DASAR DASAR TEKNOLOGI PENGOLAHAN LIMBAH

(1)

DASAR-DASAR TEKNOLOGI

PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI

Tjandra Setiadi, Ir., M.Eng., Ph.D.

Retno Gumilang Dewi, Ir., M.Env.Eng.Sc.

Departemen Teknik Kimia

Fakultas Teknologi Industri

(2)

Pengolahan Air Limbah

Ditujukan untuk mengurangi kandungan bahan

pencemar, seperti :



senyawa organik



padatan tersuspensi (TSS)



mikroba patogen



senyawa organik yang tidak dapat diuraikan

oleh mikroorganisme yang ada di alam

(3)

Pengolahan Air Limbah

Dapat dibagi menjadi 5 tahap pengolahan :



Pengolahan Awal (

Pretreatment

)



Pengolahan Tahap Pertama (

Primary Treatment

)



Pengolahan Tahap Kedua (

Secondary Treatment

)



Pengolahan Tahap Ketiga (

Tertiary Treatment

)



Pengolahan Lumpur (

Sludge Treatment

)

(4)

Scren and grit removal Equalization and storage Oil seperation Neutralization Chemical addition & coagulation

Flotation Activated_sludge Sedimentation _{Sedimentation}Coagulation&

Sedimentation Anaerobic lagoons Filtration Trickling filter Filtration Carbon adsorption Aerated lagoons Stabilization basin Rotating biological contactor Anaerobic contactors & filter Ion exchange Centrifugatio n Thickening gravity or flotation Digestion or wet combustion Pressure filtration Vacuum filtration Lagooning or drying bed Membrane Incineration Landfill Ocean disposal Deep well injection Incineration Sedimentation Filtration Neutralization Equalization &storage Pretreatment Dilute wastewater Chemical Pysical Primary treatment

Dissolved organics Suspended solids_removal Secondary treatment

Tertiary treatment Sludge treatment Liquid disposal Receiving waters Controlled or transportated discharge Ocean Surface applications or groudwater seepage Deep well injection Evaporation inceneration

Concetrated Organics wastewater

(5)

Pengolahan Awal dan Tahap Pertama

Tujuan :



meminimalkan variasi konsentrasi dan laju alir dari air

limbah dan juga menghilangkan zat pencemar tertentu



menghilangkan zat pencemar yang tak terbiodegradasi

atau beracun, agar tidak mengganggu proses-proses

selanjutnya

Contoh air limbah yang akan ditangani secara biologis

harus memenuhi kriteria tertentu, yaitu :



pH antara 6-9



total padatan tersuspensi < 125 mg/l



minyak dan lemak < 15 mg/l



sulfida < 50 mg/l

(6)

1.

Penyaringan (

Screening

)

Menghilangkan partikel besar.

 Bar racks

,

static screens

,

vibrating screens

Pengolahan Awal dan Tahap Pertama

3.

Netralisasi

Dicapai dengan mencampurkan asam atau basa

dengan air limbah. Disarankan menggunakan sistim

netralisasi dua atau tiga tingkat dengan pengendalian

pH yang otomatis

4.

Sedimentasi

Menghilangkan zat padat yang tersuspensi

(sebagai

flocculant

atau

discrete

).

2.

Ekualisasi

Mengurangi variasi laju alir dan konsentrasi air limbah,

agar mencegah pembebanan tiba-tiba (

shock load

).

(7)

Tujuan :

Pengolahan Biologis



Fungsi ini dapat dicapai dengan bantuan aktifitas

mikroorganisma gabungan (

mixed culture

) yang

heterotrofik.



Mikroorganisma mengkonsumsi bahan-bahan

organik untuk membentuk biomassa sel baru serta

zat-zat organik, dan memanfaatkan energi yang

dihasilkan dari reaksi oksidasi untuk

metabolismenya

(8)



Mikroorganisma sangat tergantung pada zat

organik yang terdapat dalam air buangan.



Apabila zat organik yang tersedia kurang

mencukupi, maka mikroorganisma akan menopang

hidupnya dengan mengkonsumsi protoplasma

(respirasi endogen / endogenous respiration).



Jika kekurangan zat organik ini berlangsung terus,

mikroorganisma akan mati kelaparan atau

(9)

Oksidasi biologis sempurna dari buangan organik

limbah organik

CO

₂

+ H

₂

O

mikroorganisma

baru

energi

sintesis

respirasi

endogenous

(10)

Proses biologis dapat dikelompokkan

berdasarkan :

Pengolahan Biologis

1.

Pemanfaatan Oksigen

2.

Sistem Pertumbuhan

(11)

Berdasarkan sistem pertumbuhannya, proses pengolahan

biologis terbagi atas :

Ditinjau dari pemanfaatan oksigennya, proses biologis untuk

mengolah air buangan dapat dikelompokkan ke dalam empat

kelompok utama, yaitu :



proses aerobik



proses anaerobik



proses anoksid dan



kombinasi antara proses aerobik dengan

(12)



sistem pertumbuhan tersuspensi



sistem pertumbuhan yang menempel pada

media inert yang diam

(13)

Proses biologis dapat pula dikelompokkan atas dasar proses

operasinya. Ada tiga macam proses yang termasuk dalam cara

pengelompokan ini, yaitu :



proses kontinu dengan atau tanpa daur ulang



proses batch



proses semi batch

(14)

Lumpur Aktif



mikroorganisme hidup berkoloni menyerupai

lumpur



dapat menyerap dan mereduksi substrat

aeration

tank

influent

settler

efluent

waste sludge

(15)

Lumpur Aktif

Ciri-ciri sistem lumpur aktif :

1.

Menggunakan lumpur mikroorganisma yang dapat

mengkonversi zat organik terlarut dalam air buangan

menjadi biomassa baru dan zat anorganik

2.

Memungkinkan terjadinya pengendapan sehingga

keluaran hanya sedikit mengandung padatan mikroba

3.

Mendaur ulang sebagian lumpur mikroorganisma dari

tangki pengendap ke reaktor aerasi, kecuali pada reaktor

aliran yang teraduk baik (

continuous stirred tank

),

kadang-kadang mikroorganisma tidak perlu didaur ulang

4.

Kinerja pengolahan dengan lumpur aktif bergantung pada

(16)



Berbentuk kolam dengan kedalaman 2,5 ~ 5 meter

dan luas hingga beberapa hektar



Penambahan oksigen dilakukan dengan pengadukan

atau difusi udara



Kebutuhan energi antara 14 ~ 20 hp/sejuta gallon

Laguna Teraerasi (Aerated Lagoons)

Laguna Fakultatif (Facultative Lagoons)



Hanya bagian permukaan yang diaduk



Sebagian padatan mengendap dan terdekomposisi

oleh mikroorganisme anaerobik di dasar kolam,

produknya dioksidasi oleh mikroorganisme yang

tumbuh di atasnya

(17)

• _{Laguna aerobik mendegadrasi organik terlarut, tetapi menambah konsentrasi}

biomassa/mikroorganisma. Waktu tinggal hidraulik dalam laguna aerobik sekitar 1-3 hari.

• _{Laguna fakultatif mengurangi BOD yang tersisa dan sebagian besar dari padatan}

tersuspensi dengan waktu tinggal sekitar 3-6 hari.

• _{Bila padatan tersuspensi dari aliran keluar harus lebih kecil dari 50 mg/l, maka}

diperlukan sebuah laguna pengendapan.

AEROBIK FAKULTATIF PENGENDAPAN

air limbah

pencampuran sempurna

endapan lumpur terdekomposisi secara anaerobik

sisa lumpur

(18)



Sistem laguna mempunyai efisiensi pengurangan

zat organik yang tidak kalah bila dibandingkan

dengan proses lumpur aktif.



Sistem laguna mempunyai kelebihan yaitu tidak

diperlukan pengeluaran lumpur dari sistem.



Tetapi kelemahan yang nyata adalah

(19)

Saringan Percik (Trickling Filters)

• Merupakan sistem biologis unggun-terjejal (packed bed). Terdiri dari tumpukan batu atau bahan plastik sebagai medium penunjang (support medium) pertumbuhan lapisan mikroorganisma aerobik (biofilm) di permukaannya.

• Tinggi media batu adalah 1 hingga 3 m, dengan ukuran media antara 6 -10 cm.

• Media plastik dapat ditumpukkan hingga ketinggian 13 m dan dapat beroperasi dengan laju 4 gal/ft2.minute. Hal ini disebabkan hilang-tekan (pressure drop) dari bahan plastik lebih rendah dibandingkan dengan media batu.

• Saringan percik tidak dapat mengurangi kandungan BOD lebih dari 85% secara ekonomis.

(20)

Skema sederhana proses saringan percik

oksigen

karbon dioksida

udara

biofilm

medium

(21)

Sebagian dari aliran dapat disirkulasikan balik ke dalam

sistem untuk mendapatkan aliran keluar dengan kualitas

yang baik

waste water recycle effluent

Trickling Filter

rock or plastic packing

Clarifier

effluent

(22)

Kontaktor Biologis Putar

(Rotary Biological Contactors)

•

Terdiri dari sejumlah piringan (discs) yang dipasang pada poros yang berputar.

•

Sekitar 40% dari volumenya terendam dalam tangki yang berisi air limbah.

•

Piringan adalah tempat pertumbuhan mikroorganisma (bio-film), dengan ketebalan 1 ~ 4 mm.

•

Piringan-piringan umumnya terbuat dari high density polyethylene

dengan luas permukaan sekitar 37 ft2/ft3.

•

Suatu unit dapat berukuran hingga diameter 4 m dan panjang 8 m dengan luas permukaan 10.000 m2 dengan jumlah piringan mencapai ratusan.

(23)

•

Suatu sistem kontaktor biologis biasanya terdiri dari 2-4

unit dipasang seri.

•

Kelebihan utama dari sistem ini dibandingkan dengan

proses lumpur aktif adalah energi yang diperlukan relatif

rendah, sehingga ongkos operasinya lebih murah.

waste water

treated effluent plastic-disc media

(24)

Pengendalian pencemaran yang dapat dilakukan

mencakup :

pengendalian pada sumber dan pengenceran

sehingga senyawa pencemar itu tidak berbahaya

lagi baik untuk lingkungan fisik dan biotik maupun

untuk kesehatan manusia.

(25)

1.

Jenis senyawa pembantu yang digunakan dalam proses

2.

Jenis peralatan proses

3.

Kondisi operasi

4.

Keseluruhan proses produksi itu sendiri

Pengendalian pencemaran dapat dicapai dengan

pengubahan :



Pemilihan tingkat kerja (

actions

) itu selalu

dikaitkan dengan penilaian ekonomik seluruh

produksi.



Hal yang menyulitkan adalah proses produksi

(26)

Alat pemisah debu atau pengumpul debu dapat

dipilah sebagai :

1.

Pemisahan secara mekanis

2.

Pemisahan dengan cara penapisan

3.

Pemisahan dengan cara basah

4.

Pemisahan secara elektrostatik



Upaya pembersihan aliran gas/udara sebelum dibebaskan

ke lingkungan dapat dihubungkan dengan kebutuhan

proses produksi, perolehan produk samping, atau

perlindungan lingkungan.



Seringkali merupakan bagian integral suatu proses, jika

(27)



Debu ditemui dalam berbagai ukuran, bentuk,

komposisi kimia, densitas (

true, apparent, bulk

density

), daya kohesi, sifat higroskopik dan lain-lain.



Variabel yang aneka ragam ini mengakibatkan

bahwa pemilihan alat dan sistem pengendalian

pencemaran udara oleh debu dan gas harus

berhubungan dengan sasaran masalah

(28)

Prinsip pemisahan debu

1.

Pemisah Brown

 _{Menerapkan gerakan partikel Brown.}

 Dapat memisahkan debu dengan rentang ukuran 0,01 ~ 0,05 mikron.

 Alat yang dipatenkan dibentuk oleh susunan filamen gelas dengan jarak antar filamen yang lebih kecil dari lintasan bebas rata-rata partikel.

2.

Penapisan



Deretan penapis atau penapis kantung (filter bag) dapat menghilangkan debu hingga ukuran diameter 0,1 mikron.



Penapis ini dibatasi oleh pembebanan yang rendah, karena pembersihan membutuhkan waktu dan biaya yang tinggi.



Susunan penapis dapat digunakan untuk gas buang yang mengandung minyak atau debu higroskopik.

(29)

3.

Pengendap elektrostatik



Tegangan yang tinggi dikenakan pada aliran gas yang berkecepatan rendah.



Debu yang telah menempel dapat dihilangkan secara beraturan dengan cara getaran.



Keuntungan yang diperoleh adalah debu yang kering dengan ukuran dalam rentang 0,2 ~ 0,5 mikron, tetapi secara teoritik ukuran partikel yang dapat dikumpulkan tidak memiliki batas minimum.

4.

Pengumpul sentrifugal



Pemisahan debu dari aliran gas didasarkan atas gaya sentrifugal yang dibangkitkan oleh bentuk saluran masuk alat.



Gaya ini melemparkan partikel ke dinding dan gas berputar

(vortex) sehmgga debu akan menempel di dinding serta terkumpul di dasar alat

(30)

5.

Pemisah inersia



Bekerja atas gaya inersia yang dimiliki oleh partikel.



Menggunakan susunan penyekat, sehingga partikel akan bertumbukan dengan penyekat ini dan akan dipisahkan dari aliran fasa gas.



Kendala daya-guna ditentukan oleh jarak antar penyekat.



Alat bekerja dengan baik untuk partikel berdiameter lebih besar daripada 20 mikron. Rancangan yang baru dapat memisahkan partikel yang berukuran hingga 5 mikron.

6.

Pengendapan akibat gaya gravitasi



Didasarkan perbedaan gaya gravitasi dan kecepatan yang dialami oleh partikel.



Bekerja dengan baik untuk partikel dengan ukuran diameter yang lebih besar daripada 40 mikron.

(31)

Metoda pemisahan gas dan debu secara simultan

1.

Menara percik

 Aliran gas yang berkecepatan rendah bersentuhan dengan aliran air yang

bertekanan tinggi dalam bentuk butir.

 Relatif sederhana dengan kemampuan penghilangan pada tingkat sedang

(moderate).

 Dapat mengurangi kandungan debu dengan rentang ukuran diameter 10 ~

20 mikron dan gas yang larut dalam air.

2.

Siklon basah



Menangani gas yang berputar lewat percikan air.



Butiran air yang mengandung gas yang terlarut akan dipisahkan dengan aliran gas utama atas dasar gaya sentrifugal.



Slurry dikumpulkan di bagian bawah siklon.



Lebih efektif daripada menara percik.

(32)

3.

Pemisah venturi



Rancangan didasarkan atas kecepatan gas yang tinggi dan berkisar antar 30 - 150 meter per detik pada bagian yang disempitkan.



Gas bersentuhan dengan butiran air yang dimasukkan di daerah itu.



Memisahkan partikel hingga ukuran 0,1 mikron dan gas yang larut dalam air

4.

Tumbuhan pada piringan yang berlubang



Disusun oleh piringan yang berlubang dan gas yang lewat orifis berkecepatan antara 10 hingga 30 meter per detik.



Gas ini membentur lapisan air hingga membentuk percikan air.



Percikan ini akan bertumbukan dengan penyekat dan air akan menyerap gas serta mengikat debu.



Gas yang memiliki kelarutan sedang dapat diserap dengan air dalam alat ini.

(33)

5.

Menara dengan

packing



Penyerapan gas dilakukan dengan cara persentuhan cairan dan gas di daerah antara packing.



Aliran gas dan cairan dapat searah arus atau berlawan arah-arus atau aliran melintang.



Rancangan baru alat ini dapat menyerap debu.



Ukuran debu yang dapat diserap adalah lebih besar daripada 10 mikron.

6.

Pencuci dengan pengintian

(34)

7.

Pembentur turbulen



Penyerapan partikel dilakukan dengan cara mengalirkan aliran gas lewat cairan yang berisi bola-bola berdiameter 1 ~ 5 cm.



Partikel dapat dipisahkan dari aliran gas, karena debu bertumbukan dengan bola-bola itu.

(35)

Pengolahan Limbah Padat dan B3

(36)

Pertimbangan on-site treatment :



Jenis dan karakteristik limbah padat yang akan diolah



teknologi pengolahan yang tepat



antisipasi jenis limbah di masa yang akan datang



Jumlah limbah yang dihasilkan



justifikasi biaya yang akan dikeluarkan



jumlah limbah di masa yang akan datang



Pengolahan

on-site

membutuhkan tenaga tetap (

in-house

staff

) yang menangani proses pengolahan



pertimbangan sumber daya manusia



Peraturan yang berlaku dan antisipasi peraturan

pemerintah di masa yang akan datang

(37)

Teknologi pengolahan setempat (

on-site

) dapat

dilaksanakan dengan menggunakan satu atau

beberapa teknologi berikut :

Teknologi pengolahan limbah padat B-3 oleh

pihak ketiga dilaksanakan dengan menggunakan

sekaligus beberapa teknologi-teknologi tersebut.



perlakuan lumpur dan

chemical conditioning



incineration



solidification

(stabilisasi)



penanganan limbah padat atau lumpur B-3,