PERENCANAAN INSTALASI PENGOLAHAN AIR LIMBAH (IPAL) DI KAWASAN PELABUHAN PT. PELINDO I
CABANG BELAWAN, KOTA MEDAN
TUGAS AKHIR
Oleh
RIYAN FERNANDES HUTAGALUNG 140407015
Pembimbing Pertama Pembimbing Kedua
Dr. Amir Husin, S.T.,M.T Ir. Joni Mulyadi, M.T.
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2018
TA/TL-USU/2018/095
PERENCANAAN INSTALASI PENGOLAHAN AIR LIMBAH (IPAL) DI KAWASAN PELABUHAN PT. PELINDO I
CABANG BELAWAN, KOTA MEDAN
TUGAS AKHIR
Oleh
RIYAN FERNANDES HUTAGALUNG 140407015
TUGAS AKHIR INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2018
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan penyertaan-Nya penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul
“Perencanaan Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) di Kawasan Pelabuhan PT.
Pelindo I Cabang Belawan, Kota Medan” sebagai persyaratan kelulusan sarjana pada Program Studi Teknik Lingkungan Universitas Sumatera Utara. Penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada seluruh pihak yang telah membantu serta memberikan dukungan dari awal sampai akhir proses pelaksanaan dan penyusunan Tugas Akhir ini, khususnya kepada :
1. Bapak Dr. Amir Husin, S.T.,M.T dan bapak Ir. Joni Mulyadi, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga dan pikiran untuk mengarahkan dan membantu saya dalam penyusunan tugas akhir ini.
2. Ibu Ir. Netti Herlina, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Lingkungan USU, atas segala bantuan yang telah diberikan.
3. Ibu Isra’ Suryati, S.T., M.Si. selaku koordinator Tugas Akhir atas segala bimbingan dan bantuan yang telah diberikan.
4. Ibu Meutia Nurfahadi yang selalu memberikan dukungan dan bimbingan.
5. Para dosen program studi Teknik Lingkungan atas bimbingan ilmu, motivasi, dan semangat yang diberikanuntuk terus menggali ilmu dan memberikan manfaat bagi sesama.
6. Ibu Gesti Sinaga dan Ibu Pono selaku staf tata usaha di Teknik Lingkungan USU yang telah banyak membantu penulis selama menjalani aktivitas di TL USU.
7. Orang tua, saudara kami dan keluarga besar yang selalu memberikan semangat dan doa yang tak terhingga.
8. Kepada teman-teman Teknik Lingkungan 2014 yang selalu memberi semangat dan penghiburan terkhususnya Hizki, Andro, Arlando,dan Panjes, Nuzul, Lolyta, Eka, Paul, Weni, Robby, Rawi, Dwiki, Rendy, Leti, Heni, Inggrid, Hary, Yunela, Desy, Kartini, Laura, Afifah, Martha, Andre, Abraham, Fizha, Yanti.
9. Adik-adikku di kampus Ecy, Grace, Samuel, Yolanda, Delviero, Yose, Anro, Angga, Yohanes, Hotna, Edwin, Nadya, Lourena, Ana, Regina, April yang selalu mengingatkan, mensupport dan menghibur setiap ke kampus.
10. Bang pinem, bang ite, bang kevin, bang sam, bang andi, bang cristo yang selalu memberikan motivasi, semangat dan pembicaraan banyak hal yang tiada hentinya.
11. Meilan Hutabarat, Arisya Fiqriyah, Faisal Fadly yang selalu memberi dukungan dan semangat serta canda tawa setiap ketemu.
12. Teman-teman se-perjuangan Wandi Pagar Asi Napitupulu, Eki Nehemia Pakpahan, Kristian Hutasoit, Rendy Adha Chaniago, Marzuki Anugrah, Iegi Ginting, Iman Simanjuntak yang selalu rusuh.
Penulis menyadari bahwa penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan.
Oleh karena itu, segala kritik, saran, dan masukan yang membangun dari semua pihak sangat diharapkan agar di masa yang akan datang proposal ini lebih sempurna. Akhir kata, penulis berharap semoga proposal ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.
Medan, 3 Desember 2018
Penulis
ABSTRAK
PT Pelabuhan Indonesia I (Persero) merupakan Badan Usaha Milik Negara (BUMN) sektor Perhubungan Laut yang bergerak dalam bidang pengusahaan jasa kepelabuhanan. PT. Pelindo I saat ini dalam pengembangan menuju eco Port dan salah satu sektor yang dikaji untuk mewujudkan hal itu ialah pengolahan air buangan. Berdasarkan uji sampel dan data air limbah pada outlet drainase air buangan, diperoleh bahwa kandungan bahan organik telah melebihi baku mutu yaitu BOD 332 mg/l, COD 626 mg/l, TSS 73 mg/l, minyak dan lemak 24 mg/l berdasarkan data nilai tertinggi. Hasil pengolahan data rekening air, kapasitas perencanaan instalasi pengolahan air limbah sebesar 400 m3/hari. Studi perbandingan merekomendasikan sistem pengolahan dengan menggunakan proses lumpur aktif (activated sludge) dan unit-unit yang diperlukan terdiri dari bak pemisah lemak dengan volume 16,8 m3, bak ekualisasi dengan volume 80 m3, bak sedimentasi awal dengan volume 50 m3, bak aerasi (activated sludge) dengan volume 241 m3, bak sedimentasi akhir dengan volume 50 m3, dan bak desinfeksi dengan volume 4,2 m3 dan luas lahan yang diperlukan berkisar ±184 m2. Estimasi biaya yang diperlukan dalam pembuatan instalasi pengolahan air limbah kawasan pelabuhan PT. Pelindo I Belawan adalah sebesar Rp. 2.153.260.000.
Kata Kunci: Air Limbah, eco port, kawasan pelabuhan, perancangan IPAL
ABSTRACT
PT. Pelabuhan Indonesia I (Pelindo I) is a state-owned enterprise (BUMN), a sector engaged in port business services. PT. Pelindo I at this time in developing towards the eco port and one of the sectors studied to make this happen is wastewater treatment . Based on the sample test and wastewater data at the outlet drainage of waste water, obtained that organic matter content has exceeded the quality standard namely BOD 332 mg /l, COD 626 mg /l, TSS 73 mg /l, oil and grease 24 mg /l based on the highest value data. Result of water account data processing, the planning capacity of wastewater treatment plants is 400 m3/day. Studies comparison recommend system processing with use activated sludge and the units needed consist of grease trap with a volume 16.8 m3 , equalization tank with a volume 80 m3 , first sedimentation basin with a volume 50 m3 , aeration tank ( activated sludge ) with a volume 241 m3 , second sedimentation with a volume 50 m3 , and disinfection tank with a volume 4.2 m3 and the area needed is around ± 184 m2 . Estimated costs needed in the manufacture of wastewater treatment plants at the port area of PT. Pelindo I Belawan is Rp. 2,153,260,000.
Keywords: Wastewater, eco port , port area , design of WWTP
DAFTAR ISI
Kata Pengantar i
Abstrak iii
Daftar Isi v
Daftar Gambar vii
Daftar Tabel viii
Daftar Lampiran ix
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang I-1
1.2 Rumusan Masalah I-3
1.3 Tujuan Penelitian I-3
1.4 Ruang Lingkup I-3
1.5 Manfaat Penelitian I-4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Air Limbah II-1
2.2 Karakteristik Air Limbah II-1
2.2.1 Karakteristik Fisik II-3
2.2.2 Karakteristik Kimia II-4
2.2.2.1 Kimia Anorganik II-4
2.2.2.2 Kimia Organik II-5
2.2.2.3 Gas II-5
2.2.2.4 Pengukuran Kandungan Organik II-6
2.2.3 Karakteristik Biologi II-7
2.3 Teknologi Pengolahan Air Limbah II-8
2.3.1 Pengolahan Pendahuluan (Preliminary Treatment) II-9
2.3.1.1 Screening II-10
2.3.1.2 Grit Removal II-10
2.3.1.3 Flow Equalization (Bak Ekualisasi) II-11 2.3.2 Pengolahan Primer (Primary Treatment) II-12 2.3.2.1 Sedimantasi Primer (Primary Sedimentation) II-12 2.3.3 Pengolahan Sekunder (secondary Treatment) II-14
2.3.3.1 Pengolahan Biologis II-14
2.3.3.1.1 Lumpur Aktif (Activated Sludge) II-16
2.3.3.1.2 Trickling Filter II-21
2.3.3.1.3 Rotary Biological Contactor (RBC) II-24
2.3.4 Disinfeksi II-27
2.4 Jurnal Teknologi Pengolahan Air Limbah Industri II-30 2.5 Air Limbah Kawasan Industri Di Pelabuhan II-31 2.6 Kegiatan Usaha PT. Pelindo I Belawan II-33 BAB III METODE PERANCANGAN
3.1 Waktu Dan Tempat III-1
3.2 Diagram Alir III-1
3.3 Tahap Perencanaan III-3
3.4 Kebutuhan Data Dan Alat III-7
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN RANCANGAN IV-1
4.2 Analisis Kuantitas Air Limbah Kawasan Pelabuhan PT. Pelindo I Belawan IV-1 4.2.1 Pemakaian Air Bersih Berdasarkan Rekening Air IV-1
4.2.2 Pemakaian Air Tanah IV-3
4.3 Kualitas Air Limbah Kawasan Pelabuhan PT. Pelindo I Belawan IV-7 4.4 Pemilihan Proses Dan Perhitungan Desain Unit Pengolahan IV-7 4.4.1 Pemilihan Proses Instalasi Pengolhan IV-7 4.4.2 Perhitungan Desain Unit Pengolahan IV-10
4.4.2.1 Bar Screen IV-10
4.4.2.2 Bak Pemisah Lemak IV-11
4.4.2.3 Bak Ekualisasi IV-11
4.4.2.4 Bak Pengendap Awal IV-12
4.4.2.5 Bak Aerasi (Activated Sludge) IV-12
4.4.2.6 Bak Pengendap Akhir IV-14
4.4.2.7 Bak Desinfeksi IV-15
4.5 Rekapitulasi Desain IV-16
4.6 Spesifikasi Desain IV-17
4.6.1 Bak Pemisah Lemak IV-17
4.6.2 Bak Ekualisasi IV-17
4.6.3 Bak Pengendap Awal IV-17
4.6.4 Bak Aerasi IV-18
4.6.5 Bak Pengendap Akhir IV-18
4.6.6 Bak Desinfeksi IV-18
BAB V RENCANA ANGGARAN BIAYA RANCANGAN V-1
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan VI-1
6.2 Saran IV-2
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
BIODATA PENULIS
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Karakteristik Limbah Domestik Secara Umum
Tabel 2.2 Unit Operasi dan Proses untuk Menghilangkan Konstituen Pada Air Limbah Tabel 2.3 Kriteria Desain Tangki Sedimentasi Primer
Tabel 2.4 Kriteria Perencanaan Lumpur Aktif Standar (Konvensional) Tabel 2.5 Jenis-Jenis Difuser dan Efisiensi Transfer Oksigen
Tabel 2.6 Kriteria Perencanaan Trickling Filter Tabel 2.7 Kriteria Perencanaan Trickling Filter
Tabel 2.8 Hubungan Antara Konsentrasi BOD Inlet Dan Beban BOD Untuk Mendapatkan Efisiensi Penghilangan BOD 90%
Tabel 2.9 Hubungan Antara Beban BOD dengan Efisiensi Penghilangan BOD Untuk Air Limbah Domestik
Tabel 2.10 Karakteristik Disinfektan yang Ideal
Tabel 2.11 Perbandingan Ideal dan Aktual Disinfektan yang Umum Digunakan Tabel 2.12 Perkiraan Karakteristik Air Limbah Pelabuhan
Tabel 3.1 Daftar Kebutuhan Data dan Alat Tabel 4.1 Pemakaian Air Kelompok Perkantoran
Tabel 4.2 Pemakaian Air Kelompok Kegiatan Pergudangan Tabel 4.3 Pemakaian Air Kelompok Kegiatan Tangki Timbun Tabel 4.4 Pemakaian Air Kelompok Kegiatan Pabrik
Tabel 4.5 Perkiraan Pemakaian Air Tanah
Tabel 4.6 Rincian Perhitungan Kebutuhan Air dan Jumlah Air Limbah Tabel 4.7 Data Kualitas Air
Tabel 4.8 Prakiraan Effluent Berdasarkan Alternatif
Tabel 4.9 Perbadingan Pemilihan Proses Berdasarkan Aspek Pembangunan IPAL Tabel 4.10 Pemilihan Unit Pengolahan Berdasarkan Kriteria
Tabel 4.11 Kriteria Desain Bar Screen Tabel 4.12 Kriteria Desain Bak Ekualisasi
Tabel 4.13 Rekapitulasi Detensi Waktu Pada Unit Pengolahan Tabel 4.14 Rekapitulasi Luas Kebutuhan Lahan Unit Pengolahan Tabel 5.1 Rencana Anggaran Baiaya
Tabel 5.2 Uraian Pekerjaan Anggaran Biaya
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Komposisi Air Limbah
Gambar 2.2 Proses Pengolahan Air Limbah Secara Biologis
Gambar 2.3 Diagram Proses Pengolahan Air Limbah dengan Sistem Lumpur Aktif Standar (Konvensional)
Gambar 2.4 Diagram Proses Pengolahan Air Limbah dengan Sistem Trickling Filter Gambar 2.5 Penampang Bak Trickling Filter
Gambar 2.6 Skema Penampang Bak Trickling Filter
Gambar 2.7 Diagram Proses Pengolahan Air Limbah dengan Sistem RBC Gambar 3.1 Diagram Alir Perencanaan
Gambar 3.2 Lokasi PT. Pelindo I cabang Belawan, Kota Medan
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran I Sertifikat Hasil Uji Sampel Air
Lampiran II Gambar Perancangan Unit-Unit Pengolahan Air Limbah
Lampiran II Permen LH Nomor 03 Tahun 2010 Tentang Baku Mutu Air Limbah Bagi Kawasan Industri
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
Air buangan merupakan air bekas pemakaian, baik pemakaian rumah tangga maupun pemakaian dalam proses dan operasi industri. Air pemakaian rumah tangga, tidak hanya dalam rumah tinggal, tetapi juga dalam kantor-kantor institusional, hotel, tempat hiburan, daerah komersial, bahkan dalam lingkungan industri pun ada pemakaian air untuk rumah tangga, yaitu dari fasilitas saniter seperti bak cuci (dapur, tangan), kamar mandi (bak air/bak rendam/pancuran), kamar kecil (WC, peturasan), dan lain sebagainya. Air bekas pemakaian rumah tangga dapat disebut dengan air limbah domestik. Sedangkan air bekas pemakaian proses dan operasi industri dapat disebut dengan air limbah industri (Hardjosuprapto, 2000:1).
Dewasa ini industri semakin berkembang, baik jumlah, teknologi, tingkat produksi maupun limbah yang di hasilkan. Industri-industri khususnya yang berada di dekat aliran sungai cenderung akan membuang limbahnya ke dalam sungai yang dapat mencemari ekosistem air, karena pembuangan limbah industri ke dalam sungai dapat menyebabkan berubahnya susunan kimia dan fisik air. Polutan yang dihasilkan oleh industri dapat berupa logam berat dan panas (Bougherira et al, 2014).
Limbah rumah tangga merupakan salah satu faktor yang menyebabkan pencemaran lingkungan khususnya air sungai. Karena dari limbah rumah tangga dihasilkan beberapa zat organik dan anorganik yang dibuang dan dialirkan melalui selokan-selokan dan akhirnya bermuara ke sungai (Milovanovic, 2007).
Pencemaran air limbah sebagai salah satu dampak pembangunan di berbagai bidang disamping memberikan manfaat bagi kesejahteraan rakyat. Selain itu peningkatan pencemaran lingkungan juga diakibatkan dari meningkatnya jumlah penduduk beserta aktifitasnya. Limbah yang berbentuk cair yang tidak dikelola dengan baik bisa menimbulkan bahaya terhadap lingkungan dan kesehatan manusia serta makhluk hidup lainnnya.
Upaya pencegahan timbulnya pencemaran lingkungan dan bahaya yang diakibatkannya serta yang akan menyebabkan kerugian sosial ekonomi, kesehatan dan lingkungan, maka
harus ada pengelolaan secara khusus terhadap limbah tersebut agar bisa dihilangkan atau dikurangi sifat bahayanya. Selain itu, perlu diusahakan metode pengelolaan yang ramah lingkungan serta pengawasan yang benar dan cermat oleh berbagai pihak.
Pencemaran oleh industri, diperkirakan kontribusi pencemaran organik limbah industri, pada badan air secara rata-rata adalah 25-50 %. Program upaya untuk menurunkan pencemaran oleh buangan limbah industri belum dapat mencapai tujuan karena adanya kelemahan pada kemampuan pemerintah untuk memantau buangan industri dan menerapkan baku mutu air limbah. Selain juga adanya kelemahan kemampuan industri untuk merancang dan mengoperasikan sistem pengolahan air limbah (Supriyatno,2000).
Sebagai studi penelitian, diambil PT. Pelindo I selaku BUMN yang bergerak di bidang jasa kepelabuhan, pelayanan peti kemas, terminal dan lain-lain. Perusahaan memfokuskan kegiatan utamanya di bidang penyelengaraan dan pengusahaan jasa kepelabuhan, serta optimalisasi pemanfaatan sumber daya yang dimiliki perusahaan untuk menghasilkan barang dan/atau jasa yang bermutu tinggi dan berdaya saing kuat.
Untuk melindungi kepentingan dan ketertiban umum dari dampak lingkungan hidup yang diakibatkan oleh setiap usaha dan/atau kegiatan serta untuk menjaga peletarian fungsi lingkungan hidup setiap orang pribadi atau badan yang menyelenggarakan usaha dan/atau kegiatan yang menghasilkan limbah wajib melakukan pengelolaan limbah hasil usaha dan/atau kegiatan (PP Kota Medan No.13, 2003).
Saat ini pengelolaan air buangan dari perusahaan tersebut belum memiliki instalasi pengolahan air limbah sendiri dan pengelolaan air buangan hanya dengan meyalurkan buangan melalui drainase menuju laut. Dan dalam waktu dekat PT. Pelindo I akan menerapkan dan mengembangkan pelabuhan berwawasan lingkungan (ecoport) dan salah satu aspek yang dilihat ialah pengelolaan air buangan.
Dari uraian yang telah disebutkan diatas maka, perlu dilakukan penelitian untuk perencanaan instalasi pengolahan air limbah dengan melakukan perhitungan efisiensi instalasi pengolahan air limbah serta perbandingan karakteristik limbah yang dihasilkan dari PT. Pelindo I.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang permasalahan diatas, maka dapat diperoleh rumusan masalah sebagai berikut :
1. Bagaimana kualitas dan kuantitas limbah yang dihasilkan PT. Pelindo I cabang Belawan ?
2. Bagaimana teknologi pengolahan air limbah pada PT. Pelindo I cabang Belawan yang dapat dijadikan referensi untuk pembuatan IPAL ?
3. Bagaimana perancangan instalasi pengolahan air limbah yang sesuai untuk diterapkan pada PT. Pelindo I cabang Belawan berdasarkan studi penelitian?
1.3 Tujuan Perancangan
Adapun tujuan yang ingin dicapai dari penelitian adalah :
1. Mengetahui kualitas dan kuantitas air limbah yang dihasilkan PT. Pelindo I cabang Belawan.
2. Menentukan kapasitas dan unit-unit dalam perencanaan instalasi pengolahan air limbah di PT. Pelindo I cabang Belawan Kota Medan.
3. Menentukan dan merancang dimensi unit instalasi pengolahan air limbah di PT.
Pelindo I cabang Belawan Kota Medan.
4. Mendapatkan dan menentukan rencana anggaran biaya dalam perencanaan instalasi pengolahan air limbah.
1.4 Ruang Lingkup
Adapun ruang lingkup penelitian dari tugas akhir ini antara kain sebagai berikut :
1. Penentuan kuantitas dan kualitas air limbah yang dihasilkan PT. PT. Pelindo I cabang Belawan
2. Pemilihan metode pengolahan yang sesuai diterapkan di PT. Pelindo I cabang Belawan.
3. Perencanaan dan perancangan bangunan instalasi pengolahan air limbah di PT.
Pelindo I cabang Belawan.
4. Perhitungan rencana anggaran biaya yang dibutuhkan untuk pembangunan instalasi pengolahan air limbah PT. Pelindo I cabang Belawan.
5. Perencanaan wilayah studi hanya dilakukan di pelabuhan belawan.
6. Sumber air limbah yang akan diuji berasal dari outlet drainase pelabuhan Belawan.
1.5 Manfaat Perancangan
Adapun manfaat dari tugas akhir ini ialah sebagai rekomendasi perencanaan instalasi pengolahan air limbah yang sesuai dengan karakteristik air limbah PT PT. Pelindo I cabang Belawan serta sebagai referensi dan bahan kajian terhadap penelitian berikutnya.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Air Limbah
Pengertian air limbah adalah air yang telah digunakan manusia dalam berbagai aktivitasnya. Air limbah tersebut dapat berasal dari aktivitas rumah tangga, perkantoran, pertokoan, fasilitas umum, industri maupun dari tempat-tempat lain. Atau, air limbah adalah air bekas yang tidak terpakai yang dihasilkan dari berbagai aktivitas manusia dalam memanfaatkan air bersih.
Cairan buangan yang berasal dari rumah tangga dan industri serta tempat-tempat umum lainnya dan mengandung bahan atau zat yang dapat membahayakan kesehatan manusia serta mengganggu kelestarian lingkungan hidup (Kusnoputranto, 1985).
Air limbah (waste water) adalah air buangan dari masyarakat, rumah tangga, industri, air tanah, air permukaan serta buangan lainnya (Sutapa DAI, 1999). Didalam limbah cair terkandung zat-zat pencemar dengan konsentrasi tertentu yang bila dimasukkan ke bahan air dapat mengubah kualitas airnya. Kualitas air merupakan pencerminan kandungan konsentrasi makhluk hidup, energi, zat-zat, atau komponen lain yang ada dalam air.
Limbah cair mempunyai efek negative bagi lingkungan karena mengandung zat-zat beracun yang mengganggu keseimbangan lingkungan dan kehidupan makhluk hidup yang terdapat di dalamnya.
2.2 Karakteristik Air Limbah
Sesuai dengan sumber asalnya, maka air limbah mempunyai komposisi yang sangat bervariasi dari setiap tempat dan setiap saat. Akan tetapi secara garis besar air limbah terdiri dari air dan padatan, dimana padatan terdiri dari zat organik yang berupa karbohidrat, lemak, dan protein serta zat anorganik yang berupa garamgaram, logam- logam dan butiran.
Gambar 2.1 Komposisi Air Limbah (Sugiharto,1987) Tabel 2.1 Karakteristik Limbah Domestik Secara Umum
No. Parameter Satuan Minimum Maksimum Rata-rata
1 BOD mg/l 31,52 675,33 353,43
2 COD 46,62 1183,4 615,01
3 Angka Permanganat
(KMnO4) mg/l 69,84 739,56 404,7
4 Amoniak (NH3) mg/l 10,79 158,73 84,76
5 Nitrit mg/l 0,013 0,274 0,1435
6 Nitrat mg/l 2,25 8,91 5,58
7 Klorida mg/l 29,74 103,73 66,735
8 Sulfat mg/l 81,3 120,6 100,96
9 pH mg/l 4,92 8,99 6,96
10 Zat Padat Tersuspensi mg/l 27,5 211 119,25
11 Deterjen mg/l 1,66 9,79 5,725
12 Minyak/Lemak mg/l 1 125 63
13 Cadmium (Cd) mg/l ttd 0,016 0,008
14 Timbal (Pb) mg/l 0,002 0,04 0,021
15 Tembaga (Cu) mg/l ttd 0,49 0,245
16 Besi (Fe) mg/l 0,19 70 35,1
17 Warna Pt-Co 31 150 76
18 Phenol mg/l 0,04 0,63 0,335
Sumber: Nusa Idaman Said, 2008
2.2.1 Karakteristik Fisik
a. Padatan. Padatan merupakan material yang tersuspensi atau terlarut dalam air atau air limbah. Padatan dapat mempengaruhi kualitas limbah dengan berbagai cara. Padatan total (total solid) merupakan sisa bahan yang tersisa setelah penguapan dan pengeringan
Air Limbah
Air (99,9%)
Bahan Padat (0,1%)
Organik [protein (65%), karbohidrat (25%), lemak (10%)]
Anorganik (butiran garam,metal)
sampel selanjutnya dalam oven pada suhu tertentu (103 hingga 105oC). Padatan total pada dasrnya mencakup total padatan tersuspensi (total suspended solid), yang merupakan porsi padatan keseluruhan ditahan oleh filter dan diukur setelah pengeringan pada suhu 105oC, dan total padatan terlarut (total dissolved solid), yang merupakan bagian yang melewati filter berukuran pori 2 µm (atau lebih kecil) dibawah kondisi tertentu. (Standar Method,1998)
b. Bau. Karakteristik bau paling khas dari air limbah septik berasal dari hidrogen sulfida, yang diproduksi oleh mikroorganisme anaerob yang mengubah sulfat menjadi sulfida.
Bau telah dinilai sebagai perhatian utama publik untuk pelaksanaan fasilitas pengolahan air limbah. Dalam bebrapa tahun terakhir, kontrol bau telah menjadi pertimbangan utama dalam desain dan operasi pengumpulan air limbah, pengolahan, dan fasilitas pembuanga, khususnya yang berkenaan dengan penerimaan publik dari fasilitas ini (Metcalf
&Eddy,2004)
c. Temperatur. Temperatur berpengaruh terhadap aktifitas biologis dan kimiawi dalam air. Temperatur air limbah biasanya lebih tinggi dibanding air minum tergantung dari lokasi dan waktu, temperatur, temperatur effluen limbah lebih tinggi atau lebih rendah dibanding temperatur influen (Reynolds & Richards,1996)
d. Warna. Warna merupakan ciri kualitatif yang dapat dipakai untuk mengkaji kondisi umum air limbah. Jika warna coklat muda, maka umur air kurang dari 6 jam. Warna abu- abu muda sampai setengah tua merupakan tanda bahwa air limbah sedang mengalami pembusukan atau telah ada dalam sistem pengumpul untuk beberapa lama. Bila warnanya abu-abu tua atau hitam, air limbah sudah membusuk setelah mengalami pembusukan oleh bakteri dengan kondisi anaerobik.
2.2.2 Karakteristik Kimia 2.2.2.1 Kimia Anorganik
Karakter kimia air limbah meliputi senyawa organik, senyawa anorganik dan gas.
Senyawa organik adalah karbon yang dikombinasikan dengan satu atau lebih elemen- elemen lain (O,N,P,H). Saat ini terdapat lebih dari dua juta senyawa organik yang telah diketahui. Senyawa anorganik terdiri atas semua kombinasi elemen yang bukan tersusun dari karbon organik (Metcalf & Eddy,2004)
Beberapa komponen anorganik air limbah dan air alami penting dalam membangun dan mengendalikan kualitas air. Konsentrasi konstituen anorganik juga meningkat oleh proses penguapan alami, yang menghilangkan sebagian air permukaan dan meninggalkan substansi anorganik dalam air. Karena konsentrasi berbagai konstituen anorganik dapat sangat mempengaruhi penggunaan menguntungkan dari air, adalah baik untuk memeriksa sifat dari beberapa kosntituen. (Standar Method,1998)
a. pH. Konsentrasi ion-hidrogen merupakan parameter kualitas penting dari perairan alam dan air limbah. Rentang konsentrasi yang cocok untuk keberadaan kehidupan sebagian besar kehidupan biologis cukup sempit dan kritis. Air limbah dengan konsentrasi ion- hidrogen yang merugikan ion sulit untuk ditangani dengan cara biologis, dan jika konsentrasi tidak berubah sebelum dibuang, effluen air limbah dapat mengubah konsetrasi di perrairan alami. (Metcalf & Eddy,2004)
b. Nitrogen. Unsur nitrogen dan fosfor sangat penting untuk pertumbuhan tanaman dan prostia dan karena itu dikenal sebagai nutrisi atau biostimulants. Kuantitas kecil unsur- unsur lain seperti besi juga diperlukan untuk pertumbuhan biologis, tetapi nitrogen dan fosfor, dalam banyak kasus merupakan nutrisi penting utama. Karena nitrogen adalah sebuah unsur pembangun penting dalam sintesis protein, data nitrogen akan dibutuhkan untuk mengevaluasi treatability air limbah dengan proses biologis. Nitrogen yang tidak cukup dapat mengharuskan penambahan nitrogen untuk membuat air dapat diolah.
(Metcalf & Eddy,2004)
c. Fosfor. Fosfor juga penting untuk pertumbuhan alga dan organisme biologis lainnya.
Karena ganggang berbahaya yang terdapat di permukaan air, sehingga terdapat kebutuhan untuk mengendalikan jumlah senyawa fosfor yang memasuki perairan permukaan di pembangunan limbah domestik dan industri dan limpasan alami. Air limbah kota misalnya, terdapat mengandung 4-15 mg/l fosfor dalam bentuk P. (Metcalf &Eddy, 2004) d. Surfaktan. Surfaktan memasuki badan air dari limbah industri maupun rumah tangga.
Walaupun bukan merupakan senyawa yang beracun, surfaktan dapat mempengaruhi biota air. Deterjen dapat memberikan rasa dan bau pada konsetrasi 0,4-3 mg/l dalam air dan klorinasi dapat meningkatkan efeknya. (Chapman,1996)
2.2.2.2 Kimia Oragnik
Kimia organik secara umum terdiri dari kombinasi senyawa karbon, hydrogen, nitrogen dan oksigen. Material organik pada air limbah biasanya terdiri dari protein (40-60%), karbohidrat (25-60%), dan minyak dan lemak (8-12%). (Metcalf & Eddy,2004)
a. Minyak dan Lemak. Minyak adalah lemak yang bersifat cair. Keduanya mempunyai komponen utama karbon dan hidrogen yang mempunyai sifat tidak larut dalam air.
Bahan-bahan tersebut banyak terdapat pada makanan, hewan, manusia dan bahkan ada dalam tumbuh-tumbuhan sebagai minyak nabati. Sifat lainnya adalah relatif stabil, tidak mudah terdekomposisi oleh bakteri. Minyak dan lemak adalah senyawa-senyawa organik yang dapat diekstrak dari suatu larutan menggunakan heksan atau CFC. (Sawyer et al.,1994)
Kandungan minyak dan lemak di dalam suatu air limbah dapat menimbulkan berbagai masalah baik di saluran maupun di dalam instalasi pengolahan air limbah itu sendiri.
Keberadaannya di dalam air permukaan dapat mengganggu kehidupan biota serta dapat menggangu estetika dengan terbentuknya materi-materi terapung dan lapisan film diatas permukaan air. (Metcalf & Eddy,2004)
2.2.2.3 Gas
Gas Pada umumnya ditemukan dalam air limbah mencakup nitrogen (N2), oksigen (O2), karbon dioksida (CO2), yang merupakan gas umum dari atmosfer dan akan ditemukan di seluruh perairan yang terkena udara, dan hidrogen sulfida (H2S), amonia (NH3), dan metana (CH4) yang berasal dari dekomposisi bahan organik pada air limbah. Meskipun tidak ditemukan dalam air limbah yang tidak diolah, gas-gas lainnya yang harus diketahui dalam pengolahan limbah yaitu klorin (Cl2)dan ozon (O3)(untuk desinfeksi dan kontrol bau), dan oksida sulfur dan nitrogen (proses pembakaran).
2.2.2.4 Pengukuran Kandungan Organik
Untuk menentukan kandungan organik dalam air limbah cair umumnya dipakai parameter Biological Oxygen Demand (BOD), dan Chemical Oxygen Demand (COD).
a. Biological Oxygen Demand (BOD)
BOD adalah jumlah kebutuhan oksigen yang diperlukan oleh mikroorganisme untuk mengoksidasi semyawa organik yang ada dalam limbah. Hasil analisa BOD menunjukkan besarnya kandungan senyawa organik yang dapat terbiodegradasi. (Driyanti Rahayu, 2007)
Biological Oxygen Demand merupakan analisa empiris yang mencoba mendekati secara global proses-proses mikrobiologis yang benar-benar terjadi dalam air. Dalam analisis BOD dilakukan pula pengukuran kandungan oksigen terlarut (DO) yang digunakan mikroorganisme dalam reaksi oksidasi terhadap materi organik, dan standar yang digunakan reaksi oksidasi dalam kurun waktu 5 hari pada suhu 20oC. Pemeriksaan BOD dilakukan untuk menentukan beban pencemaran akibat buangan dan untuk merancang sistem pengolahan biologis bagi air yang tercemar. Prinsip pemeriksaan BOD didasarkan atas reaksi oksidasi zat organik dengan oksigen di dalam air, dan proses tersebut berlangsung karena adanya bakteri. Sebagai hasil oksidasi akan terbentuk karbon dioksida, air dan amoniak. Dengan demikian zat organik yang ada dalam air diukur berdasarkan jumlah oksigen yang dibutuhkan bakteri untuk mengoksidasi zat organik tersebut. (Alaerts dan Santika,1987)
b. Chemical Oxygen Demand (COD)
Chemical Oxygen Demand atau kebutuhan oksigen kimiawi adalah jumlah kebutuhan oksigen yang diperlukan untuk mengoksidasi zat-zat organik. Angka COD merupakan ukuran bagi pencemaran air oleh zat-zat organik yang secara alamiah dapat dioksidasi melaui proses mikrobiologis dan mengakibatkan berkurangnya kandungan oksigen di dalam air. Hasil pengukuran COD dapat dipergunakan untuk memperkirakan BOD ultimate atau nilai BOD tidak dapat ditentukan karena bahan-bahan beracun.
Reaksi utama menggunakan dikromat sebagai agen pengoksidasi dapat direpresentasikan secara umum dengan persamaan tidak seimbang berikut:
Material organik (CaHbOc) + Cr2O7-2 + H+ catalyst heat Cr+3 + CO2 + H2O Tes COD juga digunakan untuk mengukur bahan organik dalam limbah industri dan kota yang mengandung senyawa yang beracun bagi kehidupan biologis. COD limbah secara
umum lebih tinggi dari BOD karena senyawa kimia lebih dapat teroksidasi daripada yang bisa teroksidasi secara biologis. Untuk berbagai jenis limbah adalah mungkin untuk mengkorelasikan BOD dengan COD. Ini dapat sangat berguna karena COD dapat ditentukan dalam tiga jam, dibandingkan dengan lima hari untuk BOD. Setelah dikorelasi telah ditetapkan, pengukuran COD dapat digunakan untuk mengontrol instalasi pengolahan dan operasi (Standard Method,1998)
2.2.3 Karakteristik Biologi
Karakteristik biologi pada air limbah merupakan hal yang penting untuk diketahui karena digunakan untuk mengontrol potensi terjadinya penyakit-penyakit bagi kehidupan manusia yang ditimbulkan oleh organisme patogen. Selain itu, reaksi-reaksi dalam air limbah seperti dekomposisi juga banyak melibatkan bakteri dan mikroorganisme lainnya.
Organisme patogen yang ditemukan dalam air limbah dapat bersumber dari manusia ataupun hewan yang terinfeksi oleh penyakit tertentu, atau yang menjadi pembawa (carier) untuk infeksi penyakit tertentu. Organisme patogen yang ditemukan dalam air limbah dapat diklasifikasikan menjadi 4 kategori, antara lain ialah bakteri, protozoa, helmints, dan virus.
Bakteri merupakan kelompok mikroorganisme terpenting dalam sistem penanganan limbah. Bakteri ada yang bersifat patogen sehingga merugikan dan ada yang bersifat non- patogen. Bakteri patogen bermacam-macam bentuk dan jenisnya sehingga sulit dideteksi.
Yang paling berbahaya adalah bakteri coli (E-Coli dan Streptococci). Bakteri coli berasal dari usus manusia dan makhluk hidup lain (ayam, sapi, itik, babi). Selain itu pada air limbah juga ditemukan ganggang (fitoplankton) yang hidup dengan memanfaatkan nutrien serta jamur yang bermanfaat dalam menguraikan senyawa karbon.
Analisa mikrobiologi untuk bakteri-bakteri tersebut maka diperlukan adanya indikator organisme. Indikator organisme menunjukkan adanya pencemaran oleh tinja manusia dan hewan sehingga mudah dideteksi. Dengan demikian bila indikator organisme tersebut ditemui dalam sampel air, berarti air tersebut tercemar oleh tinja dan kemungkinan besar mengandung bakteri patogen. Analisis menggunakan indikator organisme adalah metode yang paling umum dan dilaksanakan secara rutin. (Gunawan,2006)
2.3 Teknologi Pengolahan Air Limbah
Tujuan dari pengolahan air limbah adalah untuk mengurangi BOD, partikel tercampur, dan membunuh mikroorganisme pathogen, serta menghilangkan bahan nutrisi, komponen beracun yang tidak dapat didegradasi (Sugiharto, 1987). Air limbah diolah dalam unit pengolahan sehingga air effluentnya bisa dibuang ke badan air tanpa menimbulkan gangguan.
Menurut Moersidik 1996, tujuan pengolahan limbah cair adalah:
• Mengurangi jumlah padatan tersuspensi
• Mengurangi jumlah padatan terapung
• Mengurangi jumlah bahan organik
• Membunuh bakteri patogen
• Mengurangi jumlah bahan kimia yang berbahaya dan beracun
• Mengurangi unsur nutrisi (N dan P) yang berlebihan
• Mengurangi unsur lain yang dianggap dapat menimbulkan dampak negatif terhadap ekosistem
Metode yang digunakan untuk mengolah air limbah sering disebutkan sebagai unit operasi atau unit proses. Secara umum, unit operasi melibatkan penghilangan kontaminan dengan menggunakan gaya fisika, sementara unit proses melibatkan reaksi kimia dan atau biologis.
Unit operasi dan unit proses yang umumnya digunakan dalam pengolahan air limbah dapat dilihat pada tabel 2.2
Tabel 2.2 Unit Operasi dan Proses untuk Menghilangkan Konstituen Pada Air limbah Kontaminan Unit Operasi atau Unit Proses
Padatan Tersuspensi Screening Grit Removal Sedimentasi
High-Rate Clarification
Flotasi Pengendapan kimia Depth
Filtration Surface filtration
Kontaminan Unit Operasi atau Unit Proses Organik yang biologis
dapat terurai secara (biodegradable)
Lagoon variations Sistem fisik kimia Oksidasi kimia Advanced oxidation Filtrasi membran
Variasi pertumbuhan Aerobik Suspended Variasi pertumbuhan Aerobik Attached Variasi
pertumbuhan Anaerobik Suspended Variasi pertumbuhan Anaerobik Attached Nutrien
Nitrogen
Phosphorus
Nitrogen & phosphorus
Oksidasi kimia (breakpoint chlorination)
Variasi pertumbuhan nitrifikasi dan denitrifikasi Fixed- film nitrification dan denitrification variations
Air Stripping Pertukaran ion Pengolahan kimia
Penghilangan Fosforus secara Biologis Variasi Penghilangan Nutrien secara Biologis
Pathogen Chlorine compounds
Chlorine dioxide
Ozone
Radiasi Ultraviolet (UV) Koloidal dan
padatan terlarut
Membranes Pengolahan kimia
Carbon Adsorption Pertukaran ion Volatile Organik
Compounds (VOC)
Air stripping Adsorpsi karbon
Advanced oxidation
Bau Chemical scrubbers
Carbon adsorption
Biofilters Compost filters Sumber : Metcalf dan Eddy, 2004
2.3.1 Pengolahan Pendahuluan (Preliminary Treatment)
Dalam pengolahan air dan air limbah, pengolahan pendahuluan mungkin diperlukan untuk menghilangkan pengotor tertentu atau untuk membuat air atau air limbah dapat menerima pengolahan berikutnya.
Dalam pengolahan air limbah kota dan industri, pengolahan pendahuluan seperti screening dan shredding, grit removal, flow equalization, quality equalization dan netralisasi mungkin diperlukan. Untuk air limbah kota, screening dan shredding dan grit removal selalu diperlukan untuk kinerja instalasi pengolahan yang baik.
2.3.1.1 Screening
Screening atau biasa disebut dengan bar screen digunakan dalam pengolahan air limbah kota atau industri, untuk menghilangkan padatan kasar berupa potongan-potongan kayu, bahan-bahan dari plastik, dan kain. Padatan yang disaring kemudian dibuang ke wadah yang terletak di belakang screen untuk penyimpanan sebelum dibuang. Peran utama
screening adalah untuk menghilangkan bahan-bahan kasar dari aliran yang dapat merusak peralatan proses selanjutnya, mengurangi keandalan dan efektivitas proses pengolahan secara keseluruhan, atau mencemari saluran air. Fine screen kadang-kadang digunakan di tempat setelah coarse screen, dimana penghilangan padatan yang lebih besar diperlukan untuk melindungi peralatan proses atau menghilangkan bahan-bahan yang dapat menghambat penggunaan kembali dari biosolids. (Reynolds & Richards, 1996).
Umumnya bar screen terbuat dari batangan besi/baja yang dipasang miring ke suatu kerangka yang melintang saluran. Ditempatkan dengan kemiringan 30o sampai 45o dari horizontal (Metcalf & Eddy, 2004). Tebal batang biasanya 5 sampai 15 mm dengan jarak antar batang 25 sampai 50 mm yang diatur sehingga tinja lolos. Bar screen didesain dengan perencanaan pada aliran puncak (Qasim, 1985).
2.3.1.2 Grit Removal
Penghilangan grit dari air limbah dapat dicapai dalam grit chamber atau dengan pemisahan sentrifugal padatan. Grit chamber yang dirancang untuk menghapus grit, yang terdiri dari pasir, kerikil, arang, atau bahan padat lainnya yang memiliki velocity atau specific gravity lebih besar daripada zat padat organik dalam limbah cair. Grit chamber paling umum terletak setelah bar screen dan sebelum tangki sedimentasi primer. Tangki sedimentasi primer memiliki fungsi utama untuk menghilangkan padatan organik berat.
Dalam beberapa instalasi, grit chamber mendahului fasilitas screening. Umumnya, pemasangan fasilitas screening sebelum grit chamber membuat operasi dan pemeliharaan fasilitas grit removal lebih mudah. (Reynolds & Richards, 1996).
Grit chamber disediakan untuk melindungi peralatan mekanis bergerak dari abrasi dan keausan normal yang menyertainya, mengurangi frekuensi digester cleaning yang disebabkan oleh akumulasi grit yang berlebihan. Grit removal sangat penting untuk dipasang di depan sentrifugal, heat exchangers, dan high-pressure diaphragm pumps.
(Metcalf & Eddy, 2004).
Ada tiga jenis grit chamber: aliran horisontal, baik dari konfigurasi baik segi empat atau persegi; tipe aerated; atau vortex. Pada tipe aliran horisontal, aliran melewati chamber dalam arah horisontal dan kecepatan garis lurus dari aliran dikontrol oleh dimensi unit, gerbang distribusi influen, dan weir pada akhir efluen. Jenis aerated terdiri dari tangki
aerasi aliran spiral di mana akan dipasok ke dalam unit. Jenis vortex terdiri dari sebuah tangki silinder di mana aliran tangensial memasuki chamber dan membentuk sebuah pola aliran pusaran kekuatan sentrifugal dan gravitasi menyebabkan pasir untuk terpisahkan.
(Metcalf & Eddy, 2004).
2.3.1.3 Flow Equalization (Bak Ekualisasi)
Flow Equalization merupakan peredaman variasi laju aliran untuk mencapai suatu laju aliran konstan atau hampir konstan dan dapat diterapkan dalam sejumlah situasi yang berbeda, tergantung pada karakteristik sistem pengumpulan. Waktu detensi di bak ekualisasi maksimum 30 menit untuk mencegah terjadinya pengendapan dan dekomposisi air limbah. Tinggi muka air saat kondisi puncak harus berada dibawah aliran masuk agar tidak terjadi aliran balik. Setelah keluar dari bak ekualisasi ini, debit air buangan yang berfluktuasi akan menjadi debit rata-rata.
Manfaat utama dari aplikasi bak ekualisasi antara lain, pengolahan biologis ditingkatkan, karena shock loading dihilangkan atau dapat diminimalisir, zat penghambat dapat diencerkan, dan pH dapat distabilkan, kualitas effluen dan kinerja tangki sedimentasi sekunder setelah pengolahan biologis ditingkatkan melalui peningkatan konsistensi dalam pemuatan padatan, kebutuhan luas permukaan filtrasi efluen dikurangi, filter kinerja ditingkatkan, dan siklus filter-backwash yang lebih seragam dimungkinkan dengan muatan hidrolik yang lebih rendah dalam pengolahan kimia, redaman loading massa meningkatkan kontrol pakan kimia dan keandalan proses. Kekurangan dari flow equalization meliputi, yaitu memerlukan area atau lokasi yang relatif besar, fasilitas ekualisasi mungkin harus menanggung kontrol bau dekat daerah perumahan, operasi dan pemeliharaan tambahan diperlukan, dan biaya modal meningkat. (Metcalf & Eddy, 2004).
2.3.2 Pengolahan Primer (Primary Treatment)
Tujuan pengolahan yang dilakukan pada tahap ini adalah menghilangkan partikel-artikel padat organik dan organik melalui proses fisika, yakni sedimentasi dan flotasi. Sehingga partikel padat akan mengendap (disebut sludge) sedangkan partikel lemak dan minyak akan berada diatas/permukaan (disebut grease). Instalasi pada tahap pengolahan primer diantaranya adalah sedimentasi primer dan flotasi.
2.3.2.1 Sedimentasi Primer (Primary Sedimentation)
Tujuan sedimentasi awal adalah untuk menghilangkan zat padat yang tersuspensi.
Partikel tertentu, seperti padatan limbah kertas, pulp atau domestik, akan menggumpal pada saat partikel tersebut menuju dasar tangki sedimentasi, sehingga mempengaruhi laju pengendapan (Gunawan,2006)
Tujuan utama dari sedimentasi primer adalah untuk menghilangkan settleable solid dan material mudah mengambang dan dengan demikian mengurangi kandungan padatan tersuspensi. Sedimentasi primer digunakan sebagai langkah awal dalam pengolahan lebih lanjut dari air limbah. Rancangan dan pengoperasian yang efisien dari tangki sedimentasi primer harus menghilangkan dari 50-70% dari padatan tersuspensi dan dari 25-40% BOD.
(Metcalf & Eddy, 1985)
Tangki sedimentasi juga telah digunakan sebagai tangki retensi stormwater, yang dirancang untuk memberikan waktu detensi sedang (10 sampai 30 menit) untuk overflow baik dari combined sewers maupun storm sewers. Tujuannya sedimentasi ini adalah untuk menghapus sebagian besar dari padatan organic yang kemudian dapat dilepas langsung ke badan air penerima.Tangki sedimentasi juga telah digunakan untuk menyediakan waktu detensi yang cukup untuk desinfeksi efektif untuk aliran tersebut.
Efisiensi bak sedimentasi yang berkaitan dengan penghilangan BOD dan TSS berkurang dengan arus putaran yang dibentuk oleh inersia dari cairan yang masuk, sirkulasi sel terinduksi angin yang terbentuk pada tangki terbuka, arus konveksi termal, air dingin atau hangat menyebabkan pembentukan kepadatan arus yang bergerak sepanjang bagian bawah bak dan air hangat yang naik dan mengalir di bagian atas tangki, dan stratifikasi termal di iklim kering panas. (Metcalf & Eddy, 2004).
Kriteria-kriteria yang diperlukan untuk menentukan ukuran bak sedimentasi adalah : surface loading (beban permukaan), kedalaman bak, dan waktu tinggal. Cara menghitung beban permukaan adalah:
Vo = Q/A Pers. 2.1 (Said,2017)
Vo = laju limpahan / beban permukaan (m3/m2hari) Q = aliran rata-rata harian (m3/hari)
A = total luas permukaan (m2)
Surface loading sering juga disebut dengan istilah overflow rate.
Secara umum, tipe sedimentasi primer terdiri atas 3 jenis, yaitu horizontal flow, solids contact, dan inclined surface. Pada penjernih (clarifier) jenis aliran horizontal, gradien kecepatan secara dominan berada di arah horizontal, yang secara fisik dapat berupa persegi panjang (rectangular), persegi empat (square), maupun sirkular (circular).
Menurut Qasim (1985), keuntungan penggunaan penjernih persegi panjang (rectangular clarifier) dibandingkan penjernih sirkular (circular clarifier) di antaranya adalah membutuhkan area yang lebih sedikit ketika beberapa unit dioperasikan, memberikan keuntungan ekonomi dengan menggunakan common walls untuk beberapa unit, lebih mudah dalam mengontrol bau, menyediakan waktu perjalanan yang lebih panjang untuk terjadinya pengendapan, menyediakan lebih sedikit sirkuit pendek, menghasilkan kehilangan yang lebih sedikit di bagian inlet dan outlet, membutuhkan konsumsi tenaga yang lebih sedikit untuk pengumpulan dan penghilangan lumpur. Meskipun demikian, keuntungan tersebut juga diikuti kerugian di antaranya, adanya kemungkinan area mati (dead spaces), sensitif terhadap peningkatan debit secara tiba-tiba (flow surge), dan Biaya perawatan tinggi terutama untuk penghilangan lumpur.
Kriteria desain untuk sedimentasi primer dengan dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 2.3. Kriteria Desain Tangki Sedimentasi Primer
Parameter Nilai
Rentang Tipikal
Waktu Tinggal, jam 1.5 – 2.5 2.0
Laju Overflow, m3/m2.hari
Debit Rata-Rata 32 – 48
Debit Puncak 80 – 120 100
Beban Weir, m3/m.hari 125 – 500 250
Dimensi bak, m
Kedalaman 3 – 5 3.6
Panjang 15 – 90 25 – 40
Lebar 3 – 24 6 – 10
Sumber : Peavy, Rowe, & Tchobanoglous, 1987
Untuk menghitung persentase removal dari BOD dan TSS pada unit sedimentsi adalah dengan menggunakan rumus
%BOD Removal = 𝐵𝑂𝐷𝑖𝑛−𝐵𝑂𝐷𝑜𝑢𝑡
𝐵𝑂𝐷𝑖𝑛 𝑥100% Pers. 2.2
%TSS Removal = 𝑇𝑆𝑆𝑖𝑛−𝑇𝑆𝑆𝑜𝑢𝑡
𝑇𝑆𝑆𝑖𝑛 𝑥100% Pers. 2.3
2.3.3 Pengolahan Sekunder (Secondary Treatment)
Effluen yang berasal dari pengolahan primer masih mengandung 40-50% jumlah padatan tersuspensi dan secara virtual seluruh padatan terlarut dan padatan inorganik. (Peavy, Rowe, & Tchobanoglous, 1987).
Untuk memenuhi standar baku mutu, fraksi organik ini, baik padatan tersuspensi maupun padatan terlarut harus direduksi. Penghilangan organik ini mengacu pada pengolahan sekunder, yang dapat terdiri dari proses kimia-fisika maupun proses biologis. Kombinasi dari operasi kimia-fisika seperti koagulasi, microscreening, filtrasi, oksidasi kimia, adsorpsi karbon, dan proses lain dapat digunakan untuk menghilangkan padatan dan mereduksi BOD sampai pada batas yang dapat diterima. Meskipun demikian proses ini merupakan opsi yang berbiaya tinggi baik secara kapital maupun operasional sehingga jarang digunakan. Pada prakteknya, proses biologis merupakan proses yang umum digunakan sebagai pengolahan sekunder bagi air limbah.
2.3.3.1 Pengolahan Biologis
Di dalam proses pengolahan air limbah khususnya yang mengandung polutan senyawa organik, teknologi yang digunakan sebagian besar menggunakan aktivitas mikroorganisme untuk menguraikan senyawa polutan organik tersebut. Proses pengolahan air limbah dengan aktifitas mikroorganisme biasa disebut dengan proses biologis.
Penghilangan partikulat dan BOD karbon terlarut dan stabilisasi materi organik yang ditemukan dalam air limbah dilakukan secara biologis dengan menggunakan berbagai mikroorganisme, terutama bakteri. Mikroorganisme digunakan untuk mengoksidasi atau mengubah materi organik terlarut dan partikel karbon menjadi produk akhir yang sederhana dan biomassa tambahan, yang diwakili oleh persamaan berikut untuk oksidasi biologis aerobik bahan organik,
v1(material organik) + v2O2 + v3NH3 + v4PO43- mikroorganisme v5(sel baru) +v6CO2 + v7H2O di mana: vi = koefisien stoikiometri.
Dalam Persamaan, oksigen (O2), amonia (NH3), dan fosfat (PO43-) digunakan untuk mewakili nutrisi yang dibutuhkan untuk konversi dari bahan organik untuk produk akhir yang sederhana [yaitu karbon dioksida (CO2) dan air]. Mikroorganisme juga digunakan untuk menghilangkan nitrogen dan fosfor dalam proses pengolahan air limbah. Bakteri tertentu mampu mengoksidasi amonia (nitrifikasi) menjadi nitrit dan nitrat, sementara bakteri lainnya dapat mengurangi nitrogen teroksidasi menjadi gas nitrogen. Untuk penghilangan fosfor, proses biologis dikonfigurasi untuk mendorong pertumbuhan bakteri dengan kemampuan untuk mengambil dan menyimpan sejumlah besar fosfor anorganik.
Karena biomassa memiliki berat jenis sedikit lebih besar dari air, biomassa dapat dihilangkan dari air limbah yang diolah dengan pengendapan gravitasi. Penting untuk dicatat bahwa kecuali biomassa yang dihasilkan dari bahan organik akan dihapus secara periodik, pengolahan lengkap belum dicapai karena biomassa, yang merupakan organik, akan diukur sebagai BOD dalam efluen. Tanpa penghilangan biomassa dari cairan yang diolah, pengolahan yang dicapai hanyalah yang terkait dengan oksidasi bakteri dari bagian dari materi organik yang ada pada awalnya.
2.3.3.1.1 Lumpur Aktif (activated sludge)
Proses lumpur aktif (activated sludge) adalah salah satu proses yang berhubungan dengan pengolahan air limbah domestic dan air limbah industri dan dikembangkan pada sekitar 1912-1914. Ada berbagai macam desain, tetapi pada prinsipnya semua proses lumpur aktif terdiri dari tiga komponen utama: sebuah bak atau tangki aerasi, yang berfungsi
Lagoon/Kolam
Lain-lain Contact Oxidation/Contact Proses Biomassa
Melekat (Attached Culture) Pengolahan Air
Limbah Secara Biologis
Rotating Biological Contactor
Trickling Filter/Biofilter
Lain-lain Oxidation Ditch Extended Aeration Proses Biomassa
Tersuspensi Suspended Culture
Contact Stabilization Step Aeration Conventional/Standard
Activated Sludge
Gambar 2.2 Proses Pengolahan Air Limbah Secara Biologis
sebagai reaktor biologis, sebuah bak atau tangki pengendapan akhir (final clarifier) untuk pemisahan padatan dari lumpur aktif dan air limbah dan air limbah yang telah diolah, serta peralatan sirkulasi lumpur aktif (return activated sludge,RAS) yang berfungsi untuk mentransfer lumpur aktif yang mengendap di bak pengendap akhir ke influen dari bak aerasi. Campuran air limbah dan biomassa di dalam bak aerasi umumnya dikenal sebagai mixed liquor suspended solids (MLSS). Efisiensi penghilangan dipengaruhi oleh beberapa faktor berbeda seperti waktu tinggal hidrolik (hydraulic residence time,HRT) di dalam bak aerasi, yang didefenisikan sebagai volume bak aerasi dibagi dengan debit air limbah yang masuk. Faktor lain adalah influen yakni konsentrasi zat organic (BOD, COD), konsentrasi amoniak, suplai udara atau oksigen, pengaruh suhu dan lainnya.
Sistem ini mempunyai efisiensi penguraian polutan organic yang sangat bagus dan cocok diterapkan pada daerah dimana lahan tidak cukup tersedia. Dibandingkan sistem biologis lain seperti facultative lagoon, sistem lumpur aktif memiliki beberapa keunggulan berikut:
• Kualitas hasil olahan terutama pH dan kandungan oksigen lebih bagus
• Kebutuhan lahan untuk IPAL relative kecil
• Cocok untuk kandungan polutan organik (BOD, COD) yang tidak terlalu tinggi (dibawah 3000 mg/l)
• Konsentrasi BOD pada air hasil olahan dapat mencapai lebih rendah dari 25 mg/l Secara umum proses biologis yang terdapat dalam sistem aerasi biologis atau lebih dikenal dengan Activated Sludge adalah sebagai berikut. Air limbah yang mengalir kedalam bak aerasi (aeration basin) mengandung material organik (BOD) sebagai suplai makanan. Bakteri memetabolisasi sampah organik tersebut, menghasilkan pertumbuhan dengan mengambil oksigen terlarut dan melepaskan karbon dioksida.
Protozoa menggunakan bakteri sebagai energy untuk bereproduksi. Beberapa pertumbuhan microbial mati, melepaskan isi kandungan sel kedalam air limbah untuk proses resintesis. Setelah penambahan populasi besar mikroorganisme, aerasi air limbah selama beberapa jam menghilangkan material organik dari air limbah melalui sintesis kedalam sel microbial. Mixed liquor secara kontinyu ditransfer kedalam clarifier untuk pemisahan flok biologis secara gravitasi dan melepaskan efluen yang telah melalui
pengendapan. Flok yang mengendap dikembalikan secara kontinyu kedalam bak aerasi untuk pencampuran dengan air limbah yang baru memasuki bak aerasi. (Hammer, 2008).
Suspensi cair mikroorganisme dalam bak aerasi secara umum dikenal dengan mixed liquor, dan pertumbuhan biologis disebut sebagai Mixed Liquor Suspended Solid (MLSS). Nama lumpur aktif atau activated Sludge diambil berdasarkan suspensi biologis yang dikembalikan ke bak aerasi, karena berbentuk seperti lumpur dan sangat aktif dalam menghilangkan material organic terlarut dari air limbah. Proses ekstraksi ini merupakan respon metabolik dari bakteri dalam keadaan respirasi endogen atau membutuhkan makanan. Proses activated sludge merupakan proses aerobic karena endapan biologis tersuspensi dalam mixed liquor yang mengandung oksigen. (Hammer, 2008).
Variabel perencanaan (variable design) yang umum digunakan dalam proses pengolahan air limbah dengan sistem lumpur aktif (Davis dan Cornwell, 1985; Verstraete dan Vaerenbergh,1986) adalah sebagai berikut :
a. Beban BOD (BOD Loading rate)
Beban BOD adalah jumlah massa BOD di dalam air limbah influen dibagi dengan volume reaktor.
Beban BOD (kg/m3.hari) = 𝑄 𝑥 𝑆0
𝑉 Pers. 2.4
Q = debit air limbah influen (m3/hari)
So = konsentrasi BOD dalam air limbah influen (kg/m3) V = volume reaktor (m3)
b. Mixed-Liquour Suspended Solids
MLSS adalah jumlah dari bahan organik dan mineral berupa padatan terlarut termasuk mikroorganisme do dalam mixed liquor (Ignasius, 1999). MLSS merupakan jumlah total dari padatan tersuspensi yang berupa material organik dan mineral, termasuk di dalamnya adalah mikroorganisme. MLSS ditentukan dengan cara menyaring lumpur campuran dengan kertas saring (filter), kemudian filter dikeringkan pada temperatur 105oC, dan berat padatan ditimbang.
c. Mixed-Liqour Volatile Suspended Solids
Porsi organik pada MLSS diwakili oleh MLVSS, yang berisi material organik bukan mikroba, mikroba hidup dan mati, dan hancuran sel (Nelson dan Lawrence 1980).
MLVSS diukur dengan memanaskan terus sampel filter yang telah kering pada suhu 600- 650oC, dan nilainya mendekati 65-75% dari MLSS.
d. Food-to-Microorganism ratio atau Food-to-Mass-Ratio (F/M ratio)
Parameter ini menunjukkan jumlah zat organik (BOD) yang dihilangkan dibagi dengan jumlah massa mikroorganisme di dalam bak aerasi atau reaktor. Besarnya ditunjukkan dalam kilogram BOD per kilogram MLSS per hari.
e. Hidraulic Retention Time (HRT)
HRT adalah waktu rata-rata yang dibutuhkan oleh larutan influen masuk dalam tangki aerasi untuk proses lumpur aktif; nilainya berbanding terbalik dengan laju pengenceran (dilution rate, D).
f. Hidraulic Recycle Ratio
Hidraulic Recycle Ratio adalah perbandingan antara jumlah lumpur yang disirkulasi ke bak aerasi dengan jumlah air limbah yang masuk ke dalam aerasi.
g. Umur lumpur (Sludge Age)
Parameter ini menunjukkan waktu tinggal rata-rata mikroorganisme dalam sistem lumpur aktif. Jika HRT memerlukan waktu dalam jam, maka waktu tinggal sel mikroba dalam bak aerasi dapat dalam hitungan hari. Parameter ini berbanding terbalik dengan laju pertumbuhan mikroba.
Kelebihan yang dimiliki dalam pengolahan activated sludge adalah : a. Efisiensi pengolahan baik dengan kemampuan removal yang besar
b. Hasil yang diperoleh memiliki kualitas effluent yang lebih baik (TSS lebih banyak dihilangkan)
c. Memiliki kemampuan untuk mengadaptasikan dirinya pada kondisi influent air buangan yang melonjak secara tiba-tiba, walaupun memang kondisi yang optimal akan dicapai pada kondisi influent yang lebih konstan dan teratur
d. Dapat mengolah air limbah dengan beban BOD yang besar, sehingga luas lahan yang dibutuhkan relatif tidak terlalu besar.
Sedangkan, kelemahan yang dimiliki dalam penggunaan activated sludge adalah:
a. Mekanisme kontroling dan prosesnya kompleks sehingga memerlukan ketelitian lebih agar beroperasi dengan baik.
b. Adanya kemungkinan terjadinya bulking pada lumpur aktif, terdapat buih, dan jumlah lumpur yang dihasilkan cukup besar .
c. Dibutuhkan tenaga ahli yang berkualitas untuk menjadi operator.
d. Biaya operasional dan kapitalnya lebih tinggi.
Gambar 2.3 Diagram Proses Pengolahan Air Limbah dengan Sistem Lumpur Aktif Standar (Konvensional)
Tabel 2.4 Kriteria Perencanaan Lumpur Aktif Standar (Konvensional) Beban BOD
BOD – MLSS Loading BOD – Volume Loading
0,2 - 0,4 kg/kg.hari 0,3 - 0,8 kg/m3.hari
MLSS 1500- 2000 mg/l
Umur Lumpur 2-4 hari
Kebutuhan Udara(Qudara/Qair) 3-7
Waktu Aerasi (T) 6-8 Jam
Rasio Sirkulasi Lumpur (Qlumpur/Qair Limbah) 20-40%
Efisiensi Pengolahan 85-95%
Sumber: Nusa Idaman Said,2017
Cara yang paling mudah untuk pengecekan apakah oksigen yang disuplai ke dalam tangki aerasi proses lumpur aktif cukup atau tidak, dapat dilihat dari oksigen terlarut (DO) air limbah di dalam kolam aerasi maupun aerasi di air hasil olahan. DO yang direkomendasikan adalah antara 2-4 mg/l.
Tabel 2.5 Jenis-Jenis Difuser dan Efisiensi Transfer Oksigen
Tipe Aerator dan Difuser Kedalaman Air (m) Efisiensi Transfer Oksigen (%) Fine Bubble
Tube-Spiral Roll 4,5 15-20
Domes-Full Floor Coverage 4,5 27-31
Coarse Bubble 4,5 10-31
Tubes-Spiral Roll 4,5 10-13
Spargers-Spiral Roll 4,5 8,6
Jet Aerators 4,5 15-24
Static Aerators 9 10-11
Turbine 25-30
Surface Aerator
Low Speed 3,6 -
High Speed 3,6 -
Sumber: Nusa Idaman Said, 2017
2.3.3.1.2 Trickling Filter
Pengolahan air limbah dengan proses trickling filter adalah proses pengolahan dengan cara menyebarkan air limbah ke dalam suatu tumpukan atau unggun media yang terdiri dari bahan batu pecah (kerikil), bahan keramik, sisa tanur (slag), medium dari bahan plastik atau lainnya. Dengan cara demikian maka pada permukaan medium akan tumbuh lapisan biologis (biofilm) seperti lendir, dan lapisan biologis tersebut akan kontak dengan air limbah dan akan menguraikan senyawa polutan yang ada di dalam air limbah.
Proses pengolahan air limbah dengan trickling filter pada dasarnya hampir sama dengan sistem lumpur aktif, di mana mikroorganisme berkembang biak dan menempel pada permukaan media penyangga.
Gambar 2.4 Diagram Proses Pengolahan Air Limbah dengan Sistem Trickling Filter Pertama, air limbah dialirkan ke dalam bak pengendapan awal untuk mengendapkan padatan tersuspensi (suspended solids), selanjutnya air limbah dialirkan ke bak trickling
filter melalui pipa berlubang yang berputar. Dengan cara ini maka terdapat zona basah dan kering secara bergantian sehingga terjadi transfer oksigen ke dalam air limbah. Pada saat kontak dengan media trickling filter, air limbah akan kontak dengan mikroorganisme yang menempel pada permukaan media, dan mikroorganisme inilah yang akan menguraikan senyawa polutan yang ada di dalam air limbah.
Air limbah yang masuk ke dalam bak trickling filter selanjutnya akan keluar melalui pipa under-drain yang ada di dasar bak dan keluar melalui saluran efluen. Dari saluran efluen dialirkan ke bak pengendapan akhir dan air limpasan dari bak pengendapan akhir adlah merupakan air olahan.
Lumpur yang mengendap di dalam bak pengendapan akhir selanjutnya disirkulasikan ke inlet bak pengendapan awal. Gambar penampang bak trickling filter dapat ditunjukkan pada gambar 2.5 dan 2.6
Gambar 2.5 Penampang Bak Trickling Filter
Gambar 2.6 Skema Penampang Bak Trickling Filter
