BAGIAN 1 - A. Teknologi Pengolahan Limbah Cair Dengan Proses Fisika

BAGIAN 1 - A Teknologi Pengolahan Limbah Cair Dengan Proses Fisika

PLATE & FRAME FILTER PRESS

Oleh : Ir. P. Nugro Rahardjo, M.Sc.

Ir. P. Nugro Rahardjo, M.Sc.

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Abstraksi

E

ra Reformasi di Indonesia telah membawa banyak perubahan. Proses desentralisasi terus bergulir dalam menjalankan fungsi pemerintahan. Saat ini setiap daerah mempunyai otonomi yang lebih besar. Namun hal ini juga

menjadi masalah baru, yaitu masih kurangnya kualitas SDM (Sumber Daya Manusia) untuk dapat melaksanakan jalannya proses peningkatan di segala bidang. Dengan demikian dalam rangka meningkatkan kualitas SDM Pemerintah Daerah atau jajaran tertinggi dalam proses pengambilan keputusan, dibutuhkan fasilitas yang memadai, misalnya buku-buku yang berisi tentang teknologi pengelolaan lingkungan.

Semua

bertujuan

untuk

meningkatkan

kemampuan

personil

pegawai

Pemerintah Daerah, khususnya dalam bidang teknologi yang sesuai dengan kebutuhan dan kondisi daerah setempat dan sejalan dengan kebijakan arah program unggulan dalam pembangunan daerah berdasarkan potensi yang ada di daerah tersebut. Dalam pemanfaatan sumber kekayaan alam dimanapun berada haruslah dilaksanakan dengan konsep pembangunan yang berkelanjutan, artinya segala macam kegiatan manusia dimuka bumi ini harus arif dan bijaksana dalam memanfaatkan sumber daya alam agar dapat terus terjaga dan terkelola dengan baik, sehingga sumber daya alam tersebut dapat terus menjamin tersuplainya kebutuhan untuk generasi yang akan datang.

Mengingat pembangunan nasional, maupun pembangunan daerah banyak didominasi oleh kegiatan yang mengutamakan peningkatan di sektor industri, maka yang harus dicermati adalah dampak dari kegiatan proses produksi dari industriindustri tersebut. Limbah sebagai hasil samping setiap industri harus ditangani secara benar agar tidak memberikan dampak negatif, baik bagi alam lingkungan, maupun bagi manusia dan mahluk hidup yang lain. Padahal selain limbah industri masih ada limbah domestik yang dari segi jumlah mungkin saja lebih besar dari

1

Teknologi Pengolahan Limbah Cair Dengan Proses Fisika

jumlah limbah industri. Sebagai contoh di kota-kota besar yang umumnya berpenduduk sangat padat, jumlah air limbah penduduk jelas berbanding lurus dengan jumlah penduduk itu sendiri. Karena itu dalam pengelolaan dan pengolahan limbah industri dan domestik segala sesuatunya harus dipersiapkan sedini dan sebaik mungkin, khususnya kesiapan dari manusia atau masyarakat sebagai pelaku utama dalam roda kehidupan di bumi ini.

Diketahui dalam pengolahan air limbah digunakan tiga macam metode, yaitu proses fisika, kimia dan biologi. Masing-masing metode proses itu mempunyai keuntungan dan kerugiannya masing-masing. Dalam praktek di lapangan banyak dijumpai penggabungan proses fisika dan kimia dalam pengolahan air limbah dan selanjutnya baru proses secara biologi. Melalui tulisan ini para pembaca dari berbagai instansi, seperti Bappeda, Bapedalda, Dinas PU, Dinas Perindustrian, Dinas Kebersihan, Dinas Kesehatan, dan yang lainnya, diharapkan dapat mengenal dan

membedakan

beberapa

metode

pengolahan

limbah

sehingga

dapat

menerapkan dengan tepat jenis pengolahan yang sesuai dengan kualitas limbah yang akan diolah. Pada akhirnya dengan pengetahuan pengolahan limbah ini, dapat menjadi penggerak dilaksanakannya pembangunan instalasi-instalasi pengolahan limbah, baik yang sederhana ataupun yang lebih komplek, sehingga dapat mencegah terjadinya pencemaran yang lebih luas lagi.

1.2. Latar Belakang Banyaknya jumlah industri dan peningkatan pesat jumlah penduduk di kotakota besar pada umumnya juga membawa dampak negatif bagi lingkungan sekitarnya, yaitu limbah yang dihasilkan dari aktivitas industri dan masyarakat setempat. Dengan demikian semakin banyaklah masalah pencemaran yang sulit ditanggulangi sebagai akibat dari meningkatnya jumlah limbah cair yang masuk ke badan air tanpa pengolahan yang sesuai dengan standar lingkungan. Sayangnya hal ini tidak diikuti dengan ketentuan dan tindakan hukum yang tegas, dilain pihak pemerintah belum cukup menyediakan fasilitas dan sarana pengolahan limbah yang memadai. Oleh karena itu sebagai salah satu upaya untuk menanggulangi masalah

2


pencemaran limbah, BPPT turut berpartisipasi aktif dalam rangka meningkatkan sumber daya manusia (human resource quality), khususnya bagi mereka yang terlibat dalam masalah pencemaran akibat limbah, baik pihak swasta maupun pemerintah.

Berdasarkan bentuknya limbah dapat dibagi menjadi tiga bagian, yaitu limbah padat, cair dan gas. Berdasarkan sumbernya limbah dapat digolongkan menjadi beberapa jenis, yaitu limbah domestik (rumah tangga), limbah industri dan limbah dari bidang institusional (hotel, pasar, restauran, rumah sakit, perkantoran). Selama bertahun-tahun

berbagai

metode

pengolahan

limbah

cair

telah

banyak

dikembangkan. Pada kebanyakan situasi, umumnya menggunakan kombinasi atau urutan dari beberapa metode yang telah dikembangkan sebelumnya. Digunakannya suatu urutan metode tertentu sangat tergantung pada kualitas bahan baku serta kualitas hasil olahan yang diinginkan. Pada prinsipnya metode proses pengolahan limbah dapat diklasifikasi dalam 3 jenis proses, yaitu proses fisika, proses kimia dan proses biologi. Walaupun seringkali dalam suatu pengolahan ketiga proses ini dikombinasikan, namun umumnya dapat juga proses-proses ini dianggap terpisah.

Pada bab berikut akan dibahas mengenai pengolahan limbah cair yang khusus dengan proses fisika. Proses-proses yang akan dibahas adalah proses yang telah umum diterapkan di instalasi-instalasi pengolahan limbah. Juga akan ditampilkan teori-teori yang mendasari terjadinya setiap proses pengolahan serta peralatan-peralatan yang umum digunakan. Namun yang perlu diingat ialah bahwa metode pengolahan limbah dengan proses fisika, merupakan sebagian dari beberapa metode pengolahan. Banyak instalasi pengolahan limbah menerapkan seluruh metode secara berurutan untuk memperoleh produk akhir yang memenuhi syarat. Tetapi biasanya pengolahan limbah dengan proses fisika seringkali dipadukan dengan proses secara kimiawi dan gabungan dari keduanya disebut Physico-Chemical Tratment.

3


BAB 2 KLASIFIKASI PENGOLAHAN LIMBAH CAIR 2.1. Klasifikasi Teknologi Pengolahan Limbah Cair

S

eperti telah diuraikan pada bagian pendahuluan, pengolahan limbah cair dapat diklasifikasikan ke dalam tiga metode yaitu pengolahan fisik, kimia dan biologi. Penerapan masing-masing metode tergantung pada kualitas air

baku dan kondisi fasilitas yang tersedia. Dalam tabel berikut ditampilkan kontaminan yang umum ditemukan dalam air limbah serta sistem pengolahan yang sesuai untuk menghilangkannya. Tabel 2.1. Sistem Pengolahan Untuk Menghilangkan Bahan Pencemar Dalam Air Limbah KONTAMINAN Padatan tersuspensi

Biodegradable organics

Pathogens

SISTEM PENGOLAHAN

KLASIFIKASI

Screening dan communition

F

Sedimentasi

F

Flotasi

F

Filtrasi

F

Koagulasi/sedimentasi

K/F

Land treatment

F

Lumpur aktif

B

Trickling filters

B

Rotating biological contactors

B

Aerated lagoons (kolam aerasi)

B

Saringan pasir

F/B

Land treatment

B/K/F

Khlorinasi

K 4


Nitrogen

Ozonisasi

K

Land treatment

F

Suspended-growth and denitrification

nitrification B

Fixed-film nitrification denitrification

Phospor

and B

Ammonia stripping

K/F

Ion Exchange

K

Breakpoint khlorinasi

K

Land treatment

B/K/F

Koagulasi garam sedimentasi

logam

Koagulasi kapur/sedimentasi

/ K/F K/F

Biological / Chemical phosphorus B/K removal

Refractory organics

Logam berat

Padatan inorganik terlarut

Land treatment

K/F

Adsorpsi karbon

F

Tertiary ozonation

K

Sistem land treatment

F

Pengendapan kimia

K

Ion Exchange

K

Land treatment

F

Ion Exchange

K

Reverse Osmosis

F

Elektrodialisis

K

Keterangan : B=Biologi, K=Kimia, F=Fisika

5


2.2. Pengendalian Limbah Cair Dengan Proses Fisika 2.2.1. Screening Pada umumnya setiap sistem pengolahan limbah cair mempunyai unit alat penyaring awal/pendahuluan. Proses penyaringan awal ini disebut screening dan tujuannya adalah 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 pasti tidak akan terganggu, misalnya bila proses transportasi limbah cair diakomodasikan dalam sebuah saluran terbuka atau pun tertutup yang mengalir secara gravitasi, maka tidak akan dijumpai penyumbatan di sepanjang jaringan saluran. Disamping itu, bila limbah cair perlu dipindahkan dengan menggunakan pompa, maka proses screening sungguh

berfungsi

menghilangkan

bahan

atau

benda-benda

yang

dapat

membahayakan atau merusak pompa limbah cair tersebut. Jadi proses screening melindungi pompa dan peralatan lainnya.

Perangkat pemroses penyaringan kasar yang biasa digunakan dikenal pula dengan sebutan bar screen atau bar racks. Alat ini biasanya diletakkan pada intake bak penampung limbah cair untuk mencegah masuknya material besar seperti kayu atau daun-daunan. Umumnya jarak antara bar yang tersusun pada rack bervariasi antara 20 mm hingga 75 mm, bergantung pada tingkat kapasitas dan performance unit pompa yang dipakai. Pada keadaan tertentu biasa digunakan pula microstrainer dengan ukuran 15 hingga 64 micrometer dengan tujuan untuk menyaring organisme plankton. Microstrainer biasa digunakan untuk limbah cair dari reservoir pertama (awal). Microstrainer terdiri dari bingkai berbentuk silinder yang ditutup dengan jala terbuat dari kawat tahan karat. Pada saat silinder berputar partikel tersuspensi menempel pada bagian dalam dari permukaan silinder yang kemudian dibersihkan dengan semburan jet air.

6


2.2.2. Aerasi Tujuan proses aerasi adalah mengontakkan semaksimal mungkin permukaan cairan dengan udara/atmosfir. Agar transfer sesuatu zat/komponen dari satu medium ke medium yang lain berlangsung lebih efisien, maka yang terpenting adalah terjadinya turbulensi antara cairan dengan udara, sehingga tidak terjadi interface yang stagnan/diam antara cairan dan udara yang dapat menyebabkan laju perpindahan terhenti. Untuk memperoleh keadaan tersebut, terdapat beberapa prinsip dasar alat aerasi yaitu : (1) Aerator air terjun, (2) Sistem aerasi difusi udara, (3) Aerator mekanik.

Sistem aerator air terjun yang umum digunakan adalah : Aerator Spray, Aerator Cascade, Aerator Multiple-Tray. Pada aerator spray, air dipaksakan masuk melalui nozzle, seperti pada air mancur. Pada aerator cascade air disebarkan dengan cara mengalirkan pada lempengan tipis yang disusun seperti tangga atau sekat agar terjadi turbulensi untuk mencampurkan udara yang terabsorpsi dalam cairan dan agar cairan terangkat ke permukaan sehingga terjadi kontak dengan udara. Pada Aerator multiple-tray cairan dialirkan ke bagian atas dari beberapa tahap tray yang berisi butiran medium seperti arang, batu atau butiran keramik. Air teraerasi saat mengalir melalui medium yang ada pada tray, dan kemudian cairan jatuh dari tray ke tray.

Pada sistem difusi udara, udara dimasukkan ke dalam cairan yang akan diaerasi dalam bentuk gelembung-gelembung yang naik melalui cairan tersebut. Ukuran gelembung bervariasi dari yang besar hingga yang halus, tergantung pada alat aerasi. Alat aerasi yang umum adalah difuser porous, difuser non-porous dan difuser U-tube. Aerator mekanik dihasilkan dengan cara memecah permukaan air limbah secara mekanik. Dengan timbulnya interface cairan-udara yang besar, maka terjadi perpindahan oksigen dari atmosfir ke dalam air.

7


Pada sistem ini digunakan turbin sistem hybrid yang melibatkan impeler dan sumber udara. Udara yang keluar dari bagian bawah impeler, dipecah menjadi gelembung yang halus dan merembes ke seluruh tangki akibat gerakan pompa pada impeler. Pada pengolahan air limbah, proses aerasi diterapkan untuk menghilangkan senyawa organik dan non-organik yang volatile, memberikan oksigen untuk proses biologi, dan untuk meningkatkan kandungan oksigen pada air yang telah diolah.

2.2.3. Mixing Pencampuran diperlukan apabila ada suatu materi harus bercampur dengan materi lain secara sempurna. Disamping itu proses pencampuran diperlukan apabila dalam suatu reaktor harus dijaga konsentrasi atau temperatur yang merata. Proses mixing umumnya digunakan pada pencampuran bahan koagulan dengan air dan pada penambahan khlor untuk disinfeksi. Pada pengolahan air limbah, mixing diperlukan pada proses pengolahan biologi yang memerlukan pencampuran yang terus menerus, sehingga proses biologi dapat terjadi lebih efektif. Alat atau metode pencampuran dapat dibagi dalam beberapa jenis, yaitu :

(1) Turbin atau padle mixer (2) Propeler mixer (3) Pneumatic mixer (4) Hydraulic mixing dan (5) In-line hydraulic dan Static mixing.

2.2.4. Flokulasi Flokulasi adalah proses penggabungan partikel-partikel kecil menjadi partikel besar dengan memanfaatkan tenaga hidrodinamik. Umumnya jenis alat flokulasi yang digunakan adalah rotating paddles. Partikel-partikel secara bertahap akan bergabung melalui proses flokulasi perikinetic yang terjadi akibat gerakan Brown, namun proses ini sangat lambat. Proses tersebut dapat dipercepat dengan

8


memberikan kecepatan gradien yang menghasilkan flokulasi orthokinetic. Dengan kata lain flokulasi Orthokinetic dapat meningkat dengan cara memberikan kecepatan gradien pada cairan. Partikel-partikel yang bergerak dengan kecepatan yang berbeda lebih cenderung untuk bergabung menjadi partikel yang lebih besar. Berdasarkan ini proses flokulasi dipengaruhi oleh kecepatan gradien rata-rata. Pada prakteknya

kecepatan

gradien

rata-rata

adalah

fungsi

dari

input

tenaga

pencampuran (mixing power).

Variabel yang mempengaruhi flokulasi adalah karakteristik cairan, koagulan yang digunakan, pH dan temperatur. Pada kenyataannya untuk proses rancangan unit, perlu dilakukan percobaan flokulasi terlebih dahulu. Berdasarkan standar GLUMRB untuk perencanaan tangki flokulasi, direkomendasikan beberapa hal :

1. Disain inlet dan outlet sedemikian rupa sehingga tidak terjadi short-circuit dan pecah flok. 2. Kecepatan minimum tidak lebih kecil dari 15,2 cm/menit namun tidak lebih dari 45,7 cm/menit, dengan waktu tinggal untuk pembentukkan flok paling sedikit 30 menit. 3. Pengaduk sebaiknya dijalankan dengan kecepatan yang bervariasi, kecepatan paddle berkisar antara 15,2 cm sampai dengan 76,2 cm/detik. Tangki flokulasi dan sedimentasi diletakkan sedekat mungkin. Kecepatan aliran air berflokulasi dalam saluran ke dalam tangki sedimentasi tidak lebih kecil dari 15,2 cm/detik, namun tidak boleh lebih dari 45,7 cm/detik. 4. Untuk pelengkap proses flokulasi pada pengolahan berskala kecil, lebih cocok menggunakan sistem baffle dari pada sistem pencampuran mekanik.

2.2.5. Sedimentasi Sedimentasi

adalah suatu unit operasi untuk menghilangkan materi

tersuspensi atau flok kimia secara gravitasi. Proses sedimentasi pada pengolahan air limbah umumnya untuk menghilangkan padatan tersuspensi sebelum dilakukan proses pengolahan selanjutnya. Gumpalan padatan yang terbentuk pada proses koagulasi masih berukuran kecil. Gumpalan-gumpalan kecil ini akan terus saling 9


bergabung menjadi gumpalan yang lebih besar dalam proses flokulasi. Dengan terbentuknya gumpalan-gumpalan besar, maka beratnya akan bertambah, sehingga karena gaya beratnya gumpalan-gumpalan tersebut akan bergerak ke bawah dan mengendap pada bagian dasar tangki sedimentasi.

2.2.5.1. Rancangan Bak Sedimentasi Bak sedimentasi dapat berbentuk segi empat atau lingkaran. Pada bak ini aliran air limbah sangat tenang untuk memberi kesempatan padatan/suspensi untuk mengendap. Kriteria-kriteria yang diperlukan untuk menentukan ukuran bak sedimentasi adalah : surface loading (beban permukaan), kedalaman bak dan waktu tinggal. Waktu tinggal mempunyai satuan jam, cara perhitungannya adalah volume tangki dibagi dengan laju alir per hari. Beban permukaan sama dengan laju alir (debit volume) rata-rata per hari dibagi luas permukaan bak, satuannya liter per meter persegi per hari.

Q Vo

; Vo = laju limpahan / beban permukaan (liter per hari per m2)

=

A

Q = aliran rata-rata harian, liter per hari A = total luas permukaan (m2)

Waktu tinggal dihitung dengan membagi volume bak dengan laju alir masuk, satuannya jam. Nilai waktu tinggal adalah waktu yang dibutuhkan untuk mengisi bak dengan kecepatan seragam yang sama dengan aliran rata-rata per hari.

t

= 24 V/Q

; t

= waktu tinggal (jam)

V = volume bak (liter) Q = laju rata-rata harian (liter per hari)

10


Kedalaman bak sama dengan kedalaman air yang dihitung dari dasar bak hingga saluran pelimpah keluar, ketinggian ini diluar kelebihan kedalaman akibat ada sedikit kemiringan pada dasar bak. Beban pelimpahan keluar (beban pintu) sama dengan nilai rata-rata overflow harian dibagi dengan panjang pelimpahan total, dinyatakan dalam liter per hari per linear meter. Pada bak bentuk persegi panjang, perbandingan panjang dan lebar bervariasi 3 : 1 atau 5 : 1, dengan kedalaman air 2,1 meter hingga 2,4 meter. Laju overflow untuk sedimentasi awal berkisar antara 1500 dan 3000 liter per hari dan disain yang umum adalah 2300 liter/hari. Contoh ukuran suatu bak pengendapan : •

Dimensi : Lebar

=5m

Panjang

=3m

Kedalaman air efektif

=2m

Tinggi ruang bebas

= 0,5 m (disesuaikan dengan kondisi lapangan).

•

Waktu Tinggal (Retention Time) rata-rata = ± 5 Jam

•

Waktu tinggal pada saat beban puncak = 2,5 Jam ( asumsi jumlah limbah 2 x jumlah rata-rata).

•

Beban permukaan (surface loading) rata-rata = 10 m3/m2.hari.

•

Beban permukaan pada saat puncak = 20 m3/m2.hari.

•

Kriteria Standar : waktu tinggal = 2 jam

•

Beban permukaan = 20 –50 m3/m2.hari. (JWWA) Pada umumnya aliran air pada tangki sedimentasi mempunyai sistem up-flow

yaitu air mengalir dari bawah ke atas secara vertikal menuju ke tempat pengeluaran yang berada di bagian atas. Partikel-partikel akan mengendap ke bawah berlawanan arah dengan aliran air. Partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan lebih besar dari laju pelimpahan (Q/A), akan mengendap dan dapat dipisahkan. Sementara partikel yang lebih ringan yang kecepatannya lebih kecil akan terbawa ke pintu pengeluaran air. Tangki sedimentasi dapat berbentuk empat persegi panjang, lingkaran atau bujur sangkar. Pada prinsipnya tanki ini didisain agar air bergerak secara perlahan dan seragam dengan seminimal mungkin terjadi aliran pendek.

11


Ada pula proses pre-sedimentasi dengan tujuan untuk mengendapkan lumpur. Pada umumnya bentuk tangki adalah lingkaran dengan penampung di bagian bawah yang dilengkapi pengeruk lumpur. Standar GLUMRB menyarankan waktu tinggal tidak kurang dari 3 jam. Untuk tangki pengendap setelah proses flokulasi, Standar GLUMRB menyarankan sebagai berikut : waktu tinggal minimum 4 jam, maksimum kecepatan horisontal 15,2 cm/menit, maksimum beban pintu 2,5 m3 per hari/cm panjang pintu. Laju pelimpahan berkisar antara 2,1 hingga 3,3 liter per hari/cm2.

2.2.6. Filtrasi (Penyaringan) Tujuan penyaringan adalah untuk memisahkan padatan tersuspensi dari dalam air yang diolah. Pada penerapannya filtrasi digunakan untuk menghilangkan sisa padatan tersuspensi yang tidak terendapkan pada proses sedimentasi. Pada pengolahan air buangan, filtrasi dilakukan setelah pengolahan kimia-fisika atau pengolahan biologi.

Ada dua jenis proses penyaringan yang umum digunakan, yaitu penyaringan lambat dan penyaringan cepat. Penyaringan lambat adalah penyaringan dengan memanfaatkan energi potensial air itu sendiri, artinya hanya melalui gaya gravitasi. Penyaringan ini dilakukan secara terbuka dengan tekanan atmosferik. Sedangkan penyaringan cepat adalah penyaringan dengan menggunakan tekanan yang melebihi tekanan atmosfir.

Berdasarkan

jenis

media

filter

yang

digunakan,

penyaringan

dapat

digolongkan menjadi dua jenis, yaitu filter media granular (butiran) dan filter permukaan. Pada jenis media granular, media yang paling baik mempunyai karakteristik sebagai berikut: Ukuran butiran membentuk pori-pori yang cukup besar agar partikel besar dapat tertahan dalam media, sementara butiran tersebut juga dapat membentuk pori yang cukup halus, sehingga dapat menahan suspensi. Butiran media bertingkat, sehingga lebih efektif pada saat proses pencucian balik (backwash). Saringan mempunyai kedalaman yang dapat memberikan kesempatan aliran mengalir cukup panjang. Sejauh ini media yang paling baik adalah pasir yang ukuran butirannya hampir seragam dengan ukuran antara 0,6 hingga 0,8 mm. 12


Laju operasi untuk penyaringan ditentukan oleh kualitas air baku, pengolahan kimia yang diterapkan dan media filter. Pada umumnya laju penyaringan pada saringan pasir cepat adalah 82,4 liter per menit/m2. Sistem yang ada pada saat ini dapat menaikkan aliran hingga 206 liter per menit/m2. Unggun saringan yang terdiri dari dua jenis media, yaitu arang dan pasir menghasilkan lapisan media arang yang butirannya besar (berat jenis 1,4-1,6) berada diatas media pasir yang lebih halus (berat jenis 2,6). Susunan media dari atas ke bawah

kasar-halus, akan

memudahkan aliran air. Flok yang besar akan tertahan butiran arang di bagian atas/permukaan unggun.

Sementara materi yang lebih halus di butiran pasir di bagian bawah. Oleh karena itu pada unggun saringan yang kedalamannya tinggi dapat mencegah terjadinya penyumbatan yang terlalu dini di permukaan. Pada proses penyaringan cepat atau dengan tekanan, air dialirkan ke dalam unggun dengan tekanan. Saringan tekan umumnya tidak digunakan pada sistem pengolahan yang berskala besar karena keterbatasan ukuran. Saringan tekan lebih banyak digunakan pada pengolahan domestik berskala kecil.

Permasalahan yang timbul pada proses penyaringan lambat dengan gaya gravitasi adalah pengambilan endapan lumpur yang terbentuk pada lapisan atas permukaan. Pengambilan dapat dilakukan dengan proses pencucian balik, yaitu dengan membalikkan arah aliran air dari bawah ke atas. Pengaliran air pencuci ini biasanya harus mempunyai tekanan yang lebih besar agar mampu mengangkat lapisan endapan lumpur dan kemudian terbuang pada saluran air limpasan.

Proses pencucian balik pada unit alat penyaringan lambat dibutuhkan waktu yang lebih lama. Sedangkan pada unit penyaringan cepat, proses pencucian balik (backwashing) dapat dilakukan dengan lebih mudah dan lebih cepat. Dengan tekanan yang umumnya cukup besar, maka butiran media penyaring akan terangkat mengambang, sehingga butiran-butiran pengotor atau endapan yang melekat akan mudah hanyut dalam aliran air cucian yang mengalir lebih cepat dari bawah ke atas.

13


2.2.7. Adsorpsi Adsorpsi adalah penumpukan materi pada interface antara dua fasa. Pada umumnya zat terlarut terkumpul pada interface. Proses adsorpsi memanfaatkan fenomena ini untuk menghilangkan materi dari cairan. Banyak sekali adsorbent yang digunakan di industri, namun karbon aktif merupakan bahan yang sering digunakan karena harganya murah dan sifatnya nonpolar. Adsorbent polar akan menarik air sehingga kerjanya kurang efektif. Pori-pori pada karbon dapat mencapai ukuran 10 angstrom. Total luas permukaan umumnya antara 500 – 1500 m2/gr. Berat jenis kering lebih kurang 500 kg/m3.

2.2.8. Gas Stripping Pada saat ini penggunaan gas stripping hanya terbatas pada pengolahan air limbah. Zat-zat yang umum di stripping adalah amonia, hidrogen sulfida, sulfur dioxide dan phenol. Pada proses stripping air dialirkan ke bawah melalui media ring atau pada permukaan yang beralur. Sementara udara bersih atau gas lain dialirkan berlawanan arah. Sistem ini disebut teknik packed column. Pada sistem ini, aliran gas ke atas (disebut stripping gas)

mengambil gas-gas terlarut yang akan

dihilangkan dalam cairan. Pada saat cairan turun di dalam kolom, cairan mengeluarkan gas terlarut sementara gas pada phasa gas masuk ke dalam air. Perpindahan gas terjadi karena adanya ketetapan hukum mass transfer gas dan cairan. Efisiensi perpindahan tergantung pada :

Distribusi atau penyebaran air ke seluruh permukaan kolom

Luas area interface gas-cairan

Kemurnian dari stripping gas, untuk mencegah pengotoran air yang diolah

Distribusi gas stripping dalam kolom.

14


2.2.9. Flotasi Kebalikan dari proses pengendapan, flotasi adalah proses pemisahan padatan-cairan atau cairan-cairan yang dalam hal ini partikel atau cairan yang dipisahkan mempunyai berat jenis yang lebih kecil dari pada cairan. Apabila perbedaan berat jenis secara alamiah cukup untuk dilakukan pemisahan, maka proses flotasi dinamakan “flotasi alamiah” (natural flotation).

Apabila ditambahkan sesuatu dari luar untuk mempercepat pemisahan partikel, walaupun secara alamiah berat jenis partikel tersebut lebih ringan dari pada cairan, dinamakan “flotasi dibantu”(aided flotation). Istilah “flotasi terdorong” (induced flotation), diterapkan pada keadaan berat jenis partikel secara alamiah lebih besar dari pada cairan, namun dibuat agar berat jenisnya lebih kecil. Sebagai contoh penggabungan gas-partikel sehingga berat jenisnya lebih kecil dari cairan.

Kecepatan ‘gelembung gas naik’ pada aliran laminer digambarkan oleh persamaan Stokes’. V = g/18η . ( ρl - ρg) . d2 Dimana :

d = diameter gelembung ρ l = berat jenis cairan ρ g = berat jenis gas η = viskositas absolut

Dari persamaan ini dapat disimpulkan, bahwa semakin besar diameter gelembung semakin besar pula kecepatan naiknya.

15


2.2.9.1. Flotasi Dengan Microbubbles Proses induced flotation yang menggunakan gelembung halus atau microbubbles yang berdiameter 40 – 70 micron disebut dissolved air flotation (DAF). Teknik

yang

umum

digunakan

untuk

menghasilkan

microbubble

adalah

pressurization. Gelembung diperoleh dengan cara mengekspansi cairan yang telah banyak mengandung udara pada tekanan beberapa bar. Jenis tekanan yang dilepaskan akan menentukan kualitas gelembung yang dihasilkan. Cairan yang ditekan dapat air baku (full-flow pressurization) atau recycle air olahan (recycle pressurization).

Pada proses klarifikasi air permukaan atau air industri digunakan sistem recycle pressurization.

Pada kasus pemekatan lumpur, digunakan full-flow pressurization atau recycle pressurization,

2.2.9.2. Natural Flotasi Flotasi alamiah biasanya diterapkan pada proses pemisahan minyak. Pada flotasi

ini

kemungkinan

didahului

dengan

proses

penyatuan

gelembung

(microdroplets menempel satu dengan yang lain) untuk mencapai ukuran minimum sehingga terjadi pemisahan.

2.2.9.3. Aided Flotation (Flotasi Dibantu) Flotasi ini adalah flotasi alamiah yang ditingkatkan dengan menyemburkan gelembung udara. Proses ini biasa diterapkan pada pemisahan lemak yang terdispersi dalam cairan. Dalam sistem ini terdapat dua daerah; satu daerah untuk pencampuran dan emulsifying; yang lainnya daerah penenang untuk proses flotasi.

16


Penerapan Flotasi

Penerapan DAF (Dissolved Air Flotation) pada pengolahan air :

Pemisahan flok pada proses klarifikasi/penjernihan.

Pemisahan dan perolehan kembali serat pada efluen pabrik kertas.

Pemisahan minyak terflokulasi atau tidak terflokulasi dalam air limbah yang terdapat pada efluen refineri, airport dan pabrik baja.

Pemekatan lumpur dari pengolahan biologi air limbah atau dari proses klarifikasi air minum.

Klarifikasi cairan lumpur aktif.

2.2.10. Proses Membran Padatan terlarut dapat dipisahkan dari air atau air limbah melalui penggunaan membran semipermiable yang mempunyai diameter pori berukuran 3 angstrom. Apabila pemisahan terjadi dengan melewatkan air melalui membran maka proses disebut osmosis atau hyperfiltration. Proses sebaliknya yaitu melewatkan molekul atau ion terlarut melalui membran disebut proses dialysis. Sebagai tenaga penggeraknya dapat berupa fisik (tekanan), kimia (konsentrasi), panas (temperatur) atau listrik. Penerapan proses membran adalah desalinasi air untuk penggunaan air domestik dan air industri, pengolahan limbah industri dan pengambilan kembali (recovery) materi berharga dari aliran air buangan.

Reverse Osmosis

Apabila dua larutan yang mempunyai konsentrasi berbeda dipisahkan oleh membran semipermible, maka perbedaan chemical potential akan terjadi pada membran. Air akan menembus membran dari konsentrasi rendah/encer (potensi lebih tinggi) ke bagian yang konsentrasi tinggi/pekat (potensi rendah). Aliran akan terus berlangsung hingga beda tekanan mengimbangi perbedaan chemical potential.

17


Penyeimbang beda tekanan disebut tekanan osmotic dan besarnya tergantung pada karakteristik larutan, konsentrasi dan temperatur. Apabila tekanan diberikan pada arah sebaliknya dan lebih besar dari tekanan osmotic, maka yang terjadi aliran mengalir dari konsentrasi pekat ke konsentasi rendah. Proses ini disebut reverse osmosis.

2.2.11. Pengeringan / Pengolahan Lumpur Lumpur yang dihasilkan dari proses sedimentasi diolah lebih lanjut untuk mengurangi sebanyak mungkin air yang masih terkandung didalamnya. Proses pengolahan lumpur yang bertujuan mengurangi kadar air tersebut sering disebut dengan pengeringan lumpur. Ada empat cara proses pengurangan kadar air, yaitu secara alamiah, dengan tekanan (pengepresan), dengan gaya sentrifugal dan dengan pemanasan. Pengeringan secara alamiah dilakukan dengan mengalirkan atau memompa lumpur endapan ke sebuah kolam pengering (drying bed) yang mempunyai luas permukaan yang besar dengan kedalaman sekitar 1 atau 2 meter. Proses pengeringan berjalan dengan alamiah, yaitu dengan panas matahari dan angin yang bergerak di atas kolam pengering lumpur tersebut. Cara pengeringan seperti ini tentu saja sangat bergantung dari cuaca dan akan bermasalah bila terjadi hujan. Bila lumpur tidak mengandung bahan yang berbahaya, maka kolam pengering lumpur dapat hanya berupa galian tanah biasa, sehingga sebagian air akan meresap ke dalam tanah dibawahnya.

Tetapi bila lumpur mengandung bahan yang berbahaya (misalnya logam berat & 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 seperti ini memang tergolong mudah dan murah, namun membutuhkan waktu yang lama, serta tidak sesuai 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

18


unsur yang berbahaya, maka masih harus ditangani secara khusus, misalnya diolah lebih lanjut dengan pembakaran (incineration).

Pengeringan lumpur dengan cara tekanan (pengepresan) dilakukan dengan mengalirkan lumpur di antara dua plat (belt) yang berperforasi. 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 seperti ini sungguh efektif dan banyak digunakan untuk skala besar (pabrik). Cairan yang keluar apabila masih mengandung bahan yang berbahaya, maka harus diolah lebih lanjut. Pengeringan lumpur dengan cara ini dapat mengurangi kadar air di bawah 10%.

Selanjutnya bila lumpur kering masih mengandung bahan yang berbahaya, maka dapat diolah lebih lanjut, misalnya dengan pembakaran pada incinerator. Cara pengeringan dengan tekanan memang membutuhkan lebih banyak energi, namun prosesnya dapat jauh lebih cepat. Peralatan selain sistem belt, misalnya Plate & Frame Filter Press (PFFP). Alat ini merupakan susunan plat-plat berperforasi yang dirangkai sedemikian rupa sehingga lumpur yang dialirkan ke dalam sistem ini akan tersaring dengan cepat. Hasil pengeringan lumpur dengan PFFP sebenarnya kurang begitu baik, yaitu kadar air dalam lumpur kering masih di atas 10%, bahkan sampai 20%.

Proses pengeringan lumpur dengan gaya centrifugal (centrifuge), prinsipnya seperti proses pengeringan pada mesin cuci pakaian. Namun dalam peralatan ini, 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 air dari lumpur dengan cara ini dapat dilakukan dalam skala kecil sampai besar. Sistem ini sangat jarang digunakan di Indonesia, walaupun energi yang dibutuhkan tidak terlalu besar. Proses pengeringan lumpur dengan pemanasan biasanya diterapkan pada suatu pabrik yang mempunyai panas

buang

yang

cukup

tinggi,

sehingga

termanfaatkan dengan optimal.

19

panas

buang

tersebut

dapat


Panas berlebih yang umumnya diperoleh dari unit pembakaran (incinerator) dialirkan ke dalam unit pengeringan yang berupa silinder dan dilengkapi sistem pembawa lumpur yang berupa screw conveyor. Arah aliran udara panas berlawanan dengan arah aliran lumpur. Hasil pengeringan lumpur dengan sistem ini dapat mencapai 100% tergantung dari waktu tinggal lumpur dalam proses pengeringan tersebut. Hasil lumpur kering bila masih mengandung unsur berbahaya, maka dapat dilanjutkan dengan pembakaran lumpur dalam unit incinerator.

20


BAB 3 CONTOH DISAIN

B

erikut ini adalah contoh untuk desain Bak Pengendap, Koagulasi dan Flokulasi.

3.1. Disain Bak Pengendap Debit limbah cair (Q) = 5 l/dt

Kriteria Desain (Water & Wastewater Technology, Hammer, 1975):

Waktu tinggal

: 1 – 3 jam

Over flow rate

: 600 – 1500 gpd/sqft

Kedalaman bak

: 7 – 10 ft

Panjang : lebar

: (4 – 5 ) : 1

Weir loading

: 10.000 – 15.000 gpd/ft

Lebar maximum

: (20 – 35) ft

Performance

: BOD removal (30 - 40)% , SS removal (50 - 70)%

Perhitungan:

Over flow rate

= 700 gpd/sqft = 0,33 l/dt/m2

Luas permukaan

=

Q V

= 5 l/dt

=

15 m2

0,33 l/dt/m2

Direncanakan : Kedalaman bak pengendap

21

= 2,7 ft = 2 m


Panjang

= 6m

Lebar

= 1,25 m

Waktu tinggal

= 6 m x 1,25m x 2m = 3000 dt = 1 jam 5 l/dt

3.2. Koagulasi Desain untuk bahan kimia (alumunium sulfat), jumlah dosis didapat dari jar test.

Contoh:

Debit limbah cair (Q)

= 5 l/dt

Dosis koagulan

= 40 mg/l

Perhitungan: Alumunium sulfat (BJ = 2,2 kg/l) yang dibutuhkan = 40 mg/l x 5 l/dt = 200 mg/dt

Untuk pembubuhan dipakai pompa dengan Kadar suspensi larutan kapur

q

= 2000 cc/mt = 200 mg/dt = 6% 2000 cc/mt

Direncanakan periode pembuatan larutan

= 8 jam

= 8 jam x 2800 cc/menit = 1,344 m3

Volume larutan (untuk 8 jam)

Dimensi bak pelarut:

Kapasitas

= 1,344 m3

Kedalaman

= 1,0

Panjang

= 1,2

Lebar

= 1,2

m m m

22


3.3. Flokulasi Perhitungan untuk menentukan motor yang akan digunakan :

Debit limbah cair (Q)

= 5 l/dt

Direncanakan waktu tinggal, td = 30 menit Kecepatan gradien rata-rata(G)

= 40/dt

Efisiensi motor penggerak(Ef)

= 60%

Volume bak flokulasi (V)

= Q x td = 5 l/dt x 30 menit = 9 m3

Viskositas dinamik(m)

= 10 –3 kg/m.dt

Tenaga motor

= V x m x G2 Ef

Tenaga motor

= (9 m3)(10 –3 kg/m.dt) 0.60

23

(40/dt)

= 216 Watt


BAB 4 PENUTUP

D

alam praktek pengolahan air limbah kebanyakan proses-proses fisika digabungkan, dipadukan dan diakomodasi dalam satu kesatuan dengan proses kimia, yaitu yang dikenal dengan nama Physico-Chemical

Treatment. Beberapa keuntungan pengolahan air limbah dengan Physico-Chemical Treatment adalah dapat mengurangi suspended solid dan BOD cukup tinggi, dapat mengurangi phosphat sampai 70-90%, proses pengolahannya mempunyai toleransi terhadap temperatur, material beracun dan aliran yang tidak kontinyu, dan unit pengolahan membutuhkan ruang yang lebih kecil dibandingkan dengan unit pengolahan biologi. Kerugiannya adalah membutuhkan investasi yang tinggi, operasi butuh energi cukup tinggi dan banyak menghasilkan lumpur.

24


DAFTAR PUSTAKA 1. Lucjan Pawlowski, “Physico-Chemical Methods for Water and Wastewater Treatment”, First Edition, Pergamon Press, New York, 1980. 2. Degremont, “Water Treatment Handbook”, Sixth Edition, Lavoisier Publishing, Paris, 1991. 3. Mark J. Hammer, “ Water and Wastewater Technology “, Second Edition, John Wiley & Sons, New York, 1986. 4. Tsukishima Kikai Co., Ltd., “Sewage & Sludge Treatment”, Tokyo, 1996.

25


LAMPIRAN

(A)

(B)

(C)

(D)

Gambar 1. Beberapa Jenis Penyaring Yang Sering Digunakan Dalam Sistem Pengolahan

26


(A)

(B)

(C)

(D)

OO.. (E)

OOO. (F) Gambar 2. Beberapa Jenis Cara Aerasi 27


Gambar 3. Beberapa Jenis Reaktor Untuk Proses Flokulasi

28


Gambar 4. Beberapa Jenis Metoda Dan Peralatan Untuk Pencampuran.

29


Gambar 5. Sistem Penyaringan Pasir Cepat

30


A

B

C

Gambar 6. Proses Pengendapan Pada : (A) Aliran Horisontal Bak Persegi, (B) Aliran Radial Melingkar, (C) Tangki Sedimentasi Upflow

Gambar 7. Diagram Alir Suatu Unit Proses Flotasi

31


Gambar 8. Proses Aerasi Dengan Spray Nozzles

Gambar 9. - Injeksi Udara Tertekan Melalui Bafel Pencampur - Aerator Sistem Bubbling Dengan Tinggi Tekan Yang Kecil

32


Gambar 10. Proses Pencampuran Dengan Pompa Difusi

Gambar 11. Unit Pencampuran Dengan Pengadukan Mekanik

33


Gambar 12. Pengeringan Lumpur Dengan Sistem Centrifuge I

Gambar 13. Unit Pengering Lumpur Dengan Sistem Centrifuge

34


Gambar 14. Pengeringan Lumpur Dengan Sistem Centrifuge II

35


Gambar 15. Pengeringan Lumpur Dengan Cara Pengepresan

36

37

256.947

Timur

Barat

Selatan

Timur

akan

Datang

(2010)

TOTAL

Utara

Kondisi

Jakarta Pusat

TOTAL

247.350

Selatan

(1987)

1.882.686

495.461

468.354

398.882

266.233

253.756

1.038.025

210.790

Barat

Saat ini

143.506

Utara

179.432

(72,7)

(74,1)

(84,0)

(76,6)

(57,0)

(67,0)

(78,9)

(80,2)

(85,1)

(79,2)

(68,6)

(78,0)

448.933

93.891

87.205

86.312

60.298

121.227

172.651

35.372

35.146

35.770

20.622

45.741

(17.3)

(14,0)

(15,6)

(16,6)

(13,1)

(32,0)

(13,1)

(11,0)

(12,1)

(13,4)

(9,9)

(19,9)

PERKANTORAN KOMERSIAL

256.631

79.194

3.328

35.718

135.485

3.906

105.437

28.088

8.015

19.424

45.188

4.722

(9,9)

(11,8)

(0,4)

(6,9)

(29,3)

(1,0)

(8,0)

(8,8)

(2,8)

(7,3)

(21,6)

(2,1)

INDUSTRI

JUMLAH AIR LIMBAH YANG DIBUANG (m3/hari) DOMISTIK

Kondisi

Jakarta Pusat

WILAYAH

(Sebagai Satu Studi Kasus Dan Bahan Perbandingan)

2.588.250

668.546

557.887

520.912

462.016

378.889

1.316.113

320.407

290.511

265.984

209.316

229.895

TOTAL

Tabel 2. Jumlah Air Limbah Yang Dibuang Ke Badan Air Di Jakarta

39,7

35,6

38,2

40,4

33,1

76,8

20,2

17,1

19,9

20,6

15,0

46,6

Spesifik (m3/ha.hari)

Jumlah Limbah


Barat

Selatan

saat ini

(1987)

38

Barat

Selatan Timur

akan

datang

(2010)

TOTAL

Utara

424.212

111.121

105.354

89.917

60.604

57.216

Jakarta Pusat

Kondisi

245.264

60.486

58.361

49.827

34.159

42.433

(65,7)

(65,6)

(83,2)

(71,1)

(44,2)

(65,7)

(73,4)

(74,0)

(83,1)

(74,3)

(57,0)

(76,9)

DOMISTIK

TOTAL

Timur

Utara

Kondisi

Jakarta Pusat

WILAYAH

38

103.701

21.687

20.144

19.937

13.929

28.004

39.888

8.173

8.120

8.264

4.763

10.568

(16,0)

(12,8)

(15,9)

(15,8)

(10,1)

(32,2)

(12,0)

(10,0)

(11,6)

(12,3)

(8,0)

(19,1)

KOMERSIAL

PERKANTORAN

118.600

36.599

1.075

16.505

62.615

1.806

48.937

13.037

3.721

9.017

20.970

2.192

(18,3)

(21,6)

(0,9)

(13,1)

(45,7)

(2,1)

(14,6)

(16,0)

(5,3(

(13,4)

(35,0)

(4,0)

INDUSTRI

BEBAN POLUSI (Kg/hari)

(Sebagai Satu Studi Kasus Dan Bahan Perbandingan)

Tabel 3. Jumlah Beban Polusi Yang Dibuang Ke Badan Air Di Jakarta


646.513

169.407

126.573

126.359

137.148

87.026

334.089

81.696

70.202

67.108

59.892

55.191

TOTAL

9,9

9,0

8,7

9,8

9,8

17,6

5,1

4,4

4,8

5,2

4,3

11,2

Spesifik (kg/ha.hari)

Beban Polusi


BAGIAN 1 - A. Teknologi Pengolahan Limbah Cair Dengan Proses Fisika

Recommend Documents