PEMODELAN KUANTITATIF BERBASIS UML (UNIFIED MODELING LANGUAGE) PROSES LUMPUR AKTIF UNTUK
PENANGANAN LIMBAH CAIR AGROINDUSTRI
SKRIPSI
Oleh:
AGUNG UTOMO F34070012
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
2011
ii
AN UML (UNIFIED MODELING LANGUAGE) BASED QUANTITATIVE MODELING OF
ACTIVATED SLUDGE PROCESS
FOR AGROINDUSTRY WASTEWATER TREATMENT
Agung Utomo*, Suprihatin*, and Taufik Djatna*
*Department of Agroindustrial Technology, Faculty of Agricultural Technology Bogor Agricultural University, Dramaga Campus, PO BOX 220, Bogor,
West Java, Indonesia
Phone 0857 824 665 59, e-mail: [email protected]
ABSTRACT
The objectives of this research is to find the best parameters value for designing basin, mixing and aeration system, to optimize the process design and process controls, to simulate activated sludge process that consists of the BOD removal only, BOD removal with nitrification, Biological nitrogen removal for anoxic/aerobik process, and Biological phosphorus removal, using a computation model of activated sludge process based on UML (Unified Modeling Language). The calculated data was analyzed by using calculation of each process at activated sludge process. Activated sludge process design covers determination of the aeration basin volume, the amount of sludge production, the amount of oxygen needed, and the efluen concentration. The computation model of activated sludge process consists of BOD removal only, BOD removal with nitrification, biological nitrogen removal for anoxic/aerobik process, and biological phosphorus removal.
Keyword : Unified modeling language, activated sludge model, object oriented system, agro industrial wastewater treatment.
iii
AGUNG UTOMO. F34070012. Pemodelan Kuantitatif Berbasis UML (Unified Modeling Language) Proses Lumpur Aktif Untuk Penanganan Limbah Cair Agroindustri . Di bawah bimbingan Suprihatin dan Taufik Djatna. 2011.
RINGKASAN
Proses lumpur aktif adalah proses dengan metode aerobik yang dapat mengolah berbagai jenis limbah. Lumpur aktif merupakan suatu padatan organik yang telah mengalami peruraian secara hayati sehingga terbentuk biomassa yang aktif dan mampu meyerap partikel serta merombaknya dan kemudian membentuk massa yang mudah mengendap dan atau menyerap sebagai gas. Proses penggunaan lumpur aktif adalah dengan menambahkan air limbah pada tangki aerasi dengan tujuan memperbanyak jumlah bakteri agar proses biologi berjalan secara cepat. Proses lumpur aktif dapat memungkinkan pemanfaatan dari skala kecil hingga skala besar, dapat mengeliminasi bahan organik, dicapainya oksidasi dan nitrifikasi, proses nitrifikasi secara biologis tanpa menambahkan bahan kimia, eliminasi fosfor biologis, pemisahan padatan/cairan, stabilisasi lumpur, mampu mengurangi padatan tersuspensi sebesar 97%, dan proses lumpur aktif merupakan proses pengolahan air limbah yang paling banyak digunakan.
Proses lumpur aktif yang akan dimodelkan yaitu perancangan proses dan simulasi proses.
Perancangan proses terdiri dari penyisihan BOD, penyisihan BOD-nitrifikasi, penyisihan nitrogen, dan penyisihan fosfor secara biologis. Pemodelan proses lumpur aktif bertujuan untuk memungkinkan pengguna (staf pengolahan limbah cair) untuk menghitung konstruksi yang tepat sesuai air limbah yang dihasilkan oleh industri. Data dihitung dengan menggunakan acuan perhitungan perancangan proses lumpur aktif. Perancangan proses lumpur aktif dilakukan untuk menentukan: volume tangki aerasi, jumlah produksi lumpur, jumlah oksigen yang dibutuhkan, dan konsentrasi efluen. Program pemodelan proses lumpur aktif yang akan dihasilkan diberi nama Activatedsludge.0.1.
Tujuan dari penelitian ini adalah mencari nilai parameter terbaik untuk konstruksi kolam aerasi, kondisi pencampuran dan sistem aerasi, mengoptimalkan proses desain dan proses kontrol, untuk mensimulai desain proses lumpur aktif yang terdiri dari penyisihan BOD, penyisihan BOD- nitrifikasi , nitrogen removal secara biologis (proses anoksik / aerobik), dan penyisihan fosfor secara biologis, dengan sebuah model komputasi proses lumpur aktif berbasis UML (Unified Modeling Language).
Metode pengembangan sistem yang digunakan pada penelitian ini, adalah dengan pendekatan kuantitatif (solusi analitik) dan pengembangan sistem berorientasi objek. Pengembangan sistem berorientasi objek menggunakan Unified Modeling Languange (UML). UML adalah bahasa visual yang menyediakan cara bagi orang untuk menganalisis dan mendesain sebuah sistem berorientasi obyek yang bertujuan untuk menvisualisasi, konstruksi, dan dokumentasi proses pembuatan sistem.
Solusi analitik yang dimaksud adalah pengembangan dengan metode matematika. Perumusan dalam perancangan proses menggunakan acuan perhitungan proses lumpur aktif yang telah ada. Pada perancangan sistem berdasarkan UML , terdapat empat diagram pemodelan sistem yaitu : Use case diagram (diagram kasus), Activity diagram (diagram aktivitas), Statechart diagram (diagram keadaan), dan Class diagram (diagram kelas).
Proses perhitungan yang akan dihitung salah satunya adalah proses penyisihan BOD. Untuk melakukan proses perhitungan, data yang menjadi nilai input perhitungan harus diketahui terlebih dahulu, data tersebut adalah data karakteristik air limbah, jumlah debit limbah, dan koefisien perhitungan. Data yang digunakan merupakan karakteristik air limbah dari pabrik Industri kelapa sawit PT.Perkebunan Nusantara I, Aceh Tamiang. Debit limbah yang dihasilkan yaitu 1000 m3/hari.
iv
Berdasarkan nilai debit limbah, maka konstruksi proses penyisihan BOD yang tepat untuk volume tangki aerasi yaitu sebesar 5000 m3, dengan total produksi lumpur 31541.78 kg/hari dan oksigen yang dibutuhkan untuk proses sebesar 772 kg/jam, untuk kualitas efluen, konsentrasi yang di dapatkan adalah 1.8 mg bCOD/L dan 9.9 mg BOD/L.
Pada perhitungan simulasi model proses lumpur aktif, simulasi dilakukan terhadap nilai laju alir lumpur yang akan dibuang (Qw), laju alir lumpur aktif yang akan diproses kembali (Qr) dan konsentrasi lumpur yang akan dikembalikan ke dalam proses (Xr). Berdasarkan simulasi pada nilai Qw diketahui bahwa, perubahan nilai Qw mempengaruhi perubahan waktu keseluruhan proses (solids retention time/SRT), perubahan nilai SRT akan mengakibatkan perubahan konsentrasi yang dihasilkan pada efluen (Se) dan jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk proses (Ro). Pada simulasi nilai Qr, perubahan nilai Qr mempengaruhi perubahan nilai Xr, perubahan nilai Xr akan mempengaruhi nilai Qw dan nilai laju alir limbah efluen atau output (Qe). Pada simulasi nilai Xr, perubahan nilai Xr mempengaruhi nilai Qr,Qw, dan Qe .
Beberapa kelebihan dari perancangan sistem berbasis UML ini antara lain, perancangan sistem lebih terstruktur,pembagian dan pengolahan database lebih cepat. Selain itu juga lebih efisien dalam implementasi ke pemrograman sehingga memudahkan dalam proses pemodelan.
Pengembangan lebih lanjut terhadap program ActivatedSludge.0.1 perlu dilakukan untuk menyempurnakan paket program, sehingga pengguna akan semakin dipermudah dalam melakukan menghitung pada proses perhitungan penanganan limbah cair agroindustri dengan proses lumpur aktif.
v
PEMODELAN KUANTITATIF BERBASIS UML (UNIFIED MODELING LANGUAGE) PROSES LUMPUR AKTIF UNTUK
PENANGANAN LIMBAH CAIR AGROINDUSTRI
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh
AGUNG UTOMO F34070012
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2011
vi Judul Skripsi : Pemodelan Kuantitatif Berbasis UML (Unified Modeling
Language) Proses Lumpur Aktif Untuk Penanganan Limbah Cair Agroindustri.
Nama : Agung Utomo NIM : F34070012
Menyetujui,
Pembimbing I, Pembimbing II,
(Prof. Dr. Ir. Suprihatin) (Dr.Eng. Taufik Djatna, STP, M.Si) NIP 19631221 199003 1002 NIP 19700614 199512 1 001
Mengetahui:
Ketua Departemen,
(Prof. Dr. Ir. Nastiti Siswi Indrasti) NIP 19621009 198903 2 001
Tanggal Lulus :
vii
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi yang berjudul Pemodelan Kuantitatif Berbasis UML (Unified Modeling Language) Proses Lumpur Aktif Untuk Penanganan Limbah cair agroindustri adalah hasil karya saya sendiri, dengan arahan dosen pembimbing. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Bogor, 26 Juni 2011 Yang membuat pernyataan
Agung Utomo F3470012
viii
© Hak cipta milik Agung Utomo, tahun 2011 Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tampa izin tertulis dari Institu Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotokopi,
mikrofilm, dan sebagainya
ix
BIODATA PENULIS
Agung Utomo. Lahir di Banda Aceh, 19 Agustus 1989 dari ayah Cipta Hunai dan ibu Herna Lidaiti, sebagai putra ketiga dari tiga bersaudara. Penulis menamatkan SMA pada tahun 2007 dari SMA Negeri 1 Sabang, Aceh dan pada tahun yang sama diterima di IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Penulis memilih Program Studi Teknologi Industri Pertanian, Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakulatas Teknologi Pertanian.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif dalam berbagai kegiatan termasuk menjadi asisten mata kuliah dasar-dasar komunikasi pada tahun 2009 dan menjadi asisten mata kuliah penerapan komputer pada tahun 2008. Pada tahun 2007 menjadi anggota PASKIBRA (Pasukan pengibar bendera merah putih ) IPB. Pada tahun 2011 mengikuti lomba Pekan Karya Mahasiswa Kewirausahaan IPB dan lolos pada tahap pertama. Penulis melaksanakan Praktik Lapangan pada tahun 2010 di Pabrik Kelapa Sawit, PT. Perkebunan Nusantara I Aceh Tamiang, Aceh.
Penulis menyelesaikan skripsi dengan judul “ Pemodelan Kuantitatif Berbasis UML (Unified Modeling Language) Proses Lumpur Aktif Untuk Penanganan Limbah Cair Agroindustri” untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknologi Pertanian di bawah bimbingan Prof. Dr. Ir. Suprihatin. dan Dr.Eng. Taufik Djatna, STP, M.Si.
x
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur dipanjatkan ke hadapan Allah SWT atas karunia-Nya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Penelitian dengan judul “Pemodelan Kuantitatif Berbasis UML (Unified Modeling Language) Proses Lumpur Aktif Untuk Penanganan Limbah Cair Agroindustri”
dilaksanakan di Bogor sejak bulan Februari sampai Mei 2009.
Dengan telah selesainya penenlitian hingga tersusunnya skripsi ini, penulis ingin menyampaikan penghargaan dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Prof. Dr. Ir. Suprihatin atas saran dan bantuan moril yang diberikan selaku dosen pebimbing utama.
2. Dr.Eng. Taufik Djatna, S.TP, MSi atas saran selaku dosen pebimbing kedua dan telah mengajarkan tentang disiplin waktu, serta keefektifan dan keefisienan dalam melakukan suatu pekerjaan.
3. Andes Ismayana, S.TP, MT yang telah memberikan masukan selaku penguji pada ujian skripsi.
4. PT Perkebunan Nusantara I, pabrik kelapa sawit, Tanjung Seumantoh, Aceh Tamiang, Nanggroe Aceh Darussalam.
5. Orang tua yang selama ini tanpa henti memberikan semangat,dukungan, dan doa.
6. Ismawarni, Asisten laboraturium PKS dan PIS PTPN-I Tanjung Seumantoh yang telah banyak membantu, mengajari tentang pengolahan limbah cair.
7. Teguh A.S, Triyoda A, Muhammad Iqbal A.W, yang telah menjadi rekan selama penelitian di laboraturium komputer TIN.
8. Sahabat-sahabat TIN44 yang telah memberikan masukan tentang desain model perangkat lunak.
9. Serta semua pihak yang telah membantu baik langsung maupun tidak langsung.
Akhirnya penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan kontribusi yang nyata terhadap perkembangan ilmu pengetahuan di bidang teknologi pertanian khususnya bidang teknologi manajemen lingkungan industri pertanian.
xi
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvi
I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan ... 2
1.3. Ruang Lingkup Penelitian ... 2
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Lumpur Aktif ... 3
2.1.1. Penyisihan BOD (Biological Oxygen Demand) ... 4
2.1.2. Penyisihan Nitrogen ... 5
2.1.3. Penyisihan Fosfor ... 5
2.2. Analisis Dan Desain Berbasis Objek ... 6
2.3. Penelitian Terdahulu ... 8
III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Konsep Pemodelan Proses Lumpur aktif ... 9
3.2. Studi Literatur ... 10
3.2.1. Penyisihan BOD ... 12
3.2.2. Penyisihan Nitrogen ... 22
3.2.3. Penyisihan Fosfor ... 24
3.3. Analisis Komponen dan Desain Model ... 26
3.3.1. Analisis Komponen model ... 26
3.3.2. Desain Model ... 28
3.4 Implementasi Model ... 28
3.5 Analisis Hasil Perhitungan... 29
3.6 Verifikasi Model ... 29
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Analisis Komponen Model ... 30
4.1.1 Deskripsi Model ... 30
4.1.2 Konfigurasi Model ... 30
4.1.3 Kebutuhan Fungsional Model ... 30
4.2. Desain Model Berbasis UML (Unified modeling language)... 31
4.2.1. Diagram Kasus (Usecase Diagram) ... 31
4.2.2. Diagram Aktivitas (Activity Diagram) ... 34
4.2.3. Diagram Keadaan (Statechart Diagram)... 36
4.2.4. Diagram Kelas (Class Diagram) ... 38
4.2.5. Desain Basis Data ... 39
4.3. Implementasi Model ... 41
4.3.1. Model Desain Perangkat Lunak ... 43
4.3.2. Desain Struktur Perangkat Lunak ... 43
xii
4.4. Analisis Hasil Perhitungan ... 48
4.4.1. Perhitungan Perancangan Proses ... 48
4.4.2. Perhitungan Simulasi ... 56
4.5.Verifikasi Model ... 62
V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. KESIMPULAN ... 66
5.2. SARAN ... 66
DAFTAR PUSTAKA ... 67
LAMPIRAN ... 69
xiii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Unit-unit dalam perhitungan ... 11
Tabel 2. Koefisien a dan b untuk perhitungan pada proses sedimentasi primer. ... 21
Tabel 3. Nilai karakteristik air limbah PTPN-I Tanjung Seumantoh, Aceh Tamiang. ... 49
Tabel 4. Koefisien kinetik lumpur aktif untuk bakteri heterotrofik pada suhu 200C ... 49
Tabel 5. Koefisien kinetik proses nitrifikasi lumpur aktif pada suhu 200C ... 49
Tabel 6. Karakteristik air limbah pada stasiun perebusan (PTPN I Tanjung Seumantoh, Aceh Taminang). ... 50
Tabel 7. Hasil perhitungan penyisihan BOD dan penyisihan BOD-nitrifikasi ... 50
Tabel 8. Nilai koefisien biokinetik untuk kurva perancangan SDNRb ... 53
Tabel 9. Hasil perhitungan penyisihan nitrogen proses lumpur aktif. ... 54
Tabel 10. Hasil perhitungan penyisihan fosfor proses lumpur aktif ... 55
Tabel 11. Simulasi waktu keseluruhan proses (SRT). ... 57
Tabel 12. Simulasi nilai laju alir lumpur yang menjadi buangan dari proses lumpur aktif ... 58
Tabel 13. Simulasi nilai konsentrasi lumpur yang diproses kembali ... 59
Tabel 14. Simulasi nilai laju alir lumpur yang diproses kembali. ... 61
xiv DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Diagram alir proses lumpur aktif ... 4
Gambar 2. Diagram alir proses penyisihan nitrogen ... 5
Gambar 3. Diagram alir proses penyisihan fosfor ... 6
Gambar 4. Diagram –diagram pemodelan sistem pada UML ... 7
Gambar 5. Tahapan proses perhitungan pada pemodelan lumpur aktif. ... 9
Gambar 6. Metode pengembangan model proses lumpur aktif ... 10
Gambar 7. Skema proses lumpur aktif penyisihan BOD ... 12
Gambar 8. Skema proses penyisihan BOD-nitrifikasi... 17
Gambar 9. Skema proses lumpur aktif penyisihan nitrogen ... 22
Gambar 10. Skema proses lumpur aktif penyisihan fosfor ... 24
Gambar 11. Tahapan analisis komponen model proses lumpur aktif. ... 27
Gambar 12. Tahap implementasi model proses lumpur aktif ... 29
Gambar 13. Contoh hubungan extend dan include ... 32
Gambar 14. Diagram kasus model program proses lumpur aktif. ... 33
Gambar 15. Diagram aktivitas model program proses lumpur aktif penyisihan BOD-nitrifikasi... 35
Gambar 16. Diagram keadaanmodel lumpur aktif (activatedsludge.0.1) ... 37
Gambar 17. Diagram kelas model proses lumpur aktif (activatedsludge.0.1). ... 38
Gambar 18. Contoh CDM model proses lumpur aktif (activatedsludge.0.1). ... 40
Gambar 19. Contoh PDM model proses lumpur aktif (iactivatedsludge.0.1). ... 41
Gambar 20. Diagram alir proses implementasi model perangkat lunak Activatedsludge.0.1.. ... 42
Gambar 21. Perancangan halaman proses perhitungan dengan Microsoft Visio. ... 43
Gambar 22. Halaman login perangkat lunak Activatedsludge.0.1 ... 44
Gambar 23. Halaman pemilihan industri dengan nilai karakteristik air limbahnya. ... 45
Gambar 24. Halaman pemilihan perhitungan proses lumpur aktif pada perangkat lunak Activatedsludge.0.1. ... 46
Gambar 25. Contoh halaman perhitungan proses penyisihan BOD lumpur aktif ... 47
Gambar 26. Contoh halaman skema proses penyisihan BOD lumpur aktif ... 47
Gambar 27. Plot nilai spesifik denitrificasi (SDNR) berdasarkan konsentrasi biomassa pada suhu 200C dan rasio F/Mb (food to biomass) untuk varian persentase nilai relatif rbCOD menjadi bCOD pada air limbah influen. ... 53
Gambar 28. Grafik pengaruh perubahan nilai SRT terhadap nilai efluen substrat.. ... 57
Gambar 29. Grafik pengaruh perubahan nilai SRT terhadap jumlah oksigen yang dibutuhkan. .. 58
Gambar 30. Grafik pengaruh perubahan nilai laju alir lumpur yang dibuang terhadap waktu proses.. ... 59
Gambar 31. Grafik pengaruh perubahan nilai konsentrasi lumpur yang dikembalikan ke dalam proses (return activated sludge) terhadap nilai laju alir lumpur yang diproses kembali.. ... 60
Gambar 32. Grafik pengaruh perubahan nilai konsentrasi lumpur yang dikembalikan ke dalam proses (return activated sludge) terhadap nilai laju alir lumpur yang dibuang (Qw). ... 60
Gambar 33. Grafik pengaruh perubahan nilai laju alir lumpur yang diproses kembali (Qr) terhadap nilai konsentrasi lumpur yang dikembalikan ke dalam proses (Xr). ... 61
xv
Gambar 34. Verifikasi model ... 62 Gambar 35. Tahapan verifikasi perhitungan model proses lumpur aktif. ... 63 Gambar 36. Tahapan verifikasi model perangkat lunak (Activatedsludge.0.1). ... 64
xvi DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Daftar istilah pada karakteristik air limbah ... 70 Lampiran 2. Contoh halaman laporan hasil perhitungan
model lumpur aktif. ... 71
1 I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan sektor industri telah memberikan peningkatan nilai tambah pada komoditas pertanian. Aktivitas industri dilakukan bertujuan memaksimalkan produksi dengan efektif dan efisien. Seiring berjalan waktu, telah terjadi dampak negatif dari aktivitas tersebut terhadap lingkungan yang disebabkan oleh buangan limbah, baik yang berasal dari industri besar maupun industri kecil. Semua industri pasti menghasilkan limbah, termasuk di dalamnya adalah industri berbasis pertanian (agroindustri). Salah satu limbah yang dihasilkan yaitu limbah cair.
Limbah cair industri pertanian tersebut dicirikan dengan tingginya kandungan karbon organik dan hara. Tingginya kandungan bahan organik ini akan menyebabkan penurunan kualitas badan air penerima yang menyebabkan rendahnya oksigen yang terlarut .
Penanganan air limbah secara biologi dapat dilakukan secara aerobik dan anaerobik.
Salah satu cara penanganan limbah cair industri secara aerobik yaitu dengan menerapkan proses Lumpur aktif. Proses lumpur aktif yaitu teknik penanganan limbah cair dengan cara mencampurkan lumpur biologis (mikroorganisme) pada limbah cair yang diaerasi dan diaduk secara teratur (Metcalf and Eddy,2003). Lumpur biologis merupakan gumpalan partikel tersuspensi berupa campuran mikroorganisme aerobik yang dihasilkan melalui aerasi.
Mikroorganisme dalam lumpur aktif berfluktuasi, terdiri atas bakteri gram negative termasuk pengoksida karbon dan nitrogen. Mikroorganisme tersebut antara lain : Pseudomonas, Favobacterium, Nicorida, Nitrosomonas, dan Nitrobacter (Chubodu,1990). Menurut Hayati (1998), penanganan dan pengolahan yang tepat terhadap limbah yang dihasilkan merupakan hal yang penting untuk dilakukan. Untuk meminimalkan pencemaran yang disebabkan oleh buangan limbah industri khususnya limbah cair, maka diperlukannya suatu proses pengolahan terhadap limbah cair.
Agar proses penanganan dan pengolahan air limbah dengan proses lumpur aktif dapat menghasilkan konstruksi proses yang optimal, maka diperlukan pemodelan terhadap proses lumpur aktif. Proses lumpur aktif meliputi penyisihan BOD (Biological oxygen demand), penyisihan nitrogen (nitrifikasi dan denitrifikasi), penyisihan fosfor secara biologis. Masing- masing prosesnya penyisihan memiliki model dan perhitungan yang berbeda-beda. Penggunaan peubah, parameter dan ketetapan memiliki peran dalam pemodelan untuk menghasilkan ketepatan rancangan sesuai dengan limbah yang dihasilkan. Dengan demikian, pemodelan yang baik dan tepat sesuai dengan kebutuhan sangat diperlukan untuk mendapatkan pemodelan proses yang baik.
Oleh karena itu, pemodelan dilakukan dengan menerapkan solusi analitikal (matematika) atau metode kuantitatif dengan perancangan model proses lumpur aktif yang dibangun menggunakan UML (Unified modeling language).
2 1.2 Tujuan
Tujuan utama dari penelitian ini adalah pembuatan model perhitungan proses lumpur aktif pada pengolahan limbah cair industri.
Tujuan khusus dari penelitian ini adalah :
1. Melakukan pemodelan proses lumpur aktif yang mencakup penyisihan BOD (Biological oxygen demand), penyisihan nitrogen (nitrifikasi dan denitrifikasi), dan penyisihan fosfor.
2. Melakukan simulasi proses lumpur aktif dan mendapatkan suatu kondisi optimal pada proses lumpur aktif.
3. Menghasilkan perangkat lunak perhitungan proses lumpur aktif untuk mempermudah proses perhitungan.
1.3 Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini adalah :
1. Proses lumpur aktif ini terdiri dari penyisihan BOD (nitrifikasi dan tanpa nitrifikasi), Penyisihan nitrogen, dan Penyisihan fosfor secara biologis. Proses terdiri dari penyisihan BOD dan TSS pada sedimentasi primer, proses pada kolam aerasi, dan yang terakhir perhitungan perancangan clarifier sekunder.
2. Menggunakan model matematik dari proses penyisihan BOD, penyisihan nitrogen dan penyisihan fosfor proses lumpur aktif berdasarkan model matematik yang telah dibangun oleh Metcalf dan Eddy (2003) dalam buku Wastewater Engineering .
3. Menerjemahkan model matematik menjadi model simulasi dan perancangan proses lumpur aktif ke dalam pemrograman komputer.
4. Analisis hasil perhitungan proses lumpur aktif dengan cara melakukan proses perhitungan perancangan proses dan menghitung kondisi optimal (optimasi) dengan cara melakukan simulasi penggunaan parameter – parameter yang digunakan.
3
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Lumpur Aktif (Activated Sludge)
Secara umum proses lumpur aktif adalah proses dengan metode aerobik baik secara kontinu maupun semikontinu yang digunakan pada pengolahan biologis limbah cair industri, di dalamnya mencakup oksidasi karbon dan nitrifikasi. Proses ini didasarkan pada aerasi air limbah dengan flokulasi pertumbuhan biologis, dan diikuti oleh pemisahan. Bagian dari tahap ini kemudian dibuang, dan sisanya dikembalikan ke sistem. Biasanya, pemisahan dari air limbah dilakukan dengan proses pengendapan. Proses lumpur aktif saat ini merupakan teknologi yang paling berkembang untuk pengolahan air limbah. Pemanfaatan sistem lumpur aktif dapat diterapkan dalam kondisi iklim yang berbeda, dari daerah tropis hingga daerah kutub, dari permukaan laut (instalasi pengolahan air limbah di kapal) dan ketinggian yang ekstrim (pegunungan). Industri pengolahan Air Limbah yang dilengkapi dengan proses lumpur aktif mampu memenuhi kriteria limbah yang sesuai dengan baku mutu air limbah berdasarkan industrinya (Dohse and Heywood,1998).
Pada proses lumpur aktif mikroorganisme membentuk gumpalan-gumpalan koloni bakteri yang bergerak secara bebas tertahan di dalam air limbah. Mikroorganisme-mikroorganisme dapat keluar melalui aliran keluar air limbah sehingga densitas bakteri di dalam reaktor harus dikontrol.
Pada proses dengan kecepatan tinggi dan waktu tinggal hidraulik pendek, pengembalian atau recycling bakteri merupakan cara yang paling banyak digunakan untuk mengontrol densitas bakteri di dalam reaktor (Siregar,2005).
Dohse dan Heywood (1998) kembali menjelaskan bahwa proses lumpur aktif adalah teknik pengolahan air limbah dimana di dalam air limbah dan lumpur biologis yang termanfaatkan kembali terdapat mikroorganisme yang tercampur dan teraerasikan. Lumpur biologis tersebut kemudian dipisahkan dari air limbah kemudian diolah di clarifier dan akan kembali ke proses aerasi atau dibuang. Mikroorganisme dicampur secara merata dengan bahan organik yang masuk sebagai makanan. Ketika mereka tumbuh dan bercampur dengan udara, masing-masing organisme akan berflokulasi. Setelah terflokulasikan, organisme tadi siap masuk ke clarifier sekunder untuk proses selanjutnya. Lumpur aktif akan terus berkembang dengan konstan sehingga dapat dikembalikan untuk digunakan pada proses aerasi. Volume lumpur yang kembali ke tahapan aerasi biasanya 40 hingga 60 persen dari aliran limbah, dan sisanya akan terbuang. Pertumbuhan mikroorganisme tetap berkembang pada media sintetik. Diagram alir proses lumpur aktif secara umum dapat dilihat pada Gambar 1.
4
Gambar 1. Diagram alir proses lumpur aktif (Dohse and Heywood,1998).
Proses lumpur aktif (activated sludge) pada pengolahan air limbah memiliki kelebihan dan kekurangan apabila diterapkan untuk penanganan dan pengolahan air limbah. Kelebihan yang dimiliki yaitu dapat dimanfaatkan pada penanganan dan pengolahan untuk skala kecil (Industri rumah) hingga untuk skala besar (Industri besar), dapat mengeliminasi bahan organik, dicapainya oksidasi dan nitrifikasi, proses nitrifikasi secara biologis tanpa menambahkan bahan kimia, eliminasi fosfor biologis, pemisahan padatan/cairan, stabilisasi lumpur, mampu mengurangi padatan tersuspensi sebesar 97%, dan proses lumpur aktif merupakan proses pengolahan air limbah yang paling banyak digunakan.
Kekurangan proses lumpur aktif yaitu tidak menghilangkan warna dari limbah industri dan dapat meningkatkan warna melalui oksidasi, tidak menghilangkan nutrient sehingga memerlukan penanganan tersier, daur ulang biomassa menyebabkan konsentrasi biomassa yang tinggi di dalam tanki aerasi sehingga diperlukan waktu tinggal yang tepat.
Proses lumpur aktif (Activated sludge) terdiri dari penyisihan BOD (Biological oxygen demand) , penyisihan nitrogen (Nitrifikasi dan denitrifikasi), dan penyisihan fosfor. BOD adalah banyaknya oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorgasnisme untuk menguraikan bahan-bahan organik (zat pencerna) yang terdapat di dalam air buangan secara biologi. BOD dan COD digunakan untuk memonitoring kapasitas self purification badan air penerima.
2.1.1 BOD Removal (Penyisihan BOD) dan Nitrifikasi
Pada proses lumpur aktif terdapat tiga desain proses yang menunjukkan prinsip- prinsip dasar proses penyisihan BOD dan proses nitrifikasi. Contoh tersebut antara lain; tipe activated sludge single -sludge complete mix tanpa nitrifikasi dan dengan nitrifikasi, Sequencing batch reaktor dengan nitrifikasi, dan proses nitrifikasi bertahap. Semua contoh desain proses tersebut dapat diterapkan untuk penyisihan BOD dengan cara memodifikasi waktu keseluruhan proses (SRT) dan menyisihkan komponen-komponen yang berhubungan dengan nitrifikasi. Metodologi desain proses didasari oleh nilai SRT (Metcalf and Eddy,2003).
Contoh desain proses yang akan dijelaskan yaitu tipe proses activated sludge complete mix tanpa nitrifikasi dan dengan nitrifikasi. Pada tipe ini, operasi dipengaruhi oleh padatan yang terkandung, tingkat kebutuhan oksigen, MLSS (Mixed liquor suspended solids), dan konsentrasi BOD terlarut (Camerata, Pearce et al.,2008).
5 2.1.2 Penyisihan Nitrogen (Nitrogen removal) (Nitrifikasi dan
denitrifikasi)
Nitrogen di dalam limbah cair sebagian besar terdiri dari nitrogen organik dan amonia. Penyisihan nitrogen dicapai melalui serangkaian reaksi biokimia yang mengubah nitrogen dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Oksidasi dan reduksi dari komponen nitrogen sering merubah kondisi alkalinitas dalam air. Nitrifikasi membutuhkan alkalinity sebesar 7,14 mg / mg NH4-N teroksidasi dan denitrifikasi mengembalikan 3,57 mg alkalinitas / mg NO3- N yang tereduksi. Konsumsi alkalinitas selama nitrifikasi dapat mengakibatkan penurunan pH dalam cairan, sehingga dapat mempengaruhi proses nitrifikasi secara biologis. (Neethling, Z.
et al.,2010).
Nitrifikasi adalah proses oksidasi ammonium dan nitrit menjadi nitrat, karena ammonium merupakan polutan pengkonsumsi oksigen dan penghasil racun bagi ikan, jika pH
> 7. Nitrat bersifat relatif tidak toksik. Denitrifikasi adalah proses pengubahan nitrit dan nitrat menjadi nitrogen dalam bentuk gas (N2). Diagram alir proses penyisihan nitrogen dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Diagram alir proses penyisihan nitrogen (Neethling, Z. et al.,2010).
2.1.3 Penyisihan Fosfor (Phosphorus Removal)
Fosfor merupakan bagian yang akan mengalami proses penyisihan pada proses lumpur aktif (Activated sludge) konvensional . Proses Pembuangan lumpur berlebih akan mengakibatkan penyisihan sebagian fosfor dari air limbah. Namun, secara umum dibutuhkan untuk menurunkan konsentrasi fosfor pada efluen (P ≤ 1 mg / L) , keadaan tersebut hanya mungkin terjadi pada kondisi proses yang baik: yaitu nilai rasio P/COD yang rendah dikombinasikan dengan umur lumpur yang pendek. Pada air limbah dengan kandungan nutrient yang lebih tinggi dan / atau operasi sistem lumpur aktif dengan umur lumpur yang lebih tinggi, Metode tambahan untuk penyisihan fosfor akan diperlukan (Haandel and lubbe,2007).
6
Kehadiran fosfat dalam air menimbulkan permasalahan terhadap kualitas air, misalnya terjadinya eutrofikasi. Untuk memecahkan masalah tersebut dengan mengurangi masukan fosfat ke dalam badan air, misalnya dengan mengurangi pemakaian bahan yang menghasilkan limbah fosfat dan melakukan pengolahan limbah fosfat. Pengukuran kandungan phospat dalam air limbah berfungsi untuk mencegah tingginya kadar phospat sehingga tumbuh-tumbuhan dalam air berkurang jenisnya dan pada gilirannya tidak merangsang pertumbuhan tanaman air. Kesuburan tanaman air akan menghalangi kelancaran arus air (Ginting,2007). Diagram alir proses penyisihan fosfor dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Diagram alir proses penyisihan fosfor (Haandel and lubbe,2007)
2.2 Analisis Dan Desain Berbasis Objek
Konsep objek telah dikenal sejak lebih dari tiga puluh tahun yang lalu. Diawali dengan penggunaan pemrograman berorientasi objek (OOP), lalu berkembang menjadi konsep perancangan berorientasi objek (OOD) dan selanjutnya metode analisis dan perancangan berorientasi objek (OOAD) di tahun 1990. Di awal tahun 1990, metode OO yang dikenalkan oleh Grady Booch dan James Rumbaugh menjadi amat populer, Rumbough menekankan pengembangan berorientasi objek berdasarkan pendekatan terstruktur, sementara Booch menerapkan metode objek pada bidang teknik dan bisnis. Selanjutnya pada tahun 1995 muncul gagasan Booch dan Rumbough untuk menggabungkan metode mereka dengan membakukan notasi simbol yang digunakan dalam menggambarkan komponen sebuah aplikasi dan selanjtnya disebut Unified Method (UM). Kemudian Ivar Jacobson bergabung bersama mereka untuk menyempurnakan metode objek ini, dengan menyusun konsep use-case. Munculnya metode yang dibuat oleh Booch, Rumbough, dan Jacobson selanjutnya lebih dikenal sebagai bahasa Unified Modelling Language (UML ver 0.9) (Rezki,2010).
7
Unified Modelling Language (UML) adalah sebuah "bahasa" yg telah menjadi standar dalam industri untuk visualisasi, merancang dan mendokumentasikan sistem piranti lunak. UML menawarkan sebuah standar untuk merancang model sebuah sistem. Dengan menggunakan UML kita dapat membuat model untuk semua jenis aplikasi piranti lunak, dimana aplikasi tersebut dapat berjalan pada piranti keras, sistem operasi dan jaringan apapun, serta ditulis dalam bahasa pemrograman apapun. Tetapi karena UML juga menggunakan class dan operation dalam konsep dasarnya, maka ia lebih cocok untuk penulisan piranti lunak dalam bahasabahasa berorientasi objek seperti C++, Java, C# atau VB.NET. Walaupun demikian, UML tetap dapat digunakan untuk modeling aplikasi prosedural dalam VB (Visual basic) atau C (Sri and Romi,2003)
Menurut Bennet et al. (2001) UML adalah bahasa visual untuk menganalisis dan mendesain sebuah sistem berorientasi obyek. Keunggulan utama yang dimiliki pemodelan ini adalah kemampuannya dalam memodelkan menyerupai kehidupan nyata, sehingga sistem yang dihasilkan mempunyai kelebihan seperti sifat lebih natural, karena umumnya manusia berfikir dalam bentuk objek, pembuatan sistem memakan waktu lebih cepat, dan memudahkan dalam proses pemeliharaa sistem, karena jika ada kesalahan, perbaikan hanya dilakukan pada bagian tersebut, tidak perlu mengurutkan dari awal.
Pada dasarnya UML memuat diagram-diagram pemodelan sistem yang terdiri dari Use case diagram (diagram kasus), Class diagram (diagram kelas), Object diagram (diagram objek), Statechart diagram (diagram keadaan), Activity diagram (diagram aktivitas), Sequence diagram (diagram urutan ), Component diagram (diagram komponen), Deployment diagram (diagram penyebaran), Collaboration diagram (diagram kolaborasi) (Nugroho,2002). Diagram pemodelan sistem pada UML dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Diagram –diagram pemodelan sistem pada UML (Nugroho,2002).
8 2.3 Penelitian Terdahulu
Pemodelan proses lumpur aktif untuk penanganan air limbah, sebelumnya pernah dilakukan (Setiadi,1990), dari departemen teknik kimia ITB Bandung, ia membuat perhitungan penggunaan senyawa karbon yang mengidentifikasi nilai substrat, biomassa heterotrofik dan produk partikel dari proses detruksi biomassa. Pemodelan lumpur aktif juga pernah dilakukan oleh tim peneliti dari London, yaitu Mogens Henze, Willi Gujer, Takashi Mino, dan Mark van Loosdrecht (Henze, Gujer et al.,2002). Tujuan mereka adalah untuk menciptakan sebuah platform pengembangan model untuk proses penyisihan nitrogen pada proses lumpur aktif (Activated sludge) dan untuk mengembangkan model dengan meminimalkan kompleksitas. Hasilnya adalah Model Activated sludge No. 1, yang sekarang dikenal dengan banyak nama: IAWPRC (Asosiasi Internasional Air dan Pengendalian Pencemaran Penelitian) model, ASM1 (Activated Sludge Model 1 ).
Model ASM1 telah banyak digunakan sebagai dasar untuk pengembangan model lebih lanjut. Penggunaan ASM1 telah menjadi inti dari berbagai model dengan sejumlah rincian ditambahkan. Model telah berkembang lebih kompleks selama bertahun-tahun, dari ASM1, termasuk proses penyisihan nitrogen, untuk ASM2, termasuk proses penyisihan fosfor secara biologis dan ASM2d termasuk PAOs (Phosphorus accumulating control organisms) denitrifikasi.
Pada tahun 1998 kelompok ini memutuskan untuk mengembangkan platform model baru, ASM3, dalam rangka untuk menciptakan alat untuk digunakan dalam generasi berikutnya pada pemodelan lumpur aktif. ASM3 ini didasarkan pada perkembangan terbaru dalam pemahaman proses lumpur aktif, di antaranya adalah kemungkinan senyawa penyimpanan internal, yang memiliki peran penting dalam metabolisme organisme (Henze, Gujer et al.,2002).
9
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Konsep Pemodelan Lumpur Aktif (Activated Sludge)
Pemodelan proses lumpur aktif (Activated sludge) bertujuan untuk memudahkan pengguna (staf pengolahan limbah/operator) untuk menghitung konstruksi penanganan air limbah yang tepat sesuai air limbah yang dihasilkan oleh industri. Informasi utama yang diberikan pada pemodelan ini adalah hasil perhitungan perancangan proses yang tepat dari jumlah limbah yang dihasilkan oleh industri. Dalam model proses lumpur aktif ini, nilai yang dihasilkan yaitu persentase penyisihan BOD dan TSS (Total suspended solids) pada proses sedimentasi primer, total produksi lumpur, volume tangki aerasi, jumlah oksigen yang dibutuhkan, laju alir lumpur yang dibuang, laju alir sludge yang diproses kembali, laju alir efluen, dan konsentrasi efluen.
Pemodelan Proses lumpur aktif terdiri dari penyisihan BOD (Biological oxygen demand), penyisihan BOD dengan nitrifikasi, penyisihan nitrogen secara biologis pada kondisi anoksik / aerobik, dan penyisihan fosfor secara biologis. Pada perhitungan proses penyisihan fosfor secara biologis, perhitungan yang dilakukan terdiri dari penentuan rbCOD yang tersedia untuk proses penyisihan fosfor, perhitungan fosfor yang tersisih, perhitungan fosfor yang digunakan, perhitungan fosfor yang terlarut dalam limbah, total fosfor yang terkadung pada limbah lumpur dan persentase konsentrasi fosfor.
Perhitungan pada proses lumpur aktif dapat dilakukan apabila tersedia parameter- parameter perhitungan. Parameter tersebut yaitu debit air limbah, karakterisasi air limbah, dan koefisien kinetik yang digunakan dalam perhitungan penyisihan BOD dan penyisihan nitrogen.
Pemodelan proses lumpur aktif dibangun dengan implementasi ke dalam bahasa pemrograman sehingga memiliki antarmuka yang mudah digunakan oleh pengguna (staf pengolahan limbah cair/operator). Sistem ini juga dilengkapi dengan database yang menjelaskan kondisi air limbah (karakteristik air limbah) dan perancangan proses lumpur aktif. Tahapan proses perhitungan pada pemodelan lumpur aktif dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Tahapan proses perhitungan pada pemodelan lumpur aktif.
Start
Pemilihan proses perhitungan - Penyisihan BOD saja - Penyisihan BOD-nitrifikasi - Penyisihan nitrogen pada
kondisi anoksik/aerobik - Penyisihan fosfor
END input
Output t
10 3.2 Studi Literatur
Studi literatur atau studi pustaka yang dilakukan berkaitan dengan konsep permodelan.
Kajian dapat dilakukan melalui buku-buku terkait, jurnal, artikel-artikel ataupun penelusuran melalui internet, sehingga memperoleh materi pembahasan yang lebih luas. Tahapan metode yang digunakan dalam pengembangan model dapat dilihat pada Gambar 6 di bawah ini.
START
Studi Literatur Output :
Model Proses Activated Sludge
Analisis dan Desain Model Output:
1. System Description.
2. System Requirements.
3. UML (Unified Modeling Language)
Implementasi Model Output:
1. Power Designer 15.3 2.Delphi 7.0
3.MySQL ODBC
Verifikasi Perhitungan dan Perangkat Lunak
END
NO
YES Analisis Hasil
Perhitungan
Gambar 6. Metode pengembangan model proses lumpur aktif.
Perumusan digunakan untuk memudahkan pada perhitungan kondisi proses yang sebenarnya. Model matematik yang dibangun untuk proses secara keseluruhan adalah sebagai
11
berikut dengan beberapa perhitungan yang digunakan, unit-unit yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Unit-unit dalam perhitungan (Metcalf and Eddy,2003).
Unit Keterangan
DO Oksigen terlarut, mg/L
F/M Rasio food to microorganism
K Nilai maksimum utilisasi
substrat, 0C
kd Koefisien endogenous decay, g VSS/g VSS hari
kdn Koefisien endogenous decay
untuk organism nitrifikasi, g VSS/g VSS hari
kT Koefisien reaction rate at temperature 0C
Kn half-velocity constant oxygen inhibition coefficient Ks half-velocity constant,
half-velocity constant for nitrated limited reaction, Lorg volumetric organik loading rate
µ Nilai pertumbuhan spesifik,
g/g.hari
µm Nilai maksimum pertumbuhan
spesifik, g/g.hari
Nilai pertumbuhan spesifik untuk nitrifikasi g/g.hari Nilai maksimum pertumbuhan spesifik untuk bakteri nitrifikasi.
N Konsentrasi nitrogen , mg/L
Rasio substrat-nitrat dengan oksigen sebagai penerima elektron
Px Padatan, Kg/hari
Q Debit ( laju alir), m3/hari Qw Laju alir sludge yang dibuang,
m3/hari
R0 Kebutuhan oksigen, g/g.jam
rg Nilai produksi biomassa bersih rsu Utilisasi soluble substrate
S Substrat effluent, mg/L
SF Safety factor
S0 Konsentrasi influent, mg/L
SRT solids retention time, hari TSS total suspended solids, mg/L
hydraulic retention time, hari Koefisien aktifitas suhu U Nilai utilisasi substrat
V Volum, m3
VSS volatile suspended solids, mg/L
12
Tabel 1. Unit-unit dalam perhitungan (Metcalf and Eddy,2003) (lanjutan).
X Konsentrasi biomassa, mg/L
Xe Konsentrasi biomassa di influent, mg/L
XR Konsentrasi sludge yang
diproses kembali, mg/L
Y Produksi yield biomassa, g TSS/g BOD atau g VSS/g BOD
3.2.1 Proses Penyisihan BOD (Biological Oxygen Demand)
Pada proses ini terdapat dua jenis perhitungan yaitu penyisihan BOD saja dan penyisihan BOD yang di dalamnya terdapat proses nitrifikasi. Perhitungan yang dilakukan menggunakan koefisien kinetis yang mana berbeda antara proses penyisihan BOD dengan nitrifikasi dan tanpa nitrifikasi. Skema proses penyisihan BOD dapat dilihat pada Gambar 7.
Koefisien kinetik yang digunakan untuk penyisihan BOD tanpa ntrifikasi ditunjukkan pada Tabel 4, sedangkan koefisien kinetis proses nitrifikasi lumpur aktif ditunjukkan pada Tabel 5.
Gambar 7. Skema proses lumpur aktif penyisihan BOD (Metcalf and Eddy,2003).
Influent
Effluent
Return activated sludge
Sludge Aeration tank
Primary Sedimentation
Secondary clarifier Air
13
Bagian A. Penyisihan BOD saja
1. Mengidentifikasi karakterisitik air limbah yang dibutuhkan untuk perancangan proses penyisihan BOD
a. Menentukan bCOD menggunakan Persamaan 1 : bCOD = 1.6(BOD) (Persamaan 1)
b. Menentukan nbCOD menggunakan Persamaan 2 : nbCOD = COD – bCOD (Persamaan 2)
c. Menentukan sCOD effluent dengan asusmsi menjadi nonbiodegradable menggunakan persaman 3 :
sCODe = sCOD – 1.6 sBOD (Persamaan 3)
d. menghitung nbVSS menggunakan Persamaan 4 : nbVSS = (1-bpCOD/pCOD) VSS (Persamaan 4)
bpCOD/pCOD = (bCOD/BOD)(BOD-sBOD)/ COD-sCOD
e. menghitung inert TSS dengan Persamaan 5 : iTSS = TSS – VSS (Persamaan 5)
2. Perhitungan sistem pertumbuhan tersuspensi untuk penyisihan BOD.
a. Menghitung produksi biomassa menggunakan Persamaan 6:
0 0
X, biomassa
3
( ) ( )( ) ( )
bagian a bagian b
1 ( ) 1 ( )
( )
bagian c ( ) bagian d
1 ( )
d d
d d
n dn
QY S S f k QY S S SRT
P K SRT k SRT
QY NO
Q nbVSS k SRT
(Persamaan 6)
Perhitungan yang digunakan adalah bagian a dan bagian b
Menghitung nilai S (Efluen substrat) jika diketahui Yk = µm,dengan Persamaan 7 :
[1 ( ) ]
( ) 1
s d
d
K k SRT
S SRT k
(Persamaan 7)
Nilai µm dan Kd yang digunakan berdasarkan nilai pada Tabel 4.
Diketahui nilai Ks sehingga
20 T
mT m
(Persamaan 8)
20 T
dT d
k k (Persamaan 9)
b. Langkah selanjutnya adalah mensubstitusikan nilai S ke Persamaan 6. Sehingga didapatkan nilai PX, VSS.
14
3. Menghitung massa VSS dan massa TSS pada tangki aerasi.
a. Massa = PX (SRT)
Menentukan PX, VSS danPX, TSS menggunakan Persamaan 10 :
0 0
X, VSS
3
( ) ( )( ) ( )
bagian a bagian b
1 ( ) 1 ( )
( )
bagian c ( ) bagian d
1 ( )
d d
d d
n dn
QY S S f k QY S S SRT
P K SRT k SRT
QY NO
Q nbVSS k SRT
(Persamaan 10)
Perhitungan dilakuakan menggunakan bagian a, b, dan d, bagian c=0 karena tidak terdapat nitrifikasi pada proses ini.
Berdasarkan Persamaan diatas maka perhitungan PX, VSS ditunjukkan pada Persamaan 11 :
X, VSS X, bio ( )
P P Q nbVSS (Persamaan 11)
Berdasarkan Persamaan dibawah ini Px,TSS =
Maka perhitungan PX, TSS menggunakan Persamaan 12:
X, TSS [Px,VSS/ 0.85] 449.3 kg / d Q TSS0 VSS0
P (Persamaan 12)
b. Menghitung massa VSS dan massa TSS yang terdapat di dalam dalam instalasi aerasi menggunakan rumus :
Menghitung massa MLVSS menggunakan Persamaan 13 :
XVSS V P
x,VSS
SRT (Persamaan 13)Menghitung massa MLSS menggunakan Persamaan 14:
XTSS V P
x,TSS
SRT (Persamaan 14)15
4. Perhitungan volume tangki aerasi, waktu tinggal padatan (detention time), dan konesentrasi MLVSS (Mixed liquor suspended solids).
a. Menentukan volume tangki aerasi menggunakan Persamaan 15:
( , )
.
x TSS TSS
V V AtX V Q SRT
(Persamaan 15)
b. Menghitung waktu tinggal padatan pada tangki aerasi menggunakan Persamaan 16:
V / Q
(Persamaan 16)
c. Menghitung MLVSS menggunakan persaman 18:
Fraksi VSS (XVSS) V / (XTSS) V (Persamaan 17)
MLVSS Fraksi VSS x At X TSS (Persamaan 18)
5. Menentukan F/M dan pemeriksaan beban BOD a. Menghitung rasio F/M menggunakan Persamaan 19:
F / M 0
.
QS KgBOD
XV KgMLVSS hari
(Persamaan 19)
b. Menghitung beban BOD volumetrik menggunakan Persamaan 20 :
BOD Loading QS0
XV (Persamaan 20)
6. Menetukan produksi yield berdasarkan TSS dan VSS
a. Observed yield berdasarkan nilai TSS menggunakan Persamaan 21:
Observed yield = g TSS / g bCOD
0
Q S S
bCOD removed (Persamaan 21) Maka produksi Yields meggunakan Persamaan 22 :
obs,TSS X, TSS
Y P / Kg TSS / Kg bCOD
g TSS / g bCOD x 1.6 g bCOD / g BOD bCOD removed
(Persamaan 22)
b. Observed yield berdasarkan nilai VSS menggunakan Persamaan 23:
berdasarkan VSS g TSS / g bCOD
(fraksiVSS / g TSS )( / ) Observed yield
rasiobCOD BOD
(Persamaan 23)
