Embed Size (px)
DESCRIPTION
tpl
Citation preview
Teknologi Pengolahan Limbah Cair
Agus Hadiyarto
04/18/23 1
Pokok Bahasan
1. Prinsip Dasar Minimisasi Limbah2. Karakeristik Limbah Cair3. Persiapan Pengolahan Limbah Cair4. Pengolahan Limbah Cair Secara Fisik-
Kimia5. Pengolahan Limbah Cair Secara
Biokimia dan Fitoremediasi
04/18/23 2
Buku Referensi• Eckenfelder, W.Wesley, 2000, Industrial Water Pollution Control, Mc.
Graw-Hill, Singapore• Lin Sundar, 2001, Water and Wastewater Calculation Manual, McGraw-
Hill Companies Inc., New York • Metcalf and Eddy, 2003, Wastewater Engineering : Treatment and Reuse,
4th Edition, McGraw-Hill Companies,Inc., New York• Reynolds, T.D, 1982, Unit Operations and Processes in Environmental
Engineering, Wadsworth,Inc.,Belmont, California• Carson P, Mumford C, 2002, Hazardous Chemicals Handbook,
2nded.,Butterworth Heinemann, Oxford• KNLH, 1999, PPRI Nomor 13 Tahun 1999 tentang Pengelolaan Limbah
Bahan Berbahaya dan Beracun
04/18/23 3
Kapan pilihan pengolahan limbah ditetapkan ?
(lihat hirarki minimisasi limbah atau konsep pencegahan pencemaran)
04/18/23 4
Prinsip Minimisasi LimbahPrinsip Minimisasi Limbah
04/18/23 5
Reduksi Sumber -1RReduksi Sumber -1R
Pemanfaatan - 3RPemanfaatan - 3R
Pengolahan Limbah
Pembuangan TerkontrolPembuangan Terkontrol
11
22
33
44
Pengolahan Limbah Cair
04/18/23 6
KARAKTERISTIK LIMBAH CAIR
04/18/23 7
- (1) Karakteristik Fisik- (1) Karakteristik Fisik- (2) Karakteristik Kimia- (2) Karakteristik Kimia- (3) Karakteristik Biologik- (3) Karakteristik Biologik
Karakteristik Fisik Karakteristik Fisik (1)
04/18/23 8
TOTAL PADATAN (total solid)
PADATAN TERLARUT(total dissolved solid)
PADATAN TERSUSPENSI(total suspended solid)
TS, TSS dan TDS TS, TSS dan TDS
04/18/23 9
Air limbah
Kertas saring
TSS
TDS
Air limbah
30 menit
TS
Settleable solidt
04/18/23 10
PADATAN TERSUSPENSI
SettleableSolid
Non Settleable Solid
04/18/23 11
PADATAN
Volatile Solid Fixed Solid
ORGANIK (CHN + O2 CO2 + H2O + NO2)
04/18/23 12
LIMBAHLIMBAH
> 600 °C
FIXED SOLIDFIXED SOLID
VOLATILE SOLIDVOLATILE SOLID
ANORGANIK (FeANORGANIK (Fe+3+3 + O + O22 Fe Fe22OO33))
LIMBAHLIMBAH
KARAKTERISTIK KIMIAKARAKTERISTIK KIMIA(2)(2)
04/18/23 13
ORGANIK
BOD, COD,TOC, OIL AND GREASE,
SURFACTANS
AN-ORGANIK
pH, Cl-, N, P,S Logam2
Karakteristik Biologik Karakteristik Biologik (3)
• Bakteri, fungi, algae, protozoa, viruses, plant dan animal
• Fungsi dasar dan unit struktur semua yang hidup adalah sel.
• Sebagai infomasi fungsi genetik maupun kompleksitas sel, dibagi menjadi 2 yaitu prokaryote dan eukaryote.– Prokaryote mempunyai struktur sel sederhana (bakteri,
blue-green algae, archaea); – Eukaryote lebih kompleks, (plants, animal, protozoa, fungi,
green algae).
04/18/23 14
Mikroorganisme1. Protozoa
Prozotoa adalah hewan bersel satu yang berkembangbiak dengan cara membelah diri. Dibanding bakteri ukuran protozoa jauh lebih besar yaitu berkisar 100-500 mikrometer. Protozoa mempunyai sistem pencernaan yang cukup kompleks, protozoa mencerna zat organik dan menggunakannya sebagai sumber energi untuk pertumbuhannya.
2. FungiFungi memegang peran penting dalam menyisihkan materi organik terlarut. Fungi adalah organisme non-fotosintetik dan dapat hidup dalam keadaan kelembaban dan pH yang rendah dimana bakteri tidak dapat hidup. Berdasarkan siklus hidupnya fungi dapat berupa makhluk satu sel atau multiselular. Ukurannya 5-10 mikrometer dan dapat diidentifikasi menggunakan mikroskop.
04/18/23 15
3. AlgaAlga adalah tumbuhan mikroskopis yang mempunyai klorofil. Alga merupakan tumbuhan mikroskopik yang menggunakan karbondioksida sebagai sumber karbon. Alga juga membutuhkan nitrogen, fosfor dan sinar matahari untuk pertumbuhannya.
4. RotiferaRotifera adalah binatang multiselular aerobik yang mengkonsumsi senyawa organik. Rotifera membutuhkan banyak oksigen terlarut untuk hidup dan ditemukan dalam air yang mempunyai kandungan zat organik rendah, oleh sebab itu kehadirannya mengindikasikan adanya purifikasi biologi yang tinggi.
5. Bakteri Bakteri adalah mikroorganisme satu sel dimana materi didifusikan dalam sel dan dikonsumsi sebagai makanan. Jika makanan dan nutrien berlebih bakteri akan berkembang biak secara cepat sampai makanan tersebut habis. Bakteri ditemukan dalam tanah, air dan udara. Ukuran sel bakteri 0,5–3,0 mikron meskipun beberapa ada yang mencapai 15 mikron. 04/18/23 16
04/18/23 17
bakteribakteriprotozoaprotozoa
rotiferarotifera
04/18/23 1804/18/2304/18/23 1818
KEPMEN LH(NASIONAL)
PERDA (PROVINSI)
PERDA (KAB/KOTA)
Gradasi, semakin kebawah semakin
ketat
BAKU MUTU LIMBAH
04/18/23 19
CONTOH BAKUMUTU LIMBAH CAIR UNTUK INDUSTRI GULALamp BVII-KepMen LH No: Kep-51/MENLH/10/1995
04/18/2304/18/23 1919
ParameterParameter Kadar Maks, Kadar Maks, mg/lmg/l BPM, BPM, kg/tonkg/ton
BOD5BOD5 6060 0,30,3
CODCOD 100100 0,50,5
TSSTSS 5050 0,250,25
Minyak dan LemakMinyak dan Lemak 55 0,0250,025
SulfidaSulfida 0,50,5 0,00250,0025
pHpH 6,0-9,06,0-9,0 --
Debit Limbah Debit Limbah maksmaks
5,0 m5,0 m33/ton produk/ton produk
04/18/23 20
Bakumutu LimbahBakumutu Limbah
• Parameter kunci ditetapkan berdasar jenis usahanya
• Bakumutunya mencakup konsentrasi, debit dan beban (beban pencemaran maksimum=BPM)
• Salah satu bakumutu tidak boleh dilampaui• Pengenceran limbah menjadi tidak berarti
04/18/2304/18/23 2020
04/18/23 21
PRE TREATMENTPRE TREATMENT
PRIMARY TREATMENTPRIMARY TREATMENT
SECONDARY TREATMENTSECONDARY TREATMENT
(ADVANCED TREATMENT)(ADVANCED TREATMENT)KL
AS
IFIK
AS
I P
EN
GO
LA
HA
N L
IMB
AH
KL
AS
IFIK
AS
I P
EN
GO
LA
HA
N L
IMB
AH
(PHYSICAL & CHEMICAL TREATMENT)(PHYSICAL & CHEMICAL TREATMENT)
(BIOCHEMICAL TREATMENT)(BIOCHEMICAL TREATMENT)
TERTIARY TREATMENTTERTIARY TREATMENT
PENGOLAHAN PENDAHULUANPENGOLAHAN PENDAHULUAN(pretreatment)(pretreatment)
• EKUALISASI• NETRALISASI• PEMISAHAN MINYAK• PENGHILANGAN B3
04/18/23 22
EKUALISASIEKUALISASI
• Tujuan – agar beban limbah yang terolah selanjutnya selalu sama
setiap saat
• Peruntukan : – Untuk Proses Batch– Sumber banyak dengan karakteristik sama
• Homogenasi :– Mekanik – Pneumatik
04/18/23 23
04/18/23 24
Bak Ekualisasi
04/18/23 25
Contoh soal (1)
1. Limbah cair mengalir dengan laju alir rerata 10 m3/jam hanya selama 8 jam operasi. Diinginkan IPAL beroperasi 24 jam sehari, seberapa besar volume bak ekualisasi yang harus dibangun ?
Penyelesaian : Volume limbah = 10 m3/jam x 8 jam = 80 m3. Volume limbah yang terambil selama 8 jam sebanyak = 8/24 jam x 80 m3 = 26,7 m3. Volume bak yang akan dirancang minimal= (80 - 26,7)m3 = 53,3 m3 (penampang basah).
04/18/2304/18/23 2525
NETRALISASI
• Tujuan – agar pH netral sekitar 6-8
• Bahan Penetral –Asam : CO2, HCl, HNO3, H2SO4, H3PO4
–Basa : CaO, Ca(OH)2, NaOH, KOH,
NH4OH.
Pertimbangkan proses berikutnya, perlu nutrisi atau tidak
04/18/23 26
PEMISAHAN MINYAK
• Tujuan– Memisahkan minyak dari airnya
• Cara – Oil trap– Jika emulsi dengan hembusan udara
04/18/23 27
04/18/23 28
Asam/basa
NetralisasiOil Trap
Udara Minyak
04/18/23 29
PENGHILANGAN B3
• Fitoremediasi
04/18/23 30
04/18/23 31
FitoremediasiFitoremediasi
Tanaman estetis
Limbah Cair mengandung B3
Non B3
Kerikil
PENGOLAHAN PRIMER
• PEMISAHAN FISIS (SCREENING, GRIT CHAMBER)
• PEMISAHAN KIMIA FISIS (KOAGULASI DAN PRESIPITASI)
04/18/23 32
PEMISAHAN FISIS
04/18/23 33
Bar Bar Screen dan dan Grit Chamber
04/18/23 34
04/18/23 3504/18/2304/18/23 3535
04/18/23 36
FlotasiFlotasi
udaraudara
minyak
Adsorpsi FisisAdsorpsi Fisis
• Kontaminan berujud cair
• Adsobent berujud padat (contoh karbon aktif)
• Penjerapan terjadi secara fisis di permukaan adsorben
• Jika jenuh , dilakukan regenerasi
04/18/23 37
Regeneration Fluid
Regeneration Fluid and adsorbate
Volatilisasi/StrippingVolatilisasi/Stripping
• Lepasnya VOCs dari permukaan air limbah ke udara, karena faktor kesetimbangan antar fase (fungsi suhu) atau karena adanya driving force (stripping)
04/18/23 38
VOC
VOC
Udara
VOC
FiltrasiFiltrasi
04/18/23 39
Filter Press Centrifuge
PEMISAHAN KIMIA FISIS (KOAGULASI DAN PRESIPITASI)
04/18/23 40
KoagulasiKoagulasi• Men “destabilized” partikel koloid yang memberikan Men “destabilized” partikel koloid yang memberikan
kontribusi warna atau kekeruhan sehingga menjadi kontribusi warna atau kekeruhan sehingga menjadi “microfloc” (memanfaatkan “microfloc” (memanfaatkan rapid mixrapid mix))
04/18/23 41
FlokulasiFlokulasi Mengubah dan mengarahkan “microfloc” menjadi Mengubah dan mengarahkan “microfloc” menjadi
“macrofloc” yang mudah mengendap secara gravitasi “macrofloc” yang mudah mengendap secara gravitasi (memanfaatkan (memanfaatkan slowly mixslowly mix))
Contoh Sederhana Gabungan Pengolahan Secara Fisika-Kimia
04/18/23 42
Air Limbah
Campur Cepat
TankiFlokulasi
Tanki Pengendap
Lumpur
Saringan
Bahan kimia
Pencampuran CepatPencampuran Cepat
• Menambahkan bahan kimia ke dalam air limbah
• Waktu retensi 10 - 30 detik
• Dapat menggunakan tanki berpengaduk dan berbaffle
04/18/23 43
M.J. Hammer. 1993
Contoh Lain Pencampuran CepatContoh Lain Pencampuran Cepat
04/18/23 44
04/18/23 45
FlokulasiFlokulasi
• Pengaduk tipe paddle putaran <1 rpm
• Laju alir air limbah 15,2-45,7 cm/det
• Waktu detensi sekitar 20 menit
04/18/23 46
04/18/23 47
SedimentasiSedimentasi
1. Discrete particle settling
2. Focculant settling
3. Hindered settling
4. Compression settling
04/18/23 48
Perrys p 25-66Perrys p 25-66
CLARIFIERCLARIFIER
Stabilized particle
De stabilized particle
(microfloc)
De stabilized particle
(macrofloc)
koagulankoagulanKoagulasiKoagulasi
rpm > 100rpm > 100 FlokulasiFlokulasi
rpm < 1rpm < 1
koloidkoloid
04/18/23 49
+
+
++++
Micro floc yang tidak stabilMicro floc yang tidak stabil
Macrofloc tidak stabilMacrofloc tidak stabil(1 - 100 (1 - 100 m)m)
++
++
+ + ++
+ +++
+++
++
++
+ + ++
+
++
+ + ++
+
++
+ + +
partikel koloid yang stabil umumnya partikel koloid yang stabil umumnya bermuatan negatif (0.001 - 1 bermuatan negatif (0.001 - 1 m)m)(clay; organic,bakteri, virus, algae)Clay :hidropobik – non metalikOrganic : hidropilik – COOH, -NH2, sulfonik
--
-
-
-
-
-
Koagulasi Koagulasi dan flokulasi
Elektrokinetik reduksi zeta potensial (k)
Perikinetik gerak Brown (f)
Orthokinetik agitasi (k)
Koagulasi + Flokulasi (1)
Al2(SO4)3.14H2O + 3Ca(HCO3)2 = 2Al(OH)3 + 3CaSO4 +14H2O + 6CO2 . . . . . . . . . . . . . . . (1)
pH 4,5-8,0
Al2(SO4)3.14H2O + 3Ca(OH)2 = 2Al(OH)3 + 3CaSO4 +14H2O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2)
04/18/23 50
Koagulasi & Flokulasi (2)
• 2FeSO4.7H2O + 3Ca(OH)2 + ½O2 = 2Fe(OH)3 + 2CaSO4 +13H2O
…………… pH : 4-12
• 3FeSO4.7H2O + 1,5 Cl2 = 2Fe2(SO4)3 + FeCl3 +21H2O
• Fe2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 = 2Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2
04/18/23 51
Koagulasi + Flokulasi (3)
• 2FeCl3 + 3Ca(HCO3)2 = 2Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2
• 2FeCl3 + 3Ca(OH)2 = 2 Fe(OH)3 + 3CaCl2
04/18/23 52
04/18/23 53
Contoh Soal (2)
2. Air dengan alkalinitas 12 mg/l CaCO3, akan diolah dengan menambahkan alum dan kapur. Dosis alum sebanyak 55 mg/l. Tentukan dosis kapur yang harus ditambahkan untuk keperluan ini
Penyelesaian :MR Alum = 666 MR CaCO3 = 100
MR Ca(HCO3)2 = 162,1
MR Ca(OH)2 = 74,1
MR CaO = 56,1
04/18/2304/18/23 5353
04/18/23 54
Alkalinitas CaCO3 akan setara dengan alkalinitas Ca(HCO3)2 sebesar
= 162,1/100 x 12 mg/lt CaCO3 = 19,4 mg/lt Ca(HCO3)2
Menurut persamaan (1), 1 mol Alum ekivalen dengan 3 mol Ca(HCO3)2
Jumlah alum yang setara dengan Ca(HCO3)2 sebesar
= (1x666/3x162,1)x19,4 = 26,6 mg/l
Jumlah alum yang belum bereaksi sebanyak = alum yang ditambahkan – alum yang setara dengan Ca(HCO3)2. = (55-26,6)mg/l = 28,4 mg/l
Menurut persamaan (2), 1 mol alum setara dengan 3 mol Ca(OH)2, sehingga Ca(OH)2 yang dibutuhkan = [(3 x 74,1)/666] x 28,4 mg/l
= 9,48 mg/l.
Dosis CaO yang ditambahkan = (56,1/74,1) x 9,48 = 7,2 mg/l CaO
04/18/2304/18/23 5454
AOPs (Advanced Oxidation Processes)
Gambar Hidroksil Radikal Bebas memecah organik
Hidroksil-UVP (Ultraviolet Peroksida) & Hidroksil-OZP (Ozon Peroksida)
Sumber : Dr. Anto Tri Sugiarto, MEng
PENGOLAHAN SEKUNDER (BIOKIMIA=
BIOREMEDIASI)
04/18/23 59
04/18/23 60
Perbandingan cara menghilangkan senyawa organik (Eckenfelder, 1989)
BiodegradasiBiodegradasi dan Stripping
Stripping Refraktori (Sorption)
Nitrobenzen Ethyl acetate 1,2 Dichlorethane Bis(2-ethyllhexyl) phthalate2,4 Dichlorbenzene Benzene 1,1,1 Trichlorethane
2,4 Dinitrobenzene 1,2 Dichlorbenzene1,1,2,2, Tetrachlor ethane
Acrolein Methylen chloride 1,2 Dichlorpropane
Acrylonitrile Toluene Trichloroethylene
Pentachlorophenol Ethylbenzene
Phenol Chloroform
PhenanthreneCarbon tetrachlorida
Naphthalene
Benzidine
BIOREMEDIASI FITOREMEDIASI
• MIKROBA PENGURAI
• BAHAN ORGANIK KARBON
• OKSIDATOR• NUTRISI-MAKRO (N,P)• NUTRISI-MIKRO
(essensial metal)– Cu, Zn, Ni, Co, Fe
• TANAMAN PENGHASIL• CAHAYA• BAHAN ANORGANIK
CO2 DAN H2O
• NUTRISI MAKRO• NUTRISI MIKRO
04/18/23 61
MIKRO-ORGANISME
• AEROB : PERLU O2
• OBLIGAT ANAEROB/ ANOKSIK : TIDAK MEMBUTUHKAN O2
• FAKULTATIF ANAEROB : TIDAK BUTUH O2, JIKA ADA TAK APA-APA
04/18/23 62
Ciri Umum Pengolahan BiokimiaAerob• Untuk limbah organik
sederhana• Dalam keadaan terlarut• Butuh oksigen• Menghasilkan biomassa
dalam jumlah besar (66%)
• Menghasilkan air, gas, asam organik (34%)
• Tidak berbau busuk (asam, harum)
Anaerob• Untuk organik sederhana
maupun kompleks• Tidak perlu dalam keadaan
terlarut• Tidak butuh oksigen• Menghasilkan biomassa
dalam jumlah sedikit (5-20%)• Menghasilkan air, asam
organik, VOC, gas dalam jumlah besar (80-95%)
• Umumnya berbau busuk
04/18/23 63
04/18/23 64
Hasil Akhir Proses Dekomposisi Substrat
Aerobic Anoksik Anaerobik
Protein dan senyawa N-organik
Asam amino Amonia nitrit nitrat Alkohol , asam organik CO2+H2O
Asam amino Nitrat nitrit N2 Alkohol , asam organik CO2+H2O
Asam Amino Amonia H2S, Methan, CO2, alkohol, asam organik
Karbohidrat Alkohol, asam lemak CO2+H2O
Alkohol, asam lemak CO2+H2O
CO2, alkohol, asam lemak
Lemak dan sebangsanya
Asam lemak + glicerol Alkohol, asam lemak BM rendah CO2 + H2O
Asam lemak + glicerol Alkohol, asam lemak BM rendah CO2 + H2O
Asam lemak + glicerol, CO2, Alkohol, asam lemak BM rendah
HASIL DEKOMPOSISI LIMBAH ORGANIK
TAHAP PERURAIAN ANAEROB
04/18/23 65
04/18/23 66
BakteriAcinetobacter, Arthrobacter,
Achromobacter, Alcaligenes, Bacilles, Citromonas, Chromobacterium,
Flavobacterium, Flexibacter, Micrococcus, Pseudomonas dan Zooglea.
Kondisi spesifik : Bakteri nitrifikasi (Nitrosomonas dan
Nitrobacter) ; Bakteri sulfur (Beggiatoa dan Thiothrix)
04/18/23 67
Nutrien spesifik yang digunakan untuk oksidasi biologis (Eckenfelder, 1992)
NutrienNutrien g/g BODg/g BOD NutrienNutrien g/g BODg/g BOD
NN 5 x 105 x 10-2-2 MgMg 30 x 1030 x 10-4-4
PP 1 x 101 x 10-2-2 MoMo 43 x 1043 x 10-5-5
FeFe 12 x 1012 x 10-3-3 ZnZn 16 x 1016 x 10-5-5
CaCa 62 x 1062 x 10-4-4 CuCu 15 x 1015 x 10-5-5
KK 45 x 1045 x 10-4-4 CoCo 13 x 1013 x 10-5-5
Biological Treatment Process (1)
1. Activated Sludge Process• Standar method, Oxidation Ditch• Nitrification-Denitrification
2. Biofilm treatment• Trickling Filter• Rotary Disk Contact Aeration (RDCA atau RBC
=Rotating Biological Contactor)
04/18/23 68
Biological Treatment Process (2)
3. Ponds/Lagoons• Aerated , Facultatif, Anaerobic
4. Anaerobic treatment• Anaerobic Digestion• UASB process
04/18/23 69
04/18/23 70
Lumpur Aktif = Activated sludgeLumpur Aktif = Activated sludge• Merupakan padatan tersuspensi (SS) yang komposisi
utamanya adalah biomassa mikroorganisme (pengurai)
• Biomassa diperoleh dari hasil metabolisme limbah (substrat) oleh pengurai
• Agar kontak antara substrat dengan pengurai berlangsung baik dapat digunakan pengaduk (mekanis) atau udara (pneumatik)
• Biomassa yang dihasilkan (biological floc=activated sludge) dapat dimanfaatkan (return sludge atau pupuk)
04/18/2304/18/23 7070
04/18/23 7104/18/2304/18/23 7171
Q efflTANGKI AERASI
Qr
Q infl
Return sludge
Q + Qr
Settled sludgeBAKU MUTU LIMBAH
BOD , merupakan BOD total (BOD Terlarut + BOD Tersuspensi)
BAK ENDAPBAK ENDAP
04/18/23 72
SLUDGE RETURNSLUDGE RETURN
• Dapat dirumuskan sebagai berikut :
– r = rasio lumpur yang diresikel
– Qr = laju lumpur yang diresikel
– Q = laju air limbah masuk reaktor aerob
04/18/2304/18/23 7272
r = Qr/Q
04/18/23 73
Conventional Activated Sludge System
• Waktu aerasi 6-8 jam (dalam bak persegi panjang, bak silindris)
• Dibutuhkan sekitar 8 m3 udara untuk setiap m3 air limbah yang diolah
• Volume lumpur yang diresikel sekitar 20-30 % dari aliran air limbah
04/18/2304/18/23 7373
04/18/23 74
MCRT= SRT=SAMCRT= SRT=SA
• MCRT = Mean Cell Residence Time, Øc• SRT = Solid Retention Time • SA = Sludge AgeDidefinisikan sebagai waktu tinggal rerata
keberadaan mikroorganisme dalam sistem (bak aerob)
04/18/2304/18/23 7474
04/18/23 7504/18/2304/18/23 7575
Settling tank
Bak Aerob
Q,So,Xo
Qr, Xr, S
X,S(Q – Qw), S, Xe
(Qw, Xr, S)
BLOK DIAGRAM PENGOLAHAN DENGAN LUMPUR AKTIF
Mass balance
Biomass in influent + Biomass growth = Biomass in effluent + Biomass wasted
atau
Food in – Food consumed = Food in effluent + Food wasted
04/18/23 76
BiomassQxo + V {(µmSX)/(Ks+S)-kdX} = (Q-Qw)Xe + QwXr
FoodQSo – V{(µmSX)/Y(Ks+S)} = (Q-Qw)S+QwS
QSo – V{(µmSX)/Y(Ks+S)} = QS
04/18/23 77
04/18/23 78
KeteranganQ, Qw = wastewater flow masuk bak aerob, dan yang terbuang , m3/d
Xo , X , Xe, Xr = konsentrasi MLVSS masuk bak aerob, yang ada dalam bak aerob, yang ada dalam effluent, serta yang terbuang , mg/l
V = volume aeration tank, m3
μm = konstanta laju pertumbuhan maksimum, per hari
Ks = konsentrasi substrat pada saat setengah laju pertumbuhan
maksimum, mg/l
S = soluble BOD keluar dari bak aerob, effluent (asumsi tak ada
biodegradasi di bak pengendap)
kd = laju kematian bakteri, per hari
Y = yield coefficient untuk mengubah BOD menjadi sel bakteri,
mg MLVSS/mg BOD removed
04/18/2304/18/23 7878
Asumsi :- Konsentrasi biomassa di influent dan effluent dapat diabaikan terhadap konsentrasinya dalam reaktor- semua proses dekomposisi berlangsung dalam reaktor
(µmS)/(Ks+S) = QwXr/VX + kd
(µmS)/(Ks+S) = (Q/V)(Y/X)(So-S)
QwXr/VX = (Q/V)(Y/X)(So-S) - kd
04/18/23 79
Hydraulic detention time(V/Q) = Ø
Mean Cell recidence timeVX/QwXr = Øcatau
Øc = (V/Qw){r/(r+1)} dengan r = Qr/Q04/18/23 80
Konsentrasi soluble BOD effluent :S = {Ks(1+kd.Øc)}/{Øc(µm-kd)-1}
Konsentrasi mikroba :X = {Øc(Y)(So-S)}/{Ø(1+kd.Øc)}
04/18/23 81
04/18/23 82
Ø = V/Q
Dengan :
Ø = Hydraulic detention time, hariØc = Mean Cell recidence time, hariQ = Laju alir air limbah, m3 per hariV = Volume bak aerob, m3
X,Xr = Konsentrasi MLVSS dalam bak aerob ,dalam sludge yang terbuang, mg/lQw = Laju alir cairan yang mengandung mikroba yang terbuang , m3/harir = return sludge flow ratio 04/18/2304/18/23 8282
04/18/23 83
Konsentrasi Soluble BOD dalam effluent dinyatakan :
S = {Ks(1+kd.Øc)}/{Øc(μm-kd)-1}
Konsentrasi mikroorganisme dalam bak aerob, MLVSS dinyatakan sebagai :
X = Øc.Y(So-S)/Ø(1+kd.Øc)
04/18/2304/18/23 8383
04/18/23 84
Parameter lainParameter lainF/M = Q.So/V.X
= mg BOD per hari/mg MLVSS = 0,1 – 1,0
•F/M besar mikroba terjejali makanan berlebihan Effisiensi pengolahannya rendah
•Rendahnya rate of wasting, F/M kecil, degradasi lebih baik.
•Jika Øc lama F/M kecil, more costly aeration higher power costs.
04/18/2304/18/23 8484
04/18/23 85
Contoh soal Act SludgeContoh soal Act Sludge (3) (3)• Sebuah WWTP (secondary plant) akan mengolah limbah cair sehingga effluentnya
memenuhi standar (BOD5 = 30 mg/l, SS = 30 mg/l). Diperkirakan BOD5 dari SS sebesar 63% dari konsentrasi SS nya. Diketahui data influentnya adalah : flow = 0,150 m3/detik; BOD5 = 84 mg/l, Asumsikan bahwa settling tank mampu memisahkan padatan hingga SS dalam effluent memenuhi bakumutu, MLVSS = 2000 mg/l. Konstanta yang diketahui (Ks=100 mgBOD5/l; kd=0,050/hari; μm =2,5 /hari; Y=0,5 mgVSS/mgBOD5 removed). Perkirakan volume bak aerob yang diperlukan untuk maksud tersebut diatas.Solusi
• Soluble BOD5 = S = 30 – (0,63)(30) = 11,1 mg/l;
• MCRT dapat dihitung dari persamaan : S = {Ks(1+kd.Øc)}/{Øc(μm-kd)-1}
11,1 = {100(1+0,05.Øc)/Øc(2,5-0,05)-1} Øc = 5 hari
• HRT dihitung dari persamaan MLVSS : X = Øc.Y(So-S)/Ø(1+kd.Øc)
2000 = {5x0,5(84-11,1)/Ø(1+0,05x5)} Ø = 1,8 jam• Volume bak aerob : V =Q.Ø = 0,150 x 3600 x 1,8 = 972 m3 .
04/18/2304/18/23 8585
04/18/23 86
• SVI digunakan sebagai indikator settling characteristic of the sludge
• Tipikal SVI act sludge dengan MLSS 2000-3500 mg/l adalah 80 – 150 ml/gram
• Semakin rendah SVI atau semakin besar settling basin diperlukan, untuk mencegah loss of solids “washout” atau hydrolic displacement
04/18/2304/18/23 8686
04/18/23 87
SLUDGE VOLUME INDEX (SVI)
• SV = volume padatan yang terendapkan dalam 30 menit per liter air.
• MLSS = mixed liquor suspended solid, mg/l. • SVI = volume (ml) yang terukur jika 1 gram
activated sludge mengendap dalam 1 liter air setelah 30 menit, ml/gram
• SDI = 100/SVI04/18/2304/18/23 8787
SVISVI (ml/gram) (ml/gram) = (SV/MLSS) x 1000 = (SV/MLSS) x 1000 mg/gram mg/gram
04/18/23 8804/18/2304/18/23 8888
1000
2000
3000
4000
5000
MLSSMLSS
5 25
ººCC
SVI=100 SVI=125
SVI=150
SVI=200
Recommended Recommended max MLSSmax MLSS
04/18/23 89
Trickling FilterTrickling Filter
Eckenfelder, formula
St/So = exp[-k.X.t]
St = effluent BODafter contact time t, mg/lSo = influent BOD yang masuk filter, mg/lk = rate constantX = average cell mass concentrationt = contact time, hari
04/18/2304/18/23 8989
04/18/23 90
t = CD/(Q/A)n
C =1/Dm
t = (1/Dm)(D)/(Qln)St/So = exp (-KD/Qln)
D = filter depth, mK = new rate constant, /dayQ = hydraulic loading, m3/hariA = filter area, m2
m,n = konstanta empiris
04/18/2304/18/23 9090
04/18/23 91
St/So = exp [-KD/QLn]
K = laju kosntanta baru, per hariQL = hydraulic loading rate per unit area,
m3/hari.m2
04/18/2304/18/23 9191
04/18/23 92
Contoh Soal Trickling Filter
• Berapakah BOD5 effluent dari low rate trickling filter yang diameternya 35 m, ketebalan 1,5 m, jika hydraulic loadingnya 1.900 m3/hari, influent BOD5=150 mg/l. Asumsi laju konstanta 1,89 per hari, n = 0,67.Solusi
• A = [¶(35)2]/[4] =962,11 m2
• QL = (1.900 m3/hari)/(962,11 m2)=1,97 m3/hari.m2
• St = 150 exp[-(1,89)(1,5)/1,97)0,67 = 24,8 mg/l
04/18/2304/18/23 9292
04/18/23 9304/18/2304/18/23 9393
Kriteria rancangan
Standarintermedia
te
High rate (stone media)
Super rate(plasti
c rate)Roughing
Hydrolic loading, m/d
1-4 4-10 10-40 15-90 60-180
Organic loading, kgBOD/d.m3
0,08-0,32 0,24-0,48 0,32-1,0 0,32-1,0 >1,0
Recirculation ratio
0 0-1 1-3 0-1 1-4
Depth, m 1,5-3 1,5-2,5 1-2 Up to 12 1-6
BOD5 removal, %
80-85 50-70 65-80 65-85 40-65
Effluent quality
Well nitirfied
Some nitrification
nitriteLimited
nitrificationNo
nitrification
Berbagai Tipe Trickling Filter
KEBUTUHAN OKSIGEN (1)
• Qd = Kebutuhan Oksigen (kg O2/jam)• ΔBOD = BOD yang terurai (kgBOD/jam)• 2,2 = Koefisien agar DO = 2,0 mg/l
04/18/23 94
Qd = ΔBOD x 0,8 kgO2/kg BOD x 2,2
KEBUTUHAN OKSIGEN (2)
• Untuk menguraikan limbah organik secara aerobik , dibutuhkan oksigen (O2) sebagai elektron akseptor sebesar = 0,6 -1,4 kgO2 per kg BOD. Jika ada nitrogen dibutuhkan oksigen lebih banyak yaitu 4,3 kgO2 per kg N-NH3 (Perry, 1984).
04/18/23 95
NITRIFIKASI DAN DENITRIFIKASI
• Nitrifikasi merupakan oksidasi biologik terhadap amonia menjadi nitrat dengan nitrit sebagai intermediate.
• Mikroorganisme yang terlibat jenis autrotrophic : Nitrosomonas dan Nitrobacter
• Reaksinya melewati dua tahapan sbb:
04/18/23 96
Tahapan Reaksi Nitrifikasi
• 2 NH4+ + 3O2 2NO2
- + 4H+ + 2H2O
(Nitrosomonas)Cell yield untuk Nitrosomonas : 0,05-0,29 mgVSS per mg NH3-N
• 2NO2- + O2 2NO3
-
(Nitrobacter)Cell yield untuk Nitrobacter : 0,02-0,08 mgVSS per mg NH3-N
04/18/23 97
Tahapan Reaksi Denitrifikasi
• Biological denitrifikasi dicapai pada kondisi anoksik (tanpa adanya molekul O2) oleh mikroba heterotrophic yang memanfaatkan nitrat sebagai hidrogen akseptor , jika bahan organik sebagai sumber energi tersedia :– NO3 + CH2O N2 + N2O+ H2O+CO2
• Dapat pula terjadi pada kondisi endogenous respiration, meskipun amat lambat :– NO3
+ substrat N2 +CO2 +H2O + cell
04/18/23 98
PRODUKSI METHAN pada kondisi fakultatif anaerobik
• Diestimasi dengan rumus :
G = 5,62 (Sr – 1,42ΔXv)• G = CH4 dihasilkan per hari, cuft/hari
• Sr = BOD yang terurai, lb/hari
• ΔXv = VSS yang dihasilkan, lb/hari
04/18/23 99
ATAU
• G = 0,351 (Sr – 1,42 ΔXv)• G dalam m3/hari• Sr dan ΔXv dalam kg/hari
• Prediksi praktis : • 1kg COD yang hilang terurai menghasilkan
sebanyak 0,44 m3 campuran gas (dengan gas methan = 0,348 m3) .
04/18/23 100
04/18/23 101
GAMBAR/SKEMA UNIT PENGOLAH AIR LIMBAH
Sand Filter - Primary Clarifier
04/18/23 102
KOAGULASI DAN FLOKULASI
04/18/23 103
PLUG FLOW ACT. SLUDGE SYSTEM
04/18/23 104
RBC DAN TRICKLING FILTER
04/18/23 105
ANAEROBIC ACT.SLUDGE SYSTEM
04/18/23 106
ANAEROBIC DIGESTION
04/18/23 107
Act.Sludge - Sedimentation
04/18/23 108
DIFFUSED AIR FLOTATION
04/18/23 109
Anaerobic Digester
04/18/23 110
RBC
04/18/23 111
RBC
04/18/23 112
Kolam Fitoremediasi
04/18/23 113
Pisang-pisangan
04/18/23 114
Komplementer
04/18/23 115
04/18/23 116
CARA SAMPLING AIR LIMBAH SECARA KONTINU (TANPA POMPA)
DASAR PERANCANGAN
• Dapat dilakukan dengan menggunakan data dari dasar pengalaman (Jun Takada)
04/18/23 117
04/18/23 118
Tipe Proses Tipe Proses PengolahanPengolahan
BOD, MLSSBOD, MLSS KeteranganKeterangan
Activated Sludge Activated Sludge ProcessProcess
BOD = 10.000 BOD = 10.000 mg/l mg/l 150 150 mg/lmg/l
MLSS = 1500-MLSS = 1500-4000 mg/l4000 mg/l
Lv ≤ 2,0 Lv ≤ 2,0 kgBOD/mkgBOD/m33/hari/hari
Ls = 0,2-0,4 Ls = 0,2-0,4 kgBOD/kg kgBOD/kg MLSS/hari *)MLSS/hari *)
Ls = Ls = 0,03-0,05 0,03-0,05 kgBOD/kg kgBOD/kg MLSS/hari **)MLSS/hari **)
BOD reduction BOD reduction ≥ 90%≥ 90%
Standard Method *)Standard Method *)
Step Aeration *)Step Aeration *)
Oxidation Ditch **)Oxidation Ditch **)
Nitrification-Nitrification-DenitrificationDenitrification
04/18/23 119
Tipe Proses Tipe Proses PengolahanPengolahan
Konsentrasi Konsentrasi BODBOD
KeteranganKeterangan
Biofilm TreatmentBiofilm Treatment
100 mg/l 100 mg/l 30 mg/l30 mg/l
Lv ≤ 1,0 Lv ≤ 1,0 kg/m3/harikg/m3/hari
BOD red = 75-BOD red = 75-85%85%
Trickling FilterTrickling Filter
Rotary DiskRotary Disk
Contact AerationContact Aeration
Fluidized ProcessFluidized Process2.000 mg/l 2.000 mg/l
150 mg/l150 mg/l
Lv ≤ 5,0 Lv ≤ 5,0 kg/m3/harikg/m3/hariBOD red ≥ 90%BOD red ≥ 90%
04/18/23 120
Lagoon
Tipe Proses PengolahanTipe Proses PengolahanBeban BOD Beban BOD (g/m(g/m22/hari)/hari)
KeteranganKeterangan
Aerobic /High rateAerobic /High rate 10-2010-20 RT = 2-6 hariRT = 2-6 hariBOD red = 80-95%BOD red = 80-95%
FacultatifFacultatif 2-102-10 RT = 7-30 hariRT = 7-30 hariBOD red = 35-75%BOD red = 35-75%
AnaerobicAnaerobic 20-10020-100 RT = 30-50 hariRT = 30-50 hariBOD red = 50-70%BOD red = 50-70%
04/18/23 121
Anaerobic Treatment
Tipe Proses Tipe Proses PengolahanPengolahan
Konsentrasi BODKonsentrasi BOD KeteranganKeterangan
Anaerobic DigestionAnaerobic Digestion > 10.000 mg/l> 10.000 mg/l
Lv ≤ 5,0 Lv ≤ 5,0 kg/m3/harikg/m3/hariBOD red = 80-BOD red = 80-90%90%
UASB ProcessUASB Process > 5.000 mg/l> 5.000 mg/lLv ≤ 30 kg/m3/hariLv ≤ 30 kg/m3/hariBOD red = 80-BOD red = 80-90%90%
Soal Latihan
1. Pada proses pengolahan air limbah organik dengan activated sludge dibutuhkan nutrisi C, N dan P. Rasion BOD : N : P pada proses ini adalah 100 : 5 : 1. Diketahui air limbah industri mempunyai BOD = 1.000 mg/l, debit 500 m3/hari. Jika tersedia pupuk NPK dengan kandungan N = 15%; P2O5 = 32%. Berapakah kg pupuk tersebut maksimal dibutuhkan secara praktis perharinya (dianggap tak ada N dan P dalam air limbah). Masa atom P = 31, N = 14, O =16
04/18/23 122
• Berapa m3 bio-gas (methan) yang dapat diproduksi secara praktis dari limbah tinja dengan BOD = 750 mg/l, volumenya 1.000 m3 perhari. Rasio COD : BOD adalah 1,5 : 1 ; Untuk setiap 1 kg COD terurai umumnya mampu menghasilkan 0,33 m3 CH4
04/18/23 123
• BOD air limbah domestik sebesar 125 mg/l, dengan laju alir sebesar 200 liter per detik akan diolah dalam sebuah reaktor dengan lumpur aktif . MLVSS dipertahankan pada konsentrasi 2.000 mg/l. parameter yang diketahui Ks = 100 mgBOD per liter, μm = 2,5 perhari, Kd = 0,05 per hari, Y = 0,60 kg VSS per kg BOD yang terurai. Jika dikehendaki organiknya terurai 90%, berapakah :
1. Waktu tinggal sel mikroba diperlukan tinggal dalam reaktor ?2. Waktu tinggal air limbah dalam reaktor ?3. Berapakah diameter reaktor aerob, jika kedalamannya 2m ? 04/18/23 124
