EVALUASI DESAIN INSTALASI PENGOLAHAN AIR LIMBAH (IPAL) DI HOTEL MADANI MEDAN
TUGAS AKHIR
PUTRI HUSADA BATUBARA 150407012
Ir. Netti Helina, MT Muhammad Faisal, ST,MT
Dosen Pembimbing I Pembimbing Kedua
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2019
EVALUASI DESAIN INSTALASI PENGOLAHAN AIR LIMBAH (IPAL) DI HOTEL MADANI MEDAN
TUGAS AKHIR
Oleh
PUTRI HUSADA BATUBARA 15 0407 012
TUGAS AKHIR INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2019
i KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah Penulis ucapkan kepada Allah Swa yang telah memberikan rahmad dan ridhanya sehingga Penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul Evaluasi Desain Instalasi Pengolahan Air Limbah di Hotel Madani Medan.
Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi salah satu syarat dalam menyelesaikan perkuliahan pada Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, Penulis banyak menerima dukungan, bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini Penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Ibu Ir. Netti Herlina, M.T selaku Ketua Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Serta selaku Dosen Pembimbing I yang telah banyak memberikan masukan, motivasi dan bimbingan kepada penulis selama penulisan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Muhammad Faisal, ST,MT selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan masukan dan bimbingan kepada Penulis.
3. Ibu Isra’ Suryati, ST,Msi selaku koordinator Tugas Akhir yang telah banyak membantu Penulis.
4. Ayahanda dan Ibunda serta abang-abang dan adik-adik yang selalu mendoakan dan telah menjadi motivasi terbesar Penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, Penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan baik isi ataupun kesalahan penulis. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kriktik maupun saran yang sangat penting untuk semakin menyempurnakan studi yang berkaitan dengan judul tugas akhir ini ke depannya.
Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, Agustus 2019
Penulis
iii ABSTRAK
Air limbah dari Hotel Madani Medan adalah salah satu air buangan yang berkonstribusi menimbulkan pencemaran jika tidak diolah terlebih dahulu. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi kinerja teknologi pengolahan limbah cair tersebut dan mendesain alternatif pengolahan melalui pemilihan teknologi IPAL yang akan digunakan yaitu Lumpur Aktif.
Metode pengumpulan data yang digunakan adalah survei lapangan, dokumentasi, analisis laboratorium untuk mengetahui karakteristik fisika-kimia air limbah dan desain teknologi dengan menggunakan Auto CAD 2016. Hasil penelitian menunjukan bahwa parameter BOD = 79,94 mg/l (masih diatas baku mutu yang diisyaratkan yaitu 30 mg/l), parameter COD = 1326 mg/l (masih diatas baku mutu yang diisyaratkan yaitu 100 mg/l), parameter TSS = 137 mg/l (masih diatas baku mutu yang diisyaratkan yaitu 30 mg/l), parameter amoniak = 6,48 mg/l (masih diatas baku mutu diisyaratkan yaitu 10 mg/l) dan parameter pH = 3,4 (belum memenuhi baku mutu yang diisyaratkan yaitu 6-9). Hasil perhitungan diperoleh debit harian yaitu 250 m3/hari. Tahapan pengolahan yang dibutuhkan untuk mengurangi kandungan kontaminan adalah bak ekualisasi, bak pengendap awal, bak aerasi, bak pengendap akhir dan bak klorinasi.
Setelah perencanaan IPAL tersebut diperkirakan effluent yang dihasilkan memenuhi baku mutu yaitu BOD5= 1,006 mg/l, COD= 41,35 mg/l dan TSS= 5,75 mg/l. rencana anggaran baiaya perencanaan IPAL dengan Activated Sludge dihitug menggunakan metode Bill Of Quantity (BOQ).
Kata kunci: Air Limbah Hotel Madani, kualitas air limbah, Lumpur Akif, Standar Kualitas.
iv ABSTRAK
Wastewater from Madani Hotel Medan Indonesia is one contributing cause wastewater pollution if not processed first. This study aimed to evaluate the performance of the wastewater treatment technology and design through the selection of alternative processing technologies Activated Sludge. The data collection method used was a field survey, documentation laboratory analysis to determine the physico-chemical characteristics of the wastewater and design technology by using Auto CAD 2016. Results showed that BOD = 79,94 mg / l ( still above the implied quality standard of 30 mg / l ) , COD = 1326 mg / l ( still above the standards implied ie 100 mg / l ) , the parameters TSS = 137 mg / l ( still above the implied quality standard is 30mg / l ) , parameters of NH3 = 6,48 mg / l ( still above the quality standard of 10 mg hinted / l ) and the parameters of pH = 3,4 (stiil above the quality standard of 6-9) . the analysis result obtained was the discharge as much as 250m3/day. The processing stage required to reduce the contaminant content ware equalization basin, fisrt sedimentation basin, aeration basin, final sedimentation basin, and clorinasi basin. After the presence of water treatment plant, effluent estimate that produced would fulfil the standard quality, that ware BOD5= 1,006 mg/l, COD= 41,35 mg/l and TSS= 5,75 mg/l. Based on the calculation the budghet plan required to build water treatment plant Activated Sludge in Madani Hotel Medan with metode Bill O Quantity (BOQ).
Keyword: Hotel wastewater, Water quality, Activated Sludge, Standard quality
vi DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR i
ABSTRAK ii
DAFTAR ISI iv
DAFTAR TABEL vi
DAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR LAMPIRAN viii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang I-1
1.2 Rumusan Masalah I-5
1.3 Tujuan Penelitian I-5
1.4 Ruang Lingkup I-5
1.5 Manfaat Penelitian I-5
1.6 Sistematika Penulisan I-5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Air Limbah II-1
2.2 Sumber-sumber Air Limbah II-2
2.3 Karakteristik Air Limbah II-3
2.3.1 Karakteristik Fisik II-5
2.3.2 Karakteristik Kimia II-6
2.2.2.1 Kimia Anorganik II-6
2.3.2.2 Kimia Organik II-7
2.3.2.3 Gas II-8
2.3.2.4 Pengukuran Kandungan Organik II-8
2.2.3 Karakteristik Biologi II-9
2.4 Proses Penghilangan Polutan Air Limbah II-10
2.5 Teknologi Pengolahan Air Limbah II-11
2.5.1 Pengolahan Pendahuluan (Preliminary Treatment) II-12
2.5.1.1 Screening II-12
2.5.1.2 Grit Removal II-13
2.5.1.3 Bak Ekualisasi II-14
2.5.2 Pengolahan Primer (Primary Treatment) II-15
2.5.2.1 Sedimentasi Primer (Primary Sedimentation) II-16 2.5.3 Pengolahan Sekunder (secondary Treatment) II-17
2.5.3.1 Pengolahan Biologis II-17
2.5.3.2 Biofilter Anaerob-Aerob II-20
2.5.3.3 Lumpur Aktif (Activated Sludge) II-23
2.5.3.4 Rotating Biological Contactor (RBC) II-28
2.5.4 Disinfeksi II-30
2.5.5 Pengolahan Lanjutan (Advanced Treatment) II-33
2.6 Air Limbah Perhotelan II-34
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Waktu Dan Tempat III-1
3.2 Diagram Alir III-1
3.3 Tahap Perencanaan III-3
v
3.4 Kebutuhan Data Dan Alat III-7
BAB IV METODE PENELITIAN
4.1 Aktivitas Kegiatan IV-1
4.2 Kuantitas Air Limbah Hotel IV-1
4.3 Kualitas Air Limbah Hotel IV-3
4.4 Gambaran Umum IPAL Hotel IV-3
4.5 Unit Pengolahan IV-5
4.6 Evaluasi dan Perhitungan Desain Unit Pengolahan IV-7
4.6.1 Bak Ekualisasi IV-9
4.6.2 Bak Pengendap Awal IV-10
4.6.3 Bak Aerasi IV-14
4.6.4 Bak Pengendap Akhir IV-15
4.6.5 Bak Desinfeksi IV-16
4.7 Rekapitulasi Desain IV-17
4.8 Spesifikasi Teknis IV-17
4.8.1 Bak Ekualisasi IV-18
4.8.2 Bak Pengendap Awal IV-18
4.8.3 Bak Aerasi IV-18
4.8.4 Bak Pengendap Akhir IV-19
4.8.5 Bak Desinfeksi IV-19
4.9 Lokasi IPAL IV-21
BAB IV Bill Of Quantiry (BOQ)
5.1 Umum V-17
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan VI-1
6.2 Saran VI-2
DAFTAR PUSTAKA
vi DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Tabel Penelitian Terdahulu ... I-4 Tabel 2.1 Baku Mutu Air Limbah Domestik Tersendiri ... II-2 Tabel 2.2 Karakteristik Limbah Domestik Secara Umum ... II-4 Tabel 2.3 Unit Operasi dan Proses untuk Menghilangkan Konstituen Pada Air
Limbah ... II-11 Tabel 2.4 Kriteria Desain Tangki Sedimentasi Primer ... II-16 Tabel 2.5 Klasifikasi Trickling Filter ... II-23 Tabel 2.6 Perbandingan Luas Permukaan Spesifik Media Biofilter ... II-23 Tabel 2.7 Kriteria Desain Lumpur Aktif Tipe Extended Aeration ... II-27 Tabel 2.8 Perbandingan Proses Pengolahan Air Limbah RBC dengan Lumpur
Aktif ... II-30 Tabel 2.9 Karakteristik Disinfektan yang Ideal ... II-31 Tabel 2.10 Perbandingan Ideal dan Aktual Disinfektan yang Umum Digunakan ... II-32 Tabel 2.11 Karakteristik Air Limbah Perhotelan ... II-34 Tabel 3.1 Daftar Kebutuhan Data dan Alat ... III-7 Tabel 4.1 Data kualitas Air ... IV-3 Tabel 4.2 Efisiensi Penghilangan Bahan Pencemar Bak Pengendap Awal ... IV-8 Tabel 4.3 Efisiensi Penghilangan Bahan Pencemar Bak Aerasi ... IV-9 Tabel 4.4 Efisiensi Penghilangan Bahan Pencemar Bak Pengendap Awal ... IV-8 Tabel 4.5 Efisiensi Penghilangan Bahan Pencemar Bak Pengendap Akhir ... IV-13 Tabel 4.2 Rekapitulasi Desain ... IV-14 Tabel 5.1 Bill Of Quantity (BOQ) Tugas akhir ... V-1
vii DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Komposisi Air Limbah ... II-4 Gambar 2.2 Proses Pengolahan Air Limbah Secara Biologis ... II-19 Gambar 2.3 Diagram Proses Pengolahan Biofilter Anaerob-Aerob ... II-21 Gambar 2.4 Diagram Proses Pengolahan Air Limbah dengan Sistem RBC ... II-28 Gambar 3.1 Diagram Alir Perencanaan ... III-2 Gambar 3.2 Lokasi Hotel Madani Medan ... III-7 Gambar 4.1 Diagram Pengolahan Air Limbah Hotel Madani ... IV-7 Gambar 4.2 Diagram Alir Pengolahan Hotel Madani Medan ... IV-6 Gambar 4.3 Diagram Alir Efisiensi Pengolahan Perencanaan IPAL
Hotel Madani Medan ... IV-7 Gambar 4.4 Tampak Atas Bak Ekualisasi ... IV-9 Gambar 4.4 Tampak Atas Bak Sedimentasi Awal ... IV-10 Gambar 4.6 Tampak Atas Bak Aerasi ... IV-14 Gambar 4.7 Tampak Atas Bak Sedimentasi Akhir ... IV-16 Gambar 4.8 Tampak Atas Bak Desinfeksi ... IV-17 Gambar 4.9 Lokasi IPAL ... IV-21
xiii DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran I : Baku Mutu Limbah Domestik
Lampiran II : Hasil Uji Kualitas Air Limbah Hotel Madani
Lampiran II : IPAL terdahulu Hotel Madani
BAB I PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang
Air buangan merupakan air bekas pemakaian, baik pemakaian domestik maupun pemakian dalam proses dan operasi industri. Air pemakaian domestik, tidak hanya dalam ruang lingkup pemukiman, tetapi juga dalam kantor-kantor institusional, hotel, tempat hiburan, daerah komersial bahkan dalam lingkungan industri yaitu dari fasilitas saniter seperti bak cuci, kamar mandi, dan lain sebagainya. Air bekas pemakaian rumah tangga dapat disebut dengan air limbah domestik. Sedangkan air bekas pemakaian proses dan operasi industri dapat disebut dengan air limbah industri (Hardjosuprapto,2000:1).
Berdasarkan Keputusan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 112 Tahun 2003 tentang Baku Mutu Air Limbah Domestik adalah air limbah yang berasal dari usaha atau kegiatan permukiman (real estate). Air limbah domestik berasal dari kamar mandi, pencucian pakaian dan alat-alat dapur serta kegiatan rumah tangga lainnya. Air limbah domestik berpotensi mencemari lingkungan apabila tidak dikelola dengan baik (Sugiharto,1987). Menurut Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001, pencemaran air didefenisikan sebagai masuk atau dimasukkannya makhluk hidup, zat, energi dan atau komponen lain ke dalam air oleh kegiatan manusia sehingga kualitas air turun sampai ke tingkat tertentu menyebabkan air tidak dapat berfungsi sesuai peruntukannya.
Semakin banyak jumlah penduduk dalam suatu lingkungan, akan semakin banyak air limbah yang dihasilkan.
Karakteristik air limbah domestik terdiri dari bahan organik (karbohidrat, protein dan lemak), deterjen dan partikel bahan organik (Santoso,2014). Berdasarkan hasil penelitian Flint (1992), komposisi limbah domestik yaitu lemak 33%, protein 25%, selulosa 8%, pati 8%, lignin 6%, abu 20% dengan nilai BOD (Biological Oxigen Demand) antara 275-300 ppm. Tingginya kandungan organik tersebut dapat menyebabkan oksigen di dalam perairan menjadi rendah karena oksigen tersebut dimanfaatkan oleh mikroorganisme untuk respirasi dalam menguraikan bahan organik.
Limbah rumah tangga merupakan salah satu faktor yang menyebabkan pencemaran lingkungan khusunya air sungai. Karena dari limbah rumah tangga dihasilkan beberapa
I-2 zat organik dan anorganik yang dibuang dan dialirkan melalui selokan-selokan dan akhirnya bermuara ke sungai (Milovanovic,2007).
Dengan meningkatnya sektor industri, salah satunya hotel dapat memberikan manfaat bagi kesejahteraan masyarakat. Namun, selain meningkatkan kesejahteraan masyarakat peningkatan sektor industri juga dapat menimbulkan dampak bagi lingkungan.
Peningkatan pencemaran lingkungan juga diakibatkan dari meningkatnya jumlah penduduk serta aktifitasnya. Limbah cair yang tidak dikelola dengan baik akan dapat menimbulkan bahaya terhadap lingkungan dan kesehatan manusia serta makhluk hidup lainya.
Pencemaran oleh hotel, diperkirakan kontribusi pencemaran organik limbah industri hotel, pada badan air secara rata-rata adalah 25-50%. Program upaya menurunkan pencemaran oleh buangan limbah hotel belum dapat mencapai tujuan karena adanya kelemahan pada kemampuan pemerintah untuk memantau buangan industri dan menerapkan baku mutu air limbah. Selain juga adanya kelemahan pada kemampuan industri untuk merancang dan mengoperasikan sistem pengolahan air limbah (Supriyatno, 2013).
Limbah cair perhotelan adalah limbah dalam bentuk cair yang dihasilkan oleh kegiatan hotel yang dibuang ke lingkungan dan diduga dapat menurunkan kualitas lingkungan.
Karena aktivitas yang ada hotel relatif sama seperti layaknya pemukiman, maka sumber limbah yang ada juga relatif sama seperti pada pemukiman dan fasilitas tambahan lainnya yang ada di hotel.
Karakteristik limbah cair dari hotel relatif sama seperti limbah cair domestik dari pemukiman, karena aktivitas yang ada di lingkungan pemukiman. Sementara jumlah limbah yang dihasilkan dari perhotelan tergantung dari jumlah kamar yang ada dan tingkat huniannya. Disamping itu juga dipengaruhi oleh fasilitas tambahan yang ada di hotel tersebut. Limbah perhotelan pada umumnya mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: senyawa fisik, senyawa kimia organik, senyawa kimia inorganik dan unsur biologi. Rata-rata karateristik limbah perhotelan adalah sebagai berikut: konsentrasi
I-3 BOD di dalam air limbah 200-300 mg/lt. Dan konsentrasi SS di dalam air limbah 200- 250 mg/l.
Menurut Morimura dan Soufyan standar pemakaian air untuk hotel adalah 250-300 liter per orang per hari dan untuk karyawan adalah 120-150 liter per karyawan per hari.
Biasanya karyawan yang masuk dibagi tiga shif kerja, sehingga misalkan jumlah seluruh karyawan 120 orang, maka rata-rata setiap shif kerja ada 40 orang. Dengan demikian jumlah pemakaian air untuk karyawan dihitung untuk 40 orang x jumlah pemakaian air setiap hari (120-150 liter/hari).
Dalam penelitian ini yang menjadi lokasi penelitian adalah salah satu hotel di Kota Medan yaitu Hotel Madani Medan. Hotel Madani Medan beralamatkan di Jalan Sisingamangaraja No. 1 Kecamatan Medan Kota dengan luas bangunan 11320 m2. Hotel Madani memiliki jumlah kamar sebanyak 200 kamar, dengan tambahan fasilitas lainnya seperti Restaurant, Cafe, Laounge, Bussines Centre, Mushalla dan Laundry khusus untuk tamu. Sumber air Hotel Madani berasal dari air PDAM dan air tanah. Rata rata jumlah pengunjung Hotel Madani adalah sekitar 6004 orang/bulan. Dengan fasilitas dan rata-rata jumlah pengunjung yang demikian kapasitas pemakaian air Hotel Madani Perbulannya adalah 30.000 m3/detik perbulan.
Sesuai dengan Peraturan Pemerintah Kota Medan No.13 Tahun 2003 tentang “Izin Pengelolaan dan Pemanfaatn Limbah yang berbunyi “Setiap Orang atau Pribadi yang Menyelenggarakan Usaha dan/ atau Kegiatan yang Menghasilkan Limbah Wajib Melakukan Pengelolaan Limbah Hasil Usaha dan/atau Kegiatan”. Hotel Madani Medan sudah memiliki Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) nya sendiri yang dibangun pada tahun 2004. Namun, dari tahun 2004 sampai dengan sekarang ini IPAL Hotel Madani tersebut belum pernah dioperasikan. Berbagai kendala masih menghadang pihak hotel dalam upaya pengolahan air limbahnya. Kendala-kendala tersebut antara lain persepsi tingginya biaya operasional yang harus ditanggung dan faktor-faktor Sumber Daya Manusia (SDM) yang tidak mencukupi dan sebagainya.
I-4 Biaya pengolahan air limbah yang tinggi bisa ditekan dengan pemilihan teknologi pengolahan air yang tepat. Pengolahan air limbah ditujukan untuk mengurangi kandungan bahan pencemar dalam air seperti senyawa organik padatan, tersuspensi dan mikroba pathogen. Pengolahan air limbah dilakukan sampai batas tertentu sehingga air limbah tidak mencemari lingkungan (Said,2011)
I-5 Tabel 1.1 Penelitian Terdahulu
Adapun studi-studi terdahulu mengenai perancangan desain Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) di hotel dapat dilihat pada tabel berikut ini:
Tabel 1.1. Studi-studi Terdahulu
No. Nama Peneliti Tahun Universitas/Instansi Judul Perancangan Lokasi IPAL
Proses Pengolahan
Limbah 1. Hutomo Dwi Prabowo
dan Ipung Fitri Purwanti 2013 Institut Teknologi Sepuluh November
Evaluasi Instalasi Pengolahan Air Limbah Hotel X di Surabaya
Hotel X,
Surabaya Activated Sludge
2. Miki Randi, Syarfi
Daud, Ivaini Andesgur 2016 Universitas Riau
Pengolahan Limbah Cair Hotel Dengan Membran Ultrafiltrasi Aliran Cross Flow
dan Pencucian Kimia Membran
Riau Membran
Ultrafiltrasi
3. Muhammad Rizal 2010 Politeknik Negeri Semarang
Pengolahan Limbah Cair Hotel Horison Palembang Dengan Proses Sewage
Treatment plant (STP)
IPAL Hotel Horison, Palembang
Sewage Treatment Plant
4.
Nusa Idaman Said, M.Eng., Ir. Setiyono, M.Si., dan Ir. Ruliasih
Marsidi
2015 Pusat Teknologi
Lingkungan, BPPT Pengolahan Limbah Industri Perhotelan Proses Biofilter Anaerob-Aerob
5. R. Taruna A, Irawan
W, W, Endo Sutrisno 2015
Universitas Diponegoro Desain Pengolahan Air Limbah Resort Hotel di Kawasan Pantai Widuri
Pemalang
IPAL Resort
Hotel
Koagulasi- Biofilter dan
Anaerobik
I-6 1.2. Rumusan Masalah
Adapun yang menjadi rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana kualitas air limbah yang dihasilkan dari Hotel Madani Medan?
2. Merencanakan sistem pengolahan air limbah yang sesuai untuk diterapkan di Hotel Madani Medan berdasarkan studi penelitian
3. Bill Of Quantity (BOQ) yang dibutuhkan dalam perencanaan sistem pengolahan air limbah di Hotel Madani Medan.
1.3.Tujuan Perancangan
Adapun tujuan perancangan ini adalah:
1. Mengetahui kualitas air limbah yang di hasilkan Hotel Madani Medan..
2. Analisis bangunan IPAL terdahulu
3. Merancang bangunan-bangunan sistem pengolahan air buangan yang sesuai dengan sistem pengolahan yang direncanakan.
4. Menghitung Bill Of Quantity (BOQ) yang digunakan dalam perancangan bangunan pengolahan air limbah di Hotel Madani Medan.
1.4.Ruang Lingkup
Adapun ruang lingkup yang akan dibahas adalah aspek-aspek sistem pengolahan air limbah berupa analisis bangunan IPAL yang sudah ada, debit aliran, pemilihan metode pengolahan yang sesuai, perencanaan dan perancangan bangunan instalasi pengolahan air limbah, perhitungan Bill Of Quantity dan sumber air limbah yang akan diuji berasal dari outlet drainase Hotel Madani Medan.
1.5.Manfaat Perancangan Rancangan ini diharapkan dapat:
1. Mengembangkan penerapan ilmu pengetahuan di dalam bidang Teknik Lingkungan berdasarkan ilmu pengetahuan yang didapatkan di dalam perkuliahan.
2. Memberikan masukan dan acuan perancangan kepada pengembang untuk merencanakan Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) yang sesuai dengan karakteristik air limbah di Hotel Madani Medan.
1.6 Sistematiika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
BAB I : PENDAHULUAN
I-7 Berisi latar belakang, tujuan perancangan, rumusan masalah, manfaat perancangan, ruang lingkup perancangan serta sistematika penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Berisi kajian teori dan pemahaman tentang sistem pengolahan air limbah, teknologi- teknologi pengolahan air limbah, bakun mutu air limbah dan kelibihan serta kekurangan dari setiap unit-unit pengolahan air limbah.
BAB III : ALUR PERANCANGAN
Bab ini menjelaskan metode peracangan yang mencakup diagram alir, lokasi perancangan, waktu perancangan, langkah-langkah perancangan serta pengambilan data.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini menjelaskan hasil dari perencanaan pada pengolahan air limbah hotel secara detail berisi rincian pembahasan dari hasil perhitungan dan visualisasi rencana pengolahan air limbah.
BAB V : BILL OF QUANTITY
Berisi rencana anggaran yang akan di keluarkan pada saat realisasi pekerjaan dan mengetahui seberapa besar investasi yang akan ditanamkan dalam pengembagan.
BAB VI : KESIMPULAN DAN SARAN
Berisi kesimpulan dan saran hasil perencanaan pengolahan air limbah di Hotel Madani Medan.
II-1 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Air Limbah
Masalah pencemaran air Indonesia telah menunjukkan gejala yang cukup drastis.
Penyebab dari pencemaran tidak hanya berasal dari buangan industri tetapi juga air buangan rumah tangga atau limbah domestik. Selain itu, rendahnya kesadaran sebagian masyarakat yang langsung membuang kotoran/tinja maupun sampah ke dalam sungai juga menyebabkan proses pencemaran sungai-sungai yang ada bertambah cepat.
Pengertian air limbah adalah air yang telah digunakan manusia dalam berbagai aktivitasnya. Air limbah tersebut dapat berasal dari aktivitas rumah tangga, perkantoran, pertokoan, fasilitas umum, industri maupun dari tempat-tempat lain. Atau, air limbah adalah air bekas yang tidak terpakai yang dihasilkan dari berbagai aktivitas manusia dalam memanfaatkan air bersih.
Cairan buangan yang berasal dari rumah tangga dan industri serta tempat-tempat umum lainnya dan mengandung bahan atau zat yang dapat membahayakan kesehatan manusia serta mengganggu kelestarian lingkungan hidup (Kusnoputranto, 1985).
Air limbah (waste water) adalah air buangan dari masyarakat, rumah tangga, industri, air tanah, air permukaan serta buangan lainnya (Sutapa DAI, 1999). Didalam limbah cair terkandung zat-zat pencemar dengan konsentrasi tertentu yang bila dimasukkan ke bahan air dapat mengubah kualitas airnya. Kualitas air merupakan pencerminan kandungan konsentrasi makhluk hidup, energi, zat-zat, atau komponen lain yang ada dalam air. Limbah cair mempunyai efek negative bagi lingkungan karena mengandung zat-zat beracun yang mengganggu keseimbangan lingkungan dan kehidupan makhluk hidup yang terdapat di dalamnya.
Berdasarkan Permen Menteri Lingkungan Hidup No. 68 Tahun 2016, limbah cair adalah limbah cair lainnya adalah sisa yang dihasil oleh buangan pada setiap proses produksi atau aktivitas yang berupa cairan. Limbah cair dapat berupa air beserta bahan- bahan buangan lain yang tercampur, tersuspensi maupun terlarut dalam air. Limbah cair atau air buangan adalah sisa air yang dibuang yang berasal dari rumah tangga, industri maupun tempat-tempat umum lainnya, dan pada umumnya mengandung bahan-bahan
II-2 atau zat-zat yang dapat membahayakan bagi kesehatan manusia serta mengganggu lingkungan hidup (Permen LHK,2016). Berikut baku mutu air limbah domestik menurut Permen LHK no.68 Tahun 2016:
Tabel 2.1 Baku Mutu Air Limbah Domestik Tersendiri
Parameter Satuan Kadar Maksimum
pH - 6-9
BOD Mg/L 30
COD Mg/L 100
TSS Mg/L 30
Minyak & Lemak Mg/L 5
Amoniak Mg/L 10
Total Coliform Jumlah/100ml 3000
Debit L/orang/hari 100
Sumber: Permen LHK,2016
Pengolahan air limbah industri meliputi mekanisme dan proses yang biasa digunakan untuk mengolah air yang terkontaminasi atau tercemar akibat kegiatan industri atau kegiatan komersial sebelum dibuang ke lingkungan atau sebelum digunakan kembali.
Pada umumnya industri masih menghasilkan air limbah, walaupun negara maju kecenderungan saat ini meminimalkan atau menggunakan kembali (reuse) limbah di dalam proses produksinya.
2.2 Sumber-sumber Air Limbah
Sumber-sumber air limbah dibedakan menjadi 3,yaitu:
a. Air limbah industri
Air yang dihasilkan oleh industri, baik akibat proses produksi yang dihasilkan industri maupun dari proses lainnya. Limbah non domestik adalah limbah yang
II-3 berasal dari pabrik, industri, pertanian, peternakan, perikanan, transpotasi dan sumber-sumber lainnya (Eddy,2008).
b. Infiltrasi
Infiltrasi adalah masuknya air tanah ke dalam saluran air buangan melalui sambungan pipa, pipa bocor atau dinding manhole, sedangkan inflow adalah masuknya aliran air permukaan melalui tutup manhole, atap, area,cross connection saluran air hujan maupun air buangan (Eddy,2008).
c. Air limbah domestik atau rumah tangga
Limbah cair domestik adalah limbah cair yang berasal dari usaha dan atau kegiatan pemukiman, rumah makan, perkantoran, perniagaan, apartemen dan asrama. Air limbah domestik mengandung berbagai bahan yaitu kotoran, urine dan air bekas cucian yang mengandung deterjen, bakteri dan virus (Eddy,2008). (Black Water) dan air limbah non toilet (Grey Water). Air limbah toilet terdiri dari tinja, air kencing serta bilasan. Sedangkan, air limbah non toilet yakni air limbah yang berasal dari air mandi, air limbah cucian, air limbah dapur dan wastafel.
2.3 Karakteristik Air Limbah
Sesuai dengan sumber asalnya, maka air limbah mempunyai komposisi yang sangat bervariasi dari setiap tempat dan setiap saat. Akan tetapi secara garis besar air limbah terdiri dari air dan padatan, dimana padatan terdiri dari zat organik yang berupa karbohidrat, lemak, dan protein serta zat anorganik yang berupa garamgaram, logam- logam dan butiran.
Air limbah akan bertambah debitnya seiring pertambahan jumlah penduduk pada suatu daerah. Peningkatan ini menyebabkan kualitas dan kuantitas air buangan selalu bervariasi. Alr limbah dari segi karakteristiknya biasanya terdiri dari air limbah industri dan air limbah domestik.
II-4 Gambar 2.1 Komposisi Air Limbah (Sugiharto,1987)
Tabel 2.2 Karakteristik Limbah Domestik Secara Umum
No. Parameter Satuan Minimum Maksimum Rata-rata
1 BOD mg/l 31,52 675,33 353,43
2 COD 46,62 1183,4 615,01
3 Angka Permanganat (KMnO4)
mg/l 69,84 739,56 404,7
4 Amoniak (NH3) mg/l 10,79 158,73 84,76
5 Nitrit mg/l 0,013 0,274 0,1435
6 Klorida mg/l 29,74 103,73 66,735
7 Sulfat mg/l 81,3 120,6 100,96
8 pH mg/l 4,92 8,99 6,96
9 Zat Padat Tersuspensi mg/l 27,5 211 119,25
10 Deterjen mg/l 1,66 9,79 5,725
11 Minyak/Lemak mg/l 1 125 63
12 Cadmium (Cd) mg/l ttd 0,016 0,008
13 Timbal (Pb) mg/l 0,002 0,04 0,021
14 Tembaga (Cu) mg/l ttd 0,49 0,245
15 Besi (Fe) Mg/l 0,19 70 35,1
16 Warna Pt-Co 31 150 76
17 Phenol Mg/l 0,04 0,63 0,335
Sumber: Nusa Idaman Said,2008
Air Limbah
Air (99,9%)
Bahan Padat (0,1%)
Organik [protein (65%), karbohidrat (25%), lemak (10%)]
Anorganik (butiran garam,metal)
II-5 Karakteristik air limbah diperlukan untuk menentukan cara pengolahan yang tepat sehingga efektivitas dan efisiensinya dapat tercapai. Menurut Eddy (2008), ada beberapa karakteristik air buangan,yaitu:
2.3.1 Karakteristik Fisik
a. Padatan. Padatan merupakan material yang tersuspensi atau terlarut dalam air atau air limbah. Padatan dapat mempengaruhi kualitas limbah dengan berbagai cara. Padatan total (total solid) merupakan sisa bahan yang tersisa setelah penguapan dan pengeringan sampel selanjutnya dalam oven pada suhu tertentu (103 hingga 105oC). Padatan total pada dasrnya mencakup total padatan tersuspensi (total suspended solid), yang merupakan porsi padatan keseluruhan ditahan oleh filter dan diukur setelah pengeringan pada suhu 105oC, dan total padatan terlarut (total dissolved solid), yang merupakan bagian yang melewati filter berukuran pori 2 µm (atau lebih kecil) dibawah kondisi tertentu. (Standar Method,1998)
b. Bau. Karakteristik bau paling khas dari air limbah septik berasal dari hidrogen sulfida, yang diproduksi oleh mikroorganisme anaerob yang mengubah sulfat menjadi sulfida. Bau telah dinilai sebagai perhatian utama publik untuk pelaksanaan fasilitas pengolahan air limbah. Dalam bebrapa tahun terakhir, kontrol bau telah menjadi pertimbangan utama dalam desain dan operasi pengumpulan air limbah, pengolahan, dan fasilitas pembuanga, khususnya yang berkenaan dengan penerimaan publik dari fasilitas ini (Metcalf &Eddy,2004)
c. Temperatur. Temperatur berpengaruh terhadap aktifitas biologis dan kimiawi dalam air. Temperatur air limbah biasanya lebih tinggi dibanding air minum tergantung dari lokasi dan waktu, temperatur, temperatur effluen limbah lebih tinggi atau lebih rendah dibanding temperatur influen (Reynolds & Richards,1996)
d. Warna. Warna merupakan ciri kualitatif yang dapat dipakai untuk mengkaji kondisi umum air limbah. Jika warna coklat muda, maka umur air kurang dari 6 jam. Warna abu-abu muda sampai setengah tua merupakan tanda bahwa air limbah sedang mengalami pembusukan atau telah ada dalam sistem pengumpul untuk beberapa lama.
Bila warnanya abu-abu tua atau hitam, air limbah sudah membusuk setelah mengalami pembusukan oleh bakteri dengan kondisi anaerobik.
II-6 2.3.2 Karakteristik Kimia
Pada umumnya karakteristik kimia yang penting di dalam air buangan diantaranya adalah bahan organik yang terdiri dai protein, karbohidrat, minyak lemak, volatile organic compound dan pestisida. Sedangkan pengukurannya dilakukan dalam bentuk BOD dan COD. Kemudian bahan kimia organik yang terdiri dai logam berat, gas, DO, hidrogen sulfide dan metan.
2.3.2.1 Kimia Anorganik
Karakter kimia air limbah meliputi senyawa organik, senyawa anorganik dan gas.
Senyawa organik adalah karbon yang dikombinasikan dengan satu atau lebih elemen- elemen lain (O,N,P,H). Saat ini terdapat lebih dari dua juta senyawa organik yang telah diketahui. Senyawa anorganik terdiri atas semua kombinasi elemen yang bukan tersusun dari karbon organik (Metcalf & Eddy,2004)
Beberapa komponen anorganik air limbah dan air alami penting dalam membangun dan mengendalikan kualitas air. Konsentrasi konstituen anorganik juga meningkat oleh proses penguapan alami, yang menghilangkan sebagian air permukaan dan meninggalkan substansi anorganik dalam air. Karena konsentrasi berbagai konstituen anorganik dapat sangat mempengaruhi penggunaan menguntungkan dari air, adalah baik untuk memeriksa sifat dari beberapa kosntituen. (Standar Method,1998)
a. pH. Konsentrasi ion-hidrogen merupakan parameter kualitas penting dari perairan alam dan air limbah. Rentang konsentrasi yang cocok untuk keberadaan kehidupan sebagian besar kehidupan biologis cukup sempit dan kritis. Air limbah dengan konsentrasi ion-hidrogen yang merugikan ion sulit untuk ditangani dengan cara biologis, dan jika konsentrasi tidak berubah sebelum dibuang, effluen air limbah dapat mengubah konsetrasi di perrairan alami. (Metcalf & Eddy,2004)
b. Nitrogen. Unsur nitrogen dan fosfor sangat penting untuk pertumbuhan tanaman dan prostia dan karena itu dikenal sebagai nutrisi atau biostimulants. Kuantitas kecil unsur- unsur lain seperti besi juga diperlukan untuk pertumbuhan biologis, tetapi nitrogen dan fosfor, dalam banyak kasus merupakan nutrisi penting utama. Karena nitrogen adalah sebuah unsur pembangun penting dalam sintesis protein, data nitrogen akan dibutuhkan untuk mengevaluasi treatability air limbah dengan proses biologis. Nitrogen yang tidak
II-7 cukup dapat mengharuskan penambahan nitrogen untuk membuat air dapat diolah.
(Metcalf & Eddy,2004)
c. Fosfor. Fosfor juga penting untuk pertumbuhan alga dan organisme biologis lainnya.
Karena ganggang berbahaya yang terdapat di permukaan air, sehingga terdapat kebutuhan untuk mengendalikan jumlah senyawa fosfor yang memasuki perairan permukaan di pembangunan limbah domestik dan industri dan limpasan alami. Air limbah kota misalnya, terdapat mengandung 4-15 mg/l fosfor dalam bentuk P. (Metcalf
&Eddy, 2004)
d. Surfaktan. Surfaktan memasuki badan air dari limbah industri maupun rumah tangga.
Walaupun bukan merupakan senyawa yang beracun, surfaktan dapat mempengaruhi biota air. Deterjen dapat memberikan rasa dan bau pada konsetrasi 0,4-3 mg/l dalam air dan klorinasi dapat meningkatkan efeknya. (Chapman,1996)
2.3.3.2 Kimia Oragnik
Kimia organik secara umum terdiri dari kombinasi senyawa karbon, hydrogen, nitrogen dan oksigen. Material organik pada air limbah biasanya terdiri dari protein (40-60%), karbohidrat (25-60%), dan minyak dan lemak (8-12%). (Metcalf & Eddy,2004)
a. Minyak dan Lemak. Minyak adalah lemak yang bersifat cair. Keduanya mempunyai komponen utama karbon dan hidrogen yang mempunyai sifat tidak larut dalam air.
Bahan-bahan tersebut banyak terdapat pada makanan, hewan, manusia dan bahkan ada dalam tumbuh-tumbuhan sebagai minyak nabati. Sifat lainnya adalah relatif stabil, tidak mudah terdekomposisi oleh bakteri. Minyak dan lemak adalah senyawa-senyawa organik yang dapat diekstrak dari suatu larutan menggunakan heksan atau CFC.
(Sawyer et al.,1994).
Kandungan minyak dan lemak di dalam suatu air limbah dapat menimbulkan berbagai masalah baik di saluran maupun di dalam instalasi pengolahan air limbah itu sendiri.
Keberadaannya di dalam air permukaan dapat mengganggu kehidupan biota serta dapat menggangu estetika dengan terbentuknya materi-materi terapung dan lapisan film diatas permukaan air. (Metcalf & Eddy,2004).
II-8 2.3.2.3 Gas
Gas Pada umumnya ditemukan dalam air limbah mencakup nitrogen (N2), oksigen (O2), karbon dioksida (CO2), yang merupakan gas umum dari atmosfer dan akan ditemukan di seluruh perairan yang terkena udara, dan hidrogen sulfida (H2S), amonia (NH3), dan metana (CH4) yang berasal dari dekomposisi bahan organik pada air limbah. Meskipun tidak ditemukan dalam air limbah yang tidak diolah, gas-gas lainnya yang harus diketahui dalam pengolahan limbah yaitu klorin (Cl2)dan ozon (O3)(untuk desinfeksi dan kontrol bau), dan oksida sulfur dan nitrogen (proses pembakaran).
2.3.2.4 Pengukuran Kandungan Organik
Untuk menentukan kandungan organik dalam air limbah cair umumnya dipakai parameter Biological Oxygen Demand (BOD), dan Chemical Oxygen Demand (COD).
a. Biological Oxygen Demand (BOD)
BOD adalah jumlah kebutuhan oksigen yang diperlukan oleh mikroorganisme untuk mengoksidasi semyawa organik yang ada dalam limbah. Hasil analisa BOD menunjukkan besarnya kandungan senyawa organik yang dapat terbiodegradasi.
(Driyanti Rahayu, 2007)
Biological Oxygen Demandmerupakan analisa empiris yang mencoba mendekati secara global proses-proses mikrobiologis yang benar-benar terjadi dalam air. Dalam analisis BOD dilakukan pula pengukuran kandungan oksigen terlarut (DO) yang digunakan mikroorganisme dalam reaksi oksidasi terhadap materi organik, dan standar yang digunakan reaksi oksidasi dalam kurun waktu 5 hari pada suhu 20oC. Pemeriksaan BOD dilakukan untuk menentukan beban pencemaran akibat buangan dan untuk merancang sistem pengolahan biologis bagi air yang tercemar. Prinsip pemeriksaan BOD didasarkan atas reaksi oksidasi zat organik dengan oksigen di dalam air, dan proses tersebut berlangsung karena adanya bakteri. Sebagai hasil oksidasi akan terbentuk karbon dioksida, air dan amoniak. Dengan demikian zat organik yang ada dalam air diukur berdasarkan jumlah oksigen yang dibutuhkan bakteri untuk mengoksidasi zat organik tersebut. (Alaerts dan Santika,1987).
II-9 b. Chemical Oxygen Demand (COD)
Chemical Oxygen Demandatau kebutuhan oksigen kimiawi adalah jumlah kebutuhan oksigen yang diperlukan untuk mengoksidasi zat-zat organik. Angka COD merupakan ukuran bagi pencemaran air oleh zat-zat organik yang secara alamiah dapat dioksidasi melaui proses mikrobiologis dan mengakibatkan berkurangnya kandungan oksigen di dalam air. Hasil pengukuran COD dapat dipergunakan untuk memperkirakan BOD ultimate atau nilai BOD tidak dapat ditentukan karena bahan-bahan beracun.
Reaksi utama menggunakan dikromat sebagai agen pengoksidasi dapat direpresentasikan secara umum dengan persamaan tidak seimbang berikut:
Material organik (CaHbOc) + Cr2O7-2 + H+ catalyst heat Cr+3 + CO2 + H2O Tes COD juga digunakan untuk mengukur bahan organik dalam limbah industri dan kota yang mengandung senyawa yang beracun bagi kehidupan biologis. COD limbah secara umum lebih tinggi dari BOD karena senyawa kimia lebih dapat teroksidasi daripada yang bisa teroksidasi secara biologis. Untuk berbagai jenis limbah adalah mungkin untuk mengkorelasikan BOD dengan COD. Ini dapat sangat berguna karena COD dapat ditentukan dalam tiga jam, dibandingkan dengan lima hari untuk BOD.
Setelah dikorelasi telah ditetapkan, pengukuran COD dapat digunakan untuk mengontrol instalasi pengolahan dan operasi (Standard Method,1998)
2.3.2 Karakteristik Biologi
Karakteristik biologi pada air limbah merupakan hal yang penting untuk diketahui karena digunakan untuk mengontrol potensi terjadinya penyakit-penyakit bagi kehidupan manusia yang ditimbulkan oleh organisme patogen. Selain itu, reaksi-reaksi dalam air limbah seperti dekomposisi juga banyak melibatkan bakteri dan mikroorganisme lainnya. Organisme patogen yang ditemukan dalam air limbah dapat bersumber dari manusia ataupun hewan yang terinfeksi oleh penyakit tertentu, atau yang menjadi pembawa (carier) untuk infeksi penyakit tertentu. Organisme patogen yang ditemukan dalam air limbah dapat diklasifikasikan menjadi 4 kategori, antara lain ialah bakteri, protozoa, helmints, dan virus.
II-10 Bakteri merupakan kelompok mikroorganisme terpenting dalam sistem penanganan limbah. Bakteri ada yang bersifat patogen sehingga merugikan dan ada yang bersifat non-patogen. Bakteri patogen bermacam-macam bentuk dan jenisnya sehingga sulit dideteksi. Yang paling berbahaya adalah bakteri coli (E-Coli dan Streptococci). Bakteri coli berasal dari usus manusia dan makhluk hidup lain (ayam, sapi, itik, babi). Selain itu pada air limbah juga ditemukan ganggang (fitoplankton) yang hidup dengan memanfaatkan nutrien serta jamur yang bermanfaat dalam menguraikan senyawa karbon.
Analisa mikrobiologi untuk bakteri-bakteri tersebut maka diperlukan adanya indikator organisme. Indikator organisme menunjukkan adanya pencemaran oleh tinja manusia dan hewan sehingga mudah dideteksi. Dengan demikian bila indikator organisme tersebut ditemui dalam sampel air, berarti air tersebut tercemar oleh tinja dan kemungkinan besar mengandung bakteri patogen. Analisis menggunakan indikator organisme adalah metode yang paling umum dan dilaksanakan secara rutin.
(Gunawan,2006).
2.4 Proses Penghilangan Air Limbah
Pengolahan air limbah bertujuan menghilangkan parameter pencemar yang ada dalam air limbah sampai batas yang diperbolehkan untuk dibuang ke badan air sesuai dengan syarat baku mutu yang diizinkan. Pengolahan air limbah secara garis besar dapat dibagi menjadi pemisahan padatan tersuspensi (Solid Liquid separation), pemisahan senyawa koloid serta penghilangan senyawa polutan terlarut.
Penerapan masing-masing metode tergantung pada kualitas air baku dan kondisi fasilitas yang tersedia. Klasifikasi jenis proses pengolahan untuk menghilangkan senyawa pencemar dalam air limbah. Ditinjau dari urutannya proses pengolahan air limbah dapat dibagi menjadi pengolahan primer (Primary Treatment),pengolahan sekunder (Secondary Treatment), dan pengolahan lanjut (Advanced Treatment).
Pengolahan primer merupakan proses pengolahan pendahuluan untuk menghilangkan padatan tersuspensi, koloid serta penetralan yang umumnya menggunakan proses fisika atau kimia. Pengolahan sekunder merupakan proses untuk menghilangkan senyawa polutan organik terlarut pada umumnya delakukan secara biologis. Pengolahan lanjut adalah proses yang digunakan untuk menghasilkan air olahan dengan kualitas yang
II-11 lebih bagus sesuai dengan yang diharapkan. Prosesnya dapat dilakukan secara fisika, bilogi,kimia ataupun kombunasi dari ketiga proses tersebut.
2.5 Teknologi Pengolahan Air Limbah
Tujuan dari pengolahan air limbah adalah untuk mengurangi BOD, partikel tercampur, dan membunuh mikroorganisme pathogen, serta menghilangkan bahan nutrisi, komponen beracun yang tidak dapat didegradasi (Sugiharto, 1987).
Air limbah diolah dalam unit pengolahan sehingga air effluentnya bisa dibuang ke badan air tanpa menimbulkan gangguan.
Menurut Moersidik 1996, tujuan pengolahan limbah cair adalah:
a. Mengurangi jumlah padatan tersuspensi b. Mengurangi jumlah padatan terapung c. Mengurangi jumlah bahan organik d. Membunuh bakteri patogen
e. Mengurangi jumlah bahan kimia yang berbahaya dan beracun f. Mengurangi unsur nutrisi (N dan P) yang berlebihan
g. Mengurangi unsur lain yang dianggap dapat menimbulkan dampak negatif terhadap ekosistem
Metode yang digunakan untuk mengolah air limbah sering disebutkan sebagai unit operasi atau unit proses. Secara umum, unit operasi melibatkan penghilangan kontaminan dengan menggunakan gaya fisika, sementara unit proses melibatkan reaksi kimia dan atau biologis.
Unit operasi dan unit proses yang umumnya digunakan dalam pengolahan air limbah dapat dilihat pada tabel 2.2
Tabel 2.3 Unit Operasi dan Proses untuk Menghilangkan Konstituen Pada Air limbah
Kontaminan Unit Operasi atau Unit Proses Padatan Tersuspensi Screening
Grit Removal Sedimentasi
High-Rate Clarification
Flotasi Pengendapan kimia Depth Filtration Surface filtration
II-12 Organik yang biologis
dapat terurai secara (biodegradable)
Lagoon variations Sistem fisik kimia Oksidasi kimia Advanced oxidation Filtrasi membran
Variasi pertumbuhan Aerobik Suspended Variasi pertumbuhan Aerobik Attached Variasi pertumbuhan Anaerobik Suspended Variasi pertumbuhan Anaerobik Attached Nutrien
Nitrogen
Phosphorus
Nitrogen & phosphorus
Oksidasi kimia (breakpoint chlorination)
Variasi pertumbuhan nitrifikasi dan denitrifikasi Fixed-film nitrification dan denitrification variations
Air Stripping Pertukaran ion Pengolahan kimia
Penghilangan Fosforus secara Biologis Variasi Penghilangan Nutrien secara Biologis
Pathogen Chlorine compounds
Chlorine dioxide
Ozone
Radiasi Ultraviolet (UV) Koloidal dan
padatan terlarut
Membranes Pengolahankimia
Carbon Adsorption Pertukaran ion Sumber : Metcalf dan Eddy, 2004
2.5.1 Pengolahan Pendahuluan (Preliminary Treatment)
Dalam pengolahan air dan air limbah, pengolahan pendahuluan mungkin diperlukan untuk menghilangkan pengotor tertentu atau untuk membuat air atau air limbah dapat menerima pengolahan berikutnya.
Dalam pengolahan air limbah kota dan industri, pengolahan pendahuluan seperti screening dan shredding, grit removal, flow equalization, quality equalization dan netralisasi mungkin diperlukan. Untuk air limbah kota, screening dan shredding dan grit removal selalu diperlukan untuk kinerja instalasi pengolahan yang baik.
2.5.1.1 Screening
Screening atau biasa disebut dengan bar screen digunakan dalam pengolahan air limbah kota atau industri, untuk menghilangkan padatan kasar berupa potongan-potongan kayu,
II-13 bahan-bahan dari plastik, dan kain. Padatan yangdisaring kemudian dibuang ke wadah yang terletak di belakang screen untuk penyimpanan sebelum dibuang. Peran utama screening adalah untuk menghilangkan bahan-bahan kasar dari aliran yang dapat merusak peralatan proses selanjutnya, mengurangi keandalan dan efektivitas proses pengolahan secara keseluruhan, atau mencemari saluran air. Fine screen kadang-kadang digunakan di tempat setelah coarse screen, dimana penghilangan padatan yang lebih besar diperlukan untuk melindungi peralatan proses atau menghilangkan bahan-bahan yang dapat menghambat penggunaan kembali daribiosolids. (Reynolds & Richards, 1996).
Umumnya bar screen terbuat dari batangan besi/baja yang dipasang miring ke suatu kerangka yang melintang saluran. Ditempatkan dengan kemiringan 30o sampai 45o dari horizontal (Metcalf & Eddy, 2004). Tebal batang biasanya 5 sampai 15 mm dengan jarak antar batang 25 sampai 50 mm yang diatur sehingga tinja lolos. Bar screen didesain dengan perencanaan pada aliranpuncak (Qasim, 1985).
2.5.1.2 Grit Removal
Penghilangan grit dari air limbah dapat dicapai dalam grit chamber atau dengan pemisahan sentrifugal padatan. Grit chamber yang dirancang untuk menghapus grit, yang terdiri dari pasir, kerikil, arang, atau bahan padat lainnya yang memiliki velocity atau specific gravity lebih besar daripada zat padat organik dalam limbah cair. Grit chamber paling umum terletak setelah bar screen dan sebelum tangki sedimentasi primer. Tangki sedimentasi primer memiliki fungsi utama untuk menghilangkan padatan organik berat. Dalam beberapa instalasi, grit chamber mendahului fasilitas screening. Umumnya, pemasangan fasilitas screening sebelum grit chamber membuat operasi dan pemeliharaan fasilitas gritremoval lebih mudah. (Reynolds & Richards, 1996).
Grit chamber disediakan untuk melindungi peralatan mekanis bergerak dari abrasi dan keausan normal yang menyertainya, mengurangi frekuensi digester cleaning yang disebabkan oleh akumulasi grit yang berlebihan. Grit removal sangat penting untuk dipasang di depan sentrifugal, heat exchangers, dan high-pressure diaphragm pumps.
(Metcalf & Eddy, 2004)
II-14 Ada tiga jenis grit chamber: aliran horisontal, baik dari konfigurasi baik segi empat atau persegi; tipe aerated; atau vortex. Pada tipe aliran horisontal, aliran melewati chamber dalam arah horisontal dan kecepatan garis lurus dari aliran dikontrol oleh dimensi unit, gerbang distribusi influen, dan weir pada akhir efluen. Jenis aerated terdiri dari tangki aerasi aliran spiral di mana akan dipasok ke dalam unit. Jenis vortex terdiri dari sebuah tangki silinder di mana aliran tangensial memasuki chamber dan membentuk sebuah pola aliran pusaran kekuatan sentrifugal dan gravitasi menyebabkan pasir untuk terpisahkan. (Metcalf& Eddy, 2004)
2.5.1.3 Flow Equalization (Bak Ekualisasi)
Flow Equalization merupakan peredaman variasi laju aliran untuk mencapai suatu laju aliran konstan atau hampir konstan dan dapat diterapkan dalam sejumlah situasi yang berbeda, tergantung pada karakteristik sistem pengumpulan. Waktu detensi di bak ekualisasi maksimum 30 menit untuk mencegah terjadinya pengendapan dan dekomposisi air limbah. Tinggi muka air saat kondisi puncak harus berada dibawah aliran masuk agar tidak terjadi aliran balik. Setelah keluar dari bak ekualisasi ini, debit air buangan yang berfluktuasi akan menjadi debit rata-rata.
Manfaat utama dari aplikasi bak ekualisasi antara lain, pengolahan biologis ditingkatkan, karena shock loading dihilangkan atau dapat diminimalisir, zat penghambat dapat diencerkan, dan pH dapat distabilkan, kualitas effluen dan kinerja tangki sedimentasi sekunder setelah pengolahan biologis ditingkatkan melalui peningkatan konsistensi dalam pemuatan padatan, kebutuhan luas permukaan filtrasi efluen dikurangi, filter kinerja ditingkatkan, dan siklus filter-backwash yang lebih seragam dimungkinkan dengan muatan hidrolik yang lebih rendah dalam pengolahan kimia, redaman loading massa meningkatkan kontrol pakan kimia dan keandalan proses. Kekurangan dari flow equalization meliputi, yaitu memerlukan area atau lokasi yang relatif besar, fasilitas ekualisasi mungkin harus menanggung kontrol bau dekat daerah perumahan, operasi dan pemeliharaan tambahan diperlukan, dan biaya modal meningkat. (Metcalf & Eddy, 2004).
II-15 2.5.2 Pengolahan Primer (Primary Treatment)
Tujuan pengolahan yang dilakukan pada tahap ini adalah menghilangkan partikel-artikel padat organik dan organik melalui proses fisika, yakni sedimentasi dan flotasi. Sehingga partikel padat akan mengendap (disebut sludge) sedangkan partikel lemak dan minyak akan berada diatas/permukaan (disebut grease).Instalasi pada tahap pengolahan primer diantaranya adalah sedimentasi primer dan flotasi.
2.5.2.1 Sedimentasi Primer (Primary Sedimentation)
Tujuan sedimentasi awal adalah untuk menghilangkan zat padat yang tersuspensi.Partikel tertentu, seperti padatan limbah kertas, pulp atau domestik, akan menggumpal pada saat partikel tersebut menuju dasar tangki sedimentasi, sehingga mempengaruhi laju pengendapan (Gunawan,2006)
Tujuan utama dari sedimentasi primer adalah untuk menghilangkan settleable solid dan material mudah mengambang dan dengan demikian mengurangi kandungan padatan tersuspensi. Sedimentasi primer digunakan sebagai langkah awal dalam pengolahan lebih lanjut dari air limbah. Rancangan dan pengoperasian yang efisien dari tangki sedimentasi primer harus menghilangkan dari 50-70% dari padatan tersuspensi dan dari 25-40% BOD.(Metcalf & Eddy, 1985)
Tangki sedimentasi juga telah digunakan sebagai tangki retensi stormwater, yang dirancang untuk memberikan waktu detensi sedang (10 sampai30 menit) untuk overflow baik dari combined sewers maupun storm sewers. Tujuannya sedimentasi ini adalah untuk menghapus sebagian besar dari padatan organic yang kemudian dapat dilepas langsung ke badan air penerima.Tangki sedimentasi juga telah digunakan untuk menyediakan waktu detensi yang cukup untuk desinfeksi efektif untuk aliran tersebut.
Efisiensi bak sedimentasi yang berkaitan dengan penghilangan BOD dan TSS berkurang dengan arus putaran yang dibentuk oleh inersia dari cairan yang masuk, sirkulasi sel terinduksi angin yang terbentuk pada tangki terbuka, arus konveksi termal, air dingin atau hangat menyebabkan pembentukan kepadatan arus yang bergerak sepanjang bagian bawah bak dan air hangat yang naik dan mengalir di bagian atas tangki, dan stratifikasi termal di iklim kering panas. (Metcalf & Eddy, 2004)
II-16 Kriteria-kriteria yang diperlukan untuk menentukan ukuran bak sedimentasi adalah : surface loading (beban permukaan), kedalaman bak, dan waktu tinggal. Cara menghitung beban permukaan adalah:
Vo = Q/A Vo = laju limpahan / beban permukaan (m3/m2hari) Q = aliran rata-rata harian (m3/hari)
A = total luas permukaan (m2)
Surface loading sering juga disebut dengan istilah overflow rate.
Secara umum, tipe sedimentasi primer terdiri atas 3 jenis, yaitu horizontal flow, solids contact, dan inclined surface. Pada penjernih (clarifier) jenis aliran horizontal, gradien kecepatan secara dominan berada di arah horizontal, yang secara fisik dapat berupa persegi panjang (rectangular), persegi empat (square), maupun sirkular (circular).
Menurut Qasim (1985), keuntungan penggunaan penjernih persegi panjang (rectangular clarifier) dibandingkan penjernih sirkular (circular clarifier) di antaranya adalah membutuhkan area yang lebih sedikit ketika beberapa unit dioperasikan, memberikan keuntungan ekonomi dengan menggunakan common walls untuk beberapa unit, lebih mudah dalam mengontrol bau, menyediakan waktu perjalanan yang lebih panjang untuk terjadinya pengendapan, menyediakan lebih sedikit sirkuit pendek, menghasilkan kehilangan yang lebih sedikit di bagian inlet dan outlet, membutuhkan konsumsi tenaga yang lebih sedikit untuk pengumpulan dan penghilangan lumpur. Meskipun demikian, keuntungan tersebut juga diikuti kerugian di antaranya, adanya kemungkinan area mati (dead spaces), sensitive terhadap peningkatan debit secara tiba-tiba (flow surge), dan Biaya perawatan tinggi terutama untuk penghilangan lumpur.
Kriteria desain untuk sedimentasi primer dengan dapat dilihat pada tabelberikut.
Tabel 2.4. Kriteria Desain Tangki Sedimentasi Primer
Parameter Nilai
Rentang Tipikal
Waktu Tinggal, jam 1.5 – 2.5 2.0
II-17 Laju Overflow, m3/m2.hari
Debit Rata-Rata 32 – 48
Debit Puncak 80 – 120 100
Beban Weir, m3/m.hari 125 – 500 250 Dimensi bak, m
Kedalaman 3 – 5 3.6
Panjang 15 – 90 25 – 40
Lebar 3 – 24 6 – 10
Sumber : Peavy, Rowe, & Tchobanoglous, 1987
Untuk menghitung persentase removal dari BOD dan TSS pada unit sedimentsi adalah dengan menggunakan rumus
%BOD Removal =
%TSS Removal =
2.5.3 Pengolahan Sekunder (Secondary Treatment)
Effluen yang berasal dari pengolahan primer masih mengandung 40-50% jumlah padatan tersuspensi dan secara virtual seluruh padatan terlarut dan padatan inorganik.(Peavy, Rowe, & Tchobanoglous, 1987).
Untuk memenuhi standar baku mutu, fraksi organik ini, baik padatan tersuspensi maupun padatan terlarut harus direduksi. Penghilangan organik ini mengacu pada pengolahan sekunder, yang dapat terdiri dari proses kimia-fisika maupun proses biologis. Kombinasi dari operasi kimia-fisika seperti koagulasi, microscreening, filtrasi, oksidasi kimia, adsorpsi karbon, dan proses lain dapat digunakan untuk menghilangkan padatan dan mereduksi BOD sampai pada batas yang dapat diterima. Meskipun demikian proses ini merupakan opsi yang berbiaya tinggi baik secara kapital maupun operasional sehingga jarang digunakan. Pada prakteknya, proses biologis merupakan proses yang umum digunakan sebagai pengolahan sekunder bagi air limbah.
2.3.3.1 Pengolahan Biologis
Di dalam proses pengolahan air limbah khususnya yang mengandung polutan senyawa organik, teknologi yang digunakan sebagian besar menggunakan aktivitas
II-18 mikroorganisme untuk menguraikan senyawa polutan organik tersebut. Proses pengolahan air limbah dengan aktifitas mikroorganisme biasa disebut dengan proses biologis.
Penghilangan partikulat dan BOD karbon terlarut dan stabilisasi materi organik yang ditemukan dalam air limbah dilakukan secara biologis dengan menggunakan berbagai mikroorganisme, terutama bakteri. Mikroorganisme digunakan untuk mengoksidasi atau mengubah materi organik terlarut dan partikel karbon menjadi produk akhir yang sederhana dan biomassa tambahan, yangdiwakili oleh persamaan berikut untuk oksidasi biologis aerobik bahan organik,
v1(material organik) + v2O2 + v3NH3 + v4PO43- mikroorganisme v5(sel baru) +v6CO2 +
v7H2O
di mana: vi = koefisien stoikiometri
Dalam Persamaan, oksigen (O2), amonia (NH3), dan fosfat (PO43-) digunakan untuk mewakili nutrisi yang dibutuhkan untuk konversi dari bahan organik untuk produk akhir yang sederhana [yaitu karbon dioksida (CO2) dan air]. Mikroorganisme juga digunakan untuk menghilangkan nitrogen dan fosfor dalam proses pengolahan air limbah. Bakteri tertentu mampu mengoksidasi amonia (nitrifikasi) menjadi nitrit dan nitrat, sementara bakteri lainnya dapat mengurangi nitrogen teroksidasi menjadi gas nitrogen. Untuk penghilangan fosfor, proses biologis dikonfigurasi untuk mendorong pertumbuhan bakteri dengan kemampuan untuk mengambil dan menyimpan sejumlah besar fosfor anorganik.
Karena biomassa memiliki berat jenis sedikit lebih besar dari air, biomassa dapat dihilangkan dari air limbah yang diolah dengan pengendapan gravitasi. Penting untuk dicatat bahwa kecuali biomassa yang dihasilkan dari bahan organik akan dihapus secara periodik, pengolahan lengkap belum dicapai karena biomassa, yang merupakan organik, akan diukur sebagai BOD dalam efluen. Tanpa penghilangan biomassa dari cairan yang diolah, pengolahan yang dicapaihanyalah yang terkait dengan oksidasi bakteri dari bagian dari materi organik yang ada pada awalnya.
II-19 Lagoon/Kolam
Lain-lain Contact Oxidation/Contact Proses Biomassa
Melekat (Attached Culture) Pengolahan Air
Limbah Secara Biologis
Rotating Biological Contactor
Trickling Filter/Biofilter
Lain-lain Oxidation Ditch Extended Aeration Proses Biomassa
Tersuspensi Suspended Culture
Contact Stabilization Step Aeration Conventional/Standard
Activated Sludge
Gambar 2.2 Proses Pengolahan Air Limbah Secara Biologis
II-20 2.5.3.2 Biofilter Anaerob-aerob
Proses pengolahan air limbah rumah tangga dengan biofilter anaerob- aerob ini merupakan pengembangan dari proses biofilter anaerob dengan proses aerasi kontak.
Pengolahan air limbah dengan proses biofilter anaerob-aerob terdiri dari beberapa bagian, yakni bak pengendap awal, biofilter anaerob (anoxic), biofilter aerob, bak pengendap akhir, dan jika perlu dilengkapi dengan bak kontaktor khlor.
Air limbah dialirkan melalui saringan kasar (bar screen) untuk menyaring sampah yang berukuran besar seperti sampah daun, kertas, plastic, dll. Setelah melalui bar screen air limbah dialirkan ke bak pengendap awal untuk mengendapkan partikel lumpur pasir dan kotoran lainnya. Air limpasan dari pengendap awal kemudian dialirkan ke bak kontaktor anaerob dengan arah aliran dari atas ke bawah dan bawah ke atas. Di dalam bak kontaktor anaerob diisi dengan media dari bahan plastic atau kerikil/batu split.
Jumlah bak kontaktor anaerob ini bisa dibuat lebih dari satu seuai dengan kualitas dan jumlah air baku yang akan diolah. Penguraian zat-zat organic yang ada dalam air limbah dilakukan oleh bakteri anaerobik atau fakultatif aerobic. Setelah beberapa hari operasi, pada permukaan media filter akan tumbuh lapisan film mikroorganisme yang akan menguraikan zat organic yang belu terurai pada bak pengendap.
Air limpasan dari bak kontaktor biofilter anaerob kemudian dialirkan ke bak kontaktor biofilter aerob. Di dalam bak kontaktor aerob diisi dengan media kerikil, atau dapat juga dari bahan plastic (polyethylene), pvc, batu apung atau bahan serat, sambil diaerasi sehingga mikroorganisme yang ada akan menguraikan zat organik dalam air limbah serta tumbuh dan menempel pada permukaan media. Dengan demikian air limbah akan kontak denganmikroorganisme yang tersuspensi dalam air maupun yang menempel pada permukaan media yang mana hal tersebut dapat meningkatkan efisiensi penguraian zat organic, deterjen serta mempercepat proses nitrifikasi, sehingga efisiensi penghilangan ammonia menjadi lebih besar. Proses ini sering dinamakan Aerasi Kontak (Contact Aeration).
II-21 Gambar 2.3 Diagram proses pengolahan biofilter anaerob-aerob
Dari bak aerasi air dialirkan ke pengendap akhir. Di dalam bak ini lumpur aktif yang mengandung massa mikroorganisme diendapkan dan dipompakembali ke bagian inlet bak aerasi dengan pompa sirkulasi lumpur. Sedangkan air limpasan dari bak pengendap akhir dialirkan ke bak khlorinasi untuk membunuh bakteri pathogen. Dengan kombinasi proses anaerob dan aerob tersebut dapat menurunkan zat organik (BOD dan COD), konsentrasi ammonia, deterjen, padatan tarsuspensi (SS), phospat dan lainnya.
Proses dengan Biofilter Anaerob-Aerob ini mempunyai beberapa keuntungan yakni:
Adanya air buangan yang melalui media kerikil yang terdapat pada biofilter mengakibatkan timbulnya lapisan lendir yang menyelimuti kerikil atau yang disebut juga biological film.
Efesiensi penyaringan akan sangat besar karena dengan adanya biofilter up flow yakni penyaringan dengan sistem aliran dari bawah ke atas akan mengurangi kecepatan partikel yang terdapat pada air buangan dan partikel yang tidak terbawa aliran ke atas akan mengendapkan di dasar bak filter. Sistem biofilter anaerob-aerob ini sangat sederhana, operasinya mudah dan tanpa memakai bahan kimia serta tanpa membutuhkan energi. Proses ini cocok digunakan untuk mengolah air limbah dengan kapasitas yang tidak terlalu besar.
II-22
Dengan kombinasi proses Anaerob-Aerob, efisiensi penghilangan senyawa phospor menjadi lebih besar bila dibandingankan dengan proses anaerob atau proses aerob saja.
Selama berada pada kondisi anaerob, senyawa phospor anorganik yang ada dalam sel- sel mikrooragnisme akan keluar sebagai akibat hidrolosa senyawa phospor. Sedangkan energi yang dihasilkan digunakan untuk menyerap BOD (senyawa organik) yang ada di dalam air limbah. Selama berada pada kondisi aerob, senyawa phospor terlarut akan diserap oleh bakteria atau mikroorganisme dan akan sintesa menjadi polyphospat dengan menggunakan energi yang dihasilkan oleh proses oksidasi senyawa organik (BOD). Dengan demikian dengan kombinasi proses anaerob-aerob dapat menghilangkan BOD maupun phospor dengan baik. Proses ini dapat digunakan untuk pengolahan air limbah dengan beban organik yang cukupbesar.
Pengelolaannya sangat mudah.
Biaya operasinya rendah.
Dibandingkan dengan proses lumpur aktif, Lumpur yang dihasilkan relatif sedikit.
Dapat menurunkan konsentrasi senyawa nitrogen atau phosphor yang dapat menyebabkan eutrophikasi.
Suplai udara untuk aerasi relative kecil
Dapat digunakan untuk air limbah dengan beban BOD yang cukup besar.
Dapat menghilangan padatan tersuspensi (SS) dengan baik.
Pada sistem biofilter, untuk mendapatkan instalasi pengolahan yang baik dan mendapatkan efisiensi removal yang tinggi dan dapat teruji, pengendapan primer lamella yang dikombinasikan sebelum unit pengolahan submerged biofilter juga dapat berhasil digunakan untuk pengolahan air limbah. Submerged biofilter (atau biofilter terendam) memungkinkan retensi suspended solid (physical filtration) dan transformasi biologis material organik (C,N) melalui bakteri aerobik secara bersama-sama melekat pada penyangga granular. Kedua fungsi tersebut (fisik dan biologis) dapat didorong dengan penambahan reagen sebelum reaktor. (Pujol et al, 1994)
