RANCANGAN UNIT INSTALASI PENGOLAHAN AIR LIMBAH DENGAN PENGOLAHAN BIOLOGIS ATTACHED GROWTH
ANINDYA SEKAR PUTRI
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Rancangan Unit Instalasi Pengolahan Air Limbah dengan Pengolahan Biologis Attached Growth adalah benar karya saya dengan arahan pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, September 2013 Anindya Sekar Putri NIM F44090032
ABSTRAK ANINDYA SEKAR PUTRI. Rancangan Unit Instalasi Pengolahan Air Limbah dengan Pengolahan Biologis Attached Growth. Dibimbing oleh ARIEF SABDO YUWONO dan ALLEN KURNIAWAN. Kemajuan industri di Indonesia, menimbulkan dampak negatif terhadap lingkungan, seperti terjadinya polusi air. Salah satu cara untuk mengatasi polusi air adalah dengan membangun Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL). Namun demikian, tidak semua industri memiliki IPAL, salah satunya adalah PT. L di Jakarta. Tujuan penelitian ini adalah melakukan analisis dan identifikasi karakteristik limbah cair PT. L serta membuat alternatif rancangan unit IPAL dengan pengolahan attached growth. Metode yang digunakan berdasar pada SNI pengujian air limbah, Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 03 Tahun 2010, dan Keputusan Gubernur DKI Jakarta No. 582 Tahun 2005. Hasil analisis menunjukkan bahwa, parameter air limbah yang malampaui diatas baku mutu dan perlu diolah lebih lanjut adalah TSS, NH 3 , BOD, dan COD. Alternatif rancangan unit IPAL yang dipilih adalah bak ekualisasi, bak penampung, bar screen, grit chamber, sedimentasi primer, rotating biological contactor (RBC), clarifier, disinfeksi, sludge thickener, dan sludge digester. Unit pengolahan biologis attached growth terpilih adalah unit RBC karena unit ini mampu menyisihkan parameter BOD lebih besar dengan efluen 15 mg/L. Proses di RBC terjadi sebanyak empat tahap dengan empat buah train. Media yang digunakan RBC adalah polietilen dengan nilai submergence sebesar 37% dan waktu retensi hidraulik 16 jam Penyisihan parameter TSS, NH 3 , dan COD juga terjadi sejalan dengan penyisihan nilai BOD. Kata kunci: air limbah, attached growth, instalasi pengolahan air limbah , RBC
ABSTRACT ANINDYA SEKAR PUTRI. Design Attached Growth of Biological Processes in Wastewater Treatment Plant. Supervised by ARIEF SABDO YUWONO and ALLEN KURNIAWAN. Industrial development in Indonesia, cause negative impact on environment, such as water pollution. One way to overcome this problem is by developing wastewater treatment plant (WWTP). However not all industries have WWTP, for instance is PT. L in Jakarta. The research objectives were to analyze and identify PT. L wastewater characteristic, to design PT. L’s WWTP with attached growth process. The method used was based on SNI of wastewater analyzing, Regulation of Minister of the Environment Number 03/2010, and DKI Jakarta’s Governor Regulation Number 582/2005. Result of the analysis showed TSS, NH 3 , BOD, and COD exceeded the threshold and the units that is used is equalization tank, bar screen, grit chamber, primary sedimentation, rotating biological contactor (RBC), clarifier, disinfection, sludge thickener, and sludge digester. Attached growth process which was chosen was RBC because it could remove more BOD’s concentration into 15 mg/L. RBC would have four stages with four train. RBC medium that was used was polyethylene with 37% submergence and hydraulic retention time was 16 hours. The others parameters, TSS, NH 3 , and COD’s concentration also remove as well as BOD. Keywords: attached growth, RBC, wastewater, wasterwater treatment plant
RANCANGAN UNIT INSTALASI PENGOLAHAN AIR LIMBAH DENGAN PENGOLAHAN BIOLOGIS ATTACHED GROWTH
ANINDYA SEKAR PUTRI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
Judul Skripsi : Rancangan Unit Instalasi Pengolahan Air Limbah dengan Pengolahan Biologis Attached Growth Nama : Anindya Sekar Putri NIM : F44090032
Disetujui oleh
Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono, MSc Pembimbing I
Allen Kurniawan, S.T. , M.T. Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M.Agr Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA Alhamdullilah, segala puji dan syukur dipanjatkan kepada Allah SWT atas berkat kehendak dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono, MSc dan Allen Kurniawan S.T., M. T., selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dalam penyusunan skripsi. 2. Ibu Ety atas bimbingan selama pengujian di laboratorium. 3. Keluarga yang telah memberikan dukungan selama penelitian. 4. Cacan, Dila, dan Tuti dan seluruh teman-teman SIL 46 yang selalu memberikan semangat. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi akademisi-akademisi yang tertarik mengenai limbah cair. Skripsi ini masih memiliki kekurangan dan jauh dari kesempurnaan, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran untuk memperbaiki kekurangan yang ada.
Bogor, September 2013 Anindya Sekar Putri
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
ix
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR LAMPIRAN
ix
DAFTAR NOTASI
x
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
1
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODE
2
Bahan
3
Alat
3
Prosedur Analisis Data
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4
Manajemen Penyaluran Air Limbah di PT. L
4
Kualitas Air Limbah
5
Rancangan Unit IPAL
6
SIMPULAN DAN SARAN
19
Simpulan
19
Saran
19
DAFTAR PUSTAKA
19
LAMPIRAN
21
RIWAYAT HIDUP
61
DAFTAR TABEL 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.
Parameter analisis air limbah dan badan air Kualitas air limbah PT. L Kriteria rancangan unit IPAL di PT. L Hasil rancangan unit bak ekualisasi Hasil rancangan unit bak penampung Hasil rancangan unit bar screen Hasil rancangan unit grit chamber Karakteristik air limbah efluen unit sedimentasi primer Hasil rancangan unit sedimentasi primer Hasil rancangan unit trickling filter Hasil rancangan unit rotating biological contactor Hasil rancangan unit clarifier Hasil rancangan unit disinfeksi Karakteristik lumpur yang akan diolah dalam unit sludge thickener Hasil rancangan unit sludge thickener Karakteristik lumpur pada kondisi semua aliran menuju sludge digester Hasil rancangan unit sludge digester
4 6 7 10 11 11 12 13 13 14 15 15 16 17 17 18 18
DAFTAR GAMBAR 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Kerangka perumusan masalah Diagram alir penelitian Titik pengambilan contoh uji air limbah Konfigurasi rancangan unit IPAL di PT. L Fluktuasi nilai SS sebelum dan sesudah mass loading Fluktuasi nilai BOD sebelum dan sesudah mass loading
2 3 5 7 10 10
DAFTAR LAMPIRAN 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.
Diagram alir perhitungan unit bak ekualisasi Diagram alir perhitungan unit bar screen Diagram alir perhitungan unit grit chamber Diagram alir perhitungan unit sedimentasi primer Diagram alir perhitungan unit trickling filter Diagram alir perhitungan unit rotating biological contactor Diagram alir perhitungan unit clarifier Diagram alir perhitungan unit disinfeksi Diagram alir perhitungan unit sludge thickener Diagram alir perhitungan unit sludge digester Fluktuasi debit, BOD, dan TSS di PT. L selama 24 jam Hasil perhitungan BOD dan TSS di bak ekualisasi Gambar rancangan unit bak ekualisasi Gambar rancangan unit bak penampung
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 35
15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24.
Gambar rancangan unit bar screen Gambar rancangan unit grit chamber Gambar rancangan unit sedimentasi primer Gambar rancangan unit trickling filter Gambar rancangan unit rotating biological contactor Gambar rancangan unit clarifier Gambar rancangan unit disinfeksi Gambar rancangan unit sludge thickener Gambar rancangan unit sludge digester Lay out IPAL PT. L
37 39 42 47 49 51 53 55 57 60
DAFTAR NOTASI ΔH A BODsp BOD BOD 5 Cd d D g HL k L LL P Q Qo Qt SS sBOD td tn T u v Vki Vko Vsc Vsp Vic Voc W WL Z z
Beda head (m) Luas permukaan (m2) Konsentrasi BOD yang keluar dari bak ekualisasi (mg/l) Konsentrasi BOD saat t (mg/l) Konsentrasi BOD 5 hari (mg/l) Koefesien debit = 0.6 Kedalaman (m) Diameter (m) Konstanta percepatan gravitasi = 9.81 m/det2 Head loss (m) Koefesien normalisasi unit trickling filter Lebar (m) Lebar launder (m) Panjang (m) Debit (m3/det) Over flow (m3/det) Debit saat t (m3/det) Konsentrasi SS (mg/l) BOD terlarut (mg/l) Waktu detensi (jam, hari, menit) Waktu paparan (det) Suhu air limbah (oC) Kecepatan aliran unit disinfeksi (cm/det) Kecepatan aliran (m/det) Volume kumulatif inlet (m3) Volume kumulatif outlet (m3) Volume bak ekualisasi pada akhir periode waktu (m3) Volume bak ekualisasi pada periode sebelumnya (m3) Volume air limbah yang masuk dalam bak ekualisasi saat ini (m3) Volume air limbah yang keluar dari bak ekualisasi saat ini (m3) Daya lampu UV (watt) Weir loading rate (m3/m hari) Panjang busur lampu disinfeksi (cm) Datum (m)
PENDAHULUAN Latar Belakang Berkembangnya kegiatan industri, khususnya di Indonesia, menimbulkan dampak negatif terhadap lingkungan, seperti terjadinya polusi air. Salah satu usaha untuk menanggulangi pencemaran air adalah membangun unit Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL). Tujuan akhir IPAL adalah mereduksi konsentrasi efluen limbah di bawah standar baku mutu. Baku mutu yang digunakan sebagai acuan untuk standar efluen kualitas limbah industri di Indonesia adalah Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 03 Tahun 2010 tentang Baku Mutu Air Limbah Bagi Kawasan Industri. Pada kenyataannya, tidak semua industri memiliki IPAL karena beberapa faktor, seperti biaya operasi dan perawatan yang mahal, serta kurangnya kesadaran terhadap pemeliharaan kualitas lingkungan. PT. L merupakan sebuah industri yang berlokasi di Jakarta dan menghasilkan beragam produk pembersih dan kosmetik. Produk yang dihasilkan sangat bervariasi dan membawa dampak terhadap kompleksitas karakteristik air limbah yang berpotensi merusak lingkungan. Pengolahan air limbah yang dilakukan harus dapat mendegradasi konsentrasi limbah berbahaya. Saat ini PT. L hanya melakukan teknik pengenceran sebelum air limbah dibuang ke badan air. Rancangan IPAL di PT. L direncanakan melalui pengolahan fisika, kimia, dan biologis. Penelitian ini difokuskan pada pemilihan berbagai jenis pengolahan biologis attached growth, yaitu pengolahan dengan lapisan mikroorganisme (biofilm) melekat pada media yang digunakan pada unit pengolahan. Pengolahan ini memiliki beberapa kelebihan, diantaranya adalah hemat energi, mudah dalam pengoperasian, serta lebih mudah meremediasi kandungan logam beracun di dalam air limbah. Pengolahan tipe ini juga memiliki kekurangan jika dibandingkan dengan tipe pengolahan biologis suspended growth adalah kualitas penyisihan BOD dan TSS lebih buruk, sensitifitas semakin besar apabila suhu menurun, dan masalah kebauan yang ditimbulkan. Perumusan Masalah Berdasarkan masalah tersebut di atas maka penulis membuat rumusan masalah penelitian sesuai Gambar 1 : 1. Bagaimana karakteristik air limbah PT. L? 2. Bagaimana konfigurasi unit IPAL yang dapat digunakan untuk mengolah air limbah PT. L? Tujuan Penelitian Tujuan penelitian : 1. Melakukan analisis dan identifikasi karakteristik limbah cair PT. L. 2. Membuat dan memberikan alternatif rancangan unit IPAL yang melibatkan pengolahan biologis attached growth PT. L.
2
Manfaat Penelitian Hasil penelitian diharapkan menjadi referensi bagi PT. L dan pihak terkait lainnya dalam membangun IPAL dan manajemen pengolahan air limbah industri.
Gambar 1 Kerangka perumusan masalah Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup penelitian: Studi gambaran umum daerah perencanaan Memperkirakan debit air limbah yang masuk ke IPAL dari daerah pelayanan. Analisis karakteristik air limbah yang masuk ke IPAL. Menentukan kriteria rancangan pengolahan alternatif dan penentuan sistem alternatif yang terpilih. 5. Menentukan dimensi unit sistem terpilih dan peralatan yang diperlukan. 6. Gambar perencanaan unit-unit sistem pengolahan. 1. 2. 3. 4.
METODE Penelitian dilaksanakan selama empat bulan, dimulai sejak Maret 2013 hingga Juni 2013, berlokasi di Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan IPB, Pusat Penelitian Lingkungan Hidup (PPLH) IPB, dan kawasan pabrik PT. L di Jakarta. Diagram alir penelitian terdapat pada Gambar 2
3
Gambar 2 Diagram alir penelitian Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kertas filter, kertas saring, contoh uji air limbah pabrik PT. L, contoh uji badan air yang digunakan sebagai tempat pembuangan efluen air limbah PT. L, serta bahan-bahan kimia lain sebagai penunjang dalam kegiatan analisis laboratorium. Alat Alat yang digunakan dalam penelitian kali ini adalah current meter, DO meter, pH meter, kertas lakmus, oven, buret 25 ml, pinset, pipet, bulb, cawan petri, corong, labu erlenmeyer, tabung COD, botol winkler, botol contoh uji 250 ml, botol contoh uji 500 ml, gelas piala, gelas ukur, ember, jerigen, gayung, aerator, cooler box, pompa vakum, timbangan digital, oven, alat tulis, alat bantu hitung, dan seperangkat laptop dengan perangkat lunak Auto Cad 2010.
4
Prosedur Analisis Data Analisis Karakteristik Air Limbah dan Badan Air Analisis dilakukan dengan contoh uji yang diambil pada tanggal 28 Maret 2013. Pengambilan contoh uji air limbah dilakukan pada pukul 11.00 WIB, sedangkan contoh uji badan air diambil pada pukul 14.00 WIB. Parameter dianalisis sesuai dengan Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 03 Tahun 2010 tentang Baku Mutu Air Limbah Bagi Kawasan Industri. Metode analisis karakteristik air limbah dan badan air dilakukan sesuai Standar Nasional Indonesia (SNI). Tabel 1 Parameter analisis air limbah dan badan air
Rancangan Unit IPAL Unit yang digunakan terdiri dari unit pengolahan fisika, kimia, dan biologis. Perhitungan setiap unit disesuaikan dengan kriteria rancangan yang ada. Data debit air limbah, kecepatan aliran, konsentrasi BOD dan TSS dibutuhkan untuk merancang IPAL. Penentuan debit air limbah PT. L Debit merupakan parameter penting dalam penentuan kapasitas IPAL. Penentuan debit air limbah dilakukan dengan observasi debit 24 jam, sejak 29 April 2013 hingga 11 Mei 2013, kemudian digunakan data debit terbesar hasil observasi.
HASIL DAN PEMBAHASAN Manajemen Penyaluran Air Limbah di PT. L Air limbah PT. L dihasilkan dari masing-masing produksi dengan karakteristik yang berbeda-beda. Limbah dialirkan ke sebuah tempat penampungan yang bernama pit sebanyak 16 buah. Limbah di pit dipompa ke sebuah tangki ukur dengan volume 1 m3 yang disebut tangki IBC. Tangki IBC berfungsi untuk mengukur volume air limbah yang dihasilkan dan menganalisis karakteristik. Kemudian, air limbah dialirkan ke sebuah tangki untuk dilakukan proses pengenceran, kemudian dibuang ke badan air penerima. Limbah domestik ditampung dalam tangki septik yang menggunakan prinsip overflow dan memiliki penyaring sebanyak dua lapis, yaitu ijuk dan batu. PT. L memiliki tangki septik sebanyak 15 buah. Pembuangan limbah industri dan domestik dilakukan menggunakan sistem perpipaan dan saluran terbuka. PT. L memiliki sebuah mini plant untuk mengolah limbah yang berasal dari produksi sabun cuci piring. Unit yang digunakan adalah tangki equalizing, tangki
5
aerasi, clarifier, reservoir, silica sand filter, dan carbon filter. Sebelum air limbah masuk ke dalam mini plant, air limbah diencerkan terlebih dahulu. Dalam tangki aerasi ditambahkan serbuk besi yang berfungsi untuk mengikat kontaminankontaminan yang ada dalam limbah cair. Hasil efluen dari mini plant telah memenuhi baku mutu, namun masih perlu pengenceran. Kualitas Air Limbah Debit air limbah yang digunakan untuk perancangan adalah 166 m3/hari sesuai hasil observasi. Uji kualitas air limbah dilakukan rutin setiap hari oleh pihak laboratorium Quality Control (QC). Pihak QC melakukan sampling dengan memisahkan air limbah antar tiap produksi, sedangkan proses perancangan membutuhkan data kualitas air limbah campuran, sehingga sampling lanjutan perlu diadakan. Hasil analisis karakteristik air limbah disajikan pada Tabel 2. Pemilihan lokasi sampling pada Gambar 3 didasarkan atas pertimbangan karakteristik air limbah akan tewakili seluruhnya. BerdasarkanTabel 2, beberapa parameter menunjukkan hasil melampaui baku mutu, yaitu parameter BOD, COD, NH 3 , sulfida, serta minyak dan lemak.
Gambar 3 Titik pengambilan contoh uji air limbah
6
Tabel 2 Kualitas air limbah PT. L
Parameter yang melampaui baku mutu memiliki dampak buruk bagi lingkungan, khususnya lingkungan perairan. Parameter BOD dan COD menunjukkan semakin tinggi nilai kedua parameter tersebut, kandungan material organik semakin tinggi dan oksigen semakin menurun. Emulsi minyak dan lemak yang terbentuk di permukaan air menyebabkan penetrasi sinar matahari berkurang dan terganggunya pengambilan oksigen dari udara. Parameter sulfida dan ammoniak juga menyebabkan menurunnya kadar oksigen di air dan menyebabkan kematian biota air (Setiyono 2008). Rancangan Unit IPAL Unit IPAL yang dirancang di PT. L terdiri atas unit pengolahan fisika dan biologis dengan konfigurasi unit seperti disajikan pada Gambar 4. Kriteria unit yang digunakan terangkum dalam Tabel 3.
7
Gambar 4 Konfigurasi rancangan unit IPAL di PT. L Tabel 3 Kriteria rancangan unit IPAL di PT. L
8
9
\\
Bak ekualisasi berfungsi meredam fluktuasi debit air limbah dan menghomogenkan kandungan air limbah (Metcalf dan Eddy 2003). Unit ekualisasi diletakkan pada awal pengolahan disebabkan fluktuasi debit, BOD, dan TSS cukup signifikan, sehingga kinerja unit-unit pengolahan lain dapat terhambat. Volume bak ekualisasi sebesar 53.236 m3dengan nilai faktor keamanan 1.2. Bak ekualisasi direncanakan memiliki dua unit, berpenampang limas terpancung dengan waktu detensi empat jam. Gambar 5 dan Gambar 6 menunjukkan perubahan konsentrasi BOD air limbah sebelum dan sesudah bak ekualisasi yang cukup signifikan. Hal ini disebabkan air limbah dengan konsentrasi lebih rendah mampu menghomogenkan air limbah dengan kandungan BOD yang lebih tinggi, sehingga konsentrasi BOD akan setara. Hal sebaliknya terjadi pada konsentrasi TSS karena perubahan nilai TSS (Lampiran 12) terjadi dengan rentang yang jauh, sehingga unit ini hanya menurunkan nilai TSS namun belum mampu menghomogenkan. Perubahan konsentrasi TSS (Lampiran 11) diakibatkan proses produksi PT. L berbeda saat diambil contoh uji.
10
Tabel 4 Hasil rancangan unit bak ekualisasi
12
SS (mg/l)
10 8 6 4
SS sebelum mass loading
2
SS sesudah mass loading
0 8-9
11-12 14-15 17-18 20-21 Waktu (jam)
1-2
4-5
7-8
Gambar 5 Fluktuasi nilai SS sebelum dan sesudah mass loading 18 16
BOD (mg/l)
14 12 10
BOD sebelum mass loading
8 6
BOD sesudah mass loading
4 2 0 8-9
11-12 14-15 17-18 20-21 Waktu (jam)
1-2
4-5
7-8
Gambar 6 Fluktuasi nilai BOD sebelum dan sesudah mass loading
11
Kriteria rancangan bak ekualisasi menunjukkan waktu detensi unit ini 4-8 jam. Namun demikian, selama empat jam debit air limbah yang tertampung masih kecil, sehingga sistem pengolahan air limbah tidak dapat dilakukan secara kontinu melainkan dengan sistem batch. Bak penampung dibutuhkan untuk menampung air limbah sehingga kinerja unit-unit selanjutnya optimal. Bak penampung berpenampang persegi panjang dengan ukuran 6 x 5 x 4.22 m dan volume 126.72 m3. Hasil rancangan bak penampung tersaji di Tabel 5. Tabel 5 Hasil rancangan unit bak penampung
Unit bar screen berfungsi untuk menahan padatan berukuran besar (plastik, pakaian, tinja) dalam air limbah yang mampu mengganggu efektifitas kinerja unit selanjutnya (Metcalf dan Eddy 2003; Davis 2010). Pada studi kasus ini digunakan unit bar screen dengan tipe pembersihan manual karena dimensi unit dan volume sampah relatif kecil. Hasil perhitungan rancangan unit bar screen PT. L memiliki dimensi lebar 1.5 m dengan jumlah bar sebanyak 51 buah. Davis (2010) menyatakan v inlet minimum sebesar 0.4 m/det dan v rack maksimum sebesar 0.9 m/det, sehingga unit ini mampu meminimisasi padatan dan gaya dorong pada filter. Dalam perencanaan, digunakan dua buah bar screen. Tabel 6 Hasil rancangan unit bar screen
12
Fungsi unit grit chamber adalah mengendapkan partikel halus yang memiliki kecepatan pengendapan lebih besar daripada partikel organik (Davis 2010; Metcalf dan Eddy 2003). Dalam perencanaan, tipe grit chamber yang digunakan adalah aerated grit chamber dengan aliran berbentuk spiral sehingga partikel yang lebih berat akan tertahan di dasar sedangkan partikel yang ringan akan keluar dan diproses di unit selanjutnya (Davis 2010; Metcalf dan Eddy 2003) Pada studi kasus ini dirancang dua buah unit grit chamber dengan dimensi 7 m x 2 m x 2.3 m. Kecepatan chamber pada studi kasus ini adalah 0.03 m/det sesuai dengan hasil penelitian Morales dan Reinhart (1984) dalam Davis (2010) yang menyatakan bahwa kecepatan efektif chamber adalah 0.03 m/det. Diffuser diletakkan di sepanjang satu sisi chamber dengan jarak 0.6 m dari dasar sehingga mendukung kinerja unit dalam menciptakan aliran spiral. Tabel 7 Hasil rancangan unit grit chamber
Sedimentasi primer (SP) merupakan proses yang sangat penting karena unit ini mampu menyisihkan 50-70% TSS (Total Suspended Solids) dan 30-40% BOD (Biological Oxygen Demand) serta mereduksi penggunaan energi dan masalah operasional pada proses pengolahan biologis (Davis 2010; Metcalf dan Eddy
13
2003; Qasim 2000). Unit ini direncanakan memiliki dua bak dengan penampang persegi berukuran 15.9 m x 4.0 m x 3.5 m. Waktu detensi unit ini adalah 2.4 jam. Davis (2010) menyatakan apabila waktu detensi unit SP lebih dari 1.5 jam tanpa menghasilkan lumpur secara kontinyu, maka efisiensi penyisihan BOD di SP akan turun dan timbul masalah bau, sehingga unit ini perlu diperhatikan dan dilakukan penelitian lebih lanjut. Hasil rancangan unit SP tersaji pada Tabel 9. Tabel 8 Karakteristik air limbah efluen unit sedimentasi primer
Tabel 9 Hasil rancangan unit sedimentasi primer
Alternatif pengolahan biologis pertama adalah trickling filter (TF). Studi kasus ini menggunakan TF tipe high rate tipe non-submerged karena nilai organic loading unit ini cukup tinggi. Media filter yang digunakan adalah plastik dengan ventilasi buatan (NESC 2004). Dimensi unit TF adalah diameter 15 m dengan ketinggian 9 m dan efisiensi penyisihan BOD sebesar 89.6%. Dalam penelitian
14
Parker et al. (2006) dan Pakhsirajan et al. (2011), TF efektif menurunkan konsentrasi BOD namun berkontradiksi dengan konsentrasi TSS. Hal ini dipengaruhi oleh nilai Total Organic Loading (TOL). Penelitian Evans et al. (2004) menunjukkan efektifitas TF IPAL Ames, Iowa mampu menyisihkan ammonia sebesar 63%. Randall et al. (1997) meneliti TF dalam mengolah air limbah fiber sintetik dan menyatakan bahwa semakin besar nilai organic loading maka semakin besar penyisihan COD. Semakin besar BOD loading tidak mempengaruhi proses nitrifikasi namun penyisihan COD bergantung pada hydraulic loading. Tabel 10 Hasil rancangan unit trickling filter
Alternatif pengolahan biologis kedua adalah rotating biological contactor (RBC). Pada studi kasus ini dibutuhkan enam tahap untuk mendapatkan BOD efluen sebesar 15 mg/L. RBC yang dirancang memiliki empat buah train dan menggunakan disk dengan jumlah shaft sebanyak 18 buah. Menurut Cortez et al. (2008), jenis media yang digunakan untuk air limbah PT. L adalah polietilen dengan nilai submergence 37% dan waktu retensi hidraulik (HRT) 16 jam. Penelitian yang dilakukan Friedler et al. (2005) menunjukkan bahwa efisiensi penyisihan TSS, COD, dan BOD untuk air limbah hasil pencucian adalah sebesar 63%, 71%, dan 89%. RBC pengolahan air limbah rumah potong hewan memiliki efiseiensi penyisihan BOD 24-53%, lemak 66-80%, dan TSS 62-73% (Mattal 2004). Dalam perancangan ini, alternatif unit RBC digunakan dalam IPAL karena unit ini lebih efektif menurunkan konsentrasi BOD. Penelitian lanjutan oleh Van Buuren (1991) dalam Tawfik et al. (2006) menyatakan bahwa RBC memiliki efisiensi penyisihan lebih tinggi hingga 40-80% karena kontak antara air limbah dan biofilm terjadi lebih baik dan konsentrasi oksigen lebih besar.
15
Tabel 11 Hasil rancangan unit rotating biological contactor
Clarifier merupakan unit sedimentasi sekunder yang berfungsi untuk mengendapkan Mixed Liquor Suspended Solids (MLSS) dari unit pengolahan biologis. Mekanisme pengendapan adalah secara gravitasi (Qasim 2000; WEF 2005). Clarifier dirancang sebanyak dua buah dengan diameter dan kedalaman masing-masing sebesar 18 dan 3.7 m. Kuantitas lumpur yang dihasilkan sebesar 930.56 kg/hari. Lumpur yang dihasilkan di unit ini akan dialirkan ke unit pengolahan lumpur thickener dan air efluen akan dialirkan menuju disinfeksi (Davis 2000). Tabel 12 Hasil rancangan unit clarifier
16
Air limbah memiliki kandungan bakteri patogen yang dapat dihilangkan dengan unit disinfeksi sinar UV. Kandungan TSS serta minyak dan lemak pada air limbah perlu diperhatikan karena kedua kandungan ini mampu melindungi bakteri. Mekanisme kerja disinfeksi UV adalah merusak DNA atau RNA mikroorganisme, sehingga mikroorganisme tidak mampu untuk membelah diri (Davis 2010; Metcalf dan Eddy 2003; Qasim 2000). Dalam rancangan ini digunakan parshall flume di bagian hulu dan hilir untuk mengukur debit aliran. Unit disinfeksi terdiri dari empat buah saluran, dua bank, dan dua buah modul dengan total lampu UV 162 buah. Lampu ini disusun sepanjang 1.5 m dengan panjang efektif busur 1.47 m dan daya lampu 18.2 W/ m arc. Dalam Davis (2010), kriteria kecepatan aliran dalam disinfeksi 0.05 m/det-0.4 m/det dengan waktu kontak 6-40 det. Hasil rancangan sesuai dengan kriteria Davis (2010) yaitu kecepatan aliran berkisar 0.3 m/det dengan waktu paparan 21 detik. Penelitian unit disinfeksi air limbah hasil rumah potong hewan, menggunakan tambahan asam organik, intensitas lampu UV yang tinggi, serta proses pemanasan sehingga lumpur yang dihasilkan bebas bakteri patogen (Baruth 2005; Mittal 2006). Tabel 13 Hasil rancangan unit disinfeksi
Lumpur merupakan salah satu produk dari proses IPAL yang perlu diolah. Unit sludge thickener berfungsi meningkatkan konsentrasi lumpur, sehingga kadar air akan berkurang Metode yang digunakan dalam perancangan ini adalah metode gravitasi (Davis 2010; Qasim 2000). Studi kasus ini menggunakan kriteria
17
rancangan untuk lumpur yang sudah tercampur dari sedimentasi primer dan pengolahan biologis. Tabel 14 Karakteristik lumpur yang akan diolah dalam unit sludge thickener
Tabel 15 Hasil rancangan unit sludge thickener
Sludge thickener memiliki penampang berbentuk lingkaran dengan diameter 6 m dan kedalaman 3.02 m. Unit ini dilengkapi fasilitas tangki pencampuran dengan volume 39.89 m3 yang berfungsi untuk mencampurkan lumpur yang dihasilkan pada unit-unit sebelumnya. Tangki pencampuran dilengkapi dengan paddle berdimensi 2 x 0.23 m. Metode thickening lumpur dengan gravitasi berdampak pada timbulnya masalah kebauan (Davis 2010). Unit pengolahan lumpur lainnya adalah sludge digester yang menggunakan bantuan mikroorganisme untuk menstabilkan partikel-partikel organik dengan
18
menghasilkan metana dan karbon dioksida. Pengolahan lumpur terjadi secara anaerobik karena semua material organik dapat diproses melalui proses pemanasan. Pengolahan lumpur ini menghasilkan gas metana dalam jumlah besar sehingga gas ini dapat digunakan sebagai bahan bakar dalam proses pemanasan (Liu 2007; Qasim 2000). Tabel 16 Karakteristik lumpur pada kondisi semua aliran menuju sludge digester
Tabel 17 Hasil rancangan unit sludge digester
Unit sludge digester mudah untuk mengkonversi partikel organik menjadi asam organik, alkohol, dan bakteri baru, sehingga unit ini cocok untuk menstabilkan BOD dan COD (Davis 2010). Dimensi sludge digester adalah diameter 10.6 m dan kedalaman 5.79 m. Fasilitas pemanasan lumpur yang dirancang menghasilkan panas sebesar 91000 kJ/jam dan gas metan yang dihasilkan unit ini 119.84 m3/hari. Nilai solids loading yang dirancang adalah 2.39
19
kg/m3hari, sesuai dengan observasi Davis (2010), yaitu dengan rentang 1.6-4.8 kg/m3hari.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Kesimpulan penelitian ini: 1. Karakteristik air limbah yang dianalisis adalah air limbah PT. L yang diambil pada tanggal 28 Maret 2013. Air limbah dianalisis berdasarkan Keputusan Menteri Lingkungan Hidup No. 3 Tahun 2010 dan Keputusan Gubernur DKI Jakarta No. 582 Tahun 2005. Parameter air limbah yang berada diatas baku mutu adalah TSS, NH 3 , BOD, dan COD. 2. Alternatif rancangan unit IPAL yang dipilih adalah bak ekualisasi, bak penampung, bar screen, grit chamber, sedimentasi primer, rotating biological contactor, clarifier, disinfeksi, sludge thickener, dan sludge digester. Unit pengolahan biologis attached growth terpilih adalah unit RBC karena unit ini mampu menyisihkan BOD lebih besar dengan efluen 15 mg/L. Saran Penelitian lebih lanjut perlu dilakukan untuk mengetahui efektifitas keseluruhan rancangan unit IPAL yang telah direncanakan. Penelitian dapat dilakukan dengan meneliti secara lebih detail mekanisme kerja unit RBC, terutama penggunaan mikroorganisme dalam efektifitas penyisihan polutan air limbah.
DAFTAR PUSTAKA Anonim. 2010. Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 03 Tahun 2010 tentang Baku Mutu Air Limbah Bagi Kawasan Industri. Baruth, E. E. 2005. Water Treatment Plant Design Fourth Edition. New York: McGraw-Hill. Cortez S, Teixeira P, Oliveira R, Mota M. 2008. Rotating Biological Contators : A Review on Main Factors Affecting Performance. Environmental Science Biotechnology (7)2: 155-172.doi : 10.1007/s11157/008-9127-x. Davis, Mackenzie L. 2010. Water and Wastewater Engineering Design Principles and Practice. New York: McGraw-Hill Inc. Evans AE, Ellis TG. Gullicks H, Ringelestein. 2004. Trickling Filter Nitrification Performance Characteristics and Potential of Full-Scale Municipal Wastewater Treatment Facility. ASCE 130(11): 1280-1288.doi: 10.1061/(ASCE)07339372(2004)130:11(1280). Friedler E, Kovalio R, Galil N. I. On-site Greywater Treatment and Reuse in Multi-Storey Buildings. Water Science & Technology 51(10): 187-194 . Liu, S. X. 2007. Food and Agricultural Wastewater Utilization and Treatment. Iowa: Blackwell Publishing. Metcalf & Eddy. 2003. Wastewater Engineering Treatment and Reuse (Forth Edition) Singapura: McGraw-Hill Companies Inc.
20
Mittal, G. S. 2006. Treatment of Wastewater from Abattoirs Before Land Application- A Review. Bioresources Technology 97(9): 1119-1135.doi: 10.1016/j.biortech.2004.11.021. [NESC]. National Environmental Service Center. 2004. The Attached Growth Process – An Old Technology Takes on New Forms. Winter 15(1) : 1-7 Pakhsirajan K, Sivasankar A, Sahoo N.K. 2011. Decolourization of Sythentic Wastewater Containing Azo Dyes by Immobilized Phanerochaete chrysosporium in a continuosly Operated RBC Reactor. Microbiol Biotechnology 89(9): 1223-1232.doi : 10.1007/s00253-010-2906-7. Parker DS, Newman JA. 2006. New Process Design Procedure for Dealing with Variable Trickling Filter Effluent Suspended Solids. ASCE 132(7): 758763.doi: 10.1061/(ASCE)0733-9372(2006)132:7(758). Randall AA, Sullivan JM, Randall CW. 1997. Industrial Pretreatment : Trickling Filter Performance and Design. ASCE 123(11): 1072-1079. Setiyono, Yudo S. 2008. Dampak Pencemaran Lingkungan Akibat Limbah Industri Pengolahan Ikan di Muncar. Jurnal Akuakultur Indonesia 4 (1) : 69-80. Spellman, Frank R. 2009. Handbook of Water and Wastewater Treatment Plant Operation (Second Edition) New York : CRC Press. Tawfik A, Temmink H, Zeeman G, Klapwijk B. 2006. Sewage Teatment in A Rotating Biological Contactor (RBC) System. Water, Air, and Soil Pollution 175 (1): 275-289.doi : 10.1007/s11270-006-9138-6. Qasim, Syed R. 2000. Wastewater Treatment Plants : Planning, Design, and Operation. Singapura : Technomic Publishing Company. [WEF] Water Environment Federation. 2005. Clarifier Design. Alexandria : WEF Press.
21
LAMPIRAN Lampiran 1 Diagram alir perhitungan unit bak ekualisasi
22
Lampiran 2 Diagram alir perhitungan unit bar screen
23
Lampiran 3 Diagram alir perhitungan unit grit chamber
24
Lampiran 4 Diagram alir perhitungan unit sedimentasi primer
25
Lampiran 5 Diagram alir perhitungan unit trickling filter
26
Lampiran 6 Diagram alir perhitungan unit rotating biological contactor
27
Lampiran 7 Diagram alir perhitungan unit clarifier
28
Lampiran 8 Diagram alir perhitungan unit disinfeksi
29
Lampiran 9 Diagram alir perhitungan unit sludge thickener
30
Lampiran 10 Diagram alir perhitungan unit sludge digester
31
Lampiran 11 Fluktuasi debit, BOD, dan TSS di PT. L selama 24 jam
32
Lampiran 12 Hasil perhitungan BOD dan TSS di bak ekualisasi
33
Lampiran 13 Gambar rancangan unit bak ekualisasi
34
Lampiran 13 Gambar rancangan unit bak ekualisasi (lanjutan)
34
35
Lampiran 14 Gambar rancangan unit bak penampung
36
Lampiran 14 Gambar rancangan unit bak penampung (lanjutan)
36
37
Lampiran 15 Gambar rancangan unit bar screen
38
Lampiran 15 Gambar rancangan unit bar screen (lanjutan)
38
39
Lampiran 16 Gambar rancangan unit grit chamber
40
Lampiran 16 Gambar rancangan unit grit chamber (lanjutan)
40
41
Lampiran 16 Gambar rancangan unit grit chamber (lanjutan)
42
Lampiran 17 Gambar rancangan unit sedimentasi primer
42
43
Lampiran 17 Gambar rancangan unit sedimentasi primer (lanjutan)
44
Lampiran 17 Gambar rancangan unit sedimentasi primer (lanjutan)
44
45
Lampiran 17 Gambar rancangan unit sedimentasi primer (lanjutan)
46
Lampiran 17 Gambar rancangan unit sedimentasi primer (lanjutan)
46
47
Lampiran 18 Gambar rancangan unit trickling filter
48
Lampiran 18 Gambar rancangan unit trickling filter (lanjutan)
48
49
Lampiran 19 Gambar rancangan unit rotating biological contactor
50
Lampiran 19 Gambar rancangan unit rotating biological contactor (lanjutan)
50
51
Lampiran 20 Gambar rancangan unit clarifier
52
Lampiran 20 Gambar rancangan unit clarifier (lanjutan)
52
53
Lampiran 21 Gambar rancangan unit disinfeksi
54
Lampiran 21 Gambar rancangan unit disinfeksi (lanjutan)
54
55
Lampiran 22 Gambar rancangan unit sludge thickener
56
Lampiran 22 Gambar rancangan unit sludge thickener (lanjutan)
56
57
Lampiran 23 Gambar rancangan unit sludge digester
58
Lampiran 23 Gambar rancangan unit sludge digester (lanjutan)
58
59
Lampiran 23 Gambar rancangan unit sludge digester (lanjutan)
60
Lampiran 24 Lay out IPAL PT. L
60
61
RIWAYAT HIDUP Anindya Sekar Putri lahir di kota Manado pada tanggal 19 Januari 1992. Penulis merupakan anak kedua dari tiga bersaudara dari pasangan Munas Ari Subangun dan Suhartatik. Penulis menempuh pendidikan di SMPN 8 Depok (2003-2006) dan melanjutkan di SMAN 2 Depok pada tahun 2006-2009. Pada tahun 2009, penulis melanjutkan studi di Institut Pertanian Bogor di Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fateta melalui jalur USMI. Selama menjalani masa studinya, penulis aktif mengikuti berbagai kepanitiaan dan organisasi, seperti BEM-F dan Himatesil. Penulis juga aktif menjadi asisten praktikum, diantaranya adalah asisten praktikum mata kuliah Mekanika Zat Alir serta Teknik Pengelolaan Kualitas Udara. Pada tahun 2012, penulis menjalani praktek lapangan di PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang dengan judul laporan “Evaluasi Kualitas Udara Emisi di PT Pupuk Sriwidjaja Palembang.”
