BAB V DIMENSI UNIT PENGOLAHAN

(1)

BAB V

DIMENSI UNIT PENGOLAHAN

V.1 Umum

Untuk menurunkan konsentrasi zat-zat pencemar dalam air limbah PT Z, maka unit-unit pengolahan yang digunakan pada IPAL PT Z adalah sebagai berikut:

• Pengolahan pendahuluan:

Fine screen dan tangki ekualisasi • Pengolahan tahap pertama:

Prasedimentasi dan Dissolved Air Flotation (DAF) • Pengolahan tahap ketiga :

Anaerobic fixed bed dan lumpur aktif yang dioperasikan secara batch (sequencing batch activated sludge).

Perhitungan unit pengolahan mempertimbangkan debit air limbah yang dihasilkan saat ini dan debit air limbah pada kapasitas maksimum. Dalam perhitungan ini, kedua debit tersebut dinyatakan sebagai tahap I untuk debit eksisting dan tahap II untuk debit pada kapasitas produksi maksimum.

V.2 Pengolahan Pendahuluan

Pengolahan pendahuluan bertujuan untuk menyisihkan benda-benda kasar yang terbawa air limbah agar tidak merusak peralatan pada tahap pengolahan selanjutnya dan untuk meminimalkan variasi konsentrasi dan debit air limbah.

V.2.1 Fine screen A. Umum

Fine screen yang digunakan berjenis static inclined dengan ukuran bukaan 2 mm. Pengoperasian screen jenis ini sebagai berikut:

(2)

2. Air limbah mengalir masuk ke dalam pipa inlet dan tertampung pada bak yang merupakan bagian dari screen.

3. Apabila bak tersebut penuh, overflow air akan mengalir melalui bukaan screen

dan menuju pipa outlet.

4. Kotoran-kotoran yang tertahan akan langsung jatuh karena batang-batang screen

miring dan kotoran akan terkumpul di suatu wadah yang diletakkan di depan

screen.

Fine screen akan disimpan dalam suatu tempat tertutup yang dapat diakses untuk perawatan. Penggunaan tempat khusus ini ditujukan agar screen terhindar dari kotoran-kotoran yang berasal dari sumber lain selain air limbah, karena screen akan diletakkan di pinggir jalan besar di dalam pabrik. Selain itu, screen dilengkapi dengan wadah untuk menampung kotoran-kotoran yang tersaring, dikenal dengan istilah

screenings.

B. Data Perencanaan

Dalam desain ini, fine screen tidak dibuat secara manual dengan perencanaan khusus karena screen akan didapat dari suplier dengan fabrikasi. Bagian-bagian dari screen

yang harus difabrikasi adalah diameter pipa inlet dan outlet. Ukuran kedua pipa tersebut harus sesuai dengan debit air limbah yang terproduksi dengan beberapa ketentuan yaitu:

1. saat debit maksimum, kecepatan aliran dalam pipa inlet maupun outlet tidak melebihi 3 m/detik (Moduto, 2000), agar friksi sepanjang pipa tidak terlalu besar 2. saat debit minimum, kecepatan aliran tidak terlalu kecil yaitu kurang dari 0,3

m/detik (Moduto, 2000) untuk memenuhi syarat kecepatan pipa agar terjadi self cleansing (tidak terjadi pengendapan di sepanjang pipa). Tabel V.1 merupakan data-data perencanaan ukuran pipa outlet fine screen.

Screen diletakkan di seberang IPAL, dipisahkan oleh jalan dalam pabrik. Kehilangan tekan pada bukaan fine screen besar, 1,2m-2m (Metcalf & Eddy, 2004), maka untuk

(3)

mengimbangi hal itu, screen diletakkan di tempat yang elevasinya lebih tinggi dari tangki ekualisasi agar tidak dibutuhkan pemompaan, sedangkan tangki ekualisasi berada di wilayah IPAL yang berelevasi relatif datar.

Screen yang sudah diberi pondasi diletakkan di atas tanah dan pipa outlet akan dibenamkan sejauh 0,8 m di bawah tanah karena pipa melewati jalan dalam pabrik. Ketinggian 0,8 m dipilih karena jalan tersebut sering dilalui oleh kendaraan besar seperti truk. Oleh karena itu, tangki ekualisasi harus dibenamkan di dalam tanah dan pipa inletnya berjarak 0,8 m di bawah permukaan tanah.

Tabel V.1 Data Perencanaan Diameter Pipa Inlet dan Outlet Fine screen

Debit Tahap II Satuan Besaran

Maksimum 5,402 Rata-rata 3,375 Minimum (m3/jam) 1,56 C. Perhitungan

Berdasarkan data perencanaan, maka perhitungan diameter pipa inlet dan outlet fine screen adalah sebagai berikut:

Kecepatan aliran dalam pipa direncanakan minimal 0,5 m/detik. Pada saat debit minimum:

Luas permukaan pipa yang dibutuhkan =

ik m jam m det 5 , 0 56 , 1 3 = 0,00087 m2

Diameter pipa inlet dan outlet =

) 14 , 3 ( 25 , 0 00087 , 0 m2 = 0,033 m = 1,1378 inci

(4)

Kecepatan pada saat debit maksimum: Kecepatan = ₂ 3 ) 035 , 0 )( 14 , 3 ( 25 , 0 402 , 5 m jam m

= 1,172 m/detik (memenuhi syarat kecepatan aliran

dalam pipa 0,3 m/detik-3 m/detik) Kecepatan pada saat debit rata-rata:

Kecepatan = ₂ 3 ) 035 , 0 )( 14 , 3 ( 25 , 0 375 , 3 m jam m

dalam pipa 0,3 m/detik-3 m/detik)

Kecepatan pada saat debit minimum:

Kecepatan = ₂ 3 ) 035 , 0 )( 14 , 3 ( 25 , 0 56 , 1 m jam m

Dari perhitungan di atas didapat diamater pipa inlet dan outlet yang dibutuhkan sebesar 1,5 inci.

Cek kecepatan pada debit minimum tahap I:

Kecepatan = ₂ 3 ) 035 , 0 )( 14 , 3 ( 25 , 0 05 , 1 m jam m

V.2.2 Tangki Ekualisasi A. Umum

Air limbah yang keluar dari proses tidaklah selalu sama jumlah dan kualitasnya dalam setiap waktu, sedangkan dalam mendesain sistem pengolahan air limbah

(5)

diperlukan suatu debit yang selalu sama besarnya. Selain itu, proses biologi tidak tahan terhadap beban polutan yang cenderung berubah-berubah.

Tangki ekualisasi akan diletakkan secara in-line, maka semua air limbah dari proses produksi akan melalui tangki ekualisasi sebelum dialirkan ke pengolahan selanjutnya dan diletakkan sebelum pengolahan tahap pertama karena seperti telah disebutkan bahwa tangki ini berfungsi sebagai tempat pencampuran air limbah pekat dan ringan. Tangki ekualisasi yang diletakkan sebelum pengolahan tahap pertama akan membutuhkan mixer/aerator, tujuannya untuk menghindari pengendapan padatan yang terkandung dalam air limbah sehingga menimbulkan bau. Terjadinya pengendapan pada tangki ekualisasi sebisa mungkin dihindari, tetapi dasar tangki didesain memiliki slope untuk memudahkan upaya pemeliharaan.

B. Kriteria Desain

Kriteria desain tangki ekualisasi terdapat pada Tabel V.2.

Tabel V.2 Kriteria Desain Tangki Ekualisasi

Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber

Kedalaman air minimum t 1,5-2 m Metcalf & Eddy, 2004 Kemiringan dasar tangki S 40-100 mm/m diameter Qasim, 1985

C. Data Perencanaan

Tangki ekualisasi direncanakan berbentuk lingkaran dan didesain memiliki ruang lumpur seperti unit prasedimentasi serta dilengkapi dengan surface aerator. Air limbah pekat dan ringan akan teraduk merata di tangki ini. Efluen dari tangki ekualisasi akan dipompakan ke tangki prasedimentasi. Data perencanaan tangki ekualisasi dan data debit per jam disajikan pada Tabel V.3 dan Tabel V.4.

(6)

Tabel V.3 Data Perencanaan Tangki Ekualisasi

Parameter Simbol Besaran Satuan

Debit rata-rata Tahap I 2,54 Tahap II Q 3,38 m3/jam Kedalaman air H 2 m

Kemiringan dasar tangki S 60 mm/m diameter

Tabel V.4 Debit Per Jam

Jam Limbah ringan

(m3) Limbah pekat (m3) Jumlah (m3) 08.00-09.00 1,8 0,39 2,16 09.00-10.00 1,2 1,12 2,29 10.00-11.00 2,4 1,64 4,07 11.00-12.00 1,5 1,12 2,64 12.00-13.00 3,7 0,39 4,05 13.00-14.00 2,5 0,13 2,67 14.00-15.00 2 0,33 2,36 15.00-16.00 2,1 0,33 2,47 16.00-17.00 3,1 0,33 3,44 17.00-18.00 2,5 0 2,5 18.00-19.00 2,6 0,2 2,78 19.00-20.00 1,5 0,13 1,68 20.00-21.00 2,3 0,85 3,15 21.00-22.00 2,4 0,26 2,66 22.00-23.00 1,3 0,39 1,69 23.00-24.00 1 0,13 1,13 24.00-01.00 2,2 0,46 2,67 01.00-02.00 2,6 0,59 3,15 02.00-03.00 1,4 0,46 1,9 03.00-04.00 1,3 0,07 1,37 04.00-05.00 1,7 0,59 2,29 05.00-06.00 1,3 0,39 1,72 06.00-07.00 1,2 1,05 2,21 07.00-08.00 3 0,92 3,94 D. Perhitungan 1. Influen ekualisasi Tahap I: • Debit, Q = 61,12 m3/hari

(7)

• TSS = 61,12 m3/hari ( 3544 g/m3)(1000g/kg)-1 = 216,61 kg/hari • CODs =61,12 m3/hari (38589 g/m3)(1000g/kg)-1 = 2208,27 kg/hari • CODp =61,12 m3/hari (3816 g/m3)(1000g/kg)-1 = 233,23 kg/hari • Minyak dan lemak=61,12 m3/hari ( 167 g/m3)(1000g/kg)-1 = 10,2 kg/hari

Tahap II:

• Debit, Q =81,15 m3/hari

• TSS =81,15 m3/hari ( 3544 g/m3)(1000g/kg)-1 = 287,6 kg/hari • CODs =81,15 m3/hari (38589 g/m3)(1000g/kg)-1 = 2928,13 kg/hari • CODp =81,15 m3/hari (3816 g/m3)(1000g/kg)-1 = 309,67 kg/hari • Minyak dan lemak=81,15 m3/hari ( 167 g/m3)(1000g/kg)-1 = 13,55 kg/hari

2. Volume tangki ekualisasi, V

Penentuan volume tangki ekualisasi dapat dicapai dengan beberapa cara, cara yang digunakan untuk mendesain ukuran tangki ekualisasi pada desain ini terdapat pada Tabel V.5.

(8)

Tabel V.5 Penentuan Volume Tangki Ekualisasi Jam Air Limbah inflow (m3) Air limbah outflow (m3) Volume kumulatif inflow (m3) Volume kumulatif outflow (m3) Storage kumulatif (m3) 07.00-08.00 2.21 2.55 2.21 2.55 -0.34 08.00-09.00 3.95 2.55 6.16 5.09 1.06 09.00-10.00 2.18 2.55 8.34 7.64 0.70 10.00-11.00 2.29 2.55 10.63 10.19 0.44 11.00-12.00 4.10 2.55 14.73 12.73 1.99 12.00-13.00 2.64 2.55 17.37 15.28 2.09 13.00-14.00 4.05 2.55 21.42 17.83 3.60 14.00-15.00 2.68 2.55 24.10 20.37 3.73 15.00-16.00 2.36 2.55 26.46 22.92 3.54 16.00-17.00 2.47 2.55 28.93 25.47 3.47 17.00-18.00 3.44 2.55 32.37 28.01 4.36 18.00-19.00 2.49 2.55 34.86 30.56 4.30 19.00-20.00 2.78 2.55 37.64 33.11 4.53 20.00-21.00 1.68 2.55 39.32 35.65 3.67 21.00-22.00 3.20 2.55 42.51 38.20 4.31 22.00-23.00 2.62 2.55 45.14 40.75 4.39 23.00-24.00 1.66 2.55 46.80 43.29 3.50 24.00-01.00 1.18 2.55 47.98 45.84 2.14 01.00-02.00 2.68 2.55 50.66 48.39 2.27 02.00-03.00 3.15 2.55 53.81 50.93 2.87 03.00-04.00 1.90 2.55 55.71 53.48 2.23 04.00-05.00 1.40 2.55 57.11 56.03 1.08 05.00-06.00 2.29 2.55 59.40 58.57 0.83 06.00-07.00 1.72 2.55 61.12 61.12 0.00 Tahap I, V = 4,53+ −( 0,33) = 4,87 m3

Debit rata-rata pada tahap II adalah 3,38 m3, maka volume tangki ekualisasi yang dibangun adalah: Tahap II, V = 3 3 3, 38 2,54 m jam m jam (4,87 m3) = 6,48 m3 ~ 6,5 m3

(9)

3. Waktu detensi, t = V Qr Tahap I, t = 3 3 6, 5 2, 54 m m jam = 2,6 jam Tahap II, t = 3 3 6, 5 3, 38 m m jam =1,923 jam 4. Luas permukaan, A = V H A = 3 6,5 2 m m =3,25 m 2 5. Dimensi tangki, d = 0, 25 A Π d = 2 3, 095 0, 25 m Π =2,03 m ~ 2 m

Kemiringan dasar tangki dipilih 60 mm/m diameter, maka tinggi cone adalah 60 mm(2 m) = 120 mm = 0,12 m.

6. Struktur Inlet

Struktur inlet menggunakan pipa berukuran 1,5 inci dengan diameter dalam 1,38 inci.

7. Struktur Outlet

Struktur outlet menggunakan pipa berdiameter 50 mm dan 32 mm untuk menyesuaikan dengan spesifikasi diameter hisap dan diameter outlet pompa. Pompa jenis end suction centrifugal dengan kapasitas 2,54 m3/jam digunakan untuk mentransfer air limbah dari tangki ekualisasi ke tangki prasedimentasi.

(10)

Spesifikasi teknis yang lebih lengkap tentang pompa ini dapat dilihat pada bab selanjutnya.

8. Surface aerator

Untuk menjaga kondisi tetap aerob dan mencegah terjadinya pengendapan padatan, tangki ekualisasi dilengkapi dengan surface aerator. Tabel V.6 menampilkan beberapa tipe surface aerator.

Tabel V.6 Tipe Aerator

Motor Aerator Model Hp Pole Kg O2/hr DM (m) DZ D (m) Pumping rate (m3/min) SFA-02 2 4 3 6 12 2 – 3 5 SFA-03 3 4 4.2 9 18 3 – 4 7 SFA-05 5 4 6.6 12 24 3 – 4 9 SFA-07 7 ½ 4 9.6 16 32 5 - 6 11 SFA-10 10 4 11.5 19 38 5 - 6 19 SFA-15 15 4 16.5 27 54 5 - 6 24 SFA-20 20 4 21 32 64 5 - 6 29 SFA-25 25 4 27.5 36 72 5 - 6 33 SFA-30 30 4 31 40 80 5 - 6 37 SFA-40 40 4 38 45 90 5 - 6 46 SFA-50 50 4 50 50 100 5 – 6 55 SFA-60 60 4 61 56 112 5 – 6 65 SFA-75 75 4 73 62.5 125 5 – 6 80 SFA-100 100 4 95 70 140 5 – 6 120 (www.en-found.com) Keterangan :

DM : diameter zona yang teraduk sempurna DZ : diameter zona yang teraduk

D : kedalaman zona yang teraduk

Aerator dengan tipe SFA-02 dianggap paling cocok untuk diletakkan pada tangki ekualisasi IPAL PT Z, karena diameter dan kedalaman zona teraduk sempurna paling sesuai dengan diameter dan tinggi tangki.

(11)

E. Rekapitulasi

Rekapitulasi dimensi tangki ekualisasi dapat dilihat pada Tabel V.7.

Tabel V.7 Rekapitulasi Dimensi

Parameter Besaran Satuan

Diameter 2 m

Kedalaman 2 m

Freeboard 50 cm

Tinggi total 2,5 m

Diameter pipa inlet 50 mm Diameter pipa outlet 1,5 inci

V.3 Pengolahan Tahap Pertama

Pengolahan tahap pertama ditujukan untuk menghilangkan zat pencemar yang tidak terbiodegradasi.

V.3.1 Prasedimentasi (Primary Sedimentation) A. Umum

Pengolahan tahap pertama bertujuan untuk menyisihkan partikel-partikel diskrit dan proses sedimentasi dipilih sebagai salah satu proses pengolahan tahap pertama karena berdasarkan percobaan, proses sedimentasi dapat menghilangkan lebih dari 90% partikel diskrit yang terdapat dalam air limbah. Prinsip dasar proses sedimentasi adalah pemisahan partikel tersuspensi dari air melalui pengendapan secara gravitasi sehingga partikel yang memiliki berat jenis lebih besar dari air akan mengendap dan yang memiliki berat jenis lebih kecil dari air akan mengapung ke permukaan air.

Pada desain ini, proses sedimentasi akan menurunkan konsentrasi TSS dan COD tak terlarut, sedangkan minyak dan lemak tidak tersisihkan karena berada dalam bentuk emulsi.

Dalam desain bak prasedimentasi, faktor penting yang harus diperhatikan adalah cara evakuasi lumpur yang paling mudah dan efektif. Hal inilah yang menjadi dasar

(12)

pertimbangan pemilihan bentuk unit, yaitu silinder (circular). Frekuensi evakuasi lumpur tidak boleh terlalu sering atau terlalu lama. Evakuasi yang terlalu sering menyebabkan konsentrasi padatan di dalam lumpur rendah dan air ikut tersedot pompa, sedangkan bila evakuasi dilakukan dalam selang waktu yang terlalu lama dapat mengakibatkan kondisi menjadi anaerob di dasar tangki dan menimbulkan bau atau akumulasi lumpur dapat juga menyebabkan buruknya kualitas efluen. Mekanisme evakuasi lumpur dilakukan secara mekanis. Partikel-partikel yang memiliki berat jenis lebih kecil dari berat jenis air akan mengapung di permukaan air (scum) dan lumpur akan mengendap di dasar tangki. Pembuangan scum dan lumpur menggunakan skimmer dan bottom scrapper. Bottom scrapper digunakan untuk mengumpulkan endapan pada dasar tangki ke ruang lumpur. Jumlah lumpur yang dihasilkan diperlukan dalam mendesain ruang lumpur yang dibutuhkan , kapasitas pompa lumpur, dan proses pengolahan lumpur.

B. Kriteria Desain

Kriteria desain tangki prasedimentasi terdapat pada Tabel V.8.

Tabel V.8 Kriteria Desain Prasedimentasi (circular)

Overflow rate OR 30-50 m3/m2 hari Qasim, 1985

Waktu detensi td 1-2 jam Qasim, 1985

Beban pelimpah 124-186 m3/m hari Qasim, 1985

Solids loading 1,5-34 kg/m2 hari Qasim, 1985

Kemiringan dasar (slope) S 40-100 mm/m Qasim, 1985

Kecepatan aliran di inlet v 0,5 m/s Qasim, 1985 Kecepatan traveling bridge 0,02-0,06 r/menit Qasim, 1985

Tangki prasedimentasi direncanakan berbentuk circular, untuk memudahkan pembuangan lumpur dan efluen.

Data-data yang berhubungan dengan perencanaan bak prasedimentasi terdapat pada Tabel V.9.

(13)

Tabel V.9 Data PerencanaanTangki Prasedimentasi

Overflow rate OR 40 m3/m2 hari

Kedalaman air t 2 m Kemiringan dasar S 100 mm/m Spesific gravity Sg 1,03 g/cm3 Kandungan solid 4,5 % D. Perhitungan 1. Influen prasedimentasi

Pada tangki ekualisasi tidak terjadi proses apapun, maka kualitas influen yang masuk tidak berubah.

Tahap I:

• Debit, Q = 61,12 m3/hari

• TSS = 61,12 m3/hari ( 3544 g/m3)(1000g/kg)-1 = 216,61 kg/hari • CODs =61,12 m3/hari (38589 g/m3)(1000g/kg)-1 = 2208,27 kg/hari • CODp =61,12 m3/hari (3816 g/m3)(1000g/kg)-1 = 233,23 kg/hari • Minyak dan lemak=61,12 m3/hari ( 167 g/m3)(1000g/kg)-1 = 10,2 kg/hari

Tahap II:

• Debit, Q =81,15 m3/hari

• TSS =81,15 m3/hari ( 3544 g/m3)(1000g/kg)-1 = 287,6 kg/hari • CODs =81,15 m3/hari (38589 g/m3)(1000g/kg)-1 = 2928,13 kg/hari • CODp =81,15 m3/hari (3816 g/m3)(1000g/kg)-1 = 309,67 kg/hari

• Minyak dan lemak =81,15 m3/hari ( 167 g/m3)(1000g/kg)-1 = 13,55 kg/hari

2. Luas permukaan tangki, A= Q

(14)

Tahap I, A = 3 3 2 61,12 40 m hari m m hari = 1,528 m2 Tahap II,A = 3 3 2 81,15 40 m hari m m hari = 2,03 m2 ~2,2 m3 3. Dimensi tangki, d = 0, 25 A Π

Kapasitas tangki prasedimentasi yang digunakan adalah 2,2 m2 2

2, 2 0, 25(3,14)

m

= 1,68 m ~1,7 m

Luas permukaan tangki = 0,25(3,14)(1,7m)2=2,27m2

Kemiringan dasar tangki dipilih 60 mm/m diameter, maka tinggi cone lumpur adalah 60mm(1,7 m) = 102 mm 4. Waktu detensi, td = V Q Tahap I, td = 2 3 0, 25 (1,7 ) (2 ) 2,55 x m m m jam π = 1,78 jam Tahap II, td = 2 3 0, 25 (1,7 ) (2 ) 3,38 x m m m jam π = 1,34 jam

5. Ketinggian tangki yaitu 2 m, diperdalam sebesar 0,4 m untuk akumulasi lumpur. Lumpur dikumpulkan terlebih dulu agar memenuhi kapasitas pompa lumpur yang tersedia. Sedangkan ruang lumpur untuk akses pembuangan

(15)

berbentuk mengerucut dengankemiringan 60o, berdiameter atas 0,5 m, tinggi 0,25 m sehingga volume keseluruhan untuk akumulasi lumpur adalah:

Volume = ¼ π (1,7m)2 (1/3 x 0,4m) + ¼ π (0,5m)2 (1/3 x 0,25m)= 0, 31557 m3

6. Cek overflow rate, OR = Q

A Tahap I, OR = 3 2 61,12 2, 27 m hari m = 26,925 m 3 /m2hari Tahap I, OR = 3 2 81,15 2, 27 m hari m = 35,74 m 3 /m2hari

Dari grafik pengendapan partikel diskrit dapat dihitung bahwa efisiensi

penyisihan TSS dan CODp pada tahap I sebesar 95% dan tahap II sebesar 94 %.

7. Jumlah lumpur yang dihasilkan Tahap I :

TSS (persen penyisihan 95%) = 0,95 x 216,61 kg/hari = 205,78 kg/hari CODp (persen penyisihan 95%) = 0,95 x 233,23 kg/hari = 221,5685 kg/hari

Tahap II :

TSS (persen penyisihan 94%) = 0,94 x 287,6 kg/hari = 270,344 kg/hari CODp (persen penyisihan 94%) = 0,94 x 309,67 kg/hari = 291,089kg/hari

8. Debit pembuangan lumpur Konsentrasi solid = 4,5 % Berat jenis = 1,03

(16)

Debit pembuangan lumpur = 3 6 3 3 205,78 1000 0, 045 1, 03 1 10 kg g x hari kg g g x x x g cm m cm = 4,439 m3/hari = 0,185m3/jam Tahap II:

Debit pembuangan lumpur =

3 6 3 3 3 10 270,344 10 1,03 0,045 kg g x hari kg g c x x cm m m = 5,83 m3/hari = 0,243 m3/jam

9. Dimensi scum box.

Walaupun pada unit ini tidak terbentuk scum karena minyak dan lemak yang terkandung berada dalam bentuk emulsi, scum box tetap didesain untuk mengantisipasi adanya scum maupun kotoran-kotoran yang ringan yang masih terbawa ke unit ini. Scum box didesain menyerupai bentuk trapesium, dengan panjang sisi atas 50 cm dan panjang sisi bawah 10 cm.

10.Siklus dan kapasitas pompa lumpur

Lumpur yang terbentuk dalam 1 jam sebanyak 0,168 m3 pada tahap I dan 0,243 m3/jam pada tahap II, sedangkan kapasitas ruang akumulasi lumpur sebesar 0,31557 m3, maka ruang lumpur tersebut akan penuh dalam waktu 2 jam dan 1,3 jam, dan harus dilakukan pemompaan dalam interval tersebut. Lumpur akan dipompa dalam waktu 5 menit maka kapasitas pompa adalah:

Kapasitas pompa = 3 0,31557 5 m mnt = 0,063 m 3 /menit = 3,78 m3/jam 11.Struktur influen

Struktur influen terdiri dari pipa inlet dan center feed well. Pipa influen masuk melintang tangki sampai ke center feed well, sehingga air akan keluar di dalam

(17)

center feed well. Untuk menjaga kecepatan aliran dalam pipa sebesar 0,5 m/detik, maka:

luas permukaan pipa inlet =

3 61,12 86400 0,5 m hari x hari dtk m dtk = 1,4148 x 10-3 m2

diameter pipa inlet =

2 1,4148 x 10-3 m

0,25x3,14 = 0,04245 m = 1,67 inci

Pipa yang dipakai adalah pipa 1,5 inci, dengan diameter dalam 1,61 inci (4,089 cm) Koreksi kecepatan, v = 3 2 61,12 86400 0, 25 3,14 (0, 04089 ) m hari x hari dtk x x m = 0,54 m/detik

Kecepatan aliran pada tahap II =

3 2 81,15 86400 0, 25 3,14 (0,04089 ) m hari x hari dtk x x m = 0,7 m/detik 12.Struktur efluen

Struktur outlet terdiri dari baffle, weir V-notch, effluent launder (saluran efluen), dan effluent box. Weir V-notch yang digunakan bersudut 90o, diletakkan di tepi tangki. Data-data perencanaan struktur efluen terdapat pada Tabel V.10.

Tabel V.10 Data Perencanaan Struktur Efluen

Diameter tangki d 1,7 m

Lebar saluran efluen 0,12 m

Koefisien discharge Cd 0,584

Gaya gravitasi g 9,8 m/s2

Tinggi notch 8 cm

Besar notch 39,5 /cm

a) Menentukan tinggi air di atas V-notch

(18)

= π(1,7m+2(0,12m) = 6,09 m

Jumlah notch = panjang saluran efluen / besar notch

= 6,09 100 39,5 m c x cm m m = 15,5 buah

Weir loading, WL = Q/panjang saluran efluen

Tahap I, WL = 3 61,12 6,09 m hari m = 10,04 m 3 /m hari Tahap II, WL = 3 81,15 6, 09 m hari m = 13,32 m 3 /m hari

Debit per notch q = Q/jumlah V-notch

Tahap I, q = 3 0,000708 det 15,5 m ik _{= 4,565 x 10}-5 m3/detik Tahap II, q = 3 0,000939 det 15,5 m ik _{= 6,06 x 10}-5 m3/detik

Tinggi air di atas notch, H =

2 / 5 0,5 2 15 8 (2 9,81 ) tan 2 D q m C x x dtk θ ⎡ ⎛ ⎞⎤ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎝ ⎠⎥ ⎣ ⎦ Tahap I, H = 2 / 5 3 -5 0,5 2 4,565 x 10 15 8 0,584(2 9,81 ) tan 45 m dtk m x x dtk ⎡ ⎛ ⎞⎤ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜_⎜ ⎟_⎟⎥ ⎢ _⎝ _⎠⎥ ⎣ ⎦ = 1,62 cm Tahap II, H = 2 / 5 3 -5 0,5 2 6,06 x 10 15 8 0,584(2 9,81 ) tan 45 m dtk m x x dtk ⎡ ⎛ ⎞⎤ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜_⎜ ⎟_⎟⎥ ⎢ _⎝ _⎠⎥ ⎣ ⎦ = 1,81 cm

(19)

b) Menghitung tinggi saluran efluen

Menentukan kecepatan aliran dalam pipa, v = 0,5 m/dtk

Luas penampang pipa, A = Q

v = 0, 000708 / 0,5 / m dtk m dtk = 1,416 x 10 -3 m2

Diameter pipa keluar, d = 0, 25 A Π = 3 1,416 x 10 0, 25Π = 0,042 m = 1,65 inci

Pipa yang dipakai adalah pipa 1,5 inci, dengan diameter dalam 1,61 inci (4,089 cm).

Cek kecepatan dalam pipa tahap II, v = Q

A = 3 2 0, 000939 0, 25(3,14)(0, 04089 ) m dtk m = 0,715 m/detik

Dimensi effluent box = 20 cm x 20 cm

Tinggi air di effluent box(a) = diameter pipa keluar + losses + = 6 cm

Tinggi saluran efluen di atas effluent box(b) = ½(d pipa) + ketebalan saluran efluen

=1/2(4,2cm) + 2 cm

= 4,1cm

Tinggi air di atas saluran efluen (c) = 6 cm-4,1 cm = 1,9 cm

Tinggi saluran efluen =

(

)

2 ' 2 2 2 2 2 q LN y gb y +

(20)

Aliran terkumpul pada bagian tertentu saluran efluen yang dihubungkan dengan pipa keluar air di sampingnya, maka N =1, dan besarnya q’= 0,000939m3/detik.

=

(

)

2 2 2 2 2 0, 000939 6, 09 0, 039 9, 81 (0,12 ) (0, 039 ) m x m dtk m m m m dtk ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ + = 0,11 m

Selain itu harus ditambahkan juga faktor losses sebesar 50% , sehingga tinggi saluran efluen total adalah 0,2 m~ 20 cm.

E. Rekapitulasi

Rekapitulasi dimensi tangki prasedimentasi dapat dilihat pada Tabel V.11.

Diameter 1,7 m

Kedalaman air 2 m

Tinggi akumulasi lumpur 40 cm

Freeboard 7,5 cm

Tinggi total 2,5 m

Diameter luar pipa inlet 1,5 in Diameter luar pipa outlet 1,5 in

V.3.2 Dissolved Air Flotation (DAF) A. Umum

Flotasi dapat digunakan untuk proses klarifikasi air, yaitu memisahkan padatan-padatan dan air menggunakan prinsip pengapungan. Dalam desain ini, flotasi dipilih karena air masih mengandung minyak dan lemak yang apabila tidak disisihkan, selain konsentrasinya belum memenuhi baku mutu, dapat menganggu proses biologi pada tahap pengolahan selanjutnya. Jenis flotasi yang digunakan adalah Dissolved Air Flotation (DAF) karena minyak dan lemak berada dalam bentuk emulsi dan tidak dapat disisihkan dengan gravity flotation. DAF yang digunakan tidak menggunakan resirkulasi aliran, karena konsentrasi minyak dan lemak yang tidak terlalu besar.

(21)

Prinsip dari DAF adalah melarutkan udara dalam air pada kondisi bertekanan, sehingga pada saat dilepaskan ke tangki flotasi yang bertekanan atmosfer, akan terbentuk gelembung-gelembung udara halus yang akan mengapungkan padatan-padatan ringan yang tidak dapat mengendap pada unit sebelumnya. Padatan-padatan-padatan yang mengapung (float/scum) ini kemudian akan dievakuasi menggunakan skimmer

dan dikumpulkan pada scum box sebelum diolah lebih lanjut. Dalam perancangan ini, air limbah dialirkan secara gravitasi ke dalam tangki tekan, dan udara akan dilarutkan ke dalam air limbah selama selang waktu tertentu. Suplai udara di dalam tangki tekan berasal dari kompresor. Pengendapan tidak boleh terjadi pada DAF, maka kedalaman tangki dipilih 1,5 m.

B. Kriteria desain

Kriteria desain tangki flotasi terdapat pada Tabel V.12.

Tabel V.12 Kriteria Desain DAF

Air solid ratio A/S 0,005-0.06 Metcalf & Eddy, 2004

Overflow rate OR 0,48-9,6 m3/m2jam Metcalf & Eddy, 2004

Waktu detensi td

- tangki tekan 2-3 menit Eckenfelder, 2000

- tangki flotasi 20-30 menit Eckenfelder

Kelarutan gas pada 28oC Sa 16,3 ml/l

Fraksi jenuh f 0,5 Metcalf & Eddy, 2004

Solids loading SL 4-18 kg/m2 jam Napier-Reid 2005

Kecepatan naik flok Vv 3,6-36 m/jam Mans-Lundh, 2002 Tekanan di tangki tekan P kPa Eckenfelder, 2000 Kerapatan udara Ρud 1,2928 gr/L Metcalf & Eddy, 2004

Tangki flotasi direncanakan berbentuk circular. Data-data yang berhubungan dengan perencanaan tangki DAF terdapat pada Tabel V.13.

(22)

Tabel V.13 Data Perencanaan DAF

Tinggi tangki agar tidak terjadi pengendapan

t 1,5 m

Waktu detensi di tangki tekan 3 menit

Air solid ratio A/S 0,04 tanpa satuan

Solid loading SL 2,5 kg/m2/jam

D. Perhitungan 1. Influen DAF Tahap I:

• Debit, Q = 61,12 m3/hari – 4,439 m3/hari = 56,68 m3/hari • TSS = 216,61 kg/hari – 205,78 kg/hari = 10,83 kg/hari

= 3 10,83 1000 56, 681 kg g hari x kg m hari = 191,07 g/m3

• CODp = 233,34 kg/hari – 221,5685 kg/hari =11,77 kg/hari

= 3 11, 77 1000 56, 681 kg g hari x kg m hari = 206,42 g/m3 Tahap II:

• Debit, Q = 81,15 m3/hari – 5,83 m3/hari = 75,32 m3/hari • TSS = 287,6 kg/hari – 270,344 kg/hari = 17,256 kg/hari

= 3 17, 256 1000 75,32 kg g hari x kg m hari = 229,1 g/m3

(23)

= 3 18,581 1000 75,32 kg g hari x kg m hari = 246,7 g/m3

2. Luas permukaan tangki, A =

(

SS OG xQ

)

SL + Tahap I, A =

(

)

3 3 3 2 191,07 167 2, 4 10 2,5 g m x kg m jam x kg _g m jam + = 0,343 m2 Tahap I, A =

(

)

3 3 3 2 229,1 167 3,19 10 2,5 g m x kg m jam x kg _g m jam + = 0,71 m2 3. Dimensi tangki, d = 0, 25 A Π

Luas permukaan tangki yang dipakai adalah 0,71 m2

Tahap , d = 2 0,71 0, 25(3,14) m = 0,95 m ~ 1 m Luas permukaan = 0,785 m2

4. Volume tangki flotasi, V = A x t V = 0,785m2 x 1,5 m = 1,1775 m3

5. Cek overflow rate, OR = Q

A Tahap I, OR = 3 2 2, 4 0, 785 m jam m = 3,07 m 3

/m2 jam (memenuhi kriteria desainÆ 0,48-9,6 m3/m2 jam)

(24)

Tahap II, OR = 3 2 3,19 0, 785 m jam m = 4,07 m 3

/m2 jam memenuhi kriteria desainÆ 0,48-9,6 m3/m2 jam) 6. Waktu detensi, td = V Q Tahap I, td = 3 3 1,1775 2, 4 m m jam = 0,48 jam = 29,32 menit Tahap II, td= 3 3 1,775 3,19 m m jam = 0,2116 jam = 22,11 menit

7. Tekanan yang dibutuhkan, P = / 1 1, 3 0, 5 A S Sa SS + P = 0, 05 1 16,3 / 1,3 229,1 / 0,5 ml l mg l +

= 3,08 atm = 101,35 x 3,08 atm – 101,35 = 210,926 kPa

8. Kapasitas tangki tekan menggunakan debit pada tahap II a) Menghitung volume air yang disimpan di tangki tekan

Vtek =3,19 3 3 60 m x menitx jam jam menit= 0,16 m 3

b) Menghitung volume dan dimensi tangki tekan

Tekanan awal adalah tekanan dalam tangki kosong. Air limbah akan dialirkan ke dalam tangki dan diberi tekanan hingga mencapai tekanan maksimum yang dibutuhkan yaitu 3,08 atm. Tekanan awal dalam tangki adalah nol karena tangki

(25)

tidak diberi pra tekanan. Dari Tabel V.14 dapat dilihat perbandingan volume air dalam tangki tekan.

Tabel V. 14 Perbandingan Volume Air dalam Tangki Tekan (%) p' p 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 6 7 8 9 10 0 32,6 49,2 59,2 65,9 70,8 74,4 77,2 79,5 81,3 82,9 85,3 87,1 86,6 89,7 90,6 0,25 16,3 36,9 49,3 57,7 63,7 68,2 71,7 74,5 76,8 78,7 81,8 84 85,8 87,2 88,4 0,5 0 24,6 39,5 49,5 56,6 62 66,2 69,5 72,3 74,6 78,2 80,9 83 84,2 86,1 0,75 12,3 29,6 41,2 49,5 55,8 60,7 64,6 67,8 70,4 74,6 77,8 80,3 82,2 83 1 0 19,7 33 42,5 49,6 55,2 59,6 63,3 66,3 71,1 74,7 77,5 79,7 81,6 1,25 9,9 24,7 35,3 43,3 49,6 54,6 58,7 62,3 67,5 71,6 74,7 77,2 79,3 1,5 0 16,5 28,3 37,2 44,1 49,7 54,2 58 64 68,5 72 74,8 77 1,75 8,2 21,2 31 38,6 44,7 49,7 53,9 60,4 65,4 69,2 72,8 74,8 2 0 14,2 24,8 33,1 39,7 45,2 49,7 56,9 62,2 66,4 69,8 72,5 2,25 7,1 18,6 27,6 34,8 40,7 45,6 53,3 59,1 63,7 67,3 70,2 2,5 0 12,4 22,1 29,8 36,1 41,4 49,8 56 60,9 64,8 68 2,75 6,2 16,5 24,8 31,6 37,3 46,2 52,9 58,1 62,3 65,7 3 0 11 19,9 27,1 33,2 42,7 49,8 55,4 59,8 63,4 3,25 5,5 14,9 22,6 29 39,1 46,7 52,6 57,3 61,2 3,5 0 9,9 18,1 24,9 35,5 43,6 49,8 54,8 58,9 3,75 5 13,6 20,7 32 40,5 47 52,3 56,6 4 0 9 16,6 28,4 37,3 44,3 49,8 54,4 4,5 0 8,3 21,3 31,1 38,7 44,9 49,9 5 0 14,2 24,9 33,2 39,9 45,3 (Noerbambang, Morimura, 1984)

Maka didapat perbandingan volume air dalam tangki tekan sebesar 74,4%. Angka ini menjelaskan bahwa pompa air akan mulai mengisi tangki kosong, dan pada waktu tekanannya mencapai 3 atm, volume air telah mencapai 74,4% dari volume tangki tekan.

Jika air yang harus disimpan 0,16 m3, maka:

Volume tangki tekan = 0,16 m3/0,744 = 0,215 m3 Tinggi tangki tekan = 1 m

(26)

9. Jumlah scum yang dihasilkan Tahap I :

TSS (persen penyisihan 90%) = 0,9 x 10,83 kg/hari = 9,747 kg/hari CODp (persen penyisihan 90%) = 0,9 x 11,77 kg/hari = 10,6 kg/hari

Minyak dan lemak (persen penyisihan

94%) = 0,94 x 10,2 kg/hari = 9,6 kg/hari

Tahap II :

TSS (persen penyisihan 90%) = 0,9 x 17,256 kg/hari = 15,53 kg/hari CODp (persen penyisihan 90%) = 0,9 x 18,581 kg/hari = 16,723 kg/hari Minyak dan lemak (persen penyisihan

94%) = 0,94 x 13,55 kg/hari = 12,737 kg/hari

10.Debit pembuangan scum Konsentrasi solid = 4,5% Berat jenis =0,95

Tahap I:

Debit pembuangan lumpur =

3 6 3 3 3 10 (9,747 9,6) 10 1 0,95 kg g x hari kg g c x x cm m + m = 0,02 m3/hari Tahap II = 3 6 3 3 3 10 (15,53 12,737) 10 1 0,95 kg g x hari kg g cm x x cm m + = 0,03 m3

(27)

11.Dimensi scum box

Scum box didesain menyerupai bentuk trapesium, dengan panjang sisi atas 30 cm dan panjang sisi bawah 15 cm. Kapasitas scum box tidak mencukupi volume scum

yang dihasilkan dalam 1 hari, maka pembuangan scum dilakukan bebrapa kali dalam sehari disesuaikan dengan kapasitas scum box.

12.Struktur Influen

Untuk menjaga kecepatan aliran dalam pipa sebesar 0,5 m/detik, maka:

luas permukaan pipa inlet =

3 56,68 86400 0,5 m hari x hari dtk m dtk = 1,32x 10-3 m2

diameter pipa inlet =

-3 2

1,32 x 10 m

0,25x3,14 = 0,041 m = 1,615 inci

Pipa yang dipakai adalah pipa 1,5 inci, dengan diameter dalam 1,61 inci (4,089 cm) Koreksi kecepatan, v = 3 2 56,68 86400 0, 25 3,14 (0, 04089 ) m hari x hari dtk x x m = 0,5 m/detik

Kecepatan aliran pada tahap II =

3 2 75,32 86400 0, 25 3,14 (0,04089 ) m hari x hari dtk x x m = 0,66 m/detik

.Pipa inlet akan masuk melintang dari dasar tangki dan berakhir di dalam center feed well.

13.Struktur Efluen

Struktur outlet terdiri dari baffle, weir V-notch, saluran efluen, dan effluent box. Weir V-notch yang digunakan bersudut 90o, diletakkan di tepi tangki. Data-data perencanaan struktur efluen terdapat pada Tabel V.15.

(28)

Diameter tangki d 1 m

Tinggi notch 8 cm

Besar notch 39,5 /cm

Panjang saluran efluen = π (diameter tangki + lebar saluran efluen) = π(1 m+2(0,1 m) = 3,768 m

Jumlah notch = panjang saluran efluen / besar notch

= 3,768 100 39,5 m c x cm m m = 9,6 buah

Weir loading, WL = Q/panjang saluran efluen

Tahap I, WL = 3 56, 68 3, 768 m hari m = 15,148 m 3 /m hari Tahap II, WL = 3 75,32 3, 768 m hari m = 19,98 m 3 /m hari

Tahap I, q = 3 0,00066 det 9, 6 m ik _{= 6,6 x 10}-5 m3/detik Tahap II, q = 3 0,00087 det 9, 6 m ik _{= 8,71 x 10}-5 m3/detik

2 / 5 0,5 2 15 8 (2 9,81 ) tan 2 D q m C x x dtk θ ⎡ ⎛ ⎞⎤ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜_⎜ ⎟_⎟⎥ ⎢ ⎝ ⎠⎥ ⎣ ⎦

(29)

Tahap I, H = 2 / 5 3 -5 0,5 2 6,6 x 10 15 8 0,584(2 9,81 ) tan 45 m dtk m x x dtk ⎡ ⎛ ⎞⎤ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜_⎜ ⎟_⎟⎥ ⎢ _⎝ _⎠⎥ ⎣ ⎦ = 1,872cm Tahap II, H = 2 / 5 3 -5 0,5 2 8,71 x 10 15 8 0,584(2 9,81 ) tan 45 m dtk m x x dtk ⎡ ⎛ ⎞⎤ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎜ ⎟ ⎢ _⎝ _⎠⎥ ⎣ ⎦ = 2,091 cm

v = 3 0,00066 / 0,5 / m dtk m dtk = 1,338x 10 -3 m2

Diameter pipa keluar, d = 0, 25 A Π = -3 1,338 x 10 0, 25Π = 0,0413 m = 1,625 inci .

Cek kecepatan aliran tahap II, v = Q

A = 3 2 0, 00087 0, 25(3,14)(0, 04089 ) m dtk m = 0,67 m/detik

Dimensi box efluen = 20 cm x 20 cm

Tinggi air di effluent box(a) = diameter pipa keluar + losses + = 6 cm

(30)

Tinggi saluran efluen di atas effluent box(b) = ½(d pipa) + ketebalan saluran efluen

=1/2(5,25cm)+ 1cm

= 3,625cm

Tinggi air di atas saluran efluen (c) = 6 cm-3,625 cm = 2,375 cm

Tinggi saluran efluen =

(

)

2 ' 2 2 2 2 2 q LN y gb y +

Aliran terkumpul pada bagian tertentu saluran efluen yang dihubungkan dengan pipa keluar air di sampingnya, maka N =1, dan besarnya q’= 0,00087 m3/detik.

=

(

)

2 2 2 2 2 0,00087 3,768 0,03375 9,81 (0,1 ) (0,03375 ) m x m dtk m m m m dtk ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ + = 0,087m

Selain itu harus ditambahkan juga faktor losses sebesar 50% , sehingga tinggi saluran efluen total adalah 0,2 m~ 20 cm.

E. Rekapitulasi

Rekapitulasi dimensi DAF dapat dilihat pada Tabel V.16.

Diameter 1 m

Kedalaman 1,5 m

Freeboard 10 cm

Tinggi total 1,6 m

Diamater pipa inlet 1,5 inci Diamater pipa outlet 1,5 inci

V.4. Pengolahan Tahap Kedua

Pengolahan tahap kedua merupakan pengolahan biologi dengan anaerobic fixed bed

(31)

Pengolahan secara biologi akan berlangsung optimum pada kondisi lingkungan tertentu. Kondisi lingkungan pada umumya berkaitan dengan temperatur, pH, ketersediaan nutrien, dll. Air limbah mempunyai pH 5,22, sedangkan mikroorganisme anaerob dan aerob pada umunya tumbuh dengan baik pada pH netral. Untuk menciptakan kondisi yang optimum bagi mikroorganisme, diperlukan penambahan basa. Basa yang ditambahkan yaitu NaHCO3, tujuannya agar tidak

menimbulkan scaling pada reaktor dan senyawa ini bukan basa yang kuat, NaHCO3

mempunyai pH sekitar 8,3.

A. Bak Pembubuh Basa

Bak pembubuh basa adalah bak yang digunakan untuk membuat larutan NaHCO3.

Kapasitas bak pembubuh sama dengan jumlah larutan basa yang diperlukan untuk menetralkan pH air limbah dalam 1 hari. Larutan NaHCO3 akan dipompakan ke

dalam tangki netralisasi. Tabel V.17 menunjukkan data-data perencanaan bak pembubuh basa.

Tabel V.17. Data-data Perencanaan Bak Pembubuh Basa

Konsentrasi NaHCO3 M 0,1 M

Perhitungan

Debit I, Q1 =56,68 m3/hari – 0,02 m3/hari = 56,66 m3/hari

Debit II, Q2 = 75,32 m3/hari – 0,03 m3/hari = 75,29 m3/hari ~ 75,3 m3/hari

a) Menghitung jumlah mol asam = volume asam x molaritas asam = Q1(td) x M asam

Untuk debit I = 56,66 m3/hari (1menit)(10-5,22) = 2,38 x 10-7 mol

Untuk debit II = 75,3 m3/hari (1menit)(10-5,22) = 3,15 x 10-7 mol

(32)

b) Basa yang perlu ditambahkan, Vb

Untuk debit I: . .

. .

mol asam mol basa Vol basa Vol asam

− + = 10 -7 -7 3 2,38 x 10 mol 0,1 ( ) 0, 04 M Vb Vb m − + = 10 -7 Vb = 2,44 x 10-6 m3 = 2,44 ml

Untuk debit II:

-7 3 2,38 x 10 mol 0,1 ( ) 0, 04 M Vb Vb m − + = 10 -7 Vb = 3,23 x 10-6 m3 = 3,23 ml

Waktu pencampuran di dalam tangki netralisasi adalah 1 menit, maka debit

pembubuhan basa untuk debit I adalah 2,44 ml/menit dan untuk debit II adalah 3,23 ml/menit.

c) Larutan basa akan dibuat satu hari sekali, maka: Volume bak pembubuh basa,V = Qb x 1 hari

Untuk debit I, V = 2,44 ml/menit (1hari) = 3513,6 ml = 3,5 liter Untuk debit II, V = 3,23 ml/menit (1hari) = 4651,2 ml = 4,65 liter

B. Tangki Netralisasi

Tangki netralisasi digunakan untuk mencampurkan basa NaHCO3 dengan air limbah.

Tabel V.18 menunjukkan data-data perencanaan tangki netralisasi.

Tabel V.18 Data-Data Perencanaan Tangki Netralisasi

Waktu detensi 1 menit

Rasio tinggi dengan diameter tangki H/Te 1,1

Kecepatan putaran mixer n 100 rpm

1,746 x 10-5 lb s/ft2 Viskositas air pada 280C μ

0,8363 x 10-3 N detik/m2

Gradien kecepatan G 300 /detik

(33)

Perhitungan

a) Menghitung dimensi bak 1. Volume bak,V Tahap I, V =56,66 3 1 1440 m hari x menitx hari menit = 0,039 m 3 ~0,04 m3 Tahap II, V = 75,3 3 1 1440 m hari x menitx hari menit= 0,0529 m 3 ~0,053 m3

Volume bak yang dibangun mengikuti volume bak pada tahap II.

2. Luas permukaan bak Tinggi bak =30 cm

Luas permukaan bak =

3 0, 053 0, 3 m m = 0,176 m 2 3. Dimensi bak V = luas permukaan x tinggi Tinggi = 1,1 panjang bak

Bila bak berbentuk lingkaran, maka

Diameter bak = 1 / 3 3 0,053 1,1(0, 25)(3,14) m ⎡ ⎤ ⎢ ⎣ ⎦⎥ = 0,394m ~ 0,4 m Tinggi bak = 1,1(0,4) = 0,44 m ~0,45 m

b) Menghitung daya yang dibutuhkan untuk pengadukan, P = G2 x μ x V Tahap I, P = 2 3 2 300 det 0,8363 10 0, 04 det N x x x m m − ⎛ ⎞ 3 ₌ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 3,01 N-m/det = 3 W = 2,2 ft lb/det Tahap II, P = 2 3 2 300 det 0,8363 10 0, 053 det N x x x m m − ⎛ ⎞ 3= ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 3,98 N-m/det ~ 4 W = 2,9 ft lb/det

(34)

c. Menghitung diameter impeller, D = 1/ 5 3 Pxgc Npx xnρ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ Tahap I, D = 1/ 5 2 3 3 . 2, 2 32,17 det det 0, 6 1, 667 62, 4 det ft lb ft x r lb x x ft ⎛ _⎡ _⎤ ⎞ ⎜ _⎢ _⎥ ⎟ ⎣ ⎜ ⎟ ⎜ _⎛ _⎞ ⎟ ⎜ _⎜ _⎟ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎦ _{= 0,84 ft = 0,26 m} Tahap II, D = 1/ 5 2 3 3 . 2, 9 32,17 det det 0, 6 1, 667 62, 4 det ft lb ft x r lb x x ft ⎛ _⎡ _⎤ ⎞ ⎜ _⎢ _⎥ ⎟ ⎣ ⎜ ⎟ ⎜ _⎛ _⎞ ⎟ ⎜ _⎜ _⎟ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎦ _{= 0,89 ft = 0,27 m}

d. Cek rasio diameter impeller dengan lebar bak, D/Te Diameter impeller yang digunakan = 0,25 m

D Te= 0, 25 0, 625 0, 4 m

m = (memenuhi kriteria desain Æ 0,3-0,6)

e. Cek bilangan reynolds, NRE =

2 nxD xρ μ NRE =

(

)

2 3 5 1, 667 0,82 62, 4 det 1, 746 10 . r l x ft x b ft lb x ft s − = 4005932 >10000 Æ turbulen f. Struktur Influen

Struktur influen menggunakan pipa inlet berdiameter 1,5 inci, berdiameter dalam 1,61 inci (0,0489 m). Pipa inlet dipasang di tepi atas tangki netralisasi.

(35)

g. Struktur Efluen

Struktur efluen menggunakan pipa outlet berdiameter 1,5 inci, berdiameter dalan 1,61 inci (0,0489 m). Pipa outlet dipasang di tepi atas tangki netralisasi, di seberang pipa inlet.

V.4.1 Reaktor Fixed Bed A. Umum

Reaktor anaerobic fixed bed terdiri dari 2 reaktor, karena tahapan asidogenesis dan metanogenesis dilakukan pada reaktor terpisah. Pemisahan 2 tahap ini ditujukan untuk mengoptimalkan proses degradasi materi organik oleh mikroorganisme anaerob agar konversi COD menjadi biogas sebesar 90% dapat dicapai.

1. Influen Reaktor Fixed Bed Tahap I:

• Debit, Q = 56,66 m3/hari

• TSS = 10,83 kg/hari– 9,747 kg/hari = 1,083 kg/hari

= 3 1, 083 1000 56, 66 kg g hari x kg m hari = 18,98 g/m3

• CODp = 11,77 kg/hari – 10,6 kg/hari = 1,17 kg/hari

= 3 1,17 1000 56, 66 kg g hari x kg m hari = 20,5 g/m3

• CODs belum terolah di pengolahan sebelumnya, sehingga CODs = 38589 g/m3

(36)

= 3 0, 6 1000 56, 66 kg g hari x kg m hari = 10,51 g/m3 Tahap II: • Debit, Q = 75,3 m3/hari

• TSS = 17,256 kg/hari– 15,53 kg/hari = 1,726 kg/hari

= 3 1, 726 1000 75,3 kg g hari x kg m hari = 23 g/m3

• CODp = 18,581 kg/hari – 16,723 kg/hari = 1,858 kg/hari

• CODs belum terolah di pengolahan sebelumnya, sehingga CODs = 38589 g/m3

• Minyak dan lemak = 13,55 kg/hari – 12,737 kg/hari = 0,813 kg/hari

Reaktor Fixed Bed Asidogenesis A. Umum

Reaktor fixed bed ini merupakan reaktor tempat berlangsungnya proses asidogenesis, yaitu proses konversi zat organik sederhana menjadi asam-asam volatil. Proses ini akan menghasilkan gas H2 dll, oleh karena itu diperlukan pengumpul gas untuk

(37)

B. Kriteria desain

Kriteria desain reaktor fixed bed I terdapat pada Tabel V.19.

Tabel V.19 Kriteria Desain Reaktor Fixed Bed Asidogenesis

Organic loading OR 3-16 kg/m3 hari Malina & Pohland, 1992

Rasio tinggi - diameter 1-2 tanpa satuan Jordening & Winter, 2002

Data-data yang berhubungan dengan perencanaan terdapat pada Tabel V.20.

Tabel V.20 Data Perencanaan Reaktor Reaktor Fixed Bed Asidogenesis

Organic loading OR 16 kg/m3 hari

Tinggi media t 6,5 m

Waktu detensi td 1-3 hari

D. Perhitungan

1. Konsentrasi COD biodegradable di influen, So

Konsentrasi COD soluble pada tahap I dan tahap II sama, karena tidak ada penyisihan COD soluble pada pengolahan-pengolahan sebelumnya.

So = 38589 mg/L 2. Volume reaktor, V =S xQo OR Tahap I, V =56,66 3 3 3 3 38589 56, 66 10 16 g m x m hari kg g x m hari kg = 138 m3 Tahap II, V = 3 3 3 3 38589 75,3 10 16 g m x m hari kg g x m hari kg = 183 m3

(38)

Reaktor yang dibangun mengikuti volume reaktor tahap II yaitu 183 m3

3. Pori-pori media yang digunakan yaitu Pall rings dengan bahan plastik sebesar 96,5%, maka jumlah air yang terolah di dalam reaktor :

Vair = 0,965 x 183 m3 = 176,6 m3

4. Cek organic loading, OR = S xQo

V Tahap I, OR = 3 3 3 3 38589 56, 66 10 176, 6 g m x m hari g m x kg = 12,54 kg/m3 hari Tahap II, OR = 3 3 3 3 38589 75,3 10 176,6 g m x m hari g m x kg = 16,58 kg/m3 hari

5. Luas permukaan reaktor, A =

bed V t A = 3 183 6, 5 m m = 28,154 m 2 6. Diameter reaktor, d = 1/ 2 0, 25 A xπ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ d = 1/ 2 2 28,154 0, 25 3,14 m x ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ = 6 m

7. Cek rasio antara diameter dan tinggi, T

d

Tinggi reaktor = tinggi media + 1 m. Penambahan tinggi ini ditujukan agar biomassa yang tidak terlekat tidak cepat terbawa efluen ke luar reaktor.

(39)

T d =

7,5 6

m

m = 1,25( memenuhi kriteria desain rasio tinggi reaktor dengan

diameter Æ 1-2) 8. Struktur Inlet

Influen harus terdistribusi merata oleh karena itu digunakan sistem distribusi yang diletakkan setiap 5-10 m2 dan kecepatan aliran arus dijaga berada dalam range 1-2 m/jam (Jordening-Winter, 2002).

Jumlah distribution inlet = ₂ 5 A m = 2 2 28,154 5 m m = 5,63 buah

Inlet yang dipakai sebanyak 5 buah.

9. Struktur Outlet

Struktur outlet terdiri dari baffle, weir V-notch, saluran efluen, dan effluent box. Weir V-notch yang digunakan bersudut 90o, diletakkan di tepi tangki. Data-data perencanaan struktur efluen terdapat pada Tabel V.21.

Diameter tangki d 6 m

Tinggi notch 8 cm

Jumlah notch 2 /m

Perhitungan

Panjang saluran efluen = 2 (diameter tangki )

= 2(6m) = 12 m

Jumlah notch = panjang saluran efluen / besar notch = 2 (12 m) = 24 buah

(40)

Weir loading, WL = Q/panjang saluran efluen Tahap I, WL = 3 56,66 12 m hari m = 4,755 m 3 /m hari Tahap II, WL = 3 75,3 12 m hari m = 6,275 m 3 /m hari

Tahap I, q = 3 0,00066 det 24 m ik _{= 6,6 x 10}-5 m3/detik Tahap II, q = 3 0,00087 det 24 m ik _{= 8,71 x 10}-5 m3/detik

2 / 5 0,5 2 15 8 (2 9,81 ) tan 2 D q m C x x dtk θ ⎡ ⎛ ⎞⎤ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎝ ⎠⎥ ⎣ ⎦ Tahap I, H = 2 / 5 3 -5 0,5 2 6,6 x 10 15 8 0,584(2 9,81 ) tan 45 m dtk m x x dtk ⎡ ⎛ ⎞⎤ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜_⎜ ⎟_⎟⎥ ⎢ _⎝ _⎠⎥ ⎣ ⎦ = 1,872 cm Tahap II, H = 2 / 5 3 -5 0,5 2 8,71 x 10 15 8 0,584(2 9,81 ) tan 45 m dtk m x x dtk ⎡ ⎛ ⎞⎤ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎜ ⎟ ⎢ _⎝ _⎠⎥ ⎣ ⎦ = 2,091 cm

(41)

= 3 0,00066 / 0,5 / m dtk m dtk = 1,32 x 10 -3 m2

Diameter pipa keluar, d = 0, 25 A Π = -3 1,32 x 10 0, 25Π = 0,041 m = 4,1 cm .

A = 3 2 0,00087 0, 25(3,14)(0,041 ) m dtk m = 0,66 m/detik Dimensi effluent box 30 cm x 30 cm

Tinggi air di effluent box = diameter pipa keluar + losses = 1,91 inci(2,54cm)= 6 cm Tinggi saluran efluen di atas effluent box = ½(d pipa) + ketebalan saluran

efluen

=1/2(4,85cm) + 1cm = 3,425 cm

Tinggi air di atas saluran efluen = 6 cm-3,425 cm = 2,575 cm Selain itu harus ditambahkan juga tinggi jatuh bebas 0,1 m dan faktor losses sebesar 50% , sehingga tinggi saluran efluen total adalah 0,25 m.

E. Rekapitulasi

(42)

Tabel V. 22 Rekapitulasi Dimensi

Diameter 6 m

Kedalaman total 7,5 m

Diameter pipa inlet 1,5 inci Diameter pipa outlet 1,5 inci

Reaktor Fixed Bed Metanogenesis A. Umum

Reaktor fixed bed ini merupakan reaktor tempat berlangsungnya proses metanogenesis, dimana sebanyak 90% COD yang masuk akan dikonversi menjadi biogas. Proses sebelumnya yaitu asidogenesis akan menurunkan pH hingga 4, maka sebelum air limbah diolah di reaktor ini, diperlukan penambahan basa untuk menetralkan pH, karena bakteri metan yang mempunyai peranan penting dalam proses metanogenesis dapat bekerja optimum pada pH netral. Jumlah basa yang diperlukan akan dihitung setelah perhitungan dimensi reaktor fixed bed metanogenesis.

B. Kriteria Desain

(43)

Tabel V.23 Kriteria Desain Reaktor Fixed Bed Metanogenesis

Organic loading OR 3-16 kg/m3 hari Malina & Pohland, 2004 Rasio tinggi - diameter 1-2 tanpa satuan Jordening & Winter, 2002 Yield Y 0,02-0,06 g VSS/g COD Metcalf & Eddy, 2004 Koefisien decay kd 0,01-0,04 g/g hari Metcalf & Eddy, 2004 Laju pertumbuhan spesifik μm 0,22-0,28 g/g hari Metcalf & Eddy, 2004

Konsentrasi jenuh Monod Ks 300-500 mg/l Metcalf & Eddy, 2004 Fraksi sel yang mati fd 0,15 Metcalf & Eddy, 2004 Konsentrasi biomassa X 4,9-35 kg VSS/m3 Malina & Pohland, 1992 Produksi gas metan pada

35oC

0,4 m3/kg COD Metcalf & Eddy, 2004

Kerapatan gas metan pada 35oC

0,6346 kg/m3 Metcalf & Eddy, 2004

Persen gas metan di udara 60-70 % Metcalf&Eddy,2004

Data-data yang berhubungan dengan perencanaan terdapat pada Tabel V.24.

Tabel V. 24 Data Perencanaan Reaktor Fixed Bed Metanogenesis

Waktu detensi td 5 hari

Tinggi media t 8 m

Yield Y 0,04 g VSS/g COD

Konsentrasi biomassa dalam reaktor Xvss 12000 mg/l

Rasio TSS dengan VSS 0,85 tanpa satuan

Kandungan gas metan di udara 65 %

D. Perhitungan

1. Konsentrasi COD biodegradable di influen, So So = 38589 mg/l

2. Konsentrasi COD tersisihkan, So-S

Proses metanogenesis akan mengkonversi COD menjadi 90% biogas. So-S = η x CODs+ 0,5 CODp

= (0,9 x 38589) mg

l + 0,5 (20,5) mg

(44)

3. Konsentrasi COD efluen, S S = 38589mg l - 34740,35 mg l = 3848,65 mg/l 4. Volume reaktor, V = Q x td Tahap I, V = 3 56,66 m x hari5 hari = 283,3 m 3 Tahap II, V = 3 75, 3 m x hari5 hari = 376,5 m 3

Reaktor yang dibangun mengikuti volume reaktor tahap II yaitu 376,5 m3

5. Luas permukaan reaktor, A = V

t A = 3 376, 5 8 m m = 47,06 m 2 6. Diameter reaktor, d = 1/ 2 0, 25 A xπ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ d = 1/ 2 2 47, 06 0, 25 3,14 m x ⎛ ⎜ ⎝ ⎠ ⎞ ⎟ = 7,74 m ~ 7,8 m

7. Cek organic loading, OR = COD xQinf

V

Pori-pori media yang digunakan yaitu Pall rings sebesar 96,5%, maka organic loading dihitung berdasarkan volume tangki yang berisikan media pertumbuhan, dimana mikroorganisme berada dalam konsentrasi maksimum.

Tahap I, OR = kg g x x m hari m x m g 3 3 3 3 10 965 , 0 6 , 376 06 , 57 38589 = = 6,05kg/m3 hari

(45)

Tahap II, OR = kg g x x m hari m x m g 3 3 3 3 10 965 , 0 6 , 376 3 , 75 38589 = 8 kg/m3 hari

8. Cek rasio antara diameter dan tinggi reaktor, T

d

Tinggi reaktor = tinggi media + 1 m. Penambahan tinggi ini ditujukan agar biomassa yang tidak terlekat tidak cepat terbawa efluen ke luar reaktor.

total T d = 9 7,8 m

m= 1,15 ( memenuhi kriteria desain rasio tinggi reaktor dengan

diameter Æ 1-2) 9. Rasio F/M Tahap I, F/M = 56,66 3 3 3 3 38589 56, 66 376, 6 0, 965 10000 g m x hari m g m x x m = 0,6/hari Tahap II, F/M = 3 3 3 3 10000 965 , 0 6 , 376 3 , 75 38589 m g x x m hari m x m g = 0,8/hari

10. Produksi gas metan Neraca massa :

CODinf - CODef – COD yang menjadi sel baru- COD yang dikonversi menjadi

gas metan =0

a) Menentukan CODinf

Tahap I, CODinf =

3 3 38589 56, 66 10 g m x x hari m 3 kg g = 2201,88 kg/hari

(46)

Tahap II, CODinf = g kg x hari m x m g 3 3 3 10 3 , 75 38589 = 2905,75 kg/hari b). Menentukan CODef Tahap I, CODef = 3 3 3850 56, 66 10 g m x x hari m 3g kg = 219,7 kg/hari

Tahap II, CODef =

g kg x hari m x m g 3 3 3 10 3 , 75 3850 = 290 kg/hari

c). Menentukan COD yang dikonversi menjadi sel baru:

Tahap I = hari kg x x gCOD gVSS x gVSS gCOD 88 , 2201 9 , 0 04 , 0 42 , 1 = 112,56 kg/hari Tahap II, = hari kg x x gCOD gVSS x gVSS gCOD 75 , 2905 9 , 0 04 , 0 42 , 1 = 148,54 kg/hari

d). Menentukan COD yang dikonversi menjadi gas metan :

Tahap I = 2201,88 kg/hari - 219,7 kg/hari - 112,56 kg/hari = 1869,62 kg/hari Tahap II= 2905,75 kg/hari – 290 kg/hari – 148,54 kg/hari = 2467,21 kg/hari Total gas yang diproduksi :

Tahap I = 3 3 3 4 1869, 2 0,65 m m gas x hari m CH = 2876,34 m 3 /hari Tahap II = 3 3 3 4 2467, 21 0,65 m m gas x hari m CH = 3795,7 m 3 /hari 11. Gas Storage

a) Menghitung jumlah gas yang dapat disimpan di dalam gas storage

Gas yang dihasilkan dari proses metabolisme mikroorganisme akan dikumpulkan di gas storage ini, selanjutnya dikeluarkan menggunakan kompresor untuk keperluan pabrik. Gas storage berbentuk elipsoidal, maka diameter gas storage

(47)

akan sama dengan diameter reaktor, yaitu 7,8 m. Sedangkan tingginya adalah ¼ diameter, yaitu 1,95 m. Volume gas storage akan menunjukkan jumlah gas yang dapat ditampung.

Volume gas storage = 24 π (diameter)3 = 24 π (7,8m)3 = 62 m3

Volume gas yang dapat disimpan, V1 = 2 2 1

1 2

PV T PT

Dimana : P1 = tekanan gas yang diproduksi (1 atm)

V1 = volume gas yang diproduksi

T1 = suhu gas yang diproduksi (300)

P2 = tekanan gas yang akan disimpan

V2 = volume storage gas

T2 = suhu gas yang akan disimpan (00)

V1 = 3 0 0 62 (5,1 )(273 0) 1 (273 30) m atm atm K + + K = 285 m3

Volume gas yang dapat tersimpan di gas storage adalah 285 m3, sedangkan gas yang diproduksi pada tahap I, adalah 2876,34 m3/hari dan pada tahap II gas yang diproduksi 3795,7 m3/hari, jadi dilakukan pemampatan udara oleh kompresor setiap 2 jam, sedangkan untuk tahap II, pemampatan gas oleh kompresor dilakukan setiap 1,5 jam.

b) Menghitung kapasitas kompresor

Massa jenis gas adalah 1,162 kg/m3, maka berat total gas yang disimpan dalam gas storage dalam kondisi standar = 285 m3 ( 1,162 kg/m3) = 331,17 kg

Asumsi berat gas yang dikompres adalah 200% dari yang dihasilkan

Tahap I, w = 2331,17 2 3600 kg jam x jam dtk = 92 g/detik Tahap II, w = 2331,17 1,5 3600 kg jam x jam dtk = 122,65 g/detik

(48)

Kapasitas kompresor, Pw = 0,283 ( )( ) 1 8, 41( ) o o w R T P x E P ⎡_⎛ _⎞ ⎤ ⎢_⎜ _⎟ − ⎥ ⎢⎝ ⎠ ⎥ ⎣ ⎦ dimana : R = 8,314 kJ/kmol 0K e = efisiensi kompresor (75%) To = temperatur inlet (273+35)oK Po = 1,03 atm P = 5,1 atm Tahap I, Pw = 3 o _0,283 92 10 (8,314 )(273+35) K 5,1 det ₁ 1, 03 8, 41(0,75) o kg kJ x ik kmol K kg kmol − ⎡_⎛ _⎞ ⎤ − ⎢_⎜ _⎟ ⎥ ⎝ ⎠ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ = 21,38 kW Tahap II, Pw = 3 o 0,283 122,65 10 (8,314 )(273+35) K 5,1 det ₁ 1,03 8, 41(0, 75) o kg kJ x ik kmol K kg kmol − ⎡_⎛ _⎞ ⎤ − ⎢_⎜ _⎟ ⎥ ⎝ ⎠ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ = 28,5 kW 12. Struktur influen

Influen harus terdistribusi merata, oleh karena itu digunakan sistem distribusi yang diletakkan setiap 5-10 m2. Kecepatan aliran arus dijaga berada dalam range 1-2 m/jam.

Jumlah distribution inlet = ₂ 5 A m = 2 2 5 06 , 47 m m = 9,412 buah ~ 9 buah 13. Struktur efluen

Struktur efluen terdiri dari weir V-notch, saluran efluen, dan effluent box. Weir V-notch yang digunakan bersudut 90o, diletakkan di tepi tangki. Data-data perencanaan struktur efluen terdapat pada Tabel V.25.

(49)

Diameter tangki d 7,8 m

Tinggi notch 8 cm

Jumlah notch 2 /m

Perhitungan

Panjang saluran efluen = 2 (diameter tangki )

= 2(7,8) = 15,6 m

Jumlah notch = 2 x panjang saluran efluen = 2 (15,6 m) = 31,2 buah Weir loading, WL = Q/panjang saluran efluen

Tahap I, WL = 3 56, 66 15, 6 m hari m = 3,63 m 3 /m hari Tahap II, WL = 3 75,3 15, 6 m hari m = 4,83 m 3 /m hari

Tahap I, q = 3 0,00066 det 31, 2 m ik _{= 2,11 x 10}-5 m3/detik Tahap II, q = 3 0,00087 det 31, 2 m ik _{= 2,78 x 10}-5 m3/detik

2 / 5 0,5 2 15 8 (2 9,81 ) tan 2 D q m C x x dtk θ ⎡ ⎛ ⎞⎤ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎝ ⎠⎥ ⎣ ⎦

(50)

Tahap I, H = 2 / 5 3 -5 0,5 2 2,11 x 10 15 8 0,584(2 9,81 ) tan 45 m dtk m x x dtk ⎡ ⎛ ⎞⎤ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜_⎜ ⎟_⎟⎥ ⎢ _⎝ _⎠⎥ ⎣ ⎦ = 1,42 cm Tahap II, H = 2 / 5 3 -5 0,5 2 2,78 x 10 15 8 0,584(2 9,81 ) tan 45 m dtk m x x dtk ⎡ ⎛ ⎞⎤ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎢ ⎜_⎜ ⎟_⎟⎥ ⎢ _⎝ _⎠⎥ ⎣ ⎦ = 1,611 cm

v = 3 0,00066 / 0,5 / m dtk m dtk = 1,32 x 10 -3 m2

Diameter pipa keluar, d = 0, 25 A Π = -3 1,32 x 10 0, 25Π = 0,041 m = 4,1 cm = 1,614 inci . Pipa yang dipakai adalah pipa 1,5 inci, dengan diameter dalam 1,61 inci (4,089 cm).

A = 3 2 0,00087 0, 25(3,14)(0,041 ) m dtk m = 0,66 m/detik

Dimensi effluent box 30 cm x 30 cm

Tinggi air di effluent box = diameter pipa keluar + losses = 1,91 inci(2,54cm)= 6 cm

(51)

Tinggi saluran efluen di atas effluent box = ½(d pipa) + ketebalan saluran efluen

=1/2(4,85cm) + 1 cm = 3,425 cm

Tinggi air di atas saluran efluen = 6 cm-3,425 cm = 2,575 cm Selain itu harus ditambahkan juga tinggi jatuh bebas 0,1 m dan faktor losses sebesar 50% , sehingga tinggi saluran efluen total adalah 0,25m.

E. Rekapitulasi

Rekapitulasi dimensi reaktor fixed bed metanogenesis dapat dilihat pada Tabel V.26.

Diameter 7,8 m

Kedalaman 9 m

Diameter pipa inlet 1,5 inci Diameter pipa outlet 1,5 inci

Bak Pembubuh Basa

Proses asidogenesis di dalam reaktor akan menurunkan pH karena dihasilkan asam-asam volatil, sedangkan proses berikutnya yaitu metanogenesis akan berlangsung optimal pada pH 6,5-7,7. Proses asidogenesis dapat menurunkan pH hingga 4, oleh karena itu, diperlukan pembubuhan basa untuk menaikkan pH menjadi 7. Tabel V.27 menunjukkan data-data perencanaan bak pembubuh basa.

Tabel V.27. Data-data Perencanaan Bak Pembubuh Basa

Konsentrasi NaHCO3 M 0,1 M

A. Perhitungan

a) Menghitung jumlah mol asam = volume asam x molaritas asam = Q1(td) x M asam

(52)

Untuk debit I = 56,66 m3/hari (1menit)(10-4) = 3,96 x 10-6 mol

Untuk debit II = 75,3 m3/hari (1menit)(10-4) = 5,23 x 10-6 mol

b) Basa yang perlu ditambahkan, Vb

Untuk debit I: . .

. .

mol asam mol basa Vol basa Vol asam

− + = 10 -7 3 6 04 , 0 ) ( 1 , 0 10 96 , 3 m Vb Vb M x + − − = 10-7 Vb = 3,956x 10-5 m3 = 39,56 ml

Untuk debit II:

3 6 0523 , 0 ) ( 1 , 0 10 23 , 5 m Vb Vb M x + − − = 10-7 Vb = 5,22 x 10-5 m3 = 52,25 ml

Waktu pencampuran di dalam tangki netralisasi adalah 1 menit, maka debit pembubuhan basa untuk debit I adalah 39,56 ml/menit dan untuk debit II adalah 52,25 ml/menit.

c) Larutan basa akan dibuat satu hari sekali, maka: Volume bak pembubuh basa,V = Qb x 1 hari

Untuk debit I, V = 39,56 ml/menit (1hari) = 57 liter = 0,57 m3 Untuk debit II, V = 52,25 ml/menit (1hari) = 75,24 liter = 0,75 m3

Tangki Netralisasi

Tangki netralisasi merupakan tangki pencampuran basa NaHCO3 dengan air. Larutan

NaHCO3 dari bak pembubuh akan dipompa dengan pompa dosing ke dalam tangki

(53)

Tabel V.28 Data-Data Perencanaan Tangki Netralisasi

Waktu detensi 1 menit

Rasio tinggi dengan diameter tangki H/Te 1,1

Kecepatan putaran mixer n 100 rpm

1,746 x 10-5 lb s/ft2 Viskositas air pada 280C μ

0,8363 x 10-3 N detik/m2

Gradien kecepatan G 300 /detik

Mixer low shear hydrofoil 4 blade Np 0,6

A. Perhitungan

a) Menghitung dimensi bak 1. Volume bak,V Tahap I, V =56,66 3 1 1440 m hari x menitx hari menit = 0,039 m 3 ~0,04 m3 Tahap II, V = 75,3 3 1 1440 m hari x menitx hari menit= 0,0529 m 3 ~0,053 m3

Volume bak yang dibangun mengikuti volume bak pada tahap II.

2. Luas permukaan bak Tinggi bak =30 cm

Luas permukaan bak =

3 0, 053 0, 3 m m = 0,176 m 2 3. Dimensi bak V = luas permukaan x tinggi Tinggi = 1,1 panjang bak

Bila bak berbentuk lingkaran, maka

Diameter bak = 1 / 3 3 0,053 1,1(0, 25)(3,14) m ⎡ ⎤ ⎢ ⎣ ⎦⎥ = 0,394m ~ 0,4 m Tinggi bak = 1,1(0,4) = 0,44 m ~0,45 m

(54)

Tahap I, P = 2 3 2 300 det 0,8363 10 0, 04 det N x x x m m − ⎛ ⎞ 3 = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 3,01 N-m/det = 3 W = 2,2 ft lb/det Tahap II, P = 2 3 2 300 det 0,8363 10 0, 053 det N x x x m m − ⎛ ⎞ 3= ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 3,98 N-m/det ~ 4 W = 2,9 ft lb/det

c. Menghitung diameter impeller, D =

1/ 5 3 Pxgc Npx xnρ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ Tahap I, D = 1/ 5 2 3 3 . 2, 2 32,17 det det 0, 6 1, 667 62, 4 det ft lb ft x r lb x x ft ⎛ _⎡ _⎤ ⎞ ⎜ _⎢ _⎥ ⎟ ⎣ ⎜ ⎟ ⎜ _⎛ _⎞ ⎟ ⎜ _⎜ _⎟ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎦ _{= 0,84 ft = 0,26 m} Tahap II, D = 1/ 5 2 3 3 . 2, 9 32,17 det det 0, 6 1, 667 62, 4 det ft lb ft x r lb x x ft ⎛ _⎡ _⎤ ⎞ ⎜ _⎢ _⎥ ⎟ ⎣ ⎜ ⎟ ⎜ _⎛ _⎞ ⎟ ⎜ _⎜ _⎟ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎦ _{= 0,89 ft = 0,27 m}