MODUL 2
TAHAP-TAHAP
PERENCANAAN
PENDAHULUAN
Joni Hermana
Jur usan Tekni k Li ngkungan FTSP – ITS
Kampus Sukol i l o, Sur abaya – 60111
Emai l : hermana@it s. ac. id
PERENCANAAN PENGOLAHAN
AIR LIMBAH DOMESTIK (RE091322)
1.
Menet apkan perioda desain unit -unit BPAL
2.
Membuat diagram al ir proses
3.
Menet apkan krit eria perencanaan proses
4.
Menghit ung awal unit -unit proses
5.
Menghit ung keset imbangan massa
6.
Mempert imbangkan t at a l et ak BPAL
7.
Mengeval uasi prof il hidrol is
Perioda perencanaan pada prinsipnya adalah
menet apkan kapan kapasit as perencanaan penuh (
f ull
design capacit y
) BPAL dapat t ercapai.
Periode perencanaan dihit ung dari t ahun awal
perencanaan (mulai saat BPAL beroperasi pert ama kali)
sampai t ahun akhir perencanaan (mencapai
f ull design
capacit y
).
Perioda perencanaan t iap unit dapat berbeda,
bergant ung pada t ingkat kesulit an pengembangannya
(
misalnya
; perioda desain bangunan sipil dan saluran
dipilih lebih lama), t ingkat pert umbuhan penduduk,
lingkungan dan sumber dana.
Ini t i al year s :
Wakt u yang diperlukan unt uk menyelesaikan konst ruksi dan
bangunan yang siap beroperasi.
Desi gn Year s :
Tahun dimana bangunan mencapai kapasit as yang
direncanakan.
TABEL 1: PERIODE DESAIN TIPIKAL BPAL
UNIT
RANGE PERIODE DESAIN
( TAHUN )
Sistem Pengumpul
Rumah Pompa
Bangunan
Peralat an Pompa
Bangunan Pengolahan
Bangunan Proses
Peralat an Proses
Saluran Air
20 – 40
20 – 40
10 – 25
CONTOH PERHITUNGAN PRELIMINARY DESIGN
(CASE: IPAL RUMAH SAKIT “ XYZ” )
1. DESIGN PERIOD
2. DIAGRAM ALIR PROSES BPAL
Pemilihan unit operasi dan unit proses yang digunakan
t ergant ung dari:
1.
Pengalaman
2.
Perat uran yang berlaku t erhadap met oda pengolahan
3.Ket ersediaan peralat an pengolahan
4.
Pemanfaat an t erhadap unit -unit yang sudah ada
5.Biaya invest asi dan Operasional Pemeliharaan (OM)
6.Karakt erist ik air limbah sebelum dan sesudah
Pengol ahan Tahap I/ Fisik
Sumur Pengumpul/ Sump well
Screening
Communit or
Grit chamber
Kolam Ekualisasi
Pengol ahan Tahap II/ Biol ogis
Anaerobik (t anpa O2):
MO Tersuspensi (Suspended growt h MO): UASB, ABR
MO Terlekat (At t ached growt h MO): ABF
Aerobik (dengan O2)
MO Tersuspensi (Suspended growt h MO): ASP
MO Terlekat (At t ached growt h MO): RBC, TF
Anoksik (dengan Oksigen t erikat )= dn
O2, NOx, POx, Fe, S, . Bahan organik
NO3 > NO2 > NO (denit rif ikasi)
St abil izat ion Pond
Pengol ahan Lumpur
Thickening
St abilisasi (aerobik at au anaerobik)
Dewat ering
2. DIAGRAM ALIR PROSES
BS GC
Saluran Pembawa dan Sumur Pengumpul
SP PS AT SC effluent
SD Bar Screen Grit Chamber
Primary Sedimentation
Aeration Tank (activated sludge)
Secondary Clarifier
SDB
Sludge Digester Sludge Drying Bed
return sludge
sludge from PS
3. KRITERIA PERENCANAAN UNIT
PBAL
(
Design Crit eria
)
Apabila diagram proses telah ditetapkan,
maka langkah kemudian adalah menetapkan
kriteria perencanaan unit setiap proses yang
dipilih sehingga dimensi BPAL dapat
ditetapkan.
Saluran Pembawa
Kecepat an
= 0, 3-0, 9 m/ det
Sudut kemiringan
= 0, 01 m/ m
3. KRITERIA DESAIN
Bar Screen
Pember si han manual (Sumber : Qasi m, 1985)
Kecepat an melalui bar (v) = 0, 3-0, 6 m/ det
Lebar bar
(w)
= 4, 0-8, 0 m
Kedalaman bar (D)
= 25-50 mm
Jarak ant ar bat ang
= 25-75 mm
Slope vert ikal
= 45
O- 60
OHeadloss
= 150 mm
Pember si han mekani k (Sumber : Qasi m, 1985)
Kecepat an melalui bar (v)
= 0, 6-1, 0 m/ det
Lebar bar (w)
= 8, 0-10, 0 m
Kedalaman bar (D)
= 50-75 mm
Jarak ant ar bat ang
= 10-50 mm
Slope vert ikal
= 75
O- 85
OHeadloss
= 150 mm
Headloss max
= 800 mm
Faktor bentuk bar (β)
Tipe bar
Sharp-edged rect angular
= 2, 42
Rect angular wit h semicircular upst ream f ace
= 1, 83
Rect angular wit h semicircular upst ream and downst ream f ace
= 1, 67
Circular
= 1, 79
Sumur Pengumpul
t d
≤ 10 menit
Screw Pump
Diamet er
= 0, 3-3 m
Kapasit as
= 0, 01-3, 2 m3/ det
Sudut kemiringan
= 30
o-38
oTot al head max
= 9 m
Kecepat an mot or
= 30-50 rpm
Grit Chamber (Sumber: Met calf and Eddy, 1991) (Horizont al-flow)
t d
= 45-90 det
(t ipikal : 60 det )
Vh
= 0, 25-0, 4 m/ det
(t ipikal : 0, 3 m/ det )
Bak Pengendap I (Sumber: Met calf and Eddy, 2003)
Rect angul ar
Kedalaman
= 3-4, 9 m
(t ipikal : 4, 3 m)
Panj ang
= 15-90 m
(t ipikal : 24-40 m)
Lebar
= 3-24 m
(t ipikal : 4, 9-9, 8 m)
Flight speed
= 0, 6-1, 2 m/ menit
(t ipikal : 0, 9 m/ menit )
Ci r cul ar
Kedalaman
= 3-4, 9 m
(t ipikal : 4, 3 m)
Diamet er
= 3-60 m
(t ipikal : 12-45 m)
Slope dasar
= 0, 75-2, 0 in/ f t
(t ipikal : 1 in/ f t )
Flight t ravel speed
= 0, 02-0, 05 m/ menit
(t ipikal : 0, 03 m/ menit )
Tangki Aerasi (Sumber: Qasim, 1985)
Secondary Clarifier (Sumber: Qasim, 1985)
OFR
= 8, 0-16, 0 m
3/ m
2. hari
Solid loading
= 0, 5-5 kg/ m
2. j am
Kedalaman
= 3, 5-5 m
Kedalaman zona set t ling
= 1, 5 m
Sludge Thickener
Solid loading
= 40-78 kg/ m
2. hari
Kons. Solid lumpur
= 2, 0-8, 0 %
Sludge vol. Rat io
= 0, 5-20 dry solid
Kedalaman sludge blanket
= 0, 6-2, 4 m
Slope bak
= 1, 4-1, 6
Sludge Digest er
HRT pada 20
oC
= 40-78 kg/ m
2. hari
Solid loading
= 1, 6-4, 8 kg volat ile solid/ m
3. hari
Keb. O2 ut k cell t issue
= 2, 3 kg O
2/ kg solid dest royed
Energi ut k mixing mech aerat or = 19, 7-39, 5 Kw/ 103 m3
Dif f used air mixing
= 0, 02-0, 04 m
3/ m
3. menit
DO residu dlm liquid
= 1, 0-2, 0 mg/ l
Sludge Drying Bed (Sumber: Qasim, 1985)
Tebal pasir
= 23, 0-30, 0 cm
Tebal kerikil
= 20, 0-30, 0 cm
Sludge loading rat e
= 100-300 kg/ m
2. t ahun
Tebal bed
= 20, 0-30, 0 cm
Lebar bed
= 5, 0-8, 0 m
Panj ang bed
= 6, 0-30, 0
t pengeringan
= 10, 0-15, 0 hari
Unif ormit y coef f icient < 4
4. MENGHITUNG DIMENSI AWAL
UNIT BPAL (
Preliminary Sizing
)
Berdasarkan krit eria perencanaan, langkah
berikut nya adalah menghit ung dimensi awal dari
unit -unit yang dipilih (
p x l x t
).
Hal ini diperlukan unt uk mempert imbangkan
kelayakan bangunan t erhadap besarnya lahan yang
t ersedia, menent ukan pemisahan aliran at aukah
penyeimbangan beban organik.
4. PERHITUNGAN PRELIMINARY SIZING
:
Alt ernat if I (ASP)
1 Debit air buangan
(Qave) = 120 l/ det = 10368000 L/ hr 2 Q peak = 360 l/ det
3 Qmaks = 310 l/ det 4 Qmin = 230 l/ det 5 Konsent rasi BOD rat
a-rat a = 250 mg/ l
6 Beban BOD rat a-rat a = Q ave * BOD rat
a-rat a = 2592 kg/ hari 7 Beban BOD maksimum = Q max * BOD rat
a-rat a = 7776 kg/ hari 8 Konsent rasi SS rat a-rat a = 300 mg/ l
9 Beban SS rat a-rat a = Q ave * SS rat a-rat a = 3110 kg/ hari 10 Beban SS maksimum = Q max * SS rat
a-rat a = 9331 kg/ hari
II. BAR SCREEN (Type hand cl eaned)
5 Lebar saluran = SQRT(A
III. GRIT CHAMBER (GC) (horizontal-flow) 6 Kecepat an pengendapan,
Vs
15 Lahan yg diper lukan GC t ot al
IV. BAK PENGENDAP I
1 Jumlah BP I = 2 bak
2 Debit rencana = Q peak = 360 l/ det = 0, 360 3 Debit masing-masing bak = Q peak / j ml bak = 0, 18
4 Wakt u det ensi = 2 j am (1, 5 – 2, 5)
5 Overf low Rat es (OFR) = 2500 gal/ sqf t . d (2000-3000)
= 101, 75 m3/ m2. hari (80-120) 6 Volume t iap Bak = Q t iap bak * t d = 1296 m3
7 Asurf ace = Q t iap bak / OFR = 152, 85 m2
8 Dimensi bak:
Bi l a BP I Per segi panj ang
a. Tinggi BP I = Volume / A surf ace = 8, 48 m b. Panj ang : Lebar = 2
Bi l a BP I Li ngkar an
a. Tinggi BP I (dit et apkan)
= 4, 00 m (3 - 4, 5) m
b. Diamet er BP I = SQRT(4*A surf ace/ 3, 14) = 9, 16 m (12-25)m
c. Volume BP I (lingkaran)
= 0, 25*3, 14*(D^2)*t inggi = 263, 23 m3
d. Check t d = Volume / Q t iap bak = 0, 47 j am not OK
Maka digunakan sist em BP I yang persegi panj ang
9 Check OFR = Q
bak/ (l*p)*86400/ 0, 04 07
= 2500 gal/ sqf t . d
V. ACTIVATED SLUDGE (AS)
1 Juml ah AS = 2 bak
2 Debit rencana (Qmaks) = Q maks = 310 l / det = 0, 310 m3/ det
3 Debit masing-masing bak = Q maks / j ml bak = 0, 155 m3/ det
4 Kedal aman, h = 4 m
5 Mean cel l ret ent ion t ime, 0c = 10 hari
6 Y = 0, 5 kg VSS/ kg BOD5
7 kd = 0, 05 l / hr
8 MLSS, X = 2000 mg/ l 2, 00 kg/ m3
9 Rasio p/ L = 1
10 BOD in = 142, 5 mg/ l
11 BOD ef f = 14, 25 mg/ l
12 Vol ume t iap bak = 3324, 24 m3
13 Luas l ahan t iap AS = 831, 06 m2
14 A = L2
15 L = 28, 8 m
16 P = 28, 8 m
VI. BAK PENGENDAP II
VII. DESINFEKSI (Si st em t er j unan)
1 Wakt u kont ak = 20 menit (15 - 45) Meni t
2 Ket inggian t ot al = 3 m 3 Perbandingan
panj ang: lebar
= 2
4 Debit rencana = Q ef f luent = 0, 1773 m3/ det
5 Volume = Q * t d = 212, 74 m3
6 Luas Permukaan (Asur f ace)
= Volume / ket inggian = 70, 91 m2
7 Lebar bak = SQRT(A surf ace / 2) = 5, 95 m 8 Panj ang bak = 2 * lebar = 11, 91 m
9 Check t d = pj g*lbr*t inggi/ Q = 20 menit OK
10 Luas lahan yang diperlukan
VIII. SLUDGE THICKENER (Gr avi t y Thi ckener (l umpur BP I & II)
1 Sol id l oading (SL) = 60 kg/ m2. hari (25-80)
2 Juml ah bak yang diperl ukan = 2 bak
3 Massa l umpur BP I = 0, 55 * beban SS maks = 5132, 16 kg/ hari
4 Massa l umpur BP II = (0, 45*SSm*0, 9)+(0, 45*BODm*0, 9)
= 7278, 34 kg/ hari
5 Massa l umpur t ot al (M t ot ) = Massa BP I + BP II = 12410, 50 kg/ hari
6 Q l umpur BP I = Massa BP I / 0, 06 / 1030
= 83, 04 m3/ hari
7 Q l umpur BP II = Massa BP
II/ 0, 008/ 1005
= 905, 27 m3/ hari
8 Q l umpur t ot al = Q l umpur BP I + BP II = 988, 31 m3/ hari
9 A surf ace = M t ot / SL / j ml bak = 103, 42 m2
10 Diamet er = SQRT(4*A
surf ace/ 3, 14)
= 11, 48 m
IX AEROBIC SLUDGE DIGESTER (ASD)
1 Sol id l oading = 4 kg/ m2. hari (1, 6 - 4, 8)
2 Juml ah bak yang diperl ukan = 2 bak
3 Massa l umpur BP I = 0, 55 * beban SS maks = 5132, 16 kg/ hari
4 Massa l umpur BP II = (0, 45*SSm*0, 9)+(0, 45*BODm*0, 9)
= 7278, 34 kg/ hari
5 Massa l umpur t ot al (M t ot ) = Massa BP I + BP II = 12410, 50 kg/ hari
6 Q l umpur BP I = Massa BP I / 0, 08 / 1030 = 62, 28 m3/ hari
7 Q l umpur BP II = Massa BP II/ 0, 008/ 1005 = 905, 27 m3/ hari
8 Q l umpur t ot al = Q l umpur BP I + BP II = 967, 55 m3/ hari
9 Temperat ur = 25 o
10 HRT (8c) = 500 / t emperat ur = 20 hari
11 Vol ume digest er = Q l umpur t ot al * HRC = 19350, 98 m3
12 Kedal aman rencana (h) = 10 m
13 A surf ace = Vol ume digest er / h = 1935, 10 m2
14 Diamet er = SQRT(4*A surf ace/ 3, 14) = 49, 65 m
XI
LUAS LAHAN YANG DIPERLUKAN
1
Sumur pengumpul
= 32
m
22
Bar screen
= 1, 62
m
23
Grit Chamber
= 18
m
24
Bak Pengendap I
= 263, 23
m
25
Act ivat ed Sludge
= 1662, 12
m
26
Bak Pengendap II
= 694, 75
m
27
Desinf eksi
= 141, 82
m
28
Sludge Thickener
= 206, 84
m
29
Aerobic Sludge
Digest er (ASD)
= 3870, 20
m
210
Sludge Drying Bed
(SDB)
= 4402
m
2Luas lahan t ot al
= 11291, 224
m
2, at au
5. MENGHITUNG KESETIMBANGAN MASSA
(
SOLIDS BALANCE
)
Keset imbangan massa unt uk set iap unit BPAB
perl u dit et apkan agar dapat digunakan unt uk
menent ukan kesesuaian hasil pengol ahan
dengan perat uran yang berl aku dan dal am
proses penet apan dimensi unit pengol ahan
l umpur
Perhit ungan
sol i ds-bal ance menggunakan debit
Kualit as influen air limbah
BOD
5= 71 mg/ l
COD
= 147 mg/ l
TSS
= 116 mg/ l
NH
3-bebas
= 0, 184 mg/ l
Det ergen
= 0, 2566 mg/ l
Phenol
= 0 mg/ l
Sisa klor (Cl
2)
= 0 mg/ l
Phosphat (ort ho)
= 0, 4121 mg/ l
Kuant it as influen air limbah
Q. ave
= 0, 4709 l/ det
= 40, 6879 m3/ hari
Q. min
= 0, 2355 l/ det
= 20, 3440 m3/ hari
Q. maks
= 0, 4709 l/ det
= 40, 6879 m3/ hari
Qp
= 0, 7064 l/ det
= 61, 0319 m3/ hari
Baku mut u limbah cair unt uk kegiat an rumah sakit
BOD5
= 30 mg/ l
COD
= 80 mg/ l
TSS
= 30 mg/ l
NH3-bebas
= 0, 1 mg/ l
Det ergen
= 0, 5 mg/ l
Phenol
= 0, 01 mg/ l
[ Akumulasi ] = [ input ] – [ penurunan karena reaksi] - [ out ]
Gambar Sket sa Reakt or unt uk Anal isis Mass Bal ance
a. Perhit ungan mass balance unt uk grit chamber
Mass balance sebelum grit chamber
MBOD = Q * BOD/ 1000
= 2, 8888 kg/ hari
(ut k Q. ave)
= 1, 4444 kg/ hari
(ut k Q. min)
= 2, 8888 kg/ hari
(ut k Q. maks)
= 4, 3333 kg/ hari
(ut k Qp)
MCOD = Q * COD/ 1000
= 5, 9811 kg/ hari
(ut k Q. ave)
= 2, 9906 kg/ hari
(ut k Q. min)
= 5, 9811 kg/ hari
(ut k Q. maks)
= 8, 9717 kg/ hari
(ut k Qp)
MTSS = Q * TSS/ 1000
Mass balance set elah grit chamber
Removal BOD5 dan TSS dalam grit chamber kecil. Oleh karena
it u, diasumsikan bahwa konsent rasi BOD5 dan TSS yang keluar
dari grit chamber sama dengan kualit as inf luen air limbah
(Qasim, 1985)
MBOD = 2, 8888 kg/ hari
(ut k Q. ave)
= 1, 4444 kg/ hari
(ut k Q. min)
= 2, 8888 kg/ hari
(ut k Q. maks)
= 4, 3333 kg/ hari
(ut k Qp)
MCOD= 5, 9811 kg/ hari
(ut k Q. ave)
= 2, 9906 kg/ hari
(ut k Q. min)
= 5, 9811 kg/ hari
(ut k Q. maks)
= 8, 9717 kg/ hari
(ut k Qp)
b. Perhit ungan mass balance unt uk bak pengendap I
Mass balance sebelum bak pengendap I
Mass balance sebelum bak pengendap I sama dengan mass
balance set elah grit chamber, yait u:
MBOD = 2, 8888 kg/ hari
(ut k Q. ave)
= 1, 4444 kg/ hari
(ut k Q. min)
= 2, 8888 kg/ hari
(ut k Q. maks)
= 4, 3333 kg/ hari
(ut k Qp)
MCOD= 5, 9811 kg/ hari
(ut k Q. ave)
= 2, 9906 kg/ hari
(ut k Q. min)
= 5, 9811 kg/ hari
(ut k Q. maks)
= 8, 9717 kg/ hari
(ut k Qp)
Mass balance set elah bak pengendap I
Removal BOD
= 30 % (25-40%, Eddy dan Met calf , 1991)
Removal TSS
= 60 % (50-70%, Eddy dan Met calf , 1991)
MBOD
= 30 % * MBOD
= 0, 8667 kg/ hari
(ut k Q. ave)
= 0, 4333 kg/ hari
(ut k Q. min)
= 0, 8667 kg/ hari
(ut k Q. maks)
= 1, 3000 kg/ hari
(ut k Qp)
MTSS
= 60 % * MTSS
Sludge solid concent rat ion dari bak pengendap I sebesar 5% =
50000 mg/ l = 50 kg/ m3 (Tabel 12-8, Eddy dan Met calf , 1991)
Q
= MTSS/ TSS
= 0, 0566 m3/ hari
(ut k Q. ave)
= 0, 0283 m3/ hari
(ut k Q. min)
= 0, 0566 m3/ hari
(ut k Q. maks)
= 0, 0850 m3/ hari
(ut k Qp)
BOD
= MBOD/ Q
= 15, 3017 mg/ l
(ut k Q. ave)
= 15, 3017 mg/ l
(ut k Q. min)
= 15, 3017 mg/ l
(ut k Q. maks)
= 15, 3017 mg/ l
(ut k Qp)
TSS
= MTSS/ Q
c. Perhit ungan mass balance unt uk t angki aerasi Mass balance sebelum t angki aerasi
Mass balance sebelum t angki aerasi sama dengan mass balance set elah BP I, yait u:
Mass balance set elah t angki aerasi
Input dat a
d. Perhit ungan mass balance unt uk secondary clarifier
Per hi t ungan
Qw
= Px/ TSS
(TSS = 8000-12000, diambil TSS = 10000)
= 7, 1093. 10-5 m3/ hari (ut k Q. ave)
= 3, 5546. 10-5 m3/ hari (ut k Q. min)
= 7, 1093. 10-5 m3/ hari (ut k Q. maks)
= 1, 0664. 10-4 m3/ hari (ut k Qp)
BODin * Qin
= 0, 002022 mg/ hari
(ut k Q. ave)
= 0, 001011 mg/ hari
(ut k Q. min)
= 0, 002022 mg/ hari
(ut k Q. maks)
= 0, 003033 mg/ hari
(ut k Qp)
Qair
= Qin-Qw
= 4, 0631. 101 m3/ hari
(ut k Q. ave)
= 2, 0316. 101 m3/ hari
(ut k Q. min)
= 4, 0631. 101 m3/ hari
(ut k Q. maks)
= 6, 0947. 101 m3/ hari
(ut k Qp)
6. MENGATUR TATA LETAK
(LAYOUT )
1.
Geomet ri lokasi BPAL
2.Topografi lokasi
3.
Kondisi t anah dan
pondasi
4.
Lokasi saluran
pengumpul air limbah
5.
Lokasi pembuangan air
hasil pengolahan
6.
Gradien hidrolis lokasi
7.Jenis-j enis proses
8.
Efisiensi pengolahan
proses
9.
Akses t ransport asi
10.Aksesibilit as unt uk
pekerj a
11.
Reliabilit as dan ekonomi
operat ional
12.
Est et ika
13.
Lingkungan
14.
Ket ersediaan lahan unt uk
7. MENGEVALUASI PROFIL HIDROLIS
(Plant Hydraulics
)
• Perhit ungan hidrolis ini dilakukan unt uk
debit rat a-rat a
dan/ at au debit puncak
• Perhit ungan hidrolis ini diperlukan unt uk menghit ung
dimensi saluran penghubung unit dan unt uk menet apkan
level masing-masing unit BPAB pada lahan yang disediakan
dengan cara menghit ung kehilangan t ekanan (
headl oss)
akibat aliran
Per t i mbangan umum :
1. Ekualisasi pemisahan aliran dari set iap unit
2. Pengadaan
bypass t erhadap pengolahan t ahap II unt uk
menghindari kehilangan biomassa pada saat aliran puncak
3. Meminimalisasi j umlah perubahan arah aliran air limbah
Tabel Headloss t ipikal unit -unit BPAL