PERANCANGAN PABRIK: IPAL
Dr. Ir. Susinggih Wijana, MS.
Lab. Teknologi Agrokimia, Jur Teknologi Industri Pertanian Universitas Brawijaya
Email :
[email protected]
1. PENDAHULUAN - Pengantar - Tujuan - Definisi
2. PENGELOLAAN AIR LIMBAH 3. DESAIN IPAL
1. PENDAHULUAN
Limbah dapat didefinisikan sebagai sisa hasil proses produksi yang sudah tidak dimanfaatkan lagi dan harus dikelola agar tidak menimbulkan pencemaran dan penurunan kualitas lingkungan. Sedangkan air limbah didefinisikan sebagai sisa hasil proses produksi yang bebentuk cair yang tidak dimanfaatkan lagi dan harus dikelola. Air limbah ini perlu dilakukan pengolahan agar tidak menimbulkan pencemaran dan penurunan kualitas lingkungan. Dengan demikian, setiap limbah cair yang dihasilkan harus dikelola dengan baik berdasarkan karakteristiknya agar dapat menurunkan kualitas bahan pencemar yang terkandung didalamnya dan aman di buang ke lingkungan. Dengan karakteristik seperti itu maka pengelolaan dan pengolahan limbah yang dilakukan juga perlu dirancang secara khusus meliputi upaya minimasi limbah dan pengolahan air limbah di Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL). Untuk itu dalam bab ini akan dibahas mengenai konsep pengelolaan air limbah melalui rancangan IPAL.
1.2 Tujuan a. Memberikan informasi mengenai konsep pengelolaan dan pengolahan air limbah b. Memberikan informasi mengenai cara merancang Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL)
11 Minggu 11 SELF-PROPAGATING ENTREPRENEURIAL EDUCATION DEVELOPMENT (SPEED)
1.1 Pengantar Dalam proses produksi agroindustri diperlukan berbagai bahan, air dan energi untuk menghasilkan suatu produk. Namun demikian, dalam proses produksi tidak ada efisiensi yang sempurna, sehingga masih dihasilkan limbah baik padat, cair ataupun gas.
MODUL
Perancangan Pabrik / IPAL
Brawijaya University
2012
2. PENGOLAHAN AIR LIMBAH Pada prinsipnya pengolahan air limbah dapat dikelompokkan menjadi enam tahapan pengolahan. Namun hal ini juga bergantung kepada jenis air limbah dan tujuan pengolahan tersebut.
Dari setiap fase di atas terdapat berbagai jenis pengolahan yang dapat diterapkan. Dari beberapa jenis pengolahan tersebut dapat dipilih gabungan pengolahan yang efektif untuk mengolah air limbah yang ada. Selain itu, untuk mengolah air limbah tidak selalu harus mengikuti tahapan-tahapan seperti di atas, akan tetapi perlu dilakukan penyesuaian sesuai dengan kebutuhan yang ada. Dengan demikian setiap unit bangunan/instalasi pengolahan air limbah akan ada perbeda tahapan dan jenis proses yang dipilih. Pengolahan Pendahuluan (Pre Treatment) Pengolahan pendahuluan ditujukan untuk menyaring benda terapung dan mengendapkan benda yang berukuran besar seperti sampah, lemak, kerikil atau pasir. Tahap selanjutnya adalah melakukan penyeragaman kondisi air limbah (equalization) yang meliputi debit dan keasaman air limbah. Pengolahan Primer (Primary Treatment) Pengolahan primer bertujuan untuk menghilangkan zat padat tersuspensi melalui pengendapan (sedimentatio) atau pengapungan (flotation). Proses pengendapan tahap pertama ini masih sederhana karena partikel-partikel yang ada diendapkan dengan cara gravitasi. Bahan kimia dapat digunakan untuk membantu proses pengendapan tersebut. Pengendapan biasanya dilakukan pada bak atau kolam pengendapan yang secara periodik dibersihkan endapannya. Pengolahan Sekunder (Secondary Treatment) Pengolahan sekunder bertujuan untuk mengurangi kadar bahan organik dalam air limbah dengan menggunakan proses biologi seperti lumpur aktif, trickling filter, anaerobic digester, biogas, dll. Terdapat dua hal penting dalam proses ini adalah penambahan oksigen dan pertumbuhan bakteri. Page 2 of 9
Perancangan Pabrik / IPAL
Brawijaya University
2012
Pengolahan Tersier (Tertiary Treatment) Pengolahan tersier dilakukan apabila setelah pengolahan pertama dan kedua masih banyak bahan polutan yang terdapat dalam air limbah. Pengolahan ini dilakukan secara khusus tergantung jenis bahan polutan yang ada. Beberapa alat yang biasa digunakan untuk pengolahan tersier adalah saringan pasir, saringan multimedia, vacum filter, penyerapan, dll. Pembunuhan Kuman (Desinfektion) Pembuhunah bakteri bertujuan untuk mengurangi atau membunuh mikroorganisme patogen yang ada dalam air limbah. Bahan kimia biasanya digunakan dalam proses ini seperti clorin. Pembuangan Lanjutan (Ultimate Disposal) Dari pengolahan air limbah biasanya dihasilkan lumpur. Lumpur tersebut perlu diolah lebih lanjut untuk menghilangkan tingkat polutannya dan kemudian dapat dimanfaatkan atau dibuang ke lingkungan. Beberapa proses pengolahan lumpur adalah pemekatan, penstabilan, pengurangan air, dan pengeringan.
3.
DESAIN IPAL
3.1
Pengumpulan Data
Untuk menentukan teknik pengolahan dan desain Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) diperlukan beberapa informasi terkait proses produksi atau pengolahan yang dilakukan, karakteristik air limbah yang dihasilkan dan baku mutu air limbah yang menjadi acuan penaatan.
http://indonetwork.co.id
www.koranjuri.com
1) Proses Produksi Proses produksi akan menentukan karakteristik limbah yang dihasilkan. Dengan bahan baku yang sama, nakun proses produksi yang berlainan, maka akan dihasilkan limbah yang berlainan pula. Dengan demikian, proses produksi menjadi informasi awal mengenai potensi limbah yang dihasilkan. Secara prinsip proses produksi menggunakan bahan baku, bahan tambahan, dan air yang diproses menggunakan teknik dan peralatan tertentu. Pada proses produksi terdapat bagan-bagian proses tertentu yang juga memungkinkan dihasilkannya limbah. Informasi mengenai potensi dan jenis limbah dari masing-masing tahapan proses selanjutnya perlu dianalisa untuk mengetahui karakteristik fisik, kimia atau biologinya. Pengetahuan mengenai sifat-sifat limbah akan sangat membantu dalam penetapan metode penanganan dan atau pembuangan limbah yang efektif. Penanganan biologik misalnya cocok dilakukan pada limbah cair yang mengandung bahan padatan Page 3 of 9
Perancangan Pabrik / IPAL
Brawijaya University
2012
organik terlarut. Limbah padat dengan kadar organik tinggi cocok untuk pembakaran atau pemupukan. 2) Karakteristik Air Limbah Karakteristik air limbah perlu dikenal karena hal ini akan menentukan cara pengolahan yang tepat sehingga tidak mencemari lingkungan hidup. Secara garis besar karakteristik air limbah yang diperlukan untuk mendesain IPAL meliputi karakterisitik fisik, biologis dan bakteriologis, kimia dan debit. Karakteristik Fisik Air limbah sebagian besar terdiri dari air dan sebagian kecil terdiri dari bahan-bahan padat dan suspensi. Karakterisitik fisik dalam air limbah yang diperlukan untuk pengelolaan dan pengolahan air limbah meliputi suhu, pH, padatan tersusupensi, padatan terlarut, dan warna. Karakteristik Biologis dan Bakteriologis Kandungan biologi dan bakteriologis terdapat juga dalam air limbah tergantung darimana sumbernya namun keduanya tidak berperan dalam proses pengolahan air limbah. Mikroorganisme dan bakteri pada air limbah dapat berupa eucaryotes (tanaman biji, spora, lumut), eubacteria, dan archaebacteria. Yang paling berbahaya adalah bakteri colli (E-colli dan Streptococci). Baktericolli berasal dari usus manusia dan makluk hidup lain (ayam, sapi, itik, babi). Selain itu pada air limbah juga ditemukan ganggang (fitoplankton) yang hidup dengan memanfaatkan nutrien serta jamur yang bermanfaat dalam menguraikan senyawa karbon. Karakteristik Kimiawi Pada umumnya, dalam air limbah pengolahan pangan, bahan kimia yang membutuhkan oksigen berada dalam bentuk terlarut, sedangkan dalam limbah peternakan sebagian besar terdapat dalam bentuk partikulat. Bahan kimia penting dalam air limbah yang berguna untuk mendesain dan menentukan teknik pengolahan air limbah meliputi: Bahan organik yang terdiri dari protein, karbohidrat, lemak, midetergen/surfactant, nyak dan gemuk serta fenol. Substansi organik dalam air limbah terdiri dari 2 gabungan, yakni: pertama, gabungan yang mengandung nitrogen, misalnya urea, protein, amine dan asam amino; dan kedua, gabungan yang tak mengandung nitrogen, misalnya lemak, sabun dan karbohidrat, termasuk selulosa. Bahan anorganik yang terdiri dari pH, klorida, sulfur, zat beracun, logam berat, dll. 3) Debit Karakteristik lainnya yang digunakan untuk pengolahan air limbah adalah debit atau jumlah aliran air per satuan waktu. Satuan waktu dalam penghitungan aliran air yang digunakan dapat dalam hitungan detik, menit, atau jam, atau juga dapat berupa debit sesaat, harian atau mingguan. Informasi mengenai debit dan mutu limbah yang dikeluarkan diperlukan untuk merancang fasilitas yang diperlukan untuk mengelola pengeluaran yang konstan atau sewaktu-waktu, yang disebabkan karena sifat musiman dari pengolahan buah dan sayuran, serta sifat limbah peternakan. 3.2 Teknik dan Metode Pengujian Sampel Teknik dan pengujian sampel untuk beberapa parameter penting dalam menentukan teknik pengolahan dan desain IPAL adalah sebagai berikut: Page 4 of 9
Perancangan Pabrik / IPAL
Brawijaya University
2012
1) Kebutuhan oksigen biokimia (Biochemical Oxygen Demand = BOD) Uji BOD adalah salah satu metode analisis yang paling banyak digunakan dalam penanganan limbah dan pengendalian polusi. Uji ini mencoba menentukan kekuatan polusi dari suatu limbah dalam pengertian kebutuhan mikroba akan oksigen dan merupakan ukuran tak langsung dari bahan organik dalam air limbah. Uji BOD distandarisasi pada periode 5 hari, suhu 200 C. Sampel disimpan dalam botol yang kedap udara. Stabilisasi yang sempurna dapat membutuhkan waktu lebih dari 100 hari pada suhu 200C. Periode inkubasi yang lama ini tidak praktis untuk penentuan rutin. Oleh karena itu prosedur yang disarankan oleh AOAC (Association of Official Analytical Chemists) adalah periode inkubasi 5 hari dan disebut BOD5. Nilai ini hanya merupakan indeks jumlah bahan organik yang dapat dipecah secara biologik bukan ukuran sebenarnya dari limbah organik. Air limbah domestik yang tidak mengandung limbah industri mempunyai BOD kira-kira 200 ppm. Limbah pengolahan pangan umumnya lebih tinggi dan seringkali lebih dari 1000 ppm. Walaupun BOD5 merupakan pengukuran umum untuk polusi air, uji BOD memakan waktu dan reprodusibilitasnya rendah. Uji-uji seperti kebutuhan oksigen secara kimia (COD) dan karbon organik total (TOC) lebih cepat, lebih andal, dan lebih reprodusibel. 2) Kebutuhan oksigen secara kimia (Chemical Oxygen Demand=COD) Uji COD adalah suatu pembakaran kimia secara basah dari bahan organik dalam sampel. Larutan asam dikromat (K2Cr2O7) digunakan untuk mengoksidasi bahan organik pada suhu tinggi. Berbagai prosedur COD yang menggunakan waktu reaksi dari 5 menit sampai 2 jam dapat digunakan. Metode ini dapat dilakukan lebih cepat dari uji BOD. Oleh karena uji COD merupakan analisis kimia, uji ini juga mengukur senyawa-senyawa organik yang tidak dapat dipecah seperti pelarut pembersih dan bahan yang dapat dipecah secara biologik seperti yang diukur dalam uji BOD. Penggunaan dua katalis perak sulfat dan merkuri sulfat diperlukan masingmasing untuk mengatasi gangguan klorida dan untuk menjamin oksidasi senyawa-senyawa organik kuat menjadi teroksidasi. Limbah hewan dan limbah pengolahan pangan seperti pengolahan saurkraut, pikel dan zaitun dapat mengandung konsentrasi klorida yang tinggi dan akan membutuhkan merkuri sulfat dalam analisis COD atau factor koreksi klorida. Senyawa-senyawa benzena dan ammonia tidak diukur oleh uji ini. Prosedur COD tidak mengoksidasi ammonia walaupun mengoksidasi nitrit. 3) Karbon organik total (Total Organik Carbon = TOC) Karbon organik total (TOC) mengukur semua bahan yang bersifat organik. TOC diukur dengan konversi karbon organik dalam air limbah secara oksidasi katalitik pada suhu 9000 C menjadi karbon dioksida. Metode pengukuran polusi ini cepat (5-10 menit) dan dapat diulang, memberikan perkiraan kadar karbon organik dari air limbah secara cepat. Nilai TOC sangat berkorelasi dengan uji-uji BOD5 standar dan COD, bila limbah relatif seragam. Uji BOD dan COD menggunakan pendekatan oksigen, TOC menggunakan pendekatan karbon. Senyawa-senyawa yang dianalisis dalam uji TOC, seperti selulosa, hanya memecah secara lambat dalam lingkungan alamiah. Nilai TOC akan berubah bila limbah diberi penanganan dengan berbagai metode.
Page 5 of 9
Perancangan Pabrik / IPAL
Brawijaya University
2012
www. anuaenv.ie
www.labman.co.uk
4) Kebutuhan oksigen total (Total Oxygen Demand = TOD) Kebutuhan oksigen total (TOD) dari suatu bahan didefinisikan sebagai jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran semua bahan pada suhu 9000C menggunakan katalis Platinum. Proses mengoksidasi semua bahan organik dan bahan anorganik yang tidak teroksidasi sempurna. Kebutuhan oksigen dari karbon, hydrogen, nitrogen, dan sulfur dalam suatu contoh air limbah diukur dengan metode ini. 5) Residu dalam limbah cair Residu dalam air limbah dapat berupa padatan terendapkan dan padatan tersuspensi total. Padatan terendapkan adalah padatan dalam limbah cair yang mengendap pada dasar dalam limbah cair yang mengendap pada dasar dalam waktu 1 jam. Padatan ini biasanya diukur dalam kerucut Imhoff berskala dan dilaporkan sebagai ml padatan terendap per liter. Padatan terendap merupakan indikator jumlah padatan limbah yang akan mengendap dalam alat penjernih dan kolam pengendapan. Penetapan endapan ini mudah dilakukan dan berguna bila akan merancang sistem penanganan pengendapan. Padatan tersuspensi total kadangkadang disebut residu yang tidak dapat disaring, ditetapkan dengan cara menyaring sejumlah volume air limbah melalui filter membran. (tikar gelas fiber) dalam cawan gouch. Berat kering dari padatan tersuspensi total diperoleh setelah satu jam pada suhu 103-1050C. 6) Padatan terlarut total Padatan terlarut total ditetapkan dalam berat contoh yang telah disaring dan dievaporasi atau sebagai perbedaan antara berat residu setelah evaporasi dan berat padatan tersuspensi total. Oleh karena larutan ini sulit dihilangkan dari air limbah, maka pengetahuan mengenai padatan terlarut total adalah penting bila menangani air limbah.
3.3 Penentuan Desain IPAL Desain Instalasi Pengolahan Air Limbah ditentukan oleh beberapa faktor yaitu: Page 6 of 9
Perancangan Pabrik / IPAL
Brawijaya University
2012
1) Debit Air Limbah Desain IPAL dipengaruhi oleh debit air limbah yang dihasilkan, karena debit digunakan sebagai penentuan volume unit-unit pengolahan air limbah. Bila debitnya besar maka volume unit pengolahannya harus dibuat besar untuk dapat menampung air limbah tersebut. Terlebih lagi bila akan digunakan unit pengolahan yang membutuhkan waktu tinggal, maka perhitungan volume unit pengolahannya dikalikan dengan waktu tinggalnya. 2) Aliran Air Limbah Industri yang beroperasi sepanjang waktu akan menghasilkan aliran air limbah yang terus menerus. Biasanya air limbah berasal dari setiap unit produksi dalam jumlah yang beragam. Untuk jenis aliran seperti ini dapat didesain bak pengatur aliran dan keseragaman kualitas air limbah sebelum masuk ke unit pengolahan utama. Bak ini disebut bak equalisasi yang dapat pula dilengkapi dengan pembubuh bahan kimia untuk mengkondisikan sifat air limbah yang diinginkan. Industri yang beroperasi hanya pada waktu tertentu saja akan menghasilkan air limbah hanya pada waktu tersebut. Biasanya air limbah yang dihasilkan hanya sesaat namun dalam jumlah yang besar. Industri yang aliran limbahnya seperti ini misalnya adalah industri pembuatan tempe, tahu, rumah pemotongan hewan (RPH) dan rumah pemotongan unggas (RPU).Untuk industri seperti ini maka desain IPALnya dipilih yang dapat menerima aliran sesaat atau shock loading seperti pengolahan fisik (penyaringan dan pengendapan), pengolahan kimia (koagulasi dan flokulasi) dan pengolahan biologi (anaerobic digester). 3) Parameter Pencemar (Karakteristik) Air Limbah Setiap industri memiliki parameter pencemar yang berlainan hal ini terkait dengan penggunaan bahan baku dan proses produksi yang juga berlainan. Bahkan, industri sejenispun dapat memiliki karakteristik air limbah yang tidak sama karena penanganan bahan dan penggunaan air yang tidak serupa. Secara umum parameter pencemar atau karakteristik air limbah ditentukan oleh jenis bahan baku yang digunakan dan proses yang dilakukan. Bila bahan baku yang digunakan adalah bahan organik maka limbah yang digunakan akan memiliki Page 7 of 9
Perancangan Pabrik / IPAL
Brawijaya University
2012
kandungan bahan organik, demikian juga bila industri tersebut menggunakan bahan kimia dalam proses produksinya, amaka dalam air limbahnya akan ditemui kandungan bahan kimia tersebut dalam ikatan aslinya atau ikatan dengan bahan kimia lainnya. Dengan bahan yang sama namun proses berbeda maka akan dihasilkan karakteristik air limbah yang berbeda. Dengan bahan baku kedelai, industri tahu dan tempe menghasilkan karakteristik air limbah yang berlainan. Kandungan bahan organik dan padatan dalam limbah tahu lebih banyak karena ada proses penghancuran kedelai dan penyaringan bubur tahu. Jenis parameter pencemar utama dalam air limbah adalah bahan organik, bahan an-organik, minyak dan lemak, mikroorgsnisme, warna dan bahan padatan. Untuk masing-masing jenis parameter pencemar tersebut dapat digunakan unit pengolahan tertentu agar dapat dikurangi konsentrasinya atau tingkat bahayanya. Unit-unit pengolahan air limbah tersebut ada yang secara khusus untuk mengolah pencemar tertentu, namun ada juga yang berfungsi untuk mengolah secara bersama-sama beberapa jenis bahan pencemar. 4) Baku Mutu Air Limbah Baku mutu air limbah adalah ukuran batas atau kadar unsur pencemar dan/atau jumlah unsur pencemar yang ditenggang keberadaannya dalam air limbah yang akan dibuang atau dilepas ke dalam sumber air dari suatu usaha dan/atau kegiatan Pada baku mutu air limbah diatur beberapa hal terkait kadar bahan pencemar, kuantitas dan beban pencemaran daam air limbah yang diperbolehkan dibuang ke lingkungan. Secara umum, gabungan beberapa unit pengolahan berupa penyaringan, pengendapan, pengolahan biologi dan pemanfaatan lumpur (sludge) serta pemanfaatan gas/energi dapat dijadikan pilihan untuk instalasi pengolahan air limbah kegiatan agroindustri. 5) Ketersediaan Lahan atau Ruang Besarnya lahan atau ruang bagi instalasi pengolahan air limbah ditentukan oleh beberapa faktor sebagai berikut: volume limbah yang dihasilkan, kadar dan keragaman bahan pencemaran air limbah dan pilihan jenis unit pengolahan air limbah. Beberapa kegiatan agroindustri seperti pengolahan kelapa sawit, karet, dan gula memiliki lahan yang cukup luas karena biasanya berlokasi di dekat perkebunannya. Namun demikian, agroindustri seperti pengolahan susu, kedelai, rumah potong hewan, dll karena berlokasi di perkotaan atau dekat perkotaan memiliki lahan yang minim untuk penggunaan instalasi pengolahan air limbah. 6) Ketersediaan Biaya Pembangunan (konstruksi), operasional dan perawatan IPAL membutuhkan pembiayaan yang tidak murah. Terdapat bangunan atau unit pengolahan yang terbuat dari semen (bak penyaringan, bak pengendapan, biogas, bak kontrol, bak pengering lumpur, dll), terbuat dari besi (trickling filter, RBC, anaerobic digester, dll), dan terbuat dari plastik atau fiber (biogas). Selain itu terdapat unit pengolahan yang tidak membutuhkan peralatan penunjang, namun ada pula yang membutuhkan peralatan penunjang mekanik dan elektrik. Peralatan penunjang ini membutuhkan pembiayaan dalam pembangunan, operasional dan perawatannya. Biaya operasional dapat berupa biaya untuk membeli bahan yang diperlukan dalam proses IPAL (koagulan, kapur, aktivator, dll), membayar Page 8 of 9
Perancangan Pabrik / IPAL biaya energi laboratorium.
(listrik
atau
Brawijaya University energi
2012
lainnya), membayar tenaga kerja dan biaya uji
Instalasi pengolahan air limbah perlu dirawat agar beroperasi secara optimal. Banyak dari IPAL kegiatan agroindustri yang tidak lagi beroperasi atau berfungsi optimal karena tidak menganggarkan pembiayaan perawatan IPAL. Perawatan IPAL terdiri dari kegiatan pengecekan fungsi alat dan bangunan serta perbaikan alat dan bangunan. Alat pengolahan biologi yang relatif rendah biaya konstruksi, operasional dan perawatannya adalah biogas. Alat ini dapat digunakan untuk mengolah limbah dengan bahan organik yang tinggi, dan mengandung padatan tersuspensi. Biogas juga menghasilkan gas yang dapat digunakan untuk menjalankan generator listrik, menyalakan kompor, patromax, alat pemanas, dll, sehingga dapat menghemat biaya pembelian/pembayaran energi yang lain.
REFERENSI Potter, Clitton, M. Suparwadi dan Aulia Gani, 1994, Limbah Cair Berbagai Industri Di Indonesia: Sumber, Pengendalian dan Baku Mutu, Kementerian Negara Lingkungan Siregar, Sakti A, 2005, Instalasi Pengolahan Air Limbah: Menuntaskan Pengenalan Ala-Alat dan Sistem Pengolahan Air Limbah, Penerbit Kanisius, Yogyakarta Hidup dan Dalhousie University Canada, Jakarta Wong, Lawrence K., et. al. (Ed), 2004, Handbook of Industrial and Hazardous WastesTreatment, 2nd edition, Marcel Dekker Inc., New York
PROPAGASI
A. Latihan dan Diskusi (Propagasi vertical dan Horizontal) 1. Bandingkan pengolahan air limbah untuk industri skala kecil dan besar? 2. Beri contoh-contoh cara pengolahan air limbah yang Anda ketahui!
B. Pertanyaan (Evaluasi mandiri) 1. Bagaimana tahapan pengolahan air limbah? 2. Sebutkan data apa saja yang perlu diketahui untuk membangun IPAL? 3. Bagaimanakah Teknik Pengujian Sampel pada IPAL? 4. Sebutkan dan Jelaskan komponen yang harus diperhatikan dalam mendesain IPAL!
Page 9 of 9
