5. Bab Ii.docx

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Air Limbah Menurut Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Republik Indonesia No. 5 tahun 2014 tentang Baku MutuAir Limbah, air limbah adalah sisa dari suatu usaha dan/atau kegiatan yang berwujud cair. Menurut jenis sumbernya, air limbah terbagi menjadi 2 jenis, yaitu ; air limbah domestik dan air limbah non domestik. Air limbah domestik adalah air limbah yang berasal dari usaha dan/atau kegiatan permukiman, rumah makan, perkantoran, perniagaan, apartemen, dan asrama (PerMenLH/5/14). Sedangkan air limbah dari industri biasanya mengandung bahan kimia yang telah digunakan dalam proses produksi. Menurut Metcalf dan Eddy (1981), batasan air buangan adalah “Kombinasi cairan dan sampah-sampah cair yang berasal dari daerah pemukiman, perdagangan, perkantoran dan industri, bersama dengan air tanah, air permukaan dan air hujan yang mungkin ada”. Sedangkan menurut Enlers dan Steel (1979), batasan air buangan adalah “Air buangan adalah cairan yang dibawa oleh saluran air buangan” Maka, secara umum air buangan dapat didefinisikan sebagai berikut “Cairan buangan atau kotoran masyarakat yang berasal dari rumah tangga, industri maupun tempat-tempat umum lainnya dan biasanya mengandung bahan atau zat-zat yang dapat membahayakan kehidupan manusia serta mengganggu kelestarian lingkungan hidup.” Tujuan pengolahan air limbah adalah sebagai berikut : 1.

Mengurangi penyebaran penyakit menular yang disebabkan oleh organisme pathogen yang ada dalam air limbah.

2.

Mencegah adanya polusi pada air permukaan dan air tanah.

3.

Menjaga kualitas air permukaan agar dapat memenuhi nilai baku mutu yang telah ditetapkan. Air buangan dapat berasal dari berbagai sumber, biasanya merupakan hasil

perbuatan manusia serta akibat kemajuan IPTEK (Ilmu Pengetahuan dan Teknologi). Misalnya adalah air buangan industri, daerah pertanian, perdagangan dan lain-lain. Beberapa sumber air buangan adalah :

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

5

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) 1.

Air Buangan Rumah Tangga (Domestic Wastewater) Air buangan rumah tangga ini umumnya terdiri dari ekskreta (tinja dan urin), air bekas cucian dapur dan kamar mandi, di mana sebagian besar merupakan bahan-bahan organik. Air buangan domestik mencakup seluruh limbah rumah tangga yang dibuang ke dalam saluran pembuangan yang meliputi :  Limbah dari pemukiman atau perumahan Untuk daerah perumahan yang kecil, aliran air buangan diperhitungkan melalui kepadatan penduduk dan rata-rata perorangan dalam menghasilkan air buangan.  Air buangan dari daerah perdagangan Sumber dari daerah perdagangan meliputi lapangan terbang, hotel, gedung perusahaan, kantor, rumah makan, masjid, pasar, dan lain-lain.  Air buangan dari daerah kelembagaan Sumber dari daerah kelembagaan meliputi rumah sakit, rumah tahanan, sekolah, asrama dan lain-lain.

2.

Air Buangan Kota Praja (Municipal Wastewater) Biasanya air buangan kelompok ini berasal dari daerah perkantoran, perdagangan, sekolah, tempat-tempat ibadah dan tempat-tempat umum lainnya, seperti hotel, restoran dan lain-lain.

3.

Air Buangan Industri (Industrial Wastewater) Air buangan ini berasal dari berbagi jenis industri, akibat proses produksi dan umumnya pengolahannya sulit serta mempunyai variasi pengolahan yang bayak. Kadangkala air buangan industri ini ada yang bersifat toksik. Kualitas dan kuantitas air buangan industri bervariasi tergantung pada :  Besar kecilnya industri  Pengawasan proses produksi pada industri  Derajat penggunaan air  Derajat pengolahan air buangan

4.

Infiltrasi Air Tanah Hal ini terjadi karena penyusupan air tanah ke dalam salurana air limbah melalui sambunga-sambungan pipa atau melalui calah-celah yang terbentuk karena adanya retakan atau dikarenakan rusaknya pipa saluran. Dengan demikian akan terjadi penambahan debit aliran air buangan.

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

6

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) 2.2

Karakteristik Air Limbah Air limbah akan bertambah debitnya seiring pertambahan jumlah penduduk dalam suatu daerah di setiap tahunnya. Peningkatan tersebut menyebabkan kualitas dan kuantitas air selalu bervariasi. Air limbah mengandung 3 karakteristik, yaitu ; karakteristik fisika, karakteristik kimia, dan karakteristik biologis. 1.

Karakteristik Fisika Karakteristik fisika terdiri dari beberapa parameter, diantaranya : a. Total Solid Merupakan zat-zat yang tertinggal sebagai residu dari penguapan pada temperatur 103 0C – 105 0C. b. Temperatur Pada umumnya temperatur air limbah lebih tinggi dari pada temperatur air minum (bersih). Dengan adanya penambahan air limbah yang temperturnya lebih tinggi (lebih panas), mengakibatkan air yang tercemar suhunya akan sedikit lebih tinggi. Adanya kenaikan temperatur ini mempengaruhi :  Kehidupan organisme di dalam air  Kelarutan gas di dalam air  Aktifitas bakteri di dalam air c. Warna Air buangan yang masih segar umumnya berwarna abu-abu. Dengan terjadinya penguraian senyawa organik oleh bakteri, warna akan menjadi semakin hitam. Bila warnanya telah hitam dan berbau tidak sedap, berarti kondisi air tersebut telah septik atau busuk. d. Bau Umumnya disebabkan oleh gas hasil dekomposisi zat organik. Gas H2S ini berasal dari reduksi sulfur oleh mikroorganisme secara anaerob. e. Kekeruhan Kekeruhan disebabkan oleh zat tersuspensi, baik yang bersifat organik maupun anorganik.

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

7

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) 2.

Karaketristik Kimia Karakteristik kimia terdiri dari beberapa parameter, diantaranya : a. BOD (Biological Oxygen Demand) BOD menunjukkan jumlah oksigen terlarut yang dibutuhkan oleh organisme hidup untuk menguraikan atau mengoksidasi bahan-bahan buangan di dalam air. Pemerikasaan BOD dilakukan untuk menentukan beban pencemaran akibat buangan dan untuk merancang sistem pengolahan biologisbagi air yang tercemar. Prinsip pemeriksaan BOD didasarkan atas reaksi oksidadi zat organik dengan oksigen di dalam air dan proses tersebut berlangsung karena adanya mikroorganisme. b. COD (Chemical Oxygen Demand) COD merupakan jumlah kebutuhan oksigen dalam air untuk proses reaksi secara kimia guna menguraikan unsure pencemar yang ada. COD dinyatakan dalam ppm (part per million) atau ml O2/L. COD atau kebuutuhan oksigen kimiawi adalah jumlah kebutuhan oksigen yang diperlukan untuk mengoksidasi zat-zat organic. c. DO (Dissolved Oxygen) DO merupakan kadar oksigen terlarut yang dibutuhkan untuk respirasi aerob oleh mikroorganisme. DO di dalam air sangat tergantung pada temperatur dan salinitas. Apabila sungai menjadi tempat pembuangan limbah yang mengandung zat organi, maka kadar oksigen akan berkurang dengan cepat. d. Amonia (NH3) Amonia adalah penyebab iritasi dan korosi, meningkatkan pertumbuhan mikroorganisme, dan mengganggu proses desinfeksi. Amonia terdapat dalam larutan dan dapat berupa senyawa ion ammonium atau ammonia tergantung besarnya pH larutan. e. Sulfida Sulfida direduksi menjadi sulfide dalam sludge digester dan dapat mengganggu proses pengolahan limbah secara biologi jika konsentrasinya melebihi 200 mg/L. Gas H2S bersifat korosif terhadap pipa dan dapat merusak mesin.

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

8

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) f. Fenol Fenol dapat mudah masuk ke dalam tubuh melalui kulit. Keracunan kronis dapat menimbulkan gejala penyakit hingga kematian.

g. Derajat Keasaman (pH) pH dapat memengaruhi kehidupan biologi dalam air. Bila terlalu rendah atau terlalu tinggi dapat mematikan mikroorganisme. pH normal yang terkandung dalam air limbah adlah 6-8. h. Logam Berat Apabila kandungan logam berat dalam air limbah konsentrasinya berlebih, maka dapat bersifat toksik. Sehingga diperlukan pengukuran dan pengolahan limbah yang mengandung logam berat.

3.

Karakteristik Biologi Karakteristik biologi digunakan untuk mengukur kualitas air. Parameter yang biasa digunakan adalah banyaknya mikroorganisme yang terkandung dalam air limbah. Kelompok mikroorganisme dalam air limbah yaitu protista, kelompok tumbuhan, kelompok hewan, dll. Kelompok protista terdiri dari protozoa, sedangkan kelompok tumbuhtumbuhan meliputi paku-pakuan dan lumut. Bakteri berperan dalam air limbah terutama pada proses biologis misalnya trickling filter. Sedangkan protozoa dalam air limbah berfungsi untuk mengontrol semua bakteri sehingga terjadi kesetimbangan. Alga sebagai penghasil oksigen pada proses fotosintesis juga dapat mengurangi nitrogen yang terdapat dalam air.

2.3

Baku Mutu Air Limbah Air merupakan salah satu sumber daya alam yang memiliki fungsi sangat penting bagi kehidupan dan perikehidupan manusia, serta untuk memajukan kesejahteraan umum, sehingga merupakan modal dasar dan faktor utama pembangunan . Untuk melestarikan fungsi air perlu dilakukan pengelolaan kualitas air dan pengendalian pencemaran air secara bijaksana dengan memperlihatkan kepentingan generasi sekarang dan mendatang serta keseimbangan ekologis. Pengelolaan kualitas air adalah upaya pemeliharaan air sehingga tercapai kualitas air yang diinginkan sesuai peruntukannya untuk menjadi agar kualitas air tetap dalam

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

9

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) kondisi alamiahnya. Untuk menghasilkan kualitas air yang baik maka kita memerlukan acuan untuk mengetahui kadar atau dosis suatu zat yang terdapat dalam air. Acuan tersebut dapat berupa baku mutu ataupun standar nasional Indonesia. Menurut Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Republik Indonesia Nomor 68 tahun 2016 tentang Baku Mutu Air Limbah Domestik, baku mutu air limbah adalah ukuran batas atau kadar unsur pencemar dan atau jumlah unsur pencemar yang ditenggang keberadaannya dalam sumber air dari suatu usaha dan atau kegiatan. Berikut ini adalah baku mutu air limbah domestik tersediri menurut Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Republik Indonesia Nomor 68 tahun 2016 tentang Baku Mutu Air Limbah Domestik : Tabel 2.1 Baku Mutu Air Limbah Domestik Permenlhk/68/2016 Parameter pH BOD COD TSS Minyak & Lemak Amoniak Total Coliform Debit

Satuan mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L jumlah/100mL L/orang/hari

Kadar Maksimum 6-9 30 100 30 5 10 3000 100

Sumber : Permenlhk/68/2016

2.4

Pengolahan Tahap I Pengolahan secara fisik dilakukan untuk menghilangkan padatan tersuspensi. Unit-unit pengolahan pada tahap I meliputi : 1.

Bar Screen

2.

Comminutor

3.

Equalisasi (Sumur Pengumul)

4.

Grit Chammber

5.

Bak Pengendap I (Sedimentasi I)

2.4.1 Bar Screen Prinsip yang digunakan pada Bar Screen adalah menghilangkan bahan padat kasar dengan menggunakan sederet bahan baja yang disebut kisi dan diletakkan berdekatan dengan arah yang melintang dari aliran. Kecepatan Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

10

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) aliran harus lebih besar dari 0,3 m/s dan tidak lebih dari 0,6 m/s agar bahan padat yang telah tertahan pada kisi tidak terjepit dan menghalangi air. Fungsi adanya Bar Screen dalam pengolahan fisik antara lain : a.

Menahan padatan berukuran besar dan terapung yang terbawa aliran air limbah.

b.

Menyaring benda-benda padat dan kasar yang ikut terbawa dalam air buangan agar benda tersebut tidak mengganggu aliran dalam saluran dan merusak alat-alat serta mengganggu proses pengolahan air limbah.

c.

Mencegah kerusakan alat dan penyumbatan (clogging) pada saluran dan pompa Peletakkan Bar Screen biasanya berada pada saluran pembawa yang

didesain dengan meninjau kriteria desain sebagai berikut : Tabel 2.2 Kriteria Desain Kriteria Desain Kecepatan melalui celah (v), m/s Lebar bar (w), mm Kedalaman (D), mm Jarak antar kisi (b), mm Slope kisi dari vertikal (⁰) Headloss (hf), mm

Manual Cleaning

Mechanic Cleaning

0,3 - 0,6 5 - 15 25 - 38 25 - 50 30 - 45 150

0,6 - 1,0 5 - 15 25 - 38 15 - 70 0 - 30 150 - 600

Sumber :Materi Scrreen IPAL

Berikut ini adalah jenis screen berdasarkan bukaan screen : 1. Saringan Kasar (Coarse Screen)  Bar Racks yaitu sebuah alat yang tersusun atas batang/tongkat dengan bukaan/spasi antar batang 6 - 150 mm yang berfungsi untuk melindungi pompa, valve, jaringan pipa dari kerusakan/sumbatan. Contoh : Trash racks, rotating bar interceptors, dll. 2. Saringan Medium, dengan bukaan 2 - 5 mm (curved bar screens, vertical and inclined screens)

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

11

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL)

Gambar 2.1 Curved Bar Screen 3. Saringan Halus (Fine Screen)  Screen berbentuk disk/drum dengan bukaan/spasi anar batang < 6 mm yang dapat terbuat dari bahan tembaga atau perunggu; Coarse woven wire media. Contoh : Inclined bar screens, band screens, drum screens, dll.

Gambar 2.2 Turbo Drum Screen

Gambar 2.3 Band Screen Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

12

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) Semakin kecil bukaan screen, maka semakin banyak sampah yang dikumpulkan. Berikut ini adalah jenis screen berdasarkan cara pembersihan : 1. Pembersihan dilakukan secara manual

Gambar 2.4 Pembersihan secara manual 2. Pembersihan dilakukan secara mekanik

Gambar 2.5 Pemebersihan secara mekanik Pembersihan secara mekanik akan mengurangi biaya tenaga kerja, kondisi aliran cenderung baik/stabil, dan mudah dalam pembersihan secara berkala.

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

13

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) Tabel 2.3 Tipe Bar Screen Tipe Bar Sharp-edge rectangular Rectangular with semi-circular upstream face Circular Rectangular with semi-circular upstream and downstream faces Tear shape

𝛃 2.42 1.83 1.79

1.67 0.76

Sumber : Materi Screen IPAL

Berikut ini adalah perumusan desain Bar Screen antara lain : 1. Luas Penampang Basah Saluran (A)

A=

Q

(2.1)

Kecepatan

2. Tentukan Tinggi dan Lebar Saluran (AB) AB = Tinggi Basah Saluran x Lebar Basah Saluran

(2.2)

3. Tentukan Jumlah Kisi (n) Lebar Saluran = (n x w) + [(n + 1) x b]

(2.3)

4. Hitung Panjang Kisi Terendam (r) Sin ∅ = Y/r

r

Y

r

(2.4)

= Y/sin ∅

X

5. Luas Efektif Screen (AEfektif) AEfektif = r x [(n+1) x b]

(2.5)

6. Hitung Kecepatan Air Limbah saat Mengalir melalui Kisi VKisi

=

Q A Efektif Kisi

(2.6)

7. Headloss saat Screen Bersih

hv =

Vv

(2.7)

2.g

w 4 Hf Screen = β x ( ) /3 x hv x sin α b 8. Headloss saat Tersumbah 50%

hL =

1 0.7

(

𝑉 2 − 𝑉𝑣 2 2.𝑔

)

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

(2.8) 14

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) 9. Ukuran Penampang Saluran Tinggi Saluran = Tinggi basah + free board

(2.9)

Keterangan : Q

= Debit aliran (m3/s)

n

= Jumlah kisi

V

= Kecepatan (m/s)

w

= Tebal kisi (mm)

A

= Luas penampang basah (m2)

Vv

= V kisi (m/s)

T

= Tinggi saluran (m)

β

= Tipe Bar

B

= Lebar saluran (m)

α

= Sudut bar screen

b

= Jarak antar kisi (mm)

Free board

r

= Panjang kisi terendam (m)

hv = Headloss dg kecepatan air

= 0.3

AEfektif Screen = Luas efektif Screen (m2) Hf screen

= Headloss saat screen bersih

hL

= Headloss saat tersumbat 50%

2.4.2 Comminutor Comminutor atau sering juga disebut grinders digunakan untuk menghancurkan benda padat yang berukuran besar seperti bebatuan atau bahan-bahan organik kedalam ukuran yang lebih kecil. Proses ini diperlukan agar tidak terjadi penyumbatan pada saluran atau kerusakan akibat gesekan aliran yang diakibatkan adanya benda padat berukuran besar. Berikut ini adalah fungsi comminutor IPAL : - Memotong/merajang padatan berukuran besar menjadi berukuran kecil (± 6 mm) - Padatan besar terbawa dalam aliran limbah cair ke dalam IPAL yang lolos dari unit bar screen - Meningkatkan efisiensi IPAL, karena zat padat menjadi lebih seragam ukurannya Comminutor diletakkan sebelum pompa untuk mencegah terjadinya penyumbatan pompa atau clogging dan setelah grit removal agar unit grit removal dapat bertahan lebih lama/awet.

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

15

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL)

Gambar 2.6 Sketsa Unit Comminutor IPAL

Gambar 2.7 Cara Kerja Comminutor IPAL

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

16

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL)

Gambar 2.8 Comminutor di depan screw up

2.4.3 Equalisasi (Sumur Pengumpul/Sump Well/Sump Pit) Sumur pengumpul merupakan salah satu bangunan pengolahan pendauluan dalam perencanaan bangunan pengolahan air limbah. Sumur pengumpul biasanya dilengkapi dengan pompa yang berfungsi untuk memompakan air limbah ke instalasi pengolahan air limbah. Secara umum, fungsi sumsur pengumpul ini adalah untuk menampung air limbah dari saluran air limbah yang kedalamannya berada di bawah permukaan instalasi pengolahan air limbah. Selain itu, banngunan equalisasi digunakan untuk menghasilkan air limbah cair yang relatif konstan menuju IPAL atau menurunkan fluktuasi/variasi debit. Sumur pengumpul dapat dilengkapi dengan bak penangkap lemak sebelum air limbah masuk ke adalam sumur untuk menyaring minyak dan lemak yang mungkin masuk ke dalam sumur. Kriteria desain untuk sumur pengumpul yang terpenting adalah waktu detensi tidak boleh lebih dari 10 menit. Hal ini untuk menghindari terjadinya pengendapan dalam sumur. Berikut ini adalah fungsi adanya bangunan sumur pengumpul : 1.

Meningkatkan kinerja pengolahan biologis

2.

Menghasilkan kualitas efluen yang lebih baik

3.

Mereduksi dimensi bangunan IPAL setelah qualisasi

4.

Unit pengolahan kimia akan lebih efektif, karena fluktuasi rendah Bangunan equalisasi dapat diletakkan didepan/sebelum pengolahan

pertama dan sebelum pengolahan biologi atau diletakkan setelah pengolahan

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

17

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) pertama dan sebelum pengolahan biologi. Ada 2 tipe sistem perletakan bangunan equalisasi, yaitu : 

In-Line Equalisasi : Seluruh aliran/debit limbah cair masuk ke dalam bangunan equalisasi. Berfungsi

untuk

mengatur

konsentrasi

dan

debit

sesuai

yang

direncanakan.

Gambar 2.9 Alur In-Line Equalisasi 

Off-Line Equalisasi: Hanya sebagian debit limbah cari yang masuk ke dalam equalisai, yakni bila debit melebihi nilai tertentu (missal lebih dari Qrata-rata) dan kebutuhan pompa minimal.

Gambar 2.10 Alur Off-Line Equalisasi

2.4.4 Grit Chamber Air yang masuk dari jaringan air limbah domestik mengalir secara gravitasi menuju ke unit grit chamber. Bangunan ini berfungsi untuk Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

18

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) menangkap pasir endapan dari interceptor, pasir yang kasar akan mengendap secara gravitasi terlebih dahulu pada pasir halus akan mengendap di ujung grit chamber. Grit chamber bertujuan untuk : 1.

Protect mechanical equipments from abrasion Melindungi atau mencegah terjadinya gesekan pada peralatan mekanik dan pompa akibat adanya pemakaian yang tidak perlu dan akibat adanya abrasi.

2.

Reduce formation of heavy deposits in pipelines or channels : -

Mencegah terjadinya penyumbatan pada pipa akibat adanya endapan kasar di dalam saluran.

-

Mencegah timbulnya efek penyemenan di dasar sludge digester dan primary sedimentation tank.

-

Menurunkan akumulasi material inert di dalam kolam aerasi dan sludge digester yang akan mengurangi volume yang dapat digunakan.

3.

Reduce the frequency of tank/reactor cleaning caused by excessive accumulations of grits Mengurangi frekuensi pembersihan reaktor akibat akumulasi grit yang berlebihan Secara umum grit chamber dibagi menjadi 3 jenis, yaitu :

1.

Horizontal flow grit chamber Adapun kriteria perencanaan untuk horizontal flow grit chamber ditunjukkan pada tabel 2.3 sebagai berikut. Tabel 2.3 Kriteria Desain untuk Horizontal Flow Grit Chamber U. S Customary Unit

S.I Unit

Unit

Range

Typical

Unit

Range

Typical

Waktu detensi

s

45 - 90

60

s

45 - 90

60

Kecepatan Horisontal

ft/s

0.8 – 1.3

1.0

m/s

0.25 – 0.4

0.3

0.21 mm (65 mesh)

ft/min

3.2 – 4.2

3.8

m/min

1.0 – 1.3

1.15

0.15 mm (65 mesh)

ft/min

2.0 – 3.0

2.5

m/min

0.6 – 0.9

0.75

Headloss

%

30 - 40

36

%

30 - 40

36

Pertambahan panjang pada aliran

%

25 - 50

30

%

25 - 50

30

Kecepatan untuk pengendapan

turbulen di inlet dan outlet

Sumber : Crites and Tchobanoglous, 1998

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

19

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) Berikut ini adalah cara dan rumus untuk menghitung Horizontal Grit Chamber : a)

Dimensi Bak 

Cross area Q

𝐴𝑐 = Vh 



Kedalaman Ac

=wxh

H

=

w

Panjang Grit Chamber L Vh



Ac

H

= Vs

Surface Area As = L x w

b) Kecepatan Scouring (Vsc) =(

Vsc

8k (Sg−1 )d x g 1/2 ) f

= Vsc > Vh

c) Grit Storage = 0,093 m3/s x 86400 s/hari = 8..035,2 m3/hr

Q

Tes lab >> Dari tes lab dihasilkan 0,01 L pasir per hari per 1 m+3, sehingga kandungan pasirnya : 10−2 L

m3

m3



Kandungan Pasir =



Pembersihan dilakukan setiap 7 hari sekali dengan volume total

m3

x 10-3

L

x 8.035,2

hr

pasir Volume

= Kandungan Pasir x 7 hari

Astorage

=

Volume L

Jika wstorage = 0,5 m, maka Astorage

h 

= Wstorage

Kontrol td td =

vol Q

=

(P x L x T) Q

Karena td < 60 maka direncanakan : Merencanakan kembali dimensi yang akan digunakan agar hasil td sesuai dengan kriteria desain lalu menghitung kembali td. Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

20

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) 

A=Lxw A1 >> Merencanakan dimensi sesuai yang telah dihitung diatas A2 >> Merencanakan dimensi yang lebih kecil dari dimensi pada A1 t

V = 3 (A1 + A2 + √A1 x A2) Catatan : Untuk desain kedalaman minimum Grit Storage 10 cm, maka untuk perencanaan ini dipakai kedalaman grit storage sebesar 10 cm namun yang terisi grit hanya sebesar 1 cm.

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

21

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL)

Gambar 2.11 Gambar Bangunan Horizontal Flow Grit Chamber

2.

Aerated Grit Chamber Pada bangunan ini udara dimasukkan untuk mendapatkan aliran yang spiral, dimana bahan-bahan kasar dapat mengendap di dasar bangunan. Jika kecepatan aliran terlalu besar maka bahan-bahan kasar akan terikut keluar melalui saluran outlet grit chamber, tapi jika aliran terlalu lemah maka bahan-bahan organik akan ikut terendapkan. Sehingga kuantitas udara yang digunakan juga harus diperhitungkan. Pada bangunan ini 100 % bahan-bahan kasar terendapkan. Bangunan ini biasanya meremoval bahan-bahan kasar dengan diameter 0.21 mm (65 mesh) atau lebih besar, dengan waktu detensi yang dibutuhkan adalah 2-5 menit, dengan kedalaman grit storage 0.9 m (3 ft). Sedangkan alat penginjeksi udara diletakkan 0.45 – 0.6 m (1.5 – 2ft) dari dasar. Kriteria perencanaan dan gambarnya adalah sebagai berikut :

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

22

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) Tabel 2.4 Kriteria Desain U. S Customary Unit

S.I Unit

Unit

Range

Typical

Unit

Range

Typical

s

2-5

3

s

2-5

3

Kedalaman

ft

7 – 16

m

2–5

Panjang

ft

25 – 65

m

7.5 – 20

Lebar

ft

8 - 23

m

2.5 - 7

Lebar : Kedalaman

rasio

1:1 - 5:1

1.5 : 1

rasio

1:1 - 5:1

1.5 : 1

Panjang : lebar

rasio

3:1 - 5:1

4:1

rasio

3:1 - 5:1

4:1

Suply udara per unit panjang

ft3/ft.min

3-8

m3/m.min

0.2 – 0.5

Kuantitas pasir

ft3/Mgal

0.5 - 27

m3/103.m3

25 - 50

Waktu detensi Dimensi

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

2

30

23

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL)

Gambar 2.12 Gambar Bangunan Aerated Grit Chamber

3. Vortex Grit Chamber Bahan-bahan kasar juga dapat diremoval dengan menggunakan aliran vortex. Ada dua tipe dari bangunan ini. Turbin yang berputar menjaga kecepatan aliran tetap konstan dan ada blade yang memisahkan grit dari air limbah, dimana partikel mengendap secara gravitasi. Bahan-bahan kasar (grit) yang mengendap diambil dengan pompa penguras. Biasanya bangunan ini digunakan lebih dari dua unit. Dengan kapasitas setiap unit untuk tipe vortex ini hingga 0.3 m3/det.

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

24

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL)

Gambar 2.12 Gambar Bangunan Vortex Grit Chamber 2.4.5 Sedimentasi Sedimentasi adalah pemisahan partikel dari air dengan memanfaatkan gaya grafitasi. Proses sedimentasi ini terutama bertujuan untuk memperolah air buangan yang jernih dan mempermudah proses penanganan lumpur. Dalam proses sedimentasi hanya partikel-partikel yang lebih berat dari air yang dapat terpisah. Misalnya ; kerikil dan pasir, padatan pada tangki pengendapan primer, biofloc pada tangki pengendapan sekunder, floc hasil pengolahan secara kimia, dan lumpur (pada pengentalan lumpur). Bagian

terpenting

dalam

perencanaan

unit

sedimentasi

adalah

mengetahui kecepatan pengendapan dari partikel-partikel yang akan dipindahkan. Kecepatan pengendapan ditentukan oleh ukuran, densitas larutan, viskositas cairan, dan temperature. Untuk memperolah data mengenai karakteristik pengendapan dari suspended solid diperlukan percobaan di Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

25

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) laboratorium.

Berdasarkan

karakteristik

aliran

fungsinya,

bangunan

sedimentasi dibagi dalam 4 zona, yaitu : a. Zona Inlet, yaitu untuk mengendapkan aliran transisi dari influen ke aliran steady uniform di zona pengendapan agar proses pengendapan di zona pengendapan tidak terganggu. b. Zona Pengendapan, yaitu untuk mengendapkan partikel diskrit yang ada di air buangan. c. Zona Lumpur, yaitu untuk menampung partikel-partikel solid yang berhasil diendapkan. d. Zona Outlet, yaitu untuk mengalirkan air limbah yang telah terendapkan padatannya ke pelimpah untuk selanjutnya

Gambar 2.13 Gambar Bangunan Sedimentasi 2.5

Pengolahan Tahap II Tahap kedua dirancang untuk menghilangkan zat terlarut dari limbah yg tak dapat dihilangkan dgn proses fisik. Unit-unit pengolahan pada tahap II meliputi :

2.5.1 Activated Sludge Activaeted sludge (tangki aerasi) merupakan proses biologi yang menggunakan jutaan mikroorganisme untuk menguraikan materi organic dalam limbah cair menjadi organisme baru dan gas-gas. Mikroorganisme tersebut disebut bioflok. Bioflok inilah yang disebut sebagai lumpur aktif. Lumpur aktif dipisahkan dari air dalam bak sedimentasi sehingga dihasilkan air yang lebih jernih dan lebih baik kualitasnya.

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

26

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) Lumpur dari bak pengendap kedua sebagian dikembalikan ke bangunan aerasi, sebagian diolah dalam pengolahan lumpur selanjutnya untuk dimanfaatkan kembali atau dibuang. Air limbah yang telah diendapkan dibawa ke suatu tangki aerasi dimana oksigen disediakan. Bakteri yang tumbuh pada air yang telah diendapkan dihilangkan pada bak sedimentasi kedua (secondary clarifier). Untuk memelihara konsentrasi sel tingggi (2000 8000 mgl) di dalam tangki aerasi. Lumpur sebagian besar berupa padatan (padatan inert), tetapi bakteri yang diresirkulasikan adalah yang hidup/aktif, sehingga dinamakan lumpur aktif (activated sludge). Oksigen disediakan pada tingkatan yang seragam diseluruh tangki aerasi, meskipun kebutuhan oksigen menurun bertahap di sepanjang tangki. Untuk membatasi buangan dapat dilakukan pengurangan oksigen secara bertahap di seanjang tangki (tapperes aeration), atau effluent ditambahkan dalam beberapa tingkat

(stepped

aeration). Dalam semua sistem, waktu detensi yang biasa adalah 12 jam pada debit rata-ratanya. Padatan akan mengendap pada aliran lumpur aktif yang terjadi di dalam final clarifier, kemudian diaerasi selama 2-4 jam, untuk pelarutan dan oksidasi, sehingga mereaktivasi lumpur aktif. Pengendalian proses lumpur aktif meliputi aspek : 1.

Karakteristik limbah cair yang masuk bangunan aerasi  Organic and Hydraulic Loading Variasi debit influen dan konsentrasi BOD5 maupun TSS  Adanya zat toksik/beracun Influen yang menjadi makanan mikroorganisme dalam bangunan aerasi tidak boleh mengandung zat beracun bagi mikroorganisme.

2.

Kondisi dalam bangunan aerasi a) Makanan dan Oksigen terlarut (DO)  Bangunan

aerasi

dapat

diibaratkan

seperti

peternakan

mikoorganisme  Oksigen terlarut dijaga agar > 1,0 mg/L  Pengaturan perbandingan F : M b) Pengadukan yang memadai  Tidak boleh terlalu rendah, dapat terjadi pengendapan lumpur dalam bangunan aerasi. Adanya endapan akan menyebabkan Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

27

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) kondisi septik, sehingga meningkatkan kebutuhan oksigen, pertumbuhan filamentous bacteria  Bila turbulensi terlalu tinggi maka bioflok akan pecah. c) Perbandingan F : M  Pengaturan perbandingan F : M (Food : Mikroorganism) 3.

Clarifier  Umumnya berbentuk bulat  Aliran mixed liquor pada inlet harus diperlambat dan dialirkan ke bawah / dasar clarifier  Aliran pendek harus dicegah  Waktu detensi antara 2 - 4 jam

4.

Kondisi dalam bangunan pengendap yang dapat memengaruhi pemisahan lumpur

Aerasi ditujukan untuk menyediakan oksigen terlarut dalam bangunan aerasi dengan sistem pengadukan mixed liquor sehingga mikroorganisme berkontak dengan makanan dan oksigen serta mencegah pengendapan. Terdapat 2 metode aerasi, yaitu : 1.

Surface aerator

Gambar 2.14 Gambar Bangunan Aerasi menggunakan Surface Aerator 2. Diffused Aerator Semakin kecil gelembung udara, maka semakin besar transfer oksigen, karena semakin luas permukaan yang berkontak dengan air

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

28

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL)

Gambar 2.15 Gambar Bangunan Aerasi menggunakan Diffused Aerator Parameter oparasional yang digunakan dalam bangunan activated sludge adalah MLSS dan MLVSS berfungsi untuk mengukur banyaknya mikroorganisme dalam bangunan aerasi dalam satuan volume air limbah yang dihitung dalam satuan mg/L atau kg/m3. MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids) dinyatakan sebagai seluruh mikroorganisme yang hidup maupun yang mati. Sedangkan MLVSS (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids) dinyatakan hanya sebagai mikroorganisme yang hidup. Umumnya activated sludge dioperasikan pada konsentrasi MLSS antara 1.000 mg/L sampai 5.000 mg/L dengan kondisi terbaik pada 2.500 mg/L. MLSS diukur dengan menggunakan prosedur pengukuran TSS yang diambil pada efluen bangunan aerasi sebelum masuk ke clarifier.

2.5.2 Sedimentasi II Secondary clarifier (Bak Pengendap II/Sedimentasi II) berfungsi untuk memisahkan lumpur aktif dari MLSS. Lumpur yang mengandung mikroorganisme (bakteri) yang masih aktif akan diresirkulasi kembali ke activated

sludge

(tangki

aerasi)

dan

sludge

yang

mengandung

mikroorganisme yang sudah mati atau tidak aktif lagi dalirkan ke pengolahan lumpur. Langkah ini merupakan langkah akhir untuk meghasilkan efluen yang stabil dengan konsentrasi BOD dan SS yang rendah, dengan adanya volume yang besar dari solid yang flokulen dalam MLSS, maka diperlukan pertimbangan khusus untuk mendesain bak pengendap II. Adapun faktor – faktor yang menjadi pertimbangan dalam desain adalah: a. Tipe tangki yang digunakan b. Karakteristik pengendapan sludge c. Kecepatan aliran Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

29

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) d. Penempatan weir dan weir loading rate Prinsip operasi yang berlangsung di dalam secondary clarifier ini adalah pemisahan dari suatu suspensi ke dalam fase-fase padat (sludge) dan cair dari komponen-komponennya.

Operasi

ini

dipakai

dimana

cairan

yang

mengandung zat padat ditempatkan dalam suatu bak tenang dengan desain tertentu sehingga akan terjadi pengendapan secara grafitasi.

2.6

Pengolahan Tahap III Pada proses ini dilakukan pemisahan secara kimia untuk lebih memurnikan air yang belum sepenuhnya bersih. Unit-unit pengolahan pada tahap III meliputi : 2.6.1 Desinfeksi Kegunaan desinfeksi pada limbah cair adalah untuk mereduksi konsentrasi bakteri secara umum dan menghilangkan bakteri pathogen. Kebutuhan klorin untuk proses desinfeksi tergantung pada beberapa faktor. Klorin adalah oksidator dan akan bereaksi dengan beberapa komponen termasuk komponen organik pada limbah. Faktor yang mempengaruhi efisiensi desinfeksi atau kebutuhan akan klorin antara lain adalah: 1. Jumlah dan jenis chlorine yang digunakan. 2. Waktu kontak. 3. Suhu. 4. Jenis serta konsentrasi mikroba. Klorinasi dapat juga menyebabkan turunnya kadar BOD dan akan mengoksidasi komponen tereduksi dalam air. Komponen besi dan mangan yang terdapat dalam air akan dioksidasi menjadi komponen besi dan mangan yang terendapkan. Proses oksidasi lainnya dapat terjadi pada komponen H2S dan NO2. Kapur dan klorin banyak digunakan untuk mengatasi bau yang timbul pada limbah. Klorinasi adalah salah satu proses yang cukup efektif bila digunakan pada limbah cair jika ditinjau dari segi ekonomi dan teknis. Kriteria desain bak kontak klor, yaitu : Waktu kontak

= 30 - 60 menit

Rasio panjang : lebar

= 40 : 1

Menggunakan baffle untuk mencegah aliran pendek

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

30

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) 2.7

Pengolahan Tahap IV Lumpur yang terbentuk sebagai hasil keempat tahap pengolahan sebelumnya kemudian diolah kembali. Lumpur atau sludge adalah hasil samping dari pengolahan air limbah. Sumber lumpur terutama dari unit Bak Pengendap I dan unit pengolahan biologis. Lumpur dari bak pengendap I dan II dikumpulkan pada unit thickener untuk mengurangi kadar air, yang selanjutnya diolah secara fisik atau biologis. Ada dua jenis pengolahan lumpur yang biasa dipakai (setelah thickening) yaitu :  Anaerobik digester atau aerobik digester  Sludge driying bed a) Sludge Thickener Thickener digunakan untuk mengurangi kadar air dan meningkatkan kadar solid sehingga nantinya sludge lebih mudah dan efisien dalam stabilisasinya. Prinsip yang digunakan sama dengan bak pengendap yang biasanya secara gravitasi, karena secara operasional mudah dan murah.

b) Sludge Digester Digester digunakan unutk menstabilkan dan meningkatkan kandungan solid dalam sludge. Pengolahan digester terdiri dari aerobik digester dan anaerobik digester. 

Aerobik digester Pengolahan secara aerobik digester terutama bertujuan untuk mengurangi kadar volatile lumpur dan memperbaiki kemampuan dewatering. Keuntungan : -

Kemampuan penurunan volatile solid setara

-

Kadar BOD lebih rendah di cairan bagian atas

-

Tidak berbau, bahan hunus yang baik dan hasil akhir yang stabil secara biologis

-

Pengoperasian mudah serta biaya rendah

Kerugian -

Mempunyai kualitas yang tidak terlalu bagus untuk diolah dengan mechanical dewatering

-

Proses mudah dipengaruhi oleh lokasi, temperatur dan bentuk tangki

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

31

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) 

Anaerobik digester Pengolahan secara anaerobik dilakukan tanpa adanya kontak dengan udara luar. Macam – macamnya adalah antara lain : 1.

Standart rate digestion Pada jenis ini dilakukan satu tahap proses (single stage process). Dalam proses ini lumpur ditempatkan dalam suatu tangki dan lumpur dipanaskan oleh perubahan panas yang terjadi. Gas yang dihasilkan bergerak naik ke permukaan mendorong partikel lumpur, minyak dan lemak membentuk lapisan di permukaan. Dengan demikian akan terbentuk lapisan cairan yang akan mempermudah proses digesting.

2.

Single stage high rate digestion Hal yang menonjol pada sistem ini adalah mempunyai solid loading rate yang tinggi. Lumpur diaduk bersama – sama antara resirkulasi gas, pengaduk mekanis, dan pemompaan.

3.

Two stage digestion Pada sistem ini, high rate digestion disusun seri dengan tangki kedua. Tangki pertama untuk proses digestion yang dilengkapi alat pengaduk dan pemanas. Tangki kedua untuk menyimpan lumpur yang telah diolah, disamping untuk pembentukan supernatan.

c)

Sludge Drying Bed Sludge Drying Bed secara umum digunakan untuk menghilangkan air dari lumpur yang telah distabilisasi. Beberapa tipe SDB antara lain : 

Conventional Sludge Drying Bed Biasa digunakan untuk kota dengan kepadatan rendah atau sedang. Lumpur dihamparkan diatas bed yang dilapisi pasir dan gravel dengan ketebalan 812 in. lumpur kemudian dibiarkan kering, lumpur kering dengan kelembaban 60 % didapat setelah 10-15 hari.



Paveel dryng bed Konsepnya hampir sama dengan yang diatas, hanya pada bagian dasar bed, selain drainase juga dikeraskan dengan semen atau bahan lainnya. Pavel dryng bed menguntungkan apabila digunakan di daerah hangat.

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

32

Perancangan Lingkungan 5 – Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) 

Vacum Assisted Drying Bed Pemvakuman bertujuan mempercepat pengeringan. Hal ini bisa dilakukan dengan pemvakuman plat filter berporos di bagian tepi bawah.

Fitria Agustina Suhada - 09.2015.1.00495

33