5. PENGOLAHAN LUMPUR
5.1 Pengentalan (Thickener)
Thickening atau pengentalan digunakan untuk meningkatkan konsentrasi padatan di dalam lumpur dan mengurangi volume lumpur dengan cara pengeluaran air yang terkandung di dalam lumpur. Pada umumnya lumpur yang dihasilkan dari unit pengolahan air limbah masih mengandung cukup banyak kadar air dibandingkan padatan lumpur. Persentasi kandungan air mencapai rentang 99,5–99%, dan sisanya 0,5–1,0% merupakan padatan. Oleh karena itu, untuk mengurangi kadar air dalam lumpur, proses pengentalan perlu dilakukan sehingga dapat mengurangi beban pengolahan lumpur.
Ada beberapa metode pengentalan lumpur, diantaranya:
a. Pengentalan lumpur secara gravitasi (gravity thickening)
Gravity thickening merupakan metode pengentalan yang cukup terkenal dan metode yang umum digunakan. Sesuai dengan namanya, dalam proses ini terjadi pengendapan dengan pemanfaatan gaya gravitasi untuk memisahkan air dari dalam lumpur. Sistem gravity thickening terbagi menjadi 3 (tiga) zona, yaitu:
1. Clear zone, merupakan zona yang berada di paling atas dengan kondisi cairan relatif jernih yang merupakan tempat bagi air yang berhasil dipisahkan dari lumpur untuk kemudian dikeluarkan dari dalam sistem dan dialirkan kembali ke sistem pengolahan air limbah domestik (umumnya menuju ke tahap pengolahan biologi).
2. Feed zone, merupakan zona yang berada di bawah lapisan clear zone yang memiliki konsentrasi padatan yang seragam. Proses pengendapan terjadi pada zona ini. Lumpur yang masuk ke dalam centre sump kemudian
feed zone clarifier
Pengentalan Pengendapan
(Clarifier)
Stabilisasi Lumpur Alternatif:
• Secara Biologi (Aerob dan Anaerob)
• Secara Kimia (Condioning)
Pengeringan Alternatif:
• Filter Press
• Belt Filter Press
• Sludge Drying Bed
Selanjutnya, melalui sistem pemompaan atau gravitasi, lumpur yang sudah mengental akan dialirkan menuju ke pengolahan selanjutnya.
Diantara lapisan clear zone dengan feed zone terdapat lapisan/area yang disebut sludge blanket, kedalamannya menjadi faktor penting dalam operasional unit gravity thickening.
Gambar 5-2. Contoh Unit Clarifier Dalam Pengentalan Lumpur di IPALD Kawasan Jababeka
b. Pengentalan lumpur secara flotasi (floating thickening)
Floating thickening merupakan salah satu unit pemekatan lumpur dengan cara pengapungan. Penerapan unit ini dapat mengurangi volume lumpur hingga 30–60% dan meningkatkan konsentrasi lumpur di bawah yang akan keluar dari unit pengolahan pengentalan lumpur. Mekanisme kerja unit ini melalui pemberian injeksi gelembung udara dengan tekanan tinggi, kemudian tekanan dihentikan sehingga gelembung udara naik dan menempel pada gumpalan lumpur.
Hal ini menyebabkan lumpur naik ke atas permukaan bak dan akhirnya lumpur terkonsentrasi dan tersisihkan.
c. Pengentalan lumpur secara sentrifugal (centrifugation thickening)
Centrifugation thickening dibagi menjadi 3 (tiga) tipe, yaitu solid bowl decanter, basket type, dan nozzle separator. Pengentalan secara sentrifugal merupakan percepatan proses pemekatan dengan bantuan gaya sentrifugal yang bekerja secara terus menerus.
Secara umum, metode yang sering digunakan adalah pengolahan lumpur menggunakan unit pengentalan secara gravitasi.
Hal ini dikarenakan metode (b) dan (c) memerlukan biaya operasional dan perawatan yang lebih tinggi dibandingkan dengan metode gravitasi karena dalam prosesnya membutuhkan peralatan mekanik.
5.1.1.2 Kriteria Desain Thickener
Secara umum, kriteria desain pada unit thickener sama dengan unit clarifier pada pengendapan pertama maupun kedua.
Adapun kriteria desain thickener dapat dilihat pada Tabel 5-1 berikut ini.
Tabel 5-1. Kriteria Desain Thickener
No Parameter Satuan Besaran Sumber
4 Kedalaman bak m 3,5–5,0 Metcalf & Eddy, 1991
5 Dry solid influen % 0,5–2,0 Qasim, 1985
6 Dry solid effluen % 4,0–6,0 Qasim, 1985
7 Hydraulic loading m3/m2/hari 2,0–1,0 Qasim, 1985
8 Solid loading kg/m2 hari 25–80 Qasim, 1985
9 Solid capture % 85–92 Qasim, 1985
10 SS pada supernatan mg/l 300–800 Qasim, 1985
5.1.1.3 Tahapan Penghitungan Thickener
Adapun tahapan perencanaan unit pengentalan lumpur secara gravitasi, yakni:
A. Penghitungan luas permukaan unit
Penghitungan luas permukaan dapat dihitung dengan menggunakan pendekatan dari informasi masa lumpur yang akan masuk ke dalam unit thickener dibagi dengan asumsi solid loading yang digunakan. Persamaan yang digunakan sebagai berikut:
A (m2) = massa lumpur (kg/hari)
solid loading (kg/m2/hari) ... Persamaan 5-1
B. Dimensi Unit
Diameter tangki tiap unitnya, dengan menggunakan rencana geometri lingkaran, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut ini:
D(m) = 4
πA ... Persamaan 5-2
C. Kedalaman unit
Kedalaman thickener merupakan penjumlahan dari zona jernih, zona pengendap, dan zona thickening. Kedalaman bak pengental lumpur (kedalaman zona jernih dan zona pengendapan) dapat diasumsikan dengan mengambil nilai dari rentang sesuai dengan kriteria desain pada Tabel 5-1. Untuk zona thickening, penghitungan harus memerhatikan jumlah atau volume lumpur yang terendapkan di dasar unit thickener. Adapun penghitungan kedalaman thickening (zona lumpur) dapat dilakukan dengan tahapan sebagai berikut:
a. Asumsikan waktu detensi (td, dalam hari) pengumpulan lumpur. Hal ini terkait dengan periode penyedotan lumpur yang akan dilakukan oleh operator. Perlu dicatat bahwa semakin lama periode penyedotan yang dipilih, maka semakin besar ruang penyimpanan lumpur yang dibutuhkan.
b. Hitung volume ruang penyimpanan lumpur sebagai fungsi dari h (kedalaman thickening). Ruang lumpur dapat dihitung sesuai dengan geometri yang dipilih.
D. Struktur inlet
Struktur inlet terdiri dari central feed well. Lumpur dari tangki aerasi dan bak pengendap pertama dipompakan ke gravity thickener dengan diameter pipa pembuangan. Diameter pipa dapat dihitung sesuai dengan debit lumpur yang akan dialirkan dengan menggunakan persamaan hidrolika aliran dalam pipa.
E. Lumpur dari thickener
Penghitungan lumpur dari thickener bertujuan untuk mengetahui volume lumpur yang akan dialirkan dalam periode tertentu untuk diolah pada pengolahan selanjutnya. Tahapan penghitungan volume lumpur, yakni:
a. Massa lumpur, dilakukan dengan mengalikan massa lumpur yang masuk ke dalam unit thickener (kg/hari) terhadap asumsi desain persen solid capture yang dipilih (Lihat Kriteria Desain).
b. Debit lumpur, dilakukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
debit lumpur (m3) = massa lumpur (kg/hari)
(konsentrasi solid (%) x specific gravity (g/m3) ... Persamaan 5-3 c. Rencanakan pompa pengurasan lumpur (jika dibutuhkan). Penghitungan pompa dapat dilihat pada Buku
Perencanaan Pompa.
F. Struktur Outlet
Outlet dari unit thickener dapat direncanakan dengan menggunakan pelimpah. Pada umumnya, pelimpah yang digunakan yakni berbentuk V atau disebut sebagai V-notch. Pelimpah ini dipertimbangkan untuk digunakan karena dapat berfungsi baik dengan debit yang kecil. Pelimpah direncanakan di sepanjang sisi thickener untuk dapat menampung dan mengalirkan air supernatan. Tahapan penghitungan pelimpah outlet, yakni:
a. Menghitung panjang weir
Pweir = (Q puncak setiap bak per hari)
beban weir ... Persamaan 5-4
b. Hitung total panjang weir. Nilai beban weir dapat diasumsikan sebesar 120 m3/m/hari. Total panjang weir dihitung dengan persamaan:
Ptotal weir = 2(P+L sebelum baffle)+2 (P+L setelah ditambah baffle)-kotak efluen ... Persamaan 5-5
c. Hitung beban weir aktual Bebanweir = debit puncak per hari
Ptotal weir
... Persamaan 5.6
d. Hitung diameter pipa outlet, terlebih dahulu menentukan kecepatan aliran dalam pipa, v = 0,5 m/detik. Luas penampang pipa dihitung menggunakan persamaan berikut:
Apipa outlet = Q
vdalam pipa ... Persamaan 5-7