Bahan Bacaan 4. Perencanaan Dan Ddesain Ras [PDF]

Citation preview

BAB IV Perencanaan dan Desain Resirculating Aquaculture System A. Prinsip RAS (Resirculating Aquaculture System) Kolam Sistem resirkulasi adalah sistem air yang dipakai terus menerus dengan memakai sistem filtrasi. Sistem ini memerlukan aliran air yang dapat terkendali serta pompa untuk mengalirkan air tersebut. Ide utama dari sistem ini adalah terus mendaur ulang air dengan bantuan sirkulasi pompa. Dengan sistem filtrasi biologis dengan bantuan bakteri pengurai, filter mengurai ammonia yang menjadi racun/polutan utama pada kolam, sehingga kualitas air tetap terjaga di level yang diinginakan. Jadi sistem ini akan menghemat penggunaan air dalam kegiatan budidaya. Air yang digunakan adalah sebatas pada air dalam kolam dan air dalam bak filter. Tapi air juga perlu ditambahakan jika terjadi penyusutan karena adanya kebocoran atau penguapan. Sistem resirkulasi akuabudidaya atau Recirculation Aquaculture System (RAS) yang telah digunakan sejak tahun 1990-an, merupakan teknik budidaya yang relative baru dan unik dalam industri perikanan. Sistem ini menggunakan teknik akuabudidaya dengan kepadatan tinggi di dalam ruang tertutup (indoor), serta kondisi lingkungan yang terkontrol sehingga mampu meningkatkan produksi ikan pada lahan dan air yang terbatas, meningkatkan produksi ikan sepanjang tahun, fleksibilitas lokasi produksi, pengontrolan penyakit dan tidak tergantung pada musim. Sistem resirkulasi merupakan budidaya intensif yang merupakan alternatif menarik untuk menggantikan sistem ekstensif, dan cocok diterapkan di daerah yang memiliki lahan dan air terbatas. Resirkulasi



ini



menjadi



2



macam,



yaitu



resikulasi



penuh/tertutup



dan



resirkulasi



sebagian/semi tertutup. 1. Sistim resirkulasi tertutup , sistim resirkulasi yang mendaur ulang 100% air (CRS) 2. Sistim resirkulasi semi tertutup, sistim resirkulasi yang mendaur ulang sebagian air buangan, sehingga masih membutuhkan penambahan air dari luar.



Resirculating Aquaculture System



B. Pertimbangan Perencanaan dan Desain Resirculating Aquaculture System Dalam



sistem



resirkulasi,



perlu



untuk



mengolah



air



secara



terus



menerus



untuk



menghilangkan produk limbah yang dikeluarkan oleh ikan, dan untuk menambahkan oksigen untuk menjaga ikan tetap hidup dan sehat. Sistem resirkulasi sebenarnya cukup sederhana. Dari saluran keluar bak ikan, air mengalir ke saringan mekanis dan selanjutnya ke saringan biologis sebelum diangin-anginkan dan dihilangkan karbon dioksida dan dikembalikan ke bak ikan. Ini adalah prinsip dasar resirkulasi. Beberapa fasilitas lain dapat ditambahkan, seperti oksigenasi dengan oksigen murni, sinar ultraviolet atau desinfeksi ozon, pengaturan pH otomatis, pertukaran panas, denitrifikasi, dll. Tergantung pada persyaratan yang tepat. Lingkungan di bak pemeliharaan ikan harus memenuhi kebutuhan ikan, baik dalam hal kualitas air dan desain bak. Memilih desain bak yang tepat, seperti ukuran dan bentuk, kedalaman air, kemampuan membersihkan sendiri, dll. Dapat berdampak besar pada kinerja spesies yang dipelihara. Berikut pertimbangan dalam mendesain kolam RAS: 1. Model RAS yang akan dibuat menjadi suatu sistem resirkulasi terintegrasi Secara umum sistem



kerjanya, air dalam wadah pemeliharaan akan diisi terus hingga



batas selang atau pipa pembuangan, kemudian air yang berlebihan akan keluar melalui selang/ pipa menuju gor/ talang pembuangan air yang sudah disediakan. Air akan mengalir keluar menuju bak filter yang diisi dengan bahan-bahan filter seperti zeolit dan bioball namun sebelumnya diberi kapas filter untuk membuang partikel yang lebih besar. Hasil filterasi akan menghasilkan air bersih yang akan dipompa masuk melalui pipa kesetian wadah kolam/ akuarium budidaya kembali. begitu seterusnya. Sistem resirkulasi dijalankan menggunakan pompa dengan debit 10



15 liter/menit pada



unit filtrasi. Unit filtrasi dirancang sebagai filtrasi biologis (biofiltration) dengan sistem tenggelam



(submerged



filter)



untuk



memanfaatkan



kerja



bakteri melalui proses



amonifikasi dan nitrifikasi. Air media pemeliharaan dialirkan secara gravitasi dari setiap wadah pemeliharaan melalui pipa ke bak filter.



Resirculating Aquaculture System



Gambar 9. Desain teknologi RAS Bak filter disusun menjadi beberapa bagian, yaitu: bagian penyaringan fisika, bagian penyaringan



biologi



dan



bagian



penampungan.



Pada



bagian



atas



filter



fisika



menggunakan spon untuk menyaring kotoran yang berukuran besar, seperti kotoran ikan. Pada bagian bawah menggunakan cangkang kerang air tawar, sebagai alternatif dapat juga digunakan arang atau kerikil ukuran besar. Filter biologi bagian pertama memanfaatkan cangkang kerang sedangkan pada bagian kedua menggunakan kerikil lebih kecil atau ijuk untuk memperluas permukaan yang memungkinakan tempat penempelan bakteri nitrifikasi. Pada bagian penampungan ditambahkan aerasi (alat: aerator akuarium 1 titik) guna menambah suplai oksigen. Setelah penyaringan, air media dialirkan kembali menggunakan pompa ke wadah pemeliharaan ikan. Penambahan air baru hanya dilakukan untuk mengganti air yang menguap. Dengan kemajuan teknologi sesuai perkembangan industri 4.0, teknologi RAS bukan saja dapat mengintegrasikan sistem budidaya yang ramah lingkungan dan berkelanjutan tetapi juga mengandalkan sistem terpadu dengan penggunaan komputerisasi dan internet sebagai basis data analisis keberhasilan budidaya. Pemantauan kualitas air, pemberian pakan, pertumbuhan dan kelangsungan hidup ikan serta keberfungsian sistem resirkulasi secara mobile menjadi tantangan dan potensial perkembangan budidaya perikanan modern saat ini. Resirculating Aquaculture System



Gambar 10. Pemantauan pemberian pakan, kualitas air dan keberfungsian sistem terpantau secara komputerisasi dan menjadi basis data analisis budidaya perikanan 2. Jenis dan jumlah/ukuran setiap sarana RAS Sistem Bak Untuk mencapai biaya rendah dan hijau, hanya satu pompa yang digunakan dalam desain keseluruhan. Ini menghubungkan bak cadangan ke bak budidaya. Pompa akan terpicu secara otomatis ketika level air bak yang dipesan mencapai level yang ditentukan sebelumnya. Air melewati dari jalur 1 dan jalur 2 dengan menggunakan gaya gravitasi alami karena perbedaan ketinggian. a) Bak Budidaya Bentuk



bak



budidaya melingkar dengan dasar miring karena bak melingkar



memberikan kualitas air yang seragam dan baik untuk budidaya. Ikan memiliki sifat berenang melawan arus, bak melingkar dapat memberikan aliran rotasi yang seragam dan untuk budidaya yang lebih baik. Dengan struktur saluran masuk dan keluar air yang dirancang dengan benar, aliran dioperasikan dengan aliran berputar di sekitar saluran pusat. Kecepatan rotasi dapat melakukan limbah padat dan pembersihan bak Resirculating Aquaculture System



sendiri. Dimensi bak budidaya berdiameter 240 cm depth kedalaman 120 cm dengan kemiringan dasar. Volume bak dapat menampung 5400 liter air dan layak secara ekonomi. Biasanya, volume air bak budidaya diisi 70% dari total kapasitas bak dan kapasitas bak budidaya adalah 3800 liter. Sistem resirkulasi memanfaatkan area yang sangat kecil dan memungkinkan petani untuk menyimpan ikan dengan kepadatan yang lebih tinggi. Karena itu diperlukan tingkat kualitas air yang tinggi. Ikan ditempatkan di dalam bak dan airnya ditukar secara terus menerus untuk menjamin kondisi pertumbuhan yang optimal dan mengurangi risiko kerugian bencana akibat penyakit. b) Bak Pelepasan Bak bak segi empat diusulkan (150cm x 125cm x100cm) karena biaya konstruksinya yang lebih rendah dibandingkan dengan bak melingkar. Kapasitasnya adalah 1500 liter. Bak buangan digunakan untuk pengumpulan limbah padat. Mudah dirawat dengan ukuran lebih kecil. c) Bak Cadangan Bentuk persegi panjang diusulkan untuk bak cadangan. Dalam sistem resirkulasi, volume air bak cadangan harus setidaknya 25% dari total volume bak budidaya. Air yang dicadangkan digunakan sebagai penyangga ketika air kotor diolah dalam bak pembuangan. Air dalam bak cadangan digunakan untuk menggantikan air dalam bak budidaya. Kapasitas air bak cadangan adalah 12000 liter. d) Bahan Polyethylene (PE) dipilih untuk bahan bak karena dapat bertahan lebih lama dari bahan lainnya. Selain itu, lebih murah daripada stainless steel dan fiberglass. Karakteristik PE dapat diringkas sebagai ringan, kekuatan dampak tinggi, tahan kimia yang sangat baik, stabilitas panas yang baik, permeabilitas air yang rendah, bebas rasa, bebas toksik dan lunak dan kaku. Spesifikasi komponen proyek dirangkum dalam lampiran



Resirculating Aquaculture System



Gambar 11. Jenis wadah RAS 3. Keberfungsian setiap sarana RAS Peralatan yang digunakan dalam teknologi RAS, pada prinsipnya adalah bak dan pompa. Bak biasanya dipilih yang berbahan plastik, fiber glass, semen polytank dan sebagainya. Jangan lupa untuk mengecat bagian dalam bak dengan warna gelap/kelabu, agar ikan yang akan dibudidayakan di dalamnya tidak stres. Pada teknologi RAS, satu modul di dalamnya berisi perangkat utama seperti: Unit budidaya disebut juga bak budidaya (growing tank) : bak ini menjadi tempat ikan dipelihara di dalamnya, ukuran/kapasitas bak harus disesuaikan juga dengan kapasitas jumlah ikan yang akan dibudidaya. Unit penyaring partikulat (sump particulate) atau disebut sebagai filter mekanik : menjadi tempat untuk menyaring padatan terlarut agar tidak menyumbat biofilter atau pun mengonsumsi supply Biofilter : menjadi bagian utama dalam teknologi RAS, karena merupakan tempat di mana



proses



nitrifikasi



berlangsung.



Biofilter



menjadi unit



pembersihan



dan



perbaikan kualitas air yang didaur ulang. Biofilter dapat berasal dari batu kerikil, batu kapur, plastik, mikro bead, pasir dan sebagainya. Pompa resirkulasi (water recirculation pump) : pompa untuk mengarahkan, menaikkan dan mengalirkan air, yang dapat diatur sesuai kebutuhan/keinginan. Aerator : sebagai sistem aerasi atau pemasok oksigen ke dalam kolam air. Sistem sterilisasi air : fungsinya untuk membunuh mikroorganisme patogen, parasit dan bakteri, seperti penggunaan gas ozon dan ultaviolet (UV). Saluran pasok (supply canal) dan pompa air (inlet) Pengatur suhu : baik heater atau pun cooler, untuk menstabilkan suhu air agar sesuai dengan kebutuhan ikan (dan sejenisnya) yang dibudidaya.



Resirculating Aquaculture System



Pengatur pencahayaan : untuk menstimulasi pola makan, contohnya jika cahaya diredupkan agar lebih merangsang ikan untuk aktif makan pada senja dan fajar atau cahaya dimatikan saat memberi makan biota air yang aktif makannya pada malam hari (hewan nocturnal). 4. Alur proses resirkulasi Pada beberapa sistem RAS indoor, pengonversian amonia menjadi nitrat, dilengkapi oleh reaktor khusus yang menumbuhkan bakteri pengurai nitrat menjadi nitrogen dalam kondisi anaerob. Di mana sebagian besar reaktor diberi sumber karbon eksternal sebagai bahan bakar denitrifikasi heterotrofik. Sementara itu, pada sistem RAS outdoor, sebagian besar pelepasan fosfor terjadi karena asimilasi oleh organisme ekstraktif. Fosfor tersebut tidak hilang dalam sistem, tetapi dibuang melalui aliran pembuangan. Alur proses RAS dimulai dari pakan yang dimakan dan dicerna oleh ikan. Limbah dari pencernaan tersebut akan menjadi amonia. Yaitu polutan yang sangat signifikan dalam kolam perikanan. Amonia sendiri, sebenarnya tidak dikehendaki ada di dalam kolam, karena bisa memperlambat pertumbuhan organisme air di dalamnya, yang dalam kadar tertentu akan sangat berbahaya dan meracuni tubuh organisme air tersebut. Biofilter menjadi



bioreaktor



menjadi



tempat



tumbuhnya



bakteri



pengurai



yaitu Nitrisomonas dan Nitrobacter. Dalam sistem RAS, amonia akan menjadi makanan bagi bakteri Nitrisomonas, sehingga menghasilkan nitrit. Nitrit selanjutnya akan dilahap oleh bakteri Nitrobacter, untuk dikonversi menjadi nitrat. Nitrat tidak membahayakan ikan secara fatal, meskipun kadarnya cukup tinggi. Hanya saja, kemungkinan pada kadar tertentu akan menyebabkan gangguan kesehatan minor pada ikan. Sistem resirkulasi dijalankan menggunakan pompa dengan debit 10



15 liter/menit pada



unit filtrasi. Unit filtrasi dirancang sebagai filtrasi biologis (biofiltration) dengan sistem tenggelam



(submerged



filter)



untuk



memanfaatkan



kerja



bakteri melalui proses



amonifikasi dan nitrifikasi. Air media pemeliharaan dialirkan secara gravitasi dari setiap wadah pemeliharaan melalui pipa ke bak filter. Setelah penyaringan, air media dialirkan kembali menggunakan pompa ke wadah pemeliharaan ikan. Pada kondisi tertentu seperti penguapan, pembuangan akumulasi padatan limbah maupun akibat rembesan pada sistem pipa dapat terjadi pengurangan jumlah air pada sistem resirkulasi sehingga perlu penambahan



air



sebanyak



5



Resirculating Aquaculture System



10%



ke



dalam sistem tersebut melalui bak



penampungan/cadangan. Kontrol dan pengaturan kadar oksigen dalam bak melingkar atau sejenisnya relatif mudah karena kolom air terus-menerus bercampur membuat kandungan oksigen hampir sama di mana saja di dalam bak. Ini berarti cukup mudah untuk menjaga kadar oksigen yang diinginkan di dalam bak.



Gambar 12. Contoh desain RAS 5. Debit air di bak ikan dan filter air Sistem Perpipaan Koneksi perpipaan keseluruhan ditunjukkan pada Gambar 13



Gambar 13. Struktur Pipa Resirculating Aquaculture System



Poin 1: air mengalir dari bak budidaya ke bak pembuangan. Butir 2: air mengalir dari bak pembuangan ke bak cadangan. Butir 3: air mengalir dari bak cadangan ke bak budidaya. Untuk RAS, laju sirkulasi air dianjurkan setidaknya 1 siklus per jam. Debit aliran bak budidaya dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan:



Oleh karena itu, laju aliran air yang keluar dari bak budidaya ikan adalah 63,33 L / mnt.



Struktur Aliran Inlet Bak Budidaya Pipa saluran masuk air terendam seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14. Air mengalir keluar tangensial dengan dinding bak budidaya dan menghasilkan kecepatan rotasi yang seragam yang memberikan pembersihan sendiri yang lebih baik dan secara efektif memimpin limbah padat ke pusat menguras.



Gambar 14: Arus Masuk Tangensial Struktur Aliran Outlet Bak Budidaya Saluran pembuangan terletak di bagian bawah bak. Berguna untuk melepas padatan tersuspensi ke bak pembuangan ketika padatan tersuspensi terakumulasi di bagian bawah. Resirculating Aquaculture System



Karena air dialirkan oleh gaya gravitasi dari bak budidaya ke bak buangan, kerusakan pompa akan menyebabkan air menimbun; oleh karena itu kontrol tingkat air penting. Level air dikontrol dan digambarkan sebagai garis merah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 15. Jika pompa rusak, air dalam bak budidaya dapat dipertahankan karena kedua level air bak sama.



Gambar 15: Struktur Aliran Cenderung Sudut Pesawat dari bak-bak kerucut memiliki fungsi aksi pembersihan sendiri secara alami. Ketika air berputar di sekitar bak, limbah padat ditarik ke arah tengah, di mana outlet berada. Karena sifat ini, bak pembersih sendiri dirancang untuk membuang limbah padat sesegera mungkin sebelum mereka rusak. Sudut bidang yang lurus dapat ditentukan dengan menganalisis kekuatan benda padat dalam fluida.



Padatan dalam



cairan terdiri dari dua kekuatan yang merupakan kekuatan pergerakan dan resistensi. Kekuatan gerakan adalah kekuatan yang menggerakkan solid untuk bergerak. Ini dapat dibagi menjadi inersia benda dan gaya gravitasi dalam kasus ini 6. Efektifitas pembuangan limbah dari kolam budidaya Geometri Bak Kemiringan dimasukkan ke tengah bak dan limbah padat dikumpulkan ke bak pembuangan (filter). Area bak yang mandek atau mati dapat mempengaruhi sirkulasi air melalui filter. Salah satu tujuan dari proyek ini untuk mempelajari bagaimana berbagai bentuk bak dapat berkontribusi pada aliran air di dalam bak. Simulasi telah dilakukan untuk mempelajari efek yang berbeda antara dasar datar dan lereng. Hasilnya ditunjukkan pada Gambar 8 dan 12. Gambar 8 dan 9 mewakili lintasan aliran di dasar datar bak budidaya. Setelah simulasi dengan menggunakan SolidWorks 2010, area mati di mana air tidak bergerak (lingkaran merah) dapat diamati di tepi bak. Dalam keadaan Resirculating Aquaculture System



statis, kotoran ikan atau padatan tersuspensi sulit disiram dan tenggelam ke dasar bak (area mati). Oleh karena itu, kontur dasar bak penting untuk membersihkan limbah. Salah satu kelemahan dari memiliki bak alas datar adalah membutuhkan ruang hampa secara konstan untuk menjaga bak tetap bersih. Di sisi lain, kontur yang miring membuat bak membersihkan sendiri. 10o, 20o dan 30o kemiringan bak ditunjukkan pada Gambar 16, 17 dan 18 masing-masing. Kotoran ikan atau padatan tersuspensi pada permukaan yang miring dapat dengan mudah mengarah ke outlet pusat. Di bagian berikut, sudut bidang miring minimum akan ditentukan



Gambar 16: Bawah Rata



Gambar 17: Rata Bawah dengan Tampilan Isometrik



Resirculating Aquaculture System



Gambar 18: 20o Inklinasi



Resirculating Aquaculture System