Dr. Lilis
, s.T., M.Sc. S.T., M.Sc.
Dr.Joni
PERANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN
LIMBAH CAIR
rB {. I
dI
a
b7)
r
\-
T
*>
(
t
I
PERANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN
LIMBAH CAIR Aktivitas manusia mempunyai pengaruh besar terhadap lingkungan. Senyawa atau zat kimia pencemar (polutan) sering terkonsentrasi di lingkungan melalui prosesproses industri, produksi tenaga listrik dan lain-lain. Ketika polutan telah masuk ke lingkungan, membersihkan lingkungan dari zat tersebut sangatlah sulit yang akan memakan waktu dan biaya. Sehingga pengembangan teknologi bersih dan kemudian implementasi pengolahan aliran limbah cair yang efektif adalah langkah yang diperlukan untuk melindungi pencemaran lingkungan dimasa mendatang. PERANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN LIMBAH CAIR membahas metode reduksi zat pencemar didalam aliran limbah cair melalui proses pengolahan secara fisika, kimia dan biologi. Setiap proses pengolahan yang dibahas mempunyai kelebihan dan kekurangan. Namun setiap proses pengolahan terebut dapat berhasil diterapkan apabila kondisi operasinya sesuai kebutuhan. Kombinasi proses pengolahan sering lebih berhasil dibandingkan menggunakan salah satu proses pengolahan saja. Walaupun tidak semua metode pengolahan limbah cair yang di bahas didalam buku ini, metoda pengolahan limbah cair potensial yang berguna dibahas didalam buku ini. Setiap bab menampilkan prinsip dasar teknologi dan aplikasinya pada sistem pengolahan limbah cair.
AKADEMIK ISBN: 1?g-t0e-bSb5-l,l-8
lXU RA
ANUGRAH
Urnm naXAnll
@ Q @
Aura-Publishing @Aura-Publishing
***."rrr-publishing.com
illlltltjtltiltfl ffililtl
PER PEI
LII
Dr.
I
Dr. .
Ha"L pcncrbitan pada peni:tbit Tidak boleh diproduksi sebagian atau seluruhnya dalan'r bentuk apapun Tanpa irirr tertulis dari pengarang dan/atau penerbit
Kutipan Pasal ?3:
t.
Sanksi pelan-egaran Undang-undang Hak Ciflta (l"JU Nu. l0'Iahun 2013) Barang siapa dengan sengaja dan tanpa hak metrakukan perbuetan sebagaimana dimaksud dalam Pasal 2 ay-at (l ) atau Pasal (49) ayat (1 ) dan ayat (2i dipidana dengan pidana penjara masing-masing paling singkat t tiatui Uuian ,taryitau denda palingY sedikit Rp. : :.: :r) :tt:r .l l. 000.0O0.m (satu juta rupiah). atau pidana penjara pCling lams ? (tujuh) uh) tahu# rahun d*tr,,al*u d*n arr dmrda pating banyak Rp. 5. 000.000.000,00 (tima rniliar rupiah; Barang siapa dengan sengaja menyiarkan. memanrerkeq:mengedarkao, atau menjual kepada umum suatu Ciptaan atau hasil liaran$ hasit pelanggaran Hak Cipta atau Hak Terkair sebageimana dirnaksud ayat { i) dipidtn Uingan pi{lana penlara pating lama 5 (linu) rahrm dan atau denda paling banyak Rp. 500.0CI0.000,00 (lima ratus juta rupiah)
ffi
)
r
r
-
PERANCANGAN SISTEM
PENGOLAHAN LIMBAH CAIR Dr. Lilis Hermida, S.T., M.Sc. Dr. Joni Agustian, S.T,, M.Sc.
IXLJ
RA
ANUGRAH UTAMA RAHARJA
Perpustakaan Nasional Rl: Katalog Dalam Terbitan (KDT)
Bir
ka PERANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN LIMBAH CAIR
sal SA
Penulis: Dr. Lilis Hermida, S.T., M.Sc. Dr. Joni Agustian, 5.T., M.Sc.
PE
lin Desain Cover & Layout Team Aura Creative
ter
Penerbit Anugrah Utama Raharja (AURA) Anggota IKAPI No.oo3/LPU/2013
SU
CV.
pr lin
tel
lin Alamat
m(
Jl. Prof. Dr. Soemantri Brojonegoro, Komplek Unila
Gedongmeneng Bandar Lampung HP.081281430268 E-mail : au
[email protected] Website : www.a ura-publ ishing.com
m(
xxiv + 177 hal:l5,5 x 23 cm Cetakan, Desember 2016
ke
ISBN: 1?8-b0a-tSt5-11-&
Kc
m(
pr
be
m( SC
llllll
ilJtltllllLtil LtllltLl
ll
Hak Cipta dilindungi Undang-undang
ini
dir da
Bismillahirahmanirahim, Assalarqualaikum warahmatullahi wabarakaatuh, Alhamdulillah puji syukur kehadirat Allah SWT sholawat dan salam kami sampaikan kepada junjungan Rasulullah Muhammad SAW karena pada akhirnya buku ajar PERANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN LIMBAH CAIR dapat diselesaikan.
Aktivitas manusia mempunyai pengaruh besar terhadap lingkungan. Senyawa atau zat kimia pencemar (polutan) sering terkonsentrasi di lingkungan melalui proses-proses industri, produksi tenaga listrik dan lain-lain. Ketika polutan telah masuk ke lingkungan, membersihkan lingkungan dari zat tersebut sangatlah sulit yang akan memakan waktu dan biaya. Sehingga pengembangan teknologi bersih dan kemudian implementasi pengolahan aliran limbah cair yang efektif adalah langkah yang diperlukan untuk melindungi pencemaran lingkungan dimasa mendatang. PERANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN LIMBAH CAIR membahas metode reduksi zat pencemar didalam aliran limbah cair melalui proses pengolahan secara fisika, kimia dan biologi. Setiap
proses pengolahan yang dibahas mempunyai kelebihan dan kekurangan. Namun setiap proses pengolahan terebut dapat berhasil diterapkan apabila kondisi operasinya sesuai kebutuhan. Kombinasi proses pengolahan sering lebih berhasil dibandingkan menggunakan salah satu proses pengolahan saja. Walaupun tidak semua metode pengolahan limbah cair yang di bahas didalam buku ini, metoda pengolahan limbah cair potensial yang berguna dibahas didalam buku ini. Setiap bab menampilkan prinsip dasar teknologi dan aplikasinya pada sistem pengolahan limbah cair.
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
Buku ini merupakan salah satu buku ajar pada mata kuliah 'Perancangan Sistem Proses Pengolahan Limbah Cair' yang ditujukan untuk mahasiswa jurusan Teknik Kimia.
Semoga buku ini
bermanfaat.
m ,
SI
Wassalamualaikum warahmatullahi wabarakatuh. 1,.
Bandar Lampung, Novemb et 2016
Dr. Lilis Hermida, S.T., M.Sc.
3.
Dr. Joni Agustian, S.T., M.Sc. 4.
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
n
g
Kami sangat berterima kasih kepada pihak-pihak
yang membantu penyusunan dan penerbitan buku ajar PERANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN LIMBAH CAIR ini, yaitu:
1.
Dekan FT UNILA atas atas dukungannya berupa bantuan finansial melalui Program Hibah Buku Ajar Fakultas Teknik.
2.
Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNILA atas dukungannya dalam kesempatan pembuatan buku ajar ini.
3.
Para mahasiswa yang mengambil mata kuliah Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair karena tanpa kalian kami tidak bersemangat dalam menyiapkan bahan-bahan perkuliahan.
4.
Fabyan Mayhar dan
Firli Gustav Alfathan, anak-anak
kami tercinta yang telah mengerti dan memberikan waktu yang tenang selama penyusunan buku ini.
Dr. Lilis Hermida, S.T., M.Sc. Dr. Joni Agustian, S.T., M.Sc.
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
I(ATA
PENGANTAR
ii
......!.........
UCAPAN TERIMAIGSIH...
iii
DAFTAR ISI .........
iv
DAFTAR
TABEL
........................
ix
OBJEKTIF DAN RANGKUMAN
xii
.
PENGOI,AHAN LIMBAH CAIR SECARA FISIIG..
BAB I PROSES FILTRASI DAN MEMBRAN............
1
2
1.2 Filtrasi
4
1.3 Mikrofiltrasi
BAB
2
1,1 Pendahuluan Cake
BAE
viii
DAFTAR GAMBAR
BAGIAN 01
BA(
........
1,.4 Ultrafiltrasi .........
1.5 Reverse Osmosis
1.6 Peralatan Separasi Membran
BAB ............
BAB II PROSES KOAGULASI LIMBAH CAIR...... 2.1, Koagulasi Koloid
15
2.2 Koagulas
18
2.3 Proses Pengolahan Limbah Cair Secara Kimia Fisika
ZO
2.4 Pemisahan Fosfor dari Limbah Domestik
26
UI
PROSES SEDIMENTASI LIMBAH CAIR
3.1 . :: Att,
Pendahuluan
,
VllI:
15
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
29
BAB
3.2 3.3
r rst
ii
iii
BAGIAN
BAB
IV
iv
viii ix xii
1
BAB V
02.
4
BAB
VI
15 18
20 26 29 29
41
4.1,
Pendahuluan
42
4,2
Kelebihan dan Kekurangan Proses Secara Kimia
43
4.3 Prinsip-prinsip Dasar 4. 4 Persamaan Nenrst 4.5 Diagram Purbaix
46
PENGATURAN pH
48
44 45
Pendahuluan
48
Titrasi Asam Basa
49
Hidrolisis
50
Presipitasilon-lon Logam
50
Pemilihan Reagent
52
REDUKSI DAN OKSIDASI KIMIA
1 6.2 BAB VII
36
42
6. 15
Pengendapan Partikel Flukolan (Tipe If) ......,..
FUNDAMNITTAI, PROSES SECARA KIMIA
5.
2
30
PENGOI,AHAN LIMBAH CAIR SECARA KIMIA
1 5.2 5. 3 5.4 5. 5
2
Pengendapan Partikel Diskrit (Tipe I) .............
55
Zat-zat Pengoksidasi dan Penggunaan
56
Zat-zat Pereduski dan Penggunaan
64
PROSES ELEKTROKIMIA PENGOI,AHAN
LIMBAH CAIR
.1, 7. Z 7.3 7. 4 7
Pendahuluan
68
Prinsip Dasar Elektrokimia
69
Pemisahan Logam
73
Proses Membran
75
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
BAGIAN 03 BAB
VIII
- PENGOI.AHAN LIMBAH CAIR SECARA
1 8. Z 8. 3 8. 4 8. 5
8.
IX
.............
Definisi.
78
Istilah-istilah Umum................
79
Faktor DesainUPB..........
82
Klasifikasi UPB....
83
Mikrobiologi UPB
84
PROSES LUMPUR AKTIF
90
1 Gambaran Umum Proses g. Z Jenis Proses dan Parameter Perancangan ""' 9. 3 Aerasi LumPur Aktif 9. 4 Proses ComPlete Mix Reactor 9. 5 Proses Plug Flow Reactor 9. 6 Proses Oxidation Ditch 9.7 Proses Kolam Aerasi 9. 8 Proses Kontak Stabilisasi ........... 9. I Proses Sequenching Batch Reactor
90
9.
BAB
Xffi
X
77
KONSEP PENGOLAHAN LIMBAH CAIR SECARA
BIOLOGI
BAB
BIOLOGI
92 93 97 103 105 106 106 107
9.
10 Perbandingan Proses Lumpur Aktif
108
9.
11 Unit Sedimentasi/Klarifikasi
108
PROSES AEROBIK PERTUMBUHAN MELEIGT
111,
10.
1 Pendahuluan........
111,
10.
Z Filter Tetes
112
10.
3
121,
Rotating Biological Contactor....""'
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
B.r
RT
77
BAB XI
PROSES ANAEROBIK PERTUMBUHAN
TERSUSPENSI
125
Anaerobik 11.2 Produksi Metana 11. 3 Bioreaktor {,JASB 11.4 Anaerobic Digester .......... 11,.1 Perombakan Biologi
78 79 82
83
BAB
XII
.. ..
MELEI(AT
I Pendahuluan 12.2 Filter Anaerobik ...........
84'
12.
90 90
PROSES ANAEROBIK PERTUMBUHAN
125
REFERENSI
128 128 137
140 14O 141
146
92 93 97
I
r03 105
106 106 1,07
108 108 111 111
112 t21,
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
Tal
Tal Tabel1.1.
Klasifikasi proses filtrasi dan membran
Tabel
Kinerja koagulan pada pemisahan limbah kertas
2.1.
Tal
dan pulp
Tabel 6.1.
Tal 24
Jenis polutan dan aplikasi proses reduksi-
Tal
oksidasi
56
Unit pengolahan limbah cair berdasarkan fungsi
79
Tabel 8.2.
Prosedur dan kriteria BOD
80
Tabel 8.2.
Turunan kombinasi kedua kelompok UPB
84
Tabel 8.3.
Kelompok mikroorganisme berdasarkan sumber energi dan karbon
87
Tabel 9.1.
Keuntungan dan kerugian proses lumpur aktif
91
Tabel 9.2.
Performa proses lumpur aktif berdasarkan
Tabel 8.1.
Tal Tal
karakter limbah cair Tabel 9.3.
Tabel 9.4.
92
.......
Pengaruh karakteristik limbah faktor desain....
cair
terhadap
Kelebihan dan kekurangan proses lumpur aktif
CMR Tabel 9.6.
Tabel 9.7.
97
Kelebihan dan kekurangan sistem proses lumpur aktif parit
105
Kelebihan dan kekurangan sistem proses lumpur aktif pFR.........
108
oksidasi
Tabel
9.9.
Tabel
10.1. Karakteristik
Perbandingan proses lumpur trichLing
aktif
fiLter
Tabel 1O,2. Kelebihan dan kekurangan filter
Xiiiti.:
93
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
108 113
tetes
113
L 4
Tabel 1O.3. Perbandingan karakteristik
115
11.1.
Kelebihan dan kekurangan proses anaerobik........
127
Tabel
11.2.
Perbandingan proses aerobik dan anaerobik.........
127
Tabel 11.3.
Perbandingan produksi biogas beberapa limbah
cair........ Tabel
11.4.
Tabel
11.4.
;6
Tabel12.1. ,0
tetes Tabel
',4
r9
media isian filter
128
proses Patokan nilai dalam perancangan AD Karakteristik kinetika rerata
Kelebihan dan kekurangan filter anaerobik
135 139
...........
i4
\7
l1
t2
)3
)7
)5
)8 )8 13 13
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
141
Ga
':',,iiili
Ga o J
Gambar
1.1.
Pembagian proses filtrasi membran ......"""
Gambar
1.2.
Diagram skematik cak'e fiilter
C)
Ga
Gambar
1.3.
Diagram skematik suatu filter dr(rm berputar "'
7
Ga
Gambar
1.4. Penampang
7
Ga
Gambar
1.5.
8
Ga
Gambar
1.6. Proses
Gambar
lintang suatu /iLter press
Unit mikrofiltrasi aliran silang ultrafiltrasi Partikel
10
Ga 1.7.
Kurva fluks ultrafiltrasi
10
Ga
Gambar 1.8. Polarisasi konsentrasi pada permukaan membran Gambar
1.9. Proses osmosis
Gambar
2.1.
Gambar
2.2, Suatu
terbalik air laut
Mekanisme koagulasi partikel solid
partikel koloid sangat negatif dengan medan elektrostatik sedimentasi gravitasi
Gambar
3.1. Proses
Gambar
3.2. Tipe pengendapan Partikel solid
Gambar
3.1.
Fraksi massa partikel sebagai fungsi
kecePatan PengendaPan
Gambar 3.2. Fraksi
12 1Z
16
Ga
Ga
Ga 17
30
Ga
31
Ga (ra JJ
Ga
massa partikel sebagai fungsi kecepatan
pengendaPan
Ga
Gambar 3.3. Fraksi massa partikel sebagai fungsi kecepatan pengendaPan
Ga
35
Ga
Gambar 3.4. Kontur konsentrasi yang sama untuk Pengendapan
Gambar 4.1. Diagram Pourbaix untuk Manganese
,ffi'
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
39
Ga
47
Ga
Gambar Gambar
5.1
6.1.
Kurva titrasi untuk netralisasi asam kuat dengan berbagai jenis basa P
ro
se
s br e akp
oint cltl,orinatron:
Ku
rva kl o ri n
residu.... 6.2. Diagram Pourbaix
Gambar
7.1.
Diagram skematik suatu jenis sel elektrokimia...
Gambar
7.2.
Tipikal reaksi elektroda
Gambar
7.3.
Diagram skematik variasi potensial pada suatu sel elektrokimia
7.4. Sel CEER
Gambar
7.5.
untuk Kromium
.............
untuk regenerasi zat pengetsa
72
73
76
8.1. Proses
Gambar
8.2. Proses respirasi aerobik pada suatu sel
biologi reduksi zat organik limbah cair...
mikroorganisme 8.3. Biodegradasi anaerobik
limbah cair
polutan dalam 82
.......
Gambar
8.4. Faktor perancangan
Gambar
8.5.
79
81
bioreaktor limbah cair........
83
Ilustrasi pengolahan limbah cair mikroorganisme tersuspensi..........
84
Gambar
8.6. Diagram UPB pertumbuhan melekat.
84
Gambar
8.7. Pengolahan
Gambar
8.8. Simbiosis
polutan limbah cair di pond*
polutan
Gambar Gambar
86
8.9. Klasifikasi mikroorganisme protozoa
8.1O. Proses
85
bakteri dan alga dalam reduksi
3
7
71
Prinsip sel pemisahan garam
Gambar
I
70
75
7.6.
Gambar
67
Prinsip elektrodialisis A dan C dengan membran pertukaran anion-kation..
Gambar
7
)
60
Gambar
Gambar
49
simultan anabolisme dan katabolisme sel
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
86 87
Gambar 8.11. Kurva pertumbuhan sel bakteri
............
88
Gambar 8.72. Kurva pertumbuhan komunitas mikroorganisme 88
Gambar 9.1. Elemen proses lumpur
aktif
91
G
Gambar 9.2, Coarsebubble diffuser (kiri) danftnebubbl,e Gambar 9.3. Vertical" surJace propeller aerator """"" Gambar 9.4.
Surf ace brush aerator
94
G
94
G
95
..
Gambar 9.5. Aerator turbin ..'..........
e5
Gambar 9.6. Perlengkapan aerator jet ."""
96
Gambar 9.7. PaddLe wheeL aerator..
96
Gambar 9.8. Rancangan dasar sistem pembuangan lumpur 98
aktif berlebih
to4
Gambar 9.9. Diagram skematik sistem PFR""
106
Gambar g.lL. Diagram skematik proses kontak stabilisasi """
107
Gambar 9.13. Suatu rangkaian operasi
107
Gambar
SBR
Gambar
1O.2. Mekanisme biodegradasi di proses trickLing
1O.4. Media
112
fiLter.....,
Gambar 10.3. Fenomen a sloughing lapisan filem
filter
113
114
trickling filter: kiri = plastik teratur,
kanan = batu pecah.....
115
Gambar 10.5. Analisis fluks di filter.,
116
Gambar 10.6. TnckLing fiLter 1 tahap
117
Gambar ,xvl :::
::,:,
105
9.11. Kolam aerasi..............
Gambar 10.1. Rangkaian sistem proses tnckLing
::'.:i
,,,:
1O.7.
TricklingfiLter 2 (dua) tahap
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
G
G
G
G
G
Gambar 9.1O. sistem oksidasi parit PFR (kiri) dan cMR (kanan).. Gambar
G
118
88
Gambar 1O.8. Sistem proses Rotating Biol"ogical, Contactors
(RBC)
i8 91
121,
RBC 11.7. Biodegradasi substrat secara anaerobik 71.2. Rangkaian sistem reaktor UASB.....
Gambar 10.8. Potongan penampakan peralatan
121,
Gambar
126
94
Gambar
94
Gambar 11.3. Efek suhu terhadap pertumbuhan bakteri
metanogen...........
95 95
96 96
98 104
131
Gambar 17.4. Efek perubahan pH terhadap aktivitas Gambar Gambar
mikroorganisme 11.5. Batch anarobic digester. 11.6. PLug flr* anarobic dtgester.
132 137
138
Gambar 71.7. Continous stirred tank reactor anarobic digester 138 Gambar 11.8. Anaerobic contact
reactor
Gambar 12.1. Filter anaerobik (kiri: upflow; kanan:
138
downflou)
105
106 107 107 112
-
129
113 11,4
115
116 117
118
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
1,41,
