BAB II KAJIAN TEKNIS PENGELOLAAN AIR LIMBAH DOMESTIK
2.2 Alternatif Teknologi Pengolahan Air Limbah
Pengelolaan lingkungan adalah upaya terpadu dalam pemanfaatan, pemeliharaan, pengawasan, pengendalian, pemulihan dan pengembangan lingkungan hidup. Secara umum teknik-teknik pengolahan air limbah yang telah dikembangkan selama ini umumnya dibagi menjadi tiga metode pengolahan yaitu :
1. Pengolahan secara fisik 2. Pengolahan secara kimia 3. Pengolahan secara biologi
Untuk suatu jenis air limbah tertentu, ketiga metoda pengolahan tersebut dapat diaplikasikan sendiri-sendiri atau secara kombinasi.
Gambar 2.13 Skematik Pengolahan Fisik
Gambar 2.15 Skema Diagram Pengolahan Biologi
Tujuan utama dari pengolahan air limbah adalah untuk menguraikan kandungan bahan pencemar didalam air terutama senyawa organik, padatan tersuspensi, mikroba pathogen dan senyawa organik lainnya yang tidak dapat diuraikan oleh mikroorganisme yang terdapat di alam. Pengolahan air limbah tersebut dibagi menjadi 4 (empat) tahap, yaitu:
1. Pengolahan Awal (Pre-treatment)
Tahap pengolahan ini melibatkan proses fisik yang bertujuan untuk menghilangkan padatan tersuspensi dan minyak-lemak dalam aliran air limbah.
2. Pengolahan Tahap Pertama (Primary Treatment)
Pada dasarnya, pengolahan tahap pertama ini masih memiliki tujuan yang sama dengan pengolahan awal. Letak perbedaannya ialah pada pengolahan pertama proses berlangsung sedang pada tahap ini proses diperlukan waktu detensi (td). 3. Pengolahan Tahap Kedua (Secondary Treatment)
Pengolahan tahap kedua dirancang untuk menghilangkan zat-zat terlarut dari air limbah yang tidak dapat dihilangkan dengan proses fisik biasa. Parameter utama yang penting untuk diolah pada proses kedua ini biasanya BOD, COD, TSS. Setelah proses kedua biasanya diikuti dengan proses pengendapan. Pada proses ini terbentuk sludge sebagai hasil aktivitas mikroorganisme.
4. Pengolahan Tahap Ketiga (Tertiary Treatment)
Lumpur yang terbentuk sebagai hasil keempat tahap pengolahan sebelumnya kemudian diolah kembali agar aman untuk dibuang.
Pada akhirnya, teknologi yang dipilih haruslah teknologi yang tepat guna sesuai dengan karakteristik limbah yang akan diolah. Hasil pengkajian dan penganalisaan tersebut bertujuan untuk :
1. Memastikan bahwa teknologi yang dipilih terdiri dari proses-proses yang sesuai dengan karakteristik limbah yang akan diolah.
2. Mengembangkan dan mengumpulkan data yang diperlukan untuk menentukan efisiensi pengolahan yang diharapkan.
3. Menyediakan informasi teknik dan ekonomi yang diperlukan untuk penerapan skala sebenarnya. Pemilihan proses yang tepat didahului dengan mengelompokkan karakteristik kontaminan dalam air limbah dengan menggunakan indikator parameter pencemar.
Kriteria Pemilihan Teknologi
Dalam pemilihan teknologi pengolahan air limbah ada beberapa hal yang harus diperhatikan, seperti sebagai berikut :
1. Biaya Investasi
Biaya Investasi merupakan biaya yang diperlukan dalam pembangunan unit pengolah, termasuk didalamnya biaya struktur bangunan dan biaya peralatan ME yang dipergunakan. Biaya investasi merupakan salah satu pertimbangan dalam pengambilan keputusan.
2. Biaya Operasional dan Perawatan
Pengolahan limbah membutuhkan listrik untuk pompa air baku, sirkulasi, blower, dan penerangan. Besarnya jumlah pemakaian listrik akan menambah biaya operasi pengolahan limbah, terlebih lagi adanya kecenderungan naiknya harga listrik. Oleh karena itu pemakaian listrik perlu di hemat, agar biaya operasional tidak terlalu besar.
3. Pelaksanaan Pembangunan Fisik
Tingkat kemudahan dalam pembangunan suatu konstruksi dapat dilihat dari kemudahan
Biaya operasi dan perawatan suatu bangunan unit pengolah dapat dilihat dari sistem teknologi yang akan diterapkan. Biasanya apabila teknologi yang diterapkan meliputi sistem ME yang complicated biasanya capital cost yang dikeluarkan cukup tinggi, dan biasanya juga akan menghasilkan keluaran yang sempurna. Biaya operasional erat kaitanya dengan sumber energy yang digunakan sedangkan biaya perawatan erat kaitanya dengan ketersedian spare part yang tersedia di pasaran.
mendapatkan material dan kemudahan dalam pembangunan fisik. Makin berkembang teknologi biasanya akan semakin rumit dalam pelaksanaan pembangunan.
4. Pelaksanaan Operasional
Pelaksanaan operasional erat kaitannya dengan SDM yang ada, SDM untuk pengolahan air limbah di Indonesia masih sangat kurang. Semakin tinggi teknologi pengolahan yang diterapkan akan semakin sulit dalam pengoprasiannya, dengan demikian diperlukan SDM yang mempunyai keahlian khusus memenuhi kriteria dan klasifikasi.
5. Kebutuhan lahan
Kebutuhan lahan merupakan hal yang sangat utama dalam kriteria pemilihan alternatif. Pada paket pekerjaan ini lahan yang tersedia sangat kecil sehingga diperlukan suatu dimensi unit bangunan pengolahan sesuai dengan lahan yang tersedia.
6. Pengolahan Lumpur
Suatu Instalasi Pengolahan Air Limbah akan menghasilkan lumpur sebagai hasil suatu proses yang terjadi oleh mikroorganisme dalam menguraikan senyawa organik yang terkandung dalam air limbah. Proses pengolahan lumpur terdir dari Thickening,
Stabilization/Digestion, Dewatering dan Disposal yang semua bertujuan agar lumpur yang
dibuang lebih stabil dan aman untuk dibuang. Estimase kebutuhan unit pengolah lumpur diperlukan berdasarkan unit pengolahan biologi yang diterapkan.
7. Pre Treatment
Bangunan Pre Treatment diperlukan sebelum air limbah masuk ke unit utama pengolahan dengan tujuan agar tidak terjadi clogging pada pengolahan selanjutnya. Bangunan Pre Treatment diperlukan diperlukan sesuai dengan karakteristik limbah yang akan diolah. 8. Effisiensi Pengolahan
Berdasarkan kualitas dan kuantitas sumber air limbah akan menentukan jenis unit pengolahan yang tepat diterapkan sehingga menghasilkan keluaran yang memenuhi baku mutu effluent. Diperlukan unit pengolahan dengan effisiensi pengolahan yang tinggi yang dapat menerima beban yang tinggi.
Tingkatan Pengolahan Air Limbah
Sedangkan kriteria yang harus dipenuhi untuk menentukan sistem pengelolaan air limbah adalah :
a. Aspek Teknis
Aspek Teknis dapat ditinjau dari segi konstruksi dan segi O/M (Operasion - Maintenance atau Operasi dan Pemeliharaan). Segi Konstruksi, yang berhubungan dengan teknis pelaksanaan, ketersediaan tenaga ahli, peralatan yang akan digunakan, kemudahan dalam
pengadaan bahan dan material dalam konstruksi dan penggunaan sumber daya setempat serta hal-hal lain yang berkaitan. Sedangkan segi Operasional dan Pemeliharaan, yang bersangkutan dengan tersedianya tenaga ahli, peralatan dan bahan untuk menunjang pengoperasian dan pemeliharaan instalasi agar efektif.
b. Aspek Ekonomis
Berhubungan dengan masalah biaya untuk konstruksi, operasional dan pemeliharaan instalasi bangunan air limbah yang disesuaikan dengan kemampuan ekonomi masyarakat dan pemerintah daerah setempat. Aspek biaya meliputi biaya dalam investasi dan biaya operasional - pemeliharaan.
c. Aspek Lingkungan
Adanya pertimbangan terhadap kemungkinan pengaruh keberadaan unit pengolahan air limbah yang direncanakan terhadap kenyamanan dan kesehatan sekitar lokasi yang meliputi lingkungan fisik, kimia, biologi dan sosial budaya. Hal ini memberikan dampak terhadap lingkungan. Dampak lingkungan fisik kimia yaitu berubahnya lokasi (medan), dampak biologi adalah hilangnya habitat flora dan fauna serta estetika sedangkan dampak sosial budaya yaitu dapat menyebabkan timbulnya masalah pembangunan IPAL dekat dengan permukiman sekitar.
d. Aspek Performance Pengolahan
Berdasarkan kualitas dan kuantitas effluent yang dihasilkan dengan kualitas dan kuantitas effluent yang diijinkan dapat diketahui seberapa besar beban pengolahan yang dapat direduksi sehingga dapat memenuhi kriteria - kriteria yang ditetapkan untuk mendapatkan kualitas pengolahan yang diijinkan. Dalam hal ini mengenai effisiensi pengolahan, kapasitas pengolahan dan proses pengolahan.
e. Program Pelaksanaan
Berhubungan dengan rencana kerja, agar efektif dan sesuai dengan perkembangan lokasi dan peruntukan perencanaan.
Alternatif Pengolahan Biologi a. Activated Sludge
Merupakan sistem pengolahan air limbah dengan menggunakan mikroorganisme aerobik yang dikembangbiakan dalam tangki aerasi berfungsi untuk menurunkan senyawa organik-terurai dalam air limbah. Activated Sludge merupakan pengolahan air limbah yang menggunakan lumpur yang diaktifkan dengan memasukkan oksigen secara mekanis atau difusi udara melalui aerator. Zat organik dalam air limbah diuraikan oleh mikroorganisme dan dirubah bentuknya menjadi flok sebagai bahan pembentuk pertumbuhan sel dan sumber energi. Actived Sludge dilengkapi dengan saringan penangkap pasir, bak
pengendap pertama dan kedua, serta bak khlorinasi untuk membunuh bakteri pathogen. Keunggulan lumpur aktif adalah dapat mengolah air limbah dengan beban BOD yang cukup besar, tanpa menimbulkan bau dan air olahan cukup jernih, sehingga tidak memerlukan tempat yang luas. Proses ini cocok digunakan untuk mengolah air limbah dalam jumlah yang besar.
Dengan memperhatikan faktor-faktor tesebut diatas, dapat dilakukan modifikasi proses yang disesuaikan dengan kebutuhan.
Proses Lumpur Aktif Standar
Proses lumpur aktif standar terdiri dari tangki aerasi, secondary clarifier, dan sludge
recycle line. Lumpur yang dibuang berasal dari recycle atau mixed liquor line. Model aliran
adalah plug flow dengan celluler recycle. Air buangan yang telah diendapkan dan lumpur yang di-recycle dicampur dengan menggunakan cara diffusi atau aerasi mekanis, dan campuran tersebut turun ke dalam tangki secara tetap. Selama periode tersebut terjadi adsorpsi, flokulasi dan oksidasi bahan-bahan organik. Mixed liquor akan mengendapkan di tangki pengendapan, dan lumpur yang dikembalikan ke dalam air buangan berkisar antara 25 % - 50 % aliran buangan rata-rata.
Gambar 2.16 Mekanisme Proses Pengolahan Air Buangan Sistem Activated Sludge Tabel 2.7 Kriteria Desain Activated Sludge (konvensional)
Gambar
2.17
Diagram
Alir Proses Pengolahan Limbah Sistem Lumpur
b. Membran Bio Reactor (MBR)
Efisiensi pengolahan limbah domestik maupun industri membutuhkan adanya penurunan konsentrasi materi organik (COD, BOD), maupun penurunan konsentrasi polutan lainnya seperti nitrogen (N) dan fosfor (P). Pada pengolahan biologis, dimana bakteri mendegradasi materi organik, merupakan metode pengolahan air limbah yang paling efektif, efisien dan murah. Pada sistem konvensional pengolahan air limbah secara biologis, lumpur dipisahkan dengan cara sedimentasi, sehingga hal ini akan mengurangi kemampuan sistem pengolah air limbah untuk menghasilkan effluen dengan kualitas yang baik.
Penggunaan Membran Bio Reaktor (MBR) membutuhkan lahan yang relatif lebih kecil karena adanya pengurangan unit pengolahan selanjutnya, misalnya Clarifier. Hasil keluaran air dari MBR ini memiliki kualitas yang baik sehingga dapat digunakan kembali (recyclable). Proses pada MBR merupakan sebuah sistem yang terdiri dari suspended
growth activated sludge yang menggunakan membran microporous untuk memisahkan
padatan / cairan.
MBR dapat didefinisikan sebagai kombinasi dari 2 (dua) proses dasar (degradasi biologis dan separasi membran), menjadi sebuah proses tunggal dimana suspended solids dan mikroorganisme yang bertanggung jawab dalam proses biodegradasi dipisahkan dari air buangan yang diolah (treated water) menggunakan unit membran filtrasi.
Gambar 2.18 Mekanisme Proses Pengolahan Limbah Sistem Membran Bio Reaktor (a) MBR, dan (b) Tertiary Treatment
Beberapa kelebihan MBR dalam pengolahan biologi, yaitu :
- Pemisahan absolut lumpur biologis dari efluen dengan membran ultra-filtrasi (UF) atau mikro-filtrasi (MF) akan menghasilkan effluen yang bebas partikulat (TSS < 5 mg/l).
- Membran merupakan bagian integral dari sistem biologi dan memungkinkan untuk mengontrol konsentrasi lumpur secara penuh, umur lumpur dan juga parameter lainnya dalam proses. MBR mampu mengatasi perubahan kualitas maupun kuantitas air limbah.
- Membran dapat mengkonsentrasikan lumpur biologis pada reaktor hingga 1-1,5% solid (padat), 2 - 4 kali lebih besar dari pada sistem konvensional. Sehingga reaktor lebih kecil dan keseluruhan sistem akan menjadi lebih compact.
- Produksi lumpur yang berlebihan akan semakin berkurang sehingga dapat mengurangi biaya pengolahan.
Gambar 2.19 Mekanisme Proses Pengolahan Limbah Sistem Membran Bio Reactor (MBR)
Sistem MBR akan menghasilkan effluen dengan kualitas yang cukup baik, dalam sistem yang efisien dan bentuk yang compact ('Tertiary treatment': solids free, dapat mereduksi polusi organik hingga 99%, dan pengolahan N & P yang efektif).
c. Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR)
MBBR adalah suatu teknologi pengolahan air limbah yang menggunakan suatu media Bio Carrier yang terbuat dari polyamide dan media ini tersusupensi dan bergerak didalam air limbah secara terus menerus dengan bantuan gelembung udara dari aerator yang dipasang dibawah kolam aerasi. Pada media Bio Carrier tumbuh melekat Biofilm diluar dan didalam permukaan sehingga jumlah populasi mikroorganismenya sangat tinggi dan dapat menguraikan limbah organik (sebagai makanan) yang masuk dengan cepat jauh melebihi proses lumpur aktif biasa.
Pada MMBR (Moving Bed Biofilm Reactor), dikombinasikan reaktor biologis dengan membran filtrasi yang dapat memberikan beberapa kelebihan dibandingkan dengan pengolahan biologi lainnya, yaitu:
- Mudah dalam pengoperasiannya - Lumpur yang dihasilkan sedikit
Dibandingkan dengan proses lumpur aktif, lumpur yang dihasilkan pada proses MBBR ini relatif lebih sedikit. Didalam proses lumpur aktif antara 30 - 60% dari BOD yang dihilangkan (BOD removal) diubah menjadi lumpur aktif (biomasa) sedangkan pada proses MBBR hanya sekitar 10 - 30%, hal ini disebabkan karena pada proses biofilm rantai makanan lebih panjang dan melibatkan aktivitas mikroorganisme dengan orde yang lebih tinggi.
- Dapat digunakan untuk pengolahan limbah dengan konsentrasi rendah maupun tinggi. - Tahan terhadap fluktuasi jumlah limbah maupun fluktuasi konsentrasi.
- Tahan terhadap perubahan suhu.
- Untuk pertumbuhan bakteri hanya membutuhkan media ring sehingga bakteri dapat melekat di atas permukaan dan didalam media (tidak diperlukan modul).
- Pada proses pertumbuhan mikroorganisme hanya diperlukan energi listrik yang kecil sebagai diffuser udara.
Didalam proses biofilm substrat maupun enzim dapat terdifusi sampai kebagian dalam lapisan biofilm dan juga lapisan biofilm bertambah tebal maka pengaruh suhu tidak begitu besar. Mekanisme proses pengolahan air buangan dengan MBBR dapat dilihat pada Gambar 2.21.
3.5.2 Pengolahan Lumpur
Umumnya lumpur yang dihasilkan dari proses air limbah adalah suatu lumpur dengan konsentrasi 0,25 - 12% padatan, sisanya berupa air. Tujuan pengolahan lumpur adalah untuk menghasilkan lumpur yang stabil (tidak akan mengalami destabilisasi pembusukan, degradasi lebih lanjut) dan mereduksi volume lumpur sehingga dapat
Gambar 2.21Mekanisme Proses Pengolahan Limbah Sistem Moving Bed Biofilm Reaktor (MBBR)
Gambar 2.22 Diagram Alir Proses Pengolahan Limbah Sistem Moving Bed Biofilm Reaktor (MBBR)
dibuang ke lingkungan dengan aman.
a. Sludge Thickener
Berfungsi untuk menurunkan kadar air dalam lumpur sehingga akan mengurangi volume lumpur secara gravitasi
b. Aerobic Sludge Digester
Berfungsi untuk menguraikan zat organik yang volatil, mereduksi volume lumpur,
0 0
menguraikan zat-zat beracun yang terdapat dalam lumpur dengan suhu 30 C - 38 C.
c. Sludge Drying Bed
Berfungsi untuk memisahkan air dari lumpur dengan cara pengeringan dan penguapan atau mengeringkan lumpur effluen dari digester berdasarkan energi matahari. Dalam hal ini mereduksi lumpur karena penguapan air.
d. Filter Press Belt
Biasanya filter press merupakan kelanjutan dari thickening atau langsung di filter press apabila kekentalan lumpur sudah tercapai.