RESIRKULASI. Dr. Ir. M. FADJAR. M.Sc.

RESIRKULASI

Dr. Ir. M. FADJAR. M.Sc.

MAKANAN

TERBUANG

FAECES

HASIL EKSKRESI LAIN

UNIT RESIRKULASI

UNIT BUDIDAYA (P)

UNIT TREATMENT (R) QT

QE

QT QE

QR

DIMANA

• QT = QR + QE = aliran total yg melewati unit budidaya (m3/hari)

• QT ~ QR

• QT = P/C

• QR = aliran resirkulasi (m³/hari)

• QE = aliran air pengganti (m³/hari)

• P = produksi bahan buangan (g/hari)

• R = bahan buangan yg diubah (g/hari)

• C = C_out – C_in = C _max – C_in = selisih konsentrasi bahan buangan (g/m³)

Effisiensi Purifikasi

• Untuk menghitung seberapa effektif filter berfungsi dan untuk membandingkan sistem filter

C_e = ((C_in- C_out)/C_in) X 100 C_{e =} effisiensi (%)

C_{in =} konsentrasi substansi memasuki filter C_{out =} konsentrasi substansi keluar dari filter

 Tergantung pada konsentrasi partikel dan karakteristik air yg difilter

Pada akuakultur pengurangan TSS berkisar dari 30 – 80

%, pada water re-use system nilainya lebih rendah

PERSENTASI RESIRKULASI

• R% = QR/QT = Q_T-Q_E

_________

Q_T

DEBIT

• QR = k R/C C_i = 0 Dimana :

k = safety factor

k untuk O₂ = 1,5

k untuk padatan terlarut = 1,5 k untuk NH₄-N = 2

Kegunaan resikulasi

• Menghemat air dan energi

• Mempermudah pengontrolan lingkungan budidaya

BAGIAN RESIRKULASI

• 1. FILTER MEKANIS (Mechanical treatment)

• 2. PERLAKUAN FISIK (Physical treatment) - Sedimentasi

- Adsorbsi

- Pembentukan busa

• 3. FILTER BIOLOGI

Hubungan besarnya biaya & bahan

buangan yg diubah

FILTER MEKANIS

Tujuan:

• Menyingkirkan partikel dengan cara menyaring sejumlah bagian partikel dari aliran air

• Tergantung : desain dan fungsi filter

• Effesiensi tergantung :

1. Ukuran dan penyebaran bhn filter 2. Kemiringan

3. Detritus

UKURAN PARTIKEL

• TSS (Total Suspended Solid)

:

jumlah partikel yang dihentikan oleh filter khusus fibreglass dengan ukuran pori2 0,45 µm

• TS (Total Solid)

:

Jumlah total partikel dalam air



Total Dry Matter (DM)

KLASIFIKASI UKURAN

• < 0,001 µm : soluble / larut

• 0,001 – 1 µm : koloidal

• 1 – 100 µm : superkoloidal

• > 100 µm : endapan

• Menghilangkan partikel = mengurangi nutrien dan mikoorganisme

KARAKTERISASI AIR

• Untuk memilih filter yg akan digunakan

• Dari akuakultur harus memperhatikan:

species, komposisi pakan dan penggunaan, FCR dan jumlah air

• Langkah awal : optimal feed

• Ukuran partikel dr outlet akuakultur: 30-40 µm

• Densitas faeces > 1, dari 1,005 sampai 1,2  tenggelam.

contoh

• 1. Pemasangan saringan air

• 2. Filter pasir ukuran 2 – 0,02 mm

• Gravity Sand Filter

• Pressure sand Filter

Gravity Sand Filter

Pressure sand filter

Back-flushing system

Depth filtration/ Sand filter

• Menghilangkan partikel ketika air dialirkan melalui permukaan suatu bahan dengan

partikel (granular filter medium) dengan berbagai ukuran dan ketebalan

 biasanya pasir

• Laju aliran ditentukan oleh:

1. ukuran medium filter

2. karakteristik bahan terlarut dalam air yg akan dimurnikan

Gravity Sand Filter

• Debit

V = K h/d dimana :

V = velositas aliran rata2 (m/detik) K = konstanta permeabilitas (

m3/det/luas permukaan) h = head (m)

d = kedalaman filter (m)

• Sedangkan

Q = A. V dimana

Q = debit (m3/detik)

A = luas permukaan filter (m2) V = velositas rata2 (m/detik)

• Sehingga

Q = A.K.h/d

Sand filter

pasir

ijuk kerikil

ijuk

kerakal

Klasifikasi depth filter

• 1. Up-flowing filter

air mengalir melalui media filter 2. Down-flowing filter

air mengalir dari bagian bawah

Depth filter bertekanan dengan back

flushing

Settling/ Gravity filter

• Prinsip: partikelyang memiliki densitas relatif lebih besar daripada air (1,005-1,2 dibandingkan 1 untuk air) akan tenggelam.

• Untuk partikel kecil (0,1- 1 mm) kecepatan mengendap partikel adalah (hukum Stoke):

V_s= g(ρ_y- ρ_w) d²_p 18µ

dimana: V_s = kecepatan mengendap

ρ_y = densitas partikel , ρw = densitas air, g = gravitasi, dp = diameter partikel,

µ = kecepatan dinamis air

• Untuk mengendap

V_s > Q/A

dimana V_s= kecepatan mengendap partikel ( m/jam)

Q = air yang mengalir (m³/jam) A = luas permukaan area dasar

(m²)

Q/A= surface load / laju aliran untuk tangki pengendapan

Pada budidaya ikan surface load antara 1 dan 5 m/jam (m³/m²/jam)

Kedalaman yg biasa digunakan 1m dan

perbandingan panjang dan lebar berkisar 1:4 sampai 1:8

Perlakuan fisik

perlakuan thd air yg mengandung bhn buangan dgn memanfaatkan sifat2 fisik air melalui sedimentasi, adsorpsi dan pembentukan busa

• SEDIMENTASI

Lamanya pemyimpanan air di dasar pd unit sedimentasi

t = V/Q V = volume

Q = debit aliran air t = 15-60 menit

Bagian dr sedimentasi

Simple Gravity Settling Tank

Simple Classifier

Spitzkasten Chamber

Thickeners

Kecepatan mengendap ke dasar

• Vc = h/t = h Q/V

= h ____Q_____

p l t

= h Q/A

Beberapa macam cara sedimentasi

• Conventional Settling Basin

Swirl separators, hydrocyclones

• Prinsip: selain densitas partikel juga kekuatan sentrifugal sebagai tambahan

• Filter disebut juga tea-cup settler

• Kelebihan sistem ini konstruksinya sederhana tanpa bagian yg bisa dipindahkan

• Kekurangannya membutuhkan debit air yg seragam untuk mencapai effisiensi optimal

Swirl separators, hydrocyclones

Plate separator

• Dimana ;

α = sudut kemiringan separator 30-60 ^o

= jarak antara plat separator 3 – 5 cm Partikel dpt dibuang 100% bila

Vc/cos α > Vc

Luas permukaan effektif Ac = A cosα

= Q/Vc

A= jumlah luas permukaan semua plat

= Q/Vc cos α

FILTER BIOLOGI

• MINERALISASI

Bahan Organik  dekomposisi protein & asam nukleat

 as amino & dasar bhn organik nitrogen (sbg energi sel)

• DEAMINISASI:

proses minera lisasi dimana sekelompok asam amino membentuk amonia

Medium Filter

• V = A/a

V = volume medium filter

A = luas total permukaan filter biologi a = luas permukaan medium filter

OKSIDASI BIOLOGI

Bahan organik

O₂

Bakteri

*Laju pertumbuhan ↑

*Kebutuhan O2 ↑

Bahan Energi Sel

CO₂

Ammonium  Nitrifikasi

Ammonium NH₄⁺

O₂ CO₂

Bakteri

(Nitrosomonas)

Bahan Energi Sel

Nitri (NO₂^-)

Bakteri

(Nitrobacter) O2

CO2 Bahan

Energi Sel

Nitrat (NO₃^-)

REAKSI

• NH₄⁺ + 1,5 O₂  2H⁺ + H₂O + NO₂^-

• NO₃^- + 0,5 O₂  NO₃^-

• NH₄^- + 2O₂  NO₃^- + 2H⁺ + H₂O

NITRIFIKASI

oksidasi biologi amonia menjadi nitrit dan nitrat

• Oleh bakteri autotrof

• Dpt menggunakan karbon anorganik sbg sumber karbon seluler

FILTER BIOLOGI

A = k (p/r)

A= luas total permukaan filter biologi (m²) k = safety factor (1<k<3)

P = bahan buangan (NH₄⁺-N) (g/hari)

r = laju perubahan spesifik (gN/m²/hari) Misalnya:

r max = 0,55 g/m²/hr pd 25^o air tawar r max = 0,25 g/m²/hr pd 15^o air tawar r max = 0,25 g/m²/hr pd 25^o air laut

TRICKLING FILTER

MEDIUM FILTER

Medium Biofilter

Keuntungan Biofilter

• 1. Remove ammonia

• 2. Remove nitrites

• 3. Remove dissolved organic solids

• 4. Add oxygen

• 5. Remove carbon dioxide

• 6. Remove excess nitrogen and other dissolved gasses

• 7. Remove suspended solids

Nitrat yg msh terdpt dlm air dpt dirubah melalui pergantian air

• Debit :

Q_E = P NO³ – N C NO³ – N

Q_E = laju aliran yang diperlukan untuk mengubah NO^3--

N (m3/hari)

P NO^3- -N = produksi bahan buangan NO^{3 -} -N (g/hari) C NO^3- -N = konsentrasi maksimum NO^3- -N (g/m³)

• Nitrat yg masih terdapat dalam air hasil

resirkulasi dapat diubah melalui pergantian air, dgn besar aliran:

Q_E = P NO³ - N C NO³ - N Dimana:

Q_E = laju aliran yg diperlukan untuk mengubah NO^3- -N (m³/hari)

Effisiensi proses nitrifikasi

• 1. Adanya bhn2 beracun dlm air

• 2. pH, oksidasi amonia terhambat pd pH rendah

• 3. Kandungan O2 terlarut

• 4. Salinitas

• 5. Luas permukaan

• 6. Bahan organik

• 7. Bakteri autotrof dan heterotrof

Denitrifikasi

atau respirasi nitrat bekerja melalui cara yg berlawanan melalui reduksi produk akhir nitrifikasi ke tingkat/bag yg lebih rendah dr oksidasi

• Q = P/C

• A = P/r

P = produksi bhn buangan (g/hari) C = C_out – C_in = C_max – C _min = g/m³ r = kapasitas perubahan spesifik A = luas total permukaan (m²)

Luas Total Filter Biologi

• A = k (p/r)

A = luas total permukaan (m2) k = safety factor (1<k<3)

P = bahan buangan (Nh4+-N) (g/hari)

r = laju perubahan spesifik (gN/m2/hari)

Ground Filtration System

• Terdiri dari kolam terbuka

• Medium filternya: tanah (on-site system)

Integrated treatment system

Constructed wet land

• Digunakan untuk berbagai tipe air yg terpolusi

• Buangan RT, industri dan akuakultur

• Laju perubahan :

padatan sekitar 98 % amonia diatas 84 %

biodegradable organics dan phosphorus diatas 90 %

Beberapa hal penting

1. Kualitas air (Cmax. Cmin)

2. Jumlah ikan dan feeding level 3. Produksi bahan buangan (P) 4. Suspended solid removal (A) 5. Laju aliran Q=k P/r

6. Oksidasi biologi A = k (P/r) 7. Aerasi/Oksigenasi

• Beberapa keuntungan menggunakan system

Recirculation Aquaculture system (RAS) dibandingkan dengan budidaya ikan secara konvensional atau

tradisional adalah:

1. Kebutuhan air yang minim. Sarana budidaya yang dirancang dan dioperasikan dapat mengurangi

kebutuhan air lebih dari 5% setiap hari.

2. Membutuhkan sedikit lahan : Pada wilayah potensial yang memiiki harga tanah mahal, system RAS dapat memproduksi ikan budidaya lebih banyakpada area yang sempit. Kebutuhan lokasi kurang dari 1/20

dibanding dengan kebutuhan untuk tambak tradisional.

Integrated treatment system

• 3 sistem yg dpt dipergunakan pada kolam tanah akuakultur

1. Ground filtration

2. Constructed wet land 3. Ponds system

Local ecological solution

Latihan soal

• 200 kg ikan Mas dipelihara pada suhu 25^oC diberi pakan buatan dengan feeding level 2%

• Diketahui C_max/min untuk O₂ = 3

padatan terlarut (SS)= 25 NH4-N = 9

Konsentrasi kejenuhan (Cs) = 7,5

- Makanan yg diberikan : 200 kg X 2%= 4 kg

• Jika P O2 = -300 g/kg makanan/hari SS = 400 g/kg makanan/hari

NH4-N = 35 g/kg makanan/hari Maka produksi buangan untuk:

O2 = -300 X 4 = - 1200 g/hari SS = 400 X 4 = 1600 g/hari NH4-N= 35 X 4 = 140 g/hari

• Debit air yg dibutuhkan, jika safety factor (k) untuk:

O2 = 1,5 SS=1,5 N=2

Debit air (Q) O2 = 1,5 (1200/7,5-3)

= 400 m3/hari SS = 1,5 (1600/25)

= 96 m3/hari N = 2 (140/9)

= 31 m3/hari QR = 400 m³/hari

Dual drain tank

Wet composting reactor