STUDI PERENCANAAN INSTALASI PENGOLAHAN AIR LIMBAH (IPAL) PABRIK TAHU “3 SAUDARA” MALANG DENGAN KOMBINASI BIOFILTER ANAEROBIK – AEROBIK Masfufahtut Thohuroh1, Donny Harisuseno2, Rini Wahyu Sayekti3 Mahasiwa Jurusan Teknik Pengairan Universitas Brawijaya, Dosen Jurusan Teknik Pengairan Universitas Brawijaya, Dosen Jurusan Teknik Pengairan Universitas Brawijaya. Universitas Brawijaya – Malang, Jawa Timur, Indonesia e-mails :
[email protected],
[email protected],
[email protected]
ABSTRAK Pabrik Tahu “3 Saudara” Malang memiliki kapasitas produksi per hari sebanyak 1500 2000 kg kedelai per hari yang menghasilkan limbah cair hasil proses pengolahan sebesar 39,78 - 58,96 m3/hari dengan kandungan BOD5, COD, TSS dan pH berturut – turut sebesar 4526 mg/L, 26000 mg/L, 1259 mg/L dan 4,5. Berdasarkan baku mutu limbah cair yang telah ditentukan oleh pemerintah, maka dibutuhkan suatu perencanaan Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) untuk mengatasi limbah cair pabrik tahu. IPAL dapat menggunakan kombinasi biofilter anaerobik – aerobik karena limbah cair pabrik tahu dapat terurai secara biologis dengan peranan mikroorganisme. Hasil pengolahan air limbah oleh IPAL yang direncanakan tidak menghasilkan lumpur dengan kandungan BOD5, COD, TSS dan pH berturut – turut sebesar 51,95 mg/L, 296,40 mg/L, 1,20 mg/L dan 7,5. Kata kunci : Limbah cair pabrik tahu, IPAL, biofilter anaerobik – aerobik, baku mutu, mikroorganisme
ABSTRACT "3 Saudara" Malang’s tofu factory has a production capacity per day of 1500 - 2000 kg soybean and release 39.78 to 58.96 m3 / day wastewater with quality BOD5, COD, TSS and pH respectively are 4526 mg / L, 26000 mg / L, 1259 mg / L and 4.5. Based on effluent quality standards set by the government, there should be need a planning about Wastewater Treatment Plant (WWTP). WWTP can used a combination of anaerobic Aerobics with biofilter because a tofu wastewater is biodegradable with the action of microorganisms. The results of wastewater treatments by WWTP planned does not release any sludge and estimated of BOD5, COD, TSS and pH respectively are 51.95 mg / L, 296.40 mg / L, 1.20 mg / L and 7.5. Keywords : Tofu factory wasterwater, WWTP, biofilter anaerobic – aerobic, effluent standard, microorganism
1. PENDAHULUAN Industri Tahu merupakan salah satu industri pangan yang berpotensi dalam pencemaran air dari limbah cair yang dihasilkannya. Produksi Tahu masih dilakukan dengan teknologi yang sederhana dengan rendahnya tingkat efisiensi penggunaan air dan bahan baku kedelai serta menghasilkan produksi limbah sangat tinggi. Tahu dibuat dengan bahan baku utama berupa kedelai dan membutuhkan banyak air dalam setiap tahapan proses pembuatannya. Kandungan bahan-bahan organik pada limbah cair industri tahu umumnya sangat tinggi dan bersifat biodegradable.aSenyawa - senyawa organik di dalam air buangan tersebut dapat berupa protein, karbohidrat, lemak, dan minyak dengan komposisi 40 - 60% protein, 25 – 50% karbohidrat, dan 10% lemak (Azizah dkk, 2005) Limbah cair yang dihasilkan setiap proses pembuatan tahu mempunyai debit yang cukup besar. Untuk setiap 1 kg bahan baku kedelai dibutuhkan rata-rata 45 liter air dan akan dihasilkan limbah cair berupa whey tahu sebanyak 43.5 liter (Nuraida dalam Amir Husin 2008). Whey merupakan produk sampingan dari produksi tahu. Meskipun mengandung oligosakarida, protein dan isoflavon, yang dapat diisolasi dan dapat digunakan menjadi produk fungsional kembali, namun saat ini whey tidak dimanfaatkan tetapi langsung dibuang sebagai aliran limbah. whey tahu bisa menyebabkan bau tak sedap dan pencemaran permukaan dan air tanah (Hernandez, 2012). Whey mengandung bahan-bahan organik berupa protein, karbohidrat dan lemak yang tinggi (Nurhasan dan Pramudyanto, 1987 dalam Amir Husin 2008). Limbah cair tahu dengan karateristik mengandung bahan organik tinggi, suhu mencapai 40°C - 46°C, kadar BOD5 (6000 – 8000 mg/l), COD (4500 – 14000 mg/l), TSS dan PH yang tinggi pula (Herlambang,
2002). Tingginya kandungan bahan organik pada limbah Tahu dapat mengakibatkan rusaknya ekosistem badan air penerima air limbah. Oleh karena itu dibutuhkan adanya perencanaan Instalasi Pengolahan Air limbah untuk dapat mengatasi permasalahan air limbah tersebut. Pengolahan dasar untuk mengatasi limbah cair tahu dapat berupa pengolahan secara aerobik, anaerobik, membrane bioreactor technology dan kombinasi pengolahan anaerobik – aerobik (Zhao, 2012). Dalam pemilihan proses pengolahan yang akan digunakan harus mempertimbangkan kelebihan maupun kekurangan dari masing – masing sistem pengolahan. Pokok permasalahan yang dapat diidentifikasi adalah tidak adanya usaha pengolahan limbah cair dari proses produksi Tahu dan limbah cair yang dialirkan menuju badan sungai belum memenuhi standar baku mutu air limbah berdasarkan Keputusan Gubernur Jawa Timur Nomor 72 tahun 2013 tentang Baku Mutu Air Limbah Bagi Industri dan/atau Kegiatan Usaha Lainnya. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui debit dan kandungan limbah cair dari proses produksi Tahu pada Pabrik Tahu “3 Saudara” Malang untuk mendapatkan desain IPAL dengan kombinasi biofilter anaerobik – aerobik yang sesuai, sehingga diharapkan dapat mengurangi pencemaran oleh air limbah yang masuk ke Sungai Bocek di Kecamatan Karangploso Kabupaten Malang. 2. METODE PENELITIAN - Lokasi Penelitian Penelitian dilakukan di Pabrik Tahu “3 Saudara” Malang yang terletak di Desa Bocek Kecamatan Karangploso Kabupaten Malang Jawa Timur.
Gambar 1. Lokasi Penelitian
-
Metode Analisa Langkah-langkah metode analisa yang dilakukan dalam pembuatan jurnal ini adalah sebagai berikut : Pengumpulan data Sumber data yang diperlukan d berupa data kualitas air limbah dan data debit air limbah hasil produksi. Pengambilan data kualitas air limbah dilakukan sebanyak tiga kali yaitu pada tanggal 26 April 2016, 23 Agustus 2016 dan 30 Agustus 2016 saat jam puncak produksi dengan mengasumsikan semua proses produksi sedang berlangsung sehingga sampel telah mewakili kondisi sebenarnya. Pengambilan data debit air limbah dilakukan selama tujuh hari pada tanggal 19 – 24 April 2016 saat proses produksi berlangsung yaitu pada pukul 08.00 – 16.00 WIB.
Pengolahan data Melakukan perhitungan prediksi debit air limbah. Perhitungan berdasarkan hasil pengukuran debit air limbah yang dilakukan setiap jam dan pada setiap jam diperoleh sepuluh data debit yang nantinya data tersebut akan di rata-rata untuk mendapatkan nilai debit pada setiap jam. Debit yang digunakan adalah debit rerata harian maksimum yang terjadi pada hari puncak. Membandingkan data kualitas air limbah (nilai parameter BOD, COD, TSS, dan pH) dengan standar baku mutu air limbah sesuai dengan peraturan Gubernur Jawa Timur Nomor 72 Tahun 2013, untuk selanjutnya apabila data kualitas air limbah melebihi standar baku mutu maka dilakukan perencanaan Instalasi Pengelolaan Air Limbah (IPAL). Data kualitas air yang dipilih untuk perencanaan desain IPAL adalah data kualitas air yang paling tinggi (maksimum).
Pertimbangan Pemilihan Desain IPAL Berdasarkan hasil perhitungan didapatkan suatu desain Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) guna mengolah limbah cair hasil produksi tahu yang kemudian desain IPAL ini dapat dijadikan rekomendasi desain IPAL yang sesuai untuk diterapkan pada Pabrik Tahu “3 Saudara” Karangploso Malang. Pertimbangan – pertimbangan dalam pemilihan desain IPAL diantaranya adalah sebagai berikut : Area lahan kosong yang terbatas (± 375 m2) sehingga perlu dicari desain IPAL yang compact yang memungkinkan diletakkan dibawah permukaan tanah sehingga lahan bagian atas dapat dimanfaatkan untuk keperluan lainnya. Desain IPAL harus mampu mencegah bau yang ditimbulkan dari limbah cair maupun akibat proses pengolahan limbah cair pada IPAL untuk menjaga kenyamanan lingkungan sekitar, sehingga desain IPAL harus tertutup dari segi konstruksinya. Industri Tahu merupakan jenis usaha menengah kebawah, sehingga modal yang dimiliki relatif sedikit. Sehingga desain IPAL yang dipilih harus yang memiliki biaya operasional dan perawatan yang murah. Desain IPAL harus mampu mengatasi fluktuasi atau lonjakan debit (kuantitas) maupun kualitas limbah cair akibat peningkatan jumlah produksi, sehingga hasil pengolahan IPAL dapat memenuhi baku mutu air limbah yang telah ditentukan. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN - Perhitungan Debit Limbah Cair Tabel 1. Perhitungan Debit Limbah Cair Rerata Harian Maksimum Hari Senin Selasa Rabu Kamis Jum’at Sabtu
Hari Biasa (m3/hari) 32,42 39,78 35,81 33,72 32,90 38,35
Hari Puncak (m3/hari) 40,93 58,96 53,72 49,35 50,58 57,53
Hari Minggu Debit Maksimum
Hari Biasa (m3/hari) 38,44
Hari Puncak (m3/hari) 57,67
39,78
58,96
Tabel 2. Hasil Analisa Kualitas Limbah Cair Pabrik Tahu Parameter
Sumber : Hasil Pengukuran Perhitungan debit dengan cara pengukuran langsung di lapangan dilakukan di lapangan pada saat jam-jam produksi. Pengukuran debit berlangsung selama 8 jam mulai pukul 08.00 – 16.00 WIB selama 7 hari (19 – 24 April 2016). Proses pengukuran dilakukan setiap satu jam sekali dan setiap pengukuran dilakukan sebanyak 10 kali untuk mendapatkan keberagaman data debit, sehingga dalam satu hari pengukuran didapatkan 80 data debit limbah cair. Data debit rata-rata harian selama satu minggu (pada hari puncak / 1,5 kali dari debit hari biasa) yang nantinya hasil pengukuran akan dibandingkan dengan perhitungan debit berdasarkan kebutuhan air untuk proses produksi dan dipilih data yang paling maksimum sebagai dasar perencanaan kapasitas Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL). Rekapitulasi perhitungan debit limbah cair berdasarkan pengukuran langsung disajikan pada Tabel 1. Dari perhitungan debit limbah cair rerata harian maksimum pada Tabel 1 dapat diketahui debit maksimum pada hari biasa sebesar 39,78 m3/hari dan pada hari puncak sebesar 58,96 m3/hari, maka debit maksimum yang digunakan untuk perencanaan Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) yaitu 39,78 m3/hari dan 58,96 m3/hari.
Penentuan Kualitas Limbah Cair Pengambilan sampel kualitas limbah cair dilakukan dengan cara grab sampling pada outlet Pabrik Tahu “3 Saudara” Malang pada saat jam puncak produksi dengan pertimbangan pada saat jam puncak seluruh proses produksi sedang dilakukan. Hasil Analisa Kualitas Limbah Cair disajikan pada Tabel 2.
A
B
C
D
(mg/L)
(mg/L)
(mg/L)
(mg/L)
pH
4,5
4,5
4,5
6–9
BOD5
4526
4176
3926
150
COD
16000
21800
26000
300
TSS
828,5
1259
318,8
100
Sumber : Hasil Analisa Keterangan : A : Hasil Analisa I (26 April 2016) B : Hasil Analisa II(23 Agustus 2016) C : Hasil Analisa III (30 Agustus 2016) D : Baku Mutu Limbah Cair Dari hasil analisa pada kualitas limbah cair pada Tabel 2, dapat diketahui bahwa kualitas limbah cair hasil proses produksi tahu belum memenuhi baku mutu limbah cair berdasarkan Peraturan Gubernur Jawa Timur No.72 Tahun 2013 sehingga perlu diadakan suatu perencanaan Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) yang sesuai yang dapat diterapkan pada pabrik tahu.
Penentuan Desain IPAL Desain proses IPAL untuk limbah cair pabrik tahu didasarkan pada kriteria kebutuhan pada lokasi studi. Menurut kajian teori pada bab sebelumnya dan beberapa penelitian yang telah dilakukan, maka didapatkan desain proses sebagai berikut: a Air limbah hasil proses produksi tahu akan dialirkan menuju bak pemisah lemak. Bak ini direncanakan dapat menurukan kadar TSS sebesar ±5%. b Selanjutnya air limbah akan dialirkan menuju bak ekualisasi. Bak ini didesain untuk menampung air limbah, menstabilkan aliran air limbah. c Air limbah yang telah stabil debitnya akan dialirkan menuju bak pengendapan awal untuk mengendapkan padatan (lumpur) yang terdapat pada air limbah. Bak pengendapan awal ini direncanakan
memiliki effisiensi pengolahan sebesar 25%. d Air limbah yang telah dipisahkan dari lemak dan setelah stabil debitnya akan dialirkan menuju bak anaerobik dengan biofilter. Effisiensi penurunan zat organik pada bak ini direncanakan sebesar ±80%. e Air limpasan dari bak kontaktor anaerob dialirkan ke bak kontaktor aerob. Didalam bak kontaktor aerob ini diisi dengan media biofilter, sambil diaerasi atau dihembus dengan udara sehingga mikro organisme yang ada akan menguraikan zat organik yang ada dalam air limbah. Bak aerobik ini direncanakan memiliki effisiensi penurunan zat organik sebesar ±95%. f Limbah cair yang telah diolah dalam bak kontaktor aerobik kemudian akan dialirkan menuju bak pengendap akhir atau bak penjernih yang telah ditanami ikan sebagai indikator air limbah secara biologis. Lumpur yang terdapat pada bak penjernih akan disirkulasi denga memecah lumpur tersebut dengan memompakan kembali meuju bak aerobik. Proses tersebut akan berlangsung terus menerus selama pengolahan. g Air limbah selanjutnya akan dialirkan menuju bak penjernih. Didalam bak ini lumpur aktif yang mengandung massa mikroorganisme diendapkan dan dipompa kembali ke bagian inlet bak aerasi dengan pompa sirkulasi lumpur. Pada bak ini terjadi penurunan BOD dan COD sebesar ±5% dan TSS sebesar ±90%. h Air limbah siap dialirkan ke badan air (sungai).
Gambar 2. Diagram Pengolahan IPAL
Keterangan : A : Bak Pemisah Lemak B : Bak Ekualisasi C : Pompa Bak Ekualisasi D : Bak Pengendapan Awal E : Bak Anaerobik F : Bak Aerobik G : Bak Penjernih Untuk menghitung kapasitas rencana dibutuhkan data – data sebagai berikut : a Debit (Q) :40,00 ~ 60,00 m3/hari b BOD5 maks : 4526 mg/l c COD maks :26000 mg/l d Konsentrasi TSS : 1259 mg/l e Konsentrasi pH : 4,5 f Baku mutu BOD5 : 150 mg/l g Baku mutu COD : 300 mg/l h Baku mutu TSS : 100 mg/l i Baku mutu pH : 6,0 – 9,0 j Lama produksi : 8 jam
Bak Pemisah Lemak Rencana Desain Desain bak pemisah lemak direncanakan dengan proses – proses sebagai berikut : a Bak pemisah lemak/skimmer direncanakan untuk mengurangi beban bahan organik yaitu lemak. b Minyak/lemak yang telah mengapung ke permukaan limbah cair kemudian akan di dikikis dengan menggunakan scraper dengan jangka waktu 1 – 2 minggu sekali atau bergantung pada jumlah minyak/lemak yang dihasilkan dari proses produksi. Scraper dapat menggunakan alat – alat sederhana seperti stainless pipih panjang, kayu, serok, maupun alat bantu lainnya. c Pengikisan akan dilakukan secara manual dikarenakan lemak/minyak dari limbah cair pabrik tahu relatif sedikit.
d Lemak/minyak yang telah dikikis oleh scraper kemudian akan dikumpulkan dan dibuang karena ketidaktersediaan bak penampung minyak dan overflow weir. e Outlet limbah cair selanjutnya akan dialirkan menuju bak ekualisasi melalui pipa secara overflow. Perhitungan Dimensi Data : Debit maksimum harian = 39,78 m3/hari Debit yang Digunakan = 40,00 m3/hari Waktu tinggal rencana = 2 jam Lama produksi = 8 jam Flow rate = Q (m3/hari) / t (jam) = 40,00 m3/hari / 8 jam = 5,00 m3/jam Volume bak =flow rate x waktu tinggal = 5,00 m3/jam x 2 jam = 10,00 m3 Perencanaan dimensi bak Volume = p x l x h = 2,50 m x 2,10 m x 2,00 m = 10,50 m3 ≥ 10,00 m3 Perhitungan pengurangan zat organik Pada bak pemisah lemak direncanakan memiliki effisiensi pengurangan zat organik hanya berupa TSS sebesar ±5% (Said, 2012). Kandungan TSS = 95% x 1259 (mg/L) = 1196,1 mg/L - Bak Ekualisasi Rencana Desain Bak Ekualisasi di rencanakan untuk mengontrol fluktuasi debit air limbah hasil proses produksi tahu yang terjadi. Bak ini selain digunakan untuk mengontrol dan menstabilkan laju debit air limbah sehingga tidak terjadi beban kejut (shock loading) pada proses selanjutnya. Bak ekualisasi direncanakan berdasarkan hasil pembulatan debit maksimum harian pada hari puncak. Perhitungan Dimensi Data : Debit maksimum = 58,96 m3/hari Debit yang digunakan= 60,00 m3/hari Waktu tinggal rencana= 4 jam
Lama produksi = 8 jam Flow rate = Q (m3/hari) / t (jam) = 60,00 m3/hari / 8 jam = 7,50 m3/jam Volume bak = flow rate xwaktu tinggal = 7,50 m3/jam x 4 jam = 30,00 m3 Perencanaan dimensi bak Volume = p x l x h = 6,00 m x 2,50 m x 2,00 m = 30,50 m3 ≥ 30,00 m3
Perencanaan sludge removal Sludge removal direncanakan dengan membuat saluran di dasar bak ekualisasi dengan slope 0,02 sehingga lumpur atau padatan lain akan mudah terkumpul dan akan turut serta di pompa menuju bak pengendapan awal.
Perencanaan Inlet dan Outlet Inlet dan outlet pada bak ekualisasi direncanakan dengan menggunakan pipa PVC dengan diameter yang disesuaikan dengan diameter Inlet dan outlet pada pompa yang akan digunakan. Diameter pipa yang digunakan adalah sebesar 4 inch. Perencanaan Konstruksi Konstruksi = Beton K275 Tebal dinding = 15 cm Slope = 0,02 Pipa Inlet dan Outlet = PVC 4 inch - Perencanaan Pompa pada Bak Ekualisasi Rencana Desain Pompa limbah cair yang akan digunakan untuk memompa air limbah dari bak ekualisasi menuju ke bak pengendapan awal direncanakan berdasarkan besarnya debit limbah cair yang dihasilkan per hari. Penentuan Pompa Data : Debit limbah cair = 60,00 m3/hari Lama produksi = 8 jam 3 Flow rate = Q (m /hari) / t (jam)
= 60,00 m3/hari / 8 jam = 7,50 m3/jam = 125 liter/menit Spesifikasi pompa yang sesuai : Kapasitas = 20 – 140 liter/menit Tipe = submersible pump Total head =1–6m Daya listrik = 250 watt Rekomendasi = Pompa Pedrollo TOP 1 (atau setara) Harga = ± Rp. 5.000.000,-
Gambar 3. Pompa Submersible - Bak Pengendapan Awal Rencana Desain Bak pengendapan awal atau primary sedimentation dioperasikan untuk mengendapkan senyawa organik solid dari limbah cair. Bak pengendapan awal mempunyai tingkat penyisihan padatan (60 – 70) % dan tingkat penyisihan material organik (25 – 30) %. (Metcalf & Eddy, 1991). Perhitungan Dimensi Kriteria perencanaan menurut standart JWWA dalam Said (2006) adalah : Waktu tinggal rerata = 3 - 5 jam Perencanaan bak pengendapan awal dapat dihitung sebagai berikut : Data : Debit limbah cair = 40,00 m3/hari Lama produksi = 8 jam Effisiensi = 25% BOD5 maksimum = 4526 mg/l COD maksimum = 26000 mg/l Konsentrasi TSS = 1196,1 mg/l Waktu tinggal = 4 jam 3 Flow rate = Q (m /hari) / t (jam) = 40,00 m3/hari / 8 jam
= 5,00 m3/jam Volume bak = flow rate xwaktu tinggal = 5,00 m3/jam x 4 jam = 20,00 m3 Perencanaan dimensi bak Volume =pxlxh = 4,00 m x 2,50 m x 2,00 m = 20,50 m3 ≥ 20,00 m3 Perhitungan waktu tinggal rerata (dt) dt = (volume bak / Q (m3/hari)) / t (jam) = (20,50 / 40,00 m3/hari) x 8 jam = 4,1 Jam Perhitungan beban permukaan (SL) : SL = Q (m3/hari) / l (m) x p (m) = 40,00 m3/hari / (2,50 m x 4,10 m) = 3,902 m3/m2.hari Waktu tinggal saat beban puncak = 2,67 Jam (1,5 x jumlah limbah hari biasa) Beban permukaan pada saat hari puncak = 6,00 m3/m2.hari Pengurangan Zat Organik Pada bak pengendapan awal direncanakan memiliki effisiensi pengurangan zat organik sebesar ± 25%. (Said, 2005). TSS = effisiensi x TSSlimbah (mg/L) = 75% x 1196,1 (mg/L) = 897,1 mg/L BOD = effisiensi x BODlimbah (mg/L) = 75% x 4526 (mg/L) = 3394,5 mg/L COD = effisiensi x CODlimbah (mg/L) = 75% x 26000 (mg/L) = 19500 mg/L Perencanaan Sludge Removal Sludge removal direncanakan dengan membuat saluran di dasar bak pengendapan awal dengan slope 0,02 sehingga lumpur atau padatan lain akan mudah terkumpul dan akan turut serta di pompa menuju bak anaerobik. - Bak Anaerobik Bak anaerobik akan dilengkapi dengan media biofilter berupa media sarang tawon/ honey comb yang bertipe
crossflow. Perencanaan bak anaerobik yaitu sebagai berikut: Data Q (m3/hari) = 40,00 m3/hari Effisiensi = 80% BOD masuk = 3394,5 mg/l COD masuk = 19500 mg/l TSS masuk = 897,1 mg/l Perhitungan Kadar Bahan Organik Direncanakan effisiensi sebesar 80% (Said, 2012), sehingga : BOD keluar = 20% x 3394,5 mg/l = 678,90 mg/l COD keluar = 20 % x 19500 mg/l = 3900 mg/l TSS keluar = 20% x 897,1 mg/l = 179,42 mg/l Perhitungan beban BOD dan COD BOD = Q (m3/hari) x BOD (g/m3) = 40,00 m3/hari x 3394,5 g/m3 = 135780 g/hari = 135,78 kg/hari COD = Q (m3/hari) x COD (g/m3) = 40,00 m3/hari x 19500 g/m3 = 780000 g/hari = 780,00 kg/hari Volume Media Biofilter Yang Dibutuhkan Standar beban BOD untuk high rate dengan packing material berupa plastik adalah 0,6 – 3,2 kg BOD/m3.hari (Metcalf & Eddy, 2003:893). Direncanakan standar beban BOD yang digunakan sebesar 3,0 kg BOD/ m3.hari Vol. = BOD / Standar beban BOD = 108,6 kg/hari / 3,2 kg /m3.hari = 33,94 m3 Volume Bak Anaerobik Volume media biofilter adalah 60% dari jumlah volume efektif (Dept. PU,PdT-04-2005-C), sehingga volume bak yang diperlukan adalah: Vol. =100/60 x vol.media biofilter =100/60 x 33,94 m3 =56,56 m3 Direncanakan kolam anaerobik dengan 2 ruang sehingga: Vol.reaktor anaerobik rerata = 56,56 m3 / 2 = 28,28 m3
Waktu Tinggal Dalam Bak Anaerobik Untuk beban COD sebesar 12 – 30 kg/ m3.hari dan suhu rata – rata 36˚C, waktu tinggalnya adalah 3 – 8 jam (Metcalf & Eddy, 2003:1022). Volume reaktor (m 3 ) dt = x 24 jam/hari Q (m 3 / hari) 20,28 (m 3 ) dt = x 24 jam/hari 40,00 (m 3 / hari) = 17 jam Dimensi reaktor anaerobik Volume = p x l x h = 5,70 m x 5,00 m x 2,00 m = 57,00 m3 ≥ 56,56 m3 Perencanaan Media Biofilter Volume media biofilter adalah 40% untuk bak pertama dan 60% untuk bak selanjutya (Dept. Pekerjaan Umum, PdT-04-2005-C), sehingga volume media yang digunakan adalah sebesar : Ruang pertama Vol. = 40% x vol. bak anaerobik (m3) = 40% x 33,94 m3 = 13,58 m3 n = 13,58 / 0,36 = 37,71 ~ 38 buah Ruang kedua Vol. = 60% x vol. bak anaerobik (m3) = 60% x 33,94 m3 = 20,36 m3 n = 20,36 / 0,36 = 56,57 ~ 58 buah Dimensi ruang biofilter Perbandingan vol = ruang 1 : ruang 2 = 40% : 60% = 2:3 Ruang 1 Panjang = 2/5 x p = 2/5 x 5,70 m = 2,28 m Ruang 2 Panjang = 3/5 x p = 3/5 x 5,70 m = 3,42 m Lebar = 3,50 m Tinggi air = 2,00 m Tinggi jagaan = 0,50 m
- Bak Aerobik Bak aerobik akan dilengkapi dengan media biofilter yang sama pada kolam anaerobik dan akan dilengkapi dengan blower udara yang berguna sebagai aerator. Perencanaan bak aerobik adalah sebagai berikut: Data : Q = 40,00 m3/hari Effisiensi = 95% BOD masuk = 678,90 mg/l COD masuk = 3900 mg/l TSS masuk = 179,42 mg/l Perhitungan Kadar Bahan Organik Direncanakan effisiensi sebesar 95% (Said, 2012), sehingga BOD keluar = 5% x 678,90mg/l = 33,95 mg/l COD keluar = 5 % x 3900 mg/l = 195 mg/l TSS keluar = 5% x 179,42 mg/l = 8,97 mg/l Perhitungan beban BOD dan COD BOD = Q (m3/hari) x BOD (g/m3) = 40,00 m3/hari x 678,90 g/m3 = 27156 g/hari = 27,16 kg/hari COD = Q (m3/hari) x COD (g/m3) = 40,00 m3/hari x 3900 g/m3 = 156000 g/hari = 156,00 kg/hari BOD dan COD yang dihilangkan BOD = Effisiensi x beban BOD = 95% x 27,16 kg/hari = 25,80 kg/hari COD = Effisiensi x beban COD = 95% x 156,00 kg/hari = 148,20 kg/hari Volume Media Biofilter Yang Dibutuhkan Standar beban BOD untuk high rate dengan packing material berupa plastik adalah 0,6 – 3,2 kg BOD/m3.hari (Metcalf & Eddy, 2003:893). Direncanakan standar beban BOD yang digunakan sebesar 3,0 kg BOD/ m3.hari Vol. = BOD / Standar beban BOD = 25,80 kg/hari / 3,2 kg /m3.hari = 8,06 m3
Volume Bak Aerobik Volume media biofilter menurut Departemen PU,Pd-T-04-2005-6 adalah 55% dari volume efektif, sehingga volume bak yang diperlukan adalah : Volume bak = 100/55x 8,06 m3 = 14,66 m3 ~ 15,00 m3 Direncanakan bak aerobik memiliki 2 ruang, sehingga : Volume bak = 15,00 m3 / 2 = 7,50 m3 Waktu Tinggal (dt) dalam Bak Aerobik Volume reaktor (m 3 ) Dt =
Q (m 3 / hari)
x 24 jam/hari
7,50 (m 3 ) 3 = 40,00 (m / hari) x 24 jam/hari = 4,5 jam
Volume Reaktor Anaerobik Ruang media biofilter Volume = p x l x h = 2,00 m x 2,50 m x 2,00 m = 10,00 m3 Ruang aerasi Volume = p x l x h = 1,10 m x 2,50 m x 2,00 m = 5,50 m3 Volume total = (10,00 + 5,50) m3 = 15,50 m3 ≥ 15,00 m3 Cek beban BOD per volume media biofilter (kg/m3.hari) = Beban BOD (kg/hari) / Volume media = 1,75 / 0,50 = 3,50 kg BOD / m3.hari Cek waktu tinggal = (Beban BOD / Q) x 24 jam = (1,75 m3 / 40,00 m3/hari) x 24 jam = 1,05 jam Jumlah media biofilter yang dibutuhkan Volume media = 8,06 m3 Satu media biofilter dengan tipe crossflow volume 0,36 m3 dengan standar ukuran 1,2 x 0,5 x 0,6 m, sehingga jumlah media biofilter yang diperlukan adalah : n = 8,06 / 0,36 = 23 buah
- Blower Udara Penentuan blower udara didasarkan pada kebutuhan oksigen yang diperlukan untuk menghilangkan beban BOD. Kebutuhan oksigen dalam reaktor atau bak biofilter aerobik adalah sebanding dengan jumlah BOD yang dihilangkan (Said, 2008).
Kapasitas = 50 – 100 liter/menit Head = 2 meter Jumlah = 2 unit (pemakaian bergantian) Rekomendasi= Hi Blow IP 44 Output = 80 liter / menit Daya = 71 watt Harga = ± Rp. 1.100.000,-
Perhitungan Kebutuhan Oksigen Untuk faktor keamanan (FS), maka digunakan nilai FS sebesar 1,6 untuk packing berupa plastik cross flow (Metcalf & Eddy, 2003:905). kebutuhan oksigen = FS x Beban BOD = 1,6 x 1,75 = 2,80 kg/hari Kebutuhan udara teoritis untuk menentukan kapasitas blower (Metcalf & Eddy, 2003:1738) : Presentasi O2 dalam udara = 23,18 % Suhu udara rerata = 30˚C Massa jenis udara pada suhu 30˚C, yaitu (Metcalf & Eddy, 2003:1738) : Ρα = Dengan : P=Tekanan atmosfer=1,01325.105 N/m2 M= Mol udara= 28,97 kg/kg-mol R= Konstanta = 8314 N. m/kg-mol.K Sehingga, Ρα (1,01325 N / m 2 ) x 28,97 kg / kg mol
- Bak Penjernih Bak penjernih berfungsi untuk lebih menjernihkan air limbah hasil olahan IPAL (bak aerobik) sebelum dibuang ke badan penerima air limbah (sungai). Bak penjernih juga difungsikan sebagai bak pengendap akhir. Pada bak penjernih akan ditanami ikan atau tumbuhan air sebagai indikator keberhasilan IPAL. Data Q (m3/hari) = 40,00 m3/hari BOD masuk = 33,95 mg/l COD masuk = 195,00 mg/l TSS masuk = 8,97 mg/l Waktu tinggal = bak penjernih memiliki standar waktu tinggal 2 – 4 jam (Said, 1999:249) Standar perencanaan rectangular dan circular clarifiers (Droste, 1997:323) adalah : Kedalaman maksimum = 4,90 m Panjang maksimum = 75,00 m Diameter maksimum = 38,00 m Peak overflow rate = 41 – 65 m3/m2. Hari Floor slope = mendekati datar atau 1:12
= 8314 N m / kg mol.K x (273,15 30) K = 1,165 kg / m3 Jumlah kebutuhan udara = kebutuhan oksigen / Ρα = 2,80/(1,165 x 23,10%)= 10,40 m3/hari Kebutuhan udara aktual Effisiensi blower udara = 9 – 12% tipe rigid porous plastic tubes, single spiral roll (Metcalf & Eddy, 2003:437). Effisiensi blower yang dipakai adalah 10%, sehingga : Kebutuhan udara aktual = Jumlah kebutuhan udara teoritis / Ef.blower = 10,40 / 0,1 = 104 m3/hari = 0,07 m3/menit = 72,22 liter/menit Direncanakan blower udara yang diperlukan yaitu dengan spesifikasi sebagai berikut :
Perhitungan Kadar Bahan Organik Direncanakan effisiensi pengurangan TSS sebesar 90%, sehingga TSS keluar = 10% x 8,97 mg/l = 0,90 mg/l Volume bak yang diperlukan adalah : Direncanakan waktu tinggal bak penjernih adalah 3 jam Volume = (dt / 24) x Q = (3,00 jam/24) x 40,00 m3/hari = 5,00 m3 Dimensi Bak Penjernih Bak penjernih direncanakan berbentuk silinder dengan dasar berbentu runcing
atau mengerucut pada bagian bawah untuk mempermudah endapan terkumpul dan dipompa kembali menuju bak aerobik. Dimensi bak penjernih adalah sebagai berikut : Diameter = 2,00 m Tinggi silinder = 1,00 m Tinggi kerucut = 0,45 m Tinggi jagaan = 0,50 m Volume silinder = 0,25 x π x d2 x h = 3,14 m3 Volume kerucut = 1/3 x π x d2 x h = 1,88 m3 Vol. total = vol. silinder + vol.kerucut = 3,14 m3 + 1,88 m3 =5,02 m3 Tebal dinding = 15 cm Perlindungan = Water proofing Cek waktu tinggal (dt) dt = (volume efektif / Q) x 24 jam = (5,02 m3 / 40,00 m3/hari) x 24 jam = 3,01 jam Beban permukaan (SL) rata – rata SL = Q limbah / (0,25 x π x d2) = 40,00 m3/hari / (0,25 x π x 2,00) = 12,74 m3/m2. Hari Cek waktu tinggal pada saat beban puncak produksi tahu pada saat beban puncak adalah 1,5 kali dari hari biasa. Waktu tinggal = 3,01 jam / 1,5 jam = 2,00 jam Beban permukaan (SL) saat puncak SL puncak = 12,74 m3/m2.Hari x 1,50 = 19,11 m3/m2. Hari -
Hasil Pengolahan IPAL (Effluent) Perkiraan effluent yang dihasilkan dari proses pengolahan limbah cair dapat dilihat pada Tabel 3 dan gambar detail IPAL dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Detail IPAL Rencana
Tabel 3. Perkiraan Kualitas Effluent Parameter Section Influent
BOD mg/L 4526
COD mg/L 26000
TSS mg/L 1259
Bak Pemisah Lemak
0%
0%
5%
4526
26000
1196,1
Bak Ekualisasi
0%
0%
0%
4526
26000
1196,1
Bak Pengendapan Awal
25%
25%
25%
765,20
19500
897,1
Bak Anaerobik
80%
80%
80%
678,90
3900
179,42
Bak Aerobik
95%
95%
95%
54,31
312
8,97
Bak Penjernih
5%
5%
90%
51,59
296,40
0,90
Effluent
51,59
296,40
1,22
4,5
SUHU °C 40 - 45
5
40 - 45
5,5
37 - 39
PH
6
6,5
35 - 37
7
28 - 30
7,5
27 -28
7,5
27 - 28
Pada Tabel 3 dapat diketahui perencanaan peningkatan kualitas limbah cair dari bak pertama hingga bak terakhir sehingga limbah cair pabrik tahu dapat memenuhi baku mutu yang telah ditetapkan oleh pemerintah. Pada Tabel 4 dapat diketahui perbandingan antara baku mutu air limbah sesuai dengan Peraturan Gubernur Jawa Timur No 72 Tahun 2013 dan kualitas air limbah hasil perencanaan IPAL. Tabel 4. Perbandingan kualitas air Parameter
Baku Mutu
BOD COD TSS
150 300 100
Hasil Pengolahan IPAL Rencana 51,59 296,40 1,2
PH
6~9
7,5
Keterangan Memenuhi Memenuhi Memenuhi Memenuhi
Dari hasil pengolahan yang telah ditampilkan pada Tabel 4, dapat disimpulkan bahwa IPAL rencana dapat diterapkan untuk mengatasi permasalahan limbah cair pada Pabrik Tahu “3 Saudara” Malang. 4. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah: a. Besar debit limbah cair pabrik tahu “3 Saudara” Malang adalah 40,00 – 3 60,00 m /hari dengan kualitas limbah cair yang belum memenuhi baku mutu yang telah ditentukan. b. Dari pengolahan yang direncanakan didapatkan perkiraan effluent yang mampu memenuhi baku mutu air limbah untuk BOD5, COD, TSS dan pH berturut – turut yaitu 51,59; 296,4; 1,22 mg/L dan pH 7,50. Penulis menyadari ada banyak kekurangan pada penelitian ini. Saran yang dapat diberikan untuk penelitian selanjutnya diantaranya adalah : a. Pengukuran debit dilakukan setiap hari pada hari biasa maupun hari puncak dengan cara pengukuran langsung. b. Pengambilan kualitas limbah cair dilakukan dengan cara intregrated sampling setiap hari pada hari biasa dan hari puncak untuk mendapatkan data kualitas limbah cair yang lebih akurat. Daftar Pustaka 1. Agnes A.R., R. Azizah. 2005. Perbedaan Kadar BOD, COD, TSS dan MPN Coliform pada Air Limbah Sebelum dan Sesudah Pengolahan di RSUD Nganjuk. Jurnal Kesehatan Lingkungan, VOL. 2, NO. 1, Juli 2005 : 97 – 110. 2. Droste, Ronald L. 1997. Theory and practice of Water and Wastewater Treatment. New York : John Wiley & Sons, Inc. 3. Gubernur Jawa Timur. 2013. Peraturan Gubernur Jawa Timur
Nomor 72 Tahun 2013 Tentang Baku Muttu Air Limbah Bagi Industri dan Kegiatan Industri Lainnya. Surabaya : Gubernur Jawa Timur. 4. Herlambang, A. 2002. Teknologi Pengolahan Limbah Cair Industri. Cetakan Pertama. Jakarta Pusat: BPPT. 5. Hernandez, Eduard. 2012. One option for the management of wastewater from tofu production: Freeze concentration in a falling-film system. Jurnal dipublikasikan. Catalunya: Universitat Politècnica de Catalunya. 6. Metcalf, dan Eddy. 2003. Wastewater Engineering Treatment and Reuse. Fourth Edition. International edition. New York : McGraw-Hill. 7. Nuraida. 1985. Analisis Kebutuhan Air Pada Industri Pengolahan Tahu dan Kedelai, dalam Amir Husin 2008. Pengolahan Limbah Cair Tahu dengan Biofiltrasi Anaerob dalam Reaktor Fixed Bed. Jurnal dipublikasikan. Medan: Universitas Sumatera Utara. 8. Nurhasan, dan Pramudyanto.1991. Penanganan Air Limbah Tahu, dalam Amir Husin 2008. Pengolahan Limbah Cair Tahu dengan Biofiltrasi Anaerob dalam Reaktor Fixed- Bed. Jural dipublikasikan. Medan: Universitas Sumatera Utara. 9. Pohan, Nurhasmawaty. 2008. Pengolahan Limbah Cair Industri Tahu dengan Biofilter Aerobik. Jurnal dipublikasikan. Medan: Universitas Sumatera Utara. 10. Said, Nusa Idaman. 2005. Teknologi Pengolahan Air Limbah Rumah Sakit Dengan Sistem Biofilter AnaerobAerob. Jurnal Bahasa Indonesia, Vol. 1, No. 1. Jakarta. 11. Zhao, Xiao. 2012. Effect Factors of Soy Sauce Wastewater Treatment by Allure-type Wastewater Treatment Equipment. Jurnal dipublikasikan. Beijing: School of Chemical and Environment Engineering, China University of Mining & Technology.
