NASIONAL···
.~•• :t l!.~Ll~~h.!lu.tl.tl "'UtLtl.!~L" lltt\,:'tt _. 'Ul~ l\:.Utl~uu, Uu.lu.tLL1 L :. .. 1 ruul\:.u.tl £,;.••••••
;-l.H.tlt~uuuu ll~l·1.\:.~lu.tlrurau
Program Studi Magister & Doktor IImu Lingkungan UNDIP
.-. " "
PROS ID ING Seminar Nasional Pengelolaan Sumberdaya dan Lingkungan 2013 "Optimasi Pengelolaan Sumberdaya AIam clanLingkungan 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 Samudra; Maria P. Widianti Mukhlisi, Silvia Lucyanti, Suksesi Wicahyani
Layout Design: Bazar Ristyawan I Putu Garj ita
Program Studi IImu Lingkungan Program Pasca Sarjana Universitas Diponegoro (UNDIP) Program Studi I1mu Lingkungan Universitas Riau (UNRI) Program Studi Magister I1muLingkungan Universitas Padjadjaran (UNP AD)
Diterbitkan o!eh: Program Studi I1mu Lingkungan Program Pasca Sarjana Universitas Diponegoro, Semarang, Indonesia JI. Imam Bardjo, SH No.5 Semarang 50241 TelplFax. (024)8453635, 8452770 Email:
[email protected] ISBN 9?8-bP2-170Q~-~-2
9
~lJjJl'Jl~'~111 I
Prosiding Seminar Nasional Pengelolaan Sumberdaya
Alam dan Lingkungan 2013
DAFfAR
(Sf
HALAMAN JUDUL KATA PENGANTAR....................................................................................................................................... DAFT AR ISI LAPORAN KETUA PANITIA......................................................................................................................... SAMBUTAN REKTOR UNIVERSITAS DIPONEGORO KEYNOTE SPEAKER: MENTERI KELAUTAN DAN PERIKANAN............................................................
i ii
iii viii ix xi
SUBTEMA: L
Kebijakan Pengeloiaan SDA dan Llngkungan _.._._ •••_..•.....••.• ._. ••_._ •••__ ..•••• I. SVLK; Salah Satu Jenis Eco Label Untuk Mengontrol Pergerakan Kayu pada Industri Furn itur di Jepara Ahmad Subulas Salam, Purwanio, dan Suherman . 2. Peranan Implementasi Kebijakan Karantina Dean dalam Pembangunan Perikanan Berkelanjutan Bazar Ristiyawan; Sutrisno Anggoro, Bambang Yulianto.......................................................... 3. Pengelolaan Cendana di Desa Asumanu, Kecamatan Raihat, Kabupaten Belu, Propinsi Nusa Tenggara Timur (NTD Maria P. Widiyansi, Hamal Purnaweni, Tri R. Soeprobowati 4. Tingkat Penerapan Sistem Pertanian Berkelanjutan pada Budidaya Padi Sawah (Studi Kasus Di Kecamatan Ambal Kabupaten Kebumen) Istiantoro, Azis Nur Bambang, Tri Retnaningsih Soeprobowati 5. Kondisi Sosial Ekonomi Masyarakat Sub OIlS Padas: Ditinjau dalam Peegelelaan OAS (Studi Kasus di Sub DAS Padas, Kabupaten Sragen) Nur Ainun Jariyah...................................................................................................................... 6. Perencanaan Pertanian Berlcelanjutan di Kecamatan Seto Sasongko Putra; Purwaruo, Kismartini.... 7. Kebijakan Pengelolaan Wilayah Pesisir Secara Terpadu di Kabupaten Rembang Propinsi Jawa Tengah Kismartini :.................................................................... 8. Kajian Pemanfaaan dan Daya Dukung Perairan Danau Teluk Kota Jambi untuk Budidaya Ikan Sistem Karamba Jaring Apung (KJA) Kristiaruo, J.D., Sunardi, Iskandar ;........ 9. Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan dalam Pandangan Masyarakat Samin Jumari, Dede Setiadi, Y. Purwanto, Edi Guhardja
U. Sanitasi dan Kesebatan Lingkungan ................................•............................. _...•.....•.•...••..._....... 1.
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, Antes 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 d.i 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 Susan/i.......................................................................................................... Kajian Waler 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 Probolinggo 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, Edi Putro
ISBN 978-602-17001-1-2
1
6
13
19
26 33
41
48 64
70
70
76
80
85
91 96
102
iii
rrosiatng seminar tvastonatrengetotaan~umberdaya A/am don Lingkungan 2013
Lebrina lvantry Bolich,Suprlharyono, Ign Boedi Hendrarto..................................................... 11. Pengaruh Penerapan Wanamina di Kota Semarang terhadap Kualitas Lingkungan Tambak dan Pertumbuhan Udang
Rini BudihastutL.......................................................................................................................... 12. Potensi Lestari Sumberdaya Dean Demersal Didaratkan di TPI Wedung Demak)
(Analisis
Hasil Tangkapan
Cantrang
368
374
yang
Rochmah Tri Cahyani, Sutrisno Anggoro, Bambang Yulianto
378
13. Indeks Keberlanjutan Ekologi Budidaya Udang Vaname (Litopenaeus Vanname) di Beberapa Desa Kawasan Minapolitan Kecamatan Pantai Cermin Kabupaten Serdang Bedagai
Sri Wahyuni Sitorus, Siarisno Anggoro, Bambang YuJianto...................................................... 14. Pengelolaan Lingkungan Perairan Sui Bakau Besar Laut AkibM PengafUh Leachate terbadap Saprobitas Perairan (Model Prakiraan Sebaran Dampak Pasang Surut & Arus dengan Formula Wolinsky, 2005 )
Lingkungan
Terjauh Berdasarkan
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.Pengelolaan Tata Ruang Berwawasan Lingkungan dan Green BuUding 1.
Perencanaan' & Perancangan Hijau Berlcelanjutan
Kota Postmodem
Berdasarkan
._._.o_ ..._ ..... _..
Nana Haryanti ~.......................................................................................................... Kajian Green Building Berdasarkan Kriteria Tepat Guna Laban (Appropriate Site Development) pada Gedung Pascasarjana B Universitas Diponegoro Semarang Rahayu Indah Komalasari, Purwanto, Suharyaruo ........................•..........................................
4.
- 5.
Kajian Perencanaan Ruang Terbuka Perumahan Sambak Indah, Purwodadi
Hijau
Pemukiman
di Kampung
Brambangan
402
409 415
422
dan .
Yakub Prihatiningsih; Imam Buchori, Hadiyanto...................................................................... 6.
396
402
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
3.
390
Kearifan Lokal Menuju Kota-
A. RudJJ(thtoSoesilo 2.
384
427
Kajian Emisi Coa 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
432
VIll. Pengendalian Pencemaran dan Perusakan Lingkuogan ........•._._....••••...__ .._.•_................... 1. Upaya Penanggulangan Pencemaran Lingkungan Teluk Ambon dalam Rangka Pengelolaan 2.
Lingkungan Pesisir .
Adi Mu/yanlo.......................................................................................................................... Hubungan Koefisien Biokinetik pada Proses Lumpur Aktif Completely Mixed Menggunakan
445
Konsep Kesetirobangan Massa dan Aliran Hidrolik Model Completely Mixed pada Unit Pengolahan Air Limbah Industri
Allen Kurniawan............... 4.
452
Kualitas Air Sungai Jiglong di Kabupaten Pari Jawa Tengah
Arieyarui Dwi Astuti 5.
439
atau Tanpa Resirkulasi
Allen Kurniawan dan Yanuar Chandra Wirasembada 3.
439
460
6.
Efisiensi Pengolahan Amonium Berkonsentrasi Tinggi dalam Lindi pada Evapotranspirasi Anaerobik secara Kontinyu Badrus Zaman, Purwanto, Sarwoko Mangkoedihardjo Logam Berat Timbal (Pb) pada Ikan Belanak di Perairan Segara Anakan Cilacap
Sistem
7.
Cahyadi, Moh. Husein Sastranegara; Agung Dhamar Syakti................................................ Potensi Keberadaan Polutan Kloroanilin di Sungai Citarum Akibat Biotransformasi
466 471
Pewama Azo dari Air Limbah Tekstil 8.
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
475
Industri Kerupuk Desa Kenanga Kecamatan Sindang Kabupaten Indramayu Jawa Barat
ISBN 978-602-17001-1-2
vi
Prosiding Se,!!inar Nasionaf Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan 2013 '.)
..
Konsep Kesetimbangan Massa dan A1iran Hidrolik Model Completely Mixed pada Unit Pengolahan Air Limbah Industri Allen Kurniawan StafPengajar Program StudiTeknik Sipil dan Lingkungan, Program Sarjana Institut Pertanian Bogor, Bogor, Indonesia Email:
[email protected]
ABSTRAK Penggunaan kesetimbangan massa(massbalance) pada pengolahan air limbah untuk mengetahui konsentrasi substansi yang mengalami perubahan pada setiap unit pengolahan. Pada model reaktor Completely Mixed, nilai perpindaban substansi di dalam reaktor harus seimbang dengan jumlah sisa produsi yang dihasilkan oleh proses fisik dan kimiawi. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui substansi secara detail berupa jumlah debit, padatan, clan substrat yang masuk dan keluar dari setiap unit pengolahan air limbah. Pengambilan contoh air limbah dilakukan salah satu industri di Jakarta, pada 5 titik sumber dengan sistem tercampur. Dari basil pengukuran karakteristik fisik clan kimiawi air limbah, dua parameter yaitu Biochemical Oxygen Demand (BOD) sebesar 661 mg/L, Total Suspended Solid (TSS) sebesar 342 mgfL, serta debit sebesar 0,12 m3/detik digunakan sebagai data awal untuk analisis kesetimbangan Massa. Unit pengolahan yang akan dirancang adalah bar screen, gritcbamber, sedimentasi primer, lumpur aktif sedimentasi sekunder, desinfeksi, serta unit pengolahan lumpur (thic/cener, digester anaerobik.., sentrifugasi). Pada diagram alir kesetimbangan Massa, supernatan dan lumpur diperhitungkan dengan memperhatikan aliran pada setiap unit operasi dan proses, tanpa meugacu pada waktu detensi. Dari analisis tersebut, debit aliran bawah (underflow) pada unit pengolahan lebih kecil dibandingkan aliran utama (main liquid stream), sedangkan konsentrasi TSS meningkat ketika memasuki unit pengolahan lumpur.Pengulangan (iterasi) perhitungan dibutuhkan untuk mendapatkan akurasi nilai variabel terbaik. Data yang diperoleh sangat berguna sebagai acuan dasar dalam merancang unit pengolahan air Iimbah. Kata kunci: completely mix, kesetimbangan
massa.., lumpur aktif.
1.
PENDAHULUAN
Hingga kini, masalah limbah cair di Indonesia terhadap limbah domestik maupun limbah industri selalu menjadi masalah serius. Air limbah pada umumnya langsung dibuang ke badan air penerima.., tanpa adanya pengolahan (treatment) terlebih dahulu. Hal tersebut mengancam kelesatarian lingkungan, karena kemampuan self purification lingkungan yang tcrbatas. Upaya pengolahan air limbah yang tepat dan optimal dapat mengatasi masalah tersebut. Dengan adanya instalasi . pengolahan, air limbah diharapkan dapat memenuhi persyaratan batas baku mutu yang ditetapkan oleh pemerintah ketika dibuang ke lingkungan. Alternatifunit pengolahan pada air limbah diperlukan untuk menganalisis reduksi bahanbahariorganik hasil penguraian biologis dan organisme patogen, sehingga Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) perlu direncanakan untuk menjalankan fungsi-fungsi tersebut. Dalam pemilihan alternatif pengolahan, jenis pence mar tertentu dapat menyebabkan permasalahan berbeda-beda.., sehingga pemilihan unit operasi dan unit proses perlu dilakukan dengan cermat dalam mereduksi pencemar spesifik tersebut. Unit operasi adalah unit yang berhubungan dengan transformasi secara fisika, sedangkan unit proses adalah unit yang berhubungan dengan transformasi secara kimiawi. Salah satu industri terkemuka di Jakarta yang rnemproduksi bahan kosmetik, sampo, sabun cuci piring dan lotion berencana untuk membuat IP AL guna mengimplementasikan 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. Aspek ekonomi, teknis, keamanan, kehandalan dan kemudahan pengoperasian perlu dipertimbangkan secara detail, setelah kontaminan diketahui karakteristiknya. Teknologi terpilih rnerupakan teknologi tepat guna sesuai dengan karakteristik limbah yang diolah dan nilai efisiensi removal kontaminan. Berdasarkan karakteristik limbah yang diperoleh, unit pengolahan direncanakan berupa screen, gritchamber, sedirnentasi primer, activated sludge (pengolahan biologis), desinfeksi, dan unit pengolahan lumpur. Tujuan dari pene!itian ini adalah membuat kesetirnbangan Massa (massbalances) dan aliran hidrolik (hydraulic flow regimes) untuk estimasi aliran debit, konsentrasi substrat dan padatan pada setiap infiuen dan efluen unit pengolahan. Dengan demikian, proses transformasi atau reduksi kontaminan pada air limbah dapat diperkirakan, sebelum unit pengolahan dirancang.
158,'" 978-602-17001-1-2
452
2. METODOLOGI Penelitian dilakukan di sebuah industri yang memproduksi bahan kosmetik, sham po, sabun cuci piring dan lotion di Jakarta dari bulan Maret hingga Juli 2013. Hasil akhir dari penelitian ini berupa perencanaan rancangan unit IP AL skala industri, sehingga topik ini merupakan bagian dari penelitian dalam skala yang lebih hesar. Komponen yang diarnati adalah air limbah yang keluar dari hasil produksi ataupun pencucian alat-alat produksi. Penelitian diawali dengan penentuan debit puncak air limbah, serta pengambilan contoh (sample) air Iimbah pada lima titik inlet saluran air Iimbah untuk dicampur menjadi satu guna mengetahui karakteristik kimia, fisika dan biologi. Dalam kesetimbangan Massa, parameter terpilih adalah Biochemical Oxygen Demand (BOD) sebagai nilai konsentrasi substrat dan Total Suspended Solid (TSS) sebagai nilai kcnsentrasi padatan. Langkah selanjutnya adalah membuat diagram alir kesetimbangan Massa untuk menentukan debit aliran, konsentrasi substrat dan konsentrasi padatan. Terjadinya perubahan reaksi zat pada aliran kesetimbangan tersebut kemungkinan diakibatkan oleh produksi atau destruksi oleh bahan kimia, biokimia, atau fenomena fisik (Droste, 1997). Pe.mYlltalln terse.but digambllrklln melalui perssmaan urnurn:
masuk
- keluaf
+
penurunan
selama proses
= akumulasi
(1)
Masuk-keluar mengacu pada pengangkutan bersih zat ke daIam reaktor, penurunan selama proses mengacu pada plodu~ atau desl1uksi bersih oleh reaksi atau proses Iisik, dan akumulasi adalah jumlah ywg tersisa. Tahap analisis kesetimbangan adalah sebagai berikut: a. Skema atau diagram alir sederhana dari sistem atau proses dipersiapkan. b. Sistem atau batas kontrol volume digambar untuk menentukan batasan penerapan kesetimbangan Massa. c. Semua notasi untuk reaksi biologis atau kimia dimasukkan. d. Persamaan kesetimbangan mass a dibuat herdasarkan notasi dan perhitungan yang telah dibuat.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Kuantitas dan Kualitas Air Limbab Pembacaan debit air limbah dilakukan selama dua mlnggu berturut-turut dari tanggal 29 April 2013 hingga 11 Mei 2013, kecuali pada hari Minggu. Penentuan kapasitas instalasi pengolahan air limbah didasarkan atas perkiraan total debit puncak yang dihasilkan pada satu hari, sehingga debit air limbah industri tersebut diperoleh sebesar 166 _ m3lhari. Debit yang dihasilkan sangat kecil. Sistem dengan aliran kontinu tidak mungkin diterapkan pada kondisi tersebut. Dengan demikian, sistem batch digunakan dengan menggunakan bak penampung di awal proses pengolahan yang berfungsi menampung air limbah dengan waktu detensi minimal 24 jamsebelum dialirkan ke unit selanjutnya. Debit aliran berubah dengan bantuan pompa sebesar 0,12 m3/detik. Hasil pembacaan fluktuasi debit setiap jam selama 24 jam diikuti dengan pengambilan sampel untuk pengukuran parameter BUD dan TSS. Serupa dengan fluktuasi debit, kedua parameter tersebut merupakan parameter utama dalam menentukan mekanisme proses pengolahan air limbah. Nilai rata-rata BOD dan TSS dihasilkan sebesar 661,19 mgIL dan 332 mgIL. Nilai kedua parameter tersebut berada di atas nilai baku mutu Keputusan Guberour Provinsi Daerab Khusus Ibukota Jakarta Nomor 581 Tabun 1995 tentang Penetapan Peruntukan dan Baku Mutu Air SungailBadan Air serta Baku Mutu Limbah Cair di Wilayah Daerah Khusus Ibukota Jakarta (TSS sebesar 100 mg/Lrserta Peraturao Men ten Negara Lingkungan Hidup Nomor 3 Tabun 2010 tentang Baku Mutu Air Limbah Bagi Kawasan Industri (BOD sebesar 50 rng/L). IPAL rnerupakan syaratmutlakuntuk segera dibangun oleh industri tersebut., sehingga dampak yang ditimbulkan dapat direduksi sebelum air limbah dibuang ke lingkungan. 3.2. Kesetimbaagan Massa dan Aliraa Hidrolik Reaktor model completely mired terdiri dari tangki yang diberi pengaduk untuk mencampurkan aliran yang masuk dan mengeluarkan sebagian material ke unit reaktor selanjutnya (Reynolds dan Richards, 1996) Setelah memasuki reaktor, air limbah yang masuk hampir seketika tercampur dengan air limbah yang telah tertampung di reaktor tersebut, sehingga volume dan kandungan air limbah reaktor menjadi seragam. Reaktor model ini digunakan pada proses biologis pada unit IP AL yang akan dirancang. IPAL diawali dengan unit screening dan diakhiri unit desinfeksi. Lumpur hasil pengolahan disalurkan ke unit pengolahan lumpurberupa digester anaerobik dan sentrifugasi. Runtutan proses dapat dilihat pada Gambar I yang telah dilengkapi notasi kesetimbangan Massa. Screening berupa rangkaian kisi-kisi besi untuk menyisihkan bends-bend a kasar, misalnya kertas, plastik, atau potongan kayu terapung yang dapat mengganggu jalannya proses pengolahan air limbah. Gritchamber berfungsi menangkap pasir agar tidak terbawa pada proses selanjutnya, sebab pasir tak dapat dihancurkan dengan proses biologis. Sedimentasi primer berfungsi untuk mengurangi kandungan TSS, sebagian padatan organik dalam air buangan (antara 50 % - 65%) dan menurunkan BOD (25% - 4(010) melalui proses fisik tanpa pembubuhan zat kimia (Metcalfand Eddy, 2003). Pada pengolahan dengan lumpur aktif lumpur padat atau flok-flok
ywg terbentuk hersarna mikroorgarusme (ba...1.:teri da...'1protozoa) ya...'1ghidup. Lumpur aktif dicampur dengan air limbah ISBN 978-602-17001-1-2
453
di dalarn sebuah tangki, selanjutnya seluruh isi tangki ini di aerasi secara mekanis. Sedimentasi sekunder (clarifier) berfungsi untuk memisahkan Mixed Liquor Suspended Solid (MLSS) dari air Iimbah dan mengentalkan lumpur yang ak.an diresirkulasi. Desinfeksi berfungsi untuk menghilangkan bau, warna, mereduksi zat organik, dan membunuh bakteri patogen. Thickener berfungsi meningkatkan konsentrasi lumpur dengan mengurangi volume fase cairan. Digester anaerobik berfungsi untuk menstabilkan lumpur dalam kondisi anaerob menggunakan bantuan mikroorganisme anaerob yang menghasilkan metan dan karbondioksida. Sentrifugasi berfungsi untuk mengeringkan lumpur untuk mencapai padatan yang optimal (Thomas, 2009). Pada Garnbar 1, proses tersebut dilengkapi notasi untuk aliran, konsentrasi padatandan konsentrasi substrat. Beberapa informasi yang harus diketahui sebelum perhitungan kesetimbangan dihitung adalah: a. Debit aliran (Qo) sebesar 0,12 m3/detik atau 10368 ml/hari, konsentrasi BOD influen(.SaJ sebesar 661 mgfL dan konsentrasi TSS influen(XaJ sebesar 342 mgfL. So dan Xo tidak tennasuk material yang akan dibuang discreeningatau gritchamber.
Gambar 1. Diagram alir kesetimbangan massa pada IP AL menggunakan lumpur aktif b. Jumlah material yang terkumpul di screening(Xscw) adalah 0,005 m311000 mJ. Jumlah tersebut berada pada kisaran 0,004-0,009 mll1000 mJ (EPA, 2003) c. Jumlah pasir yang terkumpul di grit chamber ( Xgw) adaJah U,OOll m3ilOUU m3.Jumlah tersebut berada pada kisaran 0,003-0,074 m311000 mJ (EPA, 2003) . . d. Pada unit sedimentasi primer, nilai reduksi TSS (Rp) sebesar 62%,nilai reduksi BOD(fp) sebesar 37%, konsentrasi aJiran bawah (underflow) TSS (X.,) sebesar 4,5%. e. Pada bakaerasi lumpur aktif.konsentrasi BOD efluen terlarut (SAl sebesar 5 mg/L, koefisien basil (yield Jbersih TSS berdasarkan BOD influen dan BODs efluen terlarut sebesar 0,65 mg TSS yang diproduksiimg BOD yang dibuang, serta konsentrasi TSS di bak aerasi (X.J sebesar 2000 mgIL. f. Pada unit sedimentasi sekunder, konsentrasi aliran atas (overflow) efluen (XsJ mengandung 10 mg/L dan konsentrasi aJiran bawah (underflow) TSS (X;cS1 sebesar 0,75%. g. Pada unit thickener pzeeses: yang tertampung pada dasar bak(C,,1 diharapkan sebesar 85~/cdan konsentrasi a!iran. bawah (underflow) TSS(xJ sebesar 6%. h Penambahan dosis gas klorin pada unit desinfeksi sebesar 1,5 mg/L. 1. Reduksi TSS diharapkan pada unit anaerobik digester (f,w) sebesar 55%. j. Pada unit sentrifugasi, 9 kg polimer ditambahkan pada setiap 1 tOI;1 padatan (Dp,), dengan konsentrasi (XpJ sebesar 80 g/L, Unit ini diharapkan menampung padatan (,Cd sebesar 97,5%, dengan konsentrasi padatan keringt'caIce(XcA:i sebesar 32%. k Specific gravity (berat jenis) TSS diasumsikan sebesar 1,00. Kesalahan dari asumsi ini cukup kecil I. BOD diasumsikan tidak terlarut d.idigester anaerobik, thickener dan sentrifugasi. BOD akan bertransformasi setelah melalui unit sedimentasi primer dan bak aerasi pada unit lumpur aktif m. Konsentrasi padatan di bak aerasi diasumsikan seragarn. Persamaan kesetimbangan untuk debit aliran air limbah tersaji pada Tabel l. Dari Tabel tersebut, setiap aliran akan mengalami kesetimbangan pada setiap unit pengolahan, baik di influen atapun efluen. Persamaan tersebut bukan persamaan independen, melainkan dibangun dari keseirnbangan aliran tiap unit pengolahan, sehingga persamaan dapat berubah seiring dengan adanya modifikasi unit atapun perubahan rola aliran.
ro
ISBN 978-602-17001-1-2
454
Tabell.Persamaan
Kesetimbangan
Screening Grit chamber Sedimentasi
primer
Lumpuraktif
(bakaerasi)
Sedimentasisekunder(Clarifier) Desinfeksi
(2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)
Thickener Digester anayrobic
Debit Aliran Air Limbah Qo = Qsc + Qscw Qsc Qg + Qw Qsc Qg + Qw Qg + Qct + QtS = Qpo Qp + rQp = QA
=
=
QA = Qs + Qus QuS = Qw + rQp o Qs + QCl = Qf Qs = Qf Qup
(ll)
+ Qw = QtS + QI
o. = o, o.. o:
Qd + Qpl = + Catatan: *Qc: II'dalllh laju aliran g1\S dan titl!lk mempengaruhi leju aliran, sehingga Qc: dapetdiabaikan.
(12)
Sentrifugasi
Selain persamaan
balance) barns
kesetimbangan debit aliran, persamaan kesetimbangan padatan (solid balance) dan substrat (substrat diformulasikan guna memperoleh variable-variable kesetimbangan secara lengkap. Persamaan padatan dan keseimbangan zat diformulasikan sebagai berikut:
kesetimbangan a. Screening Konsentrasi limbah yang terkumpul di screening (X.cvJ berdasarkan basis volume sebesarO,005 m3/tOOO m3. Perlu diperhatikan bahwa konsentrasi padatan di influen screening dan efluen screening hamper tidak mengalami perubahan yang signifikan .. (13) b. Grit chamber • Serupa dengan screening, konsentrasi padatan pada influen tidak mengalami perubahan Konsentrasi pasir (grit) yang terkumpul(Xg><:Jberdasarkan basis volume sebesar 0,008 m3/IOOO rrr'.
yang
signifikan.
(14) c. Sedimentasi primer Kesetimbangan padatun: Tidak ada perubahan Xo pada dua unit pengolahan awal. QgXo QgXo
= QpXp + QupXup = QpoXpo -
+ QctXct + QtsXtS + QctXct + QtsXcs
Rasio reduksi padatan(R,Jdapat
(15) (16)
dijabarkan melalui persamaan:
(17) Kesetimbangan substrat: Tidak ada perubahan pada konsentrasi BOD pada dua unit pengo!ahan awal, pada aliran Qct dan Qts. Nilai reduksi BOD di sedimentasi primer (fpBOd sebesar 0,35 BOD pada aliran bawah (underflow) sedimentasi primer juga diabaikan, sehingga kesetimbangan substrat menjadi: (18)
Pcrsamaan (18) di atas mcnggambarkan rcduksi BOD pada scdirncntasi primer. d. Aerasi pada unit lumpur aktif Kesetimbangan padatan: Pada bak aerasi terjadi penurunan dan perubahan padatan di bak aerasi (L1X), sehingga persamaan menjadi: (19) ISBN 978-602-17001-1-2
455
Kesetimbangan substrat: Kesetimbangan substrat untuk bak aerasi termasuk nilai .1S untuk reduksi konsentrasi BOD: (20)
Untuk menentukan & pada Persamaan (19), koefisien hasil (yield) bersih informasi awal. .1X berdasarkan reduksi BOD pada bak aerasi adaIah:
(Y) telah diketahui pada data
IlX = YLlS
(21)
e. Sedimentasi sekunder Kesetimbangan padatan pada unit sedimentasi sekunder adalah: (22) Tidak ada peruba'han konsentrasi padatan ketikaQ..sterpecah
menjadi Qp dan Q w-
f
Desinfeksi Tidak ada perubahan pada konsentrasi TSS di bak desinfeksi karena klorin merupakan zat terlarut. Jumlah BOD yang sangat kecil yang akan dioksidasi oleh klorin, namun diasumsikan nilainya dapat diabaikan.
g. Thickener
Rasia pengumpulan
dithickener didefinisikan sebagai Ct. (23)
(24) h. Digesteranaerobik Reduksi padatan pada digesteranaerobik dapat diketahui dengan menggunakan
faktar/AD: (25)
i.
Sentrifugasi Laju pembubuhan
dosis po Iimer didefinisikan
sebagai Dpt. Rasia pengumpulan
di sentrifugasi
didefinisikan
.melllh.li notllsiC
(26) (27)
(28) Perlu diperhatikan setelah persamaan dapat dipecahkan, satuan variable harus dipertahankan sama untuk dapat memastikan bahwa perhitungan benar. Hasil perhitungan dapat disajikan pada Tabel 2, berikut pencantuman deskripsi variable dan acuan dari persamaan yang digunakan. Tabel 2.Variabel kesetimbangan massadan debit aliran air limbah
So Xo Qo
e,
o.: XSCW
Q~ Qg"
Konsentrasi BOD influen (mgIL) KonsentrasiinfluenTSS (tidaktennasukscreeningdangrit Debit aliran influen (m3fhari) Debit aliransetelahscreening (m%ari) Lajuvolumetrikscreeznagtm'zdetik) Jumlah material yang terkumpul di screening(m3/1000 De.bitaliranse~elahgrit chamberjm3~) LaJuvolumetrikgrit chamber(m Idetik)
ISBN 978-602-/700/-/-2
661 chamber)
342
10368 10368 nr')
6 xl 0-7 0,005
10368 9,6 xl0-7
Data primer Data primer Data primer Pers. (2) Pers. (13) Data sekunder Pers. (3) Pers. (14) 456
Jumlahpasir yang terkumpul di grit chamber (m 11000 m ) Total debitaliran yang masukkesedimentasi primer(m3/hari) Total konsentrasi TSS influen sedimentasi primer (m~) Debit aliran supematan efluen sedimentasi primer (m /hari) Konsentrasi TSS supematan efluensedimentasi primer (mg/L) Konsentrasi BOD efluen sedimentasi primer (mgIL) Konsentrasi TSS a1iran bawah (unde1j1ow}efluen sedimentasi primer (kgIL) Debit aliran bawah (ur.da:f7O'w)efluen sedimentasi primer (m3lhari) Debit aliran Konsentrasi Debit aliran Konsentrasi
efluen aerasi-lumpur aktif{m3/hari) BOD efluen aerasi-lumpur aktif(mgIL) supematan efluen sedimentasi sekunder (m3/hari) TSS supernatan efluen sedimentasi sekunder (mg/L)
0,008 10977,47 420,15 10310,4 129,% 418,76 0,045 57,6 13300,42 5 9766,66
to
Q..s
Debit aliran bawah (underflow) efluen sedimentasi sekundertm'zhari)
X..s
Konsentrasi TSS a1iran bawah (underflow) efluen sedimentasi sekunder (mg/L)
7500
r
rasio debit a1iran recycle sedimentasi sekunder ke debit aliran efluen sedimentasi primer
0,29
Q,.
Debit aliran efluen desinfeksitrrr'rhari) Debit aliran limbah lumpur aktif dari sedimentasi sekunder (m3/hari)
Qr
Debit aliran bawah(underflow)efluenthickener(m3/hari)
Q;
3533,76
Data selamder Pers. (5) Pers. (16) Pers. (4)
Xp
(1- Rp) Xo
-
Pers. (18) Data sekunder
Qup
_ RpQoXo -
XUI'
Pers. (6) Data sekunder Pers. (7) Data sekunder Pers. (7)dan Pers. (22): QA(XS-XA) Qus X X
=
s-
uS
Data sekunder Pers. (19)dan Pers. (6):
9766,66 543,74
Qp(Xp-XA) r=------
+M
Qp(XA -XuS) Pers. (9) Pers.(8)
Pers. (24) danK,: 94,..49
o,x,
0.=-Xc ~<
QtS
KonsentrasiTSS aliranbawah(unde1j1ow)efluenthickener (kglL) . Debit aliran supernatan efluenthickenermenujutnfluensedimentasi primer (m3/hari) Konsentrasi TSS supematan efluenthickenermenujuinfluensedimentasi primer(mglL) Debit aliran bawah (underflow) efluen digesteranaerobik(m3/hari) Konsentrasi TSS aliran bawah (underflow) efluen digesteranaerobik (g/L)
0,06 506,85 1974,25 94,49 27
Pers. (12)
640
Pers. (27)
7,84
.••
,..I',....-L"".d"'n"" ..,u,uil tankeri LUiA.""" • .In6\ casus) "'-I.
_t.;.f:" ent: o!J •• g ,..,1,m 3/1, , £.la ri) ••
Konsentrasi TSS padatankering(cake)efluensentrifugasi (kg/L) Debita!irancentratedarisentrifugasimenujuinfluensedimentasi primerfrrr'rhari) Konsentrasi TSS centrate dari sentrifugasi menuju influen sedimentasi primer (mg/L)
Qt=--
102,62
Debit '\,0 1U metrik .•u •••.u p
·""4.4ut:1u.
Pers. (11) Pers. (25) danXd: QdXd
0,32
0,29 80
.IIu
Pers. (23)
Xd Pers. (26) Data sekunder Pers. (28) danXct: _ QckXck Q ck Xck Data sekunder
Lajualiranconditioning polimeruntuksentrifugasiun'rhari) Konsentrasi TSS polimer untuk sentrifugasi (kg/L)
Aft'\""'~"""r)"""'~~
Data sekunder Pers. (10)
Hal yang sangat fundamental pada tahapan pengolahan air limbah di atas ketika air limbah memasuki unit sedimentasi primer dan pengolahan lumpur aktif (activated sludge). Unit sedimentasi primer dirancang urrtuk mengurangi konsentrasi TSS sebesar 50-65% dan menurunkan konsentrasi BOD sebesar 25-4
457
dan sebagai sumber energi (TjokrokuSumo, 1998). Flok ini yang menyebabkan konsentrasi TSS di bak aerasi tinggi hingga mencapai 0,045 kg/L. Padasedimeotasi sekunder (clarifier), lumpur yang dieodapkan sebagian akan dikembalikan ke unit pengolahan biologis berupa lumpur aktif sedangkan supematan dialirkan menuju unit pengolahan desiofeksi dengan debit 9766,66 m3/hari. Prinsip mekanisme proses pada unit clarifier menyempai unit sedimentasi primer.Untuk menghasilkan efluen d~ kualitas yang baik, Benefield (2001) meojelaskan bahwa biomassa (setelah memisahkan material organik dari air lirnbah) harus dipisahkan dari cairanlsupematan. Sedimentasi sekuoder ini hampir selalu merupakan tahap pembatas kualitas etluen. BOD yang keluar dieflueo biasanya di bawah 5 mgIL, namun padatan biomassa yang masih terkandung pada.air limbah memungkinkan akan memproduksi BODefluen 20 mgIL atau lebih besar. 14000
l l
-'-~ ~ ~
12000 10000 8000 6000
Cl
4000
-9 E
2000
~
0
~
N \0
0-
'Of"~ 'Of"
0-
~ 0
00
<J III
0'
0'
~ ~
OIl
o
0'
h
0
~
c..
6-
~
«
v.I
0'
0'
•...
v.I
CI
::I
<5
5
CI
"0
CI
~
'Of" 00
r-i
r:
0
..>0: o
0 0'
0'
Jenis Debit Aliran Gambar 2. Debit aliran pada setiap unit IF AL Dari grafik pada Gambar 2 diatas, debit aliran bawah (underflow )terlihat cukup kecil dibandingkan dengan aliran utama (main iiquidstream). Debitaliran bawah disirnbolkan denzan notasi 0."""0",,, 0 ••••O ••~ O; Or.;. Od, Ode dan Q<1' Hal ini disebabkan sebagian besar fase cairanlsupematan tersalurkan - melaliJi aiiian- ~a -dari- screening hingga desinfeksi, sedangkan padatan (solid) tersalurkan melalui aliran bawah (underflow) menuju unit pengolahan lumpur. Pada Gambar 3, konsentrasi TSS terbesar dihasilkan dari supernatan eflueo thickener menuju influen sedimentasi primer (X,J sebesar 1974;25 mgIL Nilai tersebut diakibatkan konsentrasi TSS merupakan basil dari pemisahan padatan dari unit sedirnentasi primer dan sedimentasi sekunder hasil dati proses pengolahan biologis. Thickener berfungsi untuk mengurangi 'volume lumpur dengan membuang supematan. Supematan adaIah cairan atau fase cair di dalam lumpur yang terpisah dengan fase padatan Umumnya supernatant diresirkulasi kembali ke dalam unit pengolahan utama air limbah.
o.,~
V)
N
2500
~ r-.
;,..... ~ 2000 ~ 1/ 1500 ~ :--
0-
<,
.-•~.. •...
!::
.,...
1000
""' '" :::
c :..::
N
500
-eC".
..,.0
ci
\0
..,.
N
r--
c
N
0 0
><
0 c..
><
c..
><
v.I
><
rn
X
"0
><
..• ~
Konsentrasi TSS Setiap Unit Pengolahan Gambar 3. Konsentrasi TSS pada setiap unit IFAL • Catatan: *Tidak mencakup konsentrasi TSS berdasarlcan dare sekunder,
ISBN 978-602-/7001-1-2
458
4.
KESIMPULAN
Analisis kesetimbangan massa merupakan metode cepat untuk mengidentifikasi perbedaan dalam peogolahan· data
5. Benefield, L., 1993. Biological
REFERENSI
Process Design for Wastewater Treatment, Ibis Publishing, Melbourne.
Droste, R. L., 1997. Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment, J01m Wiley & SOIlS, Toronto. Environmental Protection Washington D.C.
Agency,
2003.Wastewater
Technology
Fact
Sheet:
Screening
Metcalf and Eddy, 2003. Wastewater Engineering:
Treatment, Disposal and Reuse, McGraw-Hili,
Reynolds, T. D., Paul A Richards, Publishing Company, Boston.
Operations
1996.Unit
Sutapa, I. D. A, 1999. "Lumpur Aktif: AltematifPengolah & Lingkungan, No.3, p. 25-38.
and Processes
in Environmental
of 34th Annual
1999. Pengantar Enjiniring Lingkungan, Jilid 1, Sekolah Tinggi Teknik Lingkungan
ISBN 978-602-/700/-1-2
Greet
Removal,
New York. Engineering,
Limbah Cair", Jurnal Studi Pembangunan,
Thomas, M., 2009, "Optimisation of Dewatering Centrifuges", Proceeding Operations Workshop, Indoor Sports Stadium Caloundra, p. 106-1 !2. Tjokrokusumo.
and
PWS
Kemasyarakatan
Qld Water Industry
YLH, Yogyakarta.
459
