MODUL 5 Pengolahan Biologis Aerobik Sistem Tersuspensi dan Terlekat Joni Hermana Jurusan Teknik Lingkungan FTSP – ITS Kampus Sukolilo, Surabaya – 60111 Email: [email protected]PERENCANAAN PENGOLAHAN AIR LIMBAH DOMESTIK (RE091322) Semester Ganjil 2010-2011
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
MODUL 5Pengolahan Biologis Aerobik Sistem Tersuspensi dan Terlekat
Joni HermanaJurusan Teknik Lingkungan FTSP – ITSKampus Sukolilo, Surabaya – 60111Email: [email protected]
Dalam sistem pengolahan limbah cair, pengolahan biologis dikategorikan sebagai pengolahan tahap kedua (secondary treatment), melanjutkan sistem pengolahan secara fisik sebagai pengolahan tahap pertama (primary treatment).
Tujuan pengolahan ini terutama adalah untuk menghilangkan zat padat organik terlarut yang biodegradable, berbeda dengan sistem pengolahan sebelumnya yang lebih ditujukan untuk menghilangkan zat padat tersuspensi.
Pengolahan lanjut yang dilakukan biasanya kombinasi pengolahan fisika-kimia (misalnya koagulasi, flitrasi, oksidasi kimia, atau adsorpsi), atau dapat pula secara biologis. Dari aspek biaya kapital dan operasi, pengolahan biologis relatif lebih ekonomis sehingga menjadi opsi yang lebih diunggulkan.
DEFINISI :“PENGOLAHAN LIMBAH SECARA BIOLOGIS”: Pengolahan air limbah dengan memanfaatkan mikroorganisme/bakteri untuk mendegradasi polutan organik.
KOMPONEN PROSES :
Polutan organik sbg sumber makanan bagi bakteri terukur sebagai parameter BOD, COD
Bakteri/mikroba berfungsi sebagai pengurai/ pengkonsumsi
Penentuan penggunaan unit pengolah biologis sangat ditentukan oleh beberapa faktor, diantaranya :•Kontinuitas feeding•Pengendalian temperatur dan pH•Pengadukan•Penambahan nutrien•Adaptasi mikroorganisma
Sedangkan jenis pengolahan biologis yang digunakan bergantung pada :•Derajat pengolahan yang dikehendaki•Jenis air limbah yang akan diolah•Konsentrasi air limbah•Variasi aliran•Volume limbah•Biaya operasi dan Pemeliharaan.
Jenis pengolahan dapat dibedakan berdasar :
a. Berdasarkan kebutuhan Oksigen a. Proses Aerobicb. Proses Anoxicc. Proses Anaerobic
b. Berdasarkan Pola pertumbuhan mikrobaa. Sistem dengan pola pertumbuhan tersuspensib. Sistem dengan pola pertumbuhan terlekat
4. KEBUTUHAN & TRANSFER OKSIGENdigunakan mechanical aerator tipe surace aeratorkebutuhan udara untuk aerasi = 62 m3/kg bod waktu detensi aerator = 2 – 5 jam
Kebutuhan Oksigen teoritis :
Kebutuhan Oksigen (kg O2/hari) : Oc + Oresp + On
5. KEBUTUHAN NUTRIEN
6. KONTROL ORGANISME F/M rasio = (Q.So) / (V.X)
Sludge Volume Index (SVI) = (1000 x Vs)/ (MLSS)SVI < 100 ml/gr Kualitas pengendapan LA baikSVI> 200 ml/g Kualitas pengendapan LA jelek
7. KARAKTERISTIK EFFLUEN Efisiensi removal : bod = 85 – 95%, tss = 85 – 95% Biological solids content effluen = 22mg / l & 65% biodegradable BOD5 content effluen ASP = 20 mg/lt Faktor konversi BOD5 ke BOD = 0,68 Perkiraan konsentrasi BOD efluen :
( )( ) 1
1−−
+=
dc
dcse kY
kKSθ
θ
1. PERSAMAAN PERENCANAAN :a) Waktu Tinggal Hidrolik :
b) Umur Lumpur Aktif :
QVr
H =θ
ewwwc XQQXQ
VX)( −+
=θ
C) Konsentrasi Biomass
( )cd
ei
H
c
kSSYXθθ
θ+−
=1
Rasio resirkulasi ( R ) :
Qr = debit resirkulasiQ0 = debit influen X = Konsentrasi Mikroorganisme dalam bioreaktor Xr = Konsentrasi Mikroorganisme dalam resirkulasi
XXX
QQR
ro
r
−==
KETERANGAN :F / M = rasio makanan & mikroorganisme (/hari)Θ = waktu detensi hidrolik tangki aerasi
= V / Q (hari)So = konsentrasi BOD atau COD influent, (mg/l)X = Konsentrasi Volatile SS
(mg/l) atau (g/m3)θc = rata-rata waktu tinggal sel berdasarkan vol.tangki (hari)Vr = Volume reaktor ( m3 )X = Konsentrasi Volatile SS (mg/l) atau (g/m3)Qw = debit lumpur terbuang, mgal/hr(m3/hr)Xw = konsentrasi volatile suspended solid dalam lumpur terbuang, mg/l atau g/m3Qe = rata-rata effluen yang terolah, mgal/hrXe = konsentrasi volatile suspended solid dalam effluent yang terolah
Koefisien Satuan Rentang nilai
NilaiTipikal
kKsYkd
/hariMg BOD/lmgVSS/mg BOD/hari
2 – 1025 – 1000,4 – 0,80,025 –0,075
5600,60,06
Nilai koefisien proses pada bioreaktor lumpur aktif
BUATLAH CONTOH BAGAN ALIR DESAIN UNTUK PROSES BIOLOGIS LAINNYA……
Langkah – langkah Perhitungan :1. Tetapkan Efisiensi proses yang dikehendaki
2. Tetapkan nilai parameter operasi berdasarkan pada kriteria perencanaan
3. Hitung volume bioreaktor
4. Hitung nilai Y observasi
5. Hitung produksi biomass neto
6. Hitung kebutuhan oksigen
7. Hitung kebutuhan nutrien (N dan P)
8. Hitung debit resirkulasi
9. Hitung debit lumpur yang harus dibuang setiap hari.
SKEMA PROSES ACTIVATED SLUDGE KONVENSIONAL
Modifikasi Proses Lumpur aktif :
a. Aerasi diperpanjang (extended aeration)b. Aerasi berjenjangc. Kontak Stabilisasid. Injeksi dengan Oksigen Murnie. Parit Oksidasi (Oxidation ditch)
MODIFIKASI ACTIVATED SLUDGE
1. OXIDATION DITCH
Oxidation ditch = Parit atau saluran berbentuk lingkaran / oval dilengkapi rotor untuk aerasi jangka panjangPertama kali dikembangkan di Belanda (1950
REMOVAL ABILITY OXIDATION DITCH
Rasio BOD dan BOD removal = 85 % - 90%
Rasio removal SS = 80% - 90%
Rasio removal Nitrogen = 70%
Rasio sludge generated sekitar 75 % dari BOD atau SS removal
Pertimbangan Desain Oxidation Ditch
Letak aerator = pada kedalaman 1,0 – 1,3 m
Udara dari atmosfer menggunakan tekanan negatif dalam air untuk memutar screw
Kecepatan rata-rata dalam saluran minimum = 0,3 m/detik untuk menjaga terjadinya pengebndapan dalam aerasi
Dilakukan resirkulasi u/ menjaga kons.MLSS dalam bak aerasi
Konsentrasi lumpur dalam bak aerasi = 3000 – 6000 mg/L
Rasio F/M = 0,03 – 0,15 kg BOD / hr / Kg VSS
KEUNTUNGAN & KERUGIAN OD
KEUNTUNGAN :
• Efisiensi removal BOD / COD tinggi (90 – 95%)
• Operasional sederhana
• Effluen stabil
• Pengolahan sludge lebih sederhana karena sludge yang
dihasilkan relatif sedikit & stabil
• Maintenance sederhana
• Memungkinkan terjadinya proses Nitrifikasi & denitrifikasi
KERUGIAN :
• Umumnya digunakan untuk pengolahan limbah skala kecil
• Memerlukan area luas ( dimensi saluran besar, kedalaman kecil )
• Rotor sebagai penyuplai Oksigen harus dibersihkan secara periodik
KEUNTUNGAN & KERUGIAN OD
PEMAKAIAN ROTOR UNTUK OXIDATION DITCH
Perencanaan rotor meliputi ; diameter rotor, panjang rotor, jumlah & tenaga penggerak / motor
Kebutuhan Oksigen = Kapasitas Oksigen X beban BOD
Panjang rotor yang diperlukan = Kebutuhan O2 dalam bak
Kapasitas Oksigenasi rotor
2. AERATED LAGOON
AERATED LAGOONmodifikasi dari kolam stabilisasi di daerah beriklim sedang, suplaiO2 oleh algae digunakan sebagai aerasi mekanis
MEKANISMEair limbah diolah dengan aliran kontinyupengolahan lumpur dioperasikan tanpa resirkulasiturbulensi yang diciptakan dalam proses aerasi digunakan untuk
menjaga suspensi pertumbuhan mikroorganisme dalam lagoonuntuk pengendapan akhir, digunakan tangki
pengendapan atau kolam stabilisasi fakultatif
MODIFIKASI ACTIVATED SLUDGE
2. AERATED LAGOONKELEMAHANdistribusi O2 tidak merata, bagian atas kaya O2 , bagian dasar = tanpa O2
padatan terdekomposisi scr anaerobik & harus diremoval secara periodik
Tanpa adanya pengendapan akhir kandungan padatan pada efluen mengahmbat fungsi lagun itu sendiri
APLIKASI organic biodegradable treatment pada industri
KEUNTUNGAN •Tidak perlu lahan besar•Konstruksi sederhana•Biaya operasi berada pada rentang medium antara Activated Sludge konvensional & kolam stabilisasi
MODIFIKASI ACTIVATED SLUDGE
2. AERATED LAGOON1. REMOVAL BOD
Complete Mixed Reactor tanpa recycleDasar desain = Mean cell residence Time ( θc ) = 3 – 6 hariS0 & Se dihitung dengan persamaan :
S0 = konsentrasi BOd influen (mg/L)Se = konsentrasi BOD efluen (mg/L)K1= Kostanta tingkatan derajat
pertama BOD ( 0,5 – 1 ,5)V = volume, Mgal/hari atau m3/hariQ = debit, Mgal/hari atau m3/hari
Se = 1
So 1 + K1 [ V / Q ]
MODIFIKASI ACTIVATED SLUDGE
2. AERATED LAGOON2. KARAKTERISTIK EFFLUEN
Konsentrasi BOD5Konsentrasi SS
3. KEBUTUHAN OKSIGEN∑ Oksigen = 0,7 – 14 X ∑ BOD5(hasil operasi instalasi industri & domestik)
4. TEMPERATURPengaruh temperatur mengurangi aktifitas biologis & efisiensi
pengolahan
( Ti – Tw) = ( Tw – Ta ) * f * AQ
(Mancini & Banart)
MODIFIKASI ACTIVATED SLUDGE
2. AERATED LAGOONDi mana :Ti = temperatur limbah influn (°F atau °C )Tw = temperatur air kolam (°F atau °C )Ta = temperatur udara ambien (°F atau °C )F = faktor perbandinganA = Luas permukaan ( ft2 atau m2 )Q = debit air limbah (Mgal/hari atau m3/hari)
5. PEMISAHAN LUMPURWaktu detensi harus cukup agar level removal SS terpenuhi Volume harus cukup u/ ruang pengendapan lumpurPertmbuhan algae harus diminisasiPerlu pengendalian bau akibat dekomposisi anaerobik & akumulasilumpur yang mungkin timbulPerlu pentaksiran kebutuhan pelapis
MODIFIKASI ACTIVATED SLUDGE
SEQUENCING BATCH REACTOR( S B R )
MENGGUNAKAN SISTEM SUSPENDED GROWTH (FILL-DRAW)
PENGGUNAAN AWAL UNTUK PENGOLAHAN LINDITERDIRI DARI ; TANGKI SINGULAR ( BATCH ; FILL ; REACT
; SETTLE ; DRAW)BERSIFAT AEROBIK DAN ANAEROBIK (JIKA DIPERLUKAN)
KEUNTUNGAN PENGGUNAAN
SEQUENCING BATCH REACTOR ( SBR)
MENGGUNAKAN SUSPENDED REACTOR YANG BERSIFAT FLEKSIBELDAPAT BERFUNGSI SEBAGAI BAK AERASI EKUALISASI & SEDIMENTASIDAPAT MEMPERLUAS SIRKULASI (JIKA SLUDGE TREATMENT MEMERLUKAN WAKTU YANG LAMA)DAPAT MENGGUNAKAN REAKTOR BERUKURAN KECIL & JUMLAH > 1BIOMASSA TIDAK PERLU DICUCIPENGENDAPAN YANG TIDAK SEMPURNA DAPAT SEGERA DIKENALIDAPAT DITAMBAHKAN DENGAN PAC
Hitung kebutuhan lahan berdasarkan pada beban organik yang ditetapkan.
Cek waktu tinggal hidrolik, jika waktu minimum tidak terpenuhi, maka hitung ulang kebutuhan lahan berdasar pada waktu tinggal minimum yang disyaratkan dalam kriteria perencanaan.
Sketsa dimensi kolam dengan disertai penetapan model serta lokasi inlet sedemikian rupa agar terjadi aliran semerata mungkin pada seluruh area kolam.
3.2. KOLAM FAKULTATIF
Terjadi Proses Biodegradasi secara Aerobik dan Anaerobik.
1. Biodegradasi Aerobik terjadi pada permukaan sampai pada ¾ kedalaman kolam
2. Biodegradasi Anaerobik terjadi pada lumpur didasar kolam sampai pada ¼ kedalaman.
Kolam berfungsi sebagai bioreaktor alami tanpa resirkulasi lumpur aktif.
KOLAM FAKULTATIF
Formulasi perhitungan Kolam Fakultatif :a. Efisiensi proses untuk reaksi Orde Satu :
Se = BOD efluen So = BOD influen k = Koefisien biodegradasi = (0,05 –
0,8)/harik fungsi temperatur, kT = 0,25 (1,06)T - 20
b. Beban organik berdasar rumus Empiris Mc Garry & Pescod
“Untuk peningkatan efisiensi dan penurunan kebutuhan lahan kolam dapat disusun secara seri “
Formulasi perhitungan Kolam Fakultatif :
F1 Fn-1 Fnn
do
e
tkSS
+
= *.11
Langkah Perhitungan Kolam Fakultatif :
Hitung nilai k sesuai suhu air pada perencanaan.
Berdasar pada % removal BODhitunglah td*
Tetapkan kedalaman kolam Hitung luas area yang dibutuhkan Cek beban organik. Hitung ulang kebutuhan kolam secara seri dan
bandingkan dengan hasil perhitungan I
3.3. KOLAM MATURASI
1. FUNGSI :• Peningkatan kualitas efluen (Penyisihan BOD)• Penyisihan bakteri pathogen akibat sinar UV
matahari• Penyisihan nutrien (N dan P).
2. KONFIGURASI :• Diletakkan setelah kolam fakultatif• Umumnya dibuat secara seri
3.Kriteria Perencanaan :1. Waktu Tinggal Hidrolik = (12 – 18 ) hari2. Kedalaman kolam = (0,5 – 1) m3. %Penyisihan BOD = (60 – 80)%4. Beban BOD < 10 kg BOD/(ha.hari)
4. Efisiensi Penyisihan Bakteri E Coli :
Ne & Ni = Konsentrasi E Coli pada efluen dan influen kb = koefisien kematian E.Coli
kbt = 2,6 (1,19)T-20
( )dbo
e
tkNN
.11
+=
3.3. KOLAM MATURASI
3.3. KOLAM MATURASI
5. Kolam maturasi tersusun seri :
( )ndbo
e
tkNN
.11
+=
AN F1 F2 M1 M2
KONFIGURASI KOLAM STABILISASI SECARA UMUM
3.3. KOLAM MATURASI
6. Langkah perhitungan : Hitung nilai k dan kb berdasarkan pada suhu
operasional yang diinginkan. Hitung penurunan E Coli dari kolam Anaerobik
dan kolam fakultatif yang telah direncanakan. Hitung nilai td kolam maturasi berdasarkan
pada penyisihan BOD dan E. Coli yang diinginkan.
Pilih nilai td yang lebih besar dan hitung kebutuhan luas area kolam stabilisasi dengan menetapkan kedalam kolam terlebih dahulu.
7. Kelemahan kolam stabilisasi :
Dibutuhkan lahan yang luas Sering timbul bau akibat proses biodegradasi
anaerob.Biaya investasi mahal
Kelebihan : Proses sederhana, mudah dan murah dalam operasi – perawatan.
A.2. ATTACHED – GROWTH BIOLOGICAL TREATMENT
A.2.1. TRICKLING FILTER
PENDAHULUAN
TRICKLING FILTER( T F )
SISTEM PENGOLAHAN AEROBIK YANG MENGGUNAKAN MIKRORGANISME TERLEKAT ( ATTACHED – GROWTH PROCESS ) PADA SUATU MEDIA UNTUK KEPERLUAN REMOVAL BAHAN ORGANIK DALAM AIR LIMBAH
TIPE – TIPE TF : HIGH RATE MEDIUM RATE
LOW RATE SUPER RATE / ROUGHING
SISTEM ATTACHED – GROWTH PROCESS LAINNYA: * ROTATING BIOLOGICAL CONTACTOR (RBC)* PACKED BED REACTOR ; AIR-SPARGED REACTOR ;
FLUIDIZED BED REACTOR ; TRICKLED BED REACTOR
UNIT – UNIT PADA TRICKLING FILTER
MEDIA FILTER
DISTRIBUTOR ARM
VENTILATION RISER
UNDERDRAINS
SALURAN EFFLUEN
UNIT – UNIT PADA TRICKLING FILTERMEDIA FILTER
UKURAN MEDIA :Ukuran diameter 25 – 10 mmKedalaman : 0,9 – 2,5 m ( tipikal = 1,8 m )
FUNGSI MEDIA :SEBAGAI TEMPAT MENEMPEL / MELEKAT / TUMBUH LAPISAN BIOFILM
KRITERIA MEDIA FILTER IDEAL :Luas permukaan / unit volume = tinggiMurahKetahanan tinggiPorositas cukup tinggi minimaliasi cloggingResirkulasi Udara ok..!
TIPIKAL MEDIA : PLASTIK ; BATU
UNIT – UNIT PADA TRICKLING FILTER
BIOFILM
URAIAN PROSES
BAHAN ORGANIK DALAM AIR LIMBAH DIURAIKAN O/ MIKROORGANISME YAG MENEMPEL DI MEDIA FILTER
DI BAGIAN LUAR LAPISAN BIOFILM, ORGANIK DIURAIKAN MIKROORGANISME MIKROORANISME TUMBUHLAPISAN BIOFILM MENEBAL
KETEBALAN MAKSIMUM PENETRASI O2 TDKDAPAT MENCAPAI PERLUKAAN & BAGIAN DALAM MEDIA
PERMUKAAN & BAGIAN DALAM MEDIA FILTER ANAEROBIK
URAIAN PROSESBAHAN ORGANIK TERLARUT ( SUBSTRAT ) DIADSORPSIKE DALAM LAPISAN BIOFILM
LAPISAN BIOFILM MENEBAL :ORGANIC ADSORBED TERURAI TIDAK BISA MENCAPAI M.O DI LAPISAN LUAR / PERMUKAAN MEDIA
M = massa BOD5 removed per unit waktu (Kg/m3. hari)f = koefisien (0,006-0,01 L/mg) tipikal 0,006 L/mgh = ketebalan lapisan film (0,1-0,5 cm) tipikal 0,1 cmKo = maximum removal rate (0,2-0,5 mg/l.detik) tipikal
Dimana:Sn = Soluble BOD5 pada stage n (mg/l)Sn-1 = soluble BOD5 pada stage n-1 (mg/l)As = Luas permukaan media pada stage n (m2)Q = debit influen limbah cair (m3/hari