1
DDA3523 Kejuruteraan Alam Sekitar (Environmental Engineering)
Bab 7-Air Sisa (Waste Water)
7.1 Sumber (Sources)
3) Air penyusupan (Infiltration) – dari permukaan tanah dan air bumi 4) Air hujan (Stormwater runoff)
7.2 Pengumpulan Air Sisa
Pembetung (sewer) – Talian paip atau saluran yang direkabentuk dan digunakan untuk menyalur efluen atau air sisa.
Sistem pembetungan (sewerage system) – Satu sistem yang menghubungkan pembetung dan kesemua struktur lain bagi tujuan pengumpulan, pengangkutan, dan pengepaman efluen termasuk loji olahan.
7.2.1 Jenis-jenis pembetung
1. Pembetung berasingan (separate sewer)
a) Pembetung sanitari (sanitary sewer) – mengangkut kumbahan domestic, air sisa industry, dan air penyusupan untuk olahan.
b) Pembetung air hujan (stormwater sewer) – mengangkut air larian permukaan dan air penyusupan ke sungai tanpa olahan.
Kebaikan : Saiz paip kecil; sesuai untuk kawasan yang mempunyai taburan hujan yang tidak seragam. Kuantiti kumbahan untuk olahan kecil; kos olahan rendah.
Kelemahan : Pembinaan sukar dan mahal. Perlu menyenggara dua jenis pembetung.
2. Pembetung bergabung (combined sewer) - Air sisa domestic, industry, air penyusupan, dan air hujan diangkut dalam pembetung yang sama.
Kebaikan : Sesuai untuk jalanraya sempit. Kos pembinaan dan penyenggaraan rendah. Kelemahan : Rekabentuk terperinci kerana sifat/kuantiti air hujan dan air sisa domestic tidak
sama. Kuantiti kumbahan untuk olahan tinggi.
Lihat Rajah 7.1.
7.2.2 Asas reka bentuk pembetung
1. Reka bentuk bergantung kepada jenis atau kegunaan pembetung.
2
Rasional (Q = C·i·A) digunakan dengan A = luas permukaan tadahan, i = keamatan hujan (dari Lengkung I-D-F), dan C = pekali bagi jenis permukaan.
Rajah 7.1 Sistem pengumpulan air sisa
3. Aliran adalah menurut graviti pada tekanan udara. Direka bentuk untuk aliran separa penuh dan sebagai saluran terbuka.
4. Penentuan saiz paip : guna rumus Manning, Q = (n = 0.013 paip baru, 0.015 paip tua)
5. Jenis bahan : simen asbestos, konkrit tetulang, PVC (polivinil klorida), vitrified clay. Saiz minimum 200 mm.
6. Halaju minimum 0.8 m/s. Halaju maksimum 4.0 m/s.
7. Betung lazim ditanam mengikut kecerunan bumi. Sekiranya tanah terlalu rata. Kecerunan minimum diperlukan.
Lurang (manholes) – Ruang pengawasan untuk kerja-kerja pembiakan pada betung. Disediakan pada:
• Setiap persimpanan
• Setiap perubahan saiz dan kecerunan pada pembetung
• Setiap perubahan arah pada pembetung yang berdiameter > 600mm
• Juga pada jarak melebihi 100m bagi pembetung berdiameter < 200mm, dan pada jarak 150m bagi pembetung berdiameter > 450mm.
7.3 Analisis Air Sisa
Air sisa dianalisis menggunakan parameter-parameter tertentu yang dapat memberi maklumat mengenai kekuatan (strength) bahan pencemar dalam air sisa. Proses atau kaedah rawatan yang dipilih hendaklah menghasilkan efluen yang mematuhi piawai yang terkandung di dalam Peraturan-Peraturan Kualiti Alam Sekeliling (Kumbahan dan Efluen-Efluen Perindustrian) 1979. Berdasarkan maklumat ini, kaedah dan tahap olahan yang diperlukan dikenal pasti.
Kekuatan Kumbahan
Parameter air sisa yang lazim ialah SS (suspended solids), BOD (biological oxygen demand), COD (chemical oxygen demand), dan Nitrogen ammonia. Kekuatan kumbahan (air sisa) boleh dinyatakan dengan:
Air sisa industry (pengasingan dan pra-olahan) Air penyusupan
Air sisa domestic & perdagangan
Saliran daripada permukaan
Saliran daripada permukaan
Air sisa industry (pengasingan dan pra-olahan) Air penyusupan
Air sisa domestic & perdagangan
Loji olahan
Loji olahan Pembetung sanitari
Pembetung air hujan
3 (i) Kepekatan bahan pencemar BOD, SS (unit: mg/L)
(ii) Beban organik (Beban BOD = Q (L/hari) × BOD (mg/L) = unit g atau kg BOD/hari (iii) Beban organik per kapita (unit: g BOD seorang sehari atau per kaptia sehari)
= Beban BOD / bilangan penduduk
[Maksud “per kapita” = “seorang”]
Di Malaysia, reka bentuk sistem pembetungan adalah berdasarkan Code of Practice for Design and Installation of Sewerage Systems (MS 1228:1991). Untuk tujuan reka bentuk, BOD per kapita ialah 55 g/hari dan SS per kapita ialah 68 g/hari.
Kesetaraan populasi/penduduk (Population Equivalent, PE)
Kaedah menyatakan kekuatan air sisa industri atau lain-lain dalam jumlah BOD yang setara dengan kekuatan air sisa domestik daripada seorang penduduk. Contoh, BOD dari air sisa industri dengan nilai kesetaraan populasi 1000 (PE=1000) adalah bersamaan dengan BOD daripada 1000 orang.
Contoh,
1 rumah = 5 PE (5 orang) 100m2 luasan komersial = 3 PE 1 katil hospital = 4 PE
7.4 Olahan Air Sisa
Air sisa diolah atau dirawat untuk mengurangkan penyebaran penyakit oleh organism patogen dan mencegah pencemaran air permukaan dan air bumi.
7.4.1 Jenis Olahan
Olahan fizikal / primer (1°)
Penggunaan alat atau struktur seperti skrin dan tangki pengenapan untuk menyingkirkan bahan pencemar yang kasar seperti sampah, pasir, dan pepejal terampai. (Figure 5-6)
Olahan biologi / sekunder (2°)
Penukaran bahan organik terlarut secara anaerobik (tanpa O2) atau aerobik (dengan O2) oleh bakteria ke
bentuk biojisim/sel-sel bakteria (biomass) dan sebatian stabil seperti karbon dioksida (CO2), air (H2O),
nitrat (NO3), fosfat (PO4), hidrogen sulfida (H2S), metana (CH4), dan lain-lain. Biojisim perlu dienapkan
di dalam tangki pengenapan.
Olahan lanjutan
Penyingkiran nutrient dan pepejal terampai secara fizikal menggunakan penuras/penapis dan bahan kimia.
4 7.5 Unit-Unit Olahan
7.5.1 Tangki septik
1. Tangki pengenapan yang kecil dan ditutup. Diperbuat daripada konkrit, berbentuk segi empat tepat. Ada bolong udara untuk gas keluar dan lurang untuk kerja-kerja pemeriksaan.
2. Masa tahanan (detention time) : 24-48 jam. Masa tahanan minimum : 24 jam.
3. Enap cemar yang terkumpul diurai secara anaerobik. Bau (H2S) dibebaskan. Pembuangan enap cemar
seeloknya dilakukan selang dua hingga lima tahun (2-5 years).
4. Kecekapan : Menyingkirkan lebih kurang 60-70% pepejal dan 30-40% BOD. 5. Efluen perlu diolah. Kaedah:
(i) tapak penuras (filter bed) dan pengairan bawah tanah;
(ii) alirkan ke kolam pengoksidaan atau ke sistem pembetungan berpusat.
Kebaikan tangki septik
1. Mudah dibina; murah; tidak perlu kemahiran; tiada masalah penyenggaraan kecuali semasa pembuangan enap cemar.
2. Boleh mengurangkan SS dan BOD sekiranya tangki berfungsi dengan betul. 3. Kuantiti enap cemar kurang disebabkan pencernaan (digestion) secara anaerobik. 4. Sesuai untuk kegunaan rumah sendiri, sekolah, dan kawasan terpencil.
Kelemahan tangki septik
1. Bila tidak berfungsi betul, efluen lebih kotor daripada influen. 2. Prestasi susah dianggarkan dan tidak sekata.
5 Rekabentuk Tangki Septik
V1 = Q·t
V2 = (kadar pengumpulan enap cemar) × (bilangan pengguna) × (masa pembuangan enap cemar)
dengan
Q = kadar alir air sisa t = masa tahanan
kadar pengumpulan enap cemar = 0.04 m3 seorang setahun masa pembuangan enap cemar = 2 – 5 tahun
Lambung bebas (free board) = 0.3m hsebenar = (ukur dalam) + (lambung bebas)
7.5.2 Kolam pengoksidaan/Kolam penstabilan sisa
1. Kolam luas dan cetek. Lapisan tak telap air di bahagian bawah kolam terdiri daripada tanah liat yang dimampatkan, asfalt/bitumen, atau politen.
2. Masa tahanan minimum : 10-15 hari.
3. Ukur dalam, D = 1.0 – 1.5 m. Di kawasan yang mempunyai kadar penyejatan tinggi, D = 1.5 – 2.0 m.
4. Nisbah, pangjang:lebar = 2:1 – 3:1.
5. Jenis: (a) anaerobik
(b) fakultatif (paling lazim) (c) aerobik (maturasi).
6. Kolam anaerobik : Direkabentuk untuk menerima beban organik yang tinggi. Digunakan sebagai praolahan (pre-treatment) dan lazim disusuli dengan kolam fakultatif atau aerobik.
7. Kolam fakultatif : Penguraian bahan organik secara aerobik berlaku di bahagian atas kolam dan anaerobik di bahagian bawah (Lihat Rajah 4.3 dan Figure 5-21). Bakteria, protozoa, dan alga merupakan penghuni utama kolam. Bakteria menguraikan bahan organik membentuk CO2, H2O, nitrat (NO3), sulfat
(SO4), dan fosfat (PO4). Nitrat dan fosfat menjadi sumber makanan kepada alga yang menggunakan CO2
untuk proses fotosintesis dengan adanya cahaya. Oksigen yang terhasil dari fotosintesis digunakan pula oleh bakteria untuk menguraikan bahan organik.
V1
6
8. Kolam maturasi (aerobik) : Bersifat aerobik dan digunakan untuk membaiki kualiti efluen daripada kolam yang sebelumnya. Fungsi utama ialah menyingkirkan patogen.
9. Kecekapan penyingkiran bahan cemar bertambah dengan penambahan bilangan kolam.
10. Faktor penting:
(a) Angin dan haba : Memastikan percampuran alga, BOD, dan DO (oksigen terlarut). Tanpa ini, penstrataan terma berlaku iaitu satu keadaan dimana suhu air di kolam terbahagi kepada dua lapisan (temperature stratification).
(b) Cahaya : Membenarkan alga melakukan fotosintesis dan membebaskan oksigen (O2).
11. Pembuangan enap cemar : 10 – 15 tahun. Kos dan penyenggaraan murah dan mudah. Popular di Negara berhawa panas dan mempunyai keluasan tanah besar.
7.5.3 Reka bentuk kolam fakultatif
7 Li = kepekatan BOD influen (mg/L)
Le = kepekatan BOD efluen (mg/L)
Ni = bilangan koliform najis (FC)/100 mL influen
Ne = bilangan koliform najis (FC)/100 mL efluen
k1 = pemalar penyingkiran BOD (hari-1) k1,T = k1,20°C × θ(T-20)
θ = 1.05 (untuk kolam fakultatif; julat: 1.03 – 1.12) k1,20°C = 0.3 hari-1 (per hari, atau 1/hari)
tf = masa tahanan kolam fakultatif D = ukur dalam kolam (1.0 – 1.5 m)
Untuk memastikan keadaan yang lebih aerobik dalam kolam fakultatif, Le adalah antara 60 – 70 mg/L.
Pengiraan Beban (Loading Calculations)
Beban permukaan (surface loading) : λs = (units: mg / m2· hari)
Untuk menukarkan unit : 1 kg/106 mg dan 104 m2/ha
Beban permukaan maksimum : λs,max = 20·T – 120
Pastikan λs < λs,max
7.5.4 Reka bentuk kolam maturasi (Tertiary, 3°, treatment)
Anggap tm = 3 – 7 hari
Ukur dalam (D) kolam maturasi = ukur dalam kolam fakultatif
V = Q· tm = A· D
Pengurangan bakteria oleh kolam pengoksidaan
Diberi dengan persamaan: =
untuk setiap kolam di dalam siri
dimana kb = pemalar bagi penyingkiran koliform najis (1/hari, hari-1) kb,T = kb,20°C× θ(T-20)
kb,20°C = 2.6 dan θ = 1.19
Untuk n kolam bersiri pada suhu T,
=
8 Contoh,
Pengurangan BOD oleh kolam pengoksidaan (BODmasuk = BODkeluar + BODdimakan oleh mikrob)
Diberi dengan persamaan: =
untuk setiap kolam di dalam siri
Untuk n kolam bersiri pada suhu T,
=
Periksa kesesuaian kolam dengan membandingkan efluen yang keluar dari kolam dengan syarat atau had yang ditetapkan ke atas efluen. Contoh,
(i) BODe (atau Le) < 25 mg/L
(ii) Ne < 5000 koliform najis/100 mL efluen
Sekiranya Ne kurang sesuai, beberapa kolam maturasi perlau ditambah.
