5. PENGOLAHAN LUMPUR
5.2 Stabilisasi (Sludge Stabilization)
5.2.1.1.3 Tahapan Perhitungan
Adapun tahapan perhitungan unit stabilisasi aerobik sebagai berikut:
A. Konsetrasi BODe
Perhitungan konsentrasi final BODe di dalam efluen dapat dihitung dengan tahapan sebagai berikut:
BODe = BODs – BOD (efluen suspended solid, mg/L)
di mana BODs merupakan asumsi konsentrasi BOD soluble yang dapat diasumsikan. Nilai ini merupakan konsentrasi BOD5 yang keluar daru unit lumpur aktif. Sedangkan BOD efluen suspended solid dapat ditentukan dengan
menggunakan pendekatan sebagai berikut:
BODefluen suspended solid = 1,42 f G Xe
di mana: f = rasio BOD/BODu, nilai tipikalnya yakni 0,70 G = Fraksi VSS/TSS, nilai tipikalnya 0,8–0,85 Xe = konsentrasi TSS pada efluen (mg/L) B. Efisiensi pengolahan
Efisiensi pengolahan dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
μ = (So - S) mg/LS
o
di mana So merupakan konsentrasi BOD influen dan S merupakan konsentrasi BOD efluen yang dihitung pada nomor 1.
C. Volume tangki
Penghitungan volume dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
V = QθcY(So - S) X (1 + kdθc)
di mana: V = volume tangki (m3)
Q = debit air limbah domestik yang masuk (m3/hari)
X = MLVSS (mg/L)
kd = koefisien Decay (hari-1) θc = umur sel (hari)
Y = koefisien pertumbuhan (mg/mg) D. Luas tangki
Luas tangki dapat dihitung dengan mengasumsikan kedalaman tangki. Kedalaman tangki dapat diasumsikan pada rentang 3 hingga 4,5 m.
E. Dimensi tangki
Penghitungan dimensi tangki dilakukan dengan menggunakan asumsi rasio panjang dan lebar sesuai dengan kriteria desain. Jika tangki berbentuk persegi, maka lebar tangki dapat dihitung sebagai berikut:
Panjang (p) ditentukan berdasarkan rasio yang digunakan. Dalam perencanaan tangki, kedalaman pertu ditambahkan dengan free board yang umumnya setinggi 0,5 m.
F. Lumpur yang dihasilkan
Hitung koefisien pertumbuhan observasi (Yobs) dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
Yobs = Y (1 + kdθc)
Hitung pertambahan MLVSS (Px) dengan menggunakan persamaan di bawah ini:
Px = Yobs Q (So – S)
Hitung pertambahan MLSS (Px) dengan menggunakan bersamaan berikut ini:
Pxss = Px Rasio MLVSS/MLSS Lumpur yang Akan Dibuang
Massa lumpur yang akan dibuang (Qs) = Pxss – ((Q – Vs) x BOD5ef)
Vs merupakan lumpur yang akan dibuang, dapat dihitung dengan membagi debit lumpur terhadap asumsi MLSS (kg/
m3) dalam reaktor.
G. Return Sludge
Laju return sludge dihitung berdasarkan konsentrasi MLSS di dalam tangki aerasi dan TSS di return sludge. TSS di influen dapat diasumsikan dengan nilai yang sangat kecil.
MLSS (Q + Qr) = TSS dalam sludge x Qr H. Kontrol Desain
a. Waktu Aerasi (td) td = volumedebit
b. Rasio F/M (U) tiap tangki U = Q(So- S)
V X
c. Organic Loading (OL) OL = SoQ
V I. Kebutuhan Oksigen
a. Kebutuhan oksigen teoretis (N)
di mana: N = kebutuan oksigen teorits (kg/hari)
Cnsw = konsentrasi oksigen pada temperatur lapangan (mg/l)= 8,5 mg/l (Metcalf & Eddy) Csw = konsentrasi oksigen pada temperatur standar 20oC (mg/l) = 9,15 mg/l (Qasim) C = DO minimum yang dicapai dalam tangki (mg/l), 2 mg/l
β = faktor koreksi tegangan tergantung salinitas air limbah = 0,9 (Qasim) x = faktor koreksi transfer oksigen = 0,95 (Qasim)
fa = faktor koreksi kelarutan oksigen terhadap ketinggian fa = [1 – (ketinggian / 9.450)]
= [1 – (675 m / 9.450 m)] = 0,93
T = temperatur rata-rata air limbah pada kondisi lapangan, tergantung dari temperatur udara ambien rata-rata dan temperatur influen. Nilai T dapat diketahui menggunakan persamaan berikut:
di mana: A = luas total permukaan tangki aerasi (m2)
= 2 unit x 2.312 m2 = 4.624 m2 Ta = temperatur udara ambien = 24oC
Ti = temperatur maksimum influen air limbah = 27oC f = faktor proporsional = 0,5 m/hari
c. Volume udara yang dibutuhkan
Berat jenis udara = 1,201 kg/m3 Berat oksigen di udara = 23,2%
Faktor koreksi aerator (FA) = 0,65
Kebutuhan volume udara sebenarnya di lapangan (M):
d. Kebutuhan Udara Teoritis Mt = M / FA = M / 0,65 e. Total Udara Desain (Md)
Udara yang dibutuhkan dalam desain dapat diasumsikan sebesar 150% dari udara teoritis f. Volume udara per kg BOD5 disisihkan per m3 air buangan yang diolah per m3 tangki
h. Volume Udara per Volume Tangki Aerasi Mt = Md/(2 tangki x 10.404 m3)
5.2.1.2 Stabilisasi Anaerobik
5.2.1.2.1 Deskripsi Teknologi dan Prinsip Kerja
Prinsip proses stabilisasi anaerobik yaitu suatu proses degradasi senyawa organik karbon yang terkandung dalam lumpur dengan memanfaatkan peran mikroorganisme anaerob. Sistem ini dilakukan sebelum proses pengeluaran air dari lumpur dan biasanya hanya untuk lumpur biologi dan dilakukan dalam tangki tertutup dengan sistem pengeluaran gas yang dapat dilengkapi dengan sistem pengadukan. Dengan sistem ini, senyawa organik yang terkandung dalam lumpur sekitar 50%
dapat diubah menjadi biogas yang tersusun dari metan (CH4) dan karbondioksida (CO2), apabila terdapat kandungan sulfur dalam senyawa organik maka dihasilkan biogas H2S. Biogas yang dihasilkan sangat potensial jika dimanfatkan sebagai sumber energi, sedangkan sisa lumpur bisa dimanfaatkan menjadi pupuk.
5.2.1.2.2 Kriteria Desain
Adapun kriteria desain stablisasi anaerobik dapat dilihat pada Tabel 5-3 berikut ini.
Tabel 5-3. Kriteria Desain Stablisasi Anaerobik
No. Parameter Standar Rate High rate Satuan
1 Waktu detensi lumpur/waktu pengeraman 30–60 10–30 hari
2 Sludge Loading 0,64–1,60 2,40–6,41 kg VS/m3.hari
3 Kriteria Volume
Pengendapan I 0,03–0,04 0,02–0,03 m3/kapita
Pengendapan I+II (dari activated sludge) 0,06–0,08 0,02–0,04 m3/kapita
Pengendapan I+II (trickling filter) 0,06–0,14 0,02–0,04 3
4 Konsentrasi solid (lumpur kering) yang masuk 2–4 4–6 %
5 Konsentrasi lumpur setelah pengeraman (digested solid) 4–6 4–6 %
6 Diameter 6–40 m
7 Kedalaman 7–14 m
8 Kemiringan dasar reaktor 1 (vertikal) : 4
(horizontal)
Sumber: Qasim, 1985
5.2.1.2.3 Tahapan Perhitungan
Adapun penghitungan unit stabilisasi anaerob dapat dilihat pada tahapan berikut ini:
A. Kapasitas dan dimensi unit pengolahan
Penghitungan kapasitas dan dimensi unit Stablisasi Anaerobik dapat ditentukan dengan menghitung beban lumpur
a. Penghitungan kapasitas bangunan unit pengolahan volume digester = debit (m3/hari) x waktu detensi (hari)
b. Penentuan dimensi reaktor, dilakukan dengan mengambil asumsi kedalaman reaktor sehingga dapat diperoleh diameter reaktor. Dalam penghitungan dimensi perlu dipertimbangkan jumlah unit yang akan direncanakan untuk dibangun.
c. Hitung ulang volume reaktor digester, perlu dilakukan karena dalam proses penghitungan dimensi dapat memungkinkan terjadinya pembulatan bilangan. Oleh karena itu, penghitungan ulang volume perlu dilakukan untuk mendapatkan parameter desain sebenarnya.
B. Perhitungan Solid Retention dan Solid Loading
C. Gas yang Dihasilkan Persamaan yang digunakan:
di mana: Px = gas yang dihasilkan (kg/hari)
Y = koefisien Yield (g/g) (0,04–0,1) mg VSS/mg BOD yang digunakan D. Solid yang Dihasilkan
a. Jumlah solid lumpur
• VS = massa lumpur influen x fraksi Volatile Solid
• VS yang dihancurkan = VS x % Volotile Solid Destruction
• TS sisa setelah digester = non volatile solid + VS sisa b. Total massa dalam Digester
• Total massa dalam digester = massa influen / %Solid
• Total massa yang meninggalkan digester Masa yang meninggalkan digester
= massa di digester – kehilangan massa dalam bentuk gas
(asumsi densitas gas digester adalah 86% terhadap udara dan berat udara adalah 1,162 kg/m3)
5.2.2 Stabilisasi Kimia (Alkaline Stabilization) 5.2.2.1 Deskripsi dan Prinsip Kerja
Stabilisasi lumpur dengan menggunakan metode kimia dapat dilakukan dengan menggunakan senyawa kapur atau CaO untuk mendegradasi patogen yang berpotensi terkadung di dalam lumpur hasil pengolahan pada pengendapan pertama dan pengolahan biologi. Penambahan CaO ke dalam lumpur diharapkan dapat meningkatkan nilai pH lumpur di atas 12. Kondisi ini memungkinkan untuk tidak terjadinya proses pembusukan, terbentukan bau dan tumbuhnya bakteri patogen. Menurut Qasim (1985), CaO harus dicampurkan ke dalam lumpur dengan waktu tinggal (detention time) 3 jam agar mendapatkan hasil yang signifikan dalam penyisihan bakteri patogen.
5.2.2.2 Kriteria Desain
Adapun kriteria dalam perencanaan unit stabilisasi dengan metode kimia dapat dilihat pada Tabel 5-4 dan Tabel 5-5.
Tabel 5-4. Kriteria Desain Stablisasi Secara Kimia
No. Tipe Lumpur Konsentrasi Solid Dosis Kapur
(kg Ca(OH)2/kg Solid Kering
Rentang Tipikal Rentang Tipikal
1 Lumpur dari pengendapan pertama 3–6 4,3 0,06–0,17 0,12
2 Lumpur aktif 1–1,5 1,3 0,21–0,43 0,30
3 Campuran lumpur pengendapan pertama dan
lumpur aktif 1,5–3,0 2,5 0,15–0,35 0,24
4 Lumpur terstabilisasi 5–6 5,5 0,15–0,30 0,25
Tabel 5-5. Kriteria Desain Sistem Pengaduk
No. Jenis Pengadukan Kriteria Desain
Sumber
Satuan Nilai
1 Pengaduk mekanik kW/103 m3 20–40
Metcalf Edy, 2014 2 Pengaduk dengan menggunakan sistem
difusi udara m3/m3.min 0,02–0,04
5.2.2.3 Tahapan Perhitungan
Perhitungan unit stabilisasi secara kimia dapat dilakukan dengan menentukan volume bak pengaduk dan kecepatan peralatan pengaduk baik pengaduk mekanis maupun dengan menggunakan difusi udara. Adapun tahapan perhitungan yang dapat dilakukan, yakni:
A. Penghitungan volume bak
Perhitungan voume (m3) dapat dilakukan dengan mengalikan debit lumpur terhadap kriteria waktu detensi, yakni 3 jam.