PERANCANGAN REAKTOR ACTIVATED SLUDGE DENGAN SISTEM AEROB UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH CAIR DOMESTIK
TUGAS AKHIR
Oleh: I Gusti Ngurah Indra Cahya Hardiana 0704105029
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2012
ABSTRAK Pencemaran lingkungan telah menjadi permasalahan penting yang banyak terjadi dan membutuhkan penanganan segera. Pencemaran lingkungan dapat disebabkan oleh limbah padat, cair, maupun gas. Salah satu penyumbang limbah yang cukup banyak adalah rumah tangga. Masih banyak rumah tangga yang membuang limbahnya ke badan air tanpa melakukan pengolahan terlebih dahulu. Penelitian ini bertujuan merancang suatu instalasi pengolah air limbah sederhana yang bisa diterapkan di rumah tinggal. Reaktor lumpur aktif (activated sludge) adalah salah satu alat pengolah limbah cair dengan sistem aerob yang memanfaatkan perkembangbiakan mikroba pengolah limbah. Dalam penelitian ini dihitung dimensi reaktor lumpur aktif yang efektif diterapkan di rumah tinggal. Selanjutnya, dianalisis penurunan parameter pencemar air limbah yang masuk dan keluar melalui reaktor tersebut dengan suatu pembuatan model reaktor dan penelitian. Berdasarkan hasil perhitungan didapatkan rancangan reaktor lumpur aktif dengan dua ruang yang terdiri atas tangki aerasi dan tangki sedimentasi dengan ukuran masing-masing tangki sebesar 0,5 x 1 x 1 meter. Selain itu, diperlukan juga aerator dengan debit keluaran udara sebesar 22 m3/hari. Selanjutnya, didapatkan penurunan nilai parameter pencemaran air limbah yang cukup besar, yaitu penurunan BOD sebesar 74,01%, penurunan COD sebesar 65,39%, dan penurunan TSS sebesar 86,41%, sehingga dapat dikatakan air keluaran setelah diolah (efluen) kualitasnya jauh lebih baik dibandingkan air limbah sebelum diolah (influen). Selain itu, nilai BOD, COD, TSS, pH, dan temperatur air hasil olahan (efluen) telah memenuhi syarat baku mutu air limbah sesuai dengan Peraturan Gubernur Bali Nomor 8 Tahun 2007. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa reaktor ini dapat diterapkan di rumah tinggal karena efektif dalam menurunkan parameter pencemar air limbah. Pada pengaplikasiannya di rumah tinggal, direncanakan juga saluran air limbahnya serta dihitung penulangannya jika reaktor ini dibangun dengan menggunakan material beton bertulang. Kata kunci: Reaktor lumpur aktif, activated sludge, limbah rumah tangga, parameter air limbah, BOD, COD, TSS, lingkungan.
i
UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan ke hadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Judul Tugas Akhir ini adalah “Perancangan Reaktor Activated Sludge dengan Sistem Aerob untuk Pengolahan Limbah Cair Domestik.” Selama penyusunan Tugas Akhir ini, penulis mendapat informasi, bantuan, motivasi, saran, serta bimbingan dari beberapa pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1.
Ibu Dr. Ir. Yenni Ciawi dan Bapak I Putu Gustave Suryantara Pariartha, ST., Meng, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan saran.
2.
Bapak I Gede Herry Purnama, ST., MT., MIDEA., dan Ibu Ni Made Utami Dwipayanti, ST., MBEnv., dosen P.S. IKM Universitas Udayana yang telah membantu dalam pendesainan dan pemahaman materi.
3.
BLUPAL yang telah memberi ijin melakukan penelitian di IPAL Suwung
4.
Bapak Agung, Mbok Mahen, Mbok Marlyin, Bu Ayu serta seluruh staf dan pegawai IPAL Suwung yang telah sangat membantu selama penelitian.
5.
Kedua Orang tua dan Keluarga atas motivasinya.
6.
Oka Semara Utama yang telah berjuang bersama-sama melakukan penelitian.
7.
Rekan-rekan Teknik Sipil Angkatan 2007 yaitu Wahyu, Rani, Purnawan, Sugita, SG, Suryadi, Adi Karang, Dipta, Sutha, Novan, Wulan, Candra, Cakra, serta teman-teman lainnya atas bantuan dan motivasinya.
8.
Serta pihak-pihak terkait yang tidak dapat disebutkan satu per satu, yang telah membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari bahwa kemampuan yang penulis miliki dalam
penyusunan Tugas Akhir ini jauh dari sempurna. Untuk itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca guna kesempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih.
Denpasar,
Maret 2012
( Penulis) ii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL HALAMAN PENGESAHAN HALAMAN PERNYATAAN ABSTRAK ………………………………………………………………………. UCAPAN TERIMA KASIH................................................................................ DAFTAR ISI…………………………………………………………….............. DAFTAR TABEL……........................................................................................... DAFTAR GAMBAR……..................................................................................... DAFTAR NOTASI DAN ISTILAH……………………………………….…….
i ii iv v vi vii
BAB I
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang …………............................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah............................................................................ 2 1.3 Tujuan Penelitian …....................................................................... 3 1.4 Manfaat Penelitian ............................................................................ 3 1.5 Batasan Penelitian .......................................................................... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Limbah .......................................................................... 4 2.2 Komposisi dan Karakteristik Limbah Cair........................................ 5 2.2.1 Karakteristik Fisik................................................................... 5 2.2.2 Karakteristik Biologi............................................................... 6 2.2.3 Karakteristik Kimia……........................................................ 6 2.2.4 Pengukuran Parameter Air Limbah.......................................... 7 2.3 Pengolahan Limbah Cair Rumah Tangga.......................................... 8 2.3.1 Pengolahan Secara Fisik ...................................................... 8 2.3.2 Pengolahan Secara Kimia ...................................................... 9 2.3.3 Pengolahan Secara Biologi ................................................... 10 2.4 Pengolahan Limbah Secara Aerob................................................... 12 2.5 Pengolahan Limbah dengan Lumpur Aktif (Activated Sludge) .... 12 2.5.1 Proses Lumpur Aktif ........................................................... 13 2.5.2 Parameter untuk Desain Reaktor Lumpur Aktif................... 13 2.5.3 Permasalahan pada Proses Lumpur Aktif................................ 15 2.6 Perencanaan Debit Air Limbah ………………………………..... 15 2.6.1 Umum .................................................................................. 15 2.6.2 Perhitungan Debit Limbah Cair........................................... 16 2.6.3 Fluktuasi Debit Limbah Cair................................................ 16 2.7 Perhitungan Dimensi Bangunan IPAL………………………….. 17 2.7.1 Perhitungan Dimensi Saluran Air Limbah .......................... 17 2.7.2 Perhitungan Bak Pengumpul................................................ 18 2.7.3 Perhitungan Reaktor Activated Sludge................................. 18 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Umum ........................................................................................... 3.2 Diagram Alir Penelitian ................................................................ 3.3 Lokasi dan Waktu Penelitian ........................................................ 3.4 Bahan-bahan dan Peralatan ............................................................
24 24 26 26
iii
3.4.1 Bahan yang Digunakan......................................................... 26 3.4.2 Peralatan yang Digunakan.................................................... 26 3.5 Prosedur Penelitian ........................................................................ 27 3.5.1 Penentuan Rumah Tangga yang Ditinjau............................ 27 3.5.2 Perhitungan Debit Air Limbah………………..................... 27 3.5.3 Perhitungan Desain dan Volume Reaktor.......................... 27 3.5.4 Proses Penelitian …………................................................. 28 3.6 Prosedur Analisis Penelitian............................................................ 28 3.6.1 Analisis DO........................................................................... 28 3.6.2 Analisis BOD…………………............................................ 29 3.6.3 Analisis COD .......................................................................... 29 3.6.4 Analisis TSS ………….......................................................... 29 3.6.5 Analisis pH dan Temperatur ………………………………. 29 3.7 Mendesain IPAL Sederhana…………………….......................... 30 3.7.1 Perencanaan Saluran Air Limbah ......................................... 30 3.7.2 Perhitungan Dimensi IPAL dan Penulangan ……………… 30 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum ............................................................................................. 31 4.2 Perhitungan Debit Rencana Air Limbah........................................... 31 4.2.1 Perhitungan Timbulan Air Limbah......................................... 31 4.2.2 Perhitungan Debit Air Limbah Maksimum.............................. 31 4.3 Perhitungan Desain dan Volume Reaktor.......................................... 32 4.4 Pembuatan dan Start-up Reaktor…………………………………. 38 4.4.1 Pembuatan Reaktor Activated Sludge..................................... 38 4.4.2 Persiapan Lokasi Percobaan di IPAL...................................... 40 4.4.3 Proses Start-Up....................................................................... 41 4.5 Uji Parameter Air Limbah………………………………………… 42 4.5.1 Hasil Pengujian Parameter Air Limbah................................... 42 4.5.2 Hasil Analisis BOD………………......................................... 44 4.5.3 Hasil Analisis COD................................................................. 46 4.5.4 Hasil Analisis TSS………………......................................... 48 4.5.5 Perbandingan BOD dan COD pada Influen ……………….. 50 4.6 Pendesainan IPAL Sederhana Skala Rumah Tangga......................... 52 4.6.1 Perhitungan Dimensi Saluran Air Limbah ............................. 53 4.6.2 Perhitungan Bak Pengumpul…………….............................. 55 4.6.3 Perhitungan Reaktor Activated Sludge.................................... 55 BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan…….. …………............................................................... 78 5.2 Saran…………............................................................................... 79 DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………… 80 LAMPIRAN A Gambar-gambar perencanaan IPAL Activated Sludge LAMPIRAN B Peraturan Gubernur Bali Nomor 8 Tahun 2007 LAMPIRAN C Metode pengujian sampel di Laboratorium IPAL
iv
LAMPIRAN D Surat-surat LAMPIRAN E Foto-foto pelaksanaan penelitian
v
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tabel 2.2 Tabel 2.3 Tabel 2.4 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Tabel 4.7
Fluktuasi limbah cair yang khas …………………………………... Koefisien Manning (n) untuk aliran melalui pipa ………………… Koefisien momen pada plat tipe I-1 (tertumpu bebas)…………… Koefisien momen pada plat tipe I-2 (terjepit penuh)………………. Rekapan pengamatan fisik air limbah …………………………… Rekapan hasil pengujian parameter air limbah …………………… Hasil pengujian BOD5………………………………….................... Hasil pengujian COD …………………………………………….. Hasil pengujian TSS……………………………………………….. Perbandingan BOD dan COD influen …………………………… Rekapan penulangan reaktor actvated sludge ……………………
vi
17 18 22 22 42 43 45 47 49 51 77
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Gambar 4.10 Gambar 4.11 Gambar 4.12 Gambar 4.13 Gambar 4.14 Gambar 4.15 Gambar 4.16 Gambar 4.17 Gambar 4.18 Gambar 4.19 Gambar 4.20
Gaya yang bekerja pada bak saat keadaan kosong ....................... Gaya yang bekerja pada bak saat keadaan terisi .......................... Pelat reaktor................................................................................ Diagram alir tahap pelaksanaan penelitian dan perencanaan ........ Skema reaktor limbah kontinu .................................................... Reaktor activated sludge ............................................................. Pembuatan reaktor activated sludge ............................................ Reaktor activated sludge setelah waterproofing .......................... Pemasangan terpal pada lokasi penelitian .................................... Pompa air dan tangki air penampung .......................................... Aerator yang dihubungkan dengan tangki aerasi ......................... Perbandingan warna air pada influen dan efluen ......................... Grafik perbandingan BOD5 pada influen dengan efluen .............. Grafik penurunan nilai BOD5 dari influen ke efluen .................... Grafik perbandingan COD pada influen dengan efluen ............... Grafik penurunan nilai COD dari influen ke efluen ..................... Grafik perbandingan TSS pada influen dengan efluen ................. Grafik penurunan nilai TSS dari influen ke efluen....................... Grafik perbandingan BOD dan COD pada influen ...................... Grafik nilai rasio BOD dan COD pada influen ............................ Penampang pipa terisi 0,8 penuh ....................................... …….. Gaya yang bekerja pada bak saat keadaan kosong ....................... Gaya yang bekerja pada bak saat keadaan terisi .......................... Pelat lantai reaktor ...................................................................... Dimensi balok yang direncanakan ...............................................
19 20 22 24 28 38 39 39 40 41 41 43 45 46 47 47 49 50 51 52 53 56 58 64 74
vii
DAFTAR NOTASI DAN ISTILAH
Activated Sludge
= Lumpur aktif (metode pengolahan limbah dengan menggunakan bakteri aerob yang dibiakkan dalam tangki aerasi)
Aerob
= Membutuhkan oksigen dalam udara
Aerator
= Alat untuk mengalirkan udara yang mengandung oksigen
Air limbah
= Semua jenis air sisa atau buangan dari proses kegiatan manusia, hewan, maupun tumbuh-tumbuhan yang bersifat mencemari
Air limbah domestik
= Air buangan dari kegiatan rumah tangga
Air lindi
= Cairan yang dikeluarkan oleh sampah padat
Anaerob
= Tidak membutuhkan oksigen
Bak pengumpul
= Bak penampungan sementara air limbah sebelum memasuki reaktor
Bakteri aerob
= Bakteri yang membutuhkan oksigen untuk hidup
Biodegradasi
= Proses pemecahan senyawa pencemar organik oleh aktivitas mikroba. Umumnya terjadi karena senyawa tersebut dimanfaatan sebagai sumber makanan (substrat)
BOD
= Biochemical Oxygen Demand (oksigen yang diperlukan oleh mikroorganisme untuk mengoksidasi atau mendegradasi zat-zat organik pada limbah)
COD
= Chemical Oxygen Demand (kebutuhan oksigen dalam proses oksidasi secara kimia)
d
= Jarak dari serat tekan terluar ke pusat tulangan tarik
Densitas
= Massa jenis
DO
== Disolved Oxygen (kadar oksigen terlarut)
Efluen
== Hasil keluaran air limbah setelah diolah
f’c
== Kuat tekan beton yang disyaratkan
viii
Fluktuatif Freeboard
== Kondisi yang tidak tetap atau naik-turun = Jarak keamanan yang diberikan dari permukaan air sampai permukaan atas reaktor untuk mencegah
= Jarak peluapan keamanan air yang diberikan dari permukaan air sampai permukaan atas fy
= Kuat leleh yang disyaratkan untuk tulangan non = Kuat prategang leleh yang disyaratkan untuk tulangan non prategang
IPAL
== Instalasi Pengolah Air Limbah
Influen
== Masukan air limbah yang belum diolah
l
== Panjang bentang balok
Metabolisme
= Serangkaian kegiatan yang terjadi di dalam makhluk
= Serangkaian hidup untukkegiatan mempertahankan yang terjadi hidup di dalam makhluk hidup untuk memperta Mikroba
= Mikroorganisme atau organisme dalam ukuran kecil seperti bakteri, alga, jamur yang dimanfaatkan dalam
= Mikroorganisme pengolahan limbah atau organisme dalam ukuran kecil seperti bakteri, alga, ja Mn
== Kuat momen nominal suatu penampang
Mu
== Momen terfaktor pada penampang
n
== Koefisien rougness (tergantung jenis pipa)
Oksidasi
= Proses pembakaran yang memerlukan oksigen untuk = Proses menghasilkan pembakaran energi yang memerlukan oksigen untuk menghasilkan energi
p
== Tebal selimut beton
pH
== Derajat keasaman atau kebasaan suatu larutan
Polutan
== Zat-zat pencemar
R
= Radius hidrolik (perbandingan luas penampang basah
= Radius denganhidrolik keliling (perbandingan basah luas penampang basah dengan keliling basa Residu
== Zat-zat sisa dari suatu proses
Reaktor
== Tempat berlangsungnya suatu reaksi
Reaktor kontinu
==Reaktor Reaktoryang yangterdapat terdapataliran aliranmasuk masukmaupun maupunkeluar keluardengan aliran yang teta dengan aliran yang tetap (konstan)
Reaktor semi-kontinu ==Reaktor Reaktoryang yangterdapat terdapataliran aliranmasuk masukmaupun maupunkeluar keluardengan aliran yang tida dengan aliran yang tidak tetap Sampel
== Contoh yang diujikan
Sedimentasi
== Pengendapan partikel padat pada air limbah
ix
Suspensi
== Campuran fluida yang mengandung partikel padat
TSS
== Total Suspended Solid (total padatan tersuspensi)
Turbiditas
== Kekeruhan
Q
== Debit air
Qd
== Debit aliran maksimum desain
V
== Kecepatan aliran
Waktu tinggal
==Total Totalwaktu waktuyang yangdibutuhkan dibutuhkanair airlimbah limbahdari darisaat saatmemasuki reaktor kemud memasuki reaktor kemudian diolah sampai keluar dari reaktor. Disebut juga waktu detensi atau waktu retensi
Wd
== Beban mati terfaktor
Wl
== Beban hidup terfaktor
Wu
== Beban terfaktor per unit panjang
ρ
== Rasio tulangan tarik
ρb
= Rasio tulangan yang memberikan kondisi regangan = Rasio seimbang tulangan yang memberikan kondisi regangan seimbang
ρmax
== Rasio tulangan maksimum
ρmin
== Rasio tulangan minimum
γ
== Berat jenis
x
