. ,
1,42 . 41,694,57 . 934,848 .
,−,
=395,678 kg O2/hari
•
Kebutuhan oksigen nyata (SOR) :SOR =
{ . . . −\ . (,)}
=, \
{, . , . , . −\, . (,)}
=59,6 kg O2/hari = 2,483 kg O2/jam7.4. Dimensi Oxydation Ditch
•
Kriteria Perencanaan :Kedalaman oxidation ditch = 1-2 jam Lebar oxidation ditch = 1-15 m
Kecepatan aliran dalam oxidation ditch > 0,3 m/detik
•
Kebutuhan rotor dan dimensi oxidation ditchDirencanakan menggunakan mammoth rotor dengan spesifikasi : Diameter
rotor (ϕ) = 1000 mm
Kedalman imersi = 30 cm Kecepatan rotor = 70 rpm
(Sumber : Mara,”Sewaga Treatment in Hot Climate”)
Dimana mammoth rotor mempunyai kapasitas transfer O2 = 10 kg O2 per meter panjang rotor per jam (kg O2 /m.jam)
Maka panjang rotor yang dibutuhkan (LR )
LR =
=
, \
\. = 0,248 m ≈ 0,3 m
Direncanakan jarak antar rotor dengan tepi oxidation ditch adalah 0,75 m , maka lebar OD (atas): b1 = I + (1 . 0,75 m) = 2 m +(1 . 0,75 m) = 2,75m Rencana : Kedalaman OD (h) : 1,5 m Kemiringan talud = 1,5 : 1 Sehingga :
,
=
=
,
a = 1 m Jadi : b2 = b1-2a = 2,75 m–
2 . 1 m = 0,75 m Jadi dimensi oxidation ditch adalah :Lebar atas (b1) = 2,75 m Lebar dasar (b2) = 0,75 Kedalaman (h) = 1,5 m
Freeboard = 0,5 m
Luas penampang (A) = 0,5 . (b1 + b2) . h
= 0,5 . ( 2,75 m + 0,75 m) . 1,5 m = 2,625 m2 Volume OD (V)
= Q’ . td
= 934,848 m3/hari . 0,33 hari = 308,499 m3 Panjang total OD (LOD) =
=
, ,
= 117,523 = 188 m Jari-jari belokan luar (R) = 0,5 (2 b1 + 2 m)= 0,5 (2 . 275 m + 2 m) = 3,75 m Keliling ujung OD
= π . R
= 3,14 . 3,75 m = 11,8 = 12 m
Panjang saluran lurus = 0,5.(L total
–
(2. Keliling ujung OD))b1
b2
Gambar 7.1 Sketsa Penampang Oxydation Ditch
= 0,5[118-(2.12)] = 47 m
Jarak antar rotor =
L tot
Σrotor
=
118 m Cek F/M ratio = . ′
.
=, \ . ,\
\ . ,
= 0,146… (0,05
-1,5)Cek volumetric loading =
. ′
=
, \ . ,\ . \ . \
,
= 0,946 kg BOD/m3.hari
•
Sistem InletSistem inlet OD = saluran outlet dari BP I Q = 0,00601 m3/detik
Rencana : lebar saluran (b) = 0,25 m
kecepatan dakam saluran (v) = 0,4 m/detik Luas penampang saluran (A) =
=
, \
, \
= 0,0150 m2 A = b . h h =
=
,
,
= 0,06
Cek kecepatan : v =
=
.
=
, , . , \
= 0,40 m/detik Kedalaman air di pintu air :Q = 2/3 . Cd . b .
2 .
. h3/20,00601 m3/detik = 2/3 . 0,6 . 0,25 m .
2 . 9,81 \
. h3/2 h = 0,012 mBAB VIII
PERHITUNGAN SECONDARY CLARIFIER
Secondary clarifier atau bak pengendap II berfungsi untuk mengendapkan lumpur aktif dari pengolahan biologis , memisahkan padatan tersuspensi dari flok yang timbul dari proses lumpur aktif (oxidation ditch) membentuk sludge. Sludge tersebut akan dialirkan kembali atau diresirkulasikan ke pengolahan biologis untuk mempertahankan kondisi mikroorganisme yang ada.
Clarifier ini merupakan rangkaian proses dari activated sludge / langkah ini merupakan langkah terakhir untuk mengendapkan lumpur yang memiliki konsentrasi BOD dan SS rendah. Dengan adanya volume yang besar dan solid yang fluktuatif dalam MLSS , maka diperlukan pertimbangan-pertimbangan khusus untuk mendesain clarifier. Faktor-faktor yang menjadi pertimbangan antara lain :
1. Tipe tangki aerasi yang diperlukan 2. Karakteristik pengendapan sludge
3. Rate dari surface loading maupun solid loading 4. Penempatan loading rate dari weir
Prinsip operasi yang berlangsung dalam secondary clarifier ini adalah pemisahan dari suatu suspense ke dalam fase-fase padat (sludge) dan cair dari komponen-komponennya. Operasi ini dipakai dimana cairan yang mengandung zat padat ditempatkan dalam suatu bak penenang dengan desain tertentu , sehingga akan terjadi prinsip pengendapan secara gravitasi.
Bangunan ini terdiri dari 4 zona , yaitu zona inlet , zona pengendapan , zona lumpur (sludge) , dan zona outlet. Zona inlet dihubungkan dengan pipa dari outlet oxydation ditch dan dipasang valve sebagai pengatur debit yang akan masuk ke clarifier. Pada bagian dasar bak dibuat miring agar lumpur yang sudah mengendap dapat dikumpulkan ke ruang lumpur melalui bantuan scrapper. Ruang lumpur pada clarifier berbentuk circular berada di bagian tengah bak. Lumpur yang terkumpul pada ruang lumpur akan dipompa dengan pompa lumpur , sedangkan supernatant akan keluar melalui system pelimpah dan akan mengalami proses selanjutnya.
Berdasarkan operasionalnya , secondary clarifier memiliki dua fungsi , yaitu : 1. Memisahkan MLSS dari air buangan yang diolah
2. Memadatkan return sludge Kedua fungsi diatas sangat berpengaruh dalam desain secondary clarifier. Sedangkan area yang dibutuhkan didasarkan pada over flow rate dari partikel terkecil.
Berdasarkan jenis tangkinya , clarifier dapat dibedakan atas 2 bentuk , yaitu : 1. Rectangular
2. Circular
Untuk tangki circular , inlet baffle memiliki diameter antara 15-20% dari diameter tangki clarifier dan maksimum berada 1 m dibawah level muka air untuk mencegah scouring. Clarifier berbentuk lingkaran dan diameternya tergantung pada debit aliran dan surface setting area.
Secondary clarifier ini merupakan rangkaian proses dari activated sludge yang operasinya merupakan system continuous mixed flow. Sedangkan untuk menentukan besar lumpur yang diresirkulasi kedalam bak aerasi dikontrol dengan suatu pengukuran dalam bak pengendap yang disebut Sludge Volume Index (SVI). Indeks ini didefinisikan sebagai volume lumpur (dalam mL) yang terendapkan dari 1 gram MLSS setelah diendapkan selama 30 menit dalam 1000 mL , SVI umumnya berada dalam range 50-150 mL/gr yang mengidentifikasikan pengendapan lumpur baik.
8.1 Kriteria Desain Kriteria desain :
Over Flow Rate (OFR) = 8-16 m3/m2.hr Solid loading = 0,5-5 kg/m2.jam
Kedalaman = 3,5-6 m Diamater = 3-60 m
Kedalaman zona settling > 1,5 m
(Sumber : Qasim,”Wastewater Treatment Plants : Planning , Design , and Operation”)
8.2 Perhitungan Secondary Clarifier Perhitungan :
• Dimensi Secondary Clarifier :
Qin = Qeff OD = 934,848 m3/hari = 39,952 m3/jam
Rencana : digunakan 1 buah secondary clarifier (bentuk circular) Qsc
= Q’ =
=
, \
= 39,952 m3/jam = 934,848 m3/hari
Penentuan solid flux = SF (dari gambar 13-
14 Qasim , “Wastewater Treatment
Plants” grafik dilampirkan) :
MLSS = X =
\
A =
.
=
,, \\ . \.
= 56,657 m2 Diameter (D) :D =
.
,
=
. , ,
,
= 8,495 m≈
8,5 m (direncanakan) Cek luas (A) :A = 0,25 .
π .
8,5 m)2 = 56,716 m2Kontrol Over Flow Rate (OFR) :
OFR =
′
=
, , \
.
= 16,482 m3/m2.hari Kontrol Solid Loading (SL) :
SL =
.
=
, , \ . \
= 2,747 kg/m2.jam
•
Zona ClarifierDirencanakan clear water zone = 1,5 Kedalaman thickening zone :
Massa solid total dari oxidation ditch (TSOD) : TSOD = X . VOD
= 3000 mg/L . 308,499 m3 . 10-6 kg/mg . 103 L/m3 = 925,497 kg
Tota massa solid di secondary clarifier (TSSC) : TSSC = 80% . TSOD
= 80% . 925,497 kg = 740,397 kg Massa solid tertinggal = 20% . TSOD
= 20% . 925,497 kg = 185,099 kg
Konsentrasi lumpur (MLSS) di clarifier = 4000 mg/L = 4 kg/m3 Kedalaman zona thickening (HTK ) :
HTK =
.
=
,
\ . ,
= 1,882 m•
Sludge Storage ZoneMassa lumpur tiap bak , PX (VSS) : PX (VSS) = Yobs
. Q’ . (So
-S)= 0,46 . 934,848 m3/hari . (187,63-15) .10-6 kg/mg.103 L/m3 = 74,236 kg VSS/hari
PX (SS) =
,
=
, \,
= 98,981 kg/hr Total solid di secondary clarifier (Ts) :Ts = TSC + PX (SS)
= 740,397 kg + 98,981 kg = 839,378 kg Kedalaman sludge storage zone (Hsz) :
HSZ =
=
\, . ,
= 2 m Kedalaman total clarifier (HTC) :HTC = clear water + HTK + HSZ + freeboard = 1,5 m + 1,882 m + 2 m + 0,5 m = 5,882 m Kontrol waktu detensi (td) :
Volume (V) = A . HTC = 56,716 m2 . 5,882 m = 330,427 m3 Waktu detensi (td) =
′
=
,
, \
= 8,4 jam•
Sistem InletDebit (Q’) =
38,952 m3/jam = 0,01082 m3/det = 10,82 L/detik Direncanakan kecepatan (v) = 0,6 m/detLuas penampang pipa inlet (A) : A =
′
=
, , \\
= 0,018 m2 Diameter pipa inlet (D) :D =
.
,
=
. , ,
,
= 0,151 m≈
0,1 m = 10 cm Cek kecepatan :v =
′
=
, , . . \
=
, . , . ,, \
= 1,38 m/detik Headloss (Hf) :
Direncanakan panjang pipa (L) = 15 m
Hf mayor =
, . . ,
,
. L=
, . . , \ ,
,
. 15 cm = 0,32 mHf minor = 4 . k
; v =
=
, , . . \
=
, . , . ,, \
= 1,37 m/detik = 4. 0,4 ., \
. , \
= 0,111
Hf total = Hf mayor + Hf minor = 0,32 m + 0,111 m = 0,431 m
Head total yang dibutuhkan = Hf total + sisa tekan yang diinginkan = 0,431 m + 0,25 m = 0,681 m
8.3 Pipa Resirkulasi /Pengurus Lumpur
•
Pipa resirkulasi/pengurus lumpur : Q = QW +QR=
,+, \
…(lihat diagram mass balance)
= 199,27 m3/hari = 0,0023 m3/detik Direncanakan kecepatan (v) = 0,7 m/detik , maka :
A =
=
, , \\
= 0,0032 m2 D =
.
,
=
. , ,
,
= 0,063 m≈
0,07 m = 7 cm Cek kecepatan : v =′
=
, \
, . .
=
, \
, . , . ,
= 0,59 m/detik Perhitungan headloss : Suction : Hf mayor =
, . . ,
,
.
; L = 40 m =
, . . , \ ,
,
.40
= 0,276 m Hf minor = 2 . k .
; v = 0,69m/detik= 2 . 0,47 .
, \
. , \
= 0,028 mHf suction = Hf mayor + Hf minor = 0,276 m + 0,028 m = 0,304 m Discharge : Hf mayor =
, . . ,
,
.
; L = 140 m =
, . . , \ ,
,
.140
= 0,968 m Hf minor = k .
= (0,47 + 0,58) ., \
. , \
= 0,031 mHf discharge = Hf mayor + Hf minor = 0,968 m + 0,031 m = 0,999 m Total head yang harus disediakan :
Head total = H statis + Hf suction + Hf discharge + Sisa tekan yang diinginkan = 4 m + 0,304 m + 0,999 m + 7 m = 12,3 m
Dengan demikian pompa yang dibutuhkan untuk menguras lumpur ini memiliki spesifikasi sebagai berikut :
Q = 0,0023 m3/detik Head pompa = 12,3
Diameter pipa suction = 7 cm = 70 mm Diameter pipa discharge = 7 cm = 70 mm
Direncanakan pompa yang digunakan adalah Dry Well Biwater Chanel Impeller Pumps model 332
•
Sistem Effluent Rencana :- Pelimpah terletak di sekeliling clarifier
- Pada sekeliling clarifier terdapat saluran effluent dengan lebar 50 cm Debit effluent (Qeff ) :
Qeff
= Q’ –
(QW +QR )= 934,848 m3/hari
–
, +, \
= 735,577 m3/hari (lihat diagram mass balance) Panjang pelimpah/weir (LW) :
WL =
=
, \
= 38,714 m3/m . hariDigunakan v-notch (a = 90°) dengan jarak antar puncak v-notch (r vn) 25 cm Ketinggian (kedalaman) v-notch 5 cm.
Jumlah v-notch total (
∑
) :∑ =
=
,
= 76 ℎ
Q tiap v-notch (Qvn) : Qvn =
∑
=
, \
= 9,678 m3/hari = 0,000112 m3/detik Kedalaman (tinggi) air di v-notch :Hvn =
. . . \
/
=
. , . √ , . °\ . , \
/
= 0,017 m
≈
0,020 m≈ 20
cm Saluran pelimpah :Direncanakan effluent box = 1,5 m x 1,5 m
Y1 =
. .
. .
Dimana :
Y2 = (kedalaman air di box)-(beda dasar saluran di box) = 0,8 m
–
0,3 m = 0,5 mL = panjang setengah saluran = 0,5 .
π . D
-2 . 0,5 m))–
15 m= 0,5 . π .
7 m–
2 . 0,5 m)–
1,5 m = 7,92m ≈
8 mQ’
=, \
= 116,856 m3/m.hari = 0,00135 m3/m.detik N = 1 b = 0,5 Sehingga : Y1 = 0,5
, \. . .
, . , . ,
= 0,500 m = 0,5
Jika diasumsikan kehilangan tekanan akibat gesekan , turbulensi , dan belokan = 16% dan direncanakan freeboard = 25 cm , maka :
Kedalaman total saluran effluent = (0,5 m . 116%) + 0,25 m
= 0,83 m ≈ 0,85 m
•
Pipa Effluen menuju Bak DesinfeksiDirencanakan pipa effluent mempunyai diameter = 350 mm
Q = 113,33 m3/hari = 0,0013 m3/detik (lihat diagram mass balance) Kecepatan (v) =
=
, . . , , \
= 0,14 m/detik25 cm 2,5 cm
5 cm
BAB IX
PENGOLAHAN LUMPUR
9.1 Permasalahan Lumpur
Lumpur (sludge) merupakan hasil sampingan pada pengolahan air buangan. Khusus air buangan domestic tidak mengandung bahan kimia. Lumpur pada pengolahan air buangan
dapat dibedakan menurut sumber , karakteristik , dan jumlah yang dihasilkan. Sumber utama yang menghasilkan lumpur adalah :
Unit pengolahan biologis
Unit secondary clarifier
Karakteristik lumpur meliputi :
Konsentrasi zat padat (mg/L atau %)
Sludge volume indeks (SVI)
Densitas air
Lumpur dalam proses pembuangan memiliki masalah yang kompleks , hal ini disebabkan :
Lumpur sebagian besar terdiri dari bahan-bahan yang dapat menimbulkan bau
Bagian lumpur yang dihasilkan dari pengolahan biologis terdiri dari bahan-bahan organic , sehingga masih kurang stabil
Hanya sebagian kecil dari lumpur yang mengandung solid (0,25-12)%
Lumpur masih mengandung bahan-bahan beracun dan konsentrasi BOD yang cukup tinggi
Dengan melihat permasalahan di atas , maka sebelum dibuang ke badan air penerima lumpur harus diolah terlebih dahulu Adapun tujuan dari pengolahan lumpur adalah :
Mengurangi kadar air dari lumpur
Mengurangi kandungan organic dari lumpur (pemekatan lumpur)
9.2 Unit Pengolahan Lumpur
Untuk mencapai tujuan yang diinginkan , maka diperlukan unit pengolahan yang terdiri dari :
Merupakan suatu bak yang berfungsi untuk menaikkan kandungan solid dari lumpur dengan cara mengurangi fraksi cairan (air) , sehingga lumpur dapat dipisahkan dari air dan ketebalan menjadi berkurang , dan dikatakan sebagai pemekatan lumpur.
2. Sludge Stabilization
Adalah bak yang berfungsi sebagai tempat stabilisasi lumpur yang bertujuan untuk :
Mereduksi (bakteri) pathogen
Mengurangi bau yang tidak diinginkan
Mengendalikan pembusukan zat organic
Dimana tercapainya tujuan di atas berhubungan dengan proses stabilisasi pada fraksi volatile atau organic dalam sludge. Adanya pathogen serta munculnya bau dan pembusukan disebabkan adanya aktifitas mikroorganisme yang tumbuh subur pada fraksi organic dari sludge.
Ada 4 cara untuk menghilangkan kondisi yang mengganggu proses stabilisasi , yaitu : 1. Reduksi biologi dari fraksi volatile
2. Oksidasi kimiawi dari fraksi volatile
3. Penambahan bahan kimia pada sludge untuk menghilangkan daya hidup mikroorganisme
4. Penggunaan panas untuk menstabilkan sludge Adapun teknologi untuk proses sludge stabilisasi , meliputi : chlorine oxidation , lime stabilization , heat treatment , anaerobic digestion , dan aerobic digestion.
3. Dewatering
Tujuan utama dari proses ini adalah untuk mengurangi kadar air (moisture) dari sludge yang dapat dilakukan dengan 2 cara , yaitu :
1. Cara manual : drying bed , dan drying lagoon
2. Cara mekanis : centrifunge , vacuum filter , dan filter press 4. Heat Drying dan Combustion
Merupakan proses pembakaran dan pemanasan sludge sebelum dibuang. Sistem pengolahan lumpur pada tugas perencanaan ini langsunv menggunakan sludge drying bed karena lumpur yang dihasilkan dari proses pengolahan sebelumnya (secondary clarifier) sifatnya sudah stabil. Sludge drying bed itu sendiri merupakan suatu bak yang berfungsi untuk mengeringkan lumpur yang berasal dari secondary clarifier (excess sludge). Bak ini terdiri dari lapisan pasir dan kerikil serta pipa drain untuk mengalirkan air dari lumpur yang
bantuan sinar matahari. Dan kadar air yang dihasilkan dari proses pengeringan ini dapat mencapai 75%.
• Tebal lapisan pasir
= (23-30) cm• Tebal lapisan kerikil
= (20-30) cm• Sludge Loading Rate
= (100-300) kg dry solid/m2.tahun• Te
bal bed = (20-30) cm• Lebar bed
= (5-12) m• Panjang bed
= (6-30) m• Waktu pengeringan
= (10-15) hari• Koefisien uniformity
< 4• Efective size
= (0,3-0,75) mm• Kecepatan air inlet
=0,75 m/detik• Kecepatan air drain
< 0,75 m/detik 9.3 Perhitungan Desain Pengolahan Lumpur Perhitungan :• Data Perencanaan :
• Q lumpur pada BP I =
1,9608 m3/hari Kadar solid = 6% ; kadar air = 94%• Q lumpur pada SC =
3,862 m3/hari Kadar solid = 6% ; kadar air = 94% Q lumpur campuran (QLC) :QLC = QL BP I + QL SC
= 1,9608 m3/hari + 3,862 m3/hari = 5,822 m3/hari Kadar solid campuran (K SC) :
K SC =
. %+ . %
=
(, \ . %)+, \ . %
, \
= 0,06 = 6% Kadar air campuran (K AC) :K AC = 100% - K SC = 100% - 6% = 94%
Direncanakan kadar air pada cake setelah dikeringkan = 75% - SS pada filtrate = 0,64%
- Sg campuran = 1,03 kg/L = 1030 kg/m3 - Sg sludge campuran = 1,07 kg/L = 1070 kg/m3 - Sg pada filtrate = 1,01 kg/L = 1010 kg/m3 Massa sludge basah (MSB) :
Massa sludge kering (MSK ) :
MSK = MSB . K SC = 5996,66 kg/hari . 6% = 359,799 kg/hari Massa sludge kering = solid di sludge cake + solid filtrate
359,799 kg/hari = (S . 1070 kg/m3 . 25%) + (F . 1010 kg/m3 . 0,64%) 359,799 kg/hari = 267,5 kg/m3 S + 6,464 kg/m3 F . (m3/kg) 22,37 m3/hari = 267,5 S + 6,464 F
…(1)
Q = S + F 5,822 m3/hari = S + F F = 0,362 m3/hari–
s…(2)
Dari persamaan (1) dan (2) diperoleh : S = 1,23 m3/hari
F = 4,592 m3/hari
Direncanakan waktu pengeringan = 10 hari , sedangkan waktu pengangkatannya adalah 1 hari , sehingga waktu detensinya adalah 11 hari :
VTOTAL = VSDB = S . td = 1,23 m3/hari . 11 hari = 13,53 m3
Direncanakan tebal cake (bc) = 20 cm = 0,2 m Luas permukaan (A) =
=
,
,
= 67,65 m2Untuk 11 hari pengeringan , maka dipakai 11 bed yang dipakai bergantian ditambah 1 bak untuk cadangan , sehingga jumlah bed (