TL 4101 DESIGN TEKNIK LINGKUNGAN 1
LAPORAN PERENCANAAN DESAIN INSTALASI PENGOLAHAN AIR LIMBAH DOMESTIK
Disusun oleh : Kelompok 2B
1. Siti Maryam
: 15311013
2. Budi Khaerunnisa S
: 15311021
3. Astrid Tiara Bening
: 15311041
4. Bellaria Ekaputri
: 15311075
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2014
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kabupaten Garut terletak di Provinsi Jawa Barat bagian Selatan pada koordinat 6º56'49'' - 7º45'00'' Lintang Selatan dan 107º25'8'' - 108º7'30'' Bujur Timur. Kabupaten Garut memiliki luas wilayah administratif sebesar 306.519 Ha (3.065,19 km²) dengan batas-batas sebelah Utara dengan Kabupaten Bandung dan Kabupaten Sumedang, sebelah Timur dengan Kabupaten Tasikmalaya, sebelah Selatan dengan Samudera Indonesia, dan sebelah Barat dengan Kabupaten Bandung dan Kabupaten Cianjur. Kabupaten Garut yang secara geografis berdekatan dengan Kota Bandung sebagai ibukota provinsi Jawa Barat, merupakan daerah penyangga dan hitterland bagi pengembangan wilayah Bandung Raya. Oleh karena itu, kabupaten Garut mempunyai kedudukan strategis dalam memasok kebutuhan warga Kota dan Kabupaten Bandung sekaligus pula berperan di dalam mengendalikan keseimbangan lingkungan. Dalam perannya ini, kabupaten Garut memiliki kendala dalam pengolahan air limbah domestik, dimana sarana pembuangan air limbah domestik yang ada berupa pemakaian septic tank bahkan ada yang langsung dibuang begitu saja ke saluran drainase atau langsung ke badan air penerima yakni sungai Cimanuk. Akibat dari pencemaran tersebut tentu akan berpengaruh terhadap kondisi kesehatan masyarakat. Terganggunya kesehatan masyarakat akibat dari terganggunya sistem sanitasi di Kabupaten Garut. Kabupaten Garut belum memiliki suatu Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) Domestik sebagai sarana sanitasi masyarakat. Dikhawatirkan tanpa adanya IPAL akan berpotensi memperburuk pencemaran Sungai Cimanuk dan akan berdampak pada kesehatan masyarakat serta tentunya akan mempengaruhi pertumbuhan perekonomian masyarakat. Dengan direncanakan suatu sistem pengolahan air limbah domestik secara terpusat diharapkan akan dapat mengurangi tingkat pencemaran air tanah maupun permukaan (Sungai Cimanuk) dan dapat meningkatkan kualitas lingkungan pada umumnya. Dalam mengelola penyediaan dan pelayanan air minum, terdapat regulasi yang menjadi acuan untuk melaksanakan pengelolaan dan penyediaan air minum dengan tujuan untuk memudahkan dalam mempertimbangkan perencanaan instalasi pengolahan air minum. Permenkes No. 492 Tahun 2010 mengatur mengenai persyaratan kualitas air minum,
sedangkan PP No. 82 Tahun 2001 mengatur mengenai pengelolaan kualitas dan pencemaran air.
1.2 Tujuan 1. Memahami dan mampu merencanakan suatu sistem pengolahan air limbah. 2. Memahami tujuan pengolahan air limbah; penyisihan TSS, pengolahan BOD, eliminasi organisme patogen, dan penyisihan nutrien. 3. Mampu mengevaluasi permasalahan yang timbul dalam sistem pengolahan air limbah.
1.3 Metodologi
Identifikasi Masalah
Studi Literatur
Pengambilan Data
Analisis dan Pembahasan
Penyusunan Laporan
1.4 Sistematika Penulisan Adapun sistematika pembahasan laporan tugas akhir adalah sebagai berikut: 1. BAB I Pendahuluan Bab ini berisi mengenai latar belakang, tujuan, metodologi, dan sistematika penulisan dari tugas ini. 2. BAB II Gambaran Umum Wilayah Perencanaan Bab ini menerangkan gambaran wilayah yang akan direncanakan meliputi jumlah penduduk daerah tersebut, kondisi eksisting IPAL terpusat, pengaliran limbah menuju IPAL dan kontur daerah tersebut.
3. BAB III Tinjauan Pustaka Bab ini berisi tinjauan pustaka dari berbagai literatur yang berhubungan dengan pengerjaan tugas meliputi literatur mengenai limbah domestik, parameter pencemar, dan unit pengolahan pada IPAL. 4. BAB IV Dasar Perencanaan Bab ini berisi mengenai karakteristik air limbah, dan perhitungan beban pengolahan IPAL. 5. BAB V Alternatif Pengolahan Bab ini berisi alternatif-alternatif pengolahan yang memungkinkan untuk digunakan, metode pemilihan alternatif yang paling sesuai, dan rencana awal dari denah IPAL yang akan digunakan. 6. BAB VI Perencanaan Rinci Alternatif Bab ini berisi perhitungan-perhitungan detail dari alternatif terpilih, dimensi dari tiap alat yang digunakan, headloss masing-masing unit, tinggi muka air masing-masing unit (profil hidrolis) 7. BAB VII Penutup Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari pengerjaan tugas yang telah dilakukan.
BAB II GAMBARAN UMUM WILAYAH PERENCANAAN
2.1 Jumlah Penduduk BPS melakukan perhitungan penduduk berdasarkan sensus penduduk yang diadakan setiap 10 tahun, disesuaikan dengan data mutasi kependudukan. Sensus penduduk setelah kemerdekaan dimulai tahun 1961, kemudian 1971, 1980, 1990, 2000, 2010 dan terakhir tahun 2013. Berdasarkan perhitungan Dinas Kependudukan dan Pencatatan Sipil tahun 2013 disesuaikan dengan registrasi mutasi penduduk, jumlah penduduk Kabupaten Garut tercatat sebanyak 3.003.004 jiwa, dengan pertumbuhan penduduk sekitar 2%.
Tabel 2.1 Penduduk Menurut Jenis Kelamin dan Sex Ratio Kab. Garut 2013 ( Diurutkan berdasarkan jumlah penduduk terbesar per kecamatan )
Kecamatan
Laki-Laki
Perempuan
Jumlah
Sex Ratio
Garut Kota
87.006
83.869
170.875
103,7
Karangpawitan
77.564
74.536
152.100
104,0
Wanaraja
33.854
32.734
66.588
105,1
Pangatikan
20.715
19.278
39.993
107,4
Sucinaraja
17.651
17.160
34.811
102,8
Tarogong Kaler
47.960
45.599
93.562
105,1
Tarogong Kidul
66.617
64.501
131.118
103,2
Banyuresmi
48.565
44.286
92.851
109,6
Samarang
44.728
42.959
87.687
104,1
Pasirwangi
37.108
35.276
72.384
105,1
Leles
48.997
47.478
96.475
103,1
Kadungora
57.311
54.322
111.633
105,5
Leuwigoong
28.504
27.160
55.664
104,9
Cibatu
45.693
43.555
89.248
104,9
Kersamanah
24.522
22.924
47.446
104,9
Malangbong
76.952
73.499
150.451
104,6
Sukawening
35.530
33.507
69.037
106,0
Karangtengah
10.529
10.403
20.932
101,2
Bayongbong
70.497
67.935
138.436
103,7
Cigedug
23.043
22.235
45.278
103,6
Cilawu
73.304
71.089
144.393
103,1
Cisurupan
58.323
55.864
114.187
104,4
Sukaresmi
25.281
24.434
49.715
103,4
Cikajang
48.993
47.814
96.807
102,4
Singajaya
25.896
25.185
51.081
102,8
Cihurip
10.824
10.179
21.543
100,9
Banjarwangi
31.021
29.753
60.774
104,2
Peundeuy
12.684
12.126
24.810
104,6
Pameungpeuk
23.335
22.450
45.786
103,9
Cisompet
30.835
29.794
60.629
103,4
Cikelet
22.559
21.647
44.209
104,2
Cibalong
23.257
22.645
45.902
102,7
Bungbulang
35.183
34.310
69.493
102,5
Mekarmukti
9.548
9.443
18.991
101,1
Pakenjeng
37.838
36.641
74.479
103,2
Cisewu
20.720
20.156
40.876
102,7
Caringin
17.772
16.957
34.729
104,8
Telegong
18.099
18.041
36.140
100,3
Pamulihan
10.681
10.482
21.163
101,8
Bl. Limbangan
47.720
45.531
93.251
104,8
Selaawi
24.524
23.159
47.683
105,8
Cibiuk
20.724
19.110
39.834
108,4
Jumlah
1.532.467
1.470.566
3.003.004
104,2
Sumber: DISDUKCAPIL, Tahun 2013
Dari data tersebut didapt bahwa jumlah penduduk terbanyak berada di wilayah Garut Kota.
2.2 Kondisi Eksisting IPAL Terpusat Kabupaten Garut belum memiliki sistem pengelolaan limbah domestik secara terpusat. Selain itu, air limbah domestik Kota Palembang umumnya menggunakan sistem sanitasi setempat (on site sanitation) dengan menggunakan jamban, baik yang dikelola secara individu maupun secara komunal, yang dilengkapi dengan tangki septik atau cubluk. Sebagian masyakat pula membuang air limbah secara langsung menuju ke sungai.
2.3 Kondisi Eksisting Sistem Pengaliran Ail Limbah Kabupaten Garut belum memiliki sistem pengaliran air limbah secara terpusat. Fluktuasi air limbah terhadap waktu ditampilkan pada tabel di bawah ini.
Tabel 2.3 Fluktuasi Air Limbah Waktu
% Air Buangan
00.00-01.00
2.5
01.00-02.00
2.5
02.00-03.00
2.5
03.00-04.00
2.5
04.00-05.00
3.3
05.00-06.00
3.79
06.00-07.00
5.01
07.00-08.00
5.91
08.00-09.00
5.91
09.00-10.00
5.4
10.00-11.00
5.05
11.00-12.00
4.65
% Air
Waktu
Buangan
12.00-13.00
4.65
13.00-14.00
4.85
14.00-15.00
4.85
15.00-16.00
4.85
16.00-17.00
5.38
17.00-18.00
6.1
18.00-19.00
4.32
19.00-20.00
4.32
20.00-21.00
3.53
21.00-22.00
2.93
22.00-23.00
2.6
23.00-24.00
2.6
Debit Kelompok B
14.250
(m3/day)
4.7
Berikut kondisi kualitas air sungai yang akan dijadikan badan air penerima limbah Tabel 2.4 Kualitas Air Sungai No
Paramter
Satuan
Kualitas
Celcius
27.7
2 Residuterlarut
mg/l
143.67
3 Zattersuspensi
mg/l
15
4 Kekeruhan NTU
NTU
-
Cm
135
-
7.6
2 CO2bebas
mg/l
13.2
3 HCO3
mg/l
129.3
4 Kesadahan(CaCO3)
mg/l
53.4
5 Sulfida(H2S)
mg/l
-
FISIKA 1 Temperatur
6 Kecerahan KIMIA 1 pH
No
Paramter
Satuan
Kualitas
6 Ammonia(NH3)
mg/l
0.01
7 Nitrit(NO2-N)
mg/l
0.04
8 Nitrat(NO3-N)
mg/l
1.15
9 Fosfat(PO4)
mg/l
0.22
11 OksigenTerlarut
mg/l
2.9
12 COD
mg/l
15.42
13 BOD
mg/l
10.87
16 Besi (Fe)
mg/l
0.14
17 Air Raksa
(Hg)
0.54
18 Nikel (Ni)
mg/l
0.03
19 Tembaga (Cu)
mg/l
0.01
20 Seng (Zn)
mg/l
0.02
22 Kadmium (Cd)
mg/l
23 Timbal (Pb)
mg/l
0.0087
28 Mangan (Mn)
mg/l
0.076
29 Natrium (Na)
mg/l
34.33
1 MPN E.coli
JPT/100
240
2 MPN Coliform
JPT/100
460
BIOLOGI
Melihat kualitas air sungai tersebut masuk kedalam air kelas IV berdasarkan Peraturan Pemerintah No. 82 tahun 2001.
2.4 Kontur Wilayah Perencanaan Ibukota Kabupaten Garut berada pada ketinggian 717 m dpl dikelilingi oleh Gunung Karacak (1838 m), Gunung Cikuray (2821 m), Gunung Papandayan (2622 m), dan Gunung Guntur (2249 m). Karakteristik topografi Kabupaten Garut sebelah Utara terdiri dari dataran tinggi dan pegunungan, sedangkan bagian Selatan sebagian besar permukaannya memiliki tingkat kecuraman yang terjal dan di beberapa tempat labil. Kabupaten Garut mempunyai ketinggian tempat yang bervariasi antara wilayah yang paling rendah yang sejajar dengan permukaan laut hingga wilayah tertinggi dipuncak gunung. Wilayah yang berada pada ketinggian 500-
100 m dpl terdapat di kecamatan Pakenjeng dan Pamulihan dan wilayah yang berada pada ketinggian 100-1500 m dpl terdapat di kecamatan Cikajang, Pakenjeng-Pamulihan, Cisurupan dan Cisewu. Wilayah yang terletak pada ketinggian 100-500 m dpl terdapat di kecamatan Cibalong, Cisompet, Cisewu, Cikelet dan Bungbulang serta wilayah yang terletak di daratan rendah pada ketinggian kurang dari 100 m dpl terdapat di kecamatan Cibalong dan Pameungpeuk. Rangkaian pegunungan vulkanik yang mengelilingi dataran antar gunung Garut Utara umurnya memiliki lereng dengan kemiringin 30-45% disekitar puncak, 15-30% di bagian tengah, dan 10-15% di bagian kaki lereng pegunungan. Lereng gunung tersebut umumnya ditutupi vegetasi cukup lebat karena sebagian diantaranya merupakan kawasan konservasi alam. Wilayah Kabupaten Garut mempunyai kemiringan lereng yang bervariasi antara 040%, diantaranya sebesar 71,42% atau 218.924 Ha berada pada tingkat kemiringan antara 825%. Luas daerah landai dengan tingkat kemiringan dibawah 3% mencapai 29.033 Ha atau 9,47%; wilayah dengan tingkat kemiringan sampai dengan 8% mencakup areal seluas 79.214 Ha atau 25,84%; luas areal dengan tingkat kemiringan sampai 15% mencapai 62.975 Ha atau 20,55% wilayah dengan tingkat kemiringan sampai dengan 40% mencapai luas areal 7.550 Ha atau sekitar 2.46%. Berdasarkan arah alirannya, sungai-sungai di wilayah Kabupaten Garut dibagi menjadi dua daerah aliran sungai (DAS) yaitu Daerah Aliran Utara yang bermuara di Laut Jawa dan Daerah Aliran Selatan yang bermuara di Samudera Indonesia. Daerah aliran selatan pada umumnya relatif pendek, sempit dan berlembah-lembah dibandingkan dengan daerah aliran utara. Daerah aliran utara merupakan DAS Cimanuk Bagian Utara, sedangkan daerah aliran selatan merupakan DAS Cikaengan dan Sungai Cilaki. Wilayah Kabupaten Garut terdapat 33 buah sungai dan 101 anak sungai dengan panjang sungai seluruhnya 1.397,34 km; dimana sepanjang 92 Km diantaranya merupakan panjang aliran Sungai Cimanuk dengan 58 buah anak sungai.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 3.1 Air Limbah Domestik Air limbah domestik adalah air limbah yang berasal dari usaha atau kegiatan permukiman, rumah makan, perkantoran, perniagaan, apartemen dan asrama. Beberapa bentuk dari air limbah ini berupa tinja, air seni, limbah kamar mandi, dan juga sisa kegiatan dapur rumah tangga. Jumlah air limbah yang dibuang akan selalu bertambah dengan meningkatnya jumlah penduduk dengan segala kegiatannya. Apabila jumlah air yang dibuang berlebihan melebihi dari kemampuan alam untuk menerimanya maka akan terjadi kerusakan lingkungan. Lingkungan yang rusak akan menyebabkan menurunnya tingkat kesehatan manusia yang tinggal pada lingkungannya itu sendiri sehingga oleh karenanya perlu dilakukan penanganan air limbah yang seksama dan terpadu baik itu dalam penyaluran maupun pengolahannya. Menurut Peraturan Gubernur Provinsi Daerah Khusus Ibukota Jakarta No 122 Tahun 2005, baku mutu air limbah domestik diatur dalam tabel berikut.
Tabel 3.1 Baku Mutu Air limbah Domestik
(sumber: Peraturan Gubernur Provinsi Daerah Khusus Ibukota Jakarta No 122 Tahun 2005)
Pada umumnya seluruh limbah domestik dibuang langsung ke dalam badan sungai tanpa didahului pengolahan walapun sederhana. Limbah domestik mengandung campuran unsurunsur yang sangat kompleks, sehingga seharusnya limbah diolah terlebih dahulu sebelum dibuang ke dalam badan air. Oleh karena itu terdapat regulasi dari pemerintah yang mengatur
baku mutu limbah domestik yang boleh dibuang ke badan air agar tidak mencemari dan membahayakan lingkungan.
3.2 Parameter Kualitas Air 3.2.1 pH (Derajat Keasaman) pH merupakan parameter yang menyatakan derajat keasaman air berdasarkan banyaknya ion H+ di dalam air tersebut. Persamaan yang menggambarkan nilai pH yang dimiliki oleh air adalah pH = -log[H+] Berdasarkan persamaan tersebut maka pH air yang tinggi menunjukkan bahwa konsentrasi H+ rendah dan air bersifat basa. Sebaliknya, jika konsentrasi H+ tinggi maka pH air menjadi rendah dan air bersifat asam. Hal-hal yang menyebabkan air bersifat asam atau basa antara lain adalah asam mineral, asam organik, atau garam-garam yang bersifat alkali. Besaran pH berkisar dari 0 (sangat asam) sampai dengan 14 (sangat basa). Nilai pH yang kurang dari 7 menunjukkan lingkungan yang asam, sedangkan nilai pH di atas 7 menunjukkan lingkungan yang basa atau alkali. Sedangkan pH = 7 disebut sebagai netral.
Lakmus adalah suatu kertas dari bahan kimia yang akan berubah warna jika dicelupkan ke dalam larutan asam atau basa. Warna yang dihasilkan oleh lakmus dipengaruhi oleh kadar pH dalam larutan yang ada.
Gambar 3.1 Skala pH
Data pH sangat diperlukan untuk mengetahui apakah air tersebut memenuhi persyaratan tertentu. Misalnya untuk air minum, pH yang disyaratkan berkisar antara 6,5-8,5. Parameter pH juga berguna untuk air yang akan digunakan sebagai keperluan industri dan
pertanian. Dalam proses pengolahan air, pH mempengaruhi efisiensi dari proses yang berlangsung, misalnya proses koagulasi dan pengolahan air limbah secara biologis.
3.2.2 Zat Tersuspensi (TSS) Total Suspended Solid (TSS) atau padatan tersuspensi total adalah residu dari padatan total yang tertahan oleh saringan dengan ukuran partikel maksimal 2 μm atau lebih besar dari ukuran partikel koloid. Yang termasuk ke dalam TSS adalah lumpur, tanah liat, logam oksida, sulfida, ganggang, bakteri, dan jamur. TSS umumnya dihilangkan melalui proses flokulasi dan penyaringan. TSS memberikan kontribusi untuk kekeruhan (turbidity) dengan membatasi penetrasi cahaya yang dibutuhkan untuk fotosintesis tumbuhan dan visibilitas di perairan. Perbedaan antara padatan tersuspensi total (TSS) dan padatan terlarut total (TDS) adalah berdasarkan prosedur penyaringannya. Padatan selalu diukur sebagai berat kering dan prosedur pengeringan harus diperhatikan untuk menghindari kesalahan yang disebabkan oleh kelembapan yang tertahan atau kehilangan bahan akibat penguapan atau oksidasi. Analisis nilai TSS dapat dilakukan dengan cara menyaring hasil uji yang telah homogen dengan kertas saring yang telah ditimbang. Residu yang tertahan pada saringan dikeringkan sampai mencapai berat konstan pada suhu 103-105ºC. Kenaikan berat saringan mewakili padatan tersuspensi total (TSS). Jika padatan tersuspensi menghambat saringan dan memperlambat proses penyaringan maka diameter pori-pori saringan perlu diperbesar atau mengurangi volume contoh uji. Untuk memperoleh estimasi TSS, dihitung perbedaan antara padatan terlarut total dan padatan total.
TSS (mg/l) = [(A-B) x 1000] / V Keterangan : A = Berat kertas saring + residu kering (mg) B = Berat kertas saring (mg) V = Volume contoh (ml)
3.2.3 Amonia Amonia merupakan senyawa yang terdiri atas unsur nitrogen dan hidrogen yang dikenal memiliki bau menyengat yang khas. Molekul amonia terbentuk dari ion nitrogen bermuatan negatif dan tiga ion hidrogen bermuatan positif dengan rumus kimia NH3. Amonia dapat terjadi secara alami atau diproduksi secara sintetis. Amonia yang terdapat di alam (atmosfer)
berasal dari dekomposisi bahan organik. Produksi amonia buatan melibatkan serangkaian proses kimia untuk menggabungkan ion nitrogen dan hidrogen. pH amonia berkisar pada nilai 11,5 sehingga amonia bersifat basa. Amonia memiliki kemampuan menetralisir asam dan saat dilarutkan dalam air akan membentuk ammonium bermuatan positif (NH4+) dan ion hidroksida bermuatan negatif (OH-). Amonia umum digunakan sebagai bahan pembuat obat-obatan, campuran pembuat pupuk untuk menyediakan unsur nitrogen bagi tanaman, dan apabila dilarutkan dalam air dapat digunakan untuk membersihkan berbagai perkakas rumah tangga. Amonia dalam konsentrasi tinggi bisa menjadi berbahaya apabila terhirup, tertelan, atau tersentuh.
3.2.4 BOD (Biochemical Oxygen Demand) & COD (Chemical Oxygen Demand) BOD adalah banyaknya oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme, terutama bakteri, untuk menguraikan senyawa organik. Penguraian senyawa organik oleh mikroorganisme dapat diartikan bahwa zat organik sebagai bahan makanan untuk mikroorganisme dan diuraikan melalui rangkaian reaksi biokimia yang panjang dan rumit di dalam sel. Hasil akhir dari penguraian zat organik tersebut adalah energi untuk kebutuhan hidup mikroorganisme sendiri, H2O, gas CO2, dan senyawa lainnya. Dengan demikian, pengukuran BOD adalah pengukuran banyaknya zat organik yang dapat diuraikan oleh mikroorganisme pada waktu dan temperatur tertentu. Hasil pengukuran parameter BOD diperlukan untuk menentukan tingkat pencemaran dalam air yang disebabkan oleh zat organik, baik dalam air limbah domestik maupun industri, studi dan evaluasi kemampuan badan air dalam proses self purification, dan evaluasi suatu sistem pengolahan air dalam menurunkan atau mengolah senyawa organik dalam air limbah. Parameter COD digunakan secara luas untuk menentukan tingkat pencemaran oleh senyawa organik dari suatu air limbah domestik maupun industri. Definisi COD adalah banyaknya oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi senyawa organik, sehingga dapat dikatakan parameter COD sebagai parameter untuk mengetahui konsentrasi senyawa organik yang dapat dioksidasi oleh oksidator kuat dalam suasana asam.
3.2.5 Minyak dan Lemak Sumber minyak dan lemak di dalam air dapat berasal dari limbah domestik, industri pengolahan daging dan makanan, serta air limbah industri lainnya. Minyak dan lemak merupakan senyawa organik yang kurang larut dalam air sehingga adanya senyawa-senyawa
minyak dan lemak di dalam air akan cenderung membentuk lapisan yang terpisah di bagian atas air dan sebagian lagi membentuk emulsi di dalam air. Tingginya kadar minyak dan lemak di dalam air limbah dapat menimbulkan berbagai gangguan teknis dalam pengolahan air, misalnya pengolahan air menggunakan trickling filter dan activated sludge akan berpengaruh terhadap kinerja dari alat tersebut. Lapisan minyak dan lemak di permukaan air juga akan mengganggu transfer oksigen yang sangat dibutuhkan oleh biota air dari atmosfer ke dalam air. Pengukuran minyak dan lemak merupakan pengukuran senyawa organik dalam air yang dapat diekstraksi dengan pelarut organik tertentu, seperti heksana. Dengan demikian, senyawa-senyawa hidrokarbon, minyak, lemak, lilin, dan senyawa asam lemak dengan berat molekul tinggi dapat larut dalam pelarut organik tersebut.
3.3 Pengolahan Limbah Domestik 3.3.1 Pengolahan Pendahuluan (pre treatment) Pengolahan pendahuluan bertujuan untuk melindungi unit pengolahan dark kegagalan proses dan mengurangi efisiensi yang mungkin terjadi akibat proses awal yang salah. Kegiatan yang dilakukan pada tahap ini adalah pengambilan benda terapung dan benda mengendap. Setiap sistem pada proses pengolahan limbah cair umumnya memiliki alat penyaring awal. Proses penyaringan ini disebut screening yang bertujuan untuk menyaring atau menghilangkan sampah/benda padat yang besar agar proses berikutnya dapat lebih mudah lagi menanganinya. Dengan hilangnya sampah-sampah padat besar, maka transportasi limbah cair tidak akan terganggu. Pengambilan benda terapung dilakukan dengan memasang saringan kasar atau dengan menggunakan alat pencacah (communitor) untuk memotong zat padat yang terdapat dalam air limbah. Perangkat penyaringan kasar ini biasa disebut dengan bar screen atau bar racks. Alat ini biasanya diletakkan pada intake bak penampung limbah cair untuk mencegah masuknya material besar. Umumnya jarak antara bar yang tersusun pada rack bervariasi antara 20 mm hingga 75 mm. Pada keadaan tertentu digunakan pula microstrainer dengan ukuran 15 – 64 µm dengan tujuan untuk menyaring organisme plankton. Microstrainer biasa digunakan untuk limbah cair dari reservoir pertama (awal). Sedangkan pengambilan benda mengendap digunakan bak penangkap pasir. Untuk mengangkat pasir yang mengendap digunakan alat penyedot pasir (grit dragger) atau alat pengangkut pasir (macerator). Selain penyisihan benda padat, dalam tahap pre treatment juga dilakukan penyisihan minyak dan lemak agar tidak mengganggu proses yang terjadi pada tahapan pengolahan
selanjutnya. Minyak dan lemak dapat disisihkan dengan menggunakan unit penyisihan minyak dan lemak yaitu grease trap. Grease Trap / Penyaring Minyak adalah perangkat yang dirancang untuk mencegat minyak sebelum memasuki sistem pembuangan air limbah. Alat ini membantu untuk memisahkan minyak dari air, sehingga minyak / lemak tidak menggumpal dan mengeras di pipa pembuangan. Lemak pada limbah cair terdiri dalam berbagai bentuk material, seperti lemak, malam/lilin, fatic-acid, sabun, mineral-oil, dan materi non volatile lainnya. Lemak merupakan senyawa yang seharusnya dapat diuraikan oleh mikroorganisme, namun untuk menaikkan efisiensi pengolahan limbah secara biologis lemak dapat disisihkan dengan proses fisik terlebih dahulu mengingat karakter fisik lemak memiliki berat jenis yang ringan. Prinsip pemisahan grease trap ini memanfaatkan sifat natural lemak/minyak yang memiliki berat jenis yang lebih ringan dari pada air, sehingga cenderung mengapung/berada di permukan. Prinsip penyisihan lemak melalui grease trap dapat ditunjukan dalam gambar berikut ini.
Gambar 3.2 Grease Trap
3.3.2 Pengolahan Pertama (Primary Treatment) Yang dilakukan pada tahap ini adalah pengendapan atau pengapungan bahan- bahan padat sehingga dapat dihilangkan. Kecepatan pada bak pengendap ini diperlambat untuk memberi kesempatan pasir dan bahan organik mengendap. 1. Bak Sedimentasi Bak sedimentasi merupakan bagian sistem pengolahan air limbah domestik yang berfungsi untuk menyisihkan suspended solid (50-70%) dan BOD (25-40%). Pada bak sedimentasi terjadi proses fisis pemisahan floating material (minyak,lemak, scum dll) dan suspended material (secara gravitasi).
Gambar 3.3 Bak Sedimentasi
Selain dengan pengendapan, bisa dilakukan dengan cara pengapungan, yaitu dengan menggunakan gelembung gas untuk meningkatkan daya apung campuran. Dengan adanya gas ini membuat larutan menjadi kecil sehingga campuran mudah mengapung (Sugiharto 1987). Pada pengolahan tahap pertama ini terjadi pengurangan BOD 35%, SS berkurang sampai 60%. Pengurangan BOD dan SS dapat mengurangi beban pengolahan pada tahap selanjutnya.
2. Tangki Septik Tangki septik merupakan suatu ruangan yang terdiri atas beberapa kompartemen yang berfungsi sebagai bangunan pengendap untuk menampung kotoran padat agar mengalami pengolahan biologis oleh bakteri anaerob dalam jangka waktu tertentu. Untuk mendapat proses yang baik, sebuah tangki septik haruslah kedap air (Sugiharto, 1987). Prinsip operasional tangki septik adalah pemisahan partikel dan cairan partikel yang mengendap (lumpur) dan juga partikel yang mengapung (scum) disisihkan dan diolah dengan proses dekompoisisi anaerobik. Pada umumnya bangunan tangki septik dilengkapi dengan sarana pengolahan effluen berupa bidang resapan (sumur resapan). Tangki septik dengan peresapan merupakan jenis fasilitas pengolahan air limbah rumah tangga yang paling banyak digunakan di Indonesia. Pada umumnya diterapkan didaerah permukiman yang berpenghasilan menengah ke atas perkotaan serta pelayanan umum. Desain Tangki Septik dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 3.4 Contoh Desain Tangki Septik
3. Ekualisasi Tank Ekualisasi tank merupakan tangki yang memiliki prinsip meminimkan atau mengontrol fluktuasi dari debit limbah agar mendapatkan debit limbah yang konstan. Berikut adalah beberapa fungsi dari ekualisasi tank. - Meningkatkan proses biologi : mencegah dan mengurangi shock loading, mengencerkan substansi inhibitor, menstabilkan pH - Meningkatkan kualitas effluen dan kinerja pemekatan dari bak sedimentasi - Meningkatkan kinerja filtrasi dan siklus backwash teratur - Meningkatkan control umpan dan keandalan proses dalam pengolahan kimia Perletakan ekualisasi tank tidak menentu, tergantung kebutuhan dari IPAL yang didesain, dapat diletakan sebelum primary treatment dan dapat diletakan setelah secondary treatment.
2.3.3 Pengolahan Kedua (Secondary Treatment) Sesudah melewati pengolahan primer, air limbah dialirkan ke pengolahan sekunder. Pada pengolahan kedua ini diperkirakan terjadi penurunan kadar BOD dalam rentang 3595%. 1. Pengolahan dengan Activated Sludge Air limbah dialirkan ke tangki aerasi. Di tangki ini air limbah dicampur lumpur yang telah diberi udara sehingga bakteri aerobik menjadi aktif. Bakteri ini akan mendekomposisi bahan organik dalam air limbah dan menggumpal. Gumpalan ini akan tertinggal di dasar tangki sehingga air lapisan atas menjadi jernih. Bakteri memiliki peranan penting pada pengolahan dengan metode ini karena mikroorganisme bertanggung jawab untuk melakukan proses dekomposisi material organik dalam air limbah.
2. Pengolahan dengan Trickling Filter Trickling filter adalah tipe pengolahan dengan biofilter dengan menggunakan prinsip attached growth processes yang memanfaatkan mikroorganisme yang menempel pada media dan membentuk lapisan film untuk menguraikan zat organik. Konsep trickling filter muncul seiring dengan pertumbuhan kontak filter di Inggris diakhir tahun 1890-an. Kontak filter didesain sebagai reactor dengan diameter media kecil dan dioperasikan dengan mode recycle (Metcalf & Eddy, 2003). Tetapi akibat seringnya reactor ini tersumbat, ukuran media yang lebih besar digunakan. Tahun 1950-an, media plastik mulai digunakan di AS, yang menyebabkan tinggi filter bertambah dan laju pengolahan bertambah. Trickling filter terdiri dari suatu bak dengan media permeable untuk pertumbuhan organisme yang tersusun oleh lapisan materi yang kasar, tajam, dan kedap air. Prinsip kerja trickling filter adalah mengolah air limbah dengan mekanisme air yang jatuh perlahan-lahan melalui lapisa batu kemudia tersaing melalui biofilm yang terbentuk pada media, sehingga mikroorganisme dapat menguraikan senyawa organik yang ada pada air limbah. Trickling filter mempunyai 3 komponen utama, yaitu : a. Distributor Air limbah didistribusikan pada bagian atas lengan distributor yang dapat berputar b. Pengolahan (media trickling filter) Sistem pengolahan pada trickling filter terdiri dari suatu bak atau bejana dengan media permeable untuk pertumbuhan baktei. Bentuk bejana biasanya bundar uas dengan diameter 6-60 meter, dindingya biasaya terbuat dari beton atau bahan lain tetapi tidak perlu kedap air. Disepanjang dinding diberi ventilasi dengan maksud terjadi pertukaran udara (aerasi) sehingga proses biologis aerobik dapat berlangsung dengan baik. Pada beberapa trickling filter, media disusun tanpa dinding jadi tidak diperlukan ventilasi tetapi konstruksi seperti ini kurang baik. c. Pengumpul Filter juga dilengkapi dengan underdrain untuk mengupukan biofim yang mati, kemudia diendapkan dalam bak sedimentasi. Bagian cairan yang keluar biasanya dikembalikan ke trickling filter sebagai air pengencer air baku yang diolah. Faktor-faktor yang berpengaruh pada efisiensi penggunaan trickling filter : a. Jenis media Bahan untuk media trickling filter harus kuat, keras, tahan tekanan, tahan lama, tidak mudah berubah dan mempunyai luas permukaan per unit volume yang tinggi. Bahan
yang biasa digunakan adalah kerikil, batu kali, antrasit, batu bara, dan sebagainya. Akhir-akhir ini telah digunakan media plastik yang dirancang sedemikian rupa sehingga menghasilkan panas yang tinggi. b. Diameter media Diameter media trickling filter biasanya antara 2,5-7,5 cm. Sebaiknya dihindari penggunaan media dengan diameter terlalu kecil karena akan memperbesar kemungkinan penyumbatan. Makin luas permukaan media, maka makin banyak pula mikroorganisme yang hidup di atasnya. c. Ketebalan susunan media Ketebalan media trickling filter minimum 1 meter dan maksimum 3-4 meter. Makin tinggi ketebalan media, maka akan makin besar pula total luas permukaan yang ditumbuhi mikroorganisme sehingga makin banyak pula mikroorganisme yang tumbuh menempel di atasnya. d. Lama waktu tinggal trickling filter Diperlukan lama waktu tinggal yang disebut dengan masa pengkondisian atau pendewasaan agar mikroorganisme yang tumbuh di atas permukaan media telah tumbuh cukup memadai untuk terselenggaranya proses yang diharapkan. Masa pengkondisian atau pendewasaan yang diperlukan berkisar antara 2-6 minggu. Lama waktu tinggal ini dimaksudkan agar mikroorganisme dapat menguraikan bahan-bahan organik dan tumbuh di permukaan media trickling filter membentuk lapisan biofilm atau lapisan berlendir. Penelitian yang dilakukan oleh Arum Siwiendrayanti (2004), pertumbuhan mikroorganisme pada media batu kali mulai terbentuk lapisan biofilm pada
hari
ke-3
masa pengkondisian.
e. pH Pertumbuhan mikroorganisme khususnya bakteri, dipengaruhi oleh nilai pH. Agar pertumbuhan baik, diusahakan nilai pH mendekati keadaan netral. Nilai pH antara 4-9,5 dengan nilai pH yang optimum 6,5-7,5 merupakan lingkungan yang sesuai. f. Suhu Pertumbuhan mikroorganisme juga dipengaruhi oleh suhu. Suhu yang baik untuk pertumbuhan mikroorganisme adalah 25-370C. Selain itu suhu juga mempengaruhi kecepatan reaksi dari suatu proses biologis. Bahkan efisiensi dari trickling filter sangat dipengaruhi oleh suhu.
g. Aerasi Agar aerasi berlangsung dengan baik, media trickling filter harus disusun sedemikian rupa sehingga memungkinkan masuknya udara ke dalam sistem trickling filter tersebut. Ketersediaan udara dalam hal ini adalah oksigen sangat berpengaruh terhadap proses penguraian oleh mikroorganisme.
Gambar 3.5 Desain Trickling Filter
Adapun prinsip kerja trickling filter adalah air buangan yang diolah dengan trickling filter harus terlebih dahulu diendapkan, karena pengendapan dimaksudkan untuk mencegah penyumbatan pada distributor dan media filter. Air limbah diteteskan secara periodik dan terus-menerus ke atas media trickling filter. Bahan organik yang ada dalam air limbah diuraikan oleh mikroorganisme yang menempel pada media filter. Bahan organik sebagai substrat yang terlarut dalam air limbah diabsorbsi biofilm atau lapisan berlendir dan kemudian dilepaskan sebagai bahan suspensi yang kemudian karena massanya lebih berat maka lebih mudah mengendap. Bahan organik yang ada dalam limbah cair diuraikan oleh mikroorganisme yang menempel pada media filter. Pada bagian luar biofilm, bahan organic diuraikan oleh mikroorganisme aerobik. Pertumbuhan mikroorganisme akan mempertebal lapisan biofilm (0,1-0,2 mm). Oksigen yang terdifusi dapat dikonsumsi sebelum biofilm mencapai ketebalan maksimum. Pada saat mencapai ketebalan penuh, oksigen dapat mencapai penetrasi secara penuh, akibatnya bagian dalam atau permukaan media menjadi anaerobik. Yang diabsorbsi dapat diuraikan oleh mikroorganisme, namun tidak dapat mencapai mikroorganisme yang berada di permukaan media. Dengan kata lain, tidak tersedia bahan organik untuk sel karbon pada bagian permukaan media sehingga mikroorganisme pada
bagian
permukaan
akan
mengalami
fase
indigenous
(mati).
Pada
akhirnya,
mikroorganisme sebagai biofilm tersebut akan lepas dari media. Cairan yang masuk akan turut melepas atau mencuci dan mendorong biofilm keluar. Setelah itu lapisan biofilm baru akan segera tumbuh. Fenomena lepasnya biofilm dari media disebut juga sloughing. Mikroorganisme yang terdapat dalam trickling filter Mikroorganisme yang umum didapatkan dalam trickling filter serta turut berperan dalam proses penguraian bahan-bahan organik terutama air limbah yang berasal dari industri pangan seperti industri tahu adalah bakteri dan mikroalgae. Jamur, protozoa dan mikrofauna merupakan tambahan saja. Air limbah tahu yang banyak mengandung bahan-bahan organik akan diuraikan mikroorganisme dan merangsang pertumbuhan mikroorganisme pada permukaan media yang berupa lapisan biofilm. Lapisan biofilm terdiri dari bakteri, protozoa dan fungi (antara lain: Zoogloea ramiqera, Carchesium dan Opercularia vorticella). Ketika air limbah mengalir melalui biofilm tersebut, zat-zat organik yang larut akan segera diuraikan dan zat-zat organik koloidal diserap pada permukaan biofilm tersebut. Pada saat itu mikroorganisme akan tumbuh secara cepat. Pengolahan dengan stabilization ponds (kolam oksidasi) Kolam
oksidasi merupakan saluran dengan system aliran tertutup, yaitu
melingkar dengan bentul oval. Kolam ini merupakan modifikasi dari proses Lumpur aktif dengan menggunakan teknik yang kebih sederhana sehingga sesuai dengan instalasi kecil /sedang (Departemen PU, 1986). Pengolahan limbah dengan kolam oksidasi
menggunakan sinar matahari dan organisme. Kolam oksidasi terdiri dari
berbagai macam tipe, ada yang aerobik, anaerobik, dan aerobik-anaerobik. Kolam aerobik digunakan untuk pengolahan limbah organik yang dapat larut dan enfluen dari pengolahan limbah. Aerobik-anaerobik dalah tipe yang paling sering digunakan untuk mengolah limbah domestik dan industri. Biasanya kolam anerobik digunakan secara seri dengan kolam aerobik-anaerobik untuk melengkapi pengolahan. Pengolahan dengan kolam oksidasi memiliki keuntungan dari segi kontruksi dan biaya oprasional yang rendah. Selain dengan proses biologis secondary treatment dapat dilakukan dengan menggunakan prinsp fisik dan kimia. Pengolahan secondary treatment dengan
menggunakan bahan kimia dan fisik secara umum dapat dilakukan dengan cara proses koagulasi dan flokulasi
3.3.4 Pengolahan Ketiga (Tertiary Treatment) Pengolahan ini baru dilakukan jika dari pengolahan pertama dan kedua masih terdapat zat tertentu yang berbahaya. Pada pengolahan ini ditunjukkan untuk meningkatkan kualitas limbah cair sebelum dibuang atau digunakan kembali. Pengolahan tahap ketiga ini untuk menghilangkan kandungan BOD, senyawa fosfor dengan bahan kimia sebagai koagulan, senyawa
nitrogen
melalui
proses
ammonia
stripping atau
nitrifikasi-denitrifikasi,
menghilangkan senyawa organik, dan menghilangkan padatan terlarut (Soeparaman, 2001). Pengolahan ketiga diantaranya adalah dengan saringan pasir lambat, saringan pasir cepat.
3.3.5 Pengolahan lumpur Lumpur yang dihasilkan dari proses sedimentasi
diolah lebih
lanjut
untuk
mengurangisebanyak mungkin air yang masih terkandung didalamnya. Proses pengolahan lumpur yang bertujuan mengurangi kadar air tersebut disebut dengan pengeringan lumpur. Ada empat cara proses pengurangan kadar air, yaitu: 1. Alamiah Pengeringan dengan cara ilmiah dilakukan dengan mengalirkan atau memompa lumpur endapan ke sebuah kolam pengering yang memiliki luas permukaan yang besar dengan kedalaman sekitar 1 – 2 m. Proses pengeringan berjalan dengan alamiah, yaitu dengan panas matahari dan angin yang bergerak di atas kolam tersebut. Bila lumpur tidak mengandung bahan berbahaya, maka kolam pengering lumpur dapat hanya berupa galian tanah biasa, sehingga sebagian air akan meresap ke tanah dibawahnya. Tetapi bila lumpur mengandung bahan berbahaya (misalnya logam berat dan phenol), maka kolam lumpur harus terbuat dari beton dan pada bagian bawah kolam harus mempunyai saluran rembesan larutan yang kemudian harus diolah kembali. Cara pengeringan ini tergolong mudah dan murah, namun membutuhkan waktu yang lama, serta tidak cocok untuk lumpur yang mengandung zat – zat berbahaya yang mudah menguap. Secara periodik kolam lumpur harus dikeruk untuk memindahkan lumpur kering. Bila lumpur kering masih mengandung unsur berbahaya, maka harus ditangani secara khusus, misalnya diolah dengan pembakaran insenerator.
2. Pengepresan (tekanan) Cara ini dilakukan dengan mengalirkan lumpur diantara dua plat yang berforasi. Kemudian dengan sistem rolling kedua plat tersebut bergerak dan menekan lumpur ditengahnya. Dengan demikian lumpur seolah terperas dan cairan keluar melalui lubang – lubang perforasi. Cara pengeringan lumpur ini sungguh efektif dan banyak digunakan untuk skala besar. Cairan yang keluar apabila masih mengandung bahan yang berbahaya, maka harus diolah lebih lanjut. Pengurangan lumpur dengan cara ini dapat mengurangi kadar air dibawah 10%. Cara pengeringan dengan tekanan memang membutuhkan banyak energi, namun prosesnya dapat jauh lebih cepat. Bila lumpur kering masih mengandung unsur berbahaya, maka harus ditangani secara khusus, misalnya diolah dengan pembakaran insenerator. 3. Gaya sentrifugal Prinsip pengeringan lumpur dengan gaya sentrifugal mirip dengan mesin cuci pakaian. Namun, hasil lumpur yang sudah melekat dan memadat pada bagian dinding dibawa dengan suatu Screw Conveyor yang berputar dan kemudian mengeluarkan lumpur keringnya pada bagian sisi yang lain. Pengurangan kadar airnya dapat dilakukan dengan skala kecil sampai besar 4. Pemanasan Proses pengeringan lumpur dengan pemanasan biasanya diterapkan pada suatu pabrik yang mempunyai panas buang yang cukup tinggi, sehingga panas buang tersebut dapat dimanfaatkan secara optimal.
BAB IV DASAR-DASAR PERENCANAAN
4.1 Kualitas Air Limbah Pada perencanaan Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) ini, air limbah yang akan diolah adalah air buangan domestik yang memiliki karekteristik yang tipikal. Parameterparameter utama yang ditinjau adalah zat tersuspensi, ammonia, BOD5, COD, dan minyak dan lemak. Pada tabel 4.1 dan 4.2 merupakan tabel konsentrasi pencemar pada air limbah dan fluktuasi debitnya :
Tabel 4.1 Karakteristik Air Buangan Domestik No
Parameter
Satuan
Kualitas
1
pH
-
7,8
2
TSS
mg/L
21,2
3
Ammonia
mg/L
80,13
4
BOD
mg/L
204,44
5
COD
mg/L
326
6
Minyak dan Lemak
mg/L
46
Tabel 4.2 Fluktuasi Debit Air Buangan Domestik Waktu
% Air Buangan
00.00-01.00
2.5
01.00-02.00
2.5
02.00-03.00
2.5
03.00-04.00
2.5
04.00-05.00
3.3
05.00-06.00
3.79
06.00-07.00
5.01
07.00-08.00
5.91
08.00-09.00
5.91
09.00-10.00
5.4
Waktu
% Air Buangan
10.00-11.00
5.05
11.00-12.00
4.65
12.00-13.00
4.65
13.00-14.00
4.85
14.00-15.00
4.85
15.00-16.00
4.85
16.00-17.00
5.38
17.00-18.00
6.1
18.00-19.00
4.32
19.00-20.00
4.32
20.00-21.00
3.53
21.00-22.00
2.93
22.00-23.00
2.6
23.00-24.00
2.6
Debit rata-rata
14.250
(m3/day)
4.2 Kualitas Badan Air Penerima Air hasil pengolahan pada akhirnya akan dikembalikan ke badan air penerima. Badan air dapat berupa sungai, danau, atau laut. Letak dari badan air penerima sebaiknya dekat dengan IPAL dan memiliki elevasi yang lebih rendah dari outlet IPAL agar memungkinkan pengaliran secara gravitasi. Adapun kualitas sungai yang akan menjadi badan air penerima yakni : Tabel 4.3 Kualitas Air Sungai No
Parameter
Satuan
Kualitas
Celcius
27.7
2 Residu terlarut
mg/l
143.67
3 Zat tersuspensi
mg/l
15
4 Kekeruhan NTU
NTU
-
Cm
135
FISIKA 1 Temperatur
6 Kecerahan
No
Parameter
Satuan
Kualitas
-
7.6
2 CO2 bebas
mg/l
13.2
3 HCO3
mg/l
129.3
4 Kesadahan (CaCO3)
mg/l
53.4
5 Sulfida (H2S)
mg/l
-
6 Ammonia (NH3)
mg/l
0.01
7 Nitrit (NO2-N)
mg/l
0.04
8 Nitrat(NO3-N)
mg/l
1.15
9 Fosfat (PO4)
mg/l
0.22
11 Oksigen Terlarut
mg/l
2.9
12 COD
mg/l
15.42
13 BOD
mg/l
10.87
16 Besi (Fe)
mg/l
0.14
17 Air Raksa
(Hg)
0.54
18 Nikel (Ni)
mg/l
0.03
19 Tembaga (Cu)
mg/l
0.01
20 Seng (Zn)
mg/l
0.02
22 Kadmium (Cd)
mg/l
23 Timbal (Pb)
mg/l
0.0087
28 Mangan (Mn)
mg/l
0.076
29 Natrium (Na)
mg/l
34.33
1 MPN E.coli
JPT/100
240
2 MPN Coliform
JPT/100
460
M3/detik
4.7
KIMIA 1 pH
BIOLOGI
Debit
4.3 Penentuan Effluent Standard dan Stream Standard Sebagai acuan batas efluen yang boleh dikeluarkan oleh instalasi, digunakan baku mutu efluen standar KEPMENLH No. 112 Tahun 2003 Tabel 4.4 Baku Mutu Efluen Standar Air Buangan Domestik Kepmen LH No.112/2003
Parameter
Satuan
Kadar Maksimum
pH
-
6-9
BOD
mg/L
100
TSS
mg/L
100
Minyak dan Lemak
mg/L
10
Stream standard ditentukan dari Peraturan Pemerintah No.82 Tahun 2001. Nilai stream standard yang digunakan berdasarkan baku mutu air sungai kelas IV. Hal ini ada parameter yang nilai kualitasnya melewati nilai baku mutu kualitas sungai kelas IV. Berikut adalah perbandingan antara data kualitas sungai dengan baku mutu di PP 82 Tahun 2001.
Tabel 4.4 Perbandingan Kualitas Air Sungai dengan Baku Mutu di PP 82 Thn 2010 No.
Paramter
Satuan
Kualitas
FISIKA 1
Temperatur
2
Kelas I
Celcius
27.7
Residu terlarut
mg/l
143.67
3
Zat tersuspensi
mg/l
15
4
Kekeruhan NTU
NTU
-
6
Kecerahan
Cm
135
-
7.6
II
III
KIMIA 1
pH
2
CO2bebas
mg/l
13.2
3
HCO3
mg/l
129.3
mg/l
53.4
4
Kesadahan (CaCO3)
5
Sulfida (H2S)
mg/l
-
6
Ammonia(NH3)
mg/l
0.01
7
Nitrit (NO2-N)
mg/l
0.04
Satuan
Kualitas
No.
Paramter
8
Nitrat (NO3-N)
mg/l
1.15
9
Fosfat (PO4)
mg/l
0.22
11
Oksigen Terlarut
mg/l
2.9
Kelas
IV
12
COD
mg/l
15.42
13
BOD
mg/l
10.87
16
Besi (Fe)
mg/l
0.14
17
Air Raksa
(Hg)
0.54
18
Nikel (Ni)
mg/l
0.03
19
Tembaga (Cu)
mg/l
0.01
20
Seng (Zn)
mg/l
0.02
22
Kadmium (Cd)
mg/l
23
Timbal (Pb)
mg/l
0.0087
28
Mangan (Mn)
mg/l
0.076
29
Natrium (Na)
mg/l
34.33
BIOLOGI 1
MPN E. coli
JPT/100
240
2
MPN Coliform
JPT/100
460
4.4 Perhitungan Bebam Pengolahan Tabel 4.5 Beban Pengolahan
No Parameter Satuan Kualitas
Qlimbah (m3/dtk)
Beban Pengolahan (g/hari)
1
pH
-
7.8
2
TSS
mg/L
21.2
0,302
3
Ammonia
mg/L
80.13
1,142
4
BOD
mg/L
204.44
5
COD
mg/L
326
mg/L
46
6
Minyak dan Lemak
0.165
2,914 4,647
0,655
Beban Pengolahan (untuk TSS) = = 21,1 mg/L x 0,165 m3/detik x 86400 detik/hari / 1000 m3/L / 1000 g/mg = 0,30 g/hari
4.5 Penentuan Efisiensi Pengolahan Dalam menghitung efisiensi pengolahan digunakan persamaan sebagai berikut: ( ) Sehingga didapat hasil sebagai berikut Tabel 4.6 Efisiensi Pengolahan dengan Baku Mutu Effluent
No
Parameter
Satuan
Kualitas
Qlimbah
(Ceff)
(m3/dtk)
1
pH
-
7,8
2
TSS
mg/L
21,2
3
Ammonia
mg/L
80,13
4
BOD
mg/L
204,44
5
COD
mg/L
326
6
Minyak dan
mg/L
46
Effluent
Efisiensi
Standard
penyisihan Pengolahan
(Cbm)
(%)
100
0,16
Lemak
100
104,44
51,08
10
36
78,26
Tabel 4.7 Efisiensi Pengolahan dengan Baku Mutu Stream
No Parameter Satuan
Kualitas (Ceff)
Kualitas
Q
Stream
stream
(Cstream) (m3/dtk)
Baku
konsentrasi
mutu
efluen
stream
maks
(Cbm)
(Cmax)
Efisiensi penyisihan
Pengolahan (%)
1
pH
-
7,8
2
TSS
mg/L
21,2
15
400
11371,28
3
Ammonia
mg/L
80,13
0,01
0,5
14,46
65,6
81,95
4
BOD
mg/L
204,44
10,87
12
44,20
160,2
78,37
5
COD
mg/L
326
15,42
100
2510,26
6
Minyak
mg/L
46
1000
29496,84
4,7
dan Lemak
Contoh perhitungan: (menggunakan data parameter minyak dan lemak)
Konsentrasi baku mutu air sungai berdasarkan PP No. 82 Tahun 2001 : 1000 mg/L Konsentrasi baku mutu effluent berdasarkan Kepmen LH No. 112 Tahun 2003 : 10 mg/L Konsentrasi air buangan (influen) (C limbah) : 46 mg/L Konsentrasi badan air penerima ( C stream) : 0 mg/L Debit air buangan (Q limbah) : 12960 m3/day = 0,165 m3/s Debit badan air (Q stream) : 4,7 m3/s Debit total (Q total) : 4,865 m3/s C effluent yang dapat dikeluarkan untuk memenuhi baku mutu: Cmax =
(
C max=
) ( (
) (
) )
Cmax = 29496,84 mg/L ( )
Maka dari hasil perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa jika dibandingkan dengan baku mutu efluen, diperlukan unit pengolahan yang memiliki efisiensi 78,26% sehingga minyak dan lemak dapat tersisihkan hingga mencapai batas aman. Apabila dibandingkan antara beban pengolahan dengan baku mutu effluent atau beban pengolah dengan baku mutu stream adalah tergantung hasil perhitungan beban pengolahannya, sebab yang kami ambil adalah beban pengolahan tertinggi. Untuk parameter PH pada kedua baku mutu tidak terdapat batas maksimum tetapi kami akan membuat PH tetap berada range pH normal. Untuk COD juga demikian, tidak ada batas maksimum yang diwajibkan tetapi apabila BOD tersisihkan maka COD pun akan ikut tersisihkan. Sehingga diharapkan unit pengolahan yang terpilih adalah unit pengolah yang dapat menurunkan kadar parameter-parameter berikut sesuai dengan efisiensi unit yang diperlukan Tabel 4.8 Efisiensi Unit yang Dibutuhkan No
Parameter
Satuan Kualitas
Efisiensi Penyisihan Unit (%)
1
pH
-
7,8
2
TSS
mg/L
21,2
3
Ammonia
mg/L
80,13
81,95
4
BOD
mg/L
204,44
78,37
5
COD
mg/L
326
6
Minyak dan
mg/L
46
Lemak
78,26
4.6 Analisis Kualitas dan Kuantitas Air Limbah Secara keseluruhan, kualitas air limbah yang melebihi baku mutu adalah parameter Amonia dan BOD. Besarnya debit air limbah sebanyak 0,165 m3/detik akan mempengaruhi kualitas badan air penerima apabila konsentrasi pencemar cukup tinggi. untuk itu besarnya debit haruslah diperhitungkan dalam menghitung batas konsentrasi pencemar yang bisa masuk ke badan air. berikut ini merupakan analisis pencemar di dalam air limbah untuk setiap parameternya. a. Zat Tersuspensi Nilai konsentrasi konsentrasi zat tersuspensi air limbah yang dihasilkan yaitu 21,2 mg/L. apabila dibandingkan dengan Kepmen LH No. 112 Tahun 2003, dimana disebutkan bahwa konsentrasi maksimal effluent standard yang boleh dibuang adalah 100 mg/L, maka kualitas zat tersuspensi air limbah masih memenuhi baku mutu. Setelah melalui perhitungan dengan memperhitungkan debit pun diperoleh nilai effluent maksimal yang dibolehkan untuk masuk ke badan air sejumlah 11371,28 mg/L. Sehingga, untuk parameter zat tersuspensi tidak perlu ada pengolahan. Zat tersuspensi pada limbah domestik bisa dihasilkan dari limbah dapur maupun toilet. b. Ammonia Kandungan ammonia di dalam air limbah adalah sebesar 80,13 mg/L. Pada baku mutu effluent standard berdasarkan Kepmen LJ No.112 Tahun 2003 tidak tercantum batasan untuk parameter ammonia, untuk itu perlu dibandingkan dengan parameter lain. Dari hasil perhitungan, didapat nilai effluent konsentrasi ammonia maksimal yang boleh dibuang ke badan air yaitu 14,46 mg/L. nilai ini berada di bawah nilai ammonia yang dihasilkan, sehingga, untuk parameter ammonia perlu ada pengolahan. Ammonia biasanya dihasilkan dari urine manusia. Beban pengolahan effluent standard dan stream standard untuk zat tersuspensi pun bernilai cukup besar, untuk stream standard yaitu 81,95%.
c. BOD Nilai kandungan BOD yang dimiliki air limbah adalah 204,44 mg/L. apabila dibandingkan dengan Kepmen LH No. 112 Tahun 2003, dimana tercantum bahwa konsentrasi BOD maksimal effluent standard yang boleh dibuang adalah 100 mg/L, maka kandungan BOD air limbah telah melebihi standar yang diijinkan sehingga memerlukan pengolahan terlebih dahulu sebelum dibuang ke badan air. selain dengan Kepmen LH, nilai kandungan ini juga perlu dihitung berapa konsentrasi maksimal yang boleh dimasukkan ke badan air dengan mempertimbangkan debit, kualitas badan air, debit badan air, dan baku mutu stream. Berdasarkan PP No. 82 Tahun 2001 nilai konsentrasi maksimum BOD di badan air adalah 12 mg/L, sedangkan nilai BOD badan air itu sendiri telah mencapai 10,87 mg/L. Dari hasil perhitungan, didapat nilai effluent maksimal yang boleh dibuang ke badan air yaitu 44,2 mg/L, nilai ini jauh di bawah nilai konsentrasi BOD air limbah yang dihasilkan sehingga untuk parameter BOD ini sangat dibutuhkan pengolahan. BOD biasa dihasilkan dari limbah toilet maupun limbah dapur. Beban pengolahan effluent standard dan stream standard untuk zat tersuspensi yaitu, untuk stream standard 78,38% d. COD Nilai kandungan COD yang dimiliki oleh air limbah adalah sebesar 362 mg/L. Dari hasil perhitungan, didapat nilai effluent maksimal yang boleh dibuang ke badan air yaitu 2510,26 mg/L. Oleh karena itu tidak perlu ada penanganan khusus untuk penyisihan COD karena penyisihan BOD pun akan menyisihkan COD secara otomatis. .COD biasa dihasilkan dari limbah toilet maupun limbah dapur. e. Minyak dan Lemak Nilai kandungan minyak dan lemak dari air limbah adalah sebesar 46 mg/L. apabila dibadningkan dengan batas effluent standard berdasarkan Kepmen LH No. 112 Tahun 2003 , dimana tercantum bahwa nilai batas effluent untuk minyak dan lemak adalah 10 mg/L, maka kandungan air limbah telah melampaui batas. Dari hasil perhitungan, didapat nilai effluent maksimal yang boleh dibuang ke badan air yaitu 19486,28 mg/L, nilai ini jauh di atas nilai konsentrasi minyak dan lemak air limbah yang dihasilkan yaitu 56 mg/L. Meskipun begitu, kandungan minyak dan lemak pada efluen melebihi baku mutu efluen standar. sehingga, untuk parameter minyak dan lemak perlu ada pengolahan.
BAB V ALTERNATIF PROSES PENGOLAHAN Dalam menentukan sistem pengolahan yang akan digunakan, terlebih dahulu dilakukan pemilihan dari berbagai alternatif sistem pengolahan yang ada untuk mendapatkan sistem yang paling sesuai. Untuk melakukan pemilihan sistem pengolahan, pertimbanganpertimbangan yang perlu dilakukan meliputi : 1. Beban Pengolahan Dalam menentukan beban pengolahan, harus dipertimbangkan kualitas dan kuantitas influen air buangan. Selain itu juga perlu diketahui kualitas efluen yang ditetapkan. Dengan demikian, alternatif sistem pengolahan yang diajukan diperkirakan akan dapat memenuhi kualitas pengolaha yang diinginkan. 2. Efisisensi Pengolahan Efisiensi pengolahan bergantung pada kemampuan unit-unit pengolahan dalam menyisihkan parameter pencemar berdasarkan baku mutu yang dipakai. Efisiensi pengolahan dari beberapa unit yang tersedia biasanya telah diketahu melalu literatur yang didapat dari berbagai percobaan dan data-data dari unit pengolahan yang telah ada sebelumnya. 3. Aspek Teknis Berdasarkan aspek teknis, hal-hal yang perlu dipertimbangkan adalah topografi wilayah, ketersediaan lahan, kemudahan teknis pelaksanaan, dan pengadaan material dalam pembangunan instalasi. Selain itu juga dipertimbangkan segi operasionalnya, menyangkut ketersediaan tenaga ahli peralatan, kemudahan dalam pengadaan barang-barang penunjang operasionalnya dan juga pemeliharaan instalasi. 4. Aspek Ekonomi Hal-hal yang harus dipertimbangkan dalam aspek ekonomi adalah masalah pembiayaan untuk konstruksi, operasional dan pemeliharaan. Aspek ini merupakan dasar pertimbangan yang sangat penting sehingga sebaiknya disesuaikan dengan kemampuan pendanaan sehingga pembiayaan menjadi efisien. 5. Aspek Lingkungan Adanya pertimbangan terhadap pengaruh keberadaan instalasi pengolahan air buangan yang direncanakan terhadap kenyamaan dan kesehatan penduduk di sekitar lokasi. Oleh karena itu, pencemaran yang mungkin terjadi harus diminimalisasi sekecil mungkin.
Pengolahan air buangan yang akan dilakukan terdiri dari beberapa tahapan, antara lain : 1. Pengolahan tingkat pertama (Primary Treatment), yaitu pengolahan secara fisik dengan tujuan memisahkan benda–benda kasar, material tersuspensi secara gravitasi. Selain itu, pengolahan ini bertujuan untuk melindungi unit-unit pengolahan dari material kasar yang dapat merusak peralatan serta mengurangi beban pengolahan selanjutnya (Metcalf & Eddy, 2003). 2. Pengolahan tingkat kedua (Secondary Treatment), yaitu pengolahan secara biologis maupun kimiawi dengan tujuan untuk menyisihkan material organik terlarut. 3. Pengolahan Lumpur (Sludge Treatment), yaitu pengolahan lumpur yang berasal dari unit– unit pengolahan sebelumnya, bertujuan untuk mengurangi kadar air pada lumpur sehingga dapat diperlakukan sebagai buangan padat dengan volume yang lebih kecil dan mengurangi tingkat toksisitasnya.
5.1 Pengolahan Tingkat Pertama (Primary Treatment ) Unit-unit pengolahan tingkat pertama terdiri dari: 1. Bar screen adalah rangkaian kisi-kisi besi yang berguna untuk menyisihkan atau menyaring material kasar seperti kertas, plastik, atau potongan kayu terapung yang dapat mengganggu jalannya proses pengolahan air limbah seperti penyumbatan pada valve dan kerusakan pompa. Oleh karena itu, bar screen diletakkan pada awal pengolahan. Bar screen yang digunakan dalam perencanaan adalah manually cleaned bar screen. Cara pembersihan manual digunakan bagi air limbah dengan volume sampah kasar relatif kecil. Untuk air limbah domestik di Kabupaten Bengkulu Utara, digunakan cara manual karena ukuran sampah yang relatif kecil dan tidak ada saluran penyaluran air buangan yang terbuka. 2. Grit chamber adalah bak yang berfungsi untuk menyisihkan grit, termasuk di dalamnya pasir, kerikil, atau biji-bijian dan material lainnya yang tidak dapat membusuk dan mempunyai spesific gravity yang lebih besar dibanding material organik. Material ini harus disisihkan untuk melindungi peralatan dari penggerusan dan kerusakan, mencegah penyumbatan pada pipa dan pengendapan pada saluran, mencegah timbulnya kerak pada dasar sludge digester serta mengurangi akumulasi material inert pada tangki aerasi dan sludge digester yang dapat menyebabkan berkurangnya volume dari tangki.
Terdapat dua tipe grit chamber, yaitu hoizotal flow velocityr grit chamber dan aerated grit chamber. Tipe pertama merupakan bak panjang dengan pengontrolan kecepatan aliran. Pengontrolan kecepatan aliran biasanya dipasang pada akhir bak berupa alat ukur parshal flume ataupun proportional weir. Sedangkan tipe kedua adalah berupa bak yang dilengkapi sistem aerasi (diffused compressed air) sehingga terjadi aliran keluar dari grit chamber. Tipe grit chamber yang digunakan adalah tipe horizontal flow velocity controlled. Tipe ini dipilih karena biaya operasional dan konstruksinya lebih murah dan pengoperasiannya juga lebih mudah. Pengontrol kecepatan yang digunakan adalah proportional weir. 3. Comminutor adalah alat berupa penggiling yang berfungsi memotong material yang masih terbawa aliran sehingga berukuran lebih kecil dan atau hancur sama sekali sehingga meringankan pengolahan selanjutnya. Comminutor diletakkan sebelum pompa bertujuan untuk mengurangi beban pompa dan mencegah kerusakan pompa karena terdapat material yang terbawa aliran. Pada perencanaan ini digunakan jenis comminutor dengan spesifikasi yang berasal dari pabrik Chicago Pump. Pabrik ini memiliki berbagai jenis comminutor sesuai dengan debit yang akan diolah dan ketersediaan comminutor jenis ini di Indonesia. 4. Bak pengendap berfungsi untuk untuk menyisihkan zat organik tersuspensi dalam air buangan. Pada umumnya, bak pengendap dapat menyisihkan 50-70 % TSS dan 30-40 % BOD5 (Qasim, 1985) sehingga dapat mengurangi beban pengolahan pada unit selanjutnya. Bak pengendap terbagi menjadi tiga tipe yaitu horizontal flow, solid contact, dan inclined surface. Bentuk bak yang biasa digunakan adalah rectangular, circular, dan square. Pada perencanaan ini digunakan bak pengendap tipe horizontal flow berbentuk persegi panjang. Hal ini bertujuan agar partikel yang ada dalam air limbah akan mempunyai waktu perjalanan yang lebih lama sehingga memperkecil adanya aliran pendek, memperkecil headloss antara inlet dan outlet, konsumsi energi yang relatif kecil.
5.2 Pengolahan Tingkat Kedua (Secondary Treatment) Tiga alternatif proses pengolahan biologi yang diajukan dalam perencanaan ini adalah Completely Mixed Activated Sludge (CMAS), Rotating Biological Contactor (RBC), dan Aerated
Lagoon.
Pengajuan
ketiga
alternatif
tersebut
berdasarkan
pertimbangan-
pertimbangan sbb : 1. Efisiensi pengolahan Berdasarkan perhitungan tingkat pengolahan IPAL, dibutuhkan tingkat pengolahan IPAL secara keseluruhan sebesar (80-85)%.
2. Ketersediaan lahan pada daerah perencanaan Lahan yang tersedia di Kabupaten Garut relatif memadai sehingga instalasi dengan lahan yang relatif besar tidak menjadi masalah. Selain itu, perlu diperhatikan kesesuaian sistem pengolahan dengan kondisi fisik lahan terkait dengan keadaan topografi kota, drainase kota, pola perumahan dan sebagainya. 3. Kemudahan dalam pengoperasian Aspek ini menyangkut tentang kemudahan dalam pelaksanaan pemasangan pipa, kemudahan dalam penyambungan instalasi, dan yang paling utama adalah kesederhanaan dalam pengoperasian dari sistem pengolahan air limbah.
5.2.1. Completely Mixed Activated Sludge Completely Mixed Activated Sludge (CMAS) merupakan salah satu modifikasi dari proses lumpur aktif. Air buangan terlebih dahulu harus melalui bak pengendap pertama sebelum memasuki tangki aerasi. Influen dari bak pengendap pertama ini dimasukkan ke dalam suatu sistem inlet sehingga beban pengolahan dapat tersebar merata keseluruh tangki aerasi. Dengan cara ini diharapkan rasio antara substrat dan mikroorganisme cukup seimbang sehingga memungkinkan terjadinya adsorbsi material organik terlarut dalam biomassa dengan cepat. Proses selanjutnya adalah proses dekomposisi materi biodegradable secara aerob. Waktu detensi hidrolis dalam bak aerasi yang direncanakan harus mencukupi untuk terjadinya dekomposisi aerob yaitu sekitar 4 sampai 36 jam dan biasanya 4 sampai 8 jam untuk air buangan domestik (Reynolds, 1982). Peralatan yang banyak digunakan untuk aerasi adalah mekanikal aerator karena menghasilkan pengadukan yang lebih baik. Aliran resirkulasi yang biasa digunakan sebesar 35%-100% dari aliran influen. Kelebihan dan kekurangan dari unit perngolahan ini dapat dilihat pada tabel 5.1.
Tabel 5.1. Kelebihan dan Kekurangan CMAS
Alternatif Pengolahan CMAS Sumber : Metcalf & Eddy,
Kelebihan 1. Tahan terhadap shock loading
Kekurangan 1. Lumpur yang sulit mengendap karena
2003
2. Mampu mengolah air
terbentuk bulking
buangan dengan
sludge akibat asimilasi
konsentrasi yang tinggi
organisme filamentous
atau yang mengandung
2. F/M rendah
zat toksik karena kondisi tangki yang homogen 3. Pengoperasian sederhana 4. Proses yang umum dan sudah terbukti 5. Mudah beradaptasi dengan berbagai jenis air buangan 6. Kebutuhan oksigen seragam 7. Desain relatif tidak kompleks 8. Sesuai untuk semua jenis peralatan aerasi
5.2.2 Rotating Biological Contactor Rotating Biological Contacor (RBC) atau Cakram Biologi merupakan reaktor pertumbuhan melekat (Bioreaktor Film Tetap) yang dipergunakan untuk penyisihan bahan organik terlarut. Unit ini terdiri dari cakram berbentuk circular yang secara seri dipasang berdekatan dan terbuat dari polystyrene atau polyvinyl chloride. Cakram ini terhubung dengan horizontal shaft dan memiliki ukuran standar yaitu diameter 3.5 m dan panjang 7.5 m. Sebagian dari unit ini terendam (umumnya 40 %) dalam tangki yang berisi air buangan dan cakram berputar dengan kecepatan sekitar 1–1.6 rpm (Metcalf & Eddy, 2003). Air buangan akan teradsorbsi pada biological film yang tumbuh pada cakram dan mengubah bahan organik yang terlarut dalam air buangan menjadi energi dan sel–sel selama cakram berputar. Air buangan dan udara dapat melalui kisi-kisi pada cakram sehingga terjadi transfer oksigen ke dalam film dan terjadi bio-oksidasi pada biological film. Pertumbuhan
mikroorganisme yang berlebih akan mengakibatkan mikroorganisme tidak terlekat. Oleh karena itu, dibutuhkan secondary clarifier. Beberapa pertimbangan dalam mendesain RBC antara lain kecepatan cakram berputar, staging, kriteria beban, waktu retensi air buangan, karakteristik efluen, temperatur, dan desain secondary clarifier. Kelebihan dan kekurangan dari unit perngolahan ini dapat dilihat pada tabel 5.2.
Tabel 5.2. Kelebihan dan Kekurangan RBC
Alternatif Pengolahan RBC Sumber : Qasim, 1985
Kelebihan 1. Waktu kontak yang
Kekurangan 1. Beban organik yang
relatif pendek karena
tinggi mungkin
memiliki luas
mengakibatkan
permukaan aktif yang
timbulnya kondisi
besar
septik pada stage
2. Dapat digunakan untuk
pertama, sehingga
debit yang bervariasi
diperlukan
dengan range < 1 MGD
penambahan aerasi
s.d. 100 MGD 3. Lahan yang dibutuhkan relatif kecil 4. Tingkat efisiensi yang
2. Dapat terjadi clogging 3. Sensitif terhadap temperatur 4. Biaya konstruksi tinggi
dapat mencapai 95%
dan sulit mendapatkan
dengan menggunakan
pengganti jika ada unit
beberapa stage
yang rusak
5. Tidak memerlukan resirkulasi
5. Rentan terhadap penambahan beban
6. Kuantitas lumpur lebih
organik sehingga
kecil, sehingga biaya
penggunaan bak
pengolahan lumpur
pengendap pada
lebih murah
pengolahan
7. Kebutuhan energi rendah 8. Stabilitas proses lebih
pendahuluan perlu dipertimbangkan
besar 9. Beban organik lebih tinggi
5.2.3 Aerated Lagoon Aerated lagoon merupakan reaktor pertumbuhan tersuspensi tanpa resirkulasi lumpur dengan variasi kedalaman 2-5 m. Aerator mekanis umumnya digunakan untuk pengadukan dan suplai kebutuhan oksigen. Unit ini memiliki waktu detensi yang panjang (2-6 hari), sehingga sejumlah proses nitrifikasi dapat tercapai. Terdapat dua jenis dasar dari kolam aerasi: 1. Kolam Aerobik Kolam aerobik dirancang dengan level daya ( level power ) cukup tinggi untuk mempertahankan semua padatan (solid ) dalam kolam tetap tersuspensi dan juga untuk membagikan oksigen terlarut di seluruh volume cairan sehingga oksigen terlarut dan padatan tersuspensi terdistribusi merata pada kolam. Efisiensi penyisihan BOD pada kolam ini tidak terlalu tinggi karena semua padatan tetap tertahan dalam suspensi, efluen dari suatu kolam aerobik akan mempunyai konsentrasi padatan yang jauh lebih tinggi daripada efluen dari kolam fakultatif. Hal ini membutuhkan suatu tahap pemisahan padatan-cairan setelah proses aerobik jika suatu efluen kualitas tinggi akan dicapai. Kolam Aerobik biasanya beroperasi pada rasio F/M yang tinggi atau waktu detensi lumpur yang pendek ( sistem kecepatan tinggi ). Sistem ini mencapai stabilisasi organik yang kecil karena lebih menekankan konversi material organik terlarut menjadi material organik seluler. Semua padatan (solid) dipertahankan dalam keadaan tersuspensi sehingga waktu detensi dalam kolam aerobik yang diperlukan untuk pemisahan BOD terlarut akan lebih kecil daripada waktu detensi yang diperlukan untuk kolam fakultatif (Kormanik, 1972). Akan tetapi, kebutuhan energi untuk pengadukan dalam kolam aerobik akan jauh lebih besar daripada kebutuhan daya dalam kolam fakultatif. 2. Kolam Fakultatif Kolam fakultatif sejenis dengan kolam untuk stabilisasi air buangan, kecuali suplai oksigen pada kolam fakultatif berasal dari aerator mekanis dan bukan berasal dari fotosintesis alga. Kolam fakultatif dirancang dengan level daya hanya cukup untuk mempertahankan oksigen terlarut di seluruh volume cairan. Dalam hal ini, sebagian besar padatan (solid) dalam kolam tidak dipertahankan dalam keadaan tersuspensi, tetapi mengendap pada dasar kolam yang dalam hal ini padatan tersebut didekomposisikan
secara anaerobik. Oleh karena itu, aktivitas yang terjadi pada kolam sebagian aerobik dan sebagian anaerobik. Waktu detensi lumpur pada kolam fakultatif relatif lebih lama (sistem kecepatan rendah) dan terjadi stabilisasi organik. Kelebihan dari kolam ini, seperti pada tabel 5.3. adalah sederhana dalam pengoperasian dan penyisihan BOD tinggi. Waktu detensi kolam tergantung pada besarnya pemisahan BOD dan temperatur, yaitu berkisar 2-6 hari. Penyisihan bahan organik terlarut akan sangat baik jika waktu detensi hidrolis yang diaplikasikan cukup panjang.
Tabel 5.3. Kelebihan dan Kekurangan Aerated Lagoon
Alternatif Pengolahan Aerated Lagoon Sumber : Barnhart, 1972 ; Randall, 1980
Kelebihan
Kekurangan
1. Mudah dalam operasi
1. Kebutuhan lahan yang
dan pemeliharaan. 2. Ekualisasi air limbah. 3. Suatu kapasitas yang tinggi dalam
besar. 2. Kesulitan untuk modifikasi proses. 3. Konsentrasi padatan
pemborosan panas
tersuspensi effluen
bilamana dibutuhkan.
tinggi. 4. Sensitifitas proses terhadap variasi suhu udara embien
5.3 Pengolahan Lumpur (Sludge Treatment) Sebagai tahap akhir dari proses pengolahan air buangan ini dilakukan pengolahan terhadap lumpur yang timbul dari unit–unit pengolahan sebelumnya. Lumpur dapat dibagi menjadi 2 jenis lumpur, yaitu lumpur primer dan lumpur sekunder. Lumpur primer berasal dari solid yang diendapkan di bak pengendap pertama atau pengolahan tingkat pertama sedangkan lumpur sekunder dapat berasal dari proses biologi atau kimia sebagai pengolahan tingkat kedua. Proses pengolahan lumpur meliputi proses pengentalan (thickening), stabilisasi (stabilization atau digestion), pengeringan (dewatering), dan pembuangan (disposal). Thickening digunakan untuk meningkatkan kandungan solid di dalam lumpur dengan
menyisihkan fase liquidnya. Kelebihan dari proses thickening antara lain meningkatkan proses stabilisasi dan mengurangi biaya kapital untuk proses stabilisasi, mengurangi volume lumpur untuk tempat pembuangan lumpur, serta proses dewatering akan lebih ekonomis. Stabilisasi lumpur adalah untuk merduksi mikroorganisme patogen dan menghilangkan bau. Proses ini banyak diterapkan untuk lumpur biologi atau bila lumpur akan diaplikasikan ke tanah. Dewatering bertujuan untuk menurunkan kandungan air dari lumpur. Berikut beberapa alternatif metode pengolahan lumpur: 1. Thickening a. Gravity Thickening b. Dissolved Air Flotation (DAF) c. Centrifugation 2. Digestion a. Aerobic Digestion b. Anaerobic Disestion c. Proses lain, seperti Chemical Oxidation, Lime Stabilization, dan Heat Treatment 3. Dewatering a. Drying Beds b. Drying Lagoons c. Centrifugal Dewatering d. Vacuum Filter e. Plate and Frame Filter Press f. Belt Filter Press Unit pengolahan lumpur yang digunakan adalah gravity thickener sebagai unit pengentalan lumpur dan sludge drying bed sebagai unit pengeringan lumpur.
5.3.1 Gravity Thickener Bentuk geometri pada gravity thickener hampir sama dengan bentuk geometri yang dipergunakan pada clarifier. Solids yang masuk ke dalam thickener akan terbagi dalam tiga zona yaitu zona clear water, zona sedimentasi, dan zona thickening. Pada zona thickening terjadi sludge blanket dimana massa lumpur tertekan oleh massa yang diatasnya yang akan terus bertambah. Pada perencanaan ini digunakan gravity thickener karena unit ini cocok untuk diterapkan pada instalasi berukuran kecil-sedang, dengan solid capture 85-92 %. Supernatan
dari gravity thickener diresirkulasikan ke tangki aerasi dalam proses CMAS sedangkan thickened sludge akan diolah pada sludge drying bed. 5.3.2 Sludge Drying Bed Sludge drying bed merupakan salah satu fasilitas pengeringan lumpur yang cukup banyak digunakan. Pada pengoperasiannya, lumpur diletakkan di atas bed dengan ketebalan lapisan lumpur (200 – 300) mm lalu dibiarkan mengering. Sebagian air yang terkandung di dalam lumpur akan mengalir melalui pori – pori bed dan sebagian lagi akan menguap. Untuk menampung air yang mengalir ke bawah ini dibuat suatu sistem drainase lateral dengan menggunakan pipa berpori (berlubang). Lumpur yang telah mengering pada bagian atas bed disisihkan dan dapat dibuang ke landfill ataupun dapat juga digunakan sebagai penyubur tanah. Pada perencanaan ini, digunakan sludge drying bed sebagai unit dewatering karena unit ini cocok diterapkan untuk pengolahan lumpur dengan kuantitas kecil apabila tersedia lahan yang cukup luas (Qasim, 1985). Keuntungan penggunaan sludge drying bed adalah biaya investasi yang kecil, tidak memerlukan perhatian khusus dalam pengoperasiannya dan konsentrasi solild yang tinggi pada lumpurnya.
5.4 Diagram Alir Tiga Alternatif Diagram alir masing-masing alternatif dapat dilihat pada gambar 5.1, gambar 5.2 dan gambar 5.3.
Gamber 5.1. Alternatif I : Diagram Alir Menggunakan Complete Mixed Activated Sludge (CMAS)
Gamber 5.2. Alternatif II : Diagram Alir Menggunakan Rotating Biological Contactor (RBC)
Gamber 5.3. Alternatif III : Diagram Alir Menggunakan Aerated Lagoon
5.5 Metode Pemilihan Pemilihan alternatif pengolahan akan dilakukan berdasarkan aspek teknis dan ekonomis. Untuk aspek teknis, pemilihan akan dilakukan dengan teknik pembobotan. Pertimbangan ekonomi merupakan pertimbangan terakhir untuk menentukan proses pengolahan yang akan dipilih
karena faktor ekonomi memberikan pengaruh yang besar terhadap pemilihan
alternatif yang akan dibangun dalam suatu proyek. Dalam perencanaan sistem pengolahan air limbah Kabupaten Garut, terdapat 3 buah alternatif yang mungkin untuk diterapkan, yaitu : Alternatif 1 (Complete Mixed Activated Sludge); Alternatif 2 (Rotating Biological Contactor); dan Alternatif 3 (Aerated Lagoon).
Langkah-langkah berdasarkan metode pembobotan : 1. Menentukan faktor-faktor/ parameter penting dalam menunjang terwujudnya sistem 2. Membandingkan nilai kepentingan, satu parameter terhadap parameter lainnya. Skor 1 untuk prioritas terbaik, skor 2 untuk prioritas baik dan skor 3 untuk prioritas cukup baik. 3. Menjumlahkan nilai kepentingan 4. Total nilai keuntungan dan kepentingan teknis bagi setiap alternatif. Alternatif yang memperoleh nilai terkecil dipertimbangkan untuk dipilih. Pemilihan alternatif pengolahan pada IPAL yang akan direncanakan seperti yang telah disebutkan di atas (metode pembobotan). Berikut tabel 5.4. menampilkan perbandingan antara ketiga alternatif pengolahan untuk memudahkan dalam penentuan alternatif terpilih :
Tabel 5.4. Pembobotan Tiga Alternatif Yang Diusulkan
Parameter
CMAS
RBC
Aerated Lagoon
85-95%
80-85%
90%
Kebutuhan Lahan
2
3
1
Operasi dan
1
2
3
Biaya Operasional
1
2
3
Kebutuhan Energi
1
2
3
Bau
3
2
1
Memerlukan
Memerlukan
Tidak memerlukan
tenaga kerja
tenaga kerja
tenaga kerja terlatih
terlatih
terlatih
3
2
1
1
3
2
12
16
14
Efisiensi Pengolahan BOD5
Pemeliharaan
Tenaga Operasional
Kemudahan dalam Modifikasi dan Pengembangan Estimasi Biaya Pembobotan
Keterangan : Skor 1 menunjukkan prioritas terbaik
Skor 2 menunujukkan prioritas baik Skor 3 menunjukkan prioritas cukup baik
Ketiga alternatif proses pengolahan yang diajukan diatas dianggap telah memenuhi pertimbangan lain diantaranya adalah : Keberadaannya tidak memberikan pengaruh buruk terhadap lingkungan sekitarnya. Tersedianya lahan dan material pada saat pembangunan instalasi. Tersedianya tenaga ahli, operator, dan peralatan untuk pengoperasian dan pemeliharaan. Dari hasil perhitungan diatas, tabel 5.4. menunjukkan bahwa alternatif pertama yang menggunakan proses Completely Mixed Activated Sludge merupakan alternatif yang memiliki estimasi nilai pembobotan terkecil, sehingga dipilih sebagai alternatif pengolahan dengan digram alir seperti pada gambar 5.1.
BAB VI DETAIL DIMENSI UNIT-UNIT PENGOLAHAN
6.1 Umum Pada perencanaan ini, system pengolhan yang digunakan adalah Completely Mixed Aerated Sludge. Dari ketiga alternative yang diberikan, system inilah yang memenuhi persyaratan teknik dan ekonomi. Unit-unit yang digunakan pada system ini antara lain: - Pengolahan tingkat pertama: Bak equaliasasi dan bak pengendap pertama - Pengolahan tingkat kedua: Tanki aerasi dan clarifier - Pengolahan lumpur: Gravity thickener dan Sludge drying bed
6.2 Pengolahan Tingkat Pertama
Gamber 6.1. Alternatif I : Diagram Alir Menggunakan Complete Mixed Activated Sludge (CMAS)
6.2.1 Bar Screen Bar screen merupakan unit pengolahan tingkat pertama yang memiliki fungus sebagai penyisih materi-materi kasar yang terbawa dalam sistem penyaluran. Penyisihan materimateri ini dilakukan secara mekanis.
A. Kriteria Desain
Berikut adalah beberapa kriteria desain yang akan dijadikan acuan untuk perancangan bar screen:
Tabel 6.1 Kriteria Desain Bar Screen Parameter
Simbol
Satuan
Besaran
Sumber
Kecepatan saluran penyaring
V
m/det
>0,6
Qasim, 1985
Kecepatan melalui bar screen
vbar
m/det
0,6 – 1
Qasim, 1985
Head loss maksimum
hL
m
0,8
Qasim, 1985
Kemiringan dari horizontal
Α
˚
60 – 85
Qasim, 1985
Batang: Lebar
W
cm
0,8 – 1,0
Qasim, 1985
Space
B
cm
1,0 – 5,0
Qasim, 1985
Kedalaman
D
cm
5,0 – 7,5
Qasim, 1985
(Sumber: Abfertiawan)
Tabel 6.1 Faktor Batang Unit Bar Screen No
Jenis Bar
1
Sharp-edged rectangular
2,42
2
Rectangular with semicircular upstream face
1,83
3
Circular
1,79
4 5
Rectangular with semicircular upstream and
1,67
down stream face Tear shape
0,76
Tabel 6.3 Parameter Untuk Bar Screen U.S Unit Parameter
Unit
SI Unit
Cleaning Method Manual
Mechanical
Unit
Cleaning Method Manual
Mechanical
Bar size Width
in
0.2 – 0.6
0.2 – 0.6
mm
5 – 15
5 – 15
Depth
in
1 – 1.5
1 – 1.5
mm
25 – 38
25 – 38
in
1–2
0.6 – 3
mm
25 – 50
15 – 75
Clear spacing between bars
Slope from
-
30 – 45
0 – 30
-
30 – 45
0 – 30
Maximum
ft/s
1–2
2 – 3,25
m/s
0.3 – 0.6
0.6 – 1
Minimum
ft/s
1 – 1,6
m/s
Max headloss
In
6-24
mm
vertical Approach velocity
6
0.3 – 0.5 150
150– 600
B. Persamaan-persamaan yang Digunakan Persamaan yang digunakan pada perencanaan bar screen diantaranya: ⁄
( ⁄ )
(
)
Dimana: hL
= head loss di rack (m)
vbar
= kecepatan aliran melalui bar screen (m/det)
v2
= kecepatan aliran di saluran (m/det)
g
= percepatan gravitasi (m/det)
β
= faktor tingkat pada bentuk batang
w
= lebar batang (m)
b
= bukaan (m)
hv
= velocity head aliran, mendekati bars (m)
α
= sudut bar dengan horizontal (˚)
C. Data Perencanaan Berikut ini adalah data-data yang akan digunakan sebagai data awal dalam merencanakan unit bar screen Tabel 6.4 Data Perencanaan Unit Bar Screen Parameter
Simbol
Satuan Besaran
Debit Minimum
Qmin
Rata-rata
Qr
Maksimum Bukaan (jarak antar batang)
0,082 m3/det
Qmaks b
0,165 0,247
cm
3
Kecepatan melalui bar
Vbar
m/det
0,8
Kemiringan batang
α
˚
75
Diameter batang
ϕ
cm
1
Konstanta untuk lingkaran
β
-
1,67
cm
20
d
m
0,5
vv
m/det
0,4
screen (bersih)
Freeboard Kedalaman aliran pada bar screen Kecepatan melalui bar screen (clogging)
D. Perhitungan Desain Bar Screen Jumlah bar screen yang akan dibuat adalah sebanyak 2 unit mechanical bar screen dan beroperasi pada kondisi maksimum. Debit masing-masing bar screen ⁄ Luat total bukaan batang
Lebar bersih bukaan (Lebar tanpa bar)
Jumlah space kosong
Jumlah batang Lebar bukaan total saringan (
)
(
)
Lebar total bangunan saringan (
)
Panjang saringan yang terendam air
(
)
Efisiensi bar screen
Head Loss Bersih ( ⁄ )
⁄
(
( ⁄ )
)
(
)
⁄
(
)
Head Loss saat 50% Clogging (
)
(
)
6.2.2 Grit Chamber A. Umum Jenis grit chamber yang akan direncanakan adalah grit chamber aliran horizontal dengan kontrol kecepatan yang baik berupa bak pengendap panjang dan sempit. Grit chamber aliran horizontal didesain untuk mencapai kecepatan pengaliran sekitar 0.3 m/s dan waktu yang cukup untuk mengendapkan partikel grit di dasar saluran.
B. Kriteria Desain Kriteria desain untuk grit chamber dapat dilihat pada Tabel 6.5 Tabel 6.5 Kriteria Desain Grit Chamber Parameter
Simbol
Satuan
Besaran
Sumber
Waktu detensi
td
detik
45-90
Metcalf & Eddy
Kecepatan horizontal
vh
m/detik
0,24-0,4
Edward JM
Kecepatan mengendap
ft/min
Metcalf & Eddy
Diameter 0.2 mm
3,2-4,2
Diameter 0.15 mm
2-3
Spesific gravity grit
gs
1,5-2,7
Qasim
1,02
Qasim
m3/m2/det
0,021-0,023
Tom D Reynold
m3/106/m3
5-200
Qasim
%
30-40
Qasim
unit
2
Kawamura
Spesific gravity material organik Overflow rate debit maks
OR
Jumlah grit yang disisihkan Headloss melalu grit
hl
Jumlah bak minimal
C. Rumus yang Digunakan Overflow rate (OR) = 900 x Vsettling Dimana,
OR
= overflow rate, gal/hari/ft3
Vsettling
= kecapata mengendap, inchi/menit
( Dimana,
)
hl
= headloss melalui grit chamber, m
V
= kecepatan pada saluran grit chamber, m/detik
n
= koefisien Manning
R
= jari-jari hidrolis
L
= panjang saluran grit chamber, m
D. Data Perencanaan Data perencanaan dapat dilihat pada tabel 6.6 Tabel 6.6 Data Perencanaan Unit Grit Chamber Parameter
Simbol
Satuan
Besaran
Debit minimum
Qmin
0,082465
m3/detik
Debit rata-rata
Qrata
0,164931
m3/detik
Debit maksimum
Qmax
0,247396
m3/detik
Diameter pasir kecil
Ɵ
0,2
mm
Kecepatan mengendap
Vs
50,4
inchi/menit
Volume pasir
Vp
0,05
Jumlah bak grit
m3/1000 m3 air buangan
2
Waktu detensi
td
50
s
Kecepatan horizontal
Vh
0,3
m/s
Kecepatan mengendap
Vs
0,021336
m/s
n
0,013
%
35
Vp
0,05
Koefisien manning Hl di proporsional weir (%tinggi muka air maks) Jumlah grit yang disisihkan
m3/1000 m3 air buangan
E. Perhitungan 1. Demensi Grit Chamber Direncanakan terdapat dua unit grit chamber yang akan bekerja pada kondisi maksimum. Setiap unit akan diberikan pintu air (gate) yang akan berfungsi untuk mengatur jumlah unit yang dioperasikan sesuai dengan kondisi debit. Pada kondisi minimum hanya akan dioperasikan oleh satu unit. Dengan asumsi kecepatan pengendapan (vs) partikel untuk diameter 0,2 mm adalah 4,2 ft/menit ` 50,4 inchi/menit maka kondisi maksimum diperhitungkan sebagai berikut: a. Overflow rate (OR) = 900 x vs = 900 x 50,4 inchi/menit = 45360 gpd/ft3 = 0,02142 m3/m2 detik b. Luas permukaan bak (Asurface) = Qmax / OR Asurface = c. Luas penampang melintang (Across) = Q / vhorizontal Across = d. Volume bak (V) V = 0,247/2 e. Tinggi muka air di bak pada saat maksimum (d) d= f. Lebar bak (w)
w= g. Panjang (p) p=
2. Kontrol Desain Perhitungan Volume bak pada saat debit maksimum diperiksa ulang dengan pengkondisian panjang (p), lebar (w) dan tinggi bak (d) sebagai berikut: Volume (V) = p x w x d = 9,6 m x 0,40 m x 1,1 m = 4,224 m3 ; dengan waktu detensi (td) = volume / (Q maks/2) = 34,15 detik ; OR = (Qmaks/2)/ Asurface = Nilai OR memenuhi. Profil hidrolis dari masing-masing debit diperiksa untuk mengetahi keceparan aliran horizontalnya (vh), seperti pada tabel 6.7 Tabel 6.7 Profil Hidrolis Grit Chamber Satuan
Qmin
Qrata-rata
Qmax
m3/s
0,082465
0,164930556
0,24739583
Volume terisi (td=50 s)
m3
2,061632
4,123263889
6,18489583
Level air (pxl=14*0,6)
m
0,245432
0,490864749
0,73629712
Kecepatan (dxw=1*0,6)
m/s
0,137442
0,274884259
0,41232639
Debit
Kecepatan ketika debit minumum sekitar 0,0824 m3/s masih memiliki laju kecepatan horizontal berada dibawah 0,24 m/s sehingga diperlukan pengkondisian untuk mencegah terjadinya aliran balik dan/ berhenti sementara. Sedangkan ketika debit rata-rata dan maksimum. Kecepatan horizontal masih berada di range kriteria desain yang tersedia.
3. Struktur Influen Pada unit grit chamber terdapat pintu air (stop gate) pada influen yang berfungsi untuk mengatur aliran yang akan masuk ke bak grit chamber. Head loss dapat terjadi pada saat aliran melalui stop gate dan perubahan ukuran saluran persamaan sebagai berikut :
v2 v1 v v1 ) k2 ( 2 ) 2g 2g 2
hL k1 (
2
2
2
v v1 ) hL Z = ( 2 2g 2
2
dimana : hL1
= headloss akibat perubahan ukuran saluran, m
hL2
= headloss akibat melalui stop gate, m
k1
= konstanta perubahan ukuran saluran terbuka = 0,5
k2
= konstanta stop gate = 0,6
v1
= kecepatan aliran di saluran influen, m/det
v2
= kecepatan aliran dalam grit chamber, m/det
DZ
= perbedaan tinggi muka air dalam saluran efluen bar screen dengan saluran grit chamber
Contoh perhitungan headloss untuk kondisi debit maksimum :
hL 0,5(
0,8 2 0,412 2 0,8 2 0,412 2 ) 0,6( ) 0,02635m 2 x9,81 2 x9,81 Tabel 6.8 Head loss tiap Debit Debit
hl1 (m)
hl2 (m)
hltotal (m)
Maks
-0,01198
-0,01437
-0,02635
Rata
-0,01438
-0,01726
-0,03165
Min
-0,01583
-0,01899
-0,03482
Head loss antara saluran effluen bar screen dan saluran grit chamber sangat kecil, sehingga perbedaan permukaan air antara saluran effluen barsccreen dan saluran grit chamber cukup kecil, yakni : (Kondisi debit maksimum) Z = (
0,8 2 0,412 2 ) 0,02635 = - 0,0503 m 2 x9,81
(Kondisi debit rata-rata)
0,8 2 0,27 2 ) 0,03165 = - 0,0604 m Z = ( 2 x9,81 (Kondisi debit minimum)
Z = (
0,8 2 0,14 2 ) 0,03482 = - 0,0664 m 2 x9,81
Tanda negatif mrnunjukkan bahwa tinggi muka air di saluran grit chamber lebh kecil dibandingkan di saluran effluen bar screen.
4. Headloss melalui Grit Chamber Adapun head loss pada saat aliran melalu grit chamber, yakni : Contoh perhitungan : 2
v x n hL 2 x p 3 R R
0,4 m x 1,1 m wxd = = 0,169 m 0,4 m 2 x1,1 m w 2d 2
2 0,41 m / det x 0,013 v x n hLmaks 2 x p = x 9,6 m = 0,002947 m 2 3 0,169 3 R
2
2 0,27 m / det x 0,013 v x n hLrata 2 x p = x 9,6 m = 0,00131 m 2 3 0,169 3 R
2
2 0,13 m / det x 0,013 v x n hL min 2 x p = x 9,6 m = 0,000327 m 2 3 3 0,169 R
5. Struktur Effluen Struktut efluen grit chamber terdiri dari Proporsional Weir, bak effluen, dan pipa outlet dengan ukuran 20 ” (508 mm). Bak efluen memiliki ukuran 1 m x 1,3 m. a.
Dimensi proporsional weir Q = 0,133m3/det = 4,7 cfs Ketinggian weir crest dari dasar bak = 0 m atau 0,15 m (Oxford & IBH Publishing Co, Discharge Measurement Structures). Ketinggian Weir Crest di desain 0,5 m dari dasar bak. Ketinggian air pada weir h = 0,9 m – 0,5 m = 0,4 m = 1,31 ft Direncanakan tinggi dasar weir : a = 0,1 m = 0,33 ft Tinggi tenggorokan weir y = 0,12 m = 0,4 ft
Lebar dasar pelat weir: 1
a Q Q 4.97a 2 b h b 1 3 4.97a 2 h a 3 b = 1,37 ft = 0,42 m Sisa ruang di masing – masing weir: (w – b)/2 = (0,4 m – 0.42 m)/2 = 0,01 m ;
y 2 2 y/a = 0,12/0,1 = 1,2 ; dan x/b = 1 arc. tan 1 arc. tan 1,2 = a 0,44 maka x = 0.44x 0,42 m = 0,19 m Perbedaan ketinggian weir crest muka air di saluran effluen 0,05 m (Oxford & IBH Publishing Co, Discharge Measurement Structures). Perbedaan ketinggian weir crest muka air di saluran effluen direncanakan 0,1 m b.
Dimensi Saluran efluen dan pipa outlet: (kondisi Qrata-rata) Kecepatan air dalam pipa outlet : V = Q/A=
0,27m 3 / det ik = 2,09 m/s 1 2 x3,14 x0,406 4
Headloss saat memasuki pipa outlet :Asumsi , k = 0,5 hl = k
2,09 2 v2 = 0,5 = 0,11 m 2 x9,8 2g
Direncanakan kedalaman air tengah saluran effluen (y2) = 0,4 m Panjang weir (L) = 0,42 m q’ = Q/L = 0,27/0,42 = 0,64 m3/det Jumlah ambang penerima (N) = 1 Lebar bak efluen (b)
=1m
Maka :
2q' LN gb 2 y2
2
y1
y2 2
20,64 x0,42 x1 0,44 m 9,81x12 x0,4 2
y1 0,4 2
Kedalaman total saluran ditambah 12 % untuk friction losses dan 15 cm untuk free fall
Kedalaman total saluran = 0,44 m + 12% (0,44) + 0,15 m= 0.64 m
6. Rekapitulasi Rekapitulasidimensi grit chamber terdapat pada Tabel 6.9 Tabel 6.9 Rekapitulasi Dimensi Grit Chamberdan Proportional Weirs Parameter
Besaran
Satuan
Demensi Grit Chamber Jumlah unit
2
unit
Panjang bak
9,6
m
Lebar bak
0,4
m
Kedalaman
1,1
m
freeboard
0,8
m
Demensi Proportional Weirs a
0,1
m
Y
0,12
m
b
0,42
m
x
0,19
m
y1
0,64
m
6.2.3 Comminutor A. Pengertian Comminutor berfungsi sebagai alat pencucian untuk memotong-motong sisa-sisa material yang masih terbawa aliran, sampai ukurannya menjadi lebih kecil dan atau hancur sama sekali sehingga memudahkan dalam pengolahannya. Penentuan ukuran dan tipe comminutor dipilih berdasarkan debit maksimum air buangan. Comminutor diproduksi langsung dari suatu pabrik sehingga dimensinya dapat dipilih sesuai dengan keinginan. Umumnya ukuran slot (celah-celah pada comminutor) yaitu ¼” sampai ¾”, tergantung tipe peralatan dari pabrik yang membuatnya. Comminutor yang digunakan adalah jenis Controlled Discharge. Pemilihan ini didasarkan atas pertimbangan bahwa jenis ini tidak memperhitungkan head loss, karena head loss selalu ditentukan oleh pabrik pembuat. Sedangkan untuk tipe free discharge, biasanya membutuhkan lahan yang tinggi sehingga tidak dapat digunakan di sembarang tempat.
B. Kriteria Desain Tabel 6.10 Ukuran dan Kapasitas Comminutor No.
Ukuran Motor
Kapasitas (mgd) Controlled Discharge
Free Discharge
7B
0.25
0-0,35
0-0,30
10B
0.5
0,17-1,10
0,17-0,82
15M
0.75
0,40-2,30
0,40-1,40
25M
1.5
1,00-6,00
1,00-3,60
25A
1.5
1,00-11,00
1,00-6,50
36A
2
1,50-25,00
1,50-9,60
54A Desain Terpisah Sumber : Elwyn and Selly, Design. John Willey & Sons Inc. New York. third edition
C. Perencanaan Direncanakan comminutor beroperasi Qmaks : 869 m3/jam = 0,2414 m3/s
D. Perhitungan Comminutor :
gal/hari = 5,511 MGD Pemilihan: Dari tabel ukuran dan kapasitas Comminutor didapat bahwa
untuk jenis Controlled
Discharge ukuran motor yang dipakai untuk kapasitas sebesar 6 mgd adalah 1 unit dengan jenis Controlled Discharge tipe No. 25M. a. Struktur influen
( (
) )
Struktur influen comminutor terdiri dari pipa dengan diameter 0,55 m (22 inchi) dan bak influen untuk mendistribusikan aliran ke masing-masing comminutor.
Comminutor dipasang pada sebuah dinding yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antar comminutor b. Struktur efluen Struktur efluen terdiri dari saluran untuk menerima aliran dari comminutor dan pipa outlet dengan diameter 0,55 m (22 inchi).
6.2.4 TAR (Tangki Aliran Rata-rata) A. Pengertian TAR atau kolam ekualisasi berfungsi untuk menyeragamkan debit aliran buangan yang berfluktuasi pada kondisi puncak dan minimum. Pertimbangan menggunakan TAR dalam sistem ini ialah meningkatkan kinerja pengolahan biologi karena akan mengurangi efek shock loading serta akan menstabilkan pH. Kadar polutan dalam air limbah sangat berpengaruh terhadap metabolisme bakteri. Oleh karena itu, dengan adanya tangki aliran rata – rata diharapkan kadar polutan yang masuk ke dalam secondary treatment dapat bersifat konsisten sehingga membantu metabolism bakteri. Waktu detensi di bak ekualisasi maksimum 30 menit untuk mencegah terjadinya pengendapan dan dekomposisi air limbah (Metcalf & Eddy, 1991). Tinggi muka air saat kondisi puncak harus berada di bawah aliran masuk agar tidak terjadi aliran balik. Setelah keluar dari bak pengumpul ini debit air buangan yang berfluktuasi akan menjadi debit rata-rata. Sedangkan pemompompaan berfungsi untuk menaikkan air limbah dari ketinggian yang lebih rendah menuju ketinggian yang direncanakan dimana air limbah dapat mengalir secara gravitasi dalam proses pengolahan selanjutnya dari ketinggian tersebut. Upaya ini dinilai akan mengurangi biaya operasi karena sistem pengaliran selanjutnya tidak membutuhkan pemompaan. Jenis pompa yang dipilih adalah jenis submersible pump. Jenis pompa ini dipilih karena memberikan beberapa keuntungan antara lain : Menghemat tempat di permukaan tanah. Tidak mempunyai masalah dengan tinggi hisap. Tidak menimbulkan kebisingan karena pompa terendam di dalam air. Lebih ekonomis dalam hal biaya perawatan. Pompa ditempatkan di dasar TAR dan memompakan air limbah melalui pipa kolom yang sekaligus berfungsi sebagai penggantung pompa. Selain itu kontruksi pompa dibuat agar bisa dinaikkan dan diturunkan untuk pemeriksaan rutin.
B. Kriteria Disain Adapun kriteria disain untuk TAR dan pompa dapat dilihat pada Tabel 6.11 Tabel 6.11 Kriteria Disain TAR Parameter
Simbol
Nilai
Satuan
Slope
S
2:1 atau 3:1
-
d
1,5-2
m
td
<2
jam
V
0,3-3
m/det
Kedalaman minimum Waktu detensi Kecepatan Aliran
Sumber Metcalf & Eddy, 2003 Metcalf & Eddy, 2003 Metcalf & Eddy, 2003 Qasim, 1985
C. Data Perencanaan Tabel 6.12 Data Perencanaan TAR
Parameter
Simbol
Besaran
Satuan
Debit
Q
14250
m3/hari
Waktu detensi
td
60
menit
70
%
100
-
Efisiensi pompa Koefisien kekasaran pipa
C
Tabel 6.13 Fluktuasi Debit Air BuanganDomestik Waktu
% Air Buangan
00.00-01.00
2.5
01.00-02.00
2.5
02.00-03.00
2.5
03.00-04.00
2.5
04.00-05.00
3.3
05.00-06.00
3.79
06.00-07.00
5.01
Waktu
% Air Buangan
07.00-08.00
5.91
08.00-09.00
5.91
09.00-10.00
5.4
10.00-11.00
5.05
11.00-12.00
4.65
12.00-13.00
4.65
13.00-14.00
4.85
14.00-15.00
4.85
15.00-16.00
4.85
16.00-17.00
5.38
17.00-18.00
6.1
18.00-19.00
4.32
19.00-20.00
4.32
20.00-21.00
3.53
21.00-22.00
2.93
22.00-23.00
2.6
23.00-24.00
2.6
Debit Kelompok B (m3/day)
14.250
D. Perhitungan 1. Volume TAR Volume TAR didapat dari perhitungan dengan menggunakan grafik. Dari data fluktuasi debit air limbah tiap jamnya kita dapat menghitung berapa kapasitas tangki aliran rata – rata yang dibutuhkan. Perhitungan volume TAR akan membutuhkan data prosentasi debit air buangan yang masuk tiap jamnya. Sehingga dapat diperkirakan berapa akumulasi volume yang terjadi. Data perhitungan fluktuasi debit air limbah tersebut dapat dilihat pada tabel di bawah ini
Tabel 6.14 Perhitungan Volume TAR Volume Waktu
% Air
Air
Buangan Buangan
Rata -
Akumulasi
Akumulasi Volume
Rata
rata - rata
Selisih
(m3)
per
per jam
(m3)
jam
(m3)
(m3/jam) 00,0001,00 01,0002,00 02,0003,00 03,0004,00 04,0005,00 05,0006,00 06,0007,00 07,0008,00 08,0009,00 09,0010,00 10,0011,00 11,0012,00 12,0013,00 13,00-
2,5
356,25
356,25
593,75
593,75
237,50
2,5
356,25
712,50
593,75
1187,5
475,00
2,5
356,25
1068,75
593,75
1781,25
712,50
2,5
356,25
1425,00
593,75
2375
950,00
3,3
470,25
1895,25
593,75
2968,75
1073,50
3,79
540,08
2435,33
593,75
3562,5
1127,18
5,01
713,93
3149,25
593,75
4156,25
1007,00
5,91
842,18
3991,43
593,75
4750
758,58
5,91
842,18
4833,60
593,75
5343,75
510,15
5,4
769,50
5603,10
593,75
5937,5
334,40
5,05
719,63
6322,73
593,75
6531,25
208,53
4,65
662,63
6985,35
593,75
7125
139,65
4,65
662,63
7647,98
593,75
7718,75
70,77
4,85
691,13
8339,10
593,75
8312,5
-26,60
14,00 14,0015,00 15,0016,00 16,0017,00 17,0018,00 18,0019,00 19,0020,00 20,0021,00 21,0022,00 22,0023,00 23,0024,00
4,85
691,13
9030,23
593,75
8906,25
-123,98
4,85
691,13
9721,35
593,75
9500
-221,35
5,38
766,65
10488,00
593,75
10093,75
-394,25
6,1
869,25
11357,25
593,75
10687,5
-669,75
4,32
615,60
11972,85
593,75
11281,25
-691,60
4,32
615,60
12588,45
593,75
11875
-713,45
3,53
503,03
13091,48
593,75
12468,75
-622,73
2,93
417,53
13509,00
593,75
13062,5
-446,50
2,6
370,50
13879,50
593,75
13656,25
-223,25
2,6
370,50
14250,00
593,75
14250
0
a. Volume Air Buangan Perhitungan volume air buangan didapat dengan mengalikan data persen air buangan tiap jamnya dengan total debit air buangan dala 1 hari. Contoh perhitungan ini akan menggunakan data persen air buangan pada pukul 01.00 – 02.00.
b. Akumulasi Volume Akumulasi volume air buangan merupakan akumulasi (pertambahan) debit air buangan yang masuk tiap jamnya. Contoh perhitungan ini akan menggunakan data akumulasi debit air buangan pada pukul 01.00 – 02.00
c. Rata – rata per jam Volume air buangan rata – rata didapat dengan membagi debit air buangan total per hari dengan 24 jam.
d. Akumulasi rata – rata per jam Akumulasi rata – rata per jammerupakan pertambahan debit tiap jamnya dalam 1 hari dihitung dari debit air buangan rata – rata. Contoh perhitungan ini menggunakan data aku mulasi debit air buangan rata – rata pada pukul 01.00 – 02.00
e. Selisih Setelah megetahui akumulasi debit air buangan rata – rata tiap jamnya, maka kita mengurangkan akumulasi ini dengan akumulasi debit air buangan yang masuk. Contoh perhitungan ini menggunakan data pada pukul 00.00 – 01.00
f. Volume TAR Perhitungan volume TAR adalah dengan cara megurangkan nilai selisih terbesar dengan nilai selisih yang paling kecil. (
)
Perhitungan volume TAR juga dapat menggunakan metode lain yaitu grafik. Dari data tabel di atas, kita telah mengetahui aliran rata – rata yang terjadi yaitu m3. Nilai ini merupakan slope aliran yang terjadi. Data akumulasi debit aliran dan akumulasi aliran rata – rata kita plot dalam sebuah grafik. Kemudian cari simpangan terjauh dari kedua garis tersebut. Jumlahkan kedua nilai simpangan terjauh tersebut. Nilai yang didapatkan merupakan volume tangki yang dibutuhkan. Grafik tersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
16000.00
Volume (m3)
14000.00 12000.00 10000.00
Akumulasi Volume
8000.00 6000.00
Akumulasi Volume Rata-rata
4000.00 2000.00 0.00
Waktu
Gambar .1 Perhitungan Volume TAR dengan grafik
2. Dimensi TAR Volume TAR yang dibutuhkan adalah sebesar Direncanakan dimensi bak dengan panjang = 30 m dan lebar = 23 m Maka luas permukaan (As) = 30 m x 23 m = 690 m2 Kedalaman bak (d) :
Ketinggian muka air di bak pengumpul :
Tabel 6.15 Berbagai ketinggian muka air di TAR Debit
H (m)
Max
1,24
Rata-rata
0,84
Min
0,5
3. Perhitungan Pompa Total Pompa yang akan disiapkan adalah 4 unit pompa. Dua unit pompa akan difungsikan, dan dua unit lainnya sebagai cadangan. Diameter pipa yang akan digunakan pada pompa ialah diameter 0,5 meter.
a. Debit tiap pompa
Kontrol desain Kecepatan aliran rata-rata
(memenuhi kriteria desain)
b. Perhitungan head pompa H statis = selisih tinggi muka air bak pengendap pertama dan stasiu pompa = 10 m (
)
dengan C=100, diameter pipa 500mm dan panjang pipa 25 m (
)
Power yang dibutuhkan ( Dimana: Q
= debit yang akan di pompa (m3/s)
H
= Headloss (m)
h
= efisiensi pompa (75%)
g
= gravitasi (m/s2)
r
= massa jenis fluida (kg/m3) (
)
)
Tabel 6.16 Rekapitulasi dimensi TAR Parameter
Besaran
Satuan
Jumlah Bak
1
Unit
Panjang
30
m
Lebar
23
m
Kedalaman
3
m
6.2.5 Bak Pengendap Pertama A. Pengertian Fungsi bak pengendap ini adalah untuk mengurangi kandungan suspended solid dalam air buangan yang biasanya (50-70)% (Qasim, 1985) dan (25-40) % BOD5 (Metcalf, 1991). Dengan demikian beban pengolahan pada unit selanjutnya dapat dikurangi. Prinsip pengendapan yang dipakai dalam desain bak pengendap pertama pada pengolahan air buangan adalah sebagai berikut. Jika cairan yang mengandung zat padat yang ditempatkan pada suatu bak yang tenang, maka zat padat yang mempunyai berat jenis lebih besar dari cairan tersebut akan cenderung mengendap. Bak pengendap pertama yang ditempatkan di depan proses pengolahan biologi biasanya didesain dengan waktu detensi yang lebih pendek dan beban permukaan (surface loading) yang lebih besar kecuali jika terdapat resirkulasi waste activated sludge (Metcalf, 1991). Jenis bak pengendap pertama yang dipilih adalah horizontal flow yang berbentuk persegi panjang dengan pertimbangan antara lain: Kebutuhan lahan yang lebih kecil dibandingkan lahan yang berbentuk circular. Lebih ekonomis dari segi kontruksi. Losses lebih kecil pada inlet dan outlet. Proses pengendapannya lebih baik karena jarak tempuh partikel lebih panjang. Penggunaan energi lebih kecil untuk pengumpulan dan penyisihan lumpur
B. Kriteria Desain Kriteria desain bak pengendap pertama dapat dilihat pada Tabel 6.17 berikut: Tabel 6.17 Kriteria Desain Bak Pengendap Pertama Parameter Overflow rate
Simbol Besaran Vo
Satuan 3
2
m /m /hari
Sumber Qasim, 1985
Debit rata-rata
30-50
Debit Peak
70-130
Weir Loading
124-496
m3/m2/hari
Metcalf & Eddy, 1991
Dimensi Bentuk Rectangular Panjang
p
10-100
M
Lebar
l
6-24
M
Kedalaman
t
2.5-5
M
Parameter
Simbol Besaran
Rasio p dan l
1-7.5
Rasio l dan t
4.2-25
Qasim, 1985
Satuan
Sumber
Bentuk Circular
Qasim, 1985
Diameter
d
3-60
M
Kedalaman
t
3-6
M
Penyisihan SS
50-70
%
Metcalf & Eddy,
Penyisihan BOD
25-40
%
1991
1-2
%
Qasim, 1985
Kemiringan Dasar
S
C. Data Perencanaan Debit rata-rata (Qavg)
= 14250 m3/day
Asumsi perancanaan: Asumsi perbandingan panjang dan lebar
=3:1
Overflow (OR)
= 50 m3/m2day
D. Perhitungan Dimensi Bak Pengendap Pertama Menghitung luas permukaan bak pengendap (A)
Menghitung panjang (p) dan lebar (l) bak pengendap
Asumsi perbandingan panjang dan lebar bak adalah 3 : 1, sehingga ( ) - Lebar (l) ( (
)
)
Dari hasil diatas nilai panjang memenuhi kriteria design, ada direntang nilai 6 – 24 m - Panjang (p) Dari hasil diatas nilai panjang memenuhi kriteria design, ada direntang nilai 10 – 100 m Menghitung luas aktual bak pengendap Periksa overflow rate
Dari hasil diatas nilai overflow rate memenuhi kriteria design . Menghitung volume bak Asumsi ketingggian bak (h) = 5 m
Menghitung waktu detensi (td)
Dari hasil diatas nilai panjang memenuhi kriteria design. Perhitungan Volume Lumpur Dengan waktu detensi selama1,98 jam, dapat dihitung penyisihan BOD dan TSS yang teadi sebagai berikut:
BOD dan TSS removal
a. BOD removal a
= 0,018
b
= 0,02
(
%
)
,37%
Dengan kata lain BOD yang tersisa dan terkandung dalam air limbah untuk diolah di pengolahan selanjutnya sebesar ;
b. TSS removal a
= 0,0075
b
= 0,014
(
)
Dengan kata lain TSS yang tersisa dan terkandung dalam air limbah untuk diolah di pengolahan selanjutnya sebesar
E. Menghitung Volume Lumpur (Vs)
F. Menghitung Ruang Lumpur Periode pengurasan ruang lumpur direncanakan dilakukan 5 hari sekali, sehingga volume ruang lumpur yang dibutuhkan adalah
Ruang lumpur direncanakan berbentuk trapezium dengan asumsi : - Lebar ruang lumpur
= 1,5 m
- Kedalaman ruang lumpur yang direncanakan (h) adalah = 1,5 m Sehingga panjang lumpur adalah : ( (
(
)
)
)
G. Menghitung diameter pipa inlet di bak pengendap Kriteria design kecepatan pada pipa saat penuh adalah : 1 – 3 m/s
Data perencanaan kecepatan = 1 m/s
( (
)
)
Jadi diameter pasaran yang digunakan adalah 14 inchi
6.3 Pengolahan Tingkat Kedua Dalam mengolah air limbah domestik ini, akan menggunakan konvesional CMAS sebagai unit pengolahannya. CMAS ini terdiri dari kolam aerasi dan bak pengendap.
6.3.1 Tangki Aerasi A. Pengertian Tangki aerasi merupakan tempat terjadinya percampuran secara sempurna. Influen dimasukkan ke dalam suatu sistem inlet sehingga beban pengolahan dapat tersebar merata ke seluruh tangki. Dengan cara ini diharapkan rasio antara substrat dan mikroorganisme cukup seimbang sehingga memungkinkan terjadinya adsorbsi material organik terlarut ke dalam biomassa dengan cepat. Influen yang masuk ke dalam tangki berasal dari effluen bak pengendap pertama yang ditambah dengan aliran resirkulasi lumpur, filtrat dari thickener, digester, dan sludge drying bed.
B. Kriteria desain Tabel 6.18 Kriteria Desain Tangki Aerasi Parameter
Satuan
Besaran
Sumber
hari
5-15
Metcalf & Eddy, 1991
F/M
hari-1
0,2-0,6
Metcalf & Eddy, 1991
Organik loading
Kg/m3hari
0,7-2
Metcalf & Eddy, 1991
MLSS
mg/l
2500-
Metcalf & Eddy, 1991
Umur sel (
)
4000 Koef pertumbuhan (Y)
mg VSS/mg BOD
0,4-0,8
Metcalf & Eddy, 1991
Koef decay (kd)
hari-1
4
Metcalf & Eddy, 1991
Waktu detensi hidraulis
Jam
2-8,5
Qasim, 1985
Faktor resirkulasi
-
0,25-1
Metcalf & Eddy, 1991
C. Data perencanaan Tabel 6.19 Data perencanaan Tangki Aerasi
Parameter
Simbol
Besaran
Satuan
Koef pertumbuhan
Y
0,42
mg/mg
Koef decay
kd
0,05
hari-1
BOD effluen
Se
44,2
mg/l
MLVSS
X
3000
mg/l
Kedalaman tangki
h
4
m
Panjang:lebar
1:1
Debit rata-rata
14250
m3/hari
D. Perhitungan a. Dimensi kolam aerasi 1. Efisisensi pengolahan Berdasarkan data sebelumnya, diperlukan efisiensi pengolahan yang didasarkan pada beban pengolahan. Tabel 6.20 Efisiensi Unit yang Dibutuhkan Efisiensi No
Parameter
Satuan Kualitas
Penyisihan Unit (%)
1
pH
-
7,8
2
TSS
mg/L
21,2
3
Ammonia
mg/L
80,13
81,95
4
BOD
mg/L
204,44
78,37
5
COD
mg/L
326
mg/L
46
6
Minyak dan Lemak
78,26
2. Waktu retensi lumpur/umur lumpur (
)
(
Asumsi nilai
m
)
dan Ks yang digunakan adalah dengan mempertimbangkan nilai kd
sebesar 0,05 maka dipilih
m
sebesar 0,6 dan Ks sebesar 80 ( (
) )
3. Produksi lumpur/biomassa Yield terobservasi=0,42 (dari tabel) (
)
Nitrifikasi (
)(
)
Asumsi suhu saar aerasi terjadi T=270C ( (
) )
(
)
N=14,46 mg/L=14,46 g/m3, DO=2 g/m3 (asumsi), Ko= 0,6 g/m3 (asumsi), sehingga (
)(
)
Yn=0,12 g VSS/g Nox (dari tabel 8-11 metcalf)
Produksi MLVSS ( (
) )
(
)(
)
(
)
) (
)
) (
(
)
) (
)
Konsentrasi VSS dan TSS (
)
Penambahan MLSS
Massa total padatan selama SRT ( ) ( )
( (
)
)
) (
) (
)(
) (
(
(
(
)
4. Volume dan luas permukaan kolam (
)
P dan L P=2L=36,2 m L= 18 m Sehingga A menjadi = 651,6 m2 dan V = 2606,4 m3 5. Massa lumpur yang harus dibuang Debit resirkulasi X(Q+Qr)=Xr(Qr) 3000 (14250+Qr)=3x3000xQr Qr = 7125 m3/hari Debit lumpur buang ( ) ( )
6. Kontrol desain Waktu retensi hidraulis
( Rasio F/M
)
(
( )
) (
( ( )
) )
(
)
(
)
Volumetric BOD loading ( )
(
)
7. Kebutuhan oksigen Kebutuhan oksigen teoritis Ro atau AOTR = Q(So-Se)-1,42 (Px, vss) Ro atau AOTR = 14250 m3/hari (
)/1000-1,42 (
Ro atau AOTR =1209 kg/hari = 50,4 kg/jam Kebutuhan oksigen standar/desain
8. Kebutuhan aerator dan daya aerasi
)
Keterangan: DZ
: diameter zona pencampuran dalam meter
DM : diameter zona pencampuran sempurna dalam meter D
: kedalaman untuk pencampuran sempurna dalam meter
Akan digunakan 6 aerator, sehingga kebutuhan tiap aerator = 16,8 kgO2/jam Jenis surface aerator
: SFA-20
Kapasitas transfer O2
: 21 kgO2/jam
Diameter zona pencampuran
: 32 m
Kedalaman zona pencampuran
: 3-4 m
Daya aerator
: 20 hp
Laju transfer O2
: 1,168 kgO2/jam
9. Kebutuhan nutrien, cek rasio C:N:P (Eckenfelder, 2000) Fraksi degradable dari VSS biologi, Xd ( (
) )
Produksi MLVSS, mg/L (
)
(
(
)
)(
(
)
)(
)
Kebutuhan N dan P, mg/L ( (
)
( (
)
)
( (
)
) )
( (
) )
Rekapitulasi Dimensi Panjang
= 36,2 m
Lebar = 18 m Tinggi
= 4 m + 0,5 m free boar = 4,5 m
b. Struktur inlet dan outlet Struktur inlet Struktur influen direncanakan berupa saluran persegi empat panjang. Saluran ini terletak sepanjang lebar bak aerasi yang direncanakan terbagi dalam 6 segmen. Lebar bak aerasi = 25,9 meter ( 0,4 meter = tebal dinding beton ) Dengan formasi 2 x 3. Masing-masing segmen berbentuk bujursangkar dengan kedalaman 4 m. Dalam saluran tersebut terdapat 8 buah orifice dengan dimensi masing-masing 25 x 25 cm. Kedalaman air di saluran influent diasumsikan sebesar 0,5 m. Debit yang masuk ke saluran influent dibagi rata kedua arah, jadi debit tiap saluran = 0,165/2 = 0,0825 m3/dtk. Maka kecepatan aliran pada saluran influent = 0,0825 m3/dtk / (0,5m x 1m) = 0,165 m/dtk. Headloss yang terjadi pada saluran influen karena orifice yang terendam = [(0,165/8) m3/dtk / 0,6 x (0,25 m)2 x (2x9,81)0.5] 2 = 0,98 m. Struktur Efluen Saluran efluen direncanakan berupa pelimpah segi empat, diletakkan sepanjang lebar bak aerasi dengan lebar 1 meter. Seluruh air buangan yang dihasilkan ditampung dalam efluen box dengan dimensi 2 x 2,5 meter. Kedalaman air di efluen box diasumsikan = 1 m, kedalaman air pada saluran efluen yang dekat dengan effluent box (y2) = 0,44 meter. Kedalaman air dalam saluran outlet ditentukan dengan : Panjang weir L = 9 meter. Q’ = 0,165 m3/dtk / 9 m = 0,0183 m3/dtk/ m panjang weir. Asumsi y2 = 0,44 meter. Jumlah ambang penerima = 1 Lebar saluran efluen = 1 meter y1 = [0,442 + (2(0,0183m3/dtk.m x 9 m x 1)2) / 9,81 x 12 x 0,44] 0,5 y1 = 0,44 meter.
Diasumsikan ketinggian untuk faktor keamanan sebesar 20 % dan ketinggian untuk jatuh bebas setinggi 0,5 meter. Jadi tinggi total saluran efluen = (0,44 x 1,2) + 0,5 = 1,028 meter.
6.3.2 Clarifier A. Pengertian Clarifier mempunyai fungsi yang penting dalam meningkatkan pengolahan air buangan yaitu berfungsi untuk memisahkan mixed liquor suspended solid dari efluen clarifier dan untuk mengentalkan lumpur yang diresirkulasi. Lumpur yang mengendap pada dasar clarifier sebagian dipompakan ke tangki aerasi yang kemudian akan diaerasi kembali. Supernatan yang keluar akan didesinfeksi terlebih dahulu sebelum dibuang ke badan air penerima.
B. Kriteria Desain Adapun kriteria disain untuk unit clarifier dapat dilihat pada Tabel 6 21. Tabel 6.21 Kriteria Desain Unit Clarifier Parameter Overflowrate Solid Loading
Simbol
Besaran
Satuan
Sumber
OR
15 - 32
m3/m2.hari
Metcalf&Eddy
2
SL
15 - 150
Kg/m .hari
Simbol
Besaran
Satuan
Sumber
Radius
R
10 - 40
m
Metcalf&Eddy
Kedalaman Bak
H
3,5 - 5
m
Metcalf&Eddy
Parameter
Qasim
C. Data Perencanaan Adapun data perencanaan yang akan digunakan dalam mendisain unti pengendap kedua ini dapat dilihat pada Tabel 6.22. Tabel 6.22 Data Perencanaan Clarifier Perencanaan Debit Awal
Qa
594
m3/jam
Debir Resirkulasi
Qr
296,88
m3/jam
Debit Lumpur Buang
Qw
5
m3/jam
Debit
Q
292
m3/jam
n=2, tiap bak
Q/2
145,94
m3/jam
MLSS
X
3
kg/m3
Solid Flux
SF
2
kg/m2 jam
D. Perhitungan Dimensi Clarifier Luas Permukaan Clarifier As
= (Q). X / SF
= (145,94 m3/jam x 3 kg/ m3) / 2 kg/m2.jam = 218,92 m2 Jari – jari Clarifier R2
= 218,92 / 3,14
R
= 16,7 m ~17 m
Luas Aktual Luas aktual
= 3,14 x R2 = 3,14 x 172 = 226,87 m2
Kontrol Desain : Overflowrate
= (Q) / (3,14 x R2) = (218,92x24) / (3,14 x 172) = 15,44 m3/m2.hari memenuhi kriteria desain
Solid Loading
= (Q x X) / (3,14 x R2) = ((218,92x24) x 3) / (3,14 x 172) = 46,32 kg/m2.hari memenuhi kriteria desain
Kedalaman Clarifier Kedalaman clarifier adalah penjumlahan antara kedalaman air jernih, kedalaman zona thickening, dan zona pengumpul lumpur a. Kedalaman zona air jernih direncanakan 2 meter b. Kedalam zona thickening Dalam kondisi normal, massa yang tertahan di clarifier sebesar 30% massa solid di dalam tangki aerasi. Maka konsentrasi lumpur dalam clarifier = (100 – 30)% x 10000 mg/l = 7000 mg/l Total solid di setiap tangki aerasi = 3 kg/ m3 x 2000 m3 = 6000 kg
Total massa solid di tiap clarifier = 0,3 x 6000 kg = 1800 kg Kedalaman zona thickening = total solid di clarifier / (konsentrasi x luas) = (1800 x 1000) / (7000 x 226,87) = 1,13 m c. Kedalaman zona pengumpul lumpur Total volatil solid yang dihasilkan = 899 kg / hari Total massa solid dalam dua hari (SS) = 2 x VSS / 0,8 = 2 x 899/0,8 = 2247,5 kg Massa dalam tiap clarifier = SS / n = 2247,5 / 2 = 1123,75 Total solid dalam tiap clarifier = SS + total solid D = 2923,75 kg Kedalaman zona pengumpul lumpur = total solid / (konsentrasi x luas) = (2923,75 x 1000) / (7000 x 226,87) = 1,84 m d. Kedalaman total clarifier H = 2 m + 1,13 m + 1,84 m = 4,97 m ~ 5 m free board = 0,5 m H total = 5 m + 0,5 m = 5,5 m Waktu Detensi Volume clarifier = luas x H = 226,87 m2 x 5 m = 1134,33 m3 Waktu detensi (td) = volume / debit = 1134,33 / 145,94 = 7,77 jam Rekapitulasi Tabel 6.23 Rekapitulasi Unit Clarifier No
Kondisi
1
Jumlah bak
2
Luas permukaan bak
3
Diameter
4
Kedalaman
5
Freeboard
6
Besaran
Satuan
2
unit
226,87
m2
17
m
5
m
0,5
m
Waktu detensi
7,77
jam
7
Over flow rate
15,44
m3/m2 hari
8
Solid loading
46,32
kg/m2 hari
E. Struktur Inlet dan Outlet Struktur influen : Struktur influen terdiri dari center feed well. Pipa influen berdiameter 600 mm dipasang di bagian tengah clarifier sehingga influen akan terdistribusi ke seluruh bagian clarifier. Struktur efluen : Struktur efluen untuk clarifier terdiri dari V-notch, efluen launder, efluen box, dan pipa bertekanan sebagai pipa outlet. V notch yang dipakai direncanakan memerlukan ruang sepanjang 0,5 m untuk masing-masing unitnya. Keliling clarifier = 3,14 x 17x 2 = 107,78 m. Jumlah V-notch yang diperlukan, n :
n
L 1107,78 216 x 0,5
Debit tiap inlet V-notch, qv : qv
Q 0,164 0,000759 m3 / dt n 216
Tinggi air pada V notch, H (dgn nilai Cd = 0.6) : 8 5 Cd (2 g ) 2 tan H 2 15 2 1
qv
qv H 1 8 Cd (2 g ) 2 tan 2 15
2
0,000759 H 1 8 Cd (2 g ) 2 tan 2 15 H 0,048 m 4,8 cm
2
5
5
Saluran efluen direncanakan memiliki lebar 0,5 m kemudian untuk efluen boxnya direncanakan memiliki lebar 1 m. Dari efluen box ini selanjutnya aliran dibawa oleh pipa dengan diameter 8”. Kedalaman air di efluen box diasumsikan = 0,6 m, kedalaman air pada saluran efluen yang dekat dengan effluent box (y2) = 0,3 meter. Panjang saluran = (108 – 1) /2 = 53,50 m. Kedalaman air dalam saluran outlet ditentukan dengan :
Panjang weir L = 53,50 meter. Q’ = 0,164 m3/dtk / 53,50 m = 0,00306 m3/dtk/ m panjang weir. Asumsi y2 = 0,3 meter. Jumlah ambang penerima = 1 Lebar saluran efluen = 0,5 meter y1 = [0,32 + (2(0,00306 m3/dtk.m x 53,50 m x 1)2) / 9,81 x 0,52 x 0,3)] 0,5 y1 = 0,3012 meter. Diasumsikan ketinggian untuk faktor keamanan sebesar 16 % dan ketinggian untuk jatuh bebas setinggi 0,25 meter. Jadi tinggi total saluran efluen = (0,3012 x 1,16) + 0,25 = 0,599 meter.
6.4 Pengolahan Lumpur Dalam Instalsi Unit Air Limbah, diperlukan juga unit pengolahan lumpur sebagai tertiary treatment. Untuk merencanakan desain dari unit pengolahn lumpur, perlu diketahui volume lumpur yang dihasilkan setiap harinya dari bak sedimentasi pertama dan clarifier.
6.4.1 Gravity Thickener A. Pengertian Gravity Thickener adalah salah satu unit pengolahan lumpur yang berfungsi untuk mengurangi volume lumpur. Bentuk geometri yang dipergunakan pada gravity thickener hampir sama dengan yang digunakan pada clarifier. Solid yang masuk ke dalam thickener terbagi atas tiga zone yaitu zona cairan jernih pada bagian paling atas, zona sedimentasi, dan zona thickening pada bagian paling bawah. Partikel-partikel mengalami aglomerasi pada zona thickening. Sludge blanket terjadi di zona ini dimana massa Lumpur tertekan oleh massa diatasnya yang terus bertambah. Air akhirnya akan tertekan keluar dari dalam Lumpur tersebut. (Juliawan,2004) Supernatan dari thickener keluar melalui saluran outlet dan dikembalikan lagi ke pangolahan awal yang pada perencanaan ini dikembalikan ke bak pengendap pertama.Lumpur yang dihasilkan dikeluarkan dari dasar bak. (Juliawan,2004)
B. Kriteria Desain Tabel 6.24 Kriteria Desain untuk Gravity Thickener Parameter
Simbol
Besaran
Satuan
Sumber
Dry solid influen
0,2 – 1,5
%
Qasim
Dry solid efluen
2,0 – 4,0
%
Qasim Qasim
Solid Loading
SL
10 - 35
kg/m2.hari
Hidraulic loading
HL
4,0-10,0
m3/m2.hari
60 - 85
%
Qasim
200 - 1000
mg/L
Qasim
Solid capture TSS pada supernatan
C. Data Perencanaan Tabel 6.25 Data Perencanaan Gravity Thickener Parameter
Simbol
Besaran
Satuan
debit lumpur dari clarifier
Q
120
m3/hari
debit lumpur dari pra
Q
1,65
m3
Solid loading
SL
20
kg/m2.hari
Berat jenis lumpur
Bj
1000
Kg/m3
Konsentrasi keluar thickener
3
%
Solid capture
90
%
Direncanakan :
sedimentasi Asumsi :
specific gravity (waste
Sg
1.005
Sg
1,03
activated) specific gravity (primary sludge) %solid (waste activated)
0,23
%
%solid (primary sludge)
5
%
1
Hari
Wakti Retensi
td
D. Perhitungan 1. Massa Lumpur :
2. Dimensi Thickener : ) (
(
( (
) (
)
Hydraulic loading
Hydraulic loading sudah memenuhi kriteria desain
%
Karena %solid 0,29% dibulatkan menjadi 0,5%, asumsi solid loading 20 kg/m2.hari
) )
Diameter ( √
)
√
3. Kedalaman thickener : Direncanakan : tinggi zona jernih = 1 m tinggi zona pengendap
= 0,5 m
free board = 0,3 m waktu detensi
= 1 hari
Konsentrasi solid : (
)
Ketinggian zona thickening(h)
Pada waktu detensi 1 hari
Total kedalaman thickener (
)
4. Lumpur keluar dari Gravity Thickener : Massa Lumpur
Volume Lumpur
6.4.2 Sludge Drying Bed A. Pengertian Sludge drying bed merupakan unit pengolahan lumpur yang berperan dalam proses dewatering lumpur. Kelebihan dari sludge drying bed antara lain operasi yang mudah,
energi yang dibutuhkan sedikit, , tahan terhadap variasi karakteristik lumpur, dan solid content yang tinggi pada efluennya. Sedangkan kelemahan dari sludge drying bed adalah memerlukan lahan yang cukup besar dan desain harus memperhitungkan pengaruh iklim. Pada jenis conventional sand, lumpur ditempatkan pada lahan 200–300 mm dan dikeringkan. Air hilang dari lumpur dengan keluar melalui sistem drainase yang terdapat di bagian bawah bed dan melalui evaporasi ke udara. Setelah lumpur mengalami proses dewatering.
B. Kriteria Desain Tabel 6.36 Kriteria Desain Sludge Drying Bed
Parameter Periode Pengeringan
Simbol td
Besaran
Satuan
Sumber
10-15
Hari
Qasim, 1985
60-70
%
Qasim, 1985
20-30
cm
Qasim, 1985
20-40
%
Qasim, 1985
3
%
90-100
%
Uncover Bed
100-300
kg/m2.tahun Qasim, 1985
Covered Bed
150-400
kg/m2.tahun Qasim, 1986
Kelembaban Cake Ketebalan Lumpur
d
Solid Content Cake Solid Content Underflow Thickener Solid Capture
Ce
Sludge Loading
SL
Qasim, 1985
Kriteria desain lainnya : Parameter
Simbol
Besaran
Satuan
Sumber
Periode Pengeringan
td
15
hari
Metcalf & Eddy,1991
Ketebalan Lapisan Pasir
hs
230-300
mm
Metcalf & Eddy,1991
Ketebalan Lapisan Lumpur
hsl
150-300
mm
Metcalf & Eddy,1991
Panjang SDB
L
6-30
M
Metcalf & Eddy,1991
Lebar SDB
W
6-10
M
Metcalf & Eddy,1991
Freeboard
FB
20-30
cm
Ketebalan Lapisan Gravel
hc
250-350
mm
C. Data Perencanaannya Tabel 6.47 Data Perencanaannya Sludge Drying Bed Besaran yang Parameter
Simbol dipilih
Periode Pengeringan
td
10
hari
Ketebalan Lapisan Pasir
hs
300
mm
Ketebalan Lapisan
Satuan
300
Lumpur
hsl
Panjang
L
25
m
Lebar
W
10
m
Freeboard
FB
20
cm
Ketebalan Lapisan Gravel
hc
mm
250
mm
D. Perhitungan : Perhitungan Dimensi SDB 1. Debit lumpur masuk ke Sludge Drying Bed Debit Lumpur = 10, 87 m3/hari 2. Volume Sludge Drying Bed
3. Luas sludge drying bed
(
)
4. Direncanakan dimensi tiap 1 unit sludge drying bed adalah 20 x 10 m2 yang dipakai secara bergantian setiap harinya, sehingga jumlah unit sludge drying bed :
5. Kedalaman sludge drying bed
Dengan karakteristik Bed sebagai berikut: Bed terdiri dari dua lapisan yaitu lapisan pasir sebagai penyaring dan lapisan gravel sebagai penyangga. Berikut karakteristik masing-masing lapisan : - Lapisan pasir dengan ketebalan 300 mm : Fine sand = 200 mm Coarse sand = 100 mm - Lapisan gravel dengan ketebalan 250 mm : Fine gravel = 75 mm Medium gravel = 75 mm Coarse gravel = 100 mm Saluran Sngumpul Filtrat Saluran pengumpul filtrat diletakkan di tengah SDB yang berupa pipa dengan diameter 150 mm (6 inchi). Filtrat akan mengalir ke saluran pengumpul melalui pipa pengumpul berdiameter 100 mm (4 inchi) yang ada pada setiap unit SDB. Sedangkan saluran pengumpul filtrat akan membawa filtrat menuju bak distribusi supernatan. Karakteristik Sludge Cake Jumlah lumpur yang dihasilkan dengan solid capture = 90 % Maka :
Lalu, dengan volume lumpur yang dihasilkan dengan konsentrasi specific gravity 30 %
Karakteristik Filtrat Debit filtrat Debit air dalam lumpur, Qnw (
)
(
)
Debit air dalam lumpur tertahan, Qfw (
)
(
)
Debit filtrat dari setiap bak, Qfs Qfs = Qnw – Qfw = 10,543 – 0,64 = 9,89 m3/hari Rekapitulasi Untuk unit SDB ini, jumlah bak yang dibutuhkan adalah sebanyak 2 unit. Tabel 6.28 Rekapitulasi Dimensi Sludge Drying Bed Parameter
Besaran
Satuan
Panjang Tiap Bak
20
m
Lebar Tiap Bak
10
m
Kedalaman Lumpur
0,3
m
Kedalaman Lapisan Bed
0,55
m
Freeboard
0,2
m
BAB VII PENUTUP 7.1 Kesimpulan 1. Perencanaan sistem pengolahan air limbah dilakukan di Kabupaten Garut dengan sistem off-site menggunakan CMAS. 2. Penyisihan TSS, pengolahan BOD, eliminasi organisme patogen, dan penyisihan nutrient dilakukan untuk mempertahankan atau meningkatkan kualitas air limbah yang diolah 3. Evaluasi permasalahan yang timbul dapat dilakukan dengan mengukur kualitas air limbah yang keluar dari sistem pengolahan
7.2 Saran 1. Dalam merencanakan suatu IPAL harus diperhatikan lokasi yang tersedia, luas tanah yang tersedia, jarak dengan badan air penerima, dan akses menuju IPAL tersebut. 2. Teknologi yang dipilih harus menyesuaikan dengan parameter yang akan disisihkan dan juga ketersediaan dana dan lahan. 3. Perlu dibuat SOP mengenai operasi IPAL dan perawatan IPAL yang kita rencanakan.
LAMPIRAN
GAMBAR – GAMBAR UNIT INSTALASI PENGOLAHAN AIR LIMBAH (Primary, Secondary, Sludge, Layout dan Profil Hidrolis)
GAMBAR PRIMARY TREATMENT (Barscreen, Grit Chamber, Communitor, Bak Ekualisasi dan Bak Pengendap Pertama)
GAMBAR SECONDARY TREATMENT (Tangki Aerasi dan Clarifier)
GAMBAR SLUDGE TREATMENT (Sludge Drying Bed dan Thickener)
Walkway
A
Inlet
Satuan dalam meter
ke SDB
Program Studi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung
A TUGAS BESAR DTL 1 (TL -4010)
Outlet
Perencanaan Instalasi Pengolahan Air Limbah
Denah Thickener 4,8 m
1:
cm
Gambar
+ 71
3,014 m
+ 71
Inlet
Gravity Thickener
M. Andika Firmansyah
2B
Potongan A-A 3
3
PRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCT
PRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCT
PRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCT
PRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCT
GAMBAR LAYOUT IPAL DAN PROFIL HIDROLIS
