BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.4.2 Perancangan Biofilter Anaerob-Aerob
Air yang dipompakan dari sumur pengumpul selanjutnya dialirkan ke biofilter anaerob-aerob. Pengolahan terlebih dahulu dimulai dengan biofilter anaerob kemudian air limpasannya dialirkan ke biofilter aerob. Arah aliran direncanakan dari bawah ke atas untuk meminimalisir penyumbatan. Di dalam bak biofilter tersebut diisi dengan media berbahan plastik tipe sarang tawon dengan spesifikasi sebagai berikut:
Material = PVC sheet
Ketebalan = 0,15-0,23 mm
Luas Kontak Spesifik = 150-226 m2/m3
Diameter Lubang = 2 cm x 2 cm Berat Spesifik = 30-35 kg/m3
Porositas Rongga = 0,98
Sebelum dilakukan proses pengolahan air limbah, bakteri perlu ditumbuhkan terlebih dahulu hingga membentuk biofilm untuk dapat mendegradasi senyawa polutan pada air limbah. Berdasarkan pedoman teknis Pd T-02-2004-C mengenai pengoperasian dan pemeliharaan biofilter, cara yang dapat dilakukan adalah dengan melakukan pembibitan. Untuk bak biofilter anaerob, pembibitan dilakukan dengan memasukkan air dan lumpur aktif dari tangki pengolahan tinja (septic tank) yang masih beroperasi, sedangkan untuk bak aerob dapat menggunakan bibit yang bersumber dari benih komersial. Pada proses perencanaan unit biofilter anaerob, dilakukan sesuai dengan kriteria desain biofilter anaerob-aerob. Data perencanaan biofilter anaerob adalah sebagai berikut:
Tabel 4.17. Data Perencanaan Biofilter Anaerob
Parameter Nilai Satuan
Debit perencanaan 70 m3/hari
BOD influen 66,90 mg/l
Volume media (Volmedia) 40 % Vol reaktor
Penyisihan BOD 60 %
BOD efluen 26,76 mg/l
Beban BOD per media 0,7 kg BOD/m3.hari
Tinggi freeboard 0,5 m
Tinggi bed media 1,2 m
P : L 2 : 1
Perancangan dimulai dengan menghitung volume media dan volume reaktor biofilter anaerob. Untuk menghitung kedua hal tersebut, maka sebelumnya dihitung BOD influen dalam satuan kg/hari. Perhitungan adalah sebagai berikut:
BOD influen (kg/hari) = Debit (m3/hari) x BODinfluen (mg/l) x 1
1000 (4.5)
BOD influen = 70 m3/hari x 66,9 mg/l x 1
1000 = 4,683 kg/hari
Selanjutnya dihitung volume media yang diperlukan berdasarkan BODinfluen dengan beban BOD per satuan volume media. Persamaannya adalah sebagai berikut:
Volmedia (m3) = BODinfluen (kg/hari)
Beban BOD per media (kg BOD/m3.hari) (4.6)
Pengolahan air dengan biofilter memiliki standar beban BOD per media sebesar 0,4–4,7 kg BOD/m3.hari (Said & Widayat, 2019). Mengacu pada kriteria desain tersebut, maka direncanakan Beban BOD per media sebesar 0,7 kg BOD/m3.hari. Perhitungan volume media yang diperlukan adalah:
Volmedia = 4,683 kg/hari
0,7 kg BOD/m3.hari= 6,690 m
3
Setelah didapatkan volume media yang dibutuhkan, maka total volume reaktor dapat diperkirakan dengan asumsi bahwa volume media direncanakan sebesar 40% dari volume reaktor agar waktu detensi (td) sesuai dengan kriteria desain yaitu 6-8 jam. Perhitungan waktu detensi dapat menggunakan Persamaan 4.1, sedangkan volume reaktor yang direncanakan yaitu:
Volreaktor = 6,690 m3
40% = 16,725 m
3
td = 16,725 m3
70 m3/hari= 0,239 hari ≈ 6 jam (memenuhi kriteria desain)
Berdasarkan perencanaan volume reaktor, maka luas area dapat ditetapkan sesuai dengan ketinggian efektif (Hefektif). Hefektif didapatkan dari penjumlahan tinggi bed media, tinggi ruang lumpur, dan tinggi air di atas bed media. Perhitungan Hefektif adalah sebagai berikut:
Hefektif = Hbed media + Hair diatas media + Hlumpur (4.7)
Dimana direncanakan ketinggian ruang lumpur dan air di atas media dengan nilai: Hair diatas media = 0,2 m
Hruang lumpur = 0,5 m
Hefektif = 1,2 m + 0,2 m + 0,5 m = 1,9 m
Dengan demikian, sesuai rencana rasio P:L yaitu 2:1 dan Persamaan 4.2, maka nilai area, panjang, serta lebar dapat dihitung seperti perhitungan berikut ini.
Luas Area (A) = 16,725 m3
1,9 m
= 8,8 m2
Panjang (P) = √2 x 8,8 m2 = 4,2 m Lebar (L) = P/2 = 2,1 m
Perhitungan di atas merupakan dimensi reaktor biofilter anaerob. Direncanakan media yang digunakan memiliki panjang (P) sebesar 4 m, sedangkan 0,2 m disediakan untuk ruang jatuhan air dari sumur pengumpul. Sehingga dimensi PxLxH untuk bed media adalah 4 m x 2,2 m x 1,1m. Setelah ditentukan dimensi perancangan perlu diperhatikan kriteria desain perancangan biofilter yang harus terpenuhi salah satunya menurut Said & Widayat (2019) adalah beban BOD per volume media sebesar 0,4–4,7 kg BOD/m3.hari. Beban BOD per volume media dapat dihitung sesuai Persamaan 4.6. Perhitungannya adalah sebagai berikut.
Beban BOD per volume media = 4,683 kg/hari
(4 x 2,1 x 1,2)m3
=
0,5 kgBOD/m3.hari (memenuhi kriteria desain) Tahapan selanjutnya adalah perhitungan reaktor biofilter aerob. Tahapan dan persamaan yang digunakan untuk perancangan biofilter aerob tidak berbeda jauh dengan perhitungan biofilter anaerob. Namun pada biofilter aerob dilakukan perhitungan kebutuhan udara untuk proses aerasi. Data perancanaan reaktor biofilter aerob dapat dilihat pada Tabel 4.18.Tabel 4.18. Data Perencanaan Biofilter Aerob
Patameter Nilai Satuan
Debit Perencanaan 70 m3/hari
Beban BOD influen 26,76 mg/l
Vol media 40 % Vol reaktor
Penyisihan BOD 50 %
BOD efluen 13,38 mg/l
Patameter Nilai Satuan
Tinggi bed media 1,2 m
Berdasarkan Persamaan 4.5 maka BOD influen dapat dikonversi menjadi satuan kg/hari dengan nilai, BOD influen = 70 m3/hari x 26,76mg/l x 1
1000 = 1,873 kg/hari
Berbeda dengan biofilter aerob, perencanaan beban BOD per volume media pada biofilter aerob memiliki nilai sebesar 0,5 kgBOD/m3.hari dengan asumsi bahwa BOD sudah mengalami proses pengolahan di biofilter anaerob sehingga pada biofilter aerob dapat memiliki nilai lebih kecil. Sesuai Persamaan 4.6 maka dapat dihitung volume media yang diperlukan.
Volmedia = 1,873 kg/hari
0,5 kgBOD/m3.hari = 3,746 m
3
Sama halnya dengan biofilter anaerob, kriteria desain waktu detensi (td) untuk biofilter aerob sebesar 6-8 jam. Agar memenuhi kriteria desain, maka direncanakan volume media sebesar 40% dari volume reaktor. Dengan demikian volume reaktor dapat dihitung seperti berikut.
Volreaktor = 3,746 m3
40% = 9,366 m
3
td = Vol total reaktor (m3)
Debit (m3/hari) =
16,72 m3
70 m3/hari= 0,24 hari ≈ 6 jam (memenuhi kriteria desain)
Pada perancangan biofilter aerob, diperlukan udara untuk proses aerasi. Proses aerasi direncanakan dengan sistem aerasi samping. Sehingga pada perancangannya terdapat dua ruang pada biofilter aerob, yaitu ruang aerasi dan ruang bed media. Pemilihan sistem aerasi ini untuk meminimalisir terjadinya pelepasan mikroorganisme yang melekat pada permukaan media yang dapat mempengaruhi kestabilan proses pengolahan. Perancangan dimensi untuk biofilter aerob adalah kedalaman (H) dan lebar (L) untuk kedua ruang sama, begitupun dengan panjang (P) ruang aerasi dan ruang bed media dengan rasio Pbed media:Pruang aerasi adalah 1:1. Perencanaan dimensi untuk biofilter aerob adalah sebagai berikut:
Lebar (L) = 2,2 m Hair diatas media = 0,2 m Hruang lumpur = 0,5 m
Hefektif = 1,2 m + 0,2 m + 0,5 m = 1,9 m
Ptotal = 4 m
Pruang bed media = 2 m Pruang aerasi = 2 m
Volume total reaktor = Ptotal x L x Hefektif = 4 m x 2,2 m x 1,9 m = 16,72 m3
Volume total media = Pbed media x L x Hmedia = 2 m x 2,2 m x 1,2 m = 5,28 m3
Setelah direncanakan desain untuk dimensi ruang bed media dan ruang aerasi, maka tahap selanjutnya adalah melihat kesesuaian dengan kriteria desain yaitu waktu detensi (td) dan beban BOD per volume media. Dengan menggunakan Persamaan 4.1 didapatkan td sebesar 6 jam dan menggunakan Persamaan 4.6 didapatkan nilai beban BOD per volume media (LA) sebesar 0,4 kg BOD/m3.hari.
LA = 1,873 kg/hari5,28 m3
=
0,4 kg BOD/m3.hari (memenuhi kriteria desain)Dengan terpenuhinya kriteria desain, maka perancangan dapat dilanjutkan dengan menghitung kebutuhan oksigen dan blower udara. Menurut Said & Widayat (2019), kebutuhan oksigen di dalam reaktor biofilter aerob sebanding dengan jumlah BOD yang dihilangkan.
Kebutuhan oksigen teoritis = Faktor keamanan x BODremoved (kg/hari) (4.8)
Dengan faktor keamanan ± 2 (Said & Widayat, 2019), maka kebutuhan oksigen teoritis dapat dihitung dengan mempertimbangkan BOD yang tersisihkan pada biofilter aerob.
BODremoved = 70 m3/hari x 13,38 mg/l x 1
1000 = 0,937 kg/hari
Kebutuhan oksigen teoritis = 2 x 0,937 kg/hari = 1,873 kg/hari
Untuk menghitung jumlah kebutuhan udara teoritis, perlu diperhatikan beberapa hal yang mempengaruhi perhitungan diantaranya temperatur udara rata-rata, berat udara, serta jumlah oksigen dalam udara. Persamaan yang digunakan untuk menghitung kebutuhan udara teoritis adalah sebagai berikut.
Jumlah Kebutuhan Udara Teoritis = Kebutuhan Oksigen Teoritis
ρudara x %udara (4.9)
Dimana,
ρ udara = berat udara (kg/m3)
%udara = jumlah oksigen dalam udara (gr O2/ gr udara) Udara teoritis = m3/hari
Berat udara pada temperatur rata-rata 28oC adalah 1,1725 kg/m3. Direncanakan jumlah oksigen di dalam udara sebesar 23,2 % (Tchobanoglous, Burton, & Stensel, 2003). Dengan demikian jumlah udara yang dibutuhkan pada biofilter aerob sesuai Persamaan 4.9 adalah:
Jumlah Kebutuhan Udara Teoritis = 1,873 kg/hari
1,1725 kg/m3 x 0,232 gr O2/ gr udara
=
6,883 m3/hariJika efisiensi diffuser diasumsikan sebesar 2,5%, maka kebutuhan udara aktual dapat dihitung dengan membagi jumlah kebutuhan udara teoritis dengan efisiensi diffuser. Perhitungan kebutuhan udara aktual yaitu:
Kebutuhan Udara Aktual = 6,883 m3/hari
0,025
=
275,3 liter/menit ≈ 0,275 m3/menitBerdasarkan kebutuhan udara aktual, maka dapat ditentukan kebutuhan blower dan juga air diffuser. Direncanakan jumlah blower sebanyak 2 unit , 1 beroperasi dan 1 sebagai cadangan, dengan tipe root blower dengan merek Root Blower Anlet BSS seri BSS25 dengan kapasitas 0,24 m3/min–0,52 m3/min. Perancangan untuk diffuser, direncanakan menggunakan jenis fine bubble diffuser dengan merek BWS yang memiliki spesifikasi laju aliran udara berkisar 16 liter/menit–100 liter/menit per unitnya. Kebutuhan jumlah diffuser dapat ditentukan dengan membagi kebutuhan udara dengan laju diffuser seperti pada Persamaan 4.10.
Jumlah diffuser = Kebutuhan Udara (liter/menit)
Jika laju diffuser direncanakan sebesar 28 liter/menit, maka jumlah diffuser yang dibutuhkan sesuai dengan perhitungan berikut.
Jumlah diffuser = 275,3 liter/menit
28 liter/menit = 10 buahdiffuser