Konsep Kesetimbangan Massa dan Aliran Hidrolik Model Completely Mixed pada Unit Pengolahan Air Limbah Industri

(1)

NASIONAL···

ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

.~• •

:t

l!.~Ll~~h.!lu.tl.tl "'UtLtl.!~L"

lltt\,:'tt _.

'Ul~ l\:.Utl~

u u ,

Uu.lu.tLL

1

L :. ..

1

r uul\:.u.tl

£,;.••••••

;-l.H.tlt~

uuuu

ll~l·1.\:.~lu.tlr

urau

P ro g ra m S tu d i M a g is te r & D o k to r

(2)

"

. -.

"

vutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

PROS ID ING

Seminar Nasional Pengelolaan Sumberdaya dan Lingkungan 2013

"Optimasi Pengelolaan Sumberdaya AIam clan Lingkungan dalam Mewujudkan

Pembangunan

Berkelanjutan".

Editor:

Prof. Dr. Sudharto P. Hadi, MES

Prof. Dr. Ir. Purwanto, DEA

Dr. Henna Rya Sunoko, MES

Dr. Hartuti Purnaweni, MPA

Penyunting:

Ferdianto Budi Samudra; Maria P. Widianti

Mukhlisi, Silvia Lucyanti, Suksesi Wicahyani

Layout Design:

Bazar Ristyawan

I Putu Garj ita

Program Studi IImu Lingkungan Program Pasca Sarjana Universitas Diponegoro (UNDIP)

Program Studi I1mu Lingkungan Universitas Riau (UNRI)

Program Studi Magister I1muLingkungan Universitas Padjadjaran (UNP AD)

Diterbitkan o!eh:

Program Studi I1mu Lingkungan

Program Pasca Sarjana Universitas Diponegoro, Semarang, Indonesia

JI. Imam Bardjo, SH No.5 Semarang 50241 TelplFax. (024)8453635, 8452770

Email: milundip@yahoo.com

ISBN 9?8-bP2-170Q~-~-2

9

~lJjJl'Jl~'~111

(3)

Prosiding SeminarNasional PengelolaanSumberdaya Alam dan Lingkungan 2013

DAFfAR

( S f

HALAMAN JUDUL i

KATA PENGANTAR... ii

DAFT AR ISI iii

LAPORAN KETUA PANITIA... viii

SAMBUTAN REKTOR UNIVERSITAS DIPONEGORO ix

KEYNOTE SPEAKER: MENTERI KELAUTAN DAN PERIKANAN... xi

SUBTEMA:

L Kebijakan Pengeloiaan SDA dan Llngkungan _.._._ •••_..•...••.• ._. ••_._ •••__ ..••••

I. SVLK; Salah Satu Jenis Eco Label Untuk Mengontrol Pergerakan Kayu pada Industri

Furn itur di J epara

Ahmad Subulas Salam, Purwanio, dan Suherman .

2. Peranan Implementasi Kebijakan Karantina Dean dalam Pembangunan Perikanan

Berkelanjutan

Bazar Ristiyawan; Sutrisno Anggoro, Bambang Yulianto... 6

3. Pengelolaan Cendana di Desa Asumanu, Kecamatan Raihat, Kabupaten Belu, Propinsi Nusa

Tenggara Timur ( N T D

Maria

ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

P . Widiyansi, Hamal Purnaweni, TriR .Soeprobowati 13

4. Tingkat Penerapan Sistem Pertanian Berkelanjutan pada Budidaya Padi Sawah (Studi Kasus

Di Kecamatan Ambal Kabupaten Kebumen)

Istiantoro, Azis Nur Bambang, Tri Retnaningsih Soeprobowati 19

5. Kondisi Sosial Ekonomi Masyarakat Sub OIlS Padas: Ditinjau dalam Peegelelaan OAS (Studi

Kasus di Sub DAS Padas, Kabupaten Sragen)

Nur Ainun Jariyah... 26

6. Perencanaan Pertanian Berlcelanjutan di Kecamatan Seto

Sasongko Putra; Purwaruo, Kismartini.... 33

7. Kebijakan Pengelolaan Wilayah Pesisir Secara Terpadu di Kabupaten Rembang Propinsi

Jawa Tengah

Kismartini :... 4 1

8. Kajian Pemanfaaan dan Daya Dukung Perairan Danau Teluk Kota Jambi untuk Budidaya

Ikan Sistem Karamba Jaring Apung (KJA)

Kristiaruo, J.D., Sunardi, Iskandar ;... 48

9. Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan dalam Pandangan Masyarakat Samin

Jumari, Dede Setiadi, Y.Purwanto, Edi Guhardja 6 4

1

U. Sanitasi dan Kesebatan Lingkungan ...•... _...•...•.•...••..._... 70

1. Aspek Kualitas Bakteriologi dan Hygiene Sanitasi Fisik Depot Air Minum Isi Ulang (Damiu)

di Kecamatan Cimareme Kabupaten Bandung Barat

Ari Khoeriyah; Henna Rya Sunoko, Antes 70

2. Hubungan Pengetahuan Karyawan tentang Lingkungan dengan Motivasi Karyawan dalam

Pengelolaan Lingkungan di Rumah Sakit Siti Asiyah Bumiayu

Faisal Amri, Azis Nur Bambang, Azrul Azwar, Henna Rya

Sunolco... 76

3. Upaya Pengelolaan Lingkungan Usaha Petemakan Sapi d.i Kawasan Usaha Tani Terpadu

Bangka Botanical Garden Pangkalpinang

Fianda Revina Widyastuti, Purwanto, Hadiyanto... 80

4. Kajian Pengelolaan Sampah Perkotaan di Tempat Pembuangan Akhir: Studi Kasus TPA

Hutan Panjang Banjarbaru Kalimantan Selatan

Pranatasari Dyah Susan/i... 85

5. Kajian Waler Borne Disease Oleh Bakteri Secara Spasial Di Kecamatan Kampung Laut

Kabupaten Cilacap

Rissa Nurohmah; A. Haris Budi Widodo, Agatha Sih Piranti "... 91

6. Pengelolaan Air Limbah Domestik Komunal Berbasis Masyarakat di Kota Probolinggo

Yusdi Vari Afandi, Henna Rya Sunoko, Kismartini... 96

7. Kualitas Udara dalam Ruangan di Laboratorium Quality Control (Qc) Divisi Concentrating

PT Freeport Indonesia

Arif Susanto, David Suryanegara, Edi Putro 1 0 2

(4)

rrosiatng seminar tvastonatrengetotaan~umberdaya A/am don

ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

L in g k u n g a n 2013

L e b rin a lvantry Bolich,Suprlharyono, Ign Boedi Hendrarto...vutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA368

11. Pengaruh Penerapan Wanamina di Kota Semarang terhadap Kualitas Lingkungan Tambak

dan Pertumbuhan Udang

Rini BudihastutL... 374

12. Potensi Lestari Sumberdaya Dean Demersal (Analisis Hasil Tangkapan Cantrang yang

Didaratkan di TPI Wedung Demak)

Rochmah T riCahyani, Sutrisno Anggoro, Bambang Yulianto 378

13. Indeks Keberlanjutan Ekologi Budidaya Udang Vaname (Litopenaeus Vanname)di Beberapa

Desa Kawasan Minapolitan Kecamatan Pantai Cermin Kabupaten Serdang Bedagai

Sri Wahyuni Sitorus, Siarisno Anggoro, Bambang YuJianto... 384

14. Pengelolaan Lingkungan Perairan Sui Bakau Besar Laut AkibM PengafUh Leachate terbadap

Saprobitas Perairan (Model Prakiraan Sebaran Dampak Lingkungan Terjauh Berdasarkan

Pasang Surut &Arus dengan Formula Wolinsky,

ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

2 0 0 5 )

Wartiniyati, BudiH e n d ra rto , Henna Rya Sunoko, Sutrisno Anggoro... 390

15. Kondisi Intrusi Air Laut terhadap Air Tanah pada Akuifer di Kota Semarang

E d y Suhartono, P u rw a n to , Suripin 396

VII.Pengelolaan Tata Ruang Berwawasan Lingkungan dan Green BuUding

._._.o_ ... _ ... _..

402

1. Perencanaan' & Perancangan Kota Postmodem Berdasarkan Kearifan Lokal Menuju

Kota-Hijau Berlcelanjutan

A. RudJJ(thtoSoesilo 4 0 2

2. Analisis terhadap Kendala Utama serta Perubahan yang Dimungkinkan dari Pengelolaan

Lingkungan di Kawasan Ziarah Umat Katholik Gua Maria Kerep Ambarawa

Ari Wibowo, BoediH e n d ra rto , Agus Hadiyarto " ...•... ,... 409

3. Pengembangan Hutan Rakyat: Upaya Mewujudkan Tata Ruang Berwawasan Lingkungan

Nana Haryanti ~... 415

4. Kajian Green Building Berdasarkan Kriteria Tepat Guna Laban (Appropriate Site

Development) pada Gedung Pascasarjana B Universitas Diponegoro Semarang

Rahayu Indah Komalasari, Purwanto, Suharyaruo ...•... 4 2 2

- 5. Kajian Perencanaan Ruang Terbuka Hijau Pemukiman di Kampung Brambangan dan .

Perumahan Sambak Indah, Purwodadi

Yakub Prihatiningsih; Imam Buchori, Hadiyanto... 427

6. Kajian Emisi Coa Berdasarkan Penggunaan Energi Rumah Tangga sebagai Penyebab

P e m a n a s a n Global (Study Kasus Perumahan Sebantengan, Gedang Asri, Susukan RW 0 7 .

Kab. Semarang)

Mira Tri Wulandari,H e rm a w a n , Purwanto 4 3 2

VIll. Pengendalian Pencemaran dan Perusakan Lingkuogan ...•._._....••••...__ .._.•_... 439

1. Upaya Penanggulangan Pencemaran Lingkungan Teluk Ambon dalam Rangka

Pengelolaan Lingkungan Pesisir .

Adi Mu/yanlo... 4 3 9

2. Hubungan Koefisien Biokinetik pada Proses Lumpur Aktif Completely Mixed

Menggunakan atau Tanpa Resirkulasi

Allen Kurniawan dan Yanuar Chandra Wirasembada 445

3. Konsep Kesetirobangan Massa dan Aliran Hidrolik Model Completely Mixed pada Unit

Pengolahan Air Limbah Industri

Allen Kurniawan... 4 5 2

4. Kualitas Air Sungai Jiglong di Kabupaten Pari Jawa Tengah

Arieyarui Dwi Astuti 4 6 0

5. Efisiensi Pengolahan Amonium Berkonsentrasi Tinggi dalam Lindi pada Sistem

Evapotranspirasi Anaerobik secara Kontinyu

Badrus Zaman, Purwanto,Sarwoko Mangkoedihardjo 4 6 6

6. Logam Berat Timbal (Pb) pada Ikan Belanak di Perairan Segara Anakan Cilacap

Cahyadi, Moh. Husein Sastranegara; Agung Dhamar Syakti... 471 7. Potensi Keberadaan Polutan Kloroanilin di Sungai Citarum Akibat Biotransformasi

Pewama A z o dari Air Limbah Tekstil

Edward Suhendra, Purwanto,Edwan Kardena... 475

8. Pengolahan Limbah Cair Industri Kerupuk dengan Sistem Subsurface Flow Constructed

Wetland Menggunakan Tanaman Typha A n g u s tifo lia Studi Kasus Limbah Cair Sentra

Industri Kerupuk Desa Kenanga Kecamatan Sindang Kabupaten Indramayu Jawa Barat

(5)

Prosiding Se,!!inar Nasionaf Pengelolaan Sumberdaya Alam dan

ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

L in g k u n g a n 2 0 1 3

'.)

..

Konsep Kesetimbangan Massa dan A1iran Hidrolik

Model

Completely Mixed

pada Unit Pengolahan Air Limbah Industri

Allen Kurniawan

StafPengajar Program StudiTeknik Sipil dan Lingkungan, Program Sarjana Institut Pertanian Bogor, Bogor, Indonesia Email:allen.kumiawan@gmail.com

ABSTRAK

Penggunaan kesetimbangan massa(massbalance) pada pengolahan air limbah untuk mengetahui konsentrasi

substansi yang mengalami perubahan pada setiap unit pengolahan. Pada model reaktor Completely Mixed, nilai

perpindaban substansi di dalam reaktor harus seimbang dengan jumlah sisa produsi yang dihasilkan oleh proses fisik

dan kimiawi. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui substansi secara detail berupa jumlah debit, padatan, clan

substrat yang masuk dan keluar dari setiap unit pengolahan air limbah. Pengambilan contoh air limbah dilakukan salah

satu industri di Jakarta, pada 5 titik sumber dengan sistem tercampur. Dari basil pengukuran karakteristik fisik clan

kimiawi air limbah, dua parameter yaitu Biochemical Oxygen Demand (BOD) sebesar 661 mg/L, Total Suspended Solid

(TSS) sebesar 342 mgfL, serta debit sebesar 0,12 m3/detik digunakan sebagai data awal untuk analisis kesetimbangan

Massa. Unit pengolahan yang akan dirancang adalah bar screen, gritcbamber, sedimentasi primer, lumpur aktif

sedimentasi sekunder, desinfeksi, serta unit pengolahan lumpur (thic/cener, digester anaerobik.., sentrifugasi). Pada

diagram alir kesetimbangan Massa, supernatan dan lumpur diperhitungkan dengan memperhatikan aliran pada setiap

unit operasi dan proses, tanpa meugacu pada waktu detensi. Dari analisis tersebut, debit aliran bawah (underflow) pada

unit pengolahan lebih kecil dibandingkan aliran utama (main liquid stream), sedangkan konsentrasi TSS meningkat

ketika memasuki unit pengolahan lumpur.Pengulangan (iterasi) perhitungan dibutuhkan untuk mendapatkan akurasi

nilai variabel terbaik. Data yang diperoleh sangat berguna sebagai acuan dasar dalam merancang unit pengolahan air

Iimbah.

Kata kunci: completely mix, kesetimbangan massa.., lumpur aktif.

1. PENDAHULUAN

Hingga kini, masalah limbah cair di Indonesia terhadap limbah domestik maupun limbah industri selalu menjadi

masalah serius. Air limbah pada umumnya langsung dibuang ke badan air penerima.., tanpa adanya pengolahan

(treatment) terlebih dahulu. Hal tersebut mengancam kelesatarian lingkungan, karena kemampuan self purification

lingkungan y a n g tcrbatas.

Upaya pengolahan air limbah yang tepat dan optimal dapat mengatasi masalah tersebut. Dengan adanya instalasi

. pengolahan, air limbah diharapkan dapat memenuhi persyaratan batas baku mutu yang ditetapkan oleh pemerintah

ketika dibuang kelingkungan. Alternatifunit pengolahan pada air limbah diperlukan untuk menganalisis reduksi

bahan-bahariorganik hasil penguraian biologis dan organisme patogen, sehingga Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL)

perlu direncanakan untuk menjalankan fungsi-fungsi tersebut. Dalam pemilihan alternatif pengolahan, jenis pence mar

tertentu dapat menyebabkan permasalahan berbeda-beda.., sehingga pemilihan unit operasi dan unit proses perlu

dilakukan dengan cermat dalam mereduksi pencemar spesifik tersebut. Unit operasi adalah unit yang berhubungan

dengan transformasi secara fisika, sedangkan unit proses adalah unit yang berhubungan dengan transformasi secara kimiawi.

Salah satu industri terkemuka di Jakarta yang rnemproduksi bahan kosmetik, sampo, sabun cuci piring danlotion

berencana untuk membuat IP AL guna mengimplementasikan upaya-upaya yang sistematis dalam memperbaiki kualitas

efluen, melakukan identifikasi dan karakterisasi air limbah, mengatur sistem pengaliran air limbah serta membuat

rancangan instalasi pengolahan air limbah. Aspek ekonomi, teknis, keamanan, kehandalan dan kemudahan

pengoperasian perlu dipertimbangkan secara detail, setelah kontaminan diketahui karakteristiknya. Teknologi terpilih

rnerupakan teknologi tepat guna sesuai dengan karakteristik limbah yang diolah dan nilai efisiensi removal kontaminan.

Berdasarkan karakteristik limbah yang diperoleh, unit pengolahan direncanakan berupa screen, gritchamber,

sedirnentasi primer, activated sludge (pengolahan biologis), desinfeksi, dan unit pengolahan lumpur.

Tujuan dari pene!itian ini adalah membuat kesetirnbangan Massa (massbalances) dan aliran hidrolik (hydraulic

flow regimes) untuk estimasi aliran debit, konsentrasi substrat dan padatan pada setiap infiuen dan efluen unit

pengolahan. Dengan demikian, proses transformasi atau reduksi kontaminan pada air limbah dapat diperkirakan,

sebelum unit pengolahan dirancang.

(6)

2. METODOLOGI

Penelitian dilakukan di sebuah industri yang memproduksi bahan kosmetik, sham po, sabun cuci piring dan

lkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

lotion di Jakarta dari bulan Maret hingga Juli 2013. Hasil akhir dari penelitian ini berupa perencanaan rancangan unit

IP AL skala industri, sehingga topik ini merupakan bagian dari penelitian dalam skala yang lebih hesar. Komponen yang

diarnati adalah air limbah yang keluar dari hasil produksi ataupun pencucian alat-alat produksi.

Penelitian diawali dengan penentuan debit puncak air limbah, serta pengambilan contoh (sample) air Iimbah

pada lima titik inlet saluran air Iimbah untuk dicampur menjadi satu guna mengetahui karakteristik kimia, fisika dan

biologi. Dalam kesetimbangan Massa, parameter terpilih adalah Biochemical Oxygen Demand (BOD) sebagai nilai

konsentrasi substrat dan Total Suspended Solid (TSS) sebagai nilai kcnsentrasi padatan.

Langkah selanjutnya adalah membuat diagram alir kesetimbangan Massa untuk menentukan debit aliran,

konsentrasi substrat dan konsentrasi padatan. Terjadinya perubahan reaksi zat pada aliran kesetimbangan tersebut

kemungkinan diakibatkan oleh produksi atau destruksi oleh bahan kimia, biokimia, atau fenomena fisik (Droste, 1997).

Pe.mYlltallnterse.but digambllrklln melalui perssmaan urnurn:

masuk - keluafZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

+

penurunan selama proses

=

akumulasi (1)

Masuk-keluar mengacu pada pengangkutan bersih z a t k e daIam reaktor, penurunan selama proses m e n g a c u pada

plodu~ atau desl1uksi bersih oleh reaksi atau proses Iisik, danakumulasi adalah jumlah y w g tersisa.

Tahap analisis kesetimbangan adalah sebagai berikut:

a. Skema atau diagram alir sederhana dari sistem atau proses dipersiapkan.

b. Sistem atau batas kontrol volume digambar untuk menentukan batasan penerapan kesetimbangan Massa.

c. Semua notasi untuk reaksi biologis atau kimia dimasukkan.

d. Persamaan kesetimbangan mass a dibuat herdasarkan notasi dan perhitungan yang telah dibuat.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1. Kuantitas dan Kualitas Air Limbab

Pembacaan debit air limbah dilakukan selama dua mlnggu berturut-turut dari tanggal 29 April 2013 hingga 11

Mei 2013, kecuali pada hari Minggu. Penentuan kapasitas instalasi pengolahan air limbah didasarkan atas perkiraan

total debit puncak yang dihasilkan pada satu hari, sehingga debit air limbah industri tersebut diperoleh sebesar 166

_ m3lhari. Debit yang dihasilkan sangat kecil. Sistem dengan aliran kontinu tidak mungkin diterapkan pada kondisi

tersebut. Dengan demikian, sistem batch digunakan dengan menggunakan bak penampung di awal proses pengolahan

yang berfungsi menampung air limbah dengan waktu detensi minimal 24 jamsebelum dialirkan ke unit selanjutnya.

Debit aliran berubah dengan bantuan pompa sebesar 0,12 m3/detik.

Hasil pembacaan fluktuasi debit setiap jam selama 24 jam diikuti dengan pengambilan sampel untuk pengukuran

parameter BUD dan TSS. Serupa dengan fluktuasi debit, kedua parameter tersebut merupakan parameter utama dalam

menentukan mekanisme proses pengolahan air limbah. Nilai rata-rata BOD dan TSS dihasilkan sebesar 661,19 mgIL

dan 332 mgIL. Nilai kedua parameter tersebut berada di atas nilai baku mutu Keputusan Guberour Provinsi Daerab

Khusus Ibukota Jakarta Nomor 581 Tabun 1995 tentang Penetapan Peruntukan dan Baku Mutu Air SungailBadan Air serta Baku Mutu Limbah Cair di Wilayah Daerah Khusus Ibukota Jakarta (TSS sebesar 1 0 0 mg/Lrserta Peraturao

Men ten Negara Lingkungan Hidup Nomor 3 Tabun 2010 tentang

ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

B a k u Mutu Air Limbah Bagi Kawasan Industri

(BOD sebesar 50 rng/L). IPAL rnerupakan syaratmutlakuntuk segera dibangun oleh industri tersebut., sehingga dampak

yang ditimbulkan dapat direduksi sebelum air limbah dibuang ke lingkungan.

3.2. Kesetimbaagan Massa dan Aliraa Hidrolik

Reaktor model completely mired terdiri dari tangki yang diberi pengaduk untuk mencampurkan aliran yang

masuk dan mengeluarkan sebagian material ke unit reaktor selanjutnya (Reynolds dan Richards, 1996) Setelah

memasuki reaktor, air limbah yang masuk hampir seketika tercampur dengan air limbah yang telah tertampung di

reaktor tersebut, sehingga volume dan kandungan air limbah reaktor menjadi seragam. Reaktor model ini digunakan

pada proses biologis pada unit IP AL yang akan dirancang.

IPAL diawali dengan unit screening dan diakhiri unit desinfeksi. Lumpur hasil pengolahan disalurkan ke unit

pengolahan lumpurberupa digester anaerobik dan sentrifugasi. Runtutan proses dapat dilihat pada Gambar Iyang telah

dilengkapi notasi kesetimbangan Massa. Screening berupa rangkaian kisi-kisi besi untuk menyisihkan bends-bend a

kasar, misalnya kertas, plastik, atau potongan kayu terapung yang dapat mengganggu jalannya proses pengolahan air

limbah. Gritchamber berfungsi menangkap pasir agar tidak terbawa pada proses selanjutnya, sebab pasir tak dapat

dihancurkan dengan proses biologis. Sedimentasi primer berfungsi untuk mengurangi kandungan TSS, sebagian

padatan organik dalam air buangan (antara 50 % - 65%) dan menurunkan BOD (25% -4(010)melalui proses fisik tanpa

pembubuhan zat kimia (Metcalfand Eddy, 2003). Pada pengolahan dengan lumpur aktif lumpur padat atau flok-flok

ywg terbentuk hersarna mikroorgarusme (ba...1.:terida...'1protozoa) ya...'1ghidup. Lumpur aktif dicampur dengan air limbah

(7)

di dalarn sebuah tangki, selanjutnya seluruh isi tangki ini di aerasi secara mekanis. Sedimentasi sekunder

lkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

(clarifier)

berfungsi untuk memisahkan Mixed Liquor Suspended Solid (MLSS) dari air Iimbah dan mengentalkan lumpur yang

ak.an diresirkulasi. Desinfeksi berfungsi untuk menghilangkan bau, warna, mereduksi

zat

organik, dan membunuh

bakteri patogen. Thickener berfungsi meningkatkan konsentrasi lumpur dengan mengurangi volume fase cairan.

Digester anaerobik berfungsi untuk menstabilkan lumpur dalam kondisi anaerob menggunakan bantuan

mikroorganisme anaerob yang menghasilkan metan dan karbondioksida. Sentrifugasi berfungsi untuk mengeringkan

lumpur untuk mencapai padatan yang optimal (Thomas, 2009). Pada Garnbar 1, proses tersebut dilengkapi notasi untuk

aliran, konsentrasi padatandan konsentrasi substrat.

Beberapa informasi yang harus diketahui sebelum perhitungan kesetimbangan dihitung adalah:

a. Debit aliran (Qo) sebesar 0,12 m3/detik atau 10368 ml/hari, konsentrasi BOD influen(.SaJ sebesar 661 mgfL dan

konsentrasi TSS influen(XaJ sebesar 342 mgfL. So dan Xo tidak tennasuk material yang akan dibuang

discreeningatau gritchamber.

Gambar 1. Diagram alir kesetimbangan massa pada IP AL menggunakan lumpur aktif

b. Jumlah material yang terkumpul discreening(Xscw) adalah 0,005 m311000m

ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

J

. Jumlah tersebut berada pada kisaran

0,004-0,009 mll1000 mJ (EPA, 2003)

c. Jumlah pasir yang terkumpul digrit chamber ( Xgw)adaJah U,OOll m3ilOUU m3.Jumlah tersebut berada pada kisaran

0,003-0,074 m311000 mJ (EPA, 2003) .

. d. Pada unit sedimentasi primer, nilai reduksi TSS (Rp) sebesar 62%,nilai reduksi BOD(fp) sebesar 37%, konsentrasi

aJiran bawah (underflow) TSS (X.,) sebesar 4,5%.

e. Pada bakaerasi lumpur aktif.konsentrasi BOD efluen terlarut (SAl sebesar 5 mg/L, koefisien basil (yield Jbersih TSS

berdasarkan BOD influen dan BODs efluen terlarut

ro

sebesar 0,65 mg TSS yang diproduksiimg BOD yang

dibuang, serta konsentrasi TSS di bak aerasi (X.J sebesar 2000 mgIL.

f. Pada unit sedimentasi sekunder, konsentrasi aliran atas (overflow) efluen

ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

(X sJ mengandung 10 mg/L dan konsentrasi

aJiran bawah (underflow) TSS (X;cS1 sebesar 0,75%.

g. Pada unit thickener pzeeses: yang tertampung pada dasar bak(C,,1 diharapkan sebesar 85~/cdan konsentrasi a!iran.

bawah (underflow) T S S (x J sebesar 6%.

h Penambahan dosis gas klorin pada unit desinfeksi sebesar 1,5 mg/L.

1 . Reduksi TSS diharapkan pada unit anaerobik digester (f,w) sebesar 55%.

j. Pada unit sentrifugasi, 9 kg polimer ditambahkan pada setiap 1tOI;1 padatan (Dp,), dengan konsentrasi (XpJ sebesar

80 g/L, Unit ini diharapkan menampung padatan (,C d sebesar 97,5%, dengan konsentrasi padatan keringt'caIce(XcA:i

sebesar 32%.

k Specificgravity (berat jenis) TSS diasumsikan sebesar 1,00. Kesalahan dari asumsi ini cukup kecil

I. BOD diasumsikan tidak terlarut d.idigester anaerobik, thickener dan sentrifugasi. BOD akan bertransformasi setelah

melalui unit sedimentasi primer dan bak aerasi pada unit lumpur aktif

m . Konsentrasi padatan di bak aerasi diasumsikan seragarn.

Persamaan kesetimbangan untuk debit aliran air limbah tersaji pada Tabel l. Dari Tabel tersebut, setiap aliran

akan mengalami kesetimbangan pada setiap unit pengolahan, baik di influen atapun efluen. Persamaan tersebut bukan

persamaan independen, melainkan dibangun dari keseirnbangan aliran tiap unit pengolahan, sehingga persamaan dapat

berubah seiring dengan a d a n y a modifikasi unit atapunperubahan rola aliran.

(8)

Tabell.Persamaan Kesetimbangan Debit Aliran Air Limbah

Lumpuraktif (bakaerasi)

Qo

ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

=

lkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

Qsc

+

Qscw Qsc

=

Qg

+

Qw

Qsc

=

Qg + Qw Qg

+

Qct

+

QtS = Qpo

Qp + rQp = QA QA = Qs + Qus QuS = Qw + rQp

Qs + QClo = Qf

(9) Qs = Qf

Thickener (10) Qup + Qw = QtS + QI

Digester anayrobic (ll)

o.

=

o,

Sentrifugasi (12) Qd + Qpl =

o..

+

o:

Sedimentasisekunder(Clarifier)

(2) (3) (4) (5)

(6) (7) (8) Screening

Grit chamber

Sedimentasi primer

Desinfeksi

Catatan: *Qc:II'dalllhlajualiran g1\S dan titl!lk mempengaruhi leju aliran, sehingga Qc: dapetdiabaikan.

Selain persamaan kesetimbangan debit aliran, persamaan kesetimbangan padatan (solid balance) dan substrat (substrat

balance) barns diformulasikan guna memperoleh variable-variable kesetimbangan secara lengkap. Persamaan

kesetimbangan padatan dan keseimbangan zat diformulasikan sebagai berikut:

a. Screening

Konsentrasi limbah yang terkumpul di screening (X.cvJ berdasarkan basis volume sebesarO,005 m3_{/tOOO m}_3.

Perlu diperhatikan bahwa konsentrasi padatan di influen screening dan efluen screening hamper tidak mengalami

perubahan yang signifikan ..

(13)

b . Grit chamber •

Serupa dengan screening, konsentrasi padatan pada influen tidak mengalami perubahan yang signifikan.

Konsentrasi pasir

ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

(g rit) yang terkumpul(Xg><:Jberdasarkan basis volume sebesar 0,008 m3/IOOO rrr'.

(14)

c . Sedimentasi primer

Kesetimbangan padatun:

Tidak ada perubahan Xo pada dua unit pengolahan awal.

QgXo + QctXct + QtsXtS

=

QpXp + QupXup QgXo + QctXct + QtsXcs

=

QpoXpo

-(15) (16)

Rasio reduksi padatan(R,Jdapat dijabarkan melalui persamaan:

(17) Kesetimbangan substrat:

Tidak ada perubahan pada konsentrasi BOD pada dua unit pengo!ahan awal, pada aliran Qctdan Qts. Nilai reduksi BOD

di sedimentasi primer (fpBOd sebesar 0,35 BOD pada aliran bawah (underflow) sedimentasi primer juga diabaikan,

sehingga kesetimbangan substrat menjadi:

(18)

Pcrsamaan (18) di atas mcnggambarkan rcduksi BOD pada scdirncntasi primer.

d. Aerasi pada unit lumpur aktif Kesetimbangan padatan:

Pada bak aerasi terjadi penurunan dan perubahan padatan di bak aerasi (L 1 X ), sehingga persamaan menjadi:

(19)

(9)

Kesetimbangan substrat:

vutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

Kesetimbangan substrat untuk bak aerasi termasuk nilai .1S untuk reduksi konsentrasi BOD:

(20)

Untuk menentukan

& pada Persamaan (19), koefisien hasil (yield) bersih (Y) telah diketahui pada data

informasi awal. .1X berdasarkan reduksi BOD pada bak aerasi adaIah:

IlX =

Y L lS (21)

e. Sedimentasi sekunder

Kesetimbangan padatan pada unit sedimentasi sekunder adalah:

(22)

Tidak ada peruba'han konsentrasi padatan ketikaQ..sterpecah menjadi Qpdan Q

w-f Desinfeksi

Tidak ada perubahan pada konsentrasi TSS di bak desinfeksi karena klorin merupakan zat terlarut. Jumlah BOD

yang sangat kecil yang akan dioksidasi oleh klorin, namun diasumsikan nilainya dapat diabaikan.

g . Thickener

Rasia pengumpulan dithickener didefinisikan sebagai Ct.

(23)

(24)

h . Digesteranaerobik

Reduksi padatan pada digesteranaerobik dapat diketahui dengan menggunakan faktar/AD:

(25)

i. Sentrifugasi

Laju pembubuhan dosis po Iimer didefinisikan sebagai Dpt. Rasia pengumpulan di sentrifugasi didefinisikan

.m e lllh .li n o tlls iC

(26)

(27)

(28)

Perlu diperhatikan setelah persamaan dapat dipecahkan, satuan

variable

harus dipertahankan sama untuk dapat

memastikan bahwa perhitungan benar. Hasil perhitungan dapat disajikan pada Tabel 2, berikut pencantuman deskripsi

[image:9.548.22.496.315.596.2]

variable dan acuan dari persamaan yang digunakan.

Tabel 2.Variabel kesetimbangan massadan debit aliran air limbah

So Xo Qo

e,

o.:

XSCW

Q~

Qg"

Konsentrasi BOD influen (mgIL) 661

KonsentrasiinfluenTSS (tidaktennasukscreeningdangrit chamber) 342

Debit aliran influen (m3fhari) 10368

Debit aliransetelahscreening (m%ari) 10368

Lajuvolumetrikscreeznagtm'zdetik) 6 xl 0-7

Jumlah material yang terkumpul discreening(m3/1000 nr') 0,005

De.bitaliranse~elahgrit chamberjm3~) 10368

LaJuvolumetrikgrit chamber(m Idetik) 9,6 xl0-7

Data primer Data primer Data primer Pers. (2) Pers. (13) Data sekunder

Pers. (3) Pers. (14)

(10)

Q..s

X..s

lkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

r Q;

Q ,. Qr QtSvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

Jumlahpasir yang terkumpul di

grit

chamber (m 11000 m )

Total debitaliran yang masukkesedimentasi primer(m3/hari)

Total konsentrasi TSS influen sedimentasi primer (m~)

Debit aliran supematan efluen sedimentasi primer (m /hari)

Konsentrasi TSS supematan efluensedimentasi primer (mg/L)

Konsentrasi BOD efluen sedimentasi primer (mgIL)

Konsentrasi TSS a1iran bawah (unde1j1ow}efluen sedimentasi

primer (kgIL)

Debit aliran bawah (ur.da:f7O'w)efluen sedimentasi primer (m3lhari)

Debit aliran efluen aerasi-lumpur aktif{m3/hari)

Konsentrasi BOD efluen aerasi-lumpur aktif(mgIL)

Debit aliran supematan efluen sedimentasi sekunder (m3/hari)

Konsentrasi TSS supernatan efluen sedimentasi sekunder (mg/L)

Debit aliran bawah (underflow) efluen sedimentasi

sekundertm'zhari)

Konsentrasi TSS a1iran bawah (underflow) efluen sedimentasi

sekunder (mg/L)

rasio debit a1iranrecycle sedimentasi sekunder ke debit aliran

efluen sedimentasi primer

Debit aliran efluen desinfeksitrrr'rhari)

Debit aliran limbah lumpur aktif dari sedimentasi sekunder

(m3/hari)

0,008 10977,47 420,15 10310,4 129,% 418,76 0,045 57,6 13300,42

ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

5 9766,66 to 3533,76 7500 0,29 9766,66 543,74 Data selamder Pers. (5) Pers. (16) Pers. (4) Xp - ( 1 - Rp ) X o

Pers. (18)

Data sekunder

Qu p -_ RpQoXo

XUI'

Pers. (6) Data sekunder

Pers. (7) Data sekunder Pers. (7)dan Pers. (22):

QA(XS-XA)

Qus

=

X X

s-

u S

Data sekunder

Pers. (19)dan Pers. (6): Qp(Xp-XA)

+

M

r = -Qp(XA -Xu S )

Pers. (9)

Pers.(8)

Pers. (24) danK,:

o,x,

0 . =

-~ < Xc

Data sekunder Pers. (10)

Pers. (23)

Pers. (11)

Pers. (25) d a n Xd :

QdXd Q t = -Xd Pers. (26) Data sekunder

Pers. (28) danXc t :

Qck -_ QckXck

X

ck Data sekunder

Pers. (12)

Pers. (27)

Debit aliran bawah(underflow)efluenthickener(m3/hari) 94,..49

Hal yang sangat fundamental pada tahapan pengolahan air limbah di atas ketika air limbah memasuki unit

sedimentasi primer dan pengolahan lumpur aktif (activated sludge). Unit sedimentasi primer dirancang urrtuk

mengurangi konsentrasi TSS sebesar 50-65% dan menurunkan konsentrasi BOD sebesar 2 5 -4 < T % melalui proses fisik

tanpa pembubuhan zat kirnia. Berdasarkan pehitungan kesetimbangan massa, konsentrasi TSS di.h.arapkan dapat

direduksi hingga 69% berdasarkan konsentrasi TSS influen sebesar 420,15 mglL dan efluen sebesar 129,96 mg/L.

Konsentrasi BOD diharapkan dapat direduksi hingga 37% berdasarkan konsentrasi BOD influen sebesar 420,15 mg/L

dan efluen sebesar 418,76 rng/L. Lumpur endapan masih mangandung material organik yang tinggi, sehingga efluen

lumpur dialirkan ke unit sludgethickener sebesar 57,6 mjlharl, sedangkan filtrat (supematan) dialirkan ke pengolahan

lumpur aktif sebesar 10310,4 m3Ihari.A1iran umpan air limbahlsubtrat, bercampur dengan aliran lumpur aktif yang

dikembalikan (rasio debit aliran recycle sebesar 0,29) sebelum masuk rektor. Campuran lumpur aktif dan air limbab

membentuk suatu campuran yang disebut cairan tercampur/mixed liquor (Sutapa, 1999). Memasuki bak aerasi, lumpur

aktif d e n g a n cepat mernanfaatkan zat organik dalam limhah untuk didegt1ldasi 7 .1 It- 7 ~ torgllnik yang ada di dalam air

limbah diserap oleh mikroorganisme dan diubah bentuknya menjadi flok, sebagai bahan pembentuk pertumbuhan sel

[SBN 978-602-/700/-J-2 457

KonsentrasiTSS aliranbawah(unde1j1ow)efluenthickener (kglL) .

Debit aliran supernatan efluenthickenermenujutnfluensedimentasi

primer (m3/hari)

Konsentrasi TSS supematan

efluenthickenermenujuinfluensedimentasi primer(mglL)

Debit aliran bawah (underflow) efluen digesteranaerobik(m3/hari)

Konsentrasi TSS aliran bawah (underflow) efluen

digesteranaerobik (g/L)

Lajualiranconditioning polimeruntuksentrifugasiun'rhari)

Konsentrasi TSS polimer untuk sentrifugasi (kg/L)

Debit

, 1 metrik Aft'\""'~"""r)"""'~~ tankeri ,..I',....-L "".d "'n "" _t.;.f:" ,..,1 3/1, ri)

'\ 0 U .•u •••.u p .IIu ·""4.4ut:1u. .••..,u,uilLUiA.""" •.In6\casus) "'-I. ent:o!J ••

g ,m ,

£.la ••

0,06 506,85 1974,25 94,49 27 0,29 80 7,84

Konsentrasi TSS padatankering(cake)efluensentrifugasi (kg/L)

Debita!irancentratedarisentrifugasimenujuinfluensedimentasi primerfrrr'rhari)

Konsentrasi TSS centrate dari sentrifugasi menuju influen

sedimentasi primer (mg/L)

0,32

102,62

(11)

dan sebagai sumber energi (TjokrokuSumo, 1998). Flok ini yang menyebabkan konsentrasi TSS di bak aerasi tinggi

hingga mencapai 0,045 kg/L. Padasedimeotasi sekunder

lkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

(clarifier), lumpur yang dieodapkan sebagian akan

dikembalikan ke unit pengolahan biologis berupa lumpur aktif sedangkan supematan dialirkan menuju unit pengolahan

desiofeksi dengan debit 9766,66 m3/hari. Prinsip mekanisme proses pada unit clarifier menyempai unit sedimentasi

primer.Untuk menghasilkan efluen d~ kualitas yang baik, Benefield (2001) meojelaskan bahwa biomassa (setelah

memisahkan material organik dari air lirnbah) harus dipisahkan dari cairanlsupematan. Sedimentasi sekuoder ini hampir

selalu merupakan tahap pembatas kualitas etluen. BOD yang keluar dieflueo biasanya dibawah 5mgIL, namun padatan

biomassa yang masih terkandung pada.air limbah memungkinkan akan memproduksi BODefluen 20 mgIL atau lebih

besar. 14000

ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

l

12000

l

10000 ~ 8000

'

-~

-

6000 ~ <Il Cl 4000 ~ -9 2000 E ~ ₀ N 0- \0

'Of"~ 0- 'Of" r-i 'Of" _~ 00 ₀

0- 0 r :

0 < J _~ OIl

h

0 ~

c.. _« v .I v .I

•...

< 5

5

" 0

~

..>0: ₀

0' I I I

o

~

6-

0' ::I

C I C I o

0' ~ 0' _{C I} _0' 0'

0'

Jenis Debit Aliran

Gambar 2.Debit aliran pada setiap unit IF AL

Dari grafik pada Gambar 2 diatas, debit aliran bawah (underflow )terlihat cukup kecil dibandingkan dengan

aliran utama (main iiq u id s tre a m ). Debitaliran bawah disirnbolkan denzan notasi 0 ."""0 ",,, 0 ••••

O ••~

O ;

Or.;. Od,

o.,~

Ode

dan Q <1' Hal ini disebabkan sebagian besar fase cairanlsupematan tersalurkan - melaliJi

aiiian-

~a -dari-s c re e n in g

hingga desinfeksi, sedangkan padatan (solid) tersalurkan melalui aliran bawah (underflow) menuju unit pengolahan

lumpur. Pada Gambar 3, konsentrasi TSS terbesar dihasilkan dari supernatan eflueo thickener menuju influen

sedimentasi primer (X,J sebesar 1974;25mgIL Nilai tersebut diakibatkan konsentrasi TSS merupakan basil dari

pemisahan padatan dari unit sedirnentasi

primer

d a n sedimentasi sekunder hasil

dati

proses pengolahan biologis.

Thickener berfungsi untuk mengurangi 'volume lumpur dengan membuang supematan. Supematan adaIah cairan atau

fase cair di dalam lumpur yang terpisah dengan fase padatan Umumnya supernatant diresirkulasi kembali ke dalam unit

pengolahan utama air limbah.

V) 2500 N ~ r-. ;- 0-,... < , 2000 ~ ~ 1 / ~ 1500

:--.-

•..

~ ₁₀₀₀ .,... 0

•...

!:: ci

..,.

\0

""' N N '" -e -

..,.

::: ₅₀₀ C".

c

:..::

_c

r--N

0

0 0 c.. v .I r n " 0

..•

>< _><c.. >< >< X >< ~

Konsentrasi TSS Setiap Unit Pengolahan

Gambar 3.Konsentrasi TSS pada setiap unit IF AL •

Catatan: *Tidak mencakup konsentrasi TSS berdasarlcan dare sekunder,

[image:11.560.49.504.152.358.2] [image:11.560.92.461.502.674.2]

(12)

4. KESIMPULAN

Analisis kesetimbangan massa merupakan metode cepat untuk mengidentifikasi perbedaan dalam peogolahan·

data <fan kesa1ahan dalam pengukuran contoh

lkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

(sampel)

air Iimbah. Dengan melacak keseialbangan debit aliran, padatan

dan substrat pada setiap unit peogolahan secara keseluruhan, pemahaman yang lebih baik tentang hubungan antara

komponen-komponen yang mendukung mekanisme proses pengolahan dapat diperoleb. Dampak dari konfigurasi

proses yang berbeda dapat dievaluasi dengan menggunakan model kesetimbangan massa dikembangkan untuk seluruh

unit pengolahan. Dari analisis tersebut, debit aliran bawah (underflow) pada unit IPAL lebih kecil dibandingkan aliran

utama (main liquidstream), sedangkan konsentrasi TSS meningkat ketika memasuki unit pengolahan lumpur. Reduksi

konseutrasi BOD dau TSS ~bt::slU 97% keLikllair liiubah berada pada efluen unit desiufeksi. Angka tersebu: perlu

diverifikasi kembali ketika rancangan unit pengolahan dibuat. Pengulangan (iterasi) perhitungan dibutuhkan untuk

mendapatkan akurasi nilai variabel terbaik,

5. REFERENSI

Benefield, L., 1993. Biological Process Design for Wastewater Treatment, Ibis Publishing, Melbourne.

Droste,

ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

R . L ., 1997.Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment, J01m Wiley & SOIlS, Toronto.

Environmental Protection Agency, 2003.Wastewater Technology Fact Sheet: Screening and Greet Removal,

Washington D.C.

Metcalf and Eddy, 2003. Wastewater Engineering: Treatment, Disposal and Reuse, McGraw-Hili, New York.

Reynolds, T. D., Paul A Richards, 1996.Unit Operations and Processes in Environmental Engineering, PWS

Publishing Company, Boston.

Sutapa, I. D. A, 1999. "Lumpur Aktif: AltematifPengolah Limbah

ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

C a ir", Jurnal Studi Pembangunan, Kemasyarakatan

&Lingkungan, No.3, p. 25-38.

Thomas, M., 2009, "Optimisation of Dewatering Centrifuges", Proceeding of 34th Annual Qld Water Industry

Operations Workshop, Indoor Sports Stadium Caloundra, p. 106-1 !2.

Tjokrokusumo. 1999. Pengantar Enjiniring L in g k u n g a n , Jilid 1 , Sekolah Tinggi Teknik Lingkungan YLH, Yogyakarta.