jutaan kultur mikroorganisme. Aerasi dilakukan menggunakan pompa diffuser atau melalui aerasi mekanik untuk memenuhi kebutuhan oksigen dalam proses bio-oksidasi aerobik dan menghasilkan

DRAFT

86

percampuran yang merata antara lumpur aktif dan air limbah. Mikroorganisme mengadsorpsi padatan organik terlarut di dalam air limbah dan membentuk flok yang akan mengendap di tangki pengendapan.

Dari bak aerasi, lumpur campuran/mixed liquor suspended solids (MLSS) dialirkan ke tangki pengendap sekunder, di mana biomassa akan mengendap dan menghasilkan kualitas air yang lebih bersih. Cairan efluen yang sudah dalam kondisi lebih jernih mengalir melalui weir pada clarifier. Sedangkan sebagian endapan biomassa diresirkulasi menggunakan pompa resirkulasi menuju tangki aerasi untuk dicampur kembali dengan influen air limbah untuk mendegradasi beban organik seperti pada proses awal. Sistem OD membutuhkan waktu retensi yang panjang untuk menyisihkan padatan organik yang dapat didegradasi secara biologis. Namun, dengan adanya aerasi, OD mampu menyisihkan konsentrasi ammonia-nitrogen hingga mencapai efisiensi lebih dari 85%. Efisiensi penyisihan yang dicapai dari hasil pengolahan pada unit ini hingga 96% BOD dan 97% BOD. a. Kriteria Desain

Unit oxidation ditch dirancang berdasarkan kriteria desain berikut ini: Unit oxidation ditch dirancang berdasarkan kriteria desain berikut ini:

Tabel 19. Kriteria Desain Unit Oxidation Ditch Parameter Satuan Nilai

Waktu retensi solid (SRT) hari 4-48 Waktu retensi hidraulik (HRT) jam 16-24 Rasio F/M kgBOD/hari.kgVSS 0,03-

0,015 Konsentrasi lumpur dalam bak aerasi, MLSS

mg/l 3.000-6.000

Beban volumetrik kgBOD/m3.hari 0,1-0,3 Laju overflow m3/m2.hari 8-16 Laju beban padatan pada tangki pengendapan, SLR

kgMLSS/m2.hari 1,0-5

Waktu aerasi jam 18-36 Rasio resirkulasi, Qr/Q - 0,5-20


b. Contoh Desain Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 80.000 jiwa - Debit influen rerata, Qavg = 40 m3 - Debit puncak, Qpeak = 48 m3 - BOD5 = 150 mg/l (dari UAF) - COD = 365 mg/l

DRAFT

87

- TSS = 1.687 mg/l - TVS = 0,71TSS Kriteria desain digunakan - Waktu retensi, SRT = 15 hari - MLSS = 4.000 mg/l

Perhitungan desain Tahap A: Menentukan karakteristik air limbah yang diperlukan dalam

desain 1. Dimensi struktur influen

- COD influen yang dapat didegradasi secara biologis bCOD = ~ 1,6 BOD

bCOD = COD + nbCOD di mana: bCOD = konsentrasi COD yang dapat didegradasi secara biologis, mg/l BOD = jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi zat-zat organik secara biologis, mg/l COD = jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi zat-zat organik secara kimia, mg/l nbCOD = konsentrasi COD yang tidak dapat didegradasi secara biologis, mg/l maka,

bCODinfluen = 1,6 x 150 mg/l = 240 mg/l

- Konsentrasi BOD yang ingin dicapai = 30 mg/l, maka target efisiensi pengolahan:

=BODinfluen - BODefluen

BODinfluen x 100%

=150 mg/l - 30 mg/l

150 mg/l x 100% = 65%

- COD efluen yang dapat didegradasi secara biologis bCODefluen = 1,6 x 30 mg/l = 48 mg/l

Tahap B: Menghitung kapasitas Oxidation Ditch

- Volume Oxidation Ditch

V= YQ(So - Se)SRTXd(1 + kdSRT)

di mana: Y = koefisien pembentukan biomassa (rasio perbandingan massa sel yang terbentuk dengan massa substrat yang dikonsumsi) = 0,40-0,80 g VSS/g bCOD

Q = debit influen rerata, m3/hari So = konsentrasi senyawa terlarut dalam influen, mg/l

DRAFT

88

Se = konsentrasi senyawa terlarut dalam efluen, mg/l SRT = waktu retensi lumpur, hari

Xd = konsentrasi MLVSS (konsentrasi mikroorganisme di dalam sistem, dapat diasumsikan 65-75% dari MLSS), mg/l

kd = koefisien endogen organik (0,04-0,20 gVSS/gVSS.hari) maka,

V =(0,78 g/g)(150 m3/hari)(240 - 48) g/m3(28 hari)

(2.600 g/m3)(1 + (0,05 g/g.hari)(28 hari)) = 100,8 m3

- Waktu retensi hidraulik

= volume oxidation ditch


= 100,8 m3

150 m3/hari= 0,67 hari = 16,2 jam

→ Periksa kesesuaian HRT dengan kriteria desain HRT = 16,2 jam (OK, rentang: 16-24 jam)

Tahap C: Menentukan dimensi Oxidation Ditch Dirancang: kedalaman parit = 1,2 m tinggi freeboard = 0,5 m kedalaman pada zona aerator = 1,2 m lebar = 1,8 m

DRAFT

89

Gambar 32. Skema Oxidation Ditch

- Luas permukaan parit dibutuhkan

= volume oxidation ditch

kedalaman parit

= 100,8 m3

1,8 m = 84 m2

- Panjang parit

= luas permukaan parit

kedalaman parit

= 84 m2

1,8 m = 46,7 m

- Panjang sisi melengkung = 2π(1,8 m) + π(3,6 m) + π(1,8 m) = 11,4 m + 11,4 + 5,7 m = 28,5 m

- Panjang tiap sisi lurus

= panjang parit - panjang sisi melengkung

4

= 46,7 m - 28,5 m

4 = 4,6 m

Tahap D: Menghitung kebutuhan oksigen - Jumlah lumpur aktif yang dihasilkan per hari

𝐏𝐱,𝐯𝐬𝐬 = QY(So - S)

1 + (kd)SRT +

(fd)(kd)YQ(So - S)SRT1 + (kd)SRT

di mana: Px, VSS = jumlah massa lumpur aktif yang dihasilkan setiap hari, kg VSS/hari Q = debit influen rata-rata, m3/hari Y = koefisien pembentukan biomassa (rasio perbandingan massa sel yang terbentuk dengan massa substrat yang dikonsumsi) So = konsentrasi senyawa terlarut dalam influen, mg/l S = Konsentrasi senyawa terlarut dalam efluen, mg/l fd = fraksi massa sel yang tersisa sebagai debris, g/g kd = koefisien endogen organik, /hari SRT = waktu retensi padatan, hari

DRAFT

90

maka,

P , = (150 m3/hari)(0,78 g/g )[(240 - 48)g/m3](1 g/103kg)

1 + (0,05/hari)(28 hari)+

(0,15)(0,05/hari)(0,78 g/g )(150 m3/hari)[(2400 - 48)g/m3]

(28 hari)(1 g/103kg)1 + (0,05/hari)(28 hari)

= 9,36 kg/hari +1,97 kg/hari = 11,33 kg/hari

- Menghitung kebutuhan oksigen Ro = Q(So – S) – 1,42Px,bio

di mana: Ro = kebutuhan oksigen, kg/hari Q = debit influen rata-rata, m3/hari So = konsentrasi senyawa terlarut dalam influen, mg/l S = konsentrasi senyawa terlarut dalam efluen, mg/l Px, bio = biomassa sebagai VSS yang terbuang per hari, kg/hari maka,

Ro = (150 m3/hari)[(240 - 48) g/m3](1 g/103 kg) - 1,42(11,33 kg/hari) Ro = 12,72 kgO2/hari

- Digunakan rotor dengan spesifikasi penyedian oksigen 12,72 kg O2/hari, maka Jumlah rotor yang dibutuhkan

= jumlah oksigen dibutuhkan

kapasistan penyediaan oksigen oleh rotor

= 12,72 kg O2/hari

7 kg O2/hari= 1,8 ≈ 2 unit

Tahap E: Mendesain clarifier sekunder 1. Rasio resirkulasi lumpur, R

R = X

XR- X

di mana: R = rasio resirkulasi lumpur X = konsentrasi MLSS, mg/l XR = konsentrasi MLSS yang diresirkulasi dari clarifier (4.000- 12.000 mg/l) maka,

R = (4.000 g/m )

[(8.000 − 4.000) g/m ] = 1

→ Periksa kesesuaian rasio sesirkulasi lumpur dengan kriteria desain R = 1 (OK, rentang: 0,5-2,0)

Dimensi Clarifier - Waktu detensi pada unit clarifier umumnya selama 2 sampai 3 jam,

pada contoh ini dirancang selama 3 jam (≈ 0,13 hari).

DRAFT

91

- Volume clarifier dibutuhkan: = debit influen x waktu detensi = 40 m3/hari x 0,13 hari = 5 m3

- Dirancang kedalaman kolam = 2 m, maka luas permukaan kolam A = 5 m3/2 m = 2,5 m2

dan diameter kolam

D = 4 x 2,5 m2

π = 1,8 m ≈ 2 m

luas permukaan kolam dengan diameter 2 m A’ = ¼ x π x (2 m)2 = 3,14 m2

→ Periksa surface overflow rate (SOR)

= debit influen

luas permukaan

= 40 m3/hari

3,14 m2 = 12,7 m3/m2.hari (OK, rentang: 8-16 m3/m2.hari)

→ Periksa laju beban padatan (SLR)

SLR = (Q + QR)(X)

A

di mana: SLR = laju beban padatan, kg/m2.jam Q = debit influen rata-rata, m3/hari

QR = debit resirkulasi lumpur aktif, m3/hari X = konsentrasi MLSS, mg/l A = luas Clarifier Sekunder, m2

maka,

SLR = (1 + 1)(40 m3/hari)(4.000 g/m3)(1 kg/1000 g)

(3,14 m2)(24 jam/hari)

SLR = 4,2 kg MLSS/m2.jam (OK, rentang 1,0-5 kg MLSS/m2.jam) Efisiensi unit pengolahan 1. BOD

- Estimasi efisiensi penyisihan = 48% - BOD efluen = (1-0,48) x 165 mg/l = 86 mg/l

2. COD


3. TSS


DRAFT

92

4.2.3 Trickling Filter

Gambar 33. Unit Trickling Filter Sumber: www.fixedfilmforum.com

Fungsi : Menyisihkan material organik dalam air limbah Kelebihan : - Cocok digunakan untuk kapasitas pelayanan kecil-

sedang dengan lahan yang tersedia terbatas; - Efektif dalam mengolah air limbah dengan konsentrasi

beban organik tinggi, namun tergantung dengan jenis media yang digunakan;

- Membutuhkan energi yang lebih sedikit Kekurangan : - Sering terjadi pengelupasan biofilm dalam jumlah yang

besar; - Berpotensi menimbulkan bau dan lalat; - Penyebaran air limbah ke media filter tidak seragam; dan - Membutuhkan operator dengan keahlian khusus untuk

mengoperasikan sistem OD. Desain : Trickling Filter (TF) terdiri dari unit bangunan pengolahan

yang diisi dengan media filter, di mana air limbah didistribusikan melalui celah-celah media dan terjadi proses penyisihan material organik. Faktor utama dalam mendesain TF merupakan besaran jumlah beban organik yang diterima oleh sistem. Kedalaman media filter bervariasi, 1,8-2,4 m. Untuk TF dengan laju aliran rendah, jenis media yang digunakan adalah batu/kerikil berukuran 2,5-10,2 cm.

Trickling filter (TF) merupakan sistem pengolahan aerobik yang menggunakan media filter (batu, bioball, dll) sebagai tempat mikroorganisme melekat dan berkembangbiak, sehingga beban pencemar dalam air limbah domestik yang dialirkan melewati media filter dapat disisihkan melalui proses filtrasi dan metabolisme mikroorganisme. Pengolahan air limbah dengan sistem TF dapat

DRAFT

93

diterapkan pada pengolahan primer dan sekunder. Pada pengolahan primer, proses ini digunakan untuk menyisihkan materi organik, sedangkan pada pengolahan sekunder untuk menyisihkan materi organik dan nitrifikasi.

Proses operasional pada sistem pengolahan trickling filter, antara lain penyiraman air limbah dari bagian atas bangunan ke dalam bak melalui pipa berlubang yang berputar searah horizontal. Bersamaan dengan pengaliran air limbah melalui celah-celah media, mikroorganisme secara bertahap melekatkan diri mereka pada permukaan media dan membentuk lapisan biologis (biofilm). Material organik selanjutnya diadsorbsi oleh mikroorganisme aerobik yang ada pada lapisan terluar biofilm.

Seiring dengan pertumbuhan mikroorganisme dan bertambah tebalnya biofilm, oksigen tidak dapat lagi berpenetrasi ke bagian dalam media, hal tersebut menyebabkan bagian tersebut menjadi kondisi anaerob. Pertambahan tebal biofilm juga memicu penurunan kemampuan melekat mikroorganisme pada bagian permukaan biofilm sehingga terjadi pengelupasan biofilm (sloughing).

Sloughing merupakan masalah yang sering terjadi pada pengoperasian TF. Selain disebabkan oleh bertambah tebalnya biofilm dan kondisi anaerobik yang terbentuk, sloughing dipicu oleh perubahan beban hidraulik atau beban organik secara mendadak. Cara mengatasi masalah ini yaitu dengan menurunkan debit air limbah yang masuk ke dalam reaktor atau melakukan aerasi pada bak ekualisasi untuk meningkatkan konsentrasi DO.

Perencanaan unit trickling filter dilakukan berdasarkan aplikasi trickling filter dan kemampuan penyisihan beban organik yang tersaji pada tabel berikut ini

Karakteristik

perencanaan

Laju rendah/stand

ard Laju

sedang Laju

tinggi I Laju

tinggi II Roughing

filter Jenis media

Kerikil Kerikil Kerikil Plastik Kerikil/plastik

Hydraulic loading

(m3/m2.hari)

1 – 4 4 – 10 10 – 40 10 – 75 40 – 200

Beban organik (kg BOD/m3.hari)

0.07 – 0.22 0.24 – 0.48

0.4 – 2.4

0.6 – 3.2

>1.5

DRAFT

94

Rasio resirkulasi

0 0 – 1 1 – 2 1 – 2 0 – 2

Lalat pada filter

Banyak Sedang Sedikit Sedikit Sedikit

Peluruhan biofilm

Intermittent Intermittent

Kontinu Kontinu Kontinu

Kedalaman 1.8 - 2.4 1.8 - 2.4 1.8 - 2.4

3.0 – 12.2

0.9 – 6

Efisiensi penyisihan BOD (%)

80 - 90 50 – 80 50 – 90 60 – 90 40 – 70

Kualitas effluent (nitrifikasi)

Ternitrifikasi dengan baik

Ternitrifikasi

sebagian

Tidak terjadi proses

nitrifikasi


nitrifikasi


nitrifikasi

Kebutuhan energi kW/103 m3

2 – 4 2 – 8 6 – 10 6 – 10 10 – 20


Contoh tipikal proses pengolahan air limbah pada trickling filter,a. satu tahapan pengolahan dan b, dua tahapan pengolahan.

a.

S

R

S(+R)

R

R S

R(+S)

DRAFT

95

b.

Beberapa faktor yang perlu diperhatikan pada perencanaan Trickling Filter antara lain:

a. Tipe dan karakteristik fisik jenis filter yang akan digunakan b. Dosing Rate c. Tipe dan karakteristik dosing untuk distribusi air limbah d. Konfigurasi sistem pembuangan e. Memastikan aliran udara yg cukup (ventilasi) f. Desain tangki pengendapan

Jenis media yang dapat digunakan pada sistem TF diantaranya batu pecah, kerikil, keramik dan plastik. Dalam memilih media filter perlu memperhatikan densitas, ukuran, dan material dari jenis media yang digunakan, karena dapat mempengaruhi efektivitas pengolahan. Karakteristik media yang ideal untuk digunakan antara lain: - Mampu menyediakan area permukaan yang luas untuk pertumbuhan

biofilm; - Mampu menyediakan tempat mengalirnya air limbah meskipun dalam

lapisan yang sangat tipis melalui biofilm; - Memiliki ruang hampa untuk mengalirkan udara secara bebas; - Memiliki ruang hampa untuk melalukan padatan organik yang

mengelupas dari biofilm; - Stabil terhadap reaksi biologis; dan - Stabil terhadap reaksi kimia dan mekanis.

R

S

1st 2nd

S

R2 R1

1st 2nd

DRAFT

96

a. Contoh Desain Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 80.000 jiwa - Debit influen rerata, Qavg = 40 m3/hari - Debit puncak, Qpeak = 48 m3/hari - BOD5 = 150 mg/l (dari UABF) - COD = 725 mg/l - TSS = 1.907 mg/l - TVS = 0,71 TSS

b. Kriteria Desain Perancangan unit trickling filter dilaksanakan berdasarkan kriteria sebagai berikut:

Tabel 20. Kriteria Desian Trickling Filter untuk Laju Aliran Rendah Parameter Satuan Nilai

Jenis media filter - Batu Beban hidraulik m3/m2.hari 1-4 Beban organik kgBOD/m3.hari 0,07-0,22 Rasio resirkulasi - 0 Kedalaman media filter m 1,8-2,4 Efisiensi penyisihan BOD % 80-90 Kualitas Efluen - Ternitrifikasi

dengan baik Daya listrik dibutuhkan kW/103 m3 2-4

Sumber: Metcalf & Eddy, 2003 Kriteria desain digunakan - Kedalaman = 2 m - Rasio resirkulasi, r = 1,5

Perhitungan desain Tahap A: Menentukan dimensi trickling filter 2. Estimasi efisiensi penyisihan

Konsentrasi BOD efluen yang ingin dicapai = 30 mg/l maka,

Efisiensi penyisihan BOD =BODinfluen - BODefluen

BODinfluen x 100%

=150 mg/l - 30 mg/l

150 mg/l x 100% = 80%

3. Faktor resirkulasi, F

F = 1 + r

(1 + 0,1r)2

di mana: r = rasio resirkulasi, Qr/Q Qr = debit resirkulasi, m3/hari Q = debit influen air limbah, m3/hari maka,

DRAFT

97

F = 1 + 1,5

(1 + 0,1 x 1,5)2= 1,89

3. Massa beban BOD pada fitrasi tahap pertama, W

= debit influen x konsentrasi BOD influen = 40 m3/hari x 150 mg/l = 6 kg/hari

4. Volume filtrasi yang dibutuhkan pada tahap pertama

E1=100

1 + 0,532 W/VF

di mana: E1 = efisiensi penyisihan BOD untuk proses tahap pertama pada suhu 20oC termasuk resirkulasi dan sedimentasi,% W = beban BOD yang diterima filter, kg/hari V = volume media filter, m3

F = faktor resirkulasi maka,

80 = 100

1 + 0,532 6/(V x 1,89)

3,18/V = 0,47

V = 14,4 m3

5. Diameter trickling filter

- Luas permukaan dibutuhlan = volume/kedalaman = 14,4 m3/2 m = 7,2 m2

- Diameter

= 4

π x 7,2 m2 = 3,02 ≈ 3,2 m

- Luas TF dengan diameter 3,2 m = d2π/4 = (3,2 m)2 x 3,14/4 = 8,04 m2

- Volume TF dengan kedalaman 2 m = luas x kedalaman = 8,04 m2 x 2 m = 16,09 m3

→ Periksa laju beban BOD

= massa beban BOD

volume TF

= 6 kg/hari

16,09 m3 = 0,4 kg/m3.hari

→ Periksa laju beban hidraulik

= (1 + r) x debit influen

luas TF

DRAFT

98

= (1 + 1,5) x 40 m3/hari

8,04 m2 = 13,92 m3/m2.hari

Tahap B: Kebutuhan suplai oksigen - Kebutuhan suplai oksigen untuk menyisihkan BOD

RO = (20 kg/kg)[0,80e-9LB + 1,2e-0,17LB](PF)

di mana: Ro = suplai oksigen, kgO2/kgBOD LB = beban BOD, kgBOD/m3.hari PF = faktor puncak

- Kebutuhan suplai oksigen untuk menyisihkan BOD dan nitrifikasi RO = (40 kg/kg)[0,80e-9LB + 1,2e-0,17LB + 4,6NOX/BOD](PF)

di mana: Nox/BOD = rasio nitrogen teroksidasi influen terhadap BOD influen, mg/mg

- Kebutuhan flow udara (kondisi 20oC) yang dibutuhkan

- Flow udara dibutuhkan

AR20 = Rn(Q)(So)(3,58 m3/kgO2)

(103 g/kg)(1.440 menit/hari)

di mana: AR20 = laju flow udara pada suhu 20oC dan tekanan 1,0 atm, m3/menit Q = debit influen, m3/hari So = konsentrasi BOD influen, mg/l

Tahap C: Menenetukan kecepatan alat penyiraman per luas area

q = kD/ln(So

Se)

1/0.5

di mana: q = laju hidraulik, L/m2.detik k = ,(L/detik)0,5/m2 (berdasarkan n = 0,5) D = kedalaman media, m So = konsentrasi BOD influen, mg/l Se = kosentrasi BOD efluen, mg/l

1. Laju resirkulasi dan rasio resirkulasi

- Laju resirkulasi

- Rasio resirkulasi

- Debit pemompaan

n = (1+R)(q) 103mm/menit(A)(DR)(60 menit/jam)

di mana: n = kecepatan putaran, rev/menit q = laju beban hidraulik influen, m3/m2.jam R = rasio resirkulasi A = jumlah tangan distributor air

DRAFT

99

DR = laju pendosisan, mm/pass of distributor arm

- Kecepatan distributor air untuk flushing

- Kecepatan distributor air untuk operasional normal

Tahap C: Mendesain clarifier sekunder



2. COD

- Estimasi efisiensi penyisihan = 63% - COD efluen = (1-0,63) x 725 mg/l = 268 mg//l

3. TSS


DRAFT

100

4.2.4 Cascade Aerator

Gambar 34. Unit Cascade Aerator

Sumber:

Fungsi : Menambah konsentrasi oksigen terlarut dan menyisihkan karbon dioksida, metan, hirdrogen sulfida, dan senyawa organik volatil.

Kelebihan : - Konstruksi mudah; dan - Kebutuhan energi rendah.

Kekurangan : - Membutuhkan aliran air yang konstan; dan - Efisiensi pengolahan rendah;

Desain : Pada umumnya, cascade aerator memiliki jumlah undakan sebanyak 3-6, namun jumlah tersebut dapat ditentukan berdasarkan efisiensi yang ingin dicapai. Tinggi satu undakan dapat berkisar dalam rentang 0,2-1,2 m.

Aerasi (penambahan gas) bertujuan untuk menambah konsentrasi oksigen terlarut dan menyisihkan karbon dioksida (CO2), metan (CH4), hidrogen sulfida (H2S), dan senyawa organik volatil (mudah menguap) lainnya. CH4 harus disisihkan keberadaannya karena dapat mendorong pertumbuhan bakteri berlebih; H2S dapat menimbulkan bau tidak sedap; serta senyawa organik volatil yang biasanya beracun dan beberapa diantaranya bersifat karsinogen.

Cascade aeration merupakan sistem aerasi yang memanfaatkan gaya gravitasi. Pada unit ini, proses aerasi dilakukan dengan menerjunkan air limbah melalui undakan-undakan sehingga terjadi kontak antara udara dan air yang mendorong proses perpindahan gas. Efisiensi perpindahan dipengaruhi oleh tinggi dan jumlah undakan. Semakin banyak jumlah undakan pada unit cascade aerator, semakin besar efisiensi yang dicapai. Umumnya, untuk proses penyisihan CH4 digunakan jumlah undakan sebanyak 4-5 undakan dan total ketinggian 4-5 m. Pada Tabel 21 dapat

DRAFT

101

dilihat efisiensi perpindahan oksigen, karbon dioksida, dan metan berdasarkan tinggi undakan. Efisiensi penyisihan CO2 dan H2S masing-masing dapat mencapai 20-45% dan 35%. Namun, sistem ini tidak efisien dibandingkan dengan teknologi aerasi lainnya.

Tabel 21. Persentase Efisiensi Perpindahan Gas Berdasarkan Tinggi Undakan Persentase efisiensi, %

Tinggi anak tangga, m 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

kO2 14 25 36 46 51 55 kCO2 14 14 15 15 15 15 kCH4 14 27 37 48 56 62

Sumber: TU Delft

(a) (b) (c)

Gambar 35. Jenis aliran pada sistem cascade aerator: (a) nappe flow; (b) transition flow; dan (c) skimming flow

Sumber: Khdhiri et al, 2014

a. Kriteria Desain

b. Contoh Desain Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 80.000 jiwa - Debit influen rerata, Qavg = 40 m3/hari - Debit puncak, Qpeak = 48 m3/hari - BOD5 = 150 mg/l (dari UABF) - COD = 725 mg/l - TSS = 1.907 mg/l - TVS = 0,71TSS - Suhu rerata air dan udara = 26oC Kriteria desain digunakan - Jumlah anak tangga = 5 - Tinggi anak tangga = 0,40 m - Kapasitas aerator = 1 m3/jam.m

DRAFT

102

Perhitungan desain - Konsentrasi kelarutan CH4

Vudara = nRT

P

di mana: n = jumlah molekul udara, (n = 1) R = konstanta gas universal: 0,08285 atm.L/mol.K T = suhu (Kelvin) P = tekanan udara, atm maka,

Vudara = 1 x 0,08285 atm.L/mol.K x (20 + 273,15) K

1=24,29 L

- Konsentrasi gas dalam udara

Ca = (MW)gas x Cg

Vudara x 103

di mana: Ca = konsentrasi gas dalam udara, mg/l (MW)gas = berat molekular gas, gram Cg = konsentrasi gas dalam udara, ppm Vudara = volume 1 mol udara pada tekanan dan suhu lingkungan, liter

maka,

Ca = 16,04 g x 30 ppm

24,29 x 103 = 0,0231 mg/l

- Konsentrasi kelarutan gas dalam air Konsentrasi kelarutan dalam air dapat diketahui melalui Hukum Henry sebagai berikut.

Cs = kD x Ca

di mana: Cs = konsentrasi kelarutan gas dalam air, g/m3 kD = koefisien distribusi maka,

Cs = 0,034 x 0,0231 mg/l = 0,0008 mg/l

Tabel 22. Koefisien Distribusi KD KD MW 0oC 10oC 20oC

Nitrogen (N2) 28 0,023 0,019 0,016 Oksigen (O2) 32 0,049 0,039 0,033 Metan (CH4) 16 0,055 0,043 0,034 Karbon dioksida (CO2) 44 1,710 1,230 0,942 Hidrogen sulfida (H2S) 34 4,69 3,650 2,870 Tetrachloroethylene (C2Cl4) 167 - 3,20 1,21 Trichloroethylene (C2HCl3) 131,5 - 3,90 2,43 Kloroform (CHCl3) 119,5 - 9,0 7,87 Ammonia 17 - 0,94 0,76

Sumber: Islamic University of Ghaza

DRAFT

103

- Persentase efisiensi total

K = Ce - C0

Cs - C0 = 1 - (1-k)n

dimana: K = persentase efisiensi total, % Ce = konsentrasi efluen, mg/l C0 = konsentrasi influen, mg/l k = persentase efisiensi satu anak tangga, % n = jumlah anakan tangga

Dari Tabel 21 kCH4 = 27% maka,

K = 1 – (1-0,27)5 = 0,71

0,71 = Ce - 0,80

0,0008 - 0,80

Ce = 0,08 mg/l

Tabel 23. Persentase Efisiensi Satu Anak Tangga Berdasarkan Tinggi Undakan

Persentase efisiensi, %

Tinggi anak tangga, m 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

kO2 14 25 36 46 51 55 kCO2 14 14 15 15 15 15 kCH4 14 27 37 48 56 62

Sumber: Islamic University of Ghaza

Dari tabel di atas kCH4 = 27% maka,

K = 1 – (1-0,27)5 = 0,71

0,71 = Ce - 0,80

0,0008 - 0,80

Ce = 0,08 mg/l

- Untuk cascade Panjang cascade = (4 m3/jam)/(1 m3/jam.m) = 4 m Acascade = (nanak tangga – 1) x lebaranak tangga x panjanganak

tangga

= (5 – 1) x 0,40 m x 4 m = 28,58 m2

DRAFT

104

4.2.5 Ammonia Stripping

Gambar 36. Unit Ammonia Stripping Tower

Sumber: www.acwa.co.uk

Fungsi : Menurunkan kadar ammonia dalam air limbah Kelebihan : - Biaya pengadaan dan operasi rendah;

- Tidak menghasilkan backwash; dan - Tidak terparuh oleh keberadaan senyawa beracun.

Kekurangan : - Tidak menyisihkan nitrit dan nitrogen organik; - Penambahan kapur (lime) untuk mengontrol pH dapat

menimbulkan masalah dalam proses operasi dan perawatan; dan

- bunyi dapat menjadi masalah Desain : Beban hidraulik yang diterima dalam ammonia stripping

tower berkisar 40,7-122 l/menit-m2. Sitem aerasi di dalam kolam dibantu menggunakan kipas dengan kecepatan 2.740-3.660 m/menit. Jenis media filter yang dapat digunakan bisa berupa kayu atau plastik dengan ketinggian 6,1-7,6 m.

Ammonia stripping merupakan sebuah proses sederhana untuk menurunkan kandungan amoniak dalam air limbah. Beberapa jenis air limbah mengandung amoniak dan/atau senyawa nitrogen yang telah menjadi amoniak dalam jumlah yang tinggi. Proses ammonia stripping lebih mudah dan lebih murah untuk menyisihkan nitrogen (dalam bentuk amoniak) daripada mengkonversinya ke bentuk nitrat-nitrogen. Proses ini cocok digunakan untuk menyisikan amoniak dengan konsentrasi antara 10-100 mg/l.

DRAFT

105

Penyisihan amoniak dengan ammonia stripping tower (AST). Penyisihan amoniak dari air limbah harus dalam bentuk gas (NH3), pada pH ≥ 10,8. Unit pengolahan ini berbentuk seperti kolom dengan sistem aliran berlawanan arah. Udara mengalir ke dari bawah ke atas melewati media sedangkan influen air limbah mengalir dari atas ke bawah (ditunjukkan dalam Gambar 1). AST terdiri dari kipas, media untuk memperbesar kontak udara dan air, penyanga media, tray untuk distribusi influen secara merata dari bagian atas kolom, dan drift eliminator untuk menangkap tetesan udara yang keluar. Kipas berfungsi untuk mengeluarkan udara dari dalam AST yang diletakkan di bagian atas sehingga tekanan di dalam sedikit lebih rendah dari tekanan di luar.

Gambar 37. Skema Ammonia Stripping Tower

a. Kriteria Desain

Unit ammonia stripping dirancang berdasarkan kriteria desain berikut ini:

Tabel 24. Kriteria Desain Ammonia Stripping Tower Parameter Satuan Nilai

Beban hidraulik l/menit-m2 40,7-122 Debit desain udara - 1,5-1,75 kali

nilai teoritis Penurunan tekanan udara untuk keseluruhan menara

mm 51-76

Jumlah kipas 1-2 Kecepatan kipas m/menit 2.740-3.660 Kedalaman media m 6,1-7,6 Jarak ruang media (vertikal/ horizontal)

mm 51-102

Material media - Kayu/plastik pH air influen - 10,8-11,5

Keterangan: H = Ketinggian L = Massa aliran air limbah G = Massa aliran udara X1, X2 = Konsentrasi amoniak dalam air limbah (sebagai rasio massa) Y1, Y2 = Konsentrasi amoniak daam udara (sebagai rasio massa)

DRAFT

106

b. Contoh Desain Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 300.000 jiwa - Debit influen rerata, Qavg = 150 m3/hari - Debit puncak, Qpeak = 48 m3/hari - BOD5 = 150 mg/l (dari UABF) - COD = 725 mg/l - TSS = 1.907 mg/l - TVS = 0,71TSS - Suhu rerata air dan udara = 26oC

Kriteria desain digunakan - - pH air limbah terkondisikan = 10,8 - Perhitungan desain 1. Kesetimbangan massa amoniak di udara:

Y*=(PA

Pt)(

MA

Mudara)

di mana: Y* = rasio massa amoniak Pt = jumlah tekanan atmosfer, mmHg PA = tekanan parsial amoniak, mmHg MA = berat molekul amoniak, 17 gr/gr mol MUdara = berat molekul udara, 29 gr/gr mol

Nilai tekanan parsial ammonia (PA) dapat diketahui melalui tabel berikut.

Tabel 25. Tekanan Parsial Ammonia terhadap Suhu

Suhu PA (mmHg) X (gr NH3/106 H2O)

0 0,0112 50

10 0,0189 50

20 0,0300 50

25 0,0370 50

30 0,0479 50

40 0,0770 50

50 0,1110 50 Sumber: Reynolds & Richards, 2009

Berdasarkan Tabel 25, tekanan parsial amoniak (PA) pada suhu 20oC adalah 0,0370 mmHg untuk 50 bagian amoniak per 106 bagian air, maka

Y∗ =0,037

750

17

29

= 2,34 x 10-5 bagian ammonia per bagian air

Oleh karena itu, X1 = 0 (asumsi konsentrasi amoniak dalam efluen air limbah) X2 = 5 x 10-5 kg NH3/kg air

DRAFT

107

Y1 = 0 (asumsi konsentrasi ammonia dalam influen udara) Y2 = 2,34 x 10-5 kg NH3/kg udara

2. Kemiringan kurva kesetimbangan

=Y2

X2

= 2,34 x 10-5 kg NH3/kg udara

5 x 10-5 kg NH3/kg air = 0,468 kg air/kg udara

3. Rasio massa udara terhadap air gas

liquid=

1

slope =

1

0,468 = 2,14 kg udara/kg air

maka,

4. Diketahui bahwa 1 liter air memiliki massa sebesar 1 kg Maka, massa aliran air L dapat diketahui melalui beban hidraulik

4,9 m3

jam-m2 x 1000 l

m3 x kg

l = 4.900 kg air/jam-m2

dan massa aliran udara G (teoritis) massa gas

massa liquid= 2,14 kg udara/kg air

massa gas = 2,14 kg udara/kg air x 4.900 kg air/jam-m2 = 10.500 kg udara/jam-m2

5. Massa aliran udara yang dibutuhkan dalam desain G desain = G (teoritis) x 1,75 = (10.500 kg udara/jam-m2) x 1,75 = 18.400 kg udara/jam-m2

- dan Debit desain aliran udara = (18.400 kg udara/jam-m2)(1 gr-mol/29 gr)(1000 g/kg) (22,4 l/gr-mol)(m3/1000 l)(760 mm/750 mm)(293oK/273oK) = 15.500 m3/jam-m2

Udara yang dibutuhkan per liter = (15.500 m3/jam-m2)/(4,9 m3/jam-m2) = 3,16 m3/l

DRAFT

108

4.3 Unit Pengolahan Kombinasi (Anaerobik dan Aerobik)

Unit pengolahan kombinasi anaerobik-aerobik mengkombinasikan proses pengolahan anaerobik dan aerobik dalam satu sistem. Pada sistem pengolahan ini menggunakan mikroorganisme anaerobik, aerobik, dan fakultatif, yang dapat tumbuh dengan kondisi ada dan tidak ada oksigen untuk menyisihkan materi organik tersuspensi (partikulat BOD) adalah mikroorganis.

Materi organik tersuspensi mengendap ke dasar kolam dan membentuk zona anaerobik. Pada zona tersebut, terjadi proses dekomposisi materi organik oleh mikroorganisme anaeorbik dan secara perlahan mengubahnya menjadi carbon dioksida, metan, dan lainnya. Sedangkan materi organik terlarut bersamaan dengan materi organik tersuspensi yang tidak mengendap tetap berada di atas zona anaerobik (zona aerobik). Pada zona ini, materi organik dioksidasi melalui respirasi aerobik. Kebutuhan oksigen untuk proses oksidasi tersebut didapatkan dari hasil fotosintesis alga, sehingga terjadi keseimbangan konsumsi dan produksi oksigen dan karbon dioksida. Dalam subbab ini, dilakukan pembahasan mengenai unit pengolahan kombinasi (anaerobik-aerobik) menggunakan kolam fakultatif, dan disertai dengan tahap perhitungan desain.

4.3.1 Kolam Fakultatif

Gambar 38. Kolam Fakultatif di IPLT Tabanan, Bali

Fungsi : Menyisihkan BOD (beban permukaan BOD rendah) Kelebihan : - Konstruksi sederhana;

DRAFT

109

- Biaya operasional rendah karena tidak membutuhkan energi listrik dalam operasinya; dan

- Tidak membutuhkan operator berkeahlian khusus. Kekurangan : - Kebutuhan lahan besar. Desain : Kolam fakultatif

Terdapat dua jenis kolam fakultatif, yaitu kolam fakultatif primer untuk mengolah air limbah belum diolah dan kolam fakultatif sekunder untuk mengolah air limbah yang telah melalui proses pengolahan sebelumnya (biasanya dari kolam anaerobik). Kolam fakultatif didesain untuk menyisihkan beban BOD permukaan rendah (100-400 kgBOD/ha.hari) dengan menggunakan alga yang tumbuh secara alami di permukaan kolam. Keberadaan alga pada kolam fakultatif membantu proses penyisihan BOD melalui oksigen yang dihasilkan dari proses fotosintesis.

Konsentrasi alga di dalam kolam fakultatif bergantung pada beban nutrien, suhu, dan cahaya matahari, biasanya 500-2.000 μg chlorophyll-a/liter. Konsentrasi oksigen terlarut di dalam kolam akan meningkat pada pagi hari seiring dengan dimulainya aktivitas fotosintesis alga, mencapai puncaknya pada sore hari, dan akan menurun pada malam hari, ketika aktivitas fotosintesis terhenti dan respirasi tumbuhan mengkonsumsi oksigen. Pada aktivitas puncaknya, ion karbonat dan bikarbonat bereaksi memproduksi karbon dioksida untuk alga, dan menyisakan ion hidroksil. Dari proses tersebut, pH air akan meningkat sampai lebih dari 9 sehingga dapat mematikan bakteri fekal koliform. Pengadukan air yang merata, dibantu oleh angin pada permukaan air, memastikan keseragaman distribusi BOD, oksigen terlarut, bakteri, dan alga.

a. Kriteria Desain Perancangan unit kolam fakultatif dilakukan berdasarkan kriteria desain sebagai berikut:

Tabel 26. Kriteria Desain Kolam Fakultatif Parameter Satuan Nilai

Waktu detensi, θf hari ≥ 4 Efisiensi penurunan BOD, η % 70-90 Kedalaman, Df m 1,5-2,5 Rasio panjang dan lebar, P:L - (2-3):1 Periode pengurasan tahun 5-10

Sumber: Mara, 2003

DRAFT

110

b. Contoh Desain

Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 80.000 jiwa - Debit influen rerata, Qavg = 40 m3 - Debit puncak, Qpeak = 48 m3 - BOD5 = 225 mg/l (dari Kolam Anaerobik) - COD = 861 mg/l - TSS = 7.627 mg/l - Telur cacing Helminth = - Bakteri E coli = 1,3 x 105 MPN/100 ml - T = 26oC (rerata suhu dalam bulan terdingin) - Laju evaporasi, e = 5 mm/hari

Kriteria desain digunakan - Kedalaman kolam = 1,8 m Perhitungan desain Tahap A: Menghitung luas kolam yang dibutuhkan - Beban BOD permukaan, λs

= 350(1,07 - 0,002T)T-25

= 350[1,07 - (0,002 x 26)](26-25) = 369,3 g/m2.hari

- Luas permukaan kolam, Af

= konsentrasi BOD influen x debit influen

beban BOD permukaan

= 225 g/m3 x 40 m3/hari

369,3 g/m2.hari = 24,4 m2

- Rasio panjang : lebar = 3:1 → P = 3L (3L)(L) = 24,4 m2 3L2 = 24,4 m2 L = 2,9 ≈ 3 m P = 9 m A’ = 27 m2


- Waktu retensi hidraulik, f

θf = 2AfDf

2Qi - 0.001eAf

di mana: f = waktu retensi hidraulik, hari Df = kedalaman kolam fakultatif, m Qi = debit influen, m3/hari e = jumlah laju evaporasi, mm/hari maka,

θf = 2 x 27 m2 x 1,8 m

(2 x 40 m3/hari) - (0,001 x 5 mm/hari x 27 m2) = 1,2 hari

DRAFT

111


HRT = 1,2 hari (Belum sesuai, ≥ 1 hari)

- Menghitung ulang luas permukaan kolam Karena waktu retensi hidraulik (f) kurang dari 4 hari, maka dilakukan penghitungan ulang luas kolam fakultatif primer yang dibutuhkan (Af,

m2) dengan f = 4 hari.

= 2Qθf

2Df + 0.001eθf

= 2 x 40 m3/hari x 4 hari

(2 x 1,8 m) - (0,001 x 5 mm/hari x 4 hari) = 89,4 m2

- Rasio panjang:lebar = 3:1 → P = 3L (3L)(L) = 89,4 m2 3L2 = 89,4 m2 L = 5,6 m P = 16,8 m A’ = 94 m2


θf = 2 x 94 m2 x 1,8 m

(2 x 40 m3/hari) - (0,001 x 5 mm/hari x 94 m2)

θf = 4,3 hari (OK, ≥ 4 hari)


Le = Li

1+ k1θf

di mana: Le = konsentrasi BOD efluen (mg/l) Li = konsentrasi BOD influen (mg/l) k1 = konstanta laju orde pertama

f = waktu retensi hidraulik (hari)

- Nilai k1 k1(T) = k1(20)(1,05)T-20

di mana: k1(20) = 0,3/hari (untuk kolam fakultatif primer) 0,1/hari (untuk kolam fakultatif sekunder) maka,

k1(T) = (0,1/hari)(1,05)(26-20) = 0,105/hari

- Konsentrasi BOD efluen yang belum terfiltrasi dari alga (mg/l)

Le unfiltered= Li

1+ k1θf

maka,

Le unfiltered = 225 mg/l

1 + (0,105/hari x 4 hari) = 155 mg/l (BOD belum terfiltrasi)

- Konsentrasi BOD efluen yang sudah terfiltrasi dari alga (mg/l)

DRAFT

112

Le(filtered) = Fna[Le(unfiltered)]

di mana: Fna = fraksi non-alga dari total BOD (0,1-0,3, biasanya digunakan 0,3)

maka, Le (terfiltrasi) = 0,3 x 155 mg/l = 46,5 mg/l




= 225 mg/l - 46,5 mg/l

225 mg/l x 100% = 79%

2. COD - Estimasi efisiensi penyisihan = 80% - COD efluen = (1-0,8) x 861 mg/l = 172 mg/l

3. TSS



= 100[1-0,41exp(-0,49θ + 0,0085θ2)] = 100[1-0,41exp{-(0,49 x 4) + (0,0085 x 42)] = 94%

- Telur cacing Helminth efluen = (1-0,94) x 60/liter = 4/liter

5. Bakteri E coli

- Nilai konstanta laju orde pertama penyisihan E coli, kB(T) = 2,6(1,19)T-20

= 2,6(1,19)26-20 = 7,38/hari


Ne = Ni

(1 + kB(T)θf)

di mana: Ne = Jumlah E coli per 100 ml dalam efluen kolam fakultatif Ni = Jumlah E coli per 100 ml dalam efluen kolam anaerobik

a = waktu tinggal hidraulik kolam anaerobik, hari maka,

Ne = 1,3 x 105 MPN per 100 ml

[1+(7,38 x 4)] = 4.260 MPN per 100 ml

DRAFT

113

4.4 Unit Penghilangan Organisme Patogen

Untuk menghasilkan efluen yang aman dan memenuhi baku mutu air limbah domestik, proses penyisihan organisme patogen dalam pengolahan air limbah domestik merupakan tahap yang penting untuk dilakukan. Penyisihan telur cacing, bakteri, dan virus umumnya dapat dicapai melalui proses pengolahan alami, seperti kolam maturasi dan constructed wetland. Dalam subbab ini, dilakukan pembahasan mengenai kedua unit tersebut yang disertai dengan tahap perhitungan desain.

4.4.1 Kolam Maturasi/Polishing

Gambar 39. Kolam Maturasi di IPLT Tabanan, Bali

Fungsi : Menurunkan jumlah mikroorganisme patogen (bakteri fekal dan virus).

Kelebihan : - Konstruksi sederhana; dan - Biaya operasional rendah karena tidak membutuhkan

energi listrik dalam operasinya. Kekurangan : - Kebutuhan lahan besar. Desain : Jumlah dan ukuran kolam maturasi bergantung pada

target jumlah bakteri dalam efluen yang diinginkan. Kolam maturasi umumnya dirancang memiliki kedalaman 1 m.

Fungsi utama dari kolam maturasi adalah mereduksi jumlah bakteri patogen. Oleh karena itu, kolam maturasi didesain memiliki kedalaman yang lebih dangkal dibandingkan sistem kolam lainnya (kolam anaerobik dan kolam maturasi), yaitu 1-2 m. Semakin dangkal kedalaman kolam memungkinkan peningkatan efisiensi penyisihan bakteri patogen dan virus melalui penetrasi cahaya. Namun, pada kolam maturasi, proses penyisihan BOD, padatan

DRAFT

114

tersuspensi, dan nutrien (nitrogen dan fosfor) berlangsung lambat. Beberapa faktor yang mempengaruhi penyisihan organisme pathogen: - Bakteri dan virus: suhu, radiasi, sinar matahari, pH, organisme predator

organisme pathogen, senyawa beracun; - Telur cacing: sedimentasi

Faktor-faktor yang penting untuk diperhatikan pada unit kolam maturasi: - Waktu dan suhu

Suhu air di dalam kolam dipengaruhi oleh intensitas papacaran cahaya matahari pada permukaan kolam, dan semakin lama waktu kolam terpapar sinar matahari, semakin banyak pula bakteri fekal yang akan mati. (Pernyataan ini mungkin menimbulkan kebingungan, seperti yang kita ketahui bahwa laju pertumbuhan bakteri akan meningkat seiring dengan peningkatan suhu, begitu juga dengan laju kematian bakteri).

- pH - Intensitas cahaya dan kadar oksigen terlarut (DO)

a. Kriteria Desain Perancangan unit kolam maturasi dilakukan berdasarkan kriteria desain sebagai berikut:

Tabel 27. Kriteria Desain Kolam Maturasi Parameter Satuan Nilai

Waktu detensi, θm hari 3 Efisiensi penurunan BOD, η % >60 Kedalaman, Df m 1-2 Rasio panjang dan lebar, P:L - hingga 10:1 Beban BOD volumetrik grBOD/m3.hari 40-60

Sumber: b. Contoh Desain

Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 80.000 jiwa - Debit influen rerata, Qavg = 40 m3 - Debit puncak, Qpeak = 48 m3 - BOD5 = 46,5 mg/l (dari Kolam Fakultatif) - COD = mg/l - TSS = 7.627 mg/l - Telur cacing Helminth = 4/ liter - Bakteri E coli = 3.260 MPN/100 ml - T = 26oC (rerata suhu dalam bulan terdingin) - Laju evaporasi, e = 5 mm/hari Kriteria desain digunakan - Kedalaman kolam = 1 m

Perhitungan desain Tahap A: Menentukan jumlah kolam maturasi dibutuhkan

DRAFT

115

- Banyaknya jumlah kolam maturasi yang dibutuhkan disesuaikan dengan kebutuhan pencapaian baku mutu, terutama terkait parameter total koliform.


= 2,6(1,19)26-20 = 7,38/hari

- Jika jumlah kolam maturasi = 1 Bakteri E coli dalam efluen

Ne = Ni

(1 + kB(T)θf)

di mana: Ne = Jumlah E coli per 100 ml dalam efluen kolam maturasi Ni = Jumlah E coli per 100 ml dalam efluen kolam fakultatif a = waktu tinggal hidraulik kolam anaerobik, hari maka,

Ne = 3.939 MPN per 100 ml

[1+(7,38 x 3)] = 171 MPN per 100 ml

- Jika jumlah kolam maturasi > 1

Ne=Ni

(1 + kB(T)θa)(1 + kB(T)θf)(1 + kB(T)θm)n

di mana: Ne = Jumlah E coli per 100 ml dalam efluen kolam maturasi Ni = Jumlah E coli per 100 ml dalam influen kolam anaerobik KB(T) = konstanta laju orde pertama penyisihan E coli a = waktu tinggal hidraulik kolam anaerobik, hari f = waktu tinggal hidraulik kolam fakultatif, hari m = waktu tinggal hidraulik kolam maturasi, hari n = jumlah kolam maturasi

Dirancang instalasi pengolahan memiliki 2 kolam maturasi maka,

Ne = 2,7 x 106 MPN per 100 ml

(1 + (7,38 x 2,7 ))(1 + (7,38 x 4,3))(1 + (5,2 x 3))2

= 16 MPN per 100 ml

Tahap B: Menentukan dimensi kolam maturasi - Luas permukaan tiap kolam

= 2Qavgθm

2Dm+em


2 x 1 m + (0,005 m/hari x 3 hari) = 119,1 m2

- Rasio panjang:lebar = 10:1 → P = 10L (10L)(L) = 119,1 m2 10L2 = 119,1 m2 L = 3,45 ≈ 3,8 m P = 38 m A’ = 144,4 m2

DRAFT

116

- Luas permukaan 2 kolam maturasi = 2 x luas tiap kolam maturasi = 2 x 144,4 m2 = 288,8 m2



2. COD

- Estimasi efisiensi penyisihan = 50% - COD efluen = (1-0,5) x 172mg/l = 86 mg/l

3. TSS

- Estimasi efisiensi penyisihan = 80% - TSS efluen = (1-0,8) x 1.144mg/l = 229 mg/l

4. Total koliform

- Estimasi t. koliform efluen = 16 MPN/100 ml - Efisiensi penyisihan

= konsentrasi t. koliform influen-konsentrasi t. koliform efluen

konsentrasi t. koliform influen x 100%

= 3.260 MPN/100 ml - 16 MPN/100 ml

3.260 MPN/100 ml x 100% = 99%

DRAFT

117

4.4.2 Constructed Wetland

Gambar 40. Unit Constructed Wetland di IPLT Buleleng, Bali

Fungsi : Menyisihkan materi organik, padatan tersuspensi,

organisme patogen, dan nutrien seperti ammonia dan bentuk lain dari nitrogen dan fosfor.

Kelebihan : - Mampu menerima beban yang tinggi; - Biaya konstruksi dan operasional lebih murah dibanding

unit pengolahan lain; dan - Konstruksi sederhana (dapat dibangun menggunakan

material lokal) - Menambah nilai estetika

Kekurangan : - Luas lahan yang dibutuhkan besar - Pengolahan menggunakan wetland dinilai lebih ekonomis

dibanding pengolahan lain hanya ketika lahan yang dibutuhkan tersedia dan tidak terlalu mahal

Desain : Kebutuhan luas contructed wetland dipengaruhi oleh laju suhu air dalam kolam dan parameter polutan yang ingin disisihkan. Waktu detensi untuk menyisihkan polutan tersuspensi selama 0,5-3 hari, sedangkan untuk menyisihkan polutan terlarut selama 5-14 hari.

Constructed wetland (lahan basah buatan) merupakan suatu area yang dirancang sehingga menyerupai lahan basah alami (rawa) untuk mengolah air limbah domestik (kakus atau non-kakus) dan/atau air limbah industri yang memiliki rasio BOD/COD > 0,3 (mengindikasikan biodegradable). Sistem ini tergolong sebagai metode pengolahan yang kompleks karena mengintegrasikan bermacam-macam sistem, meliputi vegetasi lahan basah, tanah, dan berbagai jenis organisme yang ada di dalamnya untuk mengolah air limbah. Sistem ini umumnya digunakan sebagai pengolahan lanjutan setelah proses pengolahan tahap kedua atau ketiga.

DRAFT

118

Proses pengolahan yang terjadi pada constructed wetland meliputi proses filtrasi, sedimentasi dan pengolahan biologis. Aliran pada sistem ini dirancang memiliki kecepatan aliran yang rendah, agar memungkinkan terjadinya proses pengendapan partikel-partikel yang terkandung dalam air limbah. Selain itu, kecepatan aliran yang rendah dapat memperpanjang waktu kontak antara air limbah dan permukaan lahan basah di mana organisme-organisme dan vegetasi menggunakan senyawa organik sebagai sumber nutrien mereka, dan berlangsung proses destruksi patogen.

Sistem pengolahan constructed wetland pada dasarnya terbagi menjadi dua jenis, yaitu sistem aliran permukaan (free water surface system) dan sistem aliran bawah permukaan (subsurface flow system). Pada subsurface flow system, pola aliran dibagai menjadi dua jenis, yaitu aliran horizontal (horizontal subsurface flow) dan aliran vertikal (vertical flow). 1. Free Water Surface Contsructed Wetland

Free water surface contsructed wetland terdiri dari sebuah kolam yang dangkal dan berisi tanah atau media lainnya sebagai tempat tumbuh vegetasi. Sistem ini didesain untuk mensimulasikan lahan basah alami, di mana air mengalir di atas permukaan tanah dengan ketinggian air dijaga sekitar 10-45 cm.

Gambar 41. Skema Free Water Surface Contsructed Wetland


2. Subsurface Horizontal Flow Constructed Wetland Subsurface horizonal flow constructed wetland didesain untuk membuat air mengalir horizontal di bawah permukaan media melalui media yang dapat dilalui air (permeable), sehingga menjaga proses pengolahan berlangsung di bawah permukaan dan mencegah terbentuknya bau. Jenis media yang digunakan (biasanya tanah, pasir, dan kerikil) sangat mempengaruhi sistem hidraulik. Pada umumnya, ketinggian air pada sistem ini dijaga pada 5-15 cm dan apabila menggunakan media kerikil, jenis yang digunakan berdiameter 3-32 mm untuk mengisi kolam dengan kedalaman 0,5-1 m.

DRAFT

119

Gambar 42. Skema Subsurface Horizontal Flow Wetland


3. Vertical Flow Constructed Wetland

Pada dasarnya, sistem pada vertical flow constructed wetland menyerupai sistem subrface horizonal flow, yang membedakan adalah pengaliran air tidak dilakukan secara kontinyu, melainkan inermiten. Air dialirkan dari atas ke bawah melewati zona akar dan media (terjadi proses filtrasi) hingga akhirnya keluar melalui sistem perpipaan pada dasar kolam. Nutrien dan material organik diabsorbsi oleh mikroorganisme. Dengan adanya jeda pengisian, akan terbentuk fase di mana biomassa mengalami waktu lapar sehingga pertumbuhannya menurun dan porositas meningkat.

Gambar 43. Skema Vertical Flow Constructed Flow


Polutan Proses Penyisihan Material organik (diukur sebagai BOD) Degradasi biologis, sedimentasi, (uptake)

oleh mikroba Kontaminan organik (misalnya pestisida) Adsorpsi, volatilisasi, fotolisis, dan

degradasi biotik/abiotik Padatan tersuspensi (TSS) Sedimentasi, filtrasi Nitrogen Sedimentasi, nitrifikasi/denitrifikasi,

(uptake) oleh mikroba, volatilisasi Fosfor Sedimentasi, filtrasi, adsorpsi, (uptake)

oleh tumbuhan dan mikroba Organisme patogen Mati secara alami, sedimentasi, filtrasi,

predasi, degradasi, dan adsorpsi Logam berat Sedimentasi, adsorpsi, dan (uptake) oleh

tumbuhan a. Kriteria Desain

DRAFT

120

Unit constructed wetland dirancang berdasarkan kriteria desain berikut ini:

Tabel 28. Spesifikasi Desain Constructed Wetland

Komponen Kriteria desain

Dasar wetland Lapisan tanah liat dengan permeabilitas K = 10-6 cm/s

Lapisan geomembran

Material filter Gravel halus diameter (12 – 20 mm) Gravel kasar diameter (20-40 mm)

Tanaman yang dapat digunakan

Akar wangi; Cat tail; Papyrus; Typhaa; Phragmites communis; Khana sp.; Echinodorus palaefolius; Nympheae; Water hyacinth; atau Tumbuhan famili Typhaceae yang dapat

ditemukan di area perencanaan

Kedalaman air limbah

<90 cm (75 cm)

Kedalam bak 120- 150 cm

Freeboard 30 cm

Side slope 3: 1 sampai 10:1

Sumber: UN Habitat,2008 Constructed Wetland Manual

Tabel 29. Kriteria Desain Constructed Wetland Parameter Satuan Nilai

Waktu detensi (untuk menyisihkan polutan terlarut)

hari 5-14

Waktu detensi (untuk menyisihkan polutan tersuspensi)

hari 0,5-3

Laju beban BOD5 maksimum kg/ha.hari 80-112 Laju beban hidraulik m/hari 0,01-0,05 Luas permukaan dibutuhkan ha/m3.hari 0,002-0,014 Rasio panjang : lebar - 4:1-6:1 Kedalaman air – kondisi rerata m 0,1-0,5 Rasio kemiringan dasar - 3:1-10:1

Sumber: Crites (1994); Bendoricchio et al (2000)

DRAFT

121

b. Contoh Desain Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 20.000 jiwa - Debit influen rerata, Qavg = 10 m3 - Debit puncak, Qpeak = 12 m3 - BOD5 = 46,5 mg/l (dari kolam fakultatif) - COD = 172 mg/l - TSS = 1.144 mg/l - Bakteri E coli = 4.260 MPN/100 ml (dari kolam fakultatif) - Suhu udara, TU = 26oC (rerata suhu dalam bulan terdingin) - Suhu air, TA = 24oC

Kriteria desain digunakan - Kedalaman wetland, y = 0,3 - Porositas media, = 40%

Perhitungan desain Dalam contoh perhitungan ini, CW yang akan dirancang yaitu jenis FWS.

Tahap A: Menentukan dimensi constructed wetland - Laju konstanta orde pertama penyisihan BOD, KT

Nilai k1 tergantung pada suhu air kolam KT= KRθR

(TA-TR)

di mana: KT = laju konstanta pada suhu TA, /hari KR = laju konsntanta pada suhu referensi, /hari θR = koefisien suhu untuk konstanta laju pada suhu referensi TA = suhu air, oC TR = suhu referensi, oC

Tabel 30. Koefisien Suhu untuk Kontanta Laju

Parameter Penyisihan BOD Nitrifikasi Denitrifikasi Patogen

(NH4 - penyisihan) (NO3 - Penyisihan) (Penyisihan)

TR(oC) 20 20 20 20

Residu (mg/l) 6 0,2 0,2 -

Free water surface wetland

KR (/hari) 0,678 0,2187 1 2,6

θR 1,06 1,048 1,15 1,15

Sub-surface flow wetland

KR (/hari) 1,104 KNH 1 2,6

θR 1,06 1,048 1,15 1,19

maka,

kT = 0,678 x 1,06(24-20) = 0,87/hari


Acw= [Q(lnCo-lnCe)]

KTy

di mana: Acw = luas permukaan constructed wetland, m2

DRAFT

122

Q = debit influen rerata, m3/hari Co = konsentrasi BOD influen, mg/l Ce = konsentras BOD efluen, mg/l KT = konstanta laju pada suhu air, /hari y = kedalaman kolam constructed wetland, m = porositas media digunakan (biasanya 0,4 untuk kerikil berdiameter 25 mm)

Dalam perhitungan ini, target konsentrasi BOD efluen yang dihasilkan sebesar 30 mg/l agar memenuhi baku mutu air limbah domestik PermenLHK No. 68/2016 untuk parameter BOD. Maka,

Acw= [10 (ln(46,5)-ln(25))]

0,87 x 0,3 x 0,4=42,2 m2

- Rasio panjang:lebar = 4:1 → P = 4L (4L)(L) = 42,2 m2 4L2 = 42,2 m2 L = 3,3 ≈ 3,5 m P = 14 m Acw’ = 49 m2

→ Periksa kesesuaian waktu retensi hidraulik (HRT) hasil perhitungan dengan kriteria desain

= luas permukaan kolam x kedalaman kolam x porositas media

debit rerata influen

= 49 m2 x 0,3 m x 40%

10 m3/hari= 0,59 hari

OK untuk menyisihkan polutan tersuspensi (0,5-3 hari), tetapi belum bisa menyisihkan polutan terlarut (5-14 hari). Oleh karena itu, dilakukan perhitungan ulang luas permukaan lahan yang dibutuhkan agar proses penyisihan mencakup penyisihan polutan terlarut.

- Luas permukaan dibutuhkan untuk mencakup proses penyisihan polutan terlarut

= HRT x debit rerata influen

kedalaman kolam x porositas media

= 5 hari x 10 m3/hari

0,3 m x 40% = 416,7 m2

- Rasio panjang:lebar = 4:1 → P = 4L (4L)(L) = 416,7 m2 4L2 = 416,7 m2 L = 10,2 ≈ 10,5 m P = 42 m Acw’’ = 441 m2


DRAFT

123


debit rerata influen

= 441 m2 x 0,3 m x 40%


→ Periksa kesesuaian laju beban hidraulik (HLR) hasil perhitungan dengan kriteria desain

= debit rerata influen

luas permukaan kolam

= 10 m3/hari

441 m2 = 0,023 m/hari (OK, rentang: 0,01-0,05 m/hari)


- Konsentrasi BOD efluen

= C1 exp-AcwKTy

Q

= 46,5 exp-441 x 0,87 x 0,3 x 0,4

10= 0,5 mg/l




= 46,5 mg/l - 0,5 mg/l

46,5 mg/l x 100% = 99%

2. COD - Estimasi efisiensi penyisihan = 95% - COD efluen = (1-0,95) x 172 mg/l = 9 mg/l

3. TSS

- Konsentrasi TSS efluen i. FWS wetland

Ce = Ci (0,1139 + 0,00213HLR)

ii. SSF wetland Ce = Ci (0,1058 + 0,0011HLR)

maka Ce = 1.144 [0,1139 + (0,00213 x 0,023)] = 130 mg/l

- Efisiensi penyisihan TSS

= konsentrasi TSS influen-konsentrasi TSS efluen

konsentrasi TSS influen x 100%

= 1.144 mg/l - 130 mg/l

1.144 mg/l x 100% = 89%

4. Total koliform

- Konsentrasi total koliform efluen

Ce = Ci

[1 + (𝐻𝑅𝑇 𝑥 𝐾 )]n

di mana: n = jumlah kolam wetland maka,

DRAFT

124

Ce = 4.260 mg/l

[1+ (5,3 hari x 0,87/hari)]1 = 763 MPN/100 ml

- Efisiensi penyisihan total koliform



= 4.260 mg/l - 763 mg/l

4.260 mg/l x 100% = 82%

DRAFT

125

BAB V Unit Pengeringan Lumpur

Stabilisasi lumpur bertujuan untuk mereduksi bakteri patogen, menghilangkan bau, mengontrol proses pembusukan materi organik dalam lumpur. Stabilisasi lumpur apat dilakukan secara biologis, kimia, atau fisik. Terdapat berbagai metode pengolahan stabilisasi lumpur, tetapi umumnya dilakukan secara biologis dengan sistem anaerobik. Pengolahan secara anaerobik dinilai efisien karena tidak membutuhkan energi listrik dan tidak menggunakan bahan kimia.

Lumpur tinja yang telah melalui tahap stabilisasi lumpur kemudian dikeringkan pada unit pengeringan lumpur. Proses pengeringan lumpur bertujuan untuk memudahkan tahap pembuangan lumpur. Setelah melalui proses ini, diharapkan konsentrasi padatan kering dalam lumpur meningkat dan kandungan kelembabannya banyak berkurang.

Pada bab ini akan didiskusikan mengenai kedua metode stabilisasi padatan di atas, berikut dengan tahap-tahap proses desain.

5.1 Sludge Drying Bed

Gambar 44. Unit Sludge Drying Bed

di IPLT Gampong Jawa, Kota Banda Aceh

Fungsi : Mengeringkan lumpur yang telah distabiliasasi Kelebihan : - Mudah untuk dioperasikan sehingga tidak

membutuhkan operator berkemampuan khusus; - Padatan hasil pengeringan dapat dijadikan campuran

bahan pengomposan; - Reduksi volume yang dihasilkan tinggi; dan - Dapat menyisihkan bakteri patogen.

DRAFT

126

Kekurangan : - Luas lahan yang dibutuhkan besar; - Hasil pengeringan tergantung pada kondisi cuaca; - Hanya dapat diaplikasikan pada musim kemarau atau

dilengkapai dengan atap pada musim penghujan; - Pembersihan padatan kering dilakukan secara manual

atau menggunakan alat khusus; dan - Berpotensi menimbulkan bau.

Desain : Dalam satu unit SDB terdiri dari beberapa lapisan, yaitu lapisan lumpur (20-30 cm), lapisan pasir berdiameter 0,3-1,2 mm (7,5-15 cm), lapisan kerikil berdiameter 9,5-25 mm (10-15 cm), lapisan kerikil berdiameter 2,5-7,6 mm (20-30 cm), media penahan filter (dapat berupa batu-batuan berdiameter 76 mm atau batu bata), dan sistem drainase pada lapisan dasar untuk mengalirkan filtrat. Dasar SDB harus dirancang memiliki kemiringan minimum 1% agar filtrat dapat mengalir.

Sludge drying bed (SDB) merupakan teknik pengeringan lumpur yang paling banyak digunakan. Jenis lumpur yang dapat dikeringkan dengan SDB adalah lumpur yang telah stabil (telah melalui proses digesti). Apabila lumpur tinja yang diolah masih muda, lumpur akan terdekomposisi secara anaerobik dan berpotensi menimbulkan bau. Dalam penggunaan unit SDB, perlu diperhatikan jumlah penduduk yang dilayani dan ketersediaan lahan karena semakin banyak jumlah penduduk yang dilayani maka lahan yang dibutuhkan lebih luas dan jumlah pekerja yang dibutuhkan semakin meningkat. SDB terdiri dari bak pengering berisi media filter dan saluran filtrat. Bak pengering merupakan tempat berlangsungnya proses pengeringan di mana terjadi filtrasi lumpur oleh media pasir dan kerikil, dan evaporasi cairan ke atmosfer. Selanjutnya, saluran air tersaring (filtrat) yang terdapat di bagian dasar bak berfungsi untuk mengalirkan kembali filtrat ke unit stabilisasi cairan. Pada musim panas, proses pengeringan dapat berlangsung selama 2-3 minggu dengan kandungan padatan kering yang tersisa sebanyak 30-40%.

DRAFT

127

Gambar 45. Skema Sludge Drying Bed

Sumber: Andreoli et al, 2007

a. Kriteria Desain Perencanaan SDB dilaksanakan berdasarkan kriteria desain yang tertera pada tabel berikut ini:

Tabel 31. Kriteria Desain Sludge Drying Bed Parameter Nilai

Ukuran bak Lebar Panjang

8 m 30 m

Area yang dibutuhkan SDB tanpa penutup atap SDB dengan penutup atap

0,14-0,28 m2/kapita 0,10-0,20 m2/kapita

Sludge loading rate SDB tanpa penutup atap SDB dengan penutup atap

100-300 kg lumpur kering/m2.tahun 150-400 kg lumpur kering/m2.tahun

Sludge cake 20-40% padatan Kemiringan dasar 1:20 Kemiringan dasar pipa 1% Sumber: Qasim, 1999

b. Contoh Desain

Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 20.000 jiwa - Debit influen rerata, Qavg = 10 m3 - Debit puncak, Qpeak = 12 m3 - BOD5 = 412 mg/l (dari Anaerobic Digester) - COD = 1.353 mg/l

- TSS = 60.800mg/l (konsentrasi TSS dalam - lumpur tercerna dari anaerobic digester) - Bakteri E coli = 4.260 MPN/100 ml (dari kolam fakultatif) Kriteria desain digunakan

- Panjang kolam = 8 m - Lebar kolam = 3 m

Supporting layer 20 – 30 mm (contoh: susunan bata tanpa semen )

Lapisan I Pasir, ketinggian 75 – 150 mm Ukuran ø = 0.3 – 1.2 mm

Lapisan II Pecahan batu, ketinggian 100 – 150 mm Ukuran ø = 9.5 – 25 mm

Lapisan III Pecahan batu, ketinggian 200 – 300 mm Ukuran ø = 25 – 76 mm

Lapisan IV Batu kali, Ukuran ø = 76 mm

DRAFT

128

Perhitungan desain Tahap A: Menghitung luas lahan dibutuhkan - Dirancang kedalaman SDB:

ketinggian lumpur = 0,3 m ketinggian media pasir = 0,10 m ketinggian media kerikil (diameter 100-150 mm) = 0,15 m ketinggian media kerikil (diameter 200-300 mm) = 0,25 m


= debit influen

kedalaman kolam

= 5 m3/hari

0,25 m = 20 m2/hari

- Rasio P:L adalah 3:1, maka (3L)(L) = 20 m2 3L2 = 20 m2 L = 2,58 ≈ 3 m P = 3L = 9 m A’ = 27 m2/hari

- Dirancang waktu pengeringan selama 7 hari, maka kebutuhan luas permukaan:

= 27 m2/hari x 14 hari = 378 m2

Tahap B: Mengestimasi volume lumpur tertahan dan filtrat. 1. Volume lumpur tertahan pada SDB

- Beban TSS yang diterima SDB = debit influen x konsentrasi TSS = 5 m3/hari x 60.800 g/m3 = 304.000 g/hari = 304 kg/hari

- Beban TSS tertahan pada tiap SDB = efisiensi penyisihan TSS x beban TSS influen = 0,95 x 304 kg/hari = 289 kg/hari

- Volume lumpur tertahan pada SDB



= 289 kg/hari

40% x 1.060 kg/m3 = 0,7 m3/hari

- Konsentrasi TSS dalam lumpur tertahan

= beban TSS lumpur

debit lumpur

= 289 kg/hari x 1.000 g/kg

0,7 m3/hari = 412.900 g/m3 = 412.900 mg/l

DRAFT

129

2. Volume filtrat dari SDB - Beban TSS dalam filtrat dari tiap SDB

= beban TSS influen - beban TSS tertahan = 304 kg/hari - 289 kg/hari = 15 kg/hari

- Debit filtrat dari tiap SDB = debit influen - debit lumpur = 5 m3/hari - 0,7 m3/hari = 4,3 m3/hari

- Konsentrasi TSS dalam filtrat SDB

= beban TSS filtrat

debit filtrat


4,3 m3/hari = 3.490 g/m3 = 3.490 mg/l



2. COD - Estimasi efisiensi penyisihan = 78% - COD efluen = (1-0,78) x 1.353 mg/l = 298 mg/l

3. TSS

- Estimasi TSS filtrat = 3.490 mg/l - Estimasi efisiensi penyisihan

= TSS influen - TSS filtrat

TSS influen x 100%

= 60.800 mg/l - 3.490 mg/l

60.800 mg/l x 100% = 94%

Berdasarkan estimasi di atas, konsentrasi parameter polutan yang terkandung dalam filtrat hasil pengeringan pada unit SDB masih tergolong tinggi sehingga filtrat tersebut diharuskan untuk diolah kembali pada unit stabiliasi cairan.

DRAFT

130

5.2 Belt Filter Press

Gambar 46. Unit Belt Filter Press di IPLT Suwung, Kota Denpasar

Fungsi : Menyisihkan air dari lumpur dengan menekan lumpur tersebut pada sepasang lembaran plastik elastis berpori (filter belt) sehingga lumpur memadat dan membentuk padatan “cake”.

Kelebihan : - Kebutuhan operator rendah; - Pegoperasian dan perawatan alat relatif sederhana; - Kebisingan yang ditimbulkan lebih rendah dibanding

dengan alat sentrifugal. Kekurangan : - Bau dapat menjadi masalah, namun dapat diatasi

dengan mengontrol sistem ventilasi dan penggunaan bahan kimia (contoh: KMnO4 untuk menetralisir senyawa penyebab bau);

- Dibutuhkan pemantauan operator terhadap karakteristik influen yang masuk, khususnya konsentrasi padatan;

- Konsentrasi minyak dan lemak yang tinggi dapat menyebabkan belt tidak berfungsi secara optimal dan kandungan padatan dalam cake rendah; dan

- Pencucian belt membutuhkan air dalam jumlah yang banyak.

Desain : Belt filter press tersedia dalam berbagai ukuran lebar belt dengan rentang ukuran belt dari 0,5 m sampai 3,5 m. Pada umumnya, pengolahan air limbah domestik menggunakan belt berukuran lebar 2,0 m. Laju beban lumpur yang diterima berkisar antara 90 dan 680 kg/m.jam, nilai tersebut bergantung pada jenis lumpur dan konsentrasi feed yang digunakan. Dalam mendesain BFP, perlu

DRAFT

131

diperhatikan ventilasi yang cukup untuk mengeluarkan gas H2S dan gas-gas lainnya.

Gambar 47. Skema Belt Filter Press

Pengoperasian Belt Filter Press dibagi menjadi 2 tahap, yaitu: 1. Tahap penirisan (draining), dengan mengalirkan dan menyebarkan

lumpur secara merata di atas lembar elastis berpori halus. Pemisahan air dan lumpur dilakukan tanpa tekanan, hanya mengandalkan penirisan secara gravitasi.

2. Tahap penekanan (pressing); dengan menekan lumpur di antara dua belt bertekanan secara bertingkat yang diberikan oleh beberapa besi penggulung (roll). Pada saat ditekan, air dipisahkan dari lumpur semaksimal mungkin.

Kadar solid dalam lumpur setelah diolah dengan Belt Filter Presssebagai berikut: 1. lumpur sedimentasi I 28%-44%; 2. lumpur sedimentasi I dan lumpur aktif 20%-35%; 3. lumpur sedimentasi I dan trickling filter20%-40%; 4. lumpur dari digester (anaerob) 26%-36%; dan 5. lumpur dari digester dan lumpur aktif 12%-18%.

a. Kriteria Desain Pelaksanaan perencanaan Belt Filter Press dilaksanakan berdasarkan kriteria desain yang tertera pada tabel berikut.

Tabel 32. Kriteria Desain Belt Filter Press Parameter Satuan Nilai

Lebar sabuk m 0,5-3,5 (2,0) Beban lumpur kg/m.jam 90-680 Beban hidraulik l/m.detik 1,6-6,3


DRAFT

132

b. Contoh Desain Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 300.000 jiwa - Debit influen rerata, Qavg = 150 m3 - Debit puncak, Qpeak = 180 m3 - BOD5 = 750 mg/l (dari Anaerobic Digester) - COD = ... mg/l - TSS = 8.373 mg/l (dari Anaerobic Digester) - Konsentrasi solid = 5% - Specific gravity lumpur = 1,03 Kriteria desain digunakan - Lebar sabuk = 1,2 m - Beban lumpur = 200 kg/m.jam Perhitungan desain Tahap A: Menentukan ukuran Belt Filter Press 1. Total solid yang diproses per jam pada saat pengoperasian filter

- Beban solid = konsentrasi TSS influen x debit influen = 8,37 kg/m3 x 150 m3/hari = 1.256 kg/hari

- Solid dalam lumpur

= beban solid

waktu operasi IPLT (hari)

= 1.256 kg/hari x 7 hari/minggu

5 hari/minggu (waktu operasi) = 1.759 kg/hari

- Beban polimer untuk memproses solid = solid dalam lumpur x kadar polimer x persentase polimer dalam lumpur = 1.759 kg/hari x 0,005 kg/kg x 80% = 8 kg/hari

- Total solid = beban solid lumpur + beban solid polimer = 1.759 kg/hari + 8 kg/hari = 1.767 kg/hari

- Total solid diolah per jam

= total solid

waktu operasional IPLT

= 1.767 kg/hari

8 jam/hari= 220 kg/jam

2. Dimensi belt filter press

- Lebar efektif belt

= total solid diolah per jam

beban lumpur

= 220 kg/jam

200 kg/m.jam= 1,1 m

- Total belt dibutuhkan Lebar belt yang tersedia di pasaran = 1,2 m, maka

DRAFT

133

Jumlah belt yang perlu disediakan

= lebar efektif belt

lebar belt yang tersedia

= 1,1 m

1,2 m = 0,9 ≈ 1 buah belt

- Total belt yang disediakan Disediakan satu belt sebagai cadangan, maka

= jumlah belt dibutuhkan + belt cadangan = 1 + 1 = 2 buah belt (lebar total = 2,4 m)

3. Cek beban pengolahan dalam kondisi pengoperasian yang berbeda

- Beban solid

= total solid diolah per jam

jumlah belt x lebar belt

= 220 kg/jam

1 x 1,2 m = 184 kg/m.jam

- Debit puncak lumpur mengoperasikan 2 belt = beban solid x lebar tiap belt x jumlah belt = 184 kg/m.jam x 1,2 m x 2 filter = 442 kg/jam

- Faktor puncak

= 220 kg/jam

442 kg/jam = 2,01

- Peningkatan pelayanan

= (442-220) kg/jam

442 kg/jam x 100% = 50%

Sehingga dapat dinyatakan bahwa unit belt filter press yang direncanakan dapat melayani lumpur dengan debit 50% lebih besar dari kapasitas perencanaan.

Apabila jumlah lumpur yang ditangani lebih besar dari 150% kapasitas pengolahan maka waktu pengoperasian perlu ditingkatkan lebih lama dari 8 jam per hari. Unit penyimpanan lumpur perlu didesain menyimpan lumpur dengan kapasitas 2-3 hari karena waktu pengoperasian belt filter hanya 5 hari.

→ Periksa beban hidraulik berdasarkan lebar belt

= Qavg per hari

waktu operasional IPLT per hari x lebar belt

= 150 m3/hari x 7 hari/minggu

5 hari/minggux

1

8 jam/harix

1000 l/m3

(60 x 60)detikjam

x1

1,2 m

= 6,1 L/m lebar belt.detik (OK, rentang: 2-8 L/m lebar belt.detik)

DRAFT

134



2. COD


3. TSS

i. Volume air untuk pencucian belt dan TSS dalam air pencucian - Volume air pencucian

= air untuk pencucian x beban solid = 35 L/kg x 1.216 kg/hari = 42.560 L/hari = 43 m3/hari

- TSS dalam air pencucian Air yang digunakan untuk pencucian berasal dari efluen pengolahan dengan konsentrasi TSS 30 mg/l, maka

= 30 g/m3 x 43 m3/hari = 1.290 g/hari = 1,3 kg/hari

ii. TSS pada cake lumpur dan volume cake lumpur - TSS yang disisihkan

= beban solid x asumsi efisiensi penyisihan = 1.216 kg/hari x 95% = 1.155 kg/hari

- Polimer organik yang disisihkan = beban solid x kadar polimer x persentase polimer dalam lumpur = 1.216 kg/hari x 0,005 kg/kg x 80% = 5 kg/hari

- Total TSS dalam cake filter = TSS disisihkan + polimer disisihkan = 1.155 kg/hari + 5 kg/hari = 1.160 kg/hari

- Volume cake

= 1.160 kg/hari

0,25 x 1.030 kg/m3 = 4,5 m3/hari

iii. TSS pada filtrat dan debit filtrat

- TSS pada filtrat = TSS dalam lumpur + TSS dalam air pencucian + polimer tersisa dalam filtrat - TSS dalam cake lumpur = 1.256 kg/hari + 1,4 kg/hari + [1.256 kg/hari x 0,005 kg/kg x (1-0,8)] – 1.200 kg/hari = 59 kg/hari

- Volume filtrat

DRAFT

135

= volume digested sludge + volume air pencucian + volume polimer - volume cake lumpur = 150 m3/hari + 44 m3/hari + (bernilai kecil) – 4,3 m3/hari = 189,3 m3/hari

iv. Efisiensi TSS - Total solid yang melewati filter

= beban solid + polimer disisihkan = 1.256 kg/hari + 6 kg/hari = 1.262 kg/hari

- Total solid dalam filtrat = TSS dalam filtrat - TSS dalam air pencucian = 59 kg/hari - 1,4 kg/hari = 57,6 kg/hari


= total solid melewati filter - total solid dalam filtrat

total solid melewati filter

= (1.262 - 57,6) kg/hari

1.262 kg/hari x 100% = 95%

DRAFT

136

5.3 Vacuum Filter Press

Gambar 48. Unit Vacuum Filter Press

Sumber: www. flsmidth.com

Fungsi : Menurunkan kadar air dalam lumpur yang telah maupun belum melalui proses digestion.

Kelebihan : - Kapasitasnya besar sehingga bisa menerima influen dalam jumlah yang banyak;

- Ketebalan cake dapat diatur berdasarkan kecepatan putar; dan

- Biaya perawatan yang rendah. Kekurangan : - Biaya awal untuk filter dan peralatan vakum tinggi; dan

- Tidak dapat beroperasi dengan baik apabila kondisi influen yang diterima berubah.

Desain : Sistem vacuum filter press terdiri dari pompa vakum, drum silinder dengan media filter berupa kain atau anyaman kawat, penampung filter, dan pompa umpan lumpur. Luas permukaan media yang dibutuhkan 5-60 m2.

Vacuum Filter Press atau filter vakum banyak digunakan untuk menurunkan kadar air (dewatering) dalam lumpur yang telah maupun belum melalui proses digestion. Filter vakum pada dasarnya terdiri dari drum silinder horizontal yang dilapisi media filter (kain atau anyaman kawat) dan berputar secara perlahan melewati bak lumpur (Gumerman & Burris, 1982). Komponen pendukung lain untuk unit filter vakum, diantaranya pompa vakum, penampung dan pompa filtrat, dan pompa lumpur. Drum filter dibagi menjadi tiga zona terpisah yang dihubungkan dengan katup berputar menggunakan pipa. Ketiga zona tersebut adalah zona pembentukkan cake, zona pengeringan cake, dan zona pembuangan cake.

DRAFT

137

Gambar 49. Skema Vacuum Filter Sumber: PermenPUPR No. 04/PRT/M/2017

Proses dewatering menggunakan filter vakum dimulai dari fase pembentukkan cake, di mana 25% sisi drum tercelup dalam bak lumpur (Gumerman & Burris, 1982). Pada zona tersebut, sebuah pompa vakum yang ditempatkan di dalam drum menyedot filtrat melalui media. Pada waktu yang bersamaan, padatan lumpur akan mengendap di atas media dan membentuk cake dengan kondisi sebagian kering. Selanjutnya, fase pengeringan cake dimulai ketika bagian drum yang tercelup meninggalkan bak lumpur. Zona pengeringan cake mewakili 40-60% permukaan drum dan fase ini berakhir pada titik di mana pengvakuman selesai dilakukan. Pada titik itu pula drum memasuki fase pembuangan cake dari media menggunakan pisau pengeruk. Setelah cake dibuang, media dicuci untuk menghindari penyumbatan dan kembali memasuki zona pembentukkan cake. Satu kali putaran drum melewati ketiga zona disebut satu waktu siklus.

Proses vakum filter kerap menggunakan bahan kimia untuk membantu proses pengkondisian lumpur. Berikut merupakan tabel jenis bahan kimia yang biasa digunakan beserta rentang dosisnya.

Tabel 33. Jenis dan Dosis Bahan Kimia untuk Pengkondisian Lumpur dalam Vacuum Filter

Jenis Lumpur Dosis (g/kg)

Kapur (Lime) FeCl3 Polimer Raw Sludge 80-100 20-40 2-5 Digested Sludge 90-160 30-60 -

Sumber: US EPA, 1986

DRAFT

138

a. Kriteria Desain Unit vacuum filter press dirancang berdasarkan kriteria desain berikut ini:

Tabel 34. Kriteria Desain Vacuum Filter Parameter Satuan Nilai

Luas area media vakum

m2 5-60

Kebutuhan pompa udara (umumnya)

m3/menit.m2

pada 69 KN/m2

0,5

Sumber: Qasim, 1999

b. Contoh Desain Karakteristik influen - Penduduk dilayani = 300.000 jiwa - Debit influen rerata, Qavg = 150 m3/hari - Debit puncak, Qpeak = 180 m3 - BOD5 = 750 mg/l (dari Anaerobic Digester) - COD = 1,353 mg/l - TSS = 60,800 mg/l (dari Anaerobic Digester) - Specific gravity lumpur = 1,03 Kriteria desain digunkan - Tekanan vakum, ∆p = 67 kPa = 67 x 103 N/m2 - Waktu satu siklus perputran drum, θ = 7 menit = 420 detik - Waktu pembentukan cake = 2,8 menit = 168 detik - Waktu beroperasi = 8 jam/hari - Air untuk pencucian = 35 L/kg - Efisiensi penyisihan TSS = 70% - FeCl3 (sebagai kondisioner) = 30 g/kg, 75% terbawa dalam

lumpur Perhitungan desain Tahap A: 1. Resistensi spesifik lumpur

Resistensi spesifik lumpur tinja dapat diketahui melalui pengujian laboratorium “Uji Resistensi Spesifik” terhadap lumpur tinja. Berdasarkan pengujian tersebut, didapatkan nilai resistensi R sebesar 3,92 x 1010.

i. Persentase solid dalam lumpur terkondisikan, Cs - Berat basah lumpur = 124,39 g - Berat kering lumpur = 11,85 g

Maka, nilai CS:

= berat kering lumpur

berat basah lumpur x 100%

= 11,85 g

124,39 g x 100% = 9,53%

DRAFT

139

ii. Persentase solid dalam cake tersaring, Cf - Berat cake = 80,76 g - Berat sampel = 100 g

Maka, nilai Cf:

= berat cake

berat sampel x 100%

= 80,76 g

100 g x 100% =80,76%

iii. Slope Dalam waktu 30 detik, tersaring filtrat lumpur sebanyak 27 ml

Slope = waktu/volume

volume

= 30 detik/27 ml

27 ml= 0,04

iv. Resistensi spesifik lumpur, R

= slope x 61.628.672

1100 - Cs

Cs-

100 - CfCf

= 0,04 x 61.628.672

1100 - 9,53

9,53 - 100 - 80,76

80,76

= 2,35 x 107 detik2/g = 2,35 x 1010 detik2/kg

2. Berat kering lumpur per volume filtrat, w

w = γ atau ρ

[(1-x)/x)] - [(1- xc)/xc)]

di mana: w = berat kering lumpur per satuan volume filtrat, kg/m3 γ = berat spesifik air x = kandungan berat kering dalam lumpur yang tidak tersaring (sebagai fraksi) xc = kandungan berat kering dalam cake (sebagai fraksi) ρ = densitas air, kg/m3

Berat kering lumpur dapat diketahui melalui pengujian laboratorium terhadap lumpur tinja. - Kandungan berat kering dalam lumpur yang tidak tersaring, x

= 3,3% - Kandungan berat kering dalam cake, xc

= 35%

Maka,

= 1.000 kg/m3

[(1-0,033)/0,033)] - [(1- 0,35)/0,35)] = 36,44 kg/m3

DRAFT

140

3. Beban solid influen = konsentrasi TSS influen x debit influen = 8,37 kg/m3 x 150 m3/hari = 1.256 kg/hari

Tahap B: Menghitung kinerja filtrasi lumpur kering 1. Nilai viskositas air, μ

Untuk kondisi suhu 26oC, μ = 0,8746 centipoise *) 1 centipoise = 10-2 g/cm.detik. Untuk menyatakan nilai viskositas absolut sebagai N.detik/m2, centipoise dikalikan 10-3. Maka, μ = 8,746 x 10-4

2. Rasio waktu pembentukan cake terhadap waktu siklus, α

= 300 detik

120 detik= 0,40

3. Kinerja filtrasi lumpur kering

Y= 2∆pwαμRθg

1/2

di mana: Y = filter yield (kinerja filtrasi lumpur kering), kg/jam-m2 ∆p = perbedaan tekanan vakum, N/m2 ɑ = rasio waktu pembentukkan cake terhadap waktu siklus μ = viksositas absolut filtrat, N.detik/m2 θ = waktu satu siklus perputaran drum, detik g = percepatan gravitasi (9,81 m/detik2) maka,

= 2 x 67.000 N/m2 x 36,44 kg/m3 x 0,40

8,746 x 10-4 N.detik/m3 x 2,35 x 1010 detik/kg x 300 detik x 9,81 m/detik

1/2

= 0,0057 kg/detik.m2 = 20,47 kg/jam.m2

→ Periksa kesesuaian filter yield dengan kriteria desain Y = 20,47 kg/jam.m2 m2 (OK, rentang: 15-35 kg/jam.m2)

Tahap C: Menghitung dimensi vacuum filter 1. Massa padatan diolah per jam

- Solid dalam lumpur

= beban solid

waktu operasi IPLT (hari)

= 1.256 kg/hari x 7 hari/minggu

5 hari/minggu (waktu operasi) = 1.759 kg/hari

- Solid dari FeCl3 dalam lumpur diolah = solid dalam lumpur x kadar FeCl3 x persentase FeCl3 dalam lumpur = 1.759 kg/hari x 0,03 kg/kg x 75% = 40 kg/hari

- Total solid = solid dalam lumpur + solid dari FeCl3 (kondisioner) = 1.759 kg/hari + 40 kg/hari = 1.799 kg/hari

- Total solid diolah per jam

DRAFT

141

= total solid

waktu operasi IPLT per hari (jam)

= 1.799 kg/hari

8 jam/hari = 225 kg/jam

2. Kebutuhan luas area

= total padatan diolah per jam

kinerja vacuum filter

= 225 kg/jam

20,47 kg/jam.m2 = 11 m2

→ Periksa kesesuaian luas vacuum filter direkomendasikan. A = 11 m2 (OK, rentang: 5-60 m2)

3. Dimensi vacuum filter Dengan diameter 1,5 m, maka panjang vacuum filter

P = 11

π x 1,5 m= 2,4 m ≈ 2,5 m

Luas area filter setelah koreksi = π x 1,5 m x 2,5 m = 11,3 m2

4. Dimensi bak lumpur - Lebar = 1,5 m + (2 x 0,2 m) = 1,9 m

(sisi kiri-kanan diberi jarak 0,2 m dari diameter)

- Panjang = 2,5 m + (2 x 0,2 m) = 2,9 m (sisi depan-belakang diberi jarak 0,2 m dari panjang)

- Kedalaman = (0,5 x 1,5 m) + 0,2 m = 1 m (diberi jarak 0,2 m dari setengah diameter)



2. COD


3. TSS

i. Volume air untuk pencucian belt dan TSS dalam air pencucian - Volume air pencucian

= air untuk pencucian x beban solid = 35 L/kg x 1.256 kg/hari = 43.960 L/hari = 44 m3/hari

- TSS dalam air pencucian Air yang digunakan untuk pencucian berasal dari efluen pengolahan dengan konsentrasi TSS sebesar 30 mg/l, maka

DRAFT

142

= 30 g/m3 x 44 m3/hari = 1.320 g/hari = 1,4 kg/hari

ii. TSS pada cake lumpur dan volume cake lumpur - TSS yang disisihkan

= beban solid x asumsi efisiensi penyisihan = 1.256 kg/hari x 70% = 880 kg/hari

- FeCl3 disisihkan = beban solid x kadar FeCl3 x persentase FeCl3 dalam lumpur = 1.256 kg/hari x 0,03 kg/kg x 75% = 28 kg/hari

- Total TSS dalam cake filter = TSS disisihkan + FeCl3 disisihkan = 880 kg/hari + 28 kg/hari = 908 kg/hari

- Volume cake

= 908 kg/hari

0,25 x 1.030 kg/m3 = 3,5 m3/hari

iii. TSS dalam filtrat dan debit filtrat

- TSS dalam filtrat = TSS dalam lumpur + TSS dalam air pencucian + FeCl3 tersisa dalam filtrat - TSS dalam cake filter

= 1.256 kg/hari + 1,4 kg/hari + [1.256 kg/hari x 0,03 kg/kg x (1-0,75)] - 908 kg/hari = 359 kg/hari

- Volume filtrat = volume digested sludge + volume air pencucian + volume FeCl3 - volume cake lumpur = 150 m3/hari + 44 m3/hari + (bernilai kecil) - 3,5 m3/hari = 190,5 m3/hari

iv. Efisiensi TSS - Total solid yang melewati filter

= beban solid + FeCl3 disisihkan = 1.256 kg/hari + 28 kg/hari = 1.284 kg/hari

- Total solid dalam filtrat = TSS dalam filtrat - TSS dalam air pencucian = 359 kg/hari - 1,4 kg/hari = 357,6 kg/hari


= total solid melewati filter-total solid dalam filtrat

total solid melewati filter

= (1.284 - 357,6) kg/hari

1.284 kg/hari x 100% = 72%

DRAFT

143

BAB VI Contoh Rangkaian Pengolahan Lumpur Tinja

6.1 Desain Debit Kecil (10 m3/hari) IPLT A dengan kriteria sebagai berikut:

Penduduk dilayani = 20.000 jiwa Debit influen rerata = 10 m3/hari Debit puncak = 15 m3/hari BOD = 2.480 mg/l COD = 7.620 mg/l TSS = 16.230 mg/l TVS = 0,71TSS Ammonia = 135 mg/l Minyak dan lemak = 1.080 mg/l Telur cacing Helminth = 500 per liter Bakteri koliform = 2.100.000 MPN/100 ml Suhu = 24oC

6.1.1 Detail Perhitungan Unit Pengolahan

a. Manual Bar Screen Pada perhitungan unit penyaringan, debit desain yang digunakan berdasarkan total kapasitas truk tinja dan waktu pembuangan yang dibutuhkan untuk satu kali pembuangan. Dalam perhitungan desain unit penyaring ini, setiap satu kali pembuangan hanya dapat menerima satu truk tinja berkapasitas maksimum 4 m3 dan waktu pembuangan yang dibutuhkan selama 5 menit (= 300 detik). Dengan demikian, debit desain yang digunakan pada perhitungan ini sebesar 4 m3/300 detik = 0,013 m3/detik. Kriteria desain manual bar screen dapat dilihat pada Tabel 1. Kriteria desain digunakan - Lebar batang = 0,01 m - Tebal batang = 0,03 m - Jarak bukaan = 0,03 m - Faktor tipe batang, β = 2,42 (digunakan batang persegi panjang) - Koef. kekasaran Manning, n = 0,015 (material saluran: beton) - Kemiringan = 60o - Kecepatan aliran = 0,3 m/detik

DRAFT

144

Perhitungan desain Tahap A: Menghitung dimensi saringan - Luas bukaan (A) saringan

= debit puncak


= 0,013 m3/detik

0,3 m/detik = 0,05 m2






- Dirancang tinggi saluran = 0,8 m dan kemiringan saringan = 60o maka,

tinggi saringan = 0,8 m/sin 60o = 0,8 m/0,866 = 0,93 ≈ 1 m

Tahap B: Menghitung kecepatan aliran melalui saringan - Kecepatan aliran setelah melalui saringan

v2 = 1n

R2/3 S1/2

di mana: v2 = Kecepatan saluran aliran penuh, m/detik n = koefisien kekasaran yang digunakan dalam persamaan Manning R = Rerata radius hidraulik = A/P, m A = Luas penampang basah, m2

P = Panjang penampang basah, m S = Kemiringan energi, m/m maka,

A = lebar saluran x tinggi air A = 0,7 m x 0,1 m = 0,07 m2


DRAFT

145

R = A

P =

0,07 m2

0,9 m = 0,08 m

S = (Qd n)2

A2 R4/3

S = (0,013 m3/detik x 0,015)

2

(0,07 m2)2 (0,08 m)4/3

= 2,46 x 10-4 m/m

v2 = 1

0,015 (0,08 m) 2/3 (2,46 x 10-4 m/m)

1/2 = 0,19 m/detik


hL= β wb

43

hv sinθ

di mana: hL = headloss, m β = faktor tipe batang w = lebar batang, m b = lebar bukaan hv = velocity head aliran melalui bukaan (v12/2g), m θ = sudut kemiringan batang terhadap horizontal maka,

hL= 2,42 16 x 0,01 m

17 x 0,03 m

43 (0,3 m/s)2

2 x 9,81 m/s2 sin (60)

hL= 0,0068 m = 6,8 mm


Karena saringan terhambat 45%, maka luas bukaan yang berfungsi hanya 55%.

V’ = 1/0,55 x 0,3 m/detik = 0,55 m/detik

maka,

hL= V'2- v2

2g

10,7


maka,

hL= (0,55 m/detik)2- (0,19 m/detik)2

2 x 9,81 m/detik2 x 1

0,7

hL= 0,0194 m = 19,4 mm

DRAFT

146

Tahap D: Menentukan dimensi bak penerima - Untuk menghindari terjadinya head loss yang berlebih dan lumpur tinja

yang memuncrat, bak penerima harus didesain memiliki sistem transisi yang lancar.



= kapasitas bak penerima dibutuhkan/ketinggian bak = 4 m3/1 m = 4 m2

- Permukaan bak penerima dirancang berbentuk trapesium (seperti pada Gambar 1) dengan panjang dua sisi sejajar = 0,7 m (mengikuti lebar saluran) dan 2 m, maka lebar bak penerima:

= 4 𝑚

12 (0,7 m + 3 m)

= 2 m


b. Grease Trap Pada perhitungan unit grease trap, debit desain yang digunakan mengikuti debit puncak dalam desain manual bar screen = 0,013 m3/detik.

Kriteria desain digunakan - Waktu detensi, Td = 10 menit = 600 detik - Kecepatan aliran, v = 5 m/jam = 0,0014 m/detik

Perhitungan desain 1. Volume grease trap dibutuhkan

= debit influen x waktu detensi = 0,013 m3/detik x 600 detik = 7,8 m3


= debit influen

kecepatan aliran

= 0,013 m3/detik

0,0014 m/detik = 9,36 m2

3. Rasio P:L adalah 3:1, maka (3L)(L) = 9,36 m2 3L2 = 9,36 m2 L = 1,77 ≈ 2 m P = 3L = 6 m

DRAFT

147

Panjang kompartemen I = 2/3P = 4 m Panjang kompartemen II = 1/3P = 2 m

A’ = 6 m x 2 m = 12 m2


v = debit influen

luas permukaan

v = 0,013 m3/detik

12 m2 = 0,001 m/detik = 3,9 m/jam (OK, 2-6 m/jam)

4. Kedalaman tangki - Kedalaman aktif

= volume tangki

luas tangki

= 7,8 m3

12 m2 = 0,7 m

- Kedalaman total = kedalaman aktif + tinggi zona pengendapan + tinggi scum + freeboard = 0,7 m + 0,3 m + 0,3 m + 0,5 m = 1,8 m

Efisiensi unit pengolahan Diestimasikan unit tangki grease trap yang dirancang ini mampu menangkap lemak sebanyak 80%. - Konsentrasi minyak dan lemak pada efluen

= (1-0,8) x 1.080 mg/l = 216 mg/l

c. Gravity Thickener

Karakteristik Efluen dari Unit Grease Trap

Parameter Satuan Nilai Debit influen m3/hari 10 BOD mg/l 2.480 COD mg/l 7.620 TSS mg/l 16.230 NH4 mg/l 135 Minyak dan lemak mg/l 216 Telur cacing Helminth /liter 500 Bakteri Koliform MPN/100 ml 2,1 x 106

Kriteria desain gravity thickener dapat dilihat pada Error! Reference source not found.. Kriteria desain digunakan - Laju beban solid = 50 kg/m2.hari (asumsi) - Specific gravity lumpur = 1,03

DRAFT

148

Perhitungan desain Tahap A: Menghitung luas permukaan dibutuhkan berdasarkan beban

solid 1. Luas area dihitung berdasarkan beban solid

- Beban TSS influen = konsentrasi TSS x Q

= 16.230 g/m3 x 10 m3/hari

1000 g/kg = 162 kg/hari


= beban TSS influen

laju beban solid

= 162 kg/hari

50 kg/m2.hari= 3,25 m2

2. Dimensi thickener dengan kedalaman 2 m

- Diameter, D

= 4

π x 3,25 m2 = 2,2 m

- Dasar thickener dirancang memiliki kemiringan 2:12, maka kedalaman kerucut = 0,2 m dan kedalaman silinder = 1,8 m.

- Volume aktif = volume silinder + volume kerucut

= π

4 (2,2 m)2 x 1,8 m +

1

3(π

4) (2,2 m)2 x 0,21 m

= 6,9 m3 + 1,3 m3 = 8,2 m3

→ Periksa kesesuaian waktu retensi hidraulik hasil perhitungan dengan kriteria desain.

= volume aktif thickener

Q

= 8,2 m3

10 m3/hari= 0,82 hari = 19,7 jam (OK, <24 jam)

- Total luas lahan dibutuhkan

= π

4x (2,2 m)2 = 3,8 m2

Tahap B: Menghitung beban hidraulik dan total konsentrasi solid - Beban hidraulik

= Q

luas permukaan

= 10 m3/hari

3,47 m2 = 2,89 m /m2.hari

DRAFT

149

- Total konsentrasi TSS influen

= beban TSS influen

densitas lumpur x total debit x 100%

= 162 kg/hari

1.030 kg/m3 x 10 m3/hari x 100% = 1,6%

Tahap C: Menghitung volume lumpur terpekatkan dalam thickener dan

debit supernatan dari thickener. 1. Volume lumpur terpekatkan

- Beban TSS dalam lumpur efluen Lumpur efluen mengandung beban TSS yang nilainya sama dengan efisiensi penyisihan TSS dikali beban TSS dalam lumpur influen. Untuk pengolahan primer menggunakan gravity thickener, umumnya efisiensi penyisihan TSS yang tercapai berada dalam rentang 85-92%. Pada contoh ini, diestimasikan kemampuan gravity thickener dalam menyisihkan TSS sebesar 85%, maka: Beban TSS dalam lumpur efluen

= efisiensi penyisihan TSS x beban solid influen = 0,85 x 162 kg/hari = 138 kg/hari

- Volume lumpur terpekatkan Lumpur yang telah dipekatkan dalam unit gravity thickener memiliki karakteristik konsentrasi solid kering 4-8% dan densitas lumpur 1.020-1.030 kg/m3. Berdasarkan rentang nilai tersebut, diestimasi lumpur terpekatkan memiliki konsentrasi TSS = 6% dan densitas = 1.030 kg/m3, maka volume lumpur terpekatkan: Volume lumpur terpekatkan

= beban TSS efluen


= 138 kg/hari

5% x 1.030 kg/m3 = 2,7 m3/hari

- Konsentrasi TSS dalam lumpur terpekatkan


debit supernatan

= 138 kg/hari x 1.000 g/kg

2,7 m3/hari = 51.100 g/m3 = 51.100 mg/l

2. Debit supernatan

- Beban TSS dalam supernatan dari thickener = beban TSS influen - beban TSS lumpur efluen = 162 kg/hari - 138 kg/hari = 24 kg/hari

- Debit supernatan dari thickener = debit influen - debit lumpur efluen

DRAFT

150

= 10 m3/hari - 2,7 m3/hari = 7,3 m3/hari

- Konsentrasi TSS dalam supernatan dari thickener


debit supernatan


7,3 m3/hari = 3.288 g/m3 = 3.288 mg/l



2. COD


3. TSS

- Estimasi TSS efluen = 3.288 mg/l

- Efisiensi penyisihan


TSS influen

= 16.230 mg/l - 3.288 mg/l

16.230 mg/l x 100% = 80%

4. Minyak dan lemak

- Estimasi efisiensi penyisihan = 65% - Minyal dan lemak = (1-0,65) x 216 mg/l = 76 mg/l

5. Ammonia

- Estimasi efisiensi penyisihan = 0% - Ammonia efluen = (1-0) x 135 mg/l = 135 mg/l

6. Telur cacing Helminth

- Estimasi efisiensi penyisihan = 0% - Telur cacing Helminth = (1-0) x 500/liter = 500/liter

7. Total koliform

- Estimasi efisiensi penyisihan = 0% - Total koliform efluen = (1-0) x 2.100.000 MPN/100 ml

= 2.100.000 MPN/100 ml

DRAFT

151

d. Small Anaerobic Digester Pada sistem pengolahan ini, anaerobic digester menerima influen dari supernatan gravity thickener.

Karakteristik Influen ke Small Anaerobic Digester

Parameter Satuan Nilai Debit influen m3/hari 7,3 BOD mg/l 887 COD mg/l 2.515 TSS mg/l 3.288 Minyak dan lemak mg/l 54 NH4 mg/l 75 Telur cacing Helminth /liter 275 Bakteri Koliform MPN/100 ml 1.155.000

Anaerobic digester yang direncanakan yaitu jenis standard-rate berbentuk silinder dengan bagian dasar berbentuk kerucut. - Waktu retensi padatan = 35 hari - Kemiringan kerucut = 4:1 - Kedalaman zona akumulasi grit = 0,5 m - Kedalaman zona scum = 0,2 m - Freeboard untuk pembersihan = 0,3 m Perhitungan desain Tahap A: Menentukan kapasitas digester - Volume digester dibutuhkan

= debit influen rerata x waktu retensi padatan = 7,3 m3/hari x 35 hari = 256 m3


Dirancang kebutuhan kapasitas digester dibagi ke dalam 2 (dua) tangki dan dirancang kedalaman tangki = 3 m. - Debit influen tiap digester

= 7,3 m3

2 tangki = 3,7 m3/tangki


= volume tangki

jumlah tangki

= 256 m3




kedalaman tangki

DRAFT

152

= 128 m3

3 m = 42,7 m2


=4

πx 42,7 m2 = 7,4 m

Diameter tutupan digester dibuat 1 m lebih panjang dari badan tangki, maka diameter tiap tangki digester = 6,4 m.


Diameter tiap digester = 6,4 m (OK, rentang: 6-40 m)


= 128 m3

π4 x (6,4 m)2

= 4 m


- Total luas lahan dibutuhkan

= 2 x π

4x (6,4 m)2 = 64,4 m2

2. Efisiensi volume digester - Volume aktif tiap digester

= volume silinder + volume kerucut - zona akumulasi grit

=π

4(6,4 m)2 x 3,2 m +

1

3(π

4)(6,4) m)2 x 0,8 m -

1

3(π

4) (4 m)2 x 0,5 m

= 102,9 m3 + 8,6 m3 - 2,1 m3 = 109,4 m3

- Volume aktif dua digester = 2 x volume aktif digester = 2 x 109,4 m3 = 218,8 m3

- Volume inaktif dua digester = 2 (volume akumulasi scum dan pembersihan + volume akumulasi grit)

= 2π

4 (6,4 m)2 x (0,2 + 0,3) m + 2,1 m3

= 2 x (16,1 m3 + 2,1 m3) = 36,4 m3

- Total volume aktif dan inaktif = 218,8 m3 + 36,4 m3 = 255,2 m3


= volume aktif

total volume

DRAFT

153

= 218,8 m3

255,2 m3 = 0,858

→ Periksa efisiensi volume tangki melalui rasio volume aktif terhadap volume total. Digester sudah memiliki desain volume yang efisien apabila nilai rasio tersebut lebih dari 0,85.

Rasio = 0,858 (OK, >0,85)

→ Periksa kesesuaian waktu digestion padatan pada debit rerata terhadap kriteria desain.


Qavg

= 218,8 m3

7,3 m3/hari = 30 hari (OK, rentang: 30-60 hari)

Tahap C: Mengestimasi destruksi volatile solid, serta debit lumpur tercerna

(digested sludge) dan supernatan. 1. Destruksi volatile solid dalam digester

- Beban TSS tiap digester

= 3.288 g/m3 x 3,7 m3/hari

1000 g/kg = 12 kg/hari



maka, VS = 13,7 ln(30) + 18,9 = 66%

- Konsentrasi TVSinfluen = 0,71TSSinfluen = 2.335 mg/l

- Beban TVS terdestruksi tiap digester = beban TVSinfluen x persentase TVS terdestruksi = [2.335 kg/m3 x 3,7 m3/hari] x 66% = 8,6 kg/hari x 66% = 5,7 kg/hari

- Beban TVS tersisa dalam tiap digester = beban TVSinfluen - TVS setelah terdestruksi = 8,6 kg/hari - 5,7 kg/hari = 2,9 kg/hari

- Beban TSS tersisa dalam tiap digester = nonvolatile solid + TVS tersisa = [(12 - 8,6) kg/hari + 2,9 kg/hari = 6,3 kg/hari

- Total TSS tersisa dalam dua digester = 2 x 6,3 kg/hari = 12,6 kg/hari

DRAFT

154

2. Debit lumpur tercerna dari digester

Lumpur yang telah tercerna (digested) dalam pengolahan sekunder menggunakan unit anaerobic digester memiliki karakteristik kandungan solid kering 1,5-4% dan densitas lumpur 1.020-1.030 kg/m3. Berdasarkan rentang nilai tersebut, diestimasikan konsentrasi TSS dalam lumpur terpekatkan = 4% dan densitas lumpur terpekatkan = 1.030 kg/m3, maka estimasi debit lumpur dari tiap digester: Debit lumpur tercerna



= 12,6 kg/hari

4% x 1.030 kg/m3 = 0,3 m3/hari

Konsentrasi TSS dalam lumpur tercerna



= 12,6 kg/hari x 1.000 g/kg

0,3 m3/hari = 42.000 g/m3 = 42.000 mg/l


- Beban TSS dalam supernatan dari digester = beban TSSinfluen - beban TSS lumpur efluen = 24 kg/hari - 12,6 kg/hari = 11,4 kg/hari

- Debit supernatan dari digester = debit influen - debit lumpur efluen = 7,3 m3/hari - 0,3 m3/hari = 7 m3/hari



debit supernatan

= 11,4 kg/hari x 1.000 g/kg

7 m3/hari = 1.629 g/m3 = 1.629 mg/l

Tahap D: Menghitung estimasi produksi gas 1. Total massa sel diproduksi

Px= Y(So-S)1+kdθc


So = beban massa bCOD influen, kg/hari S = beban massa bCOD efluen, kg/hari

DRAFT

155

kd = koefisien endogen, /hari (untuk lumpur air limbah domestik: 0,02-0,04/hari) θc = waktu tinggal rerata biomassa, hari (sama dengan waktu digestion)

- bCODinfluen (konsentrasi COD yang dapat didegradasi secara biologis) = 1,6 BODinfluen

= 1,6 x 887 mg/l = 1419 mg/l

Beban bCODinfluen tiap tangki

= 1419 g/m3 x (3,7) m3/hari

1.000 g/kg = 5,3 kg/hari

- bCODefluen Efisiensi penyisihan konsentrasi BOD pada unit anaerobic digester berkisar 60-90%. Dalam perhitungan ini, efisiensi penyisihan BOD diasumsikan sebesar 65%, maka:


= 1,6 x [(1-0,65) x 887 mg/l))

= 1,6 x 310 mg/l = 496 mg/l

- Beban bCODefluen tiap tangki

= 496 g/m3 x (3,7) m3/hari

1.000 g/kg = 1,8 kg/hari


Px = 0,08 x (5,4 kg/hari - 1,8 kg/hari)

1 +(0,03/hari x 30 hari) = 0,15 kg/hari

2. Volume gas metan

- Volume gas tiap tangki V = 0,35 m3/kg {(So-S)-1,42(Px)}

di mana: V = volume gas, m3/hari So = beban bCOD influen, kg/hari S = beban bCOD efluen, kg/hari Px = total massa sel diproduksi, kg/hari 0,35 = faktor konversi teoritis untuk jumlah metan yang diproduksi dari konversi 1 kg bCOD 1,42 = faktor konversi untu material sel menjadi BODL maka

V = 0,35 m3/kg x {(5,4 - 1,8) kg/hari - (1,42 x 0,15 kg/hari) = 1,2 m3/hari

- Volume gas metan tiap tangki Estimasi kandungan gas metan dalam digester sebesar 67%, Maka

DRAFT

156

VCH4 = 1,2 m3/hari x 0,67 = 0,8 m3/hari



2. COD


4. TSS - Estimasi TSS efluen = 1.629 mg/l - Efisiensi penyisihan


TSS influen

= 3.288 mg/l - 1.629 mg/l

3.288 mg/l x 100% = 50%

3. Minyak dan lemak

- Estimasi efisiensi penyisihan = 60% - Minyak dan lemak efluen = (1-0,6) x 54 mg/l = 22 mg/l

4. Ammonia - Estimasi efisiensi penyisihan = 0% - Ammonia efluen = (1-0) x 75 mg/l = 75 mg/l


- Estimasi efisiensi penyisihan = 20% - Telur cacing Helminth efluen = (1-0,2) x 275/liter = 220/liter

6. Total Koliform

- Estimasi efisiensi penyisihan = 40% - Total koliform = (1-0,4) x 1.155.000 MPN/100 ml

= 693.000 MPN/100 ml

e. Anaerobic Baffled Reactor Pada sistem pengolahan ini, anaerobic baffled reactor menerima influen dari supernatan anaerobic digester dan filtrat sludge drying bed

Karakteristik Influen ke Sludge Drying Bed

Parameter Satuan Supernatan

Digester Filtrat SDB

Influen ABR

Debit influen m3/hari 7 0,8 7,8 (≈ 8) BOD mg/l 310 346 656

DRAFT

157

COD mg/l 1.509 686 2.195 TSS mg/l 1.629 6.318 7.947 Minyak dan lemak

mg/l 22 3 25

NH4 mg/l 75 56 131 Telur cacing Helminth

/liter 220 65 285

Bakteri Koliform MPN/100 ml 693.000 188.550 881.550

Kriteria desain digunakan - Kecepatan upflow = 0,4 m/jam - Jumlah kompartemen sekat = 3 Perhitungan desain 1. Dimensi area sekat (baffled area)

- ABR dirancang memiliki kedalaman aktif 2 m dan freeboard 0,5 m.


= debit influen

kecepatan upflow


0,4 m/jam = 0,83 m2

maka, dengan rasio panjang : lebar = 1:4 (P)(4P) = 0,83 m2 4P2 = 0,83 m2 P = 0,45 ≈ 0,5 m L = 4P = 2 m Au = 0,5 m x 2 m = 1 m2


Ad = 1 m2/3 = 0,33 m2

Lebar tangki = 2 m, maka panjang area downflow


lebar tangki

= 0,33 m2

2 m = 0,16 ≈ 0,2 m

- Total volume aktif baffled area = (panjang zona upflow + panjang zona downflow) x lebar

kompartemen x kedalaman aktif kompartemen x jumlah kompartemen

= (0,5 m + 0,2 m) x 2 m x 2 m x 3 = 8,4 m3



debit puncak

DRAFT

158

= 8,4 m3

8 m3/hari = 1,05 hari = 25,2 jam


= debit influen


= 8 m3/hari

1 m2 = 8 m/hari = 0,3 m/jam (OK, <0,6 m/jam)


- HRT pada area pengendapan dirancang selama 12 jam (= 0,5 hari).

- Lebar dan kedalaman aktif tangki mengikuti dimensi baffled area, yaitu:

Lebar = 2 m Kedalaman aktif = 2 m


= HRT x debit puncak


= 0,5 hari x 8 m3/hari

2 m x 2 m = 1 m

- Volume settling tank = 1 m x 2 m x 2 m = 4 m3



debit influen

= 4 m3

8 m3/hari = 0,5 hari = 12 jam

3. Dimensi ABR

- Volume aktif ABR = volume tangki pengendapan + volume area sekat = 4 m3 + 8,4 m3 = 12,4 m3


= volume ABR

debit influen

= 12,4 m3

8 m3/hari = 1,55 hari = 37,2 jam (OK, rentang: 12-96 jam)

- Total luas lahan dibutuhkan = luas baffled area + settling tank = ( 0,5 m x 2 m x 3) + (1 m x 2 m) = 5 m2


- Penyisihan di zona pengendapan

DRAFT

159

Berdasarkan Error! Reference source not found.Gambar 24, dengan HRT = 12 jam, persentase penyisihan COD sebesar 43%, maka Konsentrasi COD ke kompartemen selanjutnya

= (1-0,43) x 2.195 mg/l = 1.250 mg/l

- Penyisihan di zona sekat a. Faktor penyisihan berdasarkan beban organik (Gambar 26)

f-overload = 1 (untuk OLR = 2,84 kgBOD/m3.)

b. Faktor penyisihan berdasarkan BOD5 influen (Gambar 25) f-strength = 0,95 (untuk BOD influen = 355 mg/l)

c. Faktor penyisihan berdasarkan suhu lingkungan (Gambar 27) f-temperature = 0,97 (untuk T = 24oC)

d. Faktor penyisihan berdasarkan HRT (Error! Reference source not found.)

f-HRT = 0,95 (untuk HRT = 25,2 jam)

e. Laju penyisihan teoritis = f-overload x f-strength x f-temperature x f-HRT = 1 x 0,95 x 0,97 x 0,95 = 0,88

- COD = (1-0,88) x 1.250 mg/l = 150 mg/l




= 2.195 mg/l - 150 mg/l

2.195 mg/l x 100% = 93%

2. BOD - Penyisihan di zona pengendapan

a. Persentase penyisihan = 1,06 x 43% = 46%

b. Konsentrasi BOD ke zona sekat = (1-0,46) x 656 mg/l = 355 mg/l

- Total efisiensi penyisihan BOD = 1,085 x total efisiensi COD = 1,085 x 88% = 95%

- BOD efluen = (1-0,95) x 656 mg/l = 33 mg/l

3. TSS - Asumsi efisiensi penyisihan = 60% - TSS efluen = (1-0,60) x 7.947 mg/l = 3.178 mg/l

4. Minyak dan lemak

- Asumsi efisiensi penyisihan = 80% - Minyak dan lemak efluen = (1-0,85) x 25 mg/l = 4 mg/l

5. Ammonia

DRAFT

160

- Asumsi efisiensi penyisihan = 0% - Ammonia efluen = 131 mg/l


- Asumsi efisiensi penyisihan = 0% - Telur cacing Helminth efluen = 285/liter

7. Total koliform

- Asumsi efisiensi penyisihan = 15% - Total koliform efluen = (1-0,15) x 881.550 MPN/100 ml

= 750.000 MPN/100 ml

f. Kolam Aerasi Kolam aerasi menerima influen dari ABR.

Karakteristik Efluen dari Unit Thickener

Parameter Satuan Nilai Debit influen m3/hari 7,8 (≈ 8) BOD mg/l 33 COD mg/l 150 TSS mg/l 3.178 NH4 mg/l 131 Telur cacing Helminth /liter 285 Bakteri Koliform MPN/100 ml 750.000

Kriteria desain digunakan - Waktu retensi, θ = 4 hari - Kedalaman kolam = 3 m

Perhitungan desain Tahap A: Mengasumsikan konsentrasi BOD efluen - Konsentrasi BOD efluen

Se = Li

1 + KTθ

di mana: Se = BOD terlarut efluen, mg/l Li = konsentrasi BOD influen, mg/l KT

= konstanta laju orde pertama untuk penyisihan BOD,

/hari θ = waktu rentensi, hari

menentukan nilai KT pada suhu 24oC

KT = 2,5 (1,06)(26-20) = 3,2/hari

maka,

Se = 33 mg/l

1 + (3,6/hari x 4 hari) = 3 mg/l

- Konsentrasi sel bakteri

DRAFT

161

X = Y (Li - Se)

1 + bθ

di mana: X = konsentrasi sel bakteri, mg/l Y = koefisien yield (biasanya 0,6-0,7) b = laju autolisis, /hari (biasanya b = 0,07/hari pada suhu 20oC)

maka,

X = 0,65 (33 mg/l - 3 mg/l)

1 + (0,07/hari x 4 hari)= 16 mg/l

- Total konsentrasi BOD efluen, Le = Se + 0,94X = 3 mg/l + (0,94 x 16 mg/l) = 18 mg/l

Tahap B: Menentukan dimensi kolam - Dengan kedalaman kolam 3 m, maka luas kolam dibutuhkan:

= debit influen x waktu retensi

kedalaman kolam

= 8 m3/hari x 4 hari

3 m = 10,7 m2

- Rasio panjang : lebar = 3:2 (L)(1,5L) = 10,7 m2 1,5L2 = 10,7 m2 L = 2,67 ≈ 3 m P = 1,5L = 4,5 m A’ = 3 m x 4,5 m = 13,5 m2

V = 13,5 m2 x 3 m = 40,5 m3

→ Periksa kesesuaian waktu retensi aktual dengan kriteria desain

= luas permukaan kolam x kedalaman kolam


= 13,5 m2 x 3 m

8m3/hari= 5,1 hari (OK, rentang: 2-6 hari)

Tahap C: Menghitung kebutuhan aerasi dan daya aerator 1. Kebutuhan aerasi

- Estimasi jumlah kebutuhan oksigen untuk penyisihan BOD RO2 = [1,5(Li - Se)Q - 1,42XQ x 10-3/24]

maka, RO2 = [(1,5 x (33-3) mg/l x 8 m3/hari) -

(1,42 x 16 mg/l x 8 m3/hari)] x 10-3/24 = 0,01 kg/jam


DRAFT

162


Efisiensi penyisihan ammonia yang diinginkan pada pengolahan ini sebesar 70% dan konsentrasi ammonia efluen = 41 mg/l. Maka,

RO2 = 3,1 x (131 - 40) mg/l x 8 m3/hari x 10-3/24 = 0,1 kg/jam

- Total kebutuhan oksigen pada kolam aerasi = 0,01 kg/jam + 0,1 kg/jam = 0,11 kg/jam

2. Kebutuhan daya aerator Diasumsikan aerator memiliki standar 1,8 kgO2/kWh - Daya aerator dibutuhkan

OL = O0α(1.024)T-20 βCS(T,A)-CL

CS(20,0)

di mana: OL = laju transfer oksigen Oo = laju transfer oksigen ketika pengujian α = rasio laju transfer oksigen dalam air limbah terhadap air keran pada suhu yang sama (umumnya untuk air limbah domestik, α = 0,8) β = rasio konsentrasi kelarutan oksigen dalam air limbah terhadap air terdistilasi (umumnya untuk air limbah domestik β = 0,95) CS(T,A) = konsentrasi kelarutan oksigen dalam air terdistilasi pada suhu T dan altitude A. Nilai CS(T) pada ketinggian permukaan laut (760 mmHg) dapat dilihat pada Tabel 18. CS(20,0) = konsentrasi kelarutan oksigen dalam air terdistilasi pada suhu 20 oC dan pada ketinggian permukaan laut (altitude) (= 9,08 mg/l) CL = konsentrasi DO dalam kolam (1-2 mg/l)

maka,


9,08 mg/l



= RO2

OL

= 0,11 kgO2/jam


DRAFT

163

Contoh digunakan aerator “Triton” dengan kebutuhan daya 4 W/m3 untuk mengaduk secara merata. Daya yang dibutuhkan untuk kolam:

= volume kolam x kebutuhan daya aerator = 40,5 m3 x 4 W/m3 = 162 W ≈ 0,16 kW


- BOD efluen = 18 mg/l - Efisiensi penyisihan BOD



= 33 mg/l - 18 mg/l

33 mg/l x 100% = 45%

2. COD


3. TSS


4. Ammonia - Estimasi efisiensi penyisihan = 70% - COD efluen = (1-0,7) x 131 mg/l = 40 mg/l

5. Telur Cacing Helminth


6. Total koliform

- Estimasi efisiensi penyisihan = 20% - Total koliform = (1-0,2) x 750.000 MPN/100 ml

= 600.000/100 ml

g. Constructed Wetland Constructed wetland menerima influen dari kolam aerasi.

Karakteristik Influen ke Constructed Wetland

Parameter Satuan Nilai Debit influen m3/hari 8 BOD mg/l 18 COD mg/l 87 TSS mg/l 1.271

DRAFT

164

NH4 mg/l 40 Telur cacing Helminth /liter 251 Bakteri Koliform MPN/100 ml 600.000

Kriteria desain untuk constructed wetland dapat dilihat pada Tabel 29. Kriteria desain digunakan - Kedalaman wetland, y = 0,4 - Porositas media, = 40%

Perhitungan desain Dalam contoh perhitungan ini, CW yang akan dirancang yaitu jenis FWS. Tahap A: Menentukan dimensi constructed wetland - Laju konstanta orde pertama penyisihan ammonia, KT

Nilai k1 tergantung pada suhu air kolam

KT= KRθR(TA-TR)

di mana: KT = laju konstanta pada suhu TA, /hari KR = laju konsntanta pada suhu referensi, /hari θR = koefisien suhu untuk konstanta laju pada suhu referensi TA = suhu air, oC TR = suhu referensi, oC Nilai KR dan θR dapat dilihat pada Error! Reference source not found.. Maka,

kT = 0,2187 x 1,048(23-20) = 0,25/hari


Acw= [Q(lnCo-lnCe)]

KTy


Q = debit influen rerata, m3/hari Co = konsentrasi ammonia influen, mg/l Ce = konsentrasi ammonia efluen, mg/l KT = konstanta laju pada suhu air, /hari y = kedalaman kolam constructed wetland, m = porositas media digunakan (biasanya 0,4 untuk kerikil berdiameter 25 mm)

Dalam perhitungan ini, target konsentrasi ammonia efluen yang dihasilkan sebesar 15 mg/l dengan mempertimbangkan tahap pengolahan selanjutnya dapat memenuhi baku mutu air limbah domestik PermenLHK No. 68/2016 untuk parameter ammonia. Maka,

Acw= [10 (ln(40)-ln(15))]

0,25 x 0,4 x 0,4= 245,2 m2

- Dirancang kolam wetland sebanyak 2 (dua) buah, maka luas dan debit influen masing-masing kolam = 122,6 m2 dan 4 m3/hari.

DRAFT

165

- Rasio panjang:lebar = 4:1 → P = 4L (4L)(L) = 122,6 m2 4L2 = 122,6 m2 L = 5,53 ≈ 6 m P = 4L = 24 m Acw’ = 6 m x 24 m 144 m2


= luas permukaan tiap kolam x kedalaman kolam x porositas media

debit rerata influen tiap kolam

= 144 m2 x 0,4 m x 40%


OK untuk menyisihkan polutan tersuspensi (0,5-3 hari).

→ Periksa kesesuaian laju beban hidraulik (HLR) pada tiap kolam dengan kriteria desain

= debit rerata influen tiap kolam


= 4 m3/hari

144 m2 = 0,035 m/hari

Belum memenuhi kriteria desain contructed wetland untuk parameter HLR (0,01-0,05 m/hari). Maka, dilakukan perhitungan ulang kebutuhan luas kolam dengan asumsi HLR = 0,03 m/hari.

A = debit rerata influen

HLR

A = 5 m3/hari

0,04 m/hari = 125 m2

- Dimensi constructed wetland dengan luas permukaan = 125 m2 Rasio panjang:lebar = 4:1 → P = 4L

(4L)(L) = 125 m2 4L2 = 125 m2 L = 5,59 ≈ 6 m P = 22 m Acw’’ = 144 m2


= luas permukaan tiap kolam x kedalaman kolam x porositas media

debit rerata influen tiap kolam

= 144 m2 x 0,4 m x 40%

4 m3/hari = 5,8 hari

OK untuk menyisihkan polutan terlarut (5-14 hari).

DRAFT

166

→ Periksa kesesuaian laju beban hidraulik (HLR) hasil perhitungan dengan kriteria desain



= 4 m3/hari

144 m2 = 0,028 m/hari (OK, rentang: 0,01-0,05 m/hari)

- Kebutuhan luas lahan untuk 2 (dua) constructed wetland = 2 x 144 m2 = 288 m2



= C1 exp-AcwKTy

Q

= 18exp-144 x 0,25 x 0,4 x 0,4

4 = 5 mg/l




= 18 mg/l - 5 mg/l

18 mg/l x 100% = 72%

2. COD


3. TSS

- Konsentrasi TSS efluen Ce = 1.271 (0,1139 + 0,00213HLR) Ce = 1.271 [0,1139 + (0,00213 x 0,028)] = 145 mg/l




= 1.271 mg/l - 145 mg/l

1.271 mg/l x 100% = 88 %

4. Ammonia

- Ammonia efluen = 15 mg/l - Efisiensi penyisihan BOD

= konsentrasi ammonia influen-konsentrasi ammonia efluen

konsentrasi ammonia influen x 100%

= 40 mg/l - 15 mg/l

40 mg/l x 100% = 63%

DRAFT

167

5. Telur cacing Helminth - Estimasi efisiensi penyisihan = 50% - Telur cacing Helminth efluen = (1-0,5) x 251/liter = 126/liter

6. Total koliform


Ce = Ci

[1+ (HRT x KT)]n


Ce = 600.000 mg/l

[1+ (5,8 hari x 0,25/hari)]1 = 244.900 MPN/100 ml




= 600.000 MPN/100 ml - 244.900 MPN/100 ml

600.000 MPN/100 ml x 100% = 59%

h. Polishing Pond Polishing pond menerima influen dari kolam aerasi.

Karakteristik Influen ke Polishing Pond

Parameter Satuan Nilai Debit influen m3/hari 8 BOD mg/l 5 COD mg/l 21 TSS mg/l 145 NH4 mg/l 15 Telur cacing Helminth /liter 126 Bakteri Koliform MPN/100 ml 244.900

Kriteria desain yang digunakan untuk polishing pond dapat menggunakan kriteria desain kolam maturasi yang terdapat pada Error! Reference source not found.. Kriteria desain digunakan - Kedalaman kolam = 1 m - HRT = 5 hari

Perhitungan desain Tahap A: Menentukan jumlah polishing pond dibutuhkan - Jumlah polishing pond yang dibutuhkan disesuaikan dengan kebutuhan

pencapaian baku mutu, terutama terkait parameter total koliform.

- Nilai konstanta laju orde pertama penyisihan total koliform, kB(T) = 2,6(1,19)T-20

= 2,6(1,19)24-20 = 5,21/hari

DRAFT

168

- Bakteri koliform dalam efluen

Ne=Ni

(1 + (1 + kB(T)θm)n

di mana: Ne = Jumlah E coli per 100 ml dalam efluen kolam maturasi Ni = Jumlah E coli per 100 ml dalam influen kolam anaerobik KB(T) = konstanta laju orde pertama penyisihan E coli m = waktu tinggal hidraulik kolam maturasi, hari n = jumlah kolam maturasi

- Jika kolam maturasi = 1

Ne = 244.900 MPN per 100 ml

[1+(5,21 x 5)]

Ne = 9.054 MPN/100 ml (Belum memenuhi baku mutu, 3000 MPN/100 ml)

- Jika jumlah kolam maturasi 1, kualitas efluen yang dihasilkan untuk parameter total koliform belum memenuhi baku mutu. Dirancang jumlah kolam maturasi yang dibangun = 2.

- Jika jumlah kolam maturasi = 2

Ne = 244.900 MPN per 100 ml

(1 + (1 + (5,2 x 5))2

Ne = 335 MPN/100 ml (OK, memenuhi baku mutu)


= 2Qavgθm

2Dm+em


2 x 1 m + (0,005 m/hari x 5 hari) = 39,5 m2

- Rasio panjang:lebar = 10:1 → P = 10L (10L)(L) = 39,5 m2 10L2 = 39,5 m2 L = 1,98 ≈ 2 m P = 10l = 20 m A’ = 40 m2

- Luas permukaan 2 kolam maturasi = 2 x luas tiap kolam maturasi = 2 x 40 m2 = 80 m2



DRAFT

169

2. COD


3. TSS

- Estimasi efisiensi penyisihan = 80% - TSS efluen = (1-0,24) x 145 mg/l = 29 mg/l

4. Ammonia

- Estimasi efisiensi penyisihan = 67% - Ammonia efluen = (1-0,67) x 15 mg/l = 5 mg/l

5. Telur cacing Helminth - Estimasi efisiensi penyisihan = 95% - Telur cacing Helminth efluen = (1-0,95) x 251 = 13/liter

6. Total koliform

- Konsentrasi total koliform efluen = 335 MPN/100 ml - Efisiensi penyisihan total koliform



= 244.900 MPN/100 ml - 335 MPN/100 ml

244.900 MPN/100 ml x 100% = 99,9%

i. Sludge Drying Bed

Kriteria desain digunakan - Pada perhitungan sludge drying bed ini, debit desain dan konsentrasi

TSS yang digunakan berdasarkan debit lumpur dan konsentrasi solid dari unit gravity thickener dan small anaerobic digester.

- Berdasarkan hasil perhitungan di atas, dapat diketahui bahwa debit lumpur dari unit gravity thickener = 2,7 m3/hari dan dari unit small anaerobic digester = 0,3 m3/hari sehingga debit desain unit sludge drying bed = 3 m3/hari.

- Berdasarkan hasil perhitungan di atas, diketahui bahwa konsentrasi TSS dari unit gravity thickener = 51.100 mg/l dan dari unit small anaerobic digester = 42.000 mg/l.

- Dirancang waktu proses pengeringan pada sludge drying bed dilakukan selama 14 hari dengan estimasi kandungan konsentrasi padatan solid yang tersisa = 30%, densitas lumpur = 1.060 kg/m3, dan efisiensi penyisihan TSS = 95%.

DRAFT

170

Tabel 35 Karakteristik Influen ke Sludge Drying Bed

Parameter Satuan Lumpur

Thickener Lumpur Digester

Influen SDB

Debit influen m3/hari 2,7 0,3 3 BOD mg/l 725 140 865 COD mg/l 2.057 686 2743 TSS mg/l 51.100 42.000 93.100 Minyak dan lemak

mg/l 22 6 28

NH4 mg/l 60 33 93 Telur cacing Helminth

/liter 225 99 324

Bakteri Koliform MPN/100 ml 945.000 312.000 1.257.000

Kriteria desain untuk perhitungan sludge drying bed dapat dilihat pada Tabel 31. Perhitungan desain Tahap A: Menghitung kebutuhan luas lahan - Dirancang kedalaman SDB:



= debit influen

ketinggian lumpur

= 3 m3/hari

0,25 m = 1,2 m2/hari

- Total luas lahan dibutuhkan untuk waktu pengeringan selama 14 hari = 1,2 m2/hari x 14 hari = 16,8 m2

- Rasio P:L adalah 3:1, maka (3L)(L) = 16,8 m2 3L2 = 16,8 m2 L = 2,36 ≈ 2,5 m P = 3L = 7,5 m A’ = 18,75 m2/hari

Tahap B: Mengestimasi volume lumpur tertahan pada SDB dan volume filtrat dari SDB

1. Volume lumpur tertahan pada SDB - Beban TSS influen

= debit influen x konsentrasi TSS = 3 m3/hari x 93.100 g/m3 = 279.300 g/hari = 279,3 kg/hari

DRAFT

171

- Beban TSS yang tertahan pada SDB = efisiensi penyisihan TSS x beban TSS influen = 0,95 x 279,3 kg/hari = 265,4 kg/hari

- Volume lumpur yang tertahan pada SDB



= 265,4 kg/hari

30% x 1.060 kg/m3 = 0,8 m3/hari


= total beban TSS filtrat

total debit filtrat

= 265,4 kg/hari x 1.000 g/kg

0,8 m3/hari = 331.750 g/m3 = 331.750 mg/l

2. Volume filtrat dari SDB

- Beban TSS dalam filtrat dari SDB = beban TSS influen - beban TSS tertahan = 279,3 kg/hari - 265,4 kg/hari = 13,9 kg/hari

- Volume filtrat dari SDB = debit influen - debit lumpur = 3 m3/hari - 0,8 m3/hari = 2,2 m3/hari



total debit filtrat

= 13,9 kg/hari x 1.000 g/kg

2,2 m3/hari = 6.318 g/m3 = 6.318 mg/l



2. COD


3. TSS

- Estimasi TSS filtrat = 6.318 mg/l - Estimasi efisiensi penyisihan


TSS influen x 100%

= 93.100 mg/l - 6.318 mg/l

93.100 mg/l x 100% = 93%

DRAFT

172

4. Minyak dan Lemak


5. Ammonia - Estimasi efisiensi penyisihan = 40% - Ammonia efluen = (1-0,4) x 93 mg/l = 56 mg/l


- Estimasi efisiensi penyisihan = 80% - Telur cacing Helminth = (1-0,8) x 324/liter = 65/liter

7. Total Koliform


= 188.550 MPN/100 ml

j. Bak penampung padatan kering Bak penampung padatan kering berfungsi sebagai penampung sementara hasil pengeringan padatan sebelum dimanfaatkan kembali atau dibuang. Desain bak penampung padatan kering berdasarkan

DRAFT

173

6.1.2 Neraca Massa Sistem Pengolahan Berikut ini merupakan neraca massa pada sistem pengolahan pada IPLT A.

DRAFT

174

6.1.3 Kebutuhan Lahan

Tabel 36. Kebutuhan Lahan IPLT A

Unit Jumlah

Unit Dimensi tiap Unit Luas lahan

Panjang (m)

Lebar (m)

Diameter (m)

m2 ha

Manual bar screen 1 Grease trap 1 7,8 2,6 - 9,72 Thickener 1 - - 2,2 3,8 Small anaerobic digester

2 - - 6,2 60,4

Anaerobic baffled reactor

1 3,5 2,4 - 8,4

Kolam aerasi 1 3 4,5 - 13,5 Constructed wetland 1 6 2 - 144 Polishing pond 1 25 2,5 - 62,5 Sludge Drying Bed 7 12 4 - 336 Bak penampung padatan kering

Total: Kebutuhan lahan pada tabel di atas belum termasuk kebutuhan lahan untuk bangunan kantor, laboratorium, akses jalan.

DRAFT

175

6.2 Desain Debit Sedang (40 m3/hari) IPLT B dengan kriteria sebagai berikut:


6.2.1 Detail Perhitungan Unit Pengolahan

a. Manual Bar Screen Pada perhitungan unit penyaringan, debit desain yang digunakan berdasarkan total kapasitas truk tinja dan waktu pembuangan yang dibutuhkan untuk satu kali pembuangan. Dalam perhitungan desain unit penyaring ini, setiap satu kali pembuangan dapat menerima dua truk tinja berkapasitas maksimum 4 m3 dan waktu pembuangan yang dibutuhkan selama 5 menit (= 300 detik). Dengan demikian, debit desain yang digunakan pada perhitungan ini sebesar 8 m3/300 detik = 0,027 m3/detik. Kriteria desain digunakan Kriteria desain manual bar screen yang dapat dilihat pada Tabel 1. Pada perhitungan ini, kriteria desain yang digunakan, yaitu: - Lebar batang = 0,01 m - Tebal batang = 0,03 m - Jarak bukaan = 0,03 m - Faktor tipe batang, β = 2,42 (digunakan batang persegi panjang) - Koef. kekasaran Manning, n = 0,015 (material saluran: beton) - Kemiringan = 60o - Kecepatan aliran = 0,3 m/detik

Tahap A: Menghitung dimensi saringan - Luas bukaan (A) saringan

= debit puncak


= 0,027 m3/detik

0,3 m/detik = 0,09 m2

DRAFT

176






- Dirancang tinggi saluran = 0,8 m dan kemiringan saringan = 60o maka, tinggi saringan = 0,8 m/sin 60o

= 0,8 m/0,866 = 0,93 ≈ 1 m

Tahap B: Menghitung kecepatan aliran melalui saringan

- Kecepatan aliran setelah melalui saringan

v2 = 1n

R2/3 S1/2

di mana: v2 = kecepatan saluran aliran penuh, m/detik n = koefisien kekasaran yang digunakan dalam persamaan Manning R = rerata radius hidraulik = A/P, m A = luas penampang basah, m2

P = panjang penampang basah, m S = kemiringan energi, m/m

maka, A = lebar saluran x tinggi air A = 1,2 m x 0,1 m = 0,12 m2


R = A

P =

0,12 m2

1,39 m = 0,09 m

S = (Qd n)2

A2 R4/3

S = (0,027 m3/detik x 0,015)

2

(0,12 m2)2 (0,09 m)4/3

= 2,94 x 10-4 m/m

DRAFT

177

v2 = 1

0,015 (0,09 m) 2/3 (2,99 x 10-4 m/m)

1/2 = 0,23 m/detik


hL= β wb

43 hv sinθ


hL= 2,42 29 x 10 mm

30 x 30 mm

43 (0,3 m/s)2

2 x 9,81 m/s2 sin (60)

hL= 0,0074 m = 7,4 mm


Karena saringan terhambat 50%, maka luas bukaan yang berfungsi hanya 50%.

V’ = 1/0,50 x 0,3 m/detik = 0,60 m/detik

maka,

hL= V'2- v2

2g

10,7


maka,

hL= (0,60 m/detik)2- (0,23 m/detik)2

2 x 9,81 m/detik2 x 1

0,7

hL= 0,0226 m = 22,6 mm Tahap D: Menentukan dimensi bak penerima - Untuk menghindari terjadinya head loss yang berlebih dan lumpur

tinja yang memuncrat, bak penerima harus didesain memiliki sistem transisi yang lancar.


DRAFT

178


= kapasitas bak penerima dibutuhkan/ketinggian bak = 8 m3/1 m = 8 m2

- Permukaan bak penerima dirancang berbentuk trapesium (seperti pada Gambar 1) dengan panjang dua sisi sejajar = 1,2 m (mengikuti lebar saluran) dan 4,8 m, maka lebar bak penerima:

= 8 m2

12 (1,2 m+4,8 m)

= 2,6 m


b. Grit Chamber Kriteria desain grit chamber dapat dilihat pada Tabel 4. Kriteria desain digunakan - Waktu detensi = 90 detik

Perhitungan desain Tahap A: Menentukan dimensi grit chamber - Volume grit chamber dibutuhkan

= debit desain

waktu detensi

= 0,027 m3/detik

90 detik = 2,4 m3

- Dirancang grit chamber memiliki lebar = 1 m dan kedalaman 1,5 m (rasio lebar : kedalaman = 1:1,5), maka panjang kolam:

= volume chamber

lebar x kedalaman

= 2,4 m2

1 m x 1,5 m= 1,6 m

Tahap B: Menentukan dimensi Parshall flume - Dimensi Parshall flume

Parshall flume merupakan saluran terbuka yang terletak terletak pada outlet unit grit chamber dan berfungsi untuk mengontrol kecepatan aliran dari unit tersebut. Dimensi parshall flume ditentukan berdasarkan debit yang melalui saluran dan dapat dilihat pada Error! Reference source not found.. Dalam perancangan ini, debit desain yang digunakan berada dalam rentang 5-300 m3/jam, maka dimensi yang dibutuhkan adalah:

DRAFT

179

W = 0,15 m A = 0,61 m B = 0,61 m C = 0,40 m D = 0,40 m

E = 0,30 m F = 0,61 m G = 76 mm N = 114 mm X = 51 m


Ha = QC

1n

di mana: Ha = kedalaman air, m Q = debit aliran, m3/detik C, n = koefisien yang ditentukan berdasarkan Gambar 5 dan Gambar 6.


Ha = 0,027

2

11,54

=0,06 m

c. Grease Trap Pada perhitungan unit grease trap, debit desain yang digunakan mengikuti debit puncak dalam desain manual bar screen = 0,027 m3/detik.



= debit influen x waktu detensi = 0,027 m3/detik x 600 detik = 16 m3


= debit influen

kecepatan aliran

DRAFT

180

= 0,027 m3/detik

0,0011 m/detik = 24 m2

3. Rasio P:L adalah 3:1, maka (3L)(L) = 24 m2 3L2 = 24 m2 L = 2,9 m P = 3L = 8,7 m Panjang kompartemen I = 2/3P = 5,8 m Panjang kompartemen II = 1/3P = 2,9 m

maka, A’ = panjang x lebar = 8,7 x 2,9 m = 25,23 m2


v = debit influen

luas permukaan

v = 0,027 m3/detik


4. Kedalaman tangki - Kedalaman aktif

= volume tangki

luas tangki

= 24 m3

25,23 m2 = 0,7 m

- Kedalaman total = kedalaman aktif + tinggi zona pengendapan + tinggi scum + freeboard = 0,4 m + 0,3 m + 0,3 m + 0,5 m = 1,8 m

Efisiensi unit pengolahan Tangki grease trap mampu menangkap lemak hingga 80%, dalam perhitungan ini diasumsikan efisiensi penyisihan sebesar 78%. - Konsentrasi minyak dan lemak pada efluen

= (1-0,78) x 1.120 mg/l = 247 mg/l

d. Anaerobic Digester Anaerobic digester menerima influen dari grease trap.

Karakteristik Influen ke Anaerobic Digester

Parameter Satuan Nilai Debit influen m3/hari 40 BOD mg/l 3.250 COD mg/l 9.430 TSS mg/l 15.070

DRAFT

181

NH4 mg/l 140 Minyak dan lemak mg/l 247 Telur cacing Helminth /liter 490 Bakteri koliform MPN/100 ml 3.200.000

Kriteria desain anaerobic digester dapat dilihat pada Error! Reference source not found.. Kriteria desain digunakan Anaerobic digester yang direncanakan yaitu jenis standard-rate berbentuk balok dengan bagian dasar berbentuk prisma segitiga. - Waktu retensi padatan = 30 hari - Kemiringan dasar thd. horizontal = 60o - Kedalaman zona akumulasi grit = 0,3 m - Kedalaman zona scum = 0,2 m - Freeboard untuk pembersihan = 0,2 m Perhitungan desain - Beban massa TSS

= 15.070 g/m3 x 40 m3/hari

1000 g/kg = 603 kg/hari

Tahap A: Menentukan kapasitas digester - Volume digester dibutuhkan



Dirancang kebutuhan kapasitas digester dibagi menjadi 30+1 tangki dan kedalaman tangki = 4 m. - Volume tiap digester

= volume tangki

jumlah tangki

= 1200 m3




kedalaman tangki

= 40 m3

4 m = 10 m2

- Rasio P:L adalah 3:2, maka (1,5L)(L) = 10 m2 1,5L2 = 10 m2

DRAFT

182

L = 2,58 ≈ 3,2 m P = 1,5L = 4,8 m A’ = 3,2 m x 4,8 m = 15,36 m2

- Dirancang bagian dasar digester (hopper) berbentuk prisma trapesium dengan kemiringan terhadap horizontal = 60o dan dimensi lebar dasar = 1,2 m, maka jarak antara dinding dengan dasar hopper

= (lebar digester - lebar dasar digester)/2 = (3,2 m - 1,2 m)/2 = 1 m

panjang dasar tiap digester = panjang digester - (2 x jarak antara dinding dengan dasar hopper) = 4,8 m - (2 x 1 m) = 2,8 m

- Kedalaman: Tinggi hopper = 1 m x tan(60) = 1,8 m Tinggi balok = 4 m - 1,8 m = 2,2 m

- Volume digester = volume balok + volume hopper = (3,2 m x 4,8 m x 2,2 m) + 8,3 m3

= 42,1 m3

Volume hopper = [(4,8 m x 3,2 m) + {4,8 m - (2 x 0,9 x 1,8 m)}{3,2 m - (2 x 0,9 x 1,8 m)} + 4{4,8 m - (0,9 x 1,8 m)}] x (1,8 m/6) = 8,3 m3


= volume balok + volume hopper - volume zona akumulasi grit = 33,8 m3 + 8,3 m3 - 0,73 m3 = 41,37 m3

Volume bagian akumulasi grit Zona akumulasi grit merupakan bagian dari hopper dan dirancang memiliki kedalaman 0,3 m. Pada kedalaman tersebut, panjang dan lebar zona akumulasi grit, masing-masing sebesar 3,1 m dan 1,5 m. Maka, volume akumulasi grit: = [(3,1 m x 1,5 m) + {3,1 m - (2 x 0,9 x 0,3 m)}{1,5 m - (2 x 0,9 x 0,3 m)} + 4{3,1 m - (0,9 x 0,3 m)}] x (0,3 m/6)

DRAFT

183

= 0,73 m3

- Volume aktif 30 digester = 30 x volume aktif digester = 30 x 41,37 m3 = 1.241,1 m3

- Volume inaktif 30 digester = 30 (volume akumulasi scum dan pembersihan + volume akumulasi grit) = 30 (15,36 m2 x (0,2 m + 0,2 m) + 0,73 m3) = 30 (6,14 m3 + 0,73 m3) = 206,1 m3

- Total volume aktif dan inaktif = 1.230 m3 + 206,1 m3 = 1.436,1 m3


= volume aktif

total volume

= 1.241,1 m3

1.436,1 m3 = 0,86


Rasio = 0,86 (OK, >0,85)

3. Waktu retensi padatan


Qavg

= 1.241,1 m3

40 m3/hari= 31 hari (OK, rentang: 30-60 hari)

Tahap C: Mengestimasi destruksi volatile solid dan konsentrasi TSS dalam lumpur tercerna.

1. Destruksi volatile solid dalam digester - Beban TSS tiap digester

= 15.070 g/m3 x 40 m3/hari

1000 g/kg = 601 kg/hari


DRAFT

184

di mana: Vd = persentase volatile solids terdestruksi, %

SRT = waktu retensi padatan, hari maka,

Vd = 13,7 ln(31) + 18,9 = 66%

- Konsentrasi TVS = 0,72TSS = 10.850 mg/l

- Beban TVS terdestruksi tiap digester = beban massa TVS x Vd = (10,85 kg/m3 x 40 m3/hari) x 66% = 434 kg/hari x 66% = 286 kg/hari

- Beban TVS tersisa dalam tiap digester = TVS sebelum tersdestruksi - TVS setelah terdestruksi = 434 kg/hari - 286 kg/hari = 148 kg/hari

- Beban TSS tersisa dalam tiap digester = nonvolatile solid + TVS tersisa = (603 - 434) kg/hari + 148 kg/hari = 317 kg/hari

2. Konsentrasi TSS dalam lumpur tercerna

- Konsentrasi TSS dalam lumpur tercerna tiap digester

= 317 kg/hari x 1.000 g/kg

40 m3/hari = 7.925 g/m3 = 7.925 mg/l


Px= Y(So-S)1+kdθc

di mana: Px = total massa sel diproduksi, kg/hari Y = koefisien pembentukkan biomassa (rasio perbandingan massa sel yang terbentuk

dengan massa susbtrat yang dikonsumsi), g/g (untuk

lumpur air limbah domestik: 0,04-0,1/hari)

So = beban massa bCOD influen, kg/hari S = beban massa bCOD efluen, kg/hari kd = koefisien endogen, /hari (untuk lumpur air limbah domestik: 0,02-0,04/hari) θc = waktu tinggal rerata biomassa, hari (sama dengan

waktu digestion)

- bCODinfluen (konsentrasi COD yang dapat didegradasi secara biologis)

= 1,6 BODinfluen

DRAFT

185

= 1,6 x 3.250 mg/l = 5.200 mg/l

Beban massa bCODinfluen tiap tangki

= 5.200 g/m3 x 40 m3/hari

1.000 g/kg = 208 kg/hari



= 1,6 x [(1-0,65) x 3.250 mg/l))

= 1,6 x 1.138 mg/l = 1.821 mg/l

Beban massa bCODefluen tiap tangki

= 1.821 g/m3 x 40 m3/hari

1.000 g/kg = 73 kg/hari


Px = 0,08 x (585 kg/hari - 73 kg/hari)

1 +(0,03/hari x 31 hari) = 5,6 kg/hari

2. Volume gas metan

- Volume gas tiap tangki V = 0,35 m3/kg {(So-S)-1,42(Px)}


V = 0,35 m3/kg x {(208-73) kg/hari - (1,42 x 5,6) kg/hari} = 44 m3/hari

- Volume gas metan tiap tangki Estimasi kandungan gas metan dalam digester sebesar 67%, Maka

VCH4 = 44 m3/hari x 0,67 = 30 m3/hari

Efisiensi unit pengolahan

DRAFT

186

1. BOD - Estimasi efisiensi penyisihan = 65% - BOD efluen = (1-0,65) x 3.250 mg/l = 1.138

mg/l

2. COD - Estimasi efisiensi penyisihan = 60% - COD efluen = (1-0,6) x 9.430 mg/l = 3.772

mg/l

3. TSS - Estimasi TSS efluen = 7.925 mg/l - Efisiensi penyisihan padatan

= konsentrasi TSS infuen - konsentrasi TSS efluen

konsentrasi TSS influen

= (15.070 - 7.925) kg/hari

15.070 x 100% = 47%

4. Minyak dan lemak


5. Ammonia

- Estimasi efisiensi penyisihan = 0% - Ammonia efluen = (1-0) x 140 mg/l = 140

mg/l

6. Telur cacing Helminth - Estimasi efisiensi penyisihan = 40% - Telur cacing Helminth = (1-0,4) x 490/liter =

294/liter

7. Total Koliform - Estimasi efisiensi penyisihan = 60% - Total koliform = (1-0,6) x 3.200.000

MPN/100 ml = 1.280.000 MPN/100 ml

e. Sludge Drying Bed - Pada contoh sistem pengolahan lumpur tinja ini, dirancang satu unit

SDB menerima seluruh lumpur yang telah distabilisasi pada satu unit anaerobic digester. Dengan demikian, sistem ini memiliki 30+1 unit SDB berkapasitas masing-masing 40 m3.

DRAFT

187

- Dirancang waktu proses pengeringan pada unit SDB dilakukan selama 30 hari dengan estimasi konsentrasi padatan kering yang tersisa = 40%, densitas lumpur = 1.060 kg/m3, dan efisiensi penyisihan TSS = 95%.

Karakteristik Influen ke Sludge Drying Bed

Parameter Satuan Nilai Debit influen m3/hari 40 BOD mg/l 1.138 COD mg/l 3.772 TSS mg/l 7.925 NH4 mg/l 140 Minyak dan lemak mg/l 99 Telur cacing Helminth /liter 294 Bakteri koliform MPN/100 ml 1.280.000

Kriteria desain digunakan

Tahap A: Menghitung luas lahan dibutuhkan - Dirancang kedalaman SDB:

ketinggian lumpur = 0,30 m ketinggian media pasir = 0,10 m ketinggian media kerikil (diameter 100-150 mm) = 0,15 m ketinggian media kerikil (diameter (200-300 mm) = 0,25 m freeboard = 0,5 m

- Luas permukaan dibutuhkan tiap bak SDB

= kapasitas SDB

ketinggian lumpur

= 40 m3

0,3 m = 133,3 m2/hari

- Rasio P:L adalah 3:1, maka (3L)(L) = 133,3 m2 3L2 = 133,3 m2 L = 6,67 ≈ 7 m P = 3L = 21 m A’ = 7 m x 21 m = 47 m2/bak

- Total kebutuhan luas permukaan untuk 30+1 bak = 147 m2/bak x (30+1) bak = 4.557 m2

Tahap B: Mengestimasi volume lumpur tertahan pada tiap bak SDB

dan debit filtrat dari SDB 1. Volume lumpur tertahan pada tiap bak SDB

- Beban TSS yang diterima SDB = debit influen x konsentrasi TSS

DRAFT

188

= 40 m3/bak x 7.925 g/m3 = 317.000 g/hari = 317 kg/bak

- Estimasi beban TSS yang tertahan pada SDB = efisiensi penyisihan TSS x beban TSS influen = 0,95 x 317 kg/bak = 301 kg/bak

- Volume lumpur yang tertahan pada SDB



= 301 kg/bak

40% x 1.060 kg/m3 = 0,7 m3/bak



total debit filtrat

= 301 kg/bak x 1.000 g/kg

0,7 m3/hari = 430.000 g/m3 = 430 mg/l

2. Debit filtrat dari SDB

- Debit filtrat dari SDB = debit influen - debit lumpur = 40 m3/hari - 0,7 m3/hari = 39,3 m3/hari

- Beban TSS dalam filtrat dari SDB = beban TSS influen - beban TSS tertahan = 317 kg/hari - 301 kg/hari = 16 kg/hari



total debit filtrat

= 16 kg/bak x 1.000 g/kg

39,4 m3/hari = 406 g/m3 = 406 mg/l



2. COD


3. TSS

- Estimasi TSS dalam filtrat = 406 mg/l - Efisiensi penyisihan

= konsentrasi TSS influen - konsentrasi TSS filtrat


DRAFT

189

= 7.925 mg/l - 406 mg/l

7.925 mg/l x 100% = 95%

4. Minyak dan lemak


5. Ammonia




7. Total Koliform


= 128.000 MPN/100 ml

f. Kolam Fakultatif Kolam fakultatif menerima influen dari filtrat sludge drying bed.

Karakteristik Influen ke Kolam Fakultatif

Parameter Satuan Nilai Debit influen m3/hari 39,3 ≈ 39 BOD mg/l 228 COD mg/l 830 TSS mg/l 406 NH4 mg/l 70 Telur cacing Helminth /liter 44 Bakteri Koliform MPN/100 ml 128.000

Kriteria desain kolam fakultatif dapat dilihat pada Error! Reference source not found.. Kriteria desain digunakan - Kedalaman kolam = 1,8 m

Perhitungan desain Tahap A: Menghitung luas kolam yang dibutuhkan - Beban BOD permukaan, λs

= 350(1,07 - 0,002T)T-25

= 350[1,07 - (0,002 x 26)](26-25) = 369,3 g/m2.hari

- Luas permukaan kolam, Af

DRAFT

190

= konsentrasi BOD influen x debit influen

beban BOD permukaan

= 228 g/m3 x 39 m3/hari

369,3 g/m2.hari = 24 m2

- Rasio panjang : lebar = 3:1 → P = 3L (3L)(L) = 24 m2 3L2 = 24 m2 L = 2,82 ≈ 3 m P = 3L = 9 m A’ = 3 m x 9 m = 27 m2


- Waktu retensi hidraulik, f

θf = 2AfDf

2Qi - 0.001eAf

di mana: f = waktu retensi hidraulik, hari Df = kedalaman kolam fakultatif, m Qi = debit influen, m3/hari e = jumlah laju evaporasi, mm/hari

maka,

θf = 2 x 27 m2 x 1,8 m

(2 x 40 m3/hari) - (0,001 x 5 mm/hari x 27 m2) = 1,2 hari


HRT = 1,2 hari (Belum sesuai, ≥ 1 hari)

- Menghitung ulang luas permukaan kolam

Karena waktu retensi hidraulik (f) kurang dari 4 hari, maka dilakukan penghitungan ulang luas kolam fakultatif primer

yang dibutuhkan (Af, m2) dengan f = 4 hari.

= 2Qθf

2Df + 0.001eθf


(2 x 1,8 m) - (0,001 x 5 mm/hari x 4 hari) = 87,2 m2

- Rasio panjang:lebar = 3:1 → P = 3L (3L)(L) = 87,2 m2 3L2 = 87,2 m2 L = 5,39 ≈ 5,5 m P = 3L = 16,5 m A’ = 5,5 m x 5,6 m = 90,75 m2


DRAFT

191

θf = 2 x 90,75 m2 x 1,8 m

(2 x 39 m3/hari) - (0,001 x 5 mm/hari x 94 m2)



Le = Li

1+ k1θf

di mana: Le = konsentrasi BOD efluen (mg/l) Li = konsentrasi BOD influen (mg/l) k1 = konstanta laju orde pertama

f = waktu retensi hidraulik (hari)

- Nilai k1 k1(T) = k1(20)(1,05)T-20


k1(26) = (0,1/hari)(1,05)(26-20) = 0,105/hari


Le unfiltered= Li

1+ k1θf

maka,



- Konsentrasi BOD efluen yang sudah terfiltrasi dari alga (mg/l)

Le(filtered) = Fna[Le(unfiltered)]

di mana: Fna = fraksi non-alga dari total BOD (0,1-0,3, biasanya digunakan 0,3) maka,

Le (terfiltrasi) = 0,3 x 160 mg/l = 48 mg/l




= 228 mg/l - 48 mg/l

228 mg/l x 100% = 79%

2. COD

- Estimasi efisiensi penyisihan = 75%

DRAFT

192

- COD efluen = (1-0,75) x 830 mg/l = 207 mg/l

3. TSS - Estimasi efisiensi penyisihan = 80% - TSS efluen = (1-0,8) x 406 mg/l = 71

mg/l

4. Ammonia - Estimasi efisiensi penyisihan = 10% - Ammonia efluen = (1-0,1) x 70 mg/l = 63

mg/l


= 100[1-0,41exp(-0,49θ + 0,0085θ2)] = 100[1-0,41exp{-(0,49 x 4) + (0,0085 x 42)] = 94%


6. Bakteri E coli


= 2,6(1,19)26-20 = 7,38/hari


Ne = Ni

(1 + kB(T)θf)

di mana: Ne = Jumlah E coli per 100 ml dalam efluen kolam fakultatif Ni = Jumlah E coli per 100 ml dalam influen kolam fakultatif

a = waktu tinggal hidraulik kolam fakultatif, hari maka,

Ne = 128.000 MPN per 100 ml

[1+(7,38 x 4)] = 4.194 MPN per 100 ml

- Efisiensi penyisihan E coli

= jumlah E coli influen-jumlah E coli efluen

jumlah E coli influen x 100%

= 128.000 MPN/100 ml - 4.194 MPN/100 ml

128.000 MPN/100 ml x 100% = 97%

g. Kolam Maturasi

DRAFT

193

Kolam maturasi menerima influen dari kolam fakultatif dengan karakteristik sebagai berikut.

Karakteristik Influen ke Kolam Maturasi

Parameter Satuan Nilai Debit influen m3/hari 39,3 ≈ 39 BOD mg/l 48 COD mg/l 207 TSS mg/l 71 NH4 mg/l 63 Telur cacing Helminth /liter 3 Bakteri Koliform MPN/100 ml 4.194

Kriteria desain kolam maturasi dapat dilihat pada Error! Reference source not found.. Kriteria desain digunakan - Kedalaman kolam = 1 m

Perhitungan desain Tahap A: Menentukan jumlah kolam maturasi dibutuhkan - Banyaknya jumlah kolam maturasi yang dibutuhkan disesuaikan

dengan kebutuhan pencapaian baku mutu, terutama terkait parameter total koliform.


= 2,6(1,19)26-20 = 7,38/hari

- Jika jumlah kolam maturasi = 1 Bakteri E coli dalam efluen

Ne = Ni

(1 + kB(T)θf)

di mana: Ne = Jumlah E coli per 100 ml dalam efluen kolam maturasi Ni = Jumlah E coli per 100 ml dalam efluen kolam fakultatif



[1+(7,38 x 3)]

= 182 MPN per 100 ml (OK, < 3000 MPN/100 ml)

- Kualitas efluen untuk parameter total koliform dapat memenuhi baku mutu dengan jumlah kolam maturasi = 1. Namun, konsentrasi ammonia yang dihasilkan dari pengolahan ini masih cukup tinggi sehingga jumlah kolam maturasi yang dibangun dirancang sebanyak

DRAFT

194

3 kolam, dengan estimasi tiap kolam mampu menyisihkan 50% dari total ammonia influen.

- Jika jumlah kolam maturasi = 3

Ne=Ni

(1 + kB(T)θm)n

di mana: n = jumlah kolam maturasi maka,


(1 + (7,38 x 3))2

= 1 MPN per 100 ml


= 2Qavgθm

2Dm+em


2 x 1 m + (0,005 m/hari x 3 hari) = 108,8 m2

- Rasio panjang:lebar = 10:1 → P = 10L (10L)(L) = 108,8 m2 10L2 = 108,8 m2 L = 3,29 ≈ 3,5 m P = 10L = 35 m A’ = 122,5 m2

- Luas permukaan 3 kolam maturasi = 2 x luas tiap kolam maturasi = 2 x 122,5 m2 = 367,5 m2



2. COD


3. TSS - Estimasi efisiensi penyisihan = 85% - TSS efluen = (1-0,85) x 71 mg/l = 11 mg/l

4. Ammonia - Estimasi ammonia efluen

DRAFT

195

(tiap kolam mampu menyisihkan 50% ammonia) = 63 mg/l- (0,5 x 63 mg/l) - (0,52 x 63 mg/l) - (0,53 x 63 mg/l) = 8 mg/l

- Ammonia efluen

= konsentrasi NH4 influen - konsentrasi NH4 efluen

konsentrasi NH4 influen x 100%

= 63 mg/l - 8 mg/l

63 mg/l x 100% = 87%


- Estimasi efisiensi penyisihan = 100% - Telur cacing Helminth = (1-1) x 3/liter = 0/liter

6. Total Koliform - Estimasi t. koliform efluen = 1 MPN/100 ml - Efisiensi penyisihan E coli

= jumlah E coli influen-jumlah E coli efluen

jumlah E coli influen x 100%

= 4.149 MPN/100 ml - 1 MPN/100 ml

4.194 MPN/100 ml x 100% = 99,99 %

h. Bak Kontrol Bak kontrol ini berfungsi untuk mengontrol kualitas efluen hasil pengolahan sebelum dibuang ke lingkungan. Bak kontrol pada contoh perhitungan ini dirancang memiliki panjang = 1,2 m; lebar = 0,6 m; dan kedalaman = 1 m.

i. Bak Penampung Padatan Kering Bak penampung padatan kering ini berupa hanggar terbuka yang berfungsi sebagai tempat penyimpanan sementara padatan hasil pengeringan. Unit ini dirancang memiliki panjang = 15 m dan lebar = 5 m.

DRAFT

196

6.2.2 Neraca Massa Sistem Pengolahan

DRAFT

197


Berikut ini merupakan rekapitulasi kebutuhan luas lahan tiap unit.

Tabel 37. Kebutuhan Lahan IPLT B

Unit Luas lahan

(m2) Manual bar screen 8 Grit chamber 1,6 Grease trap 25,32 Anaerobic digester 476,2 Sludge Drying Bed 4.557 Kolam fakultatif 90,75 Kolam maturasi 367,5 Bak Kontrol 0,7 Bak penampung padaran kering 75 Total 5.602

Kebutuhan lahan pada tabel di atas belum termasuk kebutuhan lahan untuk bangunan kantor, laboratorium, akses jalan, serta sarana dan prasarana IPLT lainnya.

DRAFT

198

6.3 Desain Debit Besar (150 m3/hari) IPLT C dengan kriteria sebagai berikut:


6.3.1 Detail Perhitungan Unit Pengolahan Karakteristik Influen

a. Manual Bar Screen Pada perhitungan unit penyaringan, debit desain yang digunakan berdasarkan total kapasitas truk tinja dan waktu pembuangan yang dibutuhkan untuk satu kali pembuangan. Dalam perhitungan desain unit penyaring ini, setiap satu kali pembuangan dapat menerima dua truk tinja berkapasitas maksimum 4 m3 dan waktu pembuangan yang dibutuhkan selama 5 menit (=300 detik). Dengan demikian, debit desain yang digunakan pada perhitungan ini sebesar 8 m3/300 detik = 0,027 m3/detik. Kriteria desain manual bar screen dapat dilihat pada Tabel 1. Kriteria Desain Digunakan - Koef. kekasaran Manning, n = 0,015 (material saluran: beton) - Faktor tipe batang, β = 2,42 (digunakan batang persegi panjang) Perhitungan Desain Tahap A: Menghitung dimensi saringan - Luas bukaan (A) saringan

= debit puncak


= 0,027 m3/detik

0,3 m/detik = 0,09 m2


DRAFT

199





- Dirancang tinggi saluran = 0,8 m dan kemiringan saringan = 60o maka, tinggi saringan = 0,8 m/sin 60o = 0,8 m/0,866 = 0,93 ≈ 1 m

- Kecepatan aliran setelah melalui saringan

v2 = 1n

R2/3 S1/2

di mana: v2 = Kecepatan saluran aliran penuh, m/detik n = koefisien kekasaran yang digunakan dalam persamaan Manning R = Rerata radius hidraulik = A/P, m A = Luas penampang basah, m2

P = Panjang penampang basah, m S = Kemiringan energi, m/m maka,

A = lebar saluran x tinggi air A = 1,2 m x 0,1 m = 0,12 m2


R = A

P =

0,12 m2

1,39 m = 0,09 m

S = (Qd n)2

A2 R4/3

S = (0,027 m3/detik x 0,015)

2

(0,12 m2)2 (0,09 m)4/3

= 3 x 10-4 m/m

v2 = 1

0,015 (0,09 m) 2/3 (3 x 10-4 m/m)

1/2 = 0,22 m/detik

DRAFT

200


hL= β wb

43

hv sinθ


hL= 2,42 22 x 10 mm

23 x 40 mm

43 (0,3 m/s)2

2 x 9,81 m/s2 sin (60)

hL= 0,0048 m = 4,8 mm

2. Head loss penyaringan tersumbat 50% Karena saringan terhambat 50%, maka luas bukaan yang berfungsi hanya 55%.

V’ = 1/0,50 x 0,3 m/detik = 0,60 m/detik

maka,

hL= V'2- v2

2g

10,7


maka,

hL= (0,60 m/detik)2- (0,22 m/detik)2

2 x 9,81 m/detik2 x 1

0,7

hL= 0,0226 m = 22,6 mm

b. Horizontal Flow-Grit Chamber Pada perhitungan unit grit chamber, debit desain yang digunakan mengikuti debit puncak dalam desain manual bar screen = 0,027 m3/detik.

Kriteria desain horizontal grot chamber dapat dilihat pada Tabel 4. Kriteria desain digunakan - Waktu detensi = 90 detik

DRAFT

201

Perhitungan desain Tahap A: Menentukan dimensi grit chamber - Volume grit chamber dibutuhkan

= debit influen

waktu detensi

= 0,027 m3/detik

90 detik = 2,4 m3

- Dirancang grit chamber memiliki lebar = 1 m dan kedalaman 1,5 m (rasio lebar : kedalaman = 1:1,5), maka panjang kolam:

= volume chamber

lebar x kedalaman

= 2,4 m2

1 m x 1,5 m= 1,6 m

- Luas permukaan grit chamber = 1,6 m x 1 m = 1,6 m2

Tahap B: Menentukan dimensi Parshall Flume - Dimensi Parshall Flume

Untuk mengontrol kecepatan aliran yang melalui grit chamber, pada saluran efluen digunakan parshall flume. Dimensi parshall flume ditentukan berdasarkan debit yang melalui saluran dan dapat dilihat pada Error! Reference source not found.. Dalam perancangan ini, debit desain yang digunakan berada dalam rentang 5-300 m3/jam, maka dimensi yang dibutuhkan adalah:

W = 0,15 m A = 0,61 m B = 0,61 m C = 0,40 m D = 0,40 m

E = 0,30 m F = 0,61 m G = 76 mm N = 114 mm X = 51 mm

DRAFT

202


Ha = QC

1n

di mana: Ha = kedalaman air, m Q = debit aliran, m3/detik C, n = koefisien yang ditentukan berdasarkan Error!

Reference source not found. dan Error! Reference source not found..


Ha = 0,027

2

11,54

=0,06 m

c. Grease Trap

Pada perhitungan unit grease trap, debit desain yang digunakan mengikuti debit puncak dalam desain manual bar screen = 0,027 m3/detik.



= debit influen x waktu detensi = 0,027 m3/detik x 300 detik = 8,1 m3


= debit influen

kecepatan aliran

= 0,027 m3/detik

0,0014 m/detik = 19,3 m2

3. Rasio P:L adalah 3:1, maka

(3L)(L) = 19,3 m2 3L2 = 19,3 m2 L = 2,6 m P = 3L = 7,8 m Panjang kompartemen I = 2/3P = 5,2 m Panjang kompartemen II = 1/3P = 2,6 m

maka, A’ = 7,8 m x 2,6 m = 20,3 m2

DRAFT

203


v = debit influen

luas permukaan

v = 0,027 m3/detik


4. Kedalaman tangki

- Kedalaman aktif

= volume tangki

luas tangki

= 8,1 m3

20,3 m2 = 0,4 m

- Kedalaman total = kedalaman aktif + tinggi zona pengendapan + tinggi scum + freeboard

= 0,4 m + 0,3 m + 0,3 m + 0,5 m = 1,5 m

Efisiensi unit pengolahan Diestimasikan unit tangki grease trap yang dirancang ini mampu menangkap minyak dan lemak sebanyak 76%. - Konsentrasi minyak dan lemak pada efluen

= (1-0,76) x 1.100 mg/l = 264 mg/l

d. Bak Ekualisasi Dalam contoh perhitungan ini, IPLT C beroperasi selama 8 jam (mulai pukul 08.00 sampai 16.00) dan jumlah truk tinja yang membuang lumpur tinja sebanyak 50 truk. Berikut merupakan data jumlah truk tinja yang masuk beserta volume lumpur tinja yang dibawa dan konsentrasi BOD5-nya pada setiap jam.

Waktu Jumlah

truk Debit

influen

Rerata konsentrasi

BOD5

Akumulasi volume setiap akhir waktu

Beban BOD5

(buah) (m3/jam) (mg/l) (m3) kg/jam 8-9 2 7 2.950 7 21 9-10 3 11 3.370 18 38 10-11 6 21 3.284 39 69 11-12 12 43 3.019 82 130 12-13 11 38 3.523 120 134 13-14 8 29 2.809 149 82 14-15 5 16 3.216 165 52 15-16 3 11 3.164 176 35 Rerata 22 70

DRAFT

204

Kriteria desain bak ekualisasi dapat dilihat pada Error! Reference source not found.. Kriteria desain digunakan - Kedalaman bak = 2,5 m

Perhitungan desain Tahap A: Menentukan volume bak ekualisasi dibutuhkan berdasarkan

volume kumulatif influen lumpur tinja pada setiap jam operasional IPLT.

Berdasarkan data di atas, dibuat grafik volume akumulasi lumpur tinja setiap periode satu jam, yaitu sebagai berikut.

Gambar 50. Volume Kumulatif Influen Lumpur Tinja

Cara menentukan volume bak ekualisasi yang dibutuhkan adalah dengan menggambarkan garis tangen titik terendah dan tertinggi diagram akumulasi volume influen yang sejajar dengan garis tangen rerata volume influen. Dengan demikian, volume bak ekualisasi yang dibutuhkan = 35 m3 dan dimensi bak ekualisasi adalah: - Kedalaman bak = 2,5 m - Luas permukaan = 15,2 m2 - Rasio panjang : lebar = 3:1

(3L)(L) = 15,2 m2 3L2 = 15,2 m2

L = 2,3 m P = 6,9 m A’ = 6,9 m x 2,3 m = 15,87 m2

- Freeboard = 0,5 m

DRAFT

205

- Volume bak ekualisasi = 2,3 m x 6,9 m x (2,5 + 0,7) m = 46,5 m3

Tahap B: Menentukan pengaruh bak ekualisasi terhadap laju beban BOD5. Dengan kapasitas bak sebesar 47,6 m3, diperkirakan bak akan kembali kosong pada pukul 11.30. Maka, perhitungan pengaruh dari ekualisasi lumpur tinja dimulai pada periode waktu pukul 11.00-12.00.

1. Menghitung volume lumpur tinja dalam bak ekualisasi

Vsc= Vsp+ Vic - Voc di mana: Vsc = volume dalam bak ekualisasi pada suatu periode waktu, m3

Vsp = volume dalam bak ekualisasi pada akhir periode waktu sebelumnya, m3 Vic = volume influen selama suatu periode waktu, m3 Voc = volume efluen selama suatu periode waktu, m3 maka, - Periode pukul 11.00-12.00

Vsc = 0 + 43 m3 - 22 m3 = 21 m3

- Periode periode pukul 12.00-13.00 Vsc = 21 m3 + 38 m3 - 22 m3 = 37 m3

- Periode pukul 13.00-14.00 Vsc = 37 m3 + 29 m3 - 22 m3 = 44 m3






2. Menghitung konsentrasi rerata BOD5 dalam lumpur tinja yang keluar

dari bak ekualisasi

Xoc= (Vic)(Xic)+ Vsp Xsp

Vic+ Vsp

di mana: Xoc = rerata konsentrasi BOD5 efluen setelah proses ekualisasi selama suatu periode waktu, mg/l

Vic = volume air limbah influen selama suatu periode waktu sebelumnya, m3

Xic = rerata konsentrasi BOD5 influen, mg/l Vsp = volume air limbah dalam bak ekualisasi pada akhir periode waktu, m3

DRAFT

206

Xsp = konsentrasi BOD5 air limbah dalam bak ekualisasi pada akhir periode waktu sebelumnya, mg/l maka, - Periode pukul 11.00-12.00

Xoc= (43 m3 x 3.019 mg/l)

43 m3 = 3.019 mg/l

- Periode periode pukul 12.00-13.00

Xoc= (38 m3 x 3.523 mg/l) + ( 21 m3 x 3.019 mg/l)

38 m3 + 21 m3 = 3.344 mg/l


Xoc= (29 m3 x 2.809 mg/l) + (37 m3 x 3.344 mg/l)

29 m3 + 37 m3 = 3.109 mg/l


Xoc= (16 m3 x 3.216 mg/l) + (44 m3 x 3.109 mg/l)

16 m3 + 44 m3 = 3.138 mg/l


Xoc= (11 m3 x 3.164 mg/l) + (38 m3 x 3.138 mg/l)

11 m3 + 38 m3 = 3.144 mg/l


Xoc= (7 m3 x 2.950 mg/l) + (27 m3 x 3.144 mg/l)

7 m3 + 27 m3 = 3.105 mg/l


Xoc= (11 m3 x 3.370 mg/l) + (12 m3 x 3.105 mg/l)

11 m3 + 12 m3 = 3.232 mg/l


Xoc= (21 m3 x 3.284 mg/l) + (1 m3 x 3.232 mg/l)

21 m3 + 1 m3 = 3.282 mg/l

Waktu Volume influen

Volume dalam bak

Rerata konsentrasi

BOD5

Konsentrasi BOD5 setelah

ekualisasi

Beban BOD5 setelah

ekualisasi (m3) (m3) (mg/l) (mg/l) kg/jam

11-12 43 21 3.019 3.019 67 12-13 38 37 3.523 3.344 74 13-14 29 44 2.809 3.109 69 14-15 16 38 3.216 3.138 70 15-16 11 27 3.164 3.144 70 8-9 7 12 2.950 3.105 69 9-10 11 1 3.370 3.232 72 10-11 21 0 3.284 3.282 73 Rerata 22 70,5

DRAFT

207

e. Anaerobic Digester Karakakteristik influen lumpur tinjan yang diolah dalam unit anaerobic digester dapat dilihat pada tabel berikut.

Karakteristik Influen ke Anaerobic Digester

Parameter Satuan Nilai Debit influen m3/hari 150 BOD mg/l 3.170 COD mg/l 8.800 TSS mg/l 18.400 NH4 mg/l 120 Minyak dan lemak mg/l 264 Telur cacing Helminth /liter 550 Bakteri Koliform MPN/100 ml 2.800.000

Kriteria desain anaeroboc digester dapat dilihat pada Error! Reference source not found.. Kriteria desain digunakan Anaerobic digester yang direncanakan yaitu jenis standard-rate berbentuk silinder dengan bagian dasar berbentuk kerucut. - Waktu retensi padatan = 60 hari - Kemiringan kerucut = 4:1 - Kedalaman zona akumulasi grit = 0,1 m - Kedalaman zona scum = 0,3 m - Freeboard untuk pembersihan = 0,7 m

Perhitungan desain Tahap A: Menentukan kapasitas digester - Volume digester dibutuhkan



Dirancang kebutuhan kapasitas digester dibagi menjadi 4 tangki dan dirancang kedalaman tangki sebesar 9 m. - Debit influen tiap digester

= 150 m3

4 tangki = 37,5 m3/tangki


= volume tangki

jumlah tangki

= 9.000 m3

4 tangki = 2.250 m3/tangki

DRAFT

208



kedalaman tangki

= 2.250 m3

9 m = 250 m2


=4

πx 250 m2 = 18 m

Diameter tutupan digester dibuat 1,5 m lebih panjang dari badan tangki, maka diameter tiap tangki digester = 16,5 m.


Diameter tiap digester = 16,5 m (OK, rentang: 6-40 m)

- Luas permukaan tiap digester setelah koreksi

= π

4 (16,5 m)2 = 213,91 m2


= 2.250 m3

π4 x (16,5 m)2

= 10,6 m


→ Cek kesesuaian kedalaman digester hasil perhitungan dengan kriteria desain

Kedalaman tiap digester = 10,6 m (OK, rentang: 7-14 m)


= volume silinder + volume kerucut - bagian akumulasi grit

=π

4 (16,5 m)2 x 8,5 m +

1

3(π

4) (16,5 m)2 x 2,1 m -

1

3(π

4) (8 m)2 x 1 m

= 1818,3 m3 + 149,8 m3 - 16,8 m3 = 1.951,3 m3

- Volume aktif empat digester = 4 x volume aktif digester = 4 x 1.951,3 m3 = 7.805,2 m3

- Volume inaktif empat digester = 4 (volume akumulasi scum dan pembersihan + volume akumulasi grit)

DRAFT

209

= 4π

4 (16,5 m)2 x (0,3 + 0,7) m + 16,8 m3

= 4 x (214 m3 + 16,8 m3) = 923,2 m3 - Total volume aktif dan inaktif

= 7.805,2 m3 + 923,2 m3 = 8.728,4 m3


= volume aktif

total volume

= 7.805,2 m3

8.728,4 m3 = 0,9


Rasio = 0,9 (OK, >0,85)

→ Periksa kesesuaian waktu digestion padatan pada debit rerata terhadap kriteria desain.


Qavg

= 7.805,2 m3


3. Waktu retensi padatan

- Waktu digestion pada debit rerata


Qavg

= 7.805,2 m3


Tahap C: Mengestimasi destruksi volatile solid, serta volume lumpur

tercerna (digested sludge) dan debit supernatan. 3. Destruksi volatile solid dalam digester

- Beban TSS tiap digester

= 18.400 g/m3 x 37,5 m3/hari

1000 g/kg = 690 kg/hari



maka, Vd = 13,7 ln (52,1) + 18,9 = 74%

- Konsentrasi TVS = 0,75TSS = 13.800 mg/l

DRAFT

210

- Beban TVS terdestruksi tiap digester

= beban massa TVS x Vd

= (13,8 kg/m3 x 37,5 m3/hari) x 74% = 517,5 kg/hari x 74% = 383 kg/hari

- Beban TVS tersisa dalam tiap digester = TVS sebelum tersdestruksi - TVS setelah terdestruksi = 517,5 kg/hari - 383 kg/hari = 134,5 kg/hari

- Beban TSS tersisa dalam tiap digester = nonvolatile solid + VS tersisa = (690 - 517,5) kg/hari + 134,5 kg/hari = 307 kg/hari

4. Debit lumpur tercerna dari digester

Lumpur yang telah tercerna (digested) dalam pengolahan primer menggunakan unit anaerobic digester memiliki karakteristik kandungan padatan kering 4-8% dan densitas lumpur 1.020-1.030 kg/m3. Berdasarkan rentang nilai tersebut, diestimasikan konsentrasi TSS dalam lumpur terpekatkan = 6% dan densitas lumpur terpekatkan = 1.030 kg/m3, maka estimasi debit lumpur dari tiap digester: Debit lumpur tercerna dari tiap digeseter

= beban TSS tersisa dalam tiap digester


= 307 kg/hari

6% x 1.030 kg/m3 = 5 m3/hari

Konsentrasi TSS dalam lumpur tercerna dari tiap digester

= beban TSS tersisa


= 307 kg/hari x 1.000 g/kg

5 m3/hari = 61.400 g/m3 = 61.400 mg/l


- Debit supernatan dari tiap digester = debit influen - debit lumpur efluen = 37,5 m3/hari - 5 m3/hari = 32,5 m3/hari

- Total debit supernatan dari empat digester = 4 x 32,5 m3/hari = 130 m3/hari

- Beban TSS dalam supernatan dari digester = beban TSSinfluen - beban TSS lumpur efluen = 690 kg/hari - 307 kg/hari = 383 kg/hari

DRAFT

211

- Total beban TSS dalam supernatan dari empat digester = 4 x 383 kg/hari = 1.532 kg/hari



debit supernatan

= 1.532 kg/hari x 1.000 g/kg

130 m3/hari = 11.785 g/m3 = 11.785 mg/l


Px= Y(So-S)1+kdθc


So = beban massa bCOD influen, kg/hari S = beban massa bCOD efluen, kg/hari kd = koefisien endogen, /hari (untuk lumpur air limbah domestik: 0,02-0,04/hari) θc = waktu tinggal rerata biomassa, hari (sama dengan

waktu digestion)

- bCODinfluen (konsentrasi COD yang dapat didegradasi secara biologis) = 1,6 BODinfluen

= 1,6 x 3.170 mg/l = 5.072 mg/l

Beban bCODinfluen tiap tangki

= 5.072 g/m3 x 37,5 m3/hari

1.000 g/kg = 190,2 kg/hari



= 1,6 x [(1-0,8) x 3.170 mg/l))

= 1,6 x 634 mg/l = 1.014,4 mg/l

Beban massa bCODefluen tiap tangki

= 1.014,4 g/m3 x 37,5 m3/hari

1.000 g/kg = 38,1 kg/hari


Px = 0,08 x (190,2 kg/hari - 38,1 kg/hari)

1 +(0,03/hari x 52,1 hari) = 4,8 kg/hari

DRAFT

212

2. Volume gas metan - Volume gas tiap tangki

V = 0,35 m3/kg {(So-S)-1,42(Px)}


V = 0,35 m3/kg x {(190,2-38,1) kg/hari - (1,42 x 4,8 kg/hari) = 51 m3/hari

- Volume gas metan tiap tangki Estimasi kandungan gas metan dalam digester sebesar 67%, maka

VCH4 = 51 m3/hari x 0,67 = 34 m3/hari



2. COD


3. TSS - Estimasi TSS efluen = 11.785 mg/l - Efisiensi penyisihan padatan dalam tiap digester


TSS influen

= 18.400 mg/l - 11.785 mg/l

18.400 mg/l x 100% = 36%

4. Minyak dan lemak


5. Ammonia

- Estimasi efisiensi penyisihan = 0% - Ammonia efluen = (1-0) x 120 mg/l = 120 mg/l



DRAFT

213

7. Total bakteri Koliform


= 1.120.000 MPN/100 ml

f. Anaerobic Baffled Reactor - Pada sistem pengolahan ini, anaerobic baffled reactor menerima influen

dari supernatan anaerobic digester dan filtrat sludge drying bed yang mengolah lumpur anaerobic digester.

- Diketahui bahwa karakteristik lumpur pada tahap pengolahan sekunder secara anaerobik (dalam sistem pengolahan ini menggunakan ABR) umumnya memiliki konsentrasi padatan kering 3-6% dan densitas lumpur 1.020-1.030 kg/m3.

- Pada perhitungan ABR ini, diasumsikan efisiensi penyisihan TSS = 45% dengan karakteristik lumpur yang mengendap memiliki konsentrasi padatan kering = 4% dan densitas = 1.030 kg/m3.

Karakteristik Influen ke Unit Anaerobic Baffled Reactor


Digester Filtrat

Drying Bed Influen

ABR Debit influen m3/hari 130 17 147 BOD mg/l 349 80 429 COD mg/l 1.210 218 1.428 TSS mg/l 11.785 3490 15.275 NH4 mg/l 66 33 99 Minyak dan lemak

mg/l 75 4 79

Telur cacing Helminth

/liter 182 66 248


Kriteria desain ABR dapat dilihat pada Error! Reference source not found.. Kriteria desain digunakan - Kecepatan upflow = 0,5 m/jam - Jumlah kompartemen sekat = 4

Perhitungan desain Tahap A: Menentukan dimensi ABR 1. Dimensi area sekat (baffled area)

- ABR dirancang memiliki kedalaman aktif 2,5 m dan freeboard 0,5 m - Direncanakan dibangun 2 (dua) tangki ABR, maka debit influen

masing-masing tangki:

DRAFT

214

= 147 m3/hari

2 = 73,5 ≈ 74 m3/hari


= debit influen

kecepatan upflow


0,5 m/jam = 6,2 m2

maka, dengan rasio panjang : lebar = 1:4 (P)(4P) = 6,2 m2 4P2 = 6,2 m2 P = 1,3 m L = 4P = 5,2 m Au = 5,2 m x 1,3 m = 6,76 m2


Ad = 6,76 m2/3 = 2,3 m2

Lebar tangki = 6,4 m, maka panjang area downflow


lebar tangki

= 6,76 m2

5,2 m = 0,4 m

- Total volume aktif baffled area = (panjang kompartemen + panjang shaft) x lebar kompartemen x

kedalaman aktif kompartemen x jumlah kompartemen = (1,3 m + 0,4 m) x 5,2 m x 2,5 m x 4 = 90,2 m3



debit influen

= 90,2 m3

74 m3/hari = 1,22 hari = 29,3 jam


= debit influen


= 74 m3/hari

6,76 m2 = 11 m/hari = 0,46 m/jam (OK, <0,6 m/jam)


- HRT pada area pengendapan dirancang selama 15 jam

DRAFT

215

- Lebar dan kedalaman aktif tangki mengikuti dimensi baffled area, yaitu: Lebar = 5,2 m Kedalaman aktif = 2,5 m




= 15 jam x 74 m3/hari

5,2 m x 2,5 m = 3,6 m

- Volume settling tank = 3,6 m x 5,2 m x 2,5 m = 46,8 m3



debit influen

= 46,8 m3

74 m3/hari = 0,63 hari = 15,2 jam

3. Dimensi ABR

- Volume aktif ABR = volume tangki pengendapan + volume area sekat = 46,8 m3 + 90,2 m3 = 137 m3


= volume ABR

debit influen

= 221,4 m3

112,5 m3/hari = 1,86 hari = 44,6 jam (OK, rentang: 12-96 jam)

- Total luas lahan dibutuhkan = luas baffled area + settling tank = ( 0,8 m x 2,4 m x 3) + (1,1 m x 2,4 m) = 8,4 m2

Tahap B: Mengestimasi volume lumpur mengendap dalam ABR dan debit

supernatan dari ABR. 1. Volume lumpur mengendap dalam ABR

- Beban TSS yang diterima tiap ABR = debit influen x konsentrasi TSS = 74 m3/hari x 15.275 mg/l = 130.350 g/hari = 140 kg/hari

- Beban TSS dalam lumpur mengendap pada tiap ABR = efisiensi penyisihan TSS x beban TSS influen = 0,45 x 140 kg/hari = 63 kg/hari

- Total beban TSS dalam lumpur mengendap pada dua ABR = 2 x 63 kg/hari = 126 kg/hari

DRAFT

216

- Volume lumpur mengendap pada tiap ABR



= 63 kg/hari

4% x 1.030 kg/m3 = 1,5 m3/hari

- Volume lumpur mengendap pada dua ABR = 2 x 1,5 m3/hari = 3 m3/hari

- Konsentrasi TSS dalam lumpur mengendap pada ABR


debit supernatan

= 126 kg/hari x 1.000 g/kg

3 m3/hari = 42.000 g/m3 = 42.000 mg/l

2. Debit supernatan dari ABR

- Beban TSS dalam supernatan dari tiap SDB = beban TSS influen - beban TSS efluen = 140 kg/hari - 63 kg/hari = 77 kg/hari

- Total beban TSS dalam supernatan dari dua SDB = 2 x 77 kg/hari = 154 kg/hari

- Debit supernatan dari tiap SDB = 74 m3/hari - 1,5 m3/hari = 72,5 m3/hari

- Total debit supernatan dari dua SDB = 2 x 72,5 m3/hari = 145 m3/hari

- Konsentrasi TSS dalam supernatan dari ABR


debit supernatan

= 154 kg/hari x 1.000 g/kg

145 m3/hari = 1.062 g/m3 = 1.062 mg/l


- Penyisihan di zona pengendapan Berdasarkan Gambar 24, dengan HRT = 15 jam, persentase penyisihan COD sebesar 46%, maka Konsentrasi COD ke kompartemen selanjutnya

= (1-0,46) x 1.428 mg/l = 771 mg/l

- Penyisihan di zona sekat a. Faktor penyisihan berdasarkan BOD5 influen (Gambar 25)

f-strength = 0,94 (untuk BOD influen = 219 mg/l)

b. Faktor penyisihan berdasarkan beban organik (Gambar 26) f-overload = 0,8 (untuk OLR = 16 kgBOD/m3)

DRAFT

217

c. Faktor penyisihan berdasarkan suhu lingkungan (Gambar 27) f-temperature = 1 (untuk T = 26oC)

d. Faktor penyisihan berdasarkan HRT (Error! Reference source not found.)

f-HRT = 0,95 (untuk HRT = 29,3 jam) e. Laju penyisihan teoritis

= f-overload x f-strength x f-temperature x f-HRT = 0,94 x 0,8 x 1 x 0,95 = 0,71

- COD = (1-0,71) x 771 mg/l = 224 mg/l




= 1.428 mg/l - 224 mg/l

1.428 mg/l x 100% = 84%

2. BOD

- Penyisihan di zona pengendapan a. Persentase penyisihan

= 1,06 x 46% = 49% b. Konsentrasi BOD ke zona sekat

= (1-0,49) x 429 mg/l = 219 mg/l

- Total efisiensi penyisihan BOD = 1,085 x total efisiensi COD = 1,085 x 84% = 91%

- BOD efluen = (1-0,91) x 219 mg/l = 18 mg/l

3. TSS - Estimasi TSS efluen = 1.062 mg/l - Efisiensi penyisihan padatan dalam tiap digester


TSS influen

= 15.275 mg/l - 1.062 mg/l

15.275 mg/l x 100% = 93%

4. Minyak dan lemak

- Asumsi efisiensi penyisihan = 80% - Minyak dan lemak efluen = (1-0,8) x 79 mg/l = 16 mg/l

5. Ammonia - Asumsi efisiensi penyisihan = 0% - Ammonia efluen = 99 mg/l


- Asumsi efisiensi penyisihan = 0% - Telur cacing efluen = (1-0) x 248/liter = 248/liter

DRAFT

218

7. Total koliform

- Asumsi efisiensi penyisihan = 15% - Total koliform efluen = (1-0,15) x 691.600 MPN/100 ml

= 587.860 MPN/100 ml g. Kolam Fakultatif

Pada sistem pengolahan ini, kolam fakultatif menerima influen dari supernatan anaerobic baffled reactor dan filtrat sludge drying bed yang mengolah lumpur anaerobic baffled reactor.

Karakteristik Influen ke Kolam Fakultatif


ABR Filtrat

Drying Bed Influen

K. Fakultatif Debit influen m3/hari 144 2,6 146,6 (≈ 147) BOD mg/l 10 3 13 COD mg/l 123 22 145 TSS mg/l 1.062 3.846 4.908 NH4 mg/l 54 27 81 Minyak dan lemak

mg/l 11 1 12

Telur cacing Helminth

/liter 136 23 159


Kriteria desain kolam fakultatif dapat dilihat pada Error! Reference source not found.. Kriteria desain digunakan - Kedalaman kolam = 2 m - Waktu retensi hidraulik = 4 hari

Perhitungan desain Tahap A: Menghitung luas kolam yang dibutuhkan Dikarenakan konsentrasi BOD dalam influen yang diolah sudah memenuhi baku mutu, maka dalam perhitungan kebutuhan luas kolam berdasarkan waktu retensi hidraulik. - Luas permukaan kolam fakultati, Af

θf = 2AfDf

2Qi - 0.001eAf

di mana: f = waktu retensi hidraulik, hari Df = kedalaman kolam fakultatif, m Qi = debit influen, m3/hari e = jumlah laju evaporasi, mm/hari

maka,

θ = 2 x 147 m /hari x 4 hari

(2 x 2 m) − (0,001 x 5 mm/hari x 4 hari) = 295,5 m

DRAFT

219

- Dirancang dibangun 2 kolam fakultatif identik, maka luas masing-masing kolam = 148 m2 dan debit influen = 74 m3/hari.

- Rasio panjang:lebar = 3:1 → P = 3L (3L)(L) = 148 m2 3L2 = 148 m2 L = 7,02 ≈ 7,5 m P = 22,5 m A’ = 7,5 m x 22,5 m = 168,75 m2


θf = 2 x 168,75 m2 x 1,8 m

(2 x 74 m3/hari) - (0,001 x 5 mm/hari x 168,75 m2)


- Total kebutuhan lahan untuk dua kolam = 168,75 m2 x 2 = 337,5 m2

- Volume tiap kolam fakultatif kedalaman kolam = 2 m tinggi freeboard = 0,5 m

maka, V = 168,75 m2 x (2+0,5) m = 421,9 m3

Tahap C: Menghitung kebutuhan aerasi dan daya aerator Unit kolam fakultatif ini menggunakan aerator karena konsentrasi ammonia yang terkandung dalam air limbah masih tinggi. 1. Kebutuhan aerasi



Efisiensi penyisihan ammonia yang diinginkan pada pengolahan ini sebesar 70% agar mencapai konsentrasi ammonia efluen = 25 mg/l. Maka,

Ro2 = 3,1 x (81 - 25) mg/l x 147 m3/hari x 10-3/24 = 1,1 kg/jam

2. Kebutuhan daya aerator Diasumsikan aerator memiliki standar 1,8 kgO2/kWh

DRAFT

220

- Daya aerator dibutuhkan

OL = O0α(1.024)T-20 βCS(T,A)-CL

CS(20,0)

di mana: OL = laju transfer oksigen Oo = laju transfer oksigen ketika pengujian α = rasio laju transfer oksigen dalam air limbah terhadap air keran pada suhu yang sama (umumnya untuk air limbah domestik, α = 0,8) β = rasio konsentrasi kelarutan oksigen dalam air limbah terhadap air terdistilasi (umumnya untuk air limbah domestik β = 0,95) CS(T,A) = konsentrasi kelarutan oksigen dalam air terdistilasi pada suhu T dan altitude A. Nilai CS(T) pada ketinggian permukaan laut (760 mmHg) dapat dilihat pada Tabel 18. CS(20,0) = konsentrasi kelarutan oksigen dalam air terdistilasi pada suhu 20 oC dan pada ketinggian permukaan laut (altitude) (= 9,08 mg/l) CL = konsentrasi DO dalam kolam (1-2 mg/l) maka,


9,08 mg/l



= RO2

OL

= 1,1 kgO2/jam



- Nilai k1 k1(T) = k1(20)(1,05)T-20


k1(26) = (0,1/hari)(1,05)(26-20) = 0,13/hari


Le unfiltered= Li

1+ k1θf

DRAFT

221

maka,



- Konsentrasi BOD efluen yang sudah terfiltrasi dari alga (mg/l) Le(filtered) = Fna[Le(unfiltered)]

di mana: Fna = fraksi non-alga dari total BOD (0,1-0,3, biasanya digunakan 0,3) maka,

Le (terfiltrasi) = 0,3 x 9 mg/l = 3 mg/l




= 13 mg/l - 3 mg/l

3 mg/l x 100% = 77%

2. COD


3. TSS - Estimasi efisiensi penyisihan = 80% - TSS efluen = (1-0,8) x 4.908 mg/l = 982 mg/l


5. Minyak dan lemak - Estimasi efisiensi penyisihan = 65% - Minyak dan lemak efluen = (1-0,65) x 12 mg/l = 5 mg/l


- Efisiensi penyisihan telur cacing Helminth = 100[1-0,41exp(-0,49θ + 0,0085θ2)] = 100[1-0,41exp{-(0,49 x 4,1) + (0,0085 x 4,12)] = 94%


7. Total koliform


= 2,6(1,19)26-20 = 7,39/hari

DRAFT

222

- Bakteri total koliform dalam efluen

Ne = Ni

(1 + kB(T)θf)

di mana: Ne = total koliform per 100 ml dalam efluen kolam fakultatif Ni = total koliform per 100 ml dalam efluen unit sebelumnya


Ne = 362.730 MPN per 100 ml

[1+(7,39 x 4,1)] = 11.590 MPN per 100 ml


= total koliform influen-total koliform efluen

total koliform influen x 100%

= 362.730 MPN/100 ml - 11.590 MPN/100 ml

362.730 MPN/100 ml x 100% = 97%

h. Kolam Maturasi Kolam maturasi menerima influen dari kolam fakultatif.

Karakteristik Influen ke Kolam Maturasi

Parameter Satuan Nilai Debit influen m3/hari 147 BOD mg/l 3 COD mg/l 23 TSS mg/l 982 NH4 mg/l 25 Telur cacing Helminth /liter 10 Bakteri Koliform MPN/100 ml 11.590

Kriteria desain kolam maturasi dapat dilihat pada Error! Reference source not found.. Kriteria desain digunakan - Kedalaman kolam = 1 m - HRT = 5 hari

Perhitungan desain Tahap A: Menentukan jumlah polishing pond dibutuhkan - Jumlah polishing pond yang dibutuhkan disesuaikan dengan kebutuhan

pencapaian baku mutu, terutama terkait parameter total koliform.


= 2,6(1,19)26-20 = 7,38/hari

DRAFT

223

- Bakteri koliform dalam efluen

Ne=Ni

(1 + (1 + kB(T)θm)n

di mana: Ne = total koliform per 100 ml dalam efluen kolam maturasi Ni = total koliform per 100 ml dalam influen kolam anaerobik

KB(T) = konstanta laju orde pertama penyisihan E coli

m = waktu tinggal hidraulik kolam maturasi, hari n = jumlah kolam maturasi

- Jika kolam maturasi = 1

Ne = 11.590 MPN per 100 ml

[1+(7,385,21 x 53)]1

Ne = 305 MPN/100 ml (OK, memenuhi baku mutu < 3000 MPN/100 ml)


= 2Qavgθm

2Dm+em


2 x 1 m + (0,005 m/hari x 3 hari) = 730 m2

- Rasio panjang:lebar = 10:1 → P = 10L (10L)(L) = 730 m2 10L2 = 730 m2 L = 8,54 ≈ 86 m P = 10L = 86 m A’ = 86 m x 8,6 m = 739,6 m2



2. COD


3. TSS

DRAFT

224

- Estimasi efisiensi penyisihan = 90% - TSS efluen = (1-0,9) x 982 mg/l = 99 mg/l

4. Ammonia

- Estimasi efisiensi penyisihan = 55% - Ammonia efluen = (1-0,55) x 25 mg/l = 11.25 mg/l

5. Telur cacing Helminth - Estimasi efisiensi penyisihan = 95% - Telur cacing Heminth efluen = (1-0,95) x 10/liter = 1/liter

6. Total koliform

- Konsentrasi total koliform efluen = 305 MPN/100 ml




= 11.590 MPN/100 ml - 305 MPN/100 ml

11.590 MPN/100 ml x 100% = 97%

i. Constructed Wetland Constructed wetland yang dirancang pada sistem ini adalah jenis FWS (free water surface) dan menerima influen dari kolam maturasi.

Karakteristik Influen ke Constructed Wetland

Parameter Satuan Nilai Debit influen m3/hari 147 BOD mg/l 3 COD mg/l 9 TSS mg/l 99 NH4 mg/l 12 Telur cacing Helminth /liter 1 Bakteri Koliform MPN/100 ml 305

Kriteria desain constructed wetland dapat dilihat pada Tabel 29. Kriteria desain digunakan

- Kedalaman wetland, y = 0,3 - Porositas media, = 40%

Perhitungan desain Tahap A: Menentukan dimensi constructed wetland

- Laju konstanta orde pertama penyisihan ammonia, KT Nilai k1 tergantung pada suhu air kolam

KT= KRθR(TA-TR)

di mana: KT = laju konstanta pada suhu TA, /hari KR = laju konsntanta pada suhu referensi, /hari

DRAFT

225

θR = koefisien suhu untuk konstanta laju pada suhu referensi TA = suhu air, oC TR = suhu referensi, oC Nilai KR dan θR dapat dilihat pada Error! Reference source not found.. Maka,

kT = 0,2187 x 1,048(26-20) = 0,29/hari - Luas permukaan dibutuhkan

Acw= [Q(lnCo-lnCe)]

KTy


Q = debit influen rerata, m3/hari Co = konsentrasi ammonia influen, mg/l Ce = konsentrasi ammonia efluen, mg/l KT = konstanta laju pada suhu air, /hari y = kedalaman kolam constructed wetland, m = porositas media digunakan (biasanya 0,4 untuk kerikil berdiameter 25 mm)

Dalam perhitungan ini, target konsentrasi ammonia efluen yang dihasilkan sebesar 10 mg/l agar memenuhi baku mutu air limbah domestik PermenLHK No. 68/2016 untuk parameter ammonia. Maka,

Acw= [147 (ln(11)-ln(10))]

0,29 x 0,3 x 0,4 = 402 m2

- Dirancang jumlah constructed wetland yang dibangun sebanyak 2 buah, masing-masing kolam memiliki luas = 201 m2 dan debit desain = masing 74 m3/hari.

- Rasio panjang:lebar = 4:1 → P = 4L (4L)(L) = 201 m2 4L2 = 201 m2 L = 7,09 ≈ 7,5 m P = 4L = 30 m Acw’ = 26 m x 6,5 m = 225 m2



debit influen

= 225 m2 x 0,3 m x 40%


Belum memenuhi kriteria desain untuk parameter HRT.

→ Perhitungan ulang kebutuhan luas permukaan CW dengan HRT selama 5 hari.

DRAFT

226

A = HRT x debit influen

kedalaman kolam x porositas media

A = 5 hari x 74 m3/hari

0,3 m x 40% = 3.083 m2

→ Periksa kesesuaian laju beban hidraulik (HLR) hasil perhitungan

dengan kriteria desain



= 74 m3/hari

3.083 m2 = 0,02 m/hari (OK, rentang: 0,01-0,05 m/hari)

- Dimensi constructed wetland dengan luas permukaan = 3.083 m2 Rasio panjang:lebar = 4:1

(4L)(L) = 3.083 m2 4L2 = 3.083 m2 L = 27,76 ≈ 28 m P = 4L = 112 m Acw’’ = 3.136 m2

- Kebutuhan luas lahan untuk 2 (dua) constructed wetland = 2 x 3.136 m2 = 6.272 m2



= C1 exp-AcwKTy

Q

= 3 exp-3.136 x 0,29 x 0,3 x 0,4

74= 1 mg/l




= 3 mg/l - 1 mg/l

3 mg/l x 100% = 67%

2. COD - Estimasi efisiensi COD = 65% - COD efluen = (1-0,65) x 9 mg/l = 16 mg/l

3. TSS

- Konsentrasi TSS efluen Ce = Ci (0,1139 + 0,00213HLR)

Ce = 99[0,1139 + (0,00213 x 0,02)] = 12 mg/l

DRAFT

227




= 99 mg/l - 12 mg/l

99 mg/l x 100% = 87%

4. Ammonia

- Ammonia efluen = 10 mg/l - Efisiensi penyisihan BOD

= konsentrasi ammonia influen-konsentrasi ammonia efluen

konsentrasi ammonia influen x 100%

= 11 mg/l - 10 mg/l

11 mg/l x 100% = 9%



6. Total koliform


Ce = Ci

[1+ (HRT x KT)]n


Ce = 305 mg/l

[1+ (5 hari x 0,29/hari)]1 = 125 MPN/100 ml




= 305 mg/l - 125 mg/l

305 mg/l x 100% = 59%

j. Bak Kontrol Bak kontrol ini berfungsi untuk mengontrol kualitas efluen hasil pengolahan sebelum dibuang ke lingkungan. Bak kontrol pada contoh perhitungan ini dirancang memiliki panjang = 2 m; lebar = 1 m; dan kedalaman = 1 m.

k. Sludge Drying Bed Sludge drying bed untuk lumpur dari anaerobic digester Kriteria desain digunakan - Pada contoh sistem pengolahan lumpur tinja ini, dirancang satu unit

SDB menerima lumpur dari satu unit anaerobic digester. Dengan

DRAFT

228

demikian, sistem ini memiliki 4 unit SDB berkapasitas masing-masing 5 m3 dan konsentrasi TSS influen untuk tiap bak = 61.400 mg/l.

- Diketahui bahwa pada umumnya persentase penyisihan TSS pada unit SDB sebesar 90-98% dengan persentase konsentrasi padatan kering berkisar 30-40% dan nilai densitas lumpur dikeringkan berkisar 1.050-1.080 kg/m3.

- Dirancang waktu proses pengeringan pada unit SDB dilakukan selama 14 hari, serta diestimasikan efisiensi penyisihan TSS = 95% dengan konsentrasi padatan kering yang tersisa = 40% dan densitas lumpur = 1.060 kg/m3.

Karakteristik Efluen dari Unit Anaerobik Digester

Parameter Satuan Nilai Debit influen m3/hari 20 BOD mg/l 285 COD mg/l 990 TSS mg/l 61.400 NH4 mg/l 54 Minyak dan lemak mg/l 48 Telur cacing Helminth /liter 148 Bakteri koliform MPN/100 ml 504000




= debit influen

kedalaman kolam

= 5 m3/hari

0,25 m = 16,7 m2/hari

- Kebutuhan luas lahan untuk waktu pengeringan 14 hari = 16,7 m2/hari x 14 hari = 234 m2

- Rasio P:L adalah 3:1, maka (3L)(L) = 234 m2 3L2 = 234 m2 L = 8,83 ≈ 9 m P = 3L = 27 m A’ = 9 m x 27 m = 243 m2/hari

DRAFT

229

- Total kebutuhan luas lahan untuk 4 bak = 243 m2/bak x 4 bak = 972 m2

Tahap B: Mengestimasi volume lumpur tertahan dan filtrat. 1. Volume lumpur tertahan pada SDB

- Beban TSS yang diterima SDB = debit influen x konsentrasi TSS = 5 m3/hari x 61.400 g/m3 = 307.000 g/hari = 307 kg/hari





= 292 kg/hari

40% x 1.060 kg/m3 = 0,7 m3/hari

- Total volume lumpur dari empat SDB = 4 x 0,7 m3/hari = 2,8 m3/hari


= total beban TSS lumpur

total debit lumpur

= (292 kg/hari x 4) x 1.000 g/kg

2,8 m3/hari = 417.000 g/m3 = 417.000 mg/l



- Total beban TSS dalam fitrat dari empat SDB = 4 x 15 kg/hari = 60 kg/hari

- Debit filtrat dari tiap SDB = debit influen - debit lumpur = 5 m3/hari - 0,7 m3/hari = 4,3 m3/hari

- Total debit filtrat dari empat SDB = 4 x 4,3 m3/hari = 17,2 m3/hari



total debit filtrat


17,2 m3/hari = 3.490 g/m3 = 3.490 mg/l

DRAFT

230



2. COD


3. TSS

- Estimasi TSS filtrat = 3.490 mg/l

- Estimasi efisiensi penyisihan


TSS influen x 100%

= 61.400 mg/l - 3.490 mg/l

61.400 mg/l x 100% = 94%

4. Minyak dan Lemak


5. Ammonia




7. Total Koliform


= 75.600 MPN/100 ml

Sludge drying bed untuk lumpur dari anaerobic baffled reactor Kriteria desain digunakan - Pada contoh sistem pengolahan lumpur tinja ini, dirancang satu unit

SDB menerima lumpur dari satu unit anaerobic baffled reactor. Dengan demikian, sistem ini memiliki 2 unit SDB berkapasitas masing-masing 1,5 m3 dan konsentrasi TSS influen untuk tiap bak = 42.000 mg/l.

- Diketahui bahwa pada umumnya persentase penyisihan TSS pada unit SDB sebesar 90-98% dengan persentase konsentrasi padatan kering

DRAFT

231

berkisar 30-40% dan nilai densitas lumpur dikeringkan berkisar 1.050-1.080 kg/m3.

- Dirancang waktu proses pengeringan pada unit SDB dilakukan selama 14 hari, serta diestimasikan efisiensi penyisihan TSS = 95% dengan konsentrasi padatan kering yang tersisa = 40% dan densitas lumpur = 1.060 kg/m3.

Karakteristik Efluen dari Unit Anaerobik Baffled Reactor

Parameter Satuan Nilai Debit influen m3/hari 3 BOD mg/l 8 COD mg/l 101 TSS mg/l 42.000 NH4 mg/l 45 Minyak dan lemak mg/l 5 Telur cacing Helminth /liter 112 Bakteri koliform MPN/100 ml 264.860




= debit influen

kedalaman kolam

= 1,5 m3/hari

0,3 m = 5 m2/hari

- Kebutuhan luas lahan untuk waktu pengeringan 14 hari = 5 m2/hari x 14 hari = 70 m2

- Rasio P:L adalah 3:1, maka (3L)(L) = 70 m2 3L2 = 70 m2 L = 4,83 ≈ 5 m P = 3L = 15 m A’ = 5 m x 15 m = 75 m2/hari

- Total kebutuhan luas lahan untuk 2 bak = 75 m2/bak x 2 bak = 150 m2

Tahap B: Mengestimasi volume lumpur tertahan pada SDB dan filtrat dari

SDB.

DRAFT

232

1. Volume lumpur tertahan pada SDB - Beban TSS diterima tiap SDB

= debit influen x konsentrasi TSS = 1,5 m3/hari x 61.400 g/m3 = 92.100 g/hari = 92 kg/hari





= 87 kg/hari

40% x 1.060 kg/m3 = 0,2 m3/hari

- Total volume lumpur tertahan pada dua SDB = 2 x 0,2 m3/hari = 0,4 m3/hari



- Total beban TSS dalam fitrat dari dua SDB = 2 x 5 kg/hari = 10 kg/hari

- Debit filtrat dari tiap SDB = debit influen - debit lumpur = 1,5 m3/hari - 0,2 m3/hari = 1,3 m3/hari

- Total debit filtrat dari dua SDB = 2 x 1,3 m3/hari = 2,6 m3/hari



total debit filtrat


2,6 m3/hari = 3.846 g/m3 = 3.846 mg/l



2. COD


DRAFT

233

3. TSS - Estimasi TSS filtrat = 3.846 mg/l - Estimasi efisiensi penyisihan


TSS influen x 100%

= 42.000 mg/l - 3.846 mg/l

61.400 mg/l x 100% = 90%

4. Minyak dan Lemak





7. Total Koliform


= 39.730 MPN/100 ml

l. Bak Penampung Padatan Kering Bak penampung padatan kering ini berupa hanggar terbuka yang berfungsi sebagai tempat penyimpanan sementara padatan hasil pengeringan. Unit ini dirancang memiliki panjang = 30 m dan lebar = 10 m.

DRAFT

234

6.3.1 Neraca Massa Sistem Pengolahan

DRAFT

235


Tabel 38. Kebutuhan Lahan IPLT C

Unit Jumlah

Unit Panjang

(m) Lebar (m)

Diameter (m)

Luas lahan m2 ha

Manual bar screen 1 5000 Grit chamber 1 1,6 1 - 1,6 Grease trap 1 7,8 2,6 - 20,28 Bak Ekualisasi 1 6,9 m 2,3 m 15,87 Anaerobic digester 4 - - 16,5 855,64 Anaerobic baffled reactor

Kolam fakultatif 1 10,5 3,5 - 34,54 Kolam maturasi 2 67 6,7 - 1.340 Constructed wetland 4 34 8,5 - 1.156 Bak kontrol Sludge drying bed Bak penampung padatan kering

Total:

DRAFT

236

Daftar Pustaka

Bendoricchio, G., Cin, L. D., & Persson, J. (2000). Guidelines for Free Water Surface Wetland Design. Ecosystems, 51-91.

Boyd, C. (1998). Pond Water Aeration System. Aquaultural Engineering 18, 9-40.

Crites, R. W. (1994). Design Criteria and Practice for Constructed Wetlands. Water Science and Technology Vol. 29, 1-6.

DPH. (1998). Design Manual: Subsurface Sewage Disposal Systems for Households and Small Commercial Buildings. Hartford: Department of Public Health, State of Connecticut.

Gumerman, R. C., & Burris, B. E. (1982). Design Manual: Dewatering Municipal Wastewater Sludges. Ohio: US EPA.

Knight, R. L., Kadlec, R. H., Wilhelm, M., & Demgen, F. (1993). Constructed Wetland fo Wastewater Treatment and Widlife Habitat. Washington: US EPA.

Metcalf & Eddy. (2003). Wastewater Engineering: Treatment and Reuse. New York: McGraw Hill.

Mikelonis, A., & Hodge, M. (2008). Improved Wastewater Treatment for the Municipality of Las Vegas, Honduras. Cambridge: Massachusetts Institute of Technology.

Qasim, S. R. (1999). Wastewater Treatment Plants: Planning, Design, and Operation. Florida: CRC Press.

Sharrer, M., Rishel, K., Taylor, A., Vinci, B. J., & Summerfelt, S. T. (2010). The Cost and Effectiveness of Solids Thickening Technology for Treating Backwash and Recovering Nutrients from Intensive Aquaculture Systems. Biosource Technology, 6630-6641.

Tilley, E., Ulrich, L., Luthi, C., Reymond, P., & Zurbrugg, C. (2016). Compendium of Sanitation Systems and Technologies. Dubendorf: Euwag.

Ulrich, A., Sasse, L., Panzerbieter, T., & Reckerzugel, T. (2009). A Practical Guide: Decentralised Wastewater Treatment Systems (DEWATS) and Sanitation in Developing Countries. Leicestershire: BORDA.

Varon, M. P., & Mara, D. (2004). Waste Stabilisation Pond. Den Haag: IRC International Water and Sanitation Center.

DRAFT

237

buku a cetak07032018ciptakarya.pu.go.id/plp/upload/peraturan/bukua_iplt.pdf · 2018-10-10 ·...

Documents