NASIONAL··
:... i l~~Llt;~l<..!.luutl 'UtLlUt:-l"llu,-='u .... 'Ult; l\:.Utlt; uu, duluui 1L:' · i udtuiu 1
r~J •••••••
L.Utlt; UtlUtl llt:-l"l\:.~ltttli Ul:tttl
PROS ID ING Seminar Nasional Pengelolaan Sumberdaya dan Lingkungan 2013
"Optimasi Pengelolaan Sumberdaya Alam dart Lingkungan dalam Mewujudkan Pembangunan Berkelanjutan". Editor: Prof. Dr. Sudharto P. Hadi, MES Prof. Dr. Ir. Purwanto, DEA Dr. Henna Rya Sunoko, MES Dr. Hartuti Purnaweni, MPA
Penyunting: Ferdianto Budi Sarnudra; Maria P. Widianti Mukhlisi, Silvia Lucyanti, Su~sesi Wicahyani
Layout Design: Bazar Ristyawan I Putu Gar] ita
Program Studi IImu Lingkungan Program Pasca Sarjana Universitas Diponegoro (UNDIP) Program Studi Ilmu Lingkungan Universitas Riau (UNRI) Program StudiMagister Ilmu Lingkungan Universitas Padjadjaran (Ul'WAD)
Diterbitkan o!eh: Program Studi I1mu Lingkungan Program Pasca Sarjana Universitas Diponegoro, Semarang, Indonesia 11. Imam Bardjo, SH No.5 Semarang 50241 TeiplFax. (024)8453635, 8452770 Email:
[email protected] ISBN 97e-b02-1700~-~-~
9
~lltIJJJlJl~~~111 I
Prosiding Seminar Nasiona/ Pengelolaan Sumberdaya A/am dan Linglamgan 2013
DAFTAR (SI HALAMAN JUDUL KA TA PENGANT AR....................................................................................................................................... DAFT AR ISI LAPORAN KETUA PANITIA......................................................................................................................... S~UTAN REKTOR UNIVERSITAS DIPONEGORO.............................................................................. KEYNOTE SPEAKER: MENTERI KELAUTAN DAN PERIKANAN............................................................
i ii iii viii ix xi
SUBTEMA:
L
Kebijakan Pengelelaan SDA dan Llngkungan _.._._.••_..•....._.._. __ ._._•••.•_._. 1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
n.
•.••..
SVLK; Salah Satu Jenis Eco Label Untuk Mengontrol Pergerakan Kayu pada Industri Fum itur di Jepara Ahmad Subulas Salam, PUlWa1tlO,don Suherman . Peranan Implementasi Kebijakan Karantina Ikan dalam Pembangunan Perikanan Berkelanjutan Bazar Ristiyawan; Sutrisno Anggoro, Bambang Yulianto. Pengelolaan Cendana di Desa Asumanu, Kecamatan Raihat, Kabupaten Belu, Propinsi Nusa Tenggara Timur (NTI) Maria P. Widiyanti, Hamal Purnaweni, Tri R. Soeprobowati Tingkat Penerapan Sistem Pertanian Berkelanjutan pada Budidaya Padi Sawah (Studi Kasus Di Kecamatan Ambal Kabupaten Kebumen) /stiantoro, Azis Nur Bambang, Tri Retnaningsih Soeprobowati . Kondisi Sosial Ekonomi Masyarakat Sub Das Padas: Ditinjau dalam Pengelolaan DAS (Studi Kasus diSub DAS Padas, Kabupaten Sragen) Nur Ainun Jariyall...................................................................................................................... Perencanaan Pertanian Berlcelanjutan di Kecamatan Selo Sasongko Putra; Purwanto, Kismartini.... Kebijakan Pengelolaan Wilayah Pesisir Secara Terpadu di Kabupaten Rembang Propinsi Jawa Tengah Kismartini Kajian Pemanfaaan dan Daya Dukung Perairan Oanau Teluk Kota Jambi untuk Budidaya Ikan Sistem Karamba Jaring Apung (KJA) Kristianto, J.D., Sunardi, Iskandar ;........ Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan dalam Pandangan Masyarakat Samin Jumari, Dede Setiadi, Y. Purwanto, Edi Guhardja
Sanitasi dan Kesehatan Lingkungan ................................•................. _.....•...._...•.•_..................... I.
2.
3.
4.
5.
6. 7.
Aspek Kualitas Bakteriologi dan Hygiene Sanitasi Fisik Depot Air Minum Isi Ulang (Damiu) di Kecamatan Cimareme Kabupaten Bandung Barat Ari Khoeriyah; Henna Rya Sunoko, Anies Hubungan Pengetahuan Karyawan tentang Lingkungan dengan Motivasi Karyawan dalam Pengelolaan Lingkungan di Rumah Sakit Siti Asiyah Bumiayu Faisal Amri, Azis Nur Bambang. Azrul Azwar. Henna Rya Sunolco....................................................................................................................................... Upaya Pengelolaan Lingkungan Usaha Petemakan Sapi di Kawasan Usaha Tani Terpadu Bangka Botanical Garden Pangkalpinang Fianda Revina Widyastuti, Purwanto, Hadiyanto...................................................................... Kajian Pengelolaan Sampah Perkotaan di Tempat Pembuangan Akhir: Studi Kasus TPA Hutan Panjang Banjarbaru Kalimantan Selatan Pranatasari Dyah Susanti Kajian Water Borne Disease Oleh Bakteri Secara Spasial Di Kecamatan Kampung Laut Kabupaten Cilacap Rissa Nurohmah; A. Haris Budi Widodo, Agatha Sih Piranti "............ Pengelolaan Air Limbah Domestik Komunal Berbasis Masyarakat di Kota ProboIinggo Yusdi Vari Afandi, Henna Rya Sunoko, Kismartini.................................................................... Kualitas Udara dalam Ruangan di Laboratorium Quality Control (Qc) Divisi Concentrating PT Freeport Indonesia Arif Susanto, David Suryanegara, Ed; Putro
ISBN 978-602-/7001-1-2
1
6
13
19
26 33
41
48 64
70
70
76
80
85
91 96
102
iii
rrosiatng seminar tvastonat rengelolaan :Wmberdaya Alam clanLingkllngan 2013
Lebrina Ivantry Bolich, Supriharyono, Ign Boedi Hendrarto..................................................... 11. Pengaruh Penerapan Wanamina di Kota Semarang terhadap Kualitas Lingkungan Tambak dan Pertumbuhan Udang Rini Budihastuti.......................................................................................................................... 12. Potensi Lestari Sumberdaya Dean Demersal (Analisis Hasil Tangkapan Cantrang yang Didaratkan di TPI Wedung Demak) Rochmah Tri Cahyani, Sutrisno Anggoro, Bambang Yulianto 13. Indeks Keberlanjutan Ekologi Budidaya Udang Vaname (Litopenaeus Vanname) di Beberapa Desa Kawasan Minapolitan Kecamatan Pantai Cermin Kabupaten Serdang Bedagai Sri Wahyuni Sitorus, Sutrisno Anggoro, Bambang Yulianto...................................................... t4. Pengelolaan Lingkungan Perairan Sui Bakau Besar Laut Akibil pengafUh Leachate terhadap Saprobitas Perairan (Model Prakiraan Sebaran Dampak Lingkungan Terjauh Berdasarlcan Pasang Surut & Arus dengan Formula Wolinsky, 2005 ) Wartiniyati, Budi Hendrarto, Henna Rya Sunoko, Sutrisno Anggoro........................................ 15. Kondisi Intrusi Air Laut terhadap Air Tanah pada Akuifer di Kota Semarang Edy Suhartono, Purwanto, Suripin
VII.Peogelolaao Tata Roaog Berwawasao Lingkoogao dan Green Bullding
._._•._•••_ •••••_.. Perencanaan & Perancangan Kota Postmodem Berdasarkan Kearifan Lokal Menuju KotaHijau Berkelanjutan A. Rticfydhto Soesilo Analisis terhadap Kendala Utama serta Perubahan yang Dimungkinkan dari Pengelolaan Lingkungan di Kawasan Ziarah Umat Katholik Gua Maria Kerep Ambarawa Ari Wibowo, Boedi Hendrarto, Agus Hadiyarto """."" " .." ......•.. "............ Pengembangan Hutan Rakyat: Upaya Mewujudkan Tata Ruang Berwawasan Lingkungan Nana Haryanti ~.......................................................................................................... Kajian Green Building Berdasarkan Kriteria Tepat Guna Laban (Appropriate Site Development) pada Gedung Pascasarjana B Universitas Diponegoro Semarang Rahayu Indah Komalasari, Purwanto, Suharyanto Kajian Perencanaan Ruang Terbuka Hijau Pemukirnan di Kampung Brambangan dan . Perumahan Sambak Indah, Purwodadi Yakub Prihatiningsih, Imam Buchori, Hadiyanto...................................................................... Kajian Emisi CO2 Berdasarkan Penggunaan Energi Rumah Tangga sebagai Penyebab Pemanasan Global (Study Kasus Perumahan Sebantengan, Gedang Asri, Susukan RW 07. Kab. Semarang) Mira Tri Wulandari, Hermawan, Purwanto
l.
2.
3. 4.
. 5.
6.
VIll. Peogeodaliao Pencemaran dan Perusakan Liagkungan ..•....•.•_•••••.•• _••••_._.•_••_................... l.
2.
3.
4. 5.
6.
7.
8.
Upaya Penanggulangan Pencemaran Lingkungan Teluk Ambon dalam Rangka Pengelolaan Lingkungan Pesisir . Adi Mtilyanlo.......................................................................................................................... Hubungan Koefisien Biokinetik pada Proses Lumpur Aktif Completely Mixed Menggunakan atau Tanpa Resirkulasi AI/en Kurniawan dan Yanuar Chandra Wirasembada Konsep Kesetimbangan Massa dan Aliran Hidrolik Model Completely Mixed pada Unit Pengolahan Air Limbah Industri Allen Kurniawan..................................................................................................................... Kualitas Air Sungai Jiglong di Kabupaten Pari Jawa Tengah Arieyanti Dwi Astuti Efisiensi Pengolahan Amonium Berkonsentrasi Tinggi dalam Lindi pada Sistem Evapotranspirasi Anaerobik secara Kontinyu Badrus Zaman, Purwanto, Sarwoko Mangkoedihardjo Logam Berat Timbal (Pb) pada Ikan Belanak di Perairan Segara Anakan Cilacap Cahyadi, Moh. Husein Sastranegara; Agung Dhamar Syakii Potensi Keberadaan Polutan Kloroanilin di Sungai Citarum Akibat Biotransformasi Pewama A:ZAJ dari Air Limbah Tekstil Edward Suhendra, Purwanto, Edwan Kardena...................................................................... Pengolahan Limbah Cair Industri Kerupuk dengan Sistem Subsurface Flow Constructed Wetland Menggunakan Tanaman Typha Angustifolia Studi Kasus Limbah Cair Sentra Industri Kerupuk Desa Kenanga Kecamatan Sindang Kabupaten Indramayu Jawa Barat
ISBN 978-602-17001-/-2
368
314
378
384
390 396 402
402
409 415
422
427
432
439
439
445
452 460
466 471
475
vi
Presiding Seminar Nasional
Pengelolaan
Sumberdaya
A/am dan Lingkungan
20/3
Hubungan Koefisien Biokinetik Pada Proses Lumpur Aktif CompletelyMixed Menggunakan atau Tanpa Resirkulasi Allen Kurniawan I
2
I,· dan
Yanuar Chandra Wirasembada2
Staf Pengajar Program Studi Teknik Sipil dan Lingkungan, Program Sarjana Institut Pertanian Bogor, Bogor, Indonesia Mahasiswa Magister Teknik Sipil dan Lingkungan, Program Pasca Sarjana Institut Pertanian Bogor, Bogor, Indonesia • Emai1:
[email protected]
ABSTRAK Koefisien biokinetik berguna untuk mengkarakterisasi setiap saat konsentrasi senyawa kimia yang tersisa pada air limbah, memberikan rekomendasi bcrupa prediksi level lingkungan saat ini dan di kernudian hari, dan mengeliminasi adanya kontaminan berbahaya sebelum memasuki komponen lingkungan yang rentan. Tujuan dati penelitian ini adalah mengetahui bentuk persamaan yang digunakan untuk mencari nilai optimum waktu tinggal air limbah dan volume bak dengan dipengaruhi adanya koefisien biokinetik terhadap reaktor lumpur aktif completelymixed dengan sistem sirkulasi atau tanpa sirkulasi, Pengambilan contob air Iimbah dilakukansalahsatuindustri di Jakartapada 5 titik surnber dengan sistem tercampur.Data primer diperoleh dari hasil perhitungan kesetimbangan massa dan aliran hidrolik, sehingga konsentrasiBiochemicalOxygenDemand (BOD) influen unit lumpur aktif diperoleh sebesar 418,76 mglLdan Total Suspended Solid (TSS) influensebesar 129,96 mgIL, sertadebit sebesar 103 10.4 mJ /hari. Salah satu unit pengolaban yang akan dirancang adalah lumpur aktif. Model yang akan dibandingkan dalam menentukan koefisien biokinetik berupa unit pengolahan menggunakan dan tanpa adanya resirkulasi.Koefisien biokinetik meliputi nilai konstanta saturasi(KsJ, kecepatan pertumbuban spesifik maksimum bakteri (pmaJ, microbialyield[Y) dan koefisien kernatian mikroba (kJ. Dua model tersebut diperoleh pendekatan yang identik untuk memperoleh koefisien biokinetik, kecuali penentuan waktu detensi. Untuk menghasilkan volume reaktor yang kecil, nilai Ks kecil diikuti dengan nilai Ji""",yang besar, sehingga mikroorganisme memiliki afinitas yang tinggi terhadap substrat yang diberikan . . Kata kunci: completelymix, koefisien biokinetik, lumpur aktif, resirkulasi.
1.
PENDAHULUAN
Pembuangan air limbah baik yang bersumber dari kegiatan domestik maupun industri ke badan air dapat menyebabkan pencemaran lingkungan apabila kualitas air limbah tidak memenuhi balm mutu limbah, sehingga kualitas lingkungan menurun. Agar dapat memenuhi baku mutu, industri hams menerapkan prinsip pengendalian limbah secara cermat dan terpadu baik di dalam proses produksi dan setelah proses produksi. Pengolahan air limbah dibuat guna menghilangkan material tersuspensi dengan terlarut, mengolah bahan organik biodegradable, menghilangkan organisme patogen, mereduksi kornponen organik toksik dan menghilangkan kontaminan lainnya. . Jenispengolahan air limbah terdiri dari pengolahan kimia, fisika, dan biologis. Pengolahan biologis adalah metode yang digunakan untuk menghilangkan atau menyisihkan kontarninan dengan memanfaatkan aktivitas biologis (Metcalf dan Eddy, 2003). Pengolahan biologis terutama dilakukan untuk menyisihkan kandungan bahan organik untuk diuraikan menjadi lumpur biologis dan gas. Walau jenis tipe pengo!ahan biologis terus berkembang hingga kini, namun pengolahan lumpur aktif (activated sludge) merupakan jenis yang umum digunakan karena biaya yang dikeluarkan rendah (Hammaini etal, 2007), terutama model completely mixed. Jenis pengolahan lumpur aktif ini rnerupakan modifikasi lumpur aktif konvensional yang menghasilkan mikroorganisme aktif (Iumpur aktif) untuk rnenstabilkan air limbah secara aerobik di dalam suatu reaktor melalui pengadukan merata secara kontinu. Completely Mixed Activated Sludge (CMAS)dapat mengurangi tcrjadinya shock loading yang diakihatkan oleh senyawa toksik dan beban organik yang berlebihan. Salah satu industri terkemuka di Jakarta yang memproduksi bahan kosmetik, sarnpo, sabun cuci piring dan lotion berencana untuk membuat lP AL guna mengirnplementasikan upaya-upaya yang sistematis dalam memperbaiki kualitas efluen, melakukan identifikasi dan karakterisasi air limbah, mengatur sistem pengaliran air limbah serta membuat rancangan instalasi pengolahan air limbah. Salah satu bagian dari unit pengolahan yang akan dibuat adalah pengolahan biologis lumpur aktif Setelah analisis kesetimbangan massa dan a1iran hidrolik dilaksanakan secara umum, unit pengolahan biologis perlu ditinjau lebih spesifik guna mengembangkan kesetimbangan massa di dalam set mikroorganisme dan substrat dengan adanya pengaruh koefisien biokinetik. Koefisien biokinetik merupakan dasar penting dalam merancang pengolahan biologis, seperti lumpur aktif Koefisien biokinetik berguna untuk mengkarakterisasi setiap saat konsentrasi senyawa kimia yang tersisa pada air limbah, memberikan rekomendasi berupa prediksi level lingkungan saat ini dan di kemudian hari, dan mengetiminasi adanya kontaminan berbahaya sebelum memasuki komponen lingkungan yang rentan. Konstanta utama yang perlu diperhatikan adalah laju pertumbuhan mikroorganisme maksimum(,ununJ, konstantasaturasi setengah jenuh (KsJ, ISBN 978-602-1700/-1-2
445
Prosiding Seminar Nasional Pengelolaan Sumberdaya
.
-
Alam dan Lingkungan 2013
m
koefisien produksi sintesis sel dan laju kematian endogenous mikroorganisme (le,) untuk menentukanwaJetu tinggal biomassa minimum dan volume bak. Melalui model reaktor dengan sirkulasi dan tanpa sirkulasi, pengaruh kinetika biokinetik akan dilihat terhadap nilai waktu tinggal air limbah dan volume bak. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui bentuk persamaan yang digunakan untuk mencari nilai optimum waktu tinggal air limbah dan volume bak dengan dipengaruhi adanya koefisien biokinetik terbadap reaktor lwnpur aktif completelymixed dengan sistem sirkulasi atau tanpa sirkulasi. Pendekatan rumus yang akan digunakan untuk mencapai tujuan tersebut adalah menggunakan pendekatan persamaan Michaelis-Mentem dan Monod.
2.
METODOLOGI
Penelitian dilakukan di sebuah industri yang memproduksi bahan kosmetik, sbampo, sabun cud piring dan lotion di Jakarta dari bulan Maret hingga Juli 2013. Hasil akhir dari penelitian ini berupa perencanaan rancangan unit IPAL skala industri, sehingga topik ini merupakan bagian dari penelitian dalam skala yang lebih besar. Komponen yang diamati adalah air lirnbah yang keluar dari basil produksi ataupun pencucian alat-alat produksi, Penelitian diawali dengan penentuan debit puncak. air limbah, serta pengambilan contoh (sampel) air limbah pada lima titik inlet saluran air limbah untuk dicampur menjadi satu gun a mengetahui karakteristik kimia, fisika dan biologi. Dalam kesetimbangan massa, parameter terpilih adalah Biochemica/OxygenDemand (BOD) sebagai nilai konsentrasi substrat dan Total Suspended Solid (TSS) sebagai nilai konsentrasi padatan.Langkah selanjutnya adalah membuat diagram alir kesetirnbangan massa untuk menentukan debit aliran, konsentrasi substrat dan konsentrasi padatan. Dengan melacak keseimbangan debit aliran, padatan dan substrat pada setiap unit pengolahan secara keseluruhan, hubungan antara komponen-komponen yang mendukung mekanisme proses pengolahan dapat diperoleh.Data primer hasil dari perhitungan analisis kesetimbangan massa dan aliran hidrolik untuk unit lwnpur aktif tersaj i pada T abel I. Tabel I.Data primer variabel kesetimbangan Notasi
massa dan debit aliran air limbah pada unit lumpur aktif
Deskripsi Debit aliran supernatan eflueri sedimentasi primer (rrr'zhari) Konsentrasi TSS supernatan efluen sedimentasi primer (mgfL) Konsentrasi BOD efluen sedimentasi primer (rng/L) Debit aliran efluen aerasi-lumpur aktif(m3/hari) Konsentrasi BOD efluen aerasi-Iumpur aktif (mgfL) Debit aliran supematan efluen sedimentasi sekunder (m3/hari) Konsentrasi TSS supematan efluen sedimeutasi sekunder (mgIL) Konsentrasi TSS aliran bawah (underflow) efluen sedimentasi sekunder (mgIL)
Nilai 10310,4 129,96 418,76 13300,42 5 9766,66 10 7500
Konsentrasi analisis selanjutnya difokuskan pada pengolahan biologis jenis lumpur aktif completelymixed. Pendekatan kinetik terhadap reaksi biokimia berdasarkan PersamaanMichaelis-Mentendikombinasikan dengan Persamaan Monod: d.X d5 -=pX=ydt dt (I) Keterangan: dXldt = laju pertumbuhan sel mikroorganisme, massa/(volume)(waktu) p = koefisien pertumbuhan mikroorganisrne, waktu' Koefisien pertumbuban berdasarkan Persamaan Monod dikembangkan menjadi:
P=
Pmax
(K s :
S) (2)
Keterangan: koefisien maksimum pertumbuhan mikroorganisme,
Pmax
=
K.
= konsentrasi substrat dengan P =
i
waktu'
fLmax
Laju kematian endogenous mikroorganisme (k,) yaitu:
ISBN 978-602-17001-1-2
446
Presiding
Seminar Nasional Pengelolaan
dX -=kX
dt
Sumberdaya
A/am dan Lingkungan 2013
e
(3) Ketiga persamaan di alas digunakan sebagai acuan dalam menetapkan kesetimbangan massa di dalam sel mikroorganisme dan substrat, sehingga diperoleh satu pendekatan dalam menghasilkan nilai waktu detensi dan volume bale unit lumpur aktif. 3.
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Hubungan Koefisien Biokinetlk CMAS Tanpa Resirkulasi Ilustrasi reaktor pencampuran sempuma (completely mixed reactor) tanpa resirkulasi disajikan pada Gambar I. Untuk sistem pencampuran sempurna tanpa resirkulasi, kesetimbangan massa di dalam sel mikroorganisme yaitu:
[akumulasi]
=
[pertambahan
Secara matematis, persam~n
pertumbuhan]
- [pengurangan
pembusukan
endogen] - [output]
di atas berubah menjadi: (4)
Q
Q
Si Gambar l.Pencarnpuran Persamaan (4) disederhanakan
sempuma (completely mixed) lumpur aktiftanpa
dengan membagiVdf,sehingga bentuk persamaan berubah menjadi:
Karena dXldl= 0 pada kondisi steady state, dan waktu detensi ~berdasarkan dapat disusun kembali menjadi:
. J1
=
e.1 +
resirkulasi
(5) laju influent yaituB; = VIQ, Persamaan (5)
ke
I
(6) Keseimbangan
massa pada substrat yaitu:
[akumulasi]
= [input] - [output] - [pengurangan pertumbuhan]
Secara matematis, persamaan di atas berubah menjadi: (7) Penurunan substrat saar pertumbuhan mikroorganisme menggunakan Persamaan(l), Persamaan tersebut disubtitusi kedalam Persamaan(7), sehingga:
sehingga [dS/]Growtb
= (,ulY)(X/) dt.
(8) Persamaan (8) disederhanakan
dengan membagi Vdt, sehingga bentuk persamaan berubah menjadi:
(9) KarenadS/dt=
0 pada kondisi stady state danB;= V/Q, Persamaan (9) dapat disusun kembali menjadi:
ISBN 978-602-/7001-1-2
447
Prosiding Seminar Nasional Pengelolaan Sumberdaya
Alam dan Lingkungan
2013
(10) Untuk sistem tanpa resirkulasi, Br= Oe (waktu tinggal sell, sehingga Persamaan (6) dan Persamaan (to) disusun kembali menjadi:
(I) ) Dengan menggunakan Persamaan (II) dan mengetahui para mater lain, nilai Mixed Liquor Suspended Solid (MLSS), Xi, sangat mungkin untuk ditentukan. Persamaanlain dapatdiberikanpadaPersamaan (6) dan Persarnaan (2) dengan mensubsitusie, = 0/ dan S/= S, sehingga bentuk persam~n berubah menjadi:
e1 = c
l1max
(S1'K + S ) s
1
ke (12)
Persamaan (12) dapat disusun kembali menjadi persamaan berikut:
Persamaan (II), (12) dan (13) merepresentasikan persamaan yang digunakan untuk merancang sistem lumpur aktiftanpa resirkulasi. . Untuk menentukan nilai Y dan k~', Pers. (6) dan (10) dapat disusun kembali, sehingga: _
(13) kolam aerasi pada
(14) Persamaan di atas membentuk persamaan linear.v = b + mx, Dengan menggunakan reaktor aliran kontinu atau beberapa reaktor aliran kontinu yang beroperasi pada beberapa laju aliran, data(S; - S)IX,O/ dapat diplotkan pada sumbu y, J lei pada sumbu x, kemiringan garis yaitu J/Y dan perpotongan pada sumbu y yaitu k/Y. Untuk menentukan K, dan 11m." , Persamaan(6)dan (2) dapat disusun kembali untuk membentuk persamaan:
(15) Persamaan ini mernbentuk persamaan Iinear.y = b +- mx, sehingga niIai[e, 1(1 + k,OJJ SJ diplotkan pada sumbu Y. niIai..~Jpada sumbu x, kerniringan garis yaituJlPmar dan perpotongan pada sumbu y yaitux, II/mar:. Kelebihan penggunaan reaktor CMAS tanpa resirkulasi adalah fleksibiltas operasi yang tinggi, menghasilkan limbah lumpur sedikit, perawatan dan operasional cukup mudah, dapat dioperasikan menggunakan remote/jarak jauh (Hogyeet ai, 2003). membutuhkan lahan yang sedikit dan mampu memnghemat biaya operasional karena tidak memerlukan sedimentasi sekunder atau unit lain (EPA, 1999). Adapun kekurangan penggunaan reaktor jenis ini adalah konsumsi energi tinggi, sulit diterapkan untuk komunitas kecil (HogyeetaI, 2003), sistem ini sangat kompleks karena beberapa proses pengolahan digabungkan pada satu unit dan mernbutuhkan perawatan ekstra karena berkaitan dengan kontrol dan perangkat otomatis(EPA, 1999). 3.2 Hubungan
Koefisien Biokinetik CMAS Dengau Resirkulasi
Ilustrasi reaktor pencampuran sempurna (completely mixed reactor)dengan resirkulasi disajikan pada Gambar 2. Untuk sistem pencampuran sempuma dengan resirkulasi, kesetimbangan massa di dalam sel mikroorganisme yaitu:
[akumulasi]
=
[pertambahanpertumbuhan]
- [pengurangan
pembusukan. endogen] - [output]
Secara matematis, persamaan di atas berubah menjadi: (16) Persamaan (16) disederhanakan dengan membagi ft'm, sehingga bent uk persamaan berubah menjadi: ISBN 978-602-/7001-1-2
448
Presiding Seminar Nasiona/ Penge/o/aan Sumberdaya A/am dan Lingkungan 2013 . .. .
(17)
Q-~
Q
s;
SI
Gambar 2. Pencampuran sempuma
0
Recycle Pump
(completely mixed )Iumpur aktif dengan resirkulasi
Karena dXldl= 0 untuk kondisi steady state dan dibagi Xi, Persamaan( 17) dapat disusun kembali menjadi:
(18)
+ (Q - Qw)XJ, Persamaan (18) berubah rnenjadi:
Be = (VXI)/{Q"Xj 1
11
= ec + ke (19)
Keseimbangan [akumulasi]
=
massa pada substrat yaitu:
[input] - [output] - [pengurangan
pertumbuhan]
Secara maternatis, persamaan di atas berubah menjadi: (20) Dengan memasukkan
nilai{dSJ6-""rh= (plY)XI dt, Persamaan (20) menjadi: (21)
Persamaan (21) disederhanakan d51 dt
Q
-=-5--5 V
I
Q
V
dengan membagi V dt, sehingga bentuk persamaan berubah menjadi:
J1.
->x 1 Y
1
(22) Karena dS/dl
=
0 untuk kondisi steady state dan Bj = V/Q, Persarnaan(22)
dapat disusun kembali menjadi
(23) Persamaan (23) digabungkan
dengan Persamaan (l9), sehingga:
(24) atau ISBN 978-602-17001-1-2
449
Prosiding Se"}inar Nasional Pengelolaan
Sumberdaya
Alam dan Lingkungan 2013
(25) Persamaan lain dapat diberikan pad a Persamaan (19) dan Persamaan (2) dengan mensubsitustS, persamaan berubah menjadi:
(}1c = Ilmcu
(
K
51 s
+ 51)
= S,sehingga
bentuk
- ke
Persamaan (26) identik dengan Persamaan (12) untuk sistem tanpa resirkulasi, Persamaan sehingga:
(26) (26) dapat disusun kembali,
(27) Persamaan (27) identik dengan Persamaan (13) untuk sistem tanpa resirkulasi. Untuk menentukan menjadi:
nilai Y dan let , Persamaan (23) dan (19) dapat digunakan,
sehingga
persamaan
berubah
(28) Persamaan di atas membentuk persamaan linear, y = b + nIX. Dengan menggunakan reaktor aliran kontinu atau beberapa reaktor aliran kontinu yang beroperasi pada beberapa Iaju aliran, data is; - S)IXtl'~dapat diplotkan pada surnbu l/Bcpada sumbu x, kemiringan garis yaitu l/Y dan perpotongan pada sumbu y yaitu k/Y. Untuk menentukan K, dan lirnax, Persamaan{l9) dan (2) dapat disusun kernbali untuk membentuk persamaan:
y,
(29) Persarnaan ini membentuk persamaan linearj- = b + nIX, sehingga nilai [0; / (1 + leA)) SI diplotkan pada sumbu y.nilatS', pada sumbu x, kemiringan garis yaitu/lpmax dan perpotongan pada sumbu y yaitux, fpma,' Kelebihan penggunaan reaktor CMAS dengan resirkulasi adalah mudah dioperasikan, mudah diinstalasi atau dibangun, bebas dari ball, membutuhkan lahan yang kecil, dan menghasilkan limbah lumpur yang rendah. Selain itu, sistem ini menghasilkan efluen yang berkualitas tinggi untuk kemudahan operasional dan biaya perawatan, biaya konstruksi yang rendah dan mcmbutuhkan lahan relatif keci!. Adapun kekutangan penggunaan reaktor jenis ini adalah tidak dapat menghilangkan fosfor atau melakukan denitrifikasi, tleksibilitas terbatas dalam mengubah kebutuhan efluen dan membutuhkan energi yang besar (Hogyeetal, 2003). 3.3 Hubungan
Koefisien Biokinetikdan
Volume Reaktor
Sccara wnum, konsentrasi substrat di efluen, 51, diketahui dan Pmax, Ks, Y, dan k, ditentukan dari studi kinetik. Waktu tinggal sel rata-rata yang dibutuhkan, 00 dapat ditentukan dari Persamaan (12) atau (26). Dengan rnengetahui S} dan mengasumsikan nilai XI, waktu detensi reaktor, Bj, dapat ditentukan dari Persamaan (25). Volume reaktor yang dibutuhkan yaitu V = QB.. Kajian lapangan maupun laboratorium telah menunjukkan parameter Monod yang khusus untuk. air limbah perkotaan dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Koefisien biokinetik dan pertumbuhan Monod untuk proses lumpur aktif Satuan day' \ mg/I BODs K ,< mg/ICOD Y mg VSS'/mg BOD k, dati a MLVSS nilainyakuranglebih 70-80% dari MLSS Koefisiec
lima:<
Sumber:Mctcalf
dan Eddy(2003) dalamReynolds
ISBN 978-602-17001-1-2
Rentang Nilai 2 - 10 25 - 100 15 -70
Tipikal 5 60
0,4 -0,8
0,6 0,06
0,025 - 0,075
40
dan Richards (1996).
450
Prosiding Seminar Nasional Pengelolaan '..
Sumberdaya
A lam dan Lingkungan
20/3
Dari data primer pada Tabel 1 danPersamaan (25) dan (26), volume reaktor yang keeil dapat diperoleh dalam rangka efisiensi penggunaan lahan tersedia. Koefisien biokinetik perturnbuhan mikroorganisme berupa koefisien /l,....danKs dibuat bervariasi pada rentang nilai yang tersaji pada Tabe12. Kedua koefisien merupakan parameter yang esensial di dalarn proses biodegradasi air limbah pada unit lumpur aktif. Untuk koefisien Y dan k; merupakan nilai tipikal sesuai dengan Tabel 2.Sesuai dengan kurva pada Gambar 3, nilai /lmar danKsberbanding terbalik. Semakin kecil nilai Ks, nilai/l ••••••. semakin besar. Kondisi tersebut sesuai dengan Persamaan (I) Monod, sehingga waktu detensi Bt diperoleh semakin keeil. Nilai Btberbanding lurus dengan volume reaktor. 9 8 ::::-- 7 '1;: 6 '" 5 ~
90 80
m
60 ;:r 50 ~
<,~..
4
~ 3 :::.. 2
---
.•. -
------------..
I
40
~
30 20
~
10
o +-----~------~------~-----+------+0 o
1000
3000
2000
5000
4000
Volume reaktor (m'] --+--J.1max
-+-KS
Gambar 3. Hubungan volume reaktor, Pmax danKs Nilai Ks merupakan elemen yang sangat esensial di dalam proses biodegradasi, karena Ks menunjukkan hubungan nilai afinltasdan laju pertumbuhan sel bakteri. Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, nilai Ks yang rendah mengiudikasikan bahwa mikroorganisrne yang digunakan memiliki afinitas yang tinggi terhadap substrat y.ang diberikan, sehingga laju pertumbuhan bakteri tidak akan terpengaruh pada besar kecilnya konsentrasi substrat. Nilai Ks juga mempengaruhi laju pertumbuhan spesifik bakteri. Karena konsentrasi substrat jauh lebih besar daripada nilai Ks maka laju pertumbuhan spesifik hampir mendekati atau sarna dengan laju pertumbuhan spesifik maksimum (p :::pmaJ. Menurut Grady (1999), proses ini diperkirakan akan mendekati orde nol karena apabila koefisien /l berada di bawah kondisi tersebut, maka p tidak akan dipengaruhi oleh konsentrasi substrat. 4.
KESIMPULAN
Nilai koefisien biokinetik yaitu nilai konstanta saturasi(KsJ, kecepatan pertumbuhan spesifik maksimum bakteri mierobialyield(Y) dan koefisien kematian mikroba (k.Jselalu identik antara CMAS resirkulasi dan tanpa resirkulasi.Semakin kecil waktu tinggal air Iimbah dan volume bak, semakin kecil nilai K, dan niiai/l1rkJ.( semakin besar, sehingga rnikroorganisme memiliki afinitas yang tinggi terhadap substrat yang diberikan. (PmaJ,
5. Environmental D.C.
Protection
Agency,
1999.Wastewater
REFERENSI
Technology
FaetSheet:
Sequencing
Grady Jr.. C. P. L., Glen T. Daigger, Henry C. Lun, 1999. Bio[ogicaIWastewaterTreatment,
Bath Reactors,\\'ashington
MarcelDekker, New York.
Hammaini A. F. Gonzalez, A. Ballester, M. L. Blazquez, J. A. Munoz, 2007. "Biosorption of Heavy Metals by Activated Sludge and Their Desorption Characteristics" .Joumal of Environmental Management 84, p. 419-426. Hogyc,
S., Jennifer Hause, Ed Winant Process",PipelineVol. 14(2),p.I-8.
Metcalfand Eddy, 2003.WastcwaJerEngineering:
PE,
Chris
Metzgar,
2003.
Treatment, Disposalandkeuse,
"Explaining
the
Sludge
McGraw-Hili, New York.
Reynolds. T. D., Paul A. Richards, 1996.Unit OperationsandProcessesinEnvironmentalEngineering, Company, Boston.
ISBN 978-602-/7001-1-2
Activated
PWS Publishing
451
