Buku B Spaldt [PDF]

Citation preview

Pedoman Perencanaan Teknik Terinci Sistem Pengelolaan Air Limbah Domestik Terpusat (SPALD-T) BUKU B: Perencanaan Sub Sistem Pengolahan Terpusat



Cetakan Pertama 2018



KATA PENGANTAR



Assalamu’alaikum Wr. Wb., Salam sejahtera untuk kita semua, Salah satu bentuk penyelenggaraan Sistem Pengelolaan Air Limbah Domestik (SPALD) yaitu Sistem Pengelolaan Air Limbah Domestik Terpusat (SPALD-T). Sistem tersebut dilakukan dengan mengalirkan air limbah domestik dari sumber secara kolektif ke Sub-sistem Pengolahan Terpusat untuk diolah sebelum dialirkan ke badan air permukaaan. Sesuai kebijakan dan Strategi Kementerian Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat Tahun 20152019 untuk mencapai 100% pelayanan air limbah domestik, ditargetkan 85% pemenuhan akses layak dimana 15% dilayani dengan Sistem Terpusat (SPALD-T).



Berdasarkan data Riskerdas Tahun 2014, cakupan pelayanan air limbah domestik baru mencapai 61,04% dimana 2% yang dilayani dengan SPALD-T. Kondisi pelayanan SPALD-T tersebut masih memerlukan upaya percepatan, salah satu upaya pemenuhan target yaitu melalui penyediaan



perencanaan infrastruktur yang baik agar terwujudnya keandalan dan keberlanjutan infrastruktur terbangun. Untuk itu, Direktorat Pengembangan PLP menyusun Buku Pedoman Penyusunan Rencana Teknik Terinci SPALD-T sebagai pelaksanaan dari Peraturan Menteri Pekerjaan Umum dan



Perumahan Rakyat Nomor 04/PRT/M/2017 tentang Penyelenggaraan Sistem Pengelolaan Air Limbah Domestik. Penyusunan pedoman ini telah melalui tahapan pembahasan dengan pemangku kepentingan di bidang air limbah domestik. Namun demikian, buku pedoman ini masih bersifat dinamis sesuai dengan kebutuhan dan perkembangan di lapangan. Untuk itu, masukan sangat kami harapkan untuk perbaikan dan penyempurnaan buku pedoman ini ke depannya.



Kami mengucapkan terima kasih kepada para pihak yang telah membantu dalam penyusunan materi pedoman. Semoga buku pedoman ini dapat digunakan sebagai acuan dalam penyusunan dokumen perencanaan teknik terinci infrastruktur SPALD-T, baik di tingkat Pusat maupun Daerah. Wassalamu’alaikum Wr. Wb., Jakarta, April 2018 Direktur Jenderal Cipta Karya



Ir. Sri Hartoyo, Dipl. SE, ME.



DAFTAR ISI 1. .....................................................................................................................................PENDAHULUAN



1



1.1 Konsep Dasar IPALD 1.2 Prinsip Pengolahan Air Limbah Domestik........................................................................................................ 1.3 Tahapan Penghitungan.....................................................................................................................................



1 1 15



2. ...............................................................................................................................BANGUNANINLET



17



2.1 Bak/Sumur Pengumpul 2.2 Stasiun Pompa..................................................................................................................................................



17 18



3. PENGOLAHAN TAHAP PERTAMA......................................................................................................



20



3.1 Saringan Sampah (Screen) 3.2 Bak Penangkap Pasir (Grit Chamber)................................................................................................................ 3.3 Bak Ekualisasi................................................................................................................................................... 3.4 Bak Sedimentasi ..............................................................................................................................................



21 26 31 36



4. PENGOLAHAN TAHAP KEDUA: PENGOLAHAN BIOLOGI...............................................................



44



4.1 Pengolahan Biologi dengan Sistem Anaerobik 4.2 Pengolahan Biologi dengan Sistem Aerobik....................................................................................................



46 59



5. PENGOLAHAN LUMPUR......................................................................................................................



79



5.1 Pengentalan (Thickener) 5.2 Stabilisasi (Sludge Stabilization)...................................................................................................................... 5.3 Penirisan (Dewatering) dan Pengeringan (Drying)...........................................................................................



79 83 90



6. PLANT LAYOUT......................................................................................................................................



94



7. PROFIL HIDROLIS..................................................................................................................................



95



7.1 Head 7.2 Head loss (Friction Head Loss)......................................................................................................................... 7.3 Hydraulic Grade Line (HGL) dan Energy Grade Line (EGL)................................................................................



95 96 99



8. CONTOH PERENCANAAN ...................................................................................................................



100



8.1 Penentuan Unit-unit pada Sub-sistem Pengolahan 8.2 Perencanaan Sub Sistem Pengolahan: Pengolahan Tingkat Pertama.............................................................



100 101



DAFTAR GAMBAR Gambar 1-1. Jenis-jenis Sistem Pengolahan Air Limbah (IPALD).......................................................1 Gambar 1-2. Ilustrasi Tipe Sedimentasi pada Proses Pengendapan Air Limbah Domestik.......3 Gambar 1-3. Kurva Biological Oxigen Demand.........................................................................................4 Gambar 1-4. Hubungan Antar Karbon Organik dalam Air Limbah Domestik...................................5 Gambar 1-5. Biokimia pada Proses Pengolahan Biologi secara Anaerob........................................7 Gambar 1-6. Biokimia pada Proses Pengolahan Biologi secara Aerob.............................................7 Gambar 1-7. Proses Nitrifikasi dan Denitrifikasi........................................................................................8 Gambar 1-8. Pelepasan dan Penyisihan Fosfor pada Lingkungan Aerob dan Anaerob..............9 Gambar 1-9. Faktor Utama dalam Penyisihan Mikroorganisme Patogen di dalam Kolam Maturasi 11



Gambar 1-10. Ilustrasi Proses Koagulasi dan Flokulasi.........................................................................12 Gambar 1-11. Karakteristik Partikel dan Alternatif Metode Filtrasi......................................................12 Gambar 1-12. Mekanisme Umum dalam Pengolahan Menggunakan Wetland..............................13 Gambar 1-13. Tahapan Pengolahan Lumpur Lengkap...........................................................................14 Gambar 1-14. Konsentrasi Lumpur di Unit Pengolahan Pemekatan..................................................14 Gambar 1-15. Tahapan Penghitungan Bangunan Utama IPALD.........................................................16 Gambar 2-1. Contoh 1 Bak Pengumpul Inlet..............................................................................................18 Gambar 2-3. Contoh 3 Bak Pengumpul Inlet..............................................................................................18 Gambar 2-2. Contoh 2 Bak Pengumpul Inlet..............................................................................................18 Gambar 2-4. Contoh 4 Bak Pengumpul Inlet dengan Screw Pump....................................................18 Gambar 2-5. Tipe Stasiun Pompa: (A) Pompa pada Sumur Kering (Dry Well Pump),.................19 Gambar 3-1. Skematik Tahapan Pengolahan Pertama...........................................................................20 Gambar 3-2. Penyisihan Material Kasar Secara Manual (Kiri), maupun Mekanis (Kanan)........21 Gambar 3-3. Contoh Slice Gate......................................................................................................................22 Gambar 3-4. Tempat penampungan sampah di IPALD Bojongsoang, Bandung............................22 Gambar 3-5 Contoh Gambar Saringan Sampah (Tampak Atas)..........................................................23 Gambar 3-6. Saringan Sampah Mekanik (Tampak Samping)...............................................................23 Gambar 3-7. Kecepatan Pengendapan pada Grit Chamber.................................................................26 Gambar 3-8. Contoh Peralatan Mekanis Pengumpul Pasir di IPALD Bojongsoang, Bandung..27 Gambar 3-9. Vortex Grit Chamber (Tampak Samping)...........................................................................28 Gambar 3-10. Aerated Grit Chamber (Tampak Atas)...............................................................................28 Gambar 3-11. Aerated Grit Chamber (Tampak Samping)......................................................................28



DAFTAR GAMBAR Gambar 3-12. Contoh Ilustrasi Layout Bak Ekualisasi (Tampak Atas)...............................................32 Gambar 3-13. Contoh Ilustrasi Potongan Bak Ekualisasi (Tampak Samping).................................32 Gambar 3-14. Diagram Volume Akumulasi.................................................................................................35 Gambar 3-15. Penentuan Volume yang Diperlukan.................................................................................36 Gambar 3-16. Penyisihan Partikel pada Bak Sedimentasi yang Ideal...............................................36 Gambar 3-17. Konsep Pengendapan di dalam Bak Pengendapan....................................................37 Gambar 3-18. Karakteristik Distribusi Air Limbah Domestik pada Inlet Bak Sedimentasi Pertama. .37



Gambar 3-19. Hubungan Efisiensi BOD dan TSS terhadap Overflow Rate dan Waktu Detensi



38



Gambar 3-20. Contoh Bak Sedimentasi Persegi Panjang (Tampak Atas)........................................39 Gambar 3-21. Contoh Bak Sedimentasi Persegi Panjang (Tampak Samping)...............................39 Gambar 3-22. Contoh Bak Sedimentasi Berbentuk Lingkaran (Tampak Atas)................................39 Gambar 3-23. Contoh Bak Sedimentasi Berbentuk Lingkaran (Tampak Samping 1)...................40 Gambar 3-24. Contoh Bak Sedimentasi Berbentuk Lingkaran (Tampak Samping 2)...................40 Gambar 3-25. Komponen di dalam Clarifier di Suwung, Bali................................................................40 Gambar 4-1. Skematik Tahapan Pengolahan Kedua...............................................................................44 Gambar 4-2. Alternatif Teknologi Pengolahan Biologi............................................................................. 45 Gambar 4-3. Alternatif Skenario Penggunaan Kolam Anaerobik.........................................................46 Gambar 4-4. Penghitungan Dimensi pada Geometri Kolam Anaerobik Rectangular....................49 Gambar 4-5. Skematik Pengolahan dengan Anaerobic Baffled Reactor...........................................49 Gambar 4-6. Faktor Penyisihan COD terhadap Waktu Pengendapan pada unit Anaerobic Baffled Reactor ...51



Gambar 4-7. Faktor Efisiensi Penyisihan COD terhadap Suhu dalam Reaktor Anaerobik.........51 Gambar 4-8. Faktor Efisiensi Penyisihan BOD terhadap Konsentrasi BOD influen......................51 Gambar 4-9. Faktor Efisiensi Penyisihan BOD terhadap Beban Organik BOD..............................52 Gambar 4-10. Persentase Efisiensi Penyisihan BOD terhadap Waktu Tinggal Hidraulik pada unit



Anaerobic Baffled Reactor



52



Gambar 4-11. Ilustrasi Bangunan Upflow Anaerobic Sludge Blanket.................................................53 Gambar 4-12. Ilustrasi pengolahan dengan Anaerobic Biofilter...........................................................55 Gambar 4-13. Contoh Beberapa Media yang dapat Digunakan dalam Unit Anaerobic Biofilter Gambar 4-14. Skematik unit pengolahan kolam aerasi..........................................................................59 Gambar 4-15. Kolam Aerasi di IPALD Suwung, Bali................................................................................60



56



DAFTAR GAMBAR



Gambar 4-16. (a) Complete Mix Activated Sludge; (b) Oxydation Ditch; dan (c) Oxydation Ditch. . .63



Gambar 4-17. Beberapa Skema Pengolahan dengan Metode Lumpur Aktif (1)............................64 Gambar 4-18. Beberapa Skema Pengolahan dengan Metode Lumpur Aktif (2)............................65 Gambar 4-19. Ilustrasi Pengolahan Biologi dengan Menggunakan RBC.........................................69 Gambar 4-20. Unit RBC di IPAL Banjarmasin............................................................................................69 Gambar 4-21. Ilustrasi sistem dalam pengolahan RBC..........................................................................71 Gambar 4-22. Ilustrasi Sistem dalam Pengolahan Trickling Filter.......................................................72 Gambar 4-23. Trickling Filter............................................................................................................................73 Gambar 4-24. Bentuk Lantai pada Trickling Filter.....................................................................................73 Gambar 4-25. Media dengan Jenis Plastik (Kiri) dan Batu (Kanan) pada Trickling Filter............73 Gambar 4-26. Ilustrasi Sistem dalam Pengolahan RBC.........................................................................74 Gambar 4-27. Unit Moving Bed Bioreactor di IPLT Gumuruh Bandung............................................76 Gambar 4-28. Tipikal Proses MBBR untuk Beberapa Aplikasi Pengolahan.....................................76 Gambar 5-1. Tahapan Pengolahan Lumpur pada IPALD.......................................................................79 Gambar 5-2. Contoh Unit Clarifier Dalam Pengentalan Lumpur di IPALD Kawasan Jababeka 80 Gambar 5-3. Contoh Unit Belt Filter Press..................................................................................................90 Gambar 5-4. Contoh Desain Unit Belt Filter Press...................................................................................90 Gambar 5.5. Desain Sludge Drying Bed......................................................................................................92 Gambar 7-1. Ilustrasi Total Head....................................................................................................................95 Gambar 7-2. Grafik Moody Terkait Hubungan Koefisien Gaya Gesek (F) dan Bilangan Reynold (Re)....97



Gambar 7-3. Nilai K untuk Head Loss Minor dari Perubahan Dimensi Pipa....................................99 Gambar 7-4. Perbedaan Aliran di dalam Perpipaan dan Saluran Terbuka.......................................99 Gambar 8-1. Skenario Sub-sistem Pengolahan Terpusat......................................................................101



DAFTAR TABEL Tabel 1-1. Karakteristik Pengolahan Anaerobik dan Aerobik.................................................................10 Tabel 1-2. Karakteristik Lumpur.......................................................................................................................15 Tabel 3-1. Kriteria Desain Saringan Sampah dari Pembersihan Manual dan Pembersihan Mekanik 23



Tabel 3-2. Koefisien Jenis dan Bentuk Saringan (β).................................................................................24 Tabel 3-3. Kriteria Desain Conventional Grit Chambers..........................................................................29 Tabel 3-4. Kriteria Desain Vortex Grit Chamber.........................................................................................29 Tabel 3-5. Kriteria Desain Aerated Grit Chamber......................................................................................29 Tabel 3-6. Kriteria Desain Bak Ekualisasi.................................................................................................... 32 Tabel 3-7. Contoh Data Fluktuasi Debit dan Kualitas Air Limbah Domestik.....................................33 Tabel 3-8. Contoh Hasil Penghitungan Volume Kumulatif......................................................................35 Tabel 3-9. Kriteria Desain Bak Pengendap Pertama (Primary Sedimentation)...............................41 Tabel 4-1. Kriteria Desain Kolam Anaerobik................................................................................................47 Tabel 4-2. Nilai Volumentrik Beban BOD dan Persentase Penyisihan BOD di Kolam Anaerobik pada



Berbagai Temperatur.........................................................................................................................47 Tabel 4-3. Hubungan Waktu Detensi, Volumentrik Beban BOD, dan Persen Penyisihan BOD.47 Tabel 4-4. Kriteria Desain Anaerobic Baffled Reactor..............................................................................50 Tabel 4-5. Kriteria Desain Upflow Anaerobic Sludge Blanket................................................................53 Tabel 4-6. Kriteria Desain Anaerobic Biofilter.............................................................................................56 Tabel 4-7. Contoh Pembobotan untuk Pemilihan Media Biofilter.........................................................57 Tabel 4-8. Kriteria Desain Aerated Lagoon..................................................................................................60 Tabel 4-9. Kriteria Desain Lumpur Aktif.........................................................................................................65 Tabel 4-10. Kriteria Desain Rotating Biological Contactor......................................................................70 Tabel 4-11. Kriteria Desain Rotating Biological Contactor......................................................................74 Tabel 4-12. Kriteria Desain MBBR..................................................................................................................77 Tabel 4-13. Tipikal Removal Flux untuk BOD, Nitrifikasi, dan Denitrifikasi.......................................77 Tabel 5-1. Kriteria Desain Thickener..............................................................................................................80 Tabel 5-2. Kriteria Desain Stablisasi Aerobik..............................................................................................83 Tabel 5-3. Kriteria Desain Stablisasi Anaerobik.........................................................................................87 Tabel 5-4. Kriteria Desain Stablisasi Secara Kimia...................................................................................89 Tabel 5-5. Kriteria Desain Sistem Pengaduk...............................................................................................89 Tabel 5-6. Kriteria Desain Belt Filter Press..................................................................................................91



DAFTAR TABEL Tabel 5-7. Contoh Spesifikasi Belt Filter Press..........................................................................................91 Tabel 5-8. Kriteria Desain Bak Pengering Lumpur (Sludge Drying Bed)...........................................92 Tabel 7-1. Nilai Kekasaran Pipa......................................................................................................................97 Tabel 7-2. Nilai Koefisien Head Loss Minor.................................................................................................98 Tabel 8-1. Contoh data perencanaan IPALD Skala Perkotaan.............................................................100 Tabel 8-2. Kedalaman dan Kecepatan Aliran di Saluran Bar Screen..................................................102 Tabel 8-3. Kriteria Desain Lumpur Aktif.........................................................................................................107 Tabel 8-4. Data Perencanaan Lumpur Aktif.................................................................................................107 Tabel 8-5. Kriteria Desain Clarifier..................................................................................................................114 Tabel 8-6. Data Perencanaan Clarifier..........................................................................................................115 Tabel 8-7. Kriteria Desain Anaerobic Digester............................................................................................118 Tabel 8-8. Data Perencanaan Anaerobic Digester....................................................................................118 Tabel 8-9. Kriteria Desain Belt Filter Press..................................................................................................122 Tabel 8-10. Data Perencanaan Belt Filter Press........................................................................................122 Tabel 8-11. Contoh spesifikasi Belt Filter Press.........................................................................................123



1. PENDAHULUAN 1.1 Konsep Dasar IPALD Sub-sistem pengolahan terpusat atau Instalasi Pengolahan Air Limbah Domestik (IPALD) pada Sistem Pengelolaan Air limbah Domestik Terpusat (SPALD-T) ditujukan untuk mengolah air limbah domestik yang terkumpul jaringan perpipaan sehingga dapat memenuhi baku mutu lingkungan yang sudah ditetapkan oleh peraturan perundang-undangan sebelum dialirkan masuk ke badan air penerima. Secara nasional, baku mutu lingkungan yang dimaksud ditetapkan oleh Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Nomor P.68/Menlhk/Setjen/Kum.1/8/2016 tentang Baku Mutu Air Limbah Domestik. Terdapat tujuh parameter yang harus dipenuhi sebelum air limbah domestik dibuang ke badan air penerima, yakni pH, Biological Oxygen Demand (BOD), Chemical Oxygen Demand (COD), Total Suspended Solid (TSS), Minyak dan Lemak, Ammonia, serta Total Coliform.



1.2 Prinsip Pengolahan Air Limbah Domestik Fungsi dasar pengolahan air limbah domestik adalah untuk mempercepat proses dedgradasi polutan secara natural melalui rekayasa pada unit operasi dan proses. Secara umum, terdapat beberapa tahapan pengolahan yang harus dilakukan dalam pengolahan air limbah domestik, yakni Tahap Pertama, Tahap Kedua, Tahap Ketiga, Tahap Lanjutan, dan Tahap Pengolahan Lumpur. Tahap Ketiga dan Lanjutan merupakan opsi yang dapat direncanakan jika masih terdapat parameter tertentu yang berpotensi melebihi baku mutu lingkungan dan adanya rencana pemanfaatan air hasil olahan. Skematik dan alternatif teknologi SPALD-T dapat dilihat pada Gambar 1-1 berikut ini.



Gambar 1-1. Jenis-jenis Sistem Pengolahan Air Limbah (IPALD) Pendahuluan



1



1.2.1



Pengolahan Tahap Pertama



Pengolahan Tahap Pertama bertujuan untuk menyisihkan material kasar, diskrit, dan tersuspensi (suspended solid) sebelum dialirkan menuju ke unit pengolahan selanjutnya. Pada awal tahapan ini terdapat pula bangunan inlet yang berfungsi untuk mengumpulkan air limbah domestik dari jaringan perpipaan sub-sistem pengumpulan. Pada umumnya, jaringan perpipaan subsistem pengumpulan di segmen akhir menuju IPALD, memiliki elevasi yang relatif rendah dari permukaan. Oleh karena itu, bangunan inlet berfungsi untuk menaikkan elevasi air limbah domestik ke permukaan dengan menggunakan sistem pemompaan. Hal ini dilakukan pula dengan tujuan agar IPALD dapat dioperasikan dengan menggunakan metode aliran gravitasi. Terdapat beberapa unit pengolahan pada Tahap Awal yakni Saringan Sampah (Screen), Bak Penyisihan Pasir (Grit Chamber), Bak Ekualisasi (Equalization Tank), dan bak sedimentasi (primary sedimentation).



Secara umum, Pengolahan Tahap Pertama dilakukan dengan menggunakan prinsip pengolahan fisik. Pengolahan fisik pertama yang diterapkan merupakan proses penyaringan, tahapan ini bertujuan untuk menyisihkan bendabenda berukuran besar seperti kain, plastik, kertas, metal, dan sejenisnya. Kemudian diterapkan pengolahan fisik lanjutan dengan memanfaatkan perbedaan ukuran dan massa/volume partikel pada air limbah domestik yang akan mempengaruhi kecepatan pengendapan partikel sehingga terjadi sedimentasi padatan.



Menurut Davis (2011), terdapat empat tipe sedimentasi atau pengendapan padatan, yakni: a.



Sedimentasi Tipe 1, merupakan tipe pengendapan partikel diskrit yang mengendap dengan kecepatan konstan. Partikel tersebut mengendap langsung tanpa adanya proses pembentukan flok dengan partikel lainnya. Penyisihan pasir pada grit chamber merupakan contoh pengendapan Tipe 1.



b.



Sedimentasi Tipe 2, merupakan pengendapan partikel flokulan pada padatan tersuspensi. Fenomena ini terjadi ketika partikel-partikel di dalam air limbah domestik saling berinteraksi membentuk partikel yang lebih besar. Pembentukan flok tersebut menyebabkan bertambahnya massa padatan sehingga kecepatan pengendapan meningkat lebih cepat. Contoh sedimentasi Tipe 2 antara lain pengendapan pertama pada pengolahan air limbah domestik dan pengendapan partikel hasil proses koagulasi-flokulasi dengan penambahan bahan kimia.



c.



Sedimentasi Tipe 3, merupakan proses pengendapan partikel dengan konsentrasi yang lebih pekat. Partikel-partikel secara bersama-sama berinteraksi dan mengendap pada kecepatan pengendapan yang konstan. Pada bagian atas zona terdapat batas yang memisahkan antara massa partikel yang mengendap dengan air yang relatif lebih jernih.



d.



Sedimentasi Tipe 4, merupakan kelanjutan dari sedimentasi Tipe 3. Lumpur yang telah terendapkan dalam proses sedimentasi Tipe 3 akan mengalami pemadatan sehingga diperoleh lumpur dengan kadar solid yang lebih tinggi.



Pada pengolahan tahap pertama proses fisik juga dilakukan untuk menyisihkan material organik tersuspensi. Penyisihan dilakukan dengan melakukan rekayasa terhadap kecepatan aliran sehingga memberikan kesempatan terhadap partikel padatan mengendap secara gravitasi menuju ke dasar bak. Gambar 1-2. mengilustrasikan prinsip proses pengendapan.



2



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



Gambar 1-2. Ilustrasi Tipe Sedimentasi pada Proses Pengendapan Air Limbah Domestik



1.2.2 Pengolahan Tahap Kedua Pengolahan tahap kedua direncanakan untuk menyisihkan material organik yang ada dalam air limbah domestik dalam bentuk terlarut (soluble) maupun koloid (colloid) yang tersisa dari hasil penyisihan pada pengolahan tahap pertama. Proses ini dilakukan dengan menggunakan prinsip pengolahan biologi melalui pemanfaatan peran mikroorganisme yang sudah terkandung di dalam air limbah domestik. Jumlah mikroorganisme di dalam air limbah domestik diketahui dapat mencapai 500.000 hingga 5.000.000 per mL, tergantung pada umur air limbah domestik (McGhee, 1991). Bakteri merupakan makhluk hidup bersel satu yang berukuran sangat kecil dan mempunyai bentuk yang beraneka ragam. Mikroorganisme memiliki kemampuan untuk melakukan metabolisme makanan terlarut (soluble food) dan bereproduksi dengan cara pembelahan sel.



Air limbah domestik sebagian besar tersusun dari karbon organik. Dalam perencanaan dan pengoperasian IPALD penting untuk memiliki pemahaman tentang beban organik yang terkandung di dalam air limbah domestik. Menurut Davies (2005), terdapat tiga parameter yang dapat digunakan untuk menggambarkan besaran organik yang terkandung di dalam air limbah domestik, yakni: a. Total Organic Carbon Pengukuran nilai konsentrasi Total Organic Carbon (TOC) secara analitis relatif mudah. Proses pengukuran ini melibatkan oksidasi dengan pembakaran pada suhu yang sangat tinggi dan dilakukan pengukuran CO 2 yang dihasilkan. Namun, nilai TOC termasuk senyawa karbon organik stabil yang tidak dapat dipecah secara biologis sehingga cukup sulit untuk menjadikannya sebagai indikator terhadap proses biologi.



b.



Chemical Oxygen Demand Konsentrasi karbon organik dapat pula diukur dan dianalisis dengan menggunakan oksidasi kimia. Metode ini disebut dengan Chemical Oxygen Demand (COD). COD dapat diartikan sebagai jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi bahan organik yang terdapat dalam air secara kimia. Dalam analisisnya, sampel dipanaskan dalam Pendahuluan



3



asam sulfat kuat yang mengandung potasium dikromat. Selanjutnya, karbon yang teroksidasi ditentukan oleh jumlah dikromat yang digunakan dalam reaksi. Hasilnya dinyatakan dalam kebutuhan oksigen, bukan karbon. Metode ini dapat dikatakan sebagai metode analitik yang sederhana. Namun, kelemahannya adalah sejumlah senyawa karbon organik yang tidak dapat teroksidasi secara biologis, termasuk dalam hasil analisis metode ini. Sebaliknya, beberapa senyawa aromatik, termasuk benzena, toluena, dan beberapa piridin, yang dapat dipecah oleh bakteri, hanya sebagian teroksidasi dalam prosedur COD. Namun, secara keseluruhan, COD memperlihatkan nilai yang berlebihan dari karbon yang dapat dihilangkan dengan menggunakan proses biologi, khususnya lumpur aktif.



c.



Biological Oxygen Demand Biological Oxygen Demand (BOD) merupakan nilai yang mendeskripsikan jumlah oksigen terlarut yang dibutuhkan oleh mikroorganisme untuk menguraikan atau mendekomposisi bahan organik dalam kondisi aerobik (Metcalf & Eddy, 1991). Pengukuran BOD digunakan untuk mendapatkan besaran karbon organik yang dapat diuraikan secara biologis. Dalam hal ini, BOD diukur dengan menggunakan pendekatan periode 5 (lima) hari atau disebut juga dengan BOD 5. Menurut Delzer dan Mckenzie (USGS, 2003), waktu 5 (lima) hari merepresentasikan hanya sebagian dari total BOD. Menurut Hütter (1994), diperkirakan 70% material organik dapat teruraikan selama durasi 5 hari. Pada air limbah domestik dengan temperatur 20oC, materi organik dapat terurai seluruhnya (100% BOD) pada waktu setelah 20 hari (USGS, 2003). Namun, dalam kondisi tertentu, air limbah domestik dapat mengandung senyawa nitrogen organik,



ammonia, and nitrit yang berpotensi membutuhkan oksigen untuk teroksidasi menjadi nitrat. Reaksi ini dapat terjadi pada hari ke-6. Oleh karena itu, BOD 5 dinilai lebih representatif untuk menggambarkan fenomena oksidasi materi organik di dalam air limbah domestik. BOD 5 juga telah menjadi metode yang disetujui dan diterapkan oleh U.S. Environmental Protection Agency (EPA) dalam pemantauan kualitas air limbah domestik. Gambar 1-3 menunjukkan bagaimana perilaku konsentrasi BOD terhadap waktu.



Gambar 1-3. Kurva Biological Oxigen Demand Sumber: dimodifikasi dari Sawyer and McCarty, 1978



Hubungan antara analisis karbon organik dapat dilihat pada Gambar 1-4.



4



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



Total Organic Carbon



Tidak Dapat Teroksidasi



Dapat Teroksidasi secara Kimia (Chemical Oxygen Demand)



Tidak Dapat Terdegradasi secara Biologi



Dapat Terdegradasi secara Biologi (Biological Oxygen Demand)



Hard BOD Soft BOD Molekul yang besar. Membutuhkan waktu berjam-



jam atau berhari-hari untuk terdegradasi.



Molekul yang kecil. Dapat langsung terdegradasi.



Gambar 1-4. Hubungan Antar Karbon Organik dalam Air Limbah Domestik Sumber: Davies, 2005



Mikroorganisme di dalam air limbah domestik akan mengubah karbon organik terlarut dan dalam bentuk koloid menjadi beberapa jenis gas dan protoplasma. Protoplasma, disebut juga sebagai biosolid atau sludge (lumpur), memiliki berat jenis yang lebih besar dari air sehingga dapat dengan mudah untuk diendapkan secara gravitasi. Sebelum membahas tentang proses biokimia baik dengan menggunakan atau memanfaatkan bakteri aerobik maupun anaerobik, pengenalan terhadap klasifikasi bakteri dirasa penting untuk diketahui oleh setiap perencana maupun operator. Adapun klasifikasi bakteri dapat dibedakan menjadi sebagai berikut:



a.



Berdasarkan sumber karbon dan energi 1) Heterotrophic microorganism, merupakan mikroorganisme yang menggunakan material organik sebagai suplai kebutuhan karbon. 2) Autotrophs microorganism, merupakan mikroorganisme yang membutuhkan CO2 untuk memenuhi suplai karbonnya. 3) Phototrops microorganism, merupakan mikroorganisme yang hanya mengandalkan cahaya sebagai sumber energinya. 4) Chemotrops microorganism, merupakan mikroorganisme yang mengekstrak energi dari proses oksidasi reduksi material organik atau anorganik. 5) Lithotrops microorganism, merupakan mikroorganisme yang mengekstrak energi dari proses oksidasi material organik. 6) Organotrops microorganism, merupakan mikroorganisme yang mengekstrak energi dari proses oksidasi material anorganik.



Pendahuluan



5



b.



c.



Berdasaran kebutuhan oksigen 1) 2)



Obligate Aerobes, merupakan mikroorganisme yang hanya bisa hidup dengan kehadiran oksigen.



3)



Facultative Anaerobes, merupakan mikroorganisme yang memanfaatkan oksigen untuk proses oksidasi/reduksi,



Obligate Anaerobes, merupakan mikroorganisme yang tidak dapat hidup dengan adanya kehadiran oksigen.



namun dalam kondisi tertentu dapat hidup tanpa kehadiran oksigen. Dalam kondisi anoksik, bakteri anaerob fakultatif yang disebut juga sebagai denitrifier memanfaatkan nitrit (NO2-) dan nitrat (NO3-) untuk menggantikan peran oksigen. Nitrat-nitrogen dapat dikonversikan menjadi gas nitrogen dalam kondisi tidak adanya oksigen (proses anoxic denitrification). Berdasarkan temperatur 1) Hyperthermophile (>60oC) 2) Thermophile (pertumbuhan optimal pada rentang 45 hingga 122oC) 3) Mesophile (20 hingga 45oC) 4) Psychrotrophs (dapat bertahan pada temperatur 0oC, namun lebih baik pada temperatur mesophilic) 5) Psychrophiles (-15 hingga 10oC atau lebih rendah lagi)



Degradasi Organik secara Anaerob Proses penguraian material organik yang terkandung di dalam air limbah domestik secara anaerob terjadi melalui beberapa tahapan reaksi, baik secara seri maupun paralel. Terdapat setidaknya empat tahapan, yakni (1) hidrolisis, (2) acidogenesis,



(3) acetogenesis, dan (4) methanogenesis. Tahapan proses degradasi tersebut dapat dilihat pada Gambar 1-5. Proses degradasi organik melibatkan rantai makanan yang kompleks dengan jenis mikroorganisme yang beragam. Secara umum, mikroorganisme tersebut mengubah material organik menjadi metan (CH 4), karbon dioksida (CO2), ammonia (NH3), hidrogen sulfida (H2S), dan air (H2O). Terdapat beberapa jenis bakteri yang berperan dalam reaksi tersebut, diantaranya fermentative bacteria, hydrogen-producing acetogenic bacteria, hydrogen-consuming acetogenic bacteria, carbon dioxide reducing methanogens, dan aceticlastic methanogens.



Secara umum, tahapan penguraian material organik tersebut dapat dideskripsikan sebagai berikut: a. Hidrolisis Pada tahapan hidrolisis, enzim diekskresikan oleh bakteri fermentasi (sehingga disebut sebagai “exoenzymes”) yang mengubah material organik yang kompleks menjadi lebih sederhana dengan senyawa yang terlarut sehingga dapat masuk dengan relatif mudah melewati dinding dan membran sel bakteri fermentasi.



b.



Acidogenesis Acidogenesis merupakan proses yang mengubah senyawa sederhana menjadi asam organik yang mudah menguap. Pada



c.



tahapan ini senyawa yang terlarut di dalam sel bakteri fermentasi akan diubah menjadi senyawa yang lebih sederhana. Adapun senyawa-senyawa yang dihasilkan, diantaranya volatille fatty acid (VFAs), alkohol, lactic acid, CO2, H2, NH3, H2S, dan sel baru. Acetogenesis Pembentukan asam dari senyawa-senyawa organik sederhana dilakukan oleh bakteri-bakteri penghasil asam yang terdiri



d.



dari sub divisi acid/farming bacteria dan acetogenic bacteria. Asam propionat dan butirat diuraikan oleh acetogenic bacteria menjadi asam asetat, hidrogen (H2), karbon dioksida (CO2), dan sel baru. Methanogenesis Methanogenesis merupakan tahap dominasi perkembangan sel mikroorganisme dengan spesies tertentu yang menghasilkan metana. Pada tahap ini terjadi konversi asam organik menjadi metana, karbon dioksida, dan gas-gas lain seperti hidrogen sulfida, hidrogen, dan nitrogen. Pembentukan metana dilakukan oleh bakteri penghasil metana yang terdiri dari sub divisi acetocalstic methane bacteria yang menguraikan asam asetat menjadi metana dan karbon dioksida.



6



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



Karbon dioksida dan hidrogen yang terbentuk dari reaksi penguraian di atas, disintesa oleh bakteri pembentuk metana menjadi metana dan air. Proses pembentukan asam dan gas metana dari suatu senyawa organik sederhana melibatkan banyak reaksi percabangan. Complex Organic Matter [Carbohydrates, Proteins, Lipids] Hydrolysis [Extra-cellular Enzymes] Simpler Organic Compounds [Sugar, Amino Acids, Peptides] Acidogenesis [Fermentative Bacteria] Volatile Fatty Acids [Propionate, Butyrate, etc]



Acetogenesis [Hydrogen Producing Acetogenic Bacteria] Hydrogen & Carbon Dioxide



Acetate Acetogenesis [Hydrogen Consuming Acetogenic Bacteria]



Methanogenesis [Hydrogen Using Methanogenic Bacteria]



Methane & Carbon Dioxide



Methanogenesis [Acetoclastic Methanogenic Bacteria]



Gambar 1-5. Biokimia pada Proses Pengolahan Biologi secara Anaerob Sumber: Pescod, 1992



Selama proses oksidasi anaerob, energi yang dihasilkan relatif kecil sehingga jumlah produksi sel baru relatif kecil. Kondisi ini mengakibatkan jumlah lumpur yang dihasilkan dalam proses anaerob sangat sedikit jika dibandingkan dengan pengolahan biologi secara aerob. Degradasi Organik secara Aerob Dalam proses degradasi material organik secara aerob, oksigen harus hadir sebagai satu-satunya akseptor elektron dalam proses biokimia. Bakteri aerobic heterotrophic memegang peranan yang dominan dalam proses pengolahan secara aerob. Pada awal proses degradasi, bakteri fermentasi berperan penting dalam mengubah materi organik karbon yang kompleks (karbohidrat, protein, dan lipid) menjadi organik yang lebih sederhana sehingga senyawa-senyawa terlarut lebih mudah untuk masuk melewati dinding dan membran sel bakteri. Secara umum, proses degradasi material organik karbon dapat dilihat pada Gambar 1-6.



Pendahuluan



7



Complex Organic Matter [Carbohydrates, Proteins, Lipids] Hydrolysis [Extra-cellular Enzymes]



Simpler Organic Compounds Oxygen Dikenal



Synthesis



dengan



Aerobic Microorganisms Energy



Bioflok



PROTOPLASM (New Cells)



END PRODUCT [Carbon Dioxide, Water, Ammonia, etc]



Gambar 1-6. Biokimia pada Proses Pengolahan Biologi secara Aerob Sumber: Pescod, 1992



Tahap selanjutnya, organik yang lebih sederhana akan teroksidasi dengan kehadiran oksigen di dalam air limbah domestik.



Reaksi stokiometri oksidasi dan sintesis material organik karbon dapat dideskripsikan secara umum sebagai berikut:



“organik + O + nutrien Bakteri CO +NH + C H NO + produk akhir” 2



2



3



5 7



2



C5H7NO2 merupakan sel baru atau protoplasma yang juga sering disebut sebagai bioflock. Ketika material organik telah habis terkonsumsi, maka sel akan mulai mengonsumsi jaringan sel mereka sendiri. Hal ini bertujuan untuk mempertahankan kebutuhan energi dalam proses metabolisme sel. Proses ini disebut pula sebagai endogenous respiration. Reaksi stokiometri endogenous respiration sebagai berikut:



C5H7NO2+O2



Bakteri



5CO2+2H2O+NH3+energi”



Proses degradasi organik karbon dapat berlangsung optimum pada rentang pH netral. Menurut Metcalf & Eddy (2003), konsentrasi DO minimum harus mencapai 2 mg/L. Oleh karena itu, penting dalam perencanaan sistem pengolahan biologi secara aerob memerhatikan suplai udara/oksigen. Terdapat beberapa metode yang dapat digunakan dalam mensuplai oksigen ke dalam pengolahan aerob. Metodemetode tersebut akan dibahas pada bab selanjutnya terkait perencanaan rinci unit operasi dan proses.



Nitrifikasi dan Denitrifikasi Di dalam air limbah domestik, nitrogen hadir dalam bentuk organik (N-organik) dan sebagai amonia-nitrogen (NH 4-N). Perencana harus memerhatikan potensi tingginya konsentrasi amonia di dalam air limbah domestik. Hal ini dikarenakan, amonia telah menjadi salah satu parameter yang harus dipenuhi berdasarkan Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Nomor P.68/Menlhk/Setjen/Kum.1/8/2016 tentang Baku Mutu Air Limbah Domestik. Konsentrasi amonia yang terkandung di dalam efluen pengolahan air limbah domestik tidak boleh melebihi 10 mg/L. Nitrifikasi merupakan istilah yang digunakan untuk mendeskripsikan proses oksidasi amonia (NH 4-) dalam kondisi aerob, dibantu oleh bakteri Nitrosomonas, menjadi nitrit (NO 2-). Nitrit selanjutnya dioksidasi dalam kondisi aerob dengan bantuan bakteri nitrobacter menjadi nitrat (NO 3). Gambar 1-7 memperlihatkan bahwa proses nitrifikasi melibatkan dua jenis bakteri aerobic autotrophic, yakni nitrosomonas dalam proses oksidasi amonia ke nitrit dan nitrobacter dalam proses oksidasi nitrit menjadi nitrat. Oleh karena itu, proses nitrifikasi hanya dapat terjadi pada unit pengolahan biologi secara aerob, baik dengan 8



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



pertumbuhan tersuspensi (suspended growth) maupun terlekat (attached growth). Nitrifikasi dapat terjadi pada lingkungan pH 6,8 hingga 8,0 (Davis, 2011) atau 7,0 hingga 7,2 (Metcalf & Eddy, 2003). Pada tahap berikutnya, nitrat dapat disisihkan dengan tujuan untuk meminimalkan dampak terjadinya fenomena eutrofikasi di badan air penerima. Nitrat dapat direduksi menjadi nitric oxide (NO), nitrous oxide (N2O), dan gas nitrogen (N2). Proses ini juga melibatkan peran bakteri pereduksi nitrat diantaranya Pseudomonas, Alkaligenes, Bacillus, dan lainlain. Dalam proses reduksi nitrat menjadi nitrogen gas, konsentrasi oksigen terlarut harus mendekati nol, atau pada kondisi anoksik. Anoksik merupakan kondisi lingkungan ketika tidak adanya molekul oksigen, oksigen hanya ditemukan dalam ikatan nitrit/nitrat. Mikroorganisme membutuhkan organik karbon sebagai sumber makanan untuk mengkonversi nitrogen. Mikroorganisme akan memetabolisme material organik di dalam air limbah domestik, merubahnya menjadi karbon dioksida. Proses ini akan menurunkan BOD di dalam air limbah domestik.



Gambar 1-7. Proses Nitrifikasi dan Denitrifikasi



Penyisihan Phosphor Senyawa phosphor (fosfor) berpotensi terkandung di dalam air limbah domestik dalam bentuk organik maupun anorganik. Terdapat kurang lebih 70% senyawa fosfor ditemukan dalam bentuk anorganik, yakni Orthophosphate (PO4-3) dan Polyphosphate (P2O7). Senyawa fosfor dalam air limbah domestik bersumber dari aktivitas pencucian dengan menggunakan deterjen. Dalam proses biokimia di pengolahan tahap kedua – biologi, senyawa fosfor digunakan dalam metabolisime mikroorganisme di dalam air limbah domestik. Senyawa fosfor dapat direduksi di dalam air limbah domestik sehingga membentuk biomassa yang akan terendapkan berupa lumpur. Penyisihan fosfor pada pengolahan tahap kedua/pengolahan biologi dapat mencapai 10 hingga 30% dari konsentrasi awal pada influen air limbah domestik.



Gambar 1-8 mengilustrasikan proses metabolisme dalam proses pelepasan dan penyisihan senyawa fosfor yang dibantu oleh peran mikroorganisme yakni polyphosphate-accumulating organisms (PAO). PAO merupakan kelompok mikroorganisme yang membantu proses penyisihan fosfor dalam jumlah tertentu. Dalam kondisi anaerob maupun anoksik, biomassa melepaskan senyawa fosfor anorganik berbentuk orthophospat (PO 4-3). Selanjutnya, pada kondisi aerob, PAO akan menyerap fosfor untuk proses metabolisme sel membentuk sel baru.



Pendahuluan



9



Gambar 1-8. Pelepasan dan Penyisihan Fosfor pada Lingkungan Aerob dan Anaerob Sumber: Qasim, 1999



Pemilihan Teknologi Aerobik dan Anaerob Proses pengolahan air limbah domestik dengan menggunakan teknologi aerob membutuhkan waktu yang relatif lebih singkat dibandingkan dengan teknologi anaerob. Namun, pada teknologi ini membutuhkan suplai oksigen dengan aerator yang akan berdampak pada biaya investasi, pengoperasian, dan pemeliharaan. Kelebihan dan kekurangan teknologi aerob dan anaerob dapat dilihat pada Tabel 1-1. Tabel 1-1. Karakteristik Pengolahan Anaerobik dan Aerobik



No 1 2 3 4 5 6 7 8



Parameter Anaerobik Kebutuhan energi Rendah Tingkat pengolahan 95% Produksi lumpur Rendah Stabilitas proses terhadap Rendah sampai sedang toksik dan perubahan beban Kebutuhan nutrien Rendah Bau Berpotensi menimbulkan bau Produksi biogas Ada (dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi) Start-up time



Aerobik Tinggi 60-90% Tinggi Sedang sampai tinggi Tinggi Tidak terlalu berpotensi menimbulkan bau Tidak ada



2–4 bulan



2–4 minggu



Sumber: Eckenfelder, W.W., Patoczka, J.B., and Pulliam, G.W.(1988). Anaerobic Versus Aerobic Treatment In The USA.in: Anaerobic Digestion 1988, E.R.Hall and P.N.Hobson(eds.),Pergamon Press New York.



1.2.3 Pengolahan Tahap Ketiga Pengolahan tahap ketiga harus dilakukan jika masih terdapat parameter yang belum memenuhi baku mutu lingkungan yang berlaku sesuai dengan Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Nomor P.68/Menlhk/Setjen/Kum.1/8/2016 tentang Baku Mutu Air Limbah Domestik. Hal ini dapat diketahui setelah analisis kesetimbangan massa terhadap seluruh parameter berdasarkan hitungan detail yang dilakukan dalam perencanaan. Perencanaan terhadap tahapan ketiga harus dilakukan agar efluen IPALD dapat memenuhi seluruh parameter yang berlaku. Beberapa parameter yang perlu diperhatikan, yakni total koliform, amonia nitrogen, fosfor, dan total suspended solid (TSS). Gambar 2-2 pada Buku Utama Pedoman menunjukkan



10



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



beberapa alternatif teknologi yang dapat digunakan dalam pengolahan polutan yang berpotensi masih melebih baku mutu lingkungan yang berlaku. Adapun beberapa proses yang dapat dilakukan dalam pengolahan tahap ketiga, yakni desinfeksi, aerasi, flokulasi-koagulasi, filtrasi, dan wetland.



Desinfeksi Desinfeksi merupakan salah satu proses pengolahan yang berfungsi untuk mengurangi mikroorganisme patogen yang berpotensi terkandung di dalam air limbah domestik. Mikroorganisme patogen dapat menjadi sumber penyebab penyakit bagi manusia. Klorinasi merupakan salah satu bahan kimia yang sering digunakan sebagai desinfektan sejak tahun 1850. Penggunaan klorinasi sudah dilakukan untuk mengurangi mikroorganisme patogen baik pada air minum maupun air limbah domestik. Namun, senyawa tersebut berpotensi bersifat karsinogenesis karena proses klorinasi berpotensi dapat membentuk chlorinated hydrocarbon (Qasim, 1999). Oleh karena itu, metode lain perlu dipertimbangkan untuk dapat digunakan dalam proses desinfeksi. Secara umum terdapat dua metode desinfeksi yang dapat digunakan dalam mengolah air limbah domestik, khususnya menyisihkan mikroorganisme patogen. Adapun dua metode tersebut yakni metode fisika dan kimia. Metode fisika dilakukan dengan memanfaatkan panas dan radiasi baik radiasi ultraviolet maupun gamma sedangkan metode kimia dapat dilakukan dengan menggunakan senyawa kimia seperti agen pengoksidasi (klorin, bromin, dan iodin), alkohol, phenol, dan lain-lain. Desinfeksi dengan menggunakan panas atau disebut juga sebagai proses pasteurisasi dapat digunakan dalam mengolah air limbah domestik khususnya untuk pengolahan lumpur. Namun, menurut Qasim (1999), proses ini sulit untuk dapat diterapkan dalam mendesinfeksi air karena energi yang dibutuhkan akan sangat besar sehingga menyebabkan tingginya biaya operasional IPALD. Metode radiasi gamma dapat dilakukan dengan memanfaatkan Kobalt 60. Metode ini dinilai memiliki efisiensi yang sangat baik dalam proses desinfeksi mikroorganisme patogen, baik pada air limbah domestik maupun lumpur dalam proses pengolahan lumpur. Namun, faktor keamanan menjadi pertimbangan yang harus diperhatikan ketika menggunakan proses radiasi karena potensi dampak negatif yang sangat besar terhadap manusia.



Gambar 1-9. Faktor Utama dalam Penyisihan Mikroorganisme Patogen di dalam Kolam Maturasi Sumber: Verbyla, Sperling, & Maiga, 2017



Pendahuluan



11



Metode desinfeksi dengan memanfaatkan radiasi ultraviolet dinilai merupakan metode fisik yang terbaik karena tidak memiliki resiko keamanan dan tidak meninggalkan residu bahan kimia berbahaya bagi manusia. Proses desinfeksi dengan menggunakan radiasi ultraviolet sudah cukup banyak diterapkan di IPALD maupun IPLT di Indonesia. Di Indonesia, metode ini dinilai cukup efektif karena posisi Indonesia yang berada di daerah tropis memungkinkan proses penyinaran yang lebih lama. Desinfeksi dengan menggunakan radiasi ultraviolet dapat terjadi pada Kolam Maturasi yang merupakan rangkaian dari Kolam Stabilisasi (Anaerobik/Aerobik – Fakultatif – Maturasi). Penetrasi sinar matahari menjadi sangat penting dalam proses desinfeksi pada kolam maturasi. Oleh karena itu, pengaturan kedalaman yang efektif harus dilakukan sehingga penetrasi sinar matahari dapat terjadi. Terdapat faktor-faktor lain yang mempengaruhi proses desinfeksi pada kolam maturasi dengan menggunakan radiasi ultraviolet yakni waktu kontak atau detention time dan kekeruhan atau materi tersuspensi yang dapat menggangu penetrasi sinar ke dalam air di dalam kolam. Ilustrasi proses desinfeksi menggunakan radiasi ultraviolet dapat dilihat pada Gambar 1-9. Selain metode kolam, penyinaran ultraviolet saat ini juga dapat dilakukan dengan memanfaatkan sinar ultraviolet buatan. Teknologi sinar ultraviolet buatan saat ini telah cukup banyak berkembang untuk mengolah baik air limbah maupun air bersih/minum.



Koagulasi Flokulasi Koagulasi flokulasi merupakan salah satu metode pengolahan yang ditujukan untuk mengendapkan material tersuspensi, terlarut maupun koloid. Koagulasi didefinisikan sebagai proses destabilisasi partikel koloid tersuspensi dengan bantuan bahan kimia yang disebut sebagai polimer koagulan. Proses pencampuran bahan kimia koagulan dilakukan dengan kondisi aliran turbulen atau menggunakan pengadukan cepat mekanik. Kondisi turbulen akan mempermudah proses pencampuran polimer dan air limbah domestik yang akan diolah.



Gambar 1-10. Ilustrasi Proses Koagulasi dan Flokulasi Flokulasi merupakan sebuah proses untuk mendestabilisasi agregat yang memiliki ukuran partikel lebih besar sebagai lanjutan dari proses koagulasi. Destabilisasi agregat dari proses koagulasi dilakukan untuk meningkatkan ikatan antar partikel sehingga membentuk partikel dengan ukuran dan massa yang lebih besar dan lebih mudah untuk diendapkan secara gravitasi. Flokulasi dilakukan dalam kecepatan aliran yang rendah menggunakan sistem kanal atau saluran terbuka maupun pengadukan mekanik. Dalam perencanaan bangunan pengolahan koagulasi flokulasi, penentuan dosis polimer yang tepat menjadi kunci efektifitas pengendapan partikel di dalam air limbah domestik. Penentuan dosis polimer harus dilakukan di laboratorium agar mendapatkan dosis optimum yang tepat sesuai dengan karakteristik air limbah domestik yang akan diolah.



Filtrasi Pengolahan air limbah domestik pada tahap lanjutan menggunakan filtrasi dapat dilakukan untuk menyisihkan partikel solid tersuspensi yang masih terkandung di dalam air limbah domestik. Proses tersebut dilakukan melalui pengaliran air limbah domestik dari Tahap Ketiga ke dalam sebuah media berpori. Hal ini menyebabkan partikel akan tertahan dalam media. Terdapat beberapa jenis metode filtrasi yang ditujukkan untuk menyisihkan berbagai ukuran partikel. Gambar 111 menunjukkan beberapa metode filtrasi yang dapat digunakan berdasarkan ukuran partikel yang akan disisihkan. 12



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



Gambar 1-11. Karakteristik Partikel dan Alternatif Metode Filtrasi Sumber: www.ces.uoguelph.ca



Lahan Basah (Wetland) Wetland atau lahan basah atau kolam sanita merupakan salah satu metode pengolahan air limbah domestik yang dapat digunakan dengan memanfaatkan peran tanaman. Metode pengolahan yang disebut pula dengan phytoremediasi memanfaatkan tanaman untuk menyisihkan polutan yang terkandung di dalam air limbah domestik baik organik maupun anorganik. Menurut Prasad (2006), terdapat beberapa proses yang terjadi di dalam pengolahan menggunakan wetland. Adapun proses tersebut, yakni:



a. b. c. d.



filtrasi dan penyisihan kontaminan pengendapan padatan tersuspensi presipitasi, adsorpsi, dan penyerapan logam; dan dekomposisi organik karbon oleh mikroorganisme.



Ilustrasi proses pengolahan air limbah domestik di dalam wetland dapat dilihat pada



Gambar 1-12. Mekanisme Umum dalam Pengolahan Menggunakan Wetland



Pendahuluan



13



Metode pengolahan air limbah domestik dengan memanfaatkan teknologi wetland memiliki efektifitas yang baik, relatif murah, dan tidak rumit dalam pengoperasian dan perawatan. Namun, pengolahan dengan metode ini membutuhkan waktu detensi yang relatif lama sehingga untuk mengolah air limbah domestik dengan volume yang besar membutuhkan lahan yang besar pula. 1.2.4 Pengolahan Tahap Lanjutan Pengolahan tahap lanjutan merupakan pilihan yang dapat direncanakan dengan tujuan tertentu, salah satunya untuk pemanfaatan air dalam lingkup terbatas sesuai dengan peraturan yang baku mutu lingkungan yang berlaku.



1.2.5 Tahap Pengolahan Lumpur Pada tahapan ini, lumpur yang bersumber dari Sedimentasi Pertama dan Kedua akan diolah dengan menggunakan beberapa alternatif teknologi sebelum dibuang atau dimanfaatkan kembali. Lumpur yang merupakan hasil dari proses pengolahan air limbah domestik berpotensi mengandung mikroorganisme yang dapat membawa bibit penyakit baik berupa organik maupun anorganik sehingga dapat bersifat toksik terhadap manusia atau lingkungan. Oleh karena itu, pengelolaan lumpur yang tepat, efektif, dan efisien merupakan bagian yang penting dalam perencanaan IPALD. LUMPUR SEDIMENTASI PERTAMA



PEMEKATAN



STABILISASI



PENGERINGAN



(THICKENING)



(STABILIZATION)



(DEWATERING)



PEMANFAATAN



LUMPUR SEDIMENTASI KEDUA (CLARIFIER)



Gambar 1-13. Tahapan Pengolahan Lumpur Lengkap



Terdapat beberapa tahapan yang dapat direncanakan untuk mengolah lumpur yakni pemekatan atau pengentalan, stabilisasi lumpur, penirisan/pengeringan, dan pemanfaatan lumpur. Skematik umum tahap pengolahan lumpur dapat dilihat pada Gambar 1-13. Pemekatan Lumpur (Sludge Thickening) Pemekatan lumpur dilakukan dengan tujuan untuk mengurangi kadar air di dalam lumpur. Hal ini dilakukan agar dapat mengurangi volume total lumpur yang harus diolah pada pengolahan selanjutnya. Berkurangnya volume lumpur yang harus diolah akan berdampak langsung pada volume unit pengolahan, energi listrik, dan kebutuhan bahan kimia yang berpotensi digunakan di dalam pengolahan selanjutnya. Karakteristik lumpur dari beberapa sumber pada IPALD dapat dilihat pada



Tabel 1-2. Pengurangan kadar air di dalam lumpur dapat dilakukan dengan beberapa metode, diantaranya pengendapan secara gravitasi, flotasi dengan udara, dan sentrifugasi. Proses pemekatan dengan menggunakan metode pengendapan secara gravitasi pada dasarnya memiliki proses yang sama dengan sedimentasi. Pengendapan lumpur dapat dikategorikan sebagai Sedimentasi Tipe 4. Padatan sebagai hasil pengendapan dari Sedimentasi Pertama dan Kedua akan mengendap dan memadat sehingga memiliki konsentrasi padatan yang lebih besar. Ilustrasi konsentrasi lumpur di dalam unit pengolahan pemekatan (thickener) dapat dilihat pada Gambar 1-14. Pada proses pemekatan ini, konsentrasi solid dapat mencapai kurang pada rentang 2 hingga 10%, tergantung pada jenis lumpur yang masuk (Lihat Tabel 1-2).



14



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



Gambar 1-14. Konsentrasi Lumpur di Unit Pengolahan Pemekatan Sumber: Qasim, 1999



Tabel 1-2. Karakteristik Lumpur



No 1 2 3 4



Sumber Lumpur Sedimentasi 1 Pada Pengolahan Tahap Pertama Lumpur Aktif pada Pengolahan Tahap Kedua (Biologi) Lumpur dari Trickling Filter Campuran Lumpur Sedimentasi 1 dan Lumpur Aktif



Konsentrasi



Konsentrasi



Padatan Influen (%)



Padatan Setelah Pemekatan (%)



1,0–7,0



5,0–10,0



85–98



0,2–1,5



2,0–4,0



60–85



1,0–4,0



2,0–6,0



80–92



0,5–2,0



4,0–6,0



85–92



Efisiensi Pemekatan (%)



Sumber: Qasim, 1999



Stabilisasi Lumpur (Sludge Stablization) Stabilisasi lumpur bertujuan untuk mendegradasi mikroorganisme yang bersifat patogen, bau, dan pembusukan material organik yang masih terkandung di dalam lumpur. Stabilisasi lumpur dapat dilakukan dengan menggunakan metode biologi baik anaerob maupun aerob, kimia, dan fisika. Stabilisasi dengan menggunakan proses biologi anaerob dilakukan dengan cara mengalirkan lumpur ke dalam ruang atau tangki yang kedap udara sehingga oksigen tidak hadir dalam proses stabilisasi. Proses stabilisasi secara anaerob dilakukan dengan menggunakan bantuan bakteri anaerob. Proses ini menghasilkan karbon dioksida dan gas metana yang dapat dimanfaatkan. Secara umum, proses biokimia stabilisasi lumpur secara anaerob sama dengan pengolahan air limbah domestik yang telah diuraikan pada Sub Bab 1.2.2. Proses stabilisasi anaerobik dibagi menjadi tiga proses yakni hidrolisis, acid, dan metana. Bakteri pembentukan metana memegang peranan penting dalam proses stabilisasi secara anaerobik. Pembentukan metana sangat sensitif terhadap perubahan pH, komposisi substrat, dan temperatur. Stabilisasi anaerobik kebanyakan dioperasikan pada temperatur mesophilic (35–40oC). Namun, unit ini dapat beroperasi secara optimal pada kondisi thermophilic (45–65oC). Nilai pH lumpur juga harus dipertahankan pada rentang nilai netral karena proses stabilisasi berpotensi berhenti ketika nilai pH berada di bawah 6,0. Metode stabilisasi lumpur secara aerob dilakukan dengan mensuplai sejumlah udara ke dalam reaktor sehingga bakteri aerob



Pendahuluan



15



dapat tumbuh dan mendegradasi material organik dan sel mikroorganisme (endogenous respiration) yang terkandung di dalam lumpur. Proses ini sama dengan proses yang ada pada pengolahan lumpur aktif. Proses stabilisasi aerob membutuhkan waktu 10–20 hari untuk mencapai stabilisasi yang sempurna. Dibandingkan dengan stabilisasi anaerob, metode ini dinilai lebih efisien dan efektif, biaya pengoperasian yang rendah, dan tidak menimbulkan bau.



Penirisan (Dewatering) dan Pengeringan (Drying) Lumpur pekat dari proses stabilisasi selanjutnya akan diolah untuk mengurangi kadar air sehingga volume lumpur dapat berkurang. Hal ini dilakukan agar penanganan selanjutnya relatif lebih mudah dan tidak membutuhkan kapasitas pengolahan atau penyimpanan yang besar. Terdapat beberapa teknologi yang dapat digunakan dalam proses penirisan lumpur, diantaranya sludge drying bed, belt filter press, dan filter press. Namun, untuk mencapai proses penirisan yang efektif, pengkondisian lumpur (sludge conditioning) harus dipertimbangkan untuk direncanakan. Hal ini bertujuan untuk mempermudah proses pengikatan padatan di dalam lumpur sehingga lebih mudah untuk dikeringkan. Pengkondisian lumpur biasanya dilakukan dengan mencampurkan lumpur dengan bahan kimia polimer. Terdapat dua jenis bahan kimia yang dapat digunakan, yakni bahan kimia anorganik dan organik. Bahan kimia anorganik yang dapat digunakan, diantaranya ferric chloride, kapur (lime), ferrous sulfate, dan alum. Ferric chloride dicampurkan ke dalam lumpur bertujuan agar terhidrolisis di dalam air dan mendestabilisasi padatan di dalam lumpur. Hal ini menyebabkan padatan tersebut membentuk agregat sehingga dapat meningkatkan konsentrasi padatan kering (dry solid concentration) hingga mencapai 20–30%. Bahan kimia organik yang umum digunakan dalam pengkondisian lumpur yakni polimer organik atau polyelectrolytes.



1.3 Tahapan Penghitungan Penghitungan detail setiap unit pengolahan beserta prasarana dan sarana pendukungnya dilakukan secara bertahap berdasarkan data-data perencanaan yang telah dikumpulkan. Data awal yang dibutuhkan dalam penghitungan bangunan IPALD diantaranya yakni debit air limbah domestik baik pada kondisi minimum, rata-rata, maupun maksimum dan kualitas air limbah domestik berdasarkan pengujian laboratorium.



Adapun tahapan penghitungan bangunan IPALD dapat dilihat pada Gambar 1-15. DATA



MENETAPKAN TEKNOLOGI TERPILIH



`



MENETAPKAN KRITERIA DISAIN UNIT-UNIT PENGOLAHAN



MELAKUKAN ANALISIS PROFIL HIDROLIS IPALD



`



MELAKUKAN PERHITUNGAN UNIT OPERASI DAN PROSES



MELAKUKAN PERHITUNGAN TERHADAP JARINGAN PIPA DISTRIBUSI ATAU SALURAN TERBUKA ANTAR UNIT PENGOLAHAN



MELAKUKAN ANALISIS KESETIMBAGAN MASSA UNTUK DEBIT, BOD, COD, DAN TSS



MENETAPKAN TATA LETAK (PLANT LAYOUT)



GAMBAR TEKNIK



Gambar 1-15. Tahapan Penghitungan Bangunan Utama IPALD



16



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



2. BANGUNAN INLET 2.1 Bak/Sumur Pengumpul Bangunan bak atau sumur pengumpul pada inlet sub-sistem pengolahan terpusat merupakan salah satu bangunan pendukung yang berfungsi untuk mengumpulkan air limbah domestik dari sub-sistem pengumpulan. Bangunan inlet penting untuk direncanakan karena umumnya posisi sub-sistem pengumpulan yang menuju ke sub-sistem pengolahan terpusat berada pada elevasi yang rendah di bawah permukaan tanah sehingga memerlukan upaya pemompaan untuk menaikkan elevasi air agar dapat dialirkan secara gravitasi ke setiap unit pengolahan.



Perencanaan bak atau sumur pengumpul bergantung pada tipe, konfigurasi, dan kontrol (konstan atau variabel kecepatan atau elevasi muka air) pompa yang digunakan. Sumur pengumpul direncanakan dengan kapasitas yang cukup besar untuk mencegah kerja pompa yang terus menerus. Namun, kapasitas sumur pengumpul juga harus memerhatikan waktu detensi yang tidak terlalu lama sehingga berpotensi mengakibatkan terjadi proses biologi yang menimbulkan bau berlebihan. Oleh karena itu, waktu detensi yang dapat digunakan dalam sumur pengumpul yakni < 10 menit (merujuk pada Permen PUPR No. 04 Tahun 2017). Penentuan volume dapat dilakukan dengan menghitung waktu detensi yang telah ditetapkan dengan debit air limbah yang masuk ke dalam sumur pengumpul. Persamaan yang dapat digunakan, yakni:



V=



900 Qp S



........................................ Persamaan 2-1



di mana: V = volume antara level switch-on dan switch-off (m3) S = waktu siklus, dengan kriteria: - ≤ 6 kali untuk dry pit motor ( ≤20 kW) - 4 kali untuk dry pit motor (25-75 kW) - 2 kali untuk dry pit motor (100-200 kW) - 10 kali untuk pompa selam Qp = debit pompa (m3/detik) -> merupakan debit puncak Kedalaman sumur pengumpul direncanakan dengan mempertimbangkan jenis atau tipe pompa. Setiap pompa memiliki ketinggian air minimum untuk menjaga operasional pompa dapat berjalan dengan baik. Selanjutnya, penentuan dimensi, panjang dan lebar, sumur pengumpul dapat ditentukan menyesuaikan dengan kondisi lahan. Pengaliran air limbah domestik dengan menggunakan pompa pada sumur pengumpul dilakukan dengan menggunakan elevasi muka air sebagai kontrol operasional pompa. Oleh karena itu, terdapat ruang kontrol yang berfungsi untuk mengendalikan operasional mekanikal dan elektrikal pompa secara otomatis. Perencanaan mekanikal elektrikal pada komponen pompa dapat dilihat pada Buku E. Terdapat komponen penting yang juga harus diperhatikan dalam sumur pengumpul inlet, yakni keberadaan saringan (screen) yang berfungsi untuk menahan atau menyisihkan material padat seperti sampah. Unit saringan pada umumnya dapat diletakkan di dua lokasi, yakni sebelum pompa atau setelah pompa. Jika pompa yang direncanakan merupakan pompa celup (submersible pump), maka unit saringan dipasang sebelum pompa untuk mencegah terganggunya pompa akibat penyumbatan. Jika pompa yang digunakan adalah pompa ulir atau screw pump, maka unit saringan dapat diletakan tepat setelah pompa. Tipe dan metode penghitungan unit saringan dapat dilihat pada Bab 3. Beberapa contoh gambar bak atau sumur pengumpul dapat dilihat pada Gambar 2-1 sampai Gambar 2-3.



Bangunan INLET



17



Gambar 2-1. Contoh 1 Bak Pengumpul Inlet Sumber: http://web.deu.edu.tr



Gambar 2-3. Contoh 3 Bak Pengumpul Inlet Sumber: http://web.deu.edu.tr



Gambar 2-2. Contoh 2 Bak Pengumpul Inlet Sumber: http://web.deu.edu.tr



Gambar 2-4. Contoh 4 Bak Pengumpul Inlet dengan Screw Pump Sumber: UNIDO, 2015



2.2 Stasiun Pompa Melekat pada bangunan bak atau sumur pengumpul, stasiun pompa dibangun dengan tujuan untuk menaikkan elevasi air limbah domestik sehingga sub-sistem pengolahan terpusat dapat direncanakan dengan metode aliran gravitasi. Masing-masing tipe stasiun pompa pada Gambar 2-5 memiliki kelebihan dan kekurangan yang harus dipertimbangkan baik dalam aspek teknis maupun non teknis. Stasiun pompa pada sumur kering (dry well pump) pompa lebih mudah untuk diakses untuk perawatan, sedangkan pada sumur basah (wet well pump) pompa harus ditarik terlebih dahulu untuk proses perawatan. Namun, pada stasiun pompa sumur basah tidak membutuhkan ruang khusus seperti stasiun pompa sumur kering sehingga biaya investasi terhadap kebutuhan lahan relatif lebih rendah. Pemilihan jenis pompa dapat mempengaruhi secara langsung terhadap desain prasarana dan sarana pada bak atau sumur pengumpul. Perencanaan pompa yang meliputi pemilihan dan penghitungan dapat dilihat secara detail pada Buku D.



18



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



(A)



(B)



Gambar 2-5. Tipe Stasiun Pompa: (A) Pompa pada Sumur Kering (Dry Well Pump), (B)Pompa Sumur Basah (Wet Well Pump)



Sumber: Qasim, 1999



Terdapat beberapa aspek yang perlu dipertimbangkan dalam perencanaan pemompaan air limbah domestik, yakni:



a.



Kebutuhan head total, harus dihitung dengan seksama dengan mempertimbangkan total head loss yang dapat diakibatkan karena head loss major maupun head loss minor.



b.



Ketersediaan Pompa. Perencanaan pompa juga harus mempertimbangkan ketersediaan spesifikasi pompa dari produsen. Faktor ini akan mempengaruhi jumlah pompa yang harus disediakan di dalam rumah pompa.



c.



Rencana Pengembangan. Perencanaan pompa harus memerhatikan tahapan perencanaan. Debit air limbah domestik tentu tidak dapat dicapai langsung dalam satu periode penyambungan sambungan rumah. Oleh karena itu, perencanaan pompa, khususnya terkait dengan jumlah pompa, dapat disesuaikan dengan rencana atau tahapan perencanaan SPALD-T. Hal ini dilakukan agar ketika start-up energi pompa yang dibutuhkan tidak besar.



Bangunan INLET



19



3. PENGOLAHAN TAHAP PERTAMA Pengolahan pertama ditujukkan untuk menyisihkan sampah, pasir, dan material tersuspensi (suspended solid) yang dilakukan dengan menggunakan metode pengolahan fisik. Metode fisik yang digunakan dalam tahapan ini dapat dilakukan dengan cara memanfaatkan perbedaan ukuran dan berat/massa dari material/partikel yang terkandung di dalam air limbah domestik. Terdapat beberapa teknologi yang digunakan dalam tahap pengolahan pertama yakni Saringan Sampah (Screen), Bak Penyisih Pasir (Grit Chamber), Bak Ekualisasi (Equalization Tank) dan Bak Sedimentasi Pertama (Primary Sedimentation). Adapun skematik pengolahan yang harus direncanakan pada tahap pertama dapat dilihat pada Gambar 3-1.



Jaringan Perpipaan



Sumur Pengumpul Inlet



Saringan (Screen)



Bak Penangkap Pasir (Grit Chamber)



Bak Ekualisasi



Bak Pengendapan Pertama (Primary Sedimentation)



Overflow (Menuju Ke Pengolahan Tahap Kedua)



Lumpur Sedimentasi Pertama (Menuju Ke Pengolahan Lumpur) Gambar 3-1. Skematik Tahapan Pengolahan Pertama



Selain itu, terdapat pula bak ekualisasi dalam pengolahan tahap pertama. Bak Ekualisasi berfungsi untuk menyeragamkan aliran, baik kuantitas (debit) maupun kualitas air limbah domestik, sehingga pada tahapan selanjutnya air limbah domestik dapat diolah dengan debit dan kualitas yang relatif lebih konstan. Bak Ekualisasi dinilai penting untuk direncanakan agar tidak mengganggu proses biologi pada pengolahan tahap kedua akibat adanya shock loading. Penentuan setiap unit pengolahan harus dilakukan berdasarkan hasil analisis kondisi eksisting air limbah domestik di area perencanaan. Setiap area perencanaan berpotensi memiliki karakteristik fisik, kimia, dan biologi yang berbeda-beda. Oleh karena itu, perencana harus dapat melakukan identifikasi secara komprehensif sehingga produk perencanaan yang dihasilkan dapat sesuai tujuan pembangunan SPALD-T.



20



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



3.1 Saringan Sampah (Screen) 3.1.1 Definisi dan Prinsip Kerja Saringan sampah merupakan unit pengolahan air limbah domestik yang diletakan di awal pengolahan. Unit operasi ini bertujuan untuk menyisihkan material kasar seperti sampah-sampah yang ikut terbawa di dalam jaringan pipa subsistem pengumpulan. Penyisihan material kasar menjadi penting untuk dilakukan di awal IPALD karena berpotensi dapat mengganggu sistem kerja peralatan seperti pompa dan penyumbatan pada pipa. Prinsip kerja saringan sampah yakni menghalangi material atau padatan berukuran besar masuk ke dalam pengolahan air limbah. Saringan sampah harus dilengkapi dengan kawat-kawat, kisi-kisi, plat berlubang, ataupun memanfaatkan lubang pada pipa. Saringan sampah merupakan unit pengolahan yang difungsikan untuk menyisihkan material kasar seperti sampah dan benda padat lainnya yang dapat mengganggu proses pengolahan dan peralatan mekanik seperti pompa. Saringan sampah pada prinsipnya dilakukan dengan menahan material kasar menggunakan kisi-kisi berukuran bukaan tertentu sehingga material kasar tersebut dapat tertahan. Selanjutnya, sampah diangkut menuju ke penampungan untuk dibuang ke tempat pembuangan sampah. Letak unit saringan sampah dapat disesuaikan dengan tipe pompa yang digunakan dalam bangunan inlet. Jika pompa yang digunakan adalah pompa ulir atau screw pump maka unit saringan sampah dapat diletakkan setelah pompa. Ilustrasi mekanisme penyisihan material kasar dapat dilihat pada Gambar 3-2.



Gambar 3-2. Penyisihan Material Kasar Secara Manual (Kiri), maupun Mekanis (Kanan)



3.1.2 Komponen-Komponen Saringan Sampah Terdapat beberapa komponen yang harus diperhatikan dalam merencanaankan saringan sampah, yakni: a.



Pintu air, berfungsi untuk mengatur aliran air limbah domestik yang akan masuk ke dalam instalasi. Pengaturan air limbah domestik dapat dilakukan jika dalam rancangan direncanakan akan dibangun dua saluran maka pintu air berfungsi untuk mengatur buka tutup saluran tersebut ketika kondisi debit minimum dan maksimum. Terdapat dua jenis pintu air yakni mekanis dan konvensional. Pintu air mekanis dapat dilakukan dari ruang kontrol secara otomatis berdasarkan kondisi debit air limbah domestik yang masuk ke dalam IPALD sedangkan pintu air konvensional dilakukan dengan bantuan operator untuk membuka dan menutup pintu air.



Pengolahan Tahap Pertama 21



Gambar 3-3. Contoh Slice Gate Sumber: www.eksperpaslanmaz.com



b.



Screen, berfungsi untuk menyaring material kasar yang terbawa bersama air limbah domestik. Untuk mekanikal screen maka sistem juga dilengkapi dengan peralatan otomatis untuk pengangkatan sampah dari screen ke penampungan sampah.



c.



Tempat penampungan sampah, harus dimasukan dalam perencanaan. Volume tempat penampungan sampah dapat disesuaikan dengan kapasitas penampungan yang ada dalam pengelolaan persampahan. Gambar 3-4 merupakan contoh tempat penampungan sampah yang diterapkan di IPALD Bojongsoang, Bandung. Dalam perencanaan IPALD, jenis kontainer yang digunakan harus menjadi pertimbangan dalam merencanakan jalan operasional di dalam area IPALD. Perencana harus memerhatikan gerak atau manuver yang diperlukan oleh kendaraan pengangkut sampah.



Gambar 3-4. Tempat penampungan sampah di IPALD Bojongsoang, Bandung



22



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



Gambar 3-5 dan Gambar 3-6 menunjukkan contoh gambar dan posisi komponen-komponen penting yang harus direncanakan dalam unit saringan sampah.



Gambar 3-5 Contoh Gambar Saringan Sampah (Tampak Atas)



Gambar 3-6. Saringan Sampah Mekanik (Tampak Samping)



3.1.3 Kriteria Desain Dalam perencanaan saringan sampah terdapat beberapa kriteria desain yang menjadi dasar dalam perencanaan dan harus dipenuhi sehingga unit pengolahan dapat bekerja secara efektif dan efisien. Adapun kriteria desain tersebut dapat dilihat pada Tabel 3-1 dan Tabel 3-2.



Pengolahan Tahap Pertama 23



Tabel 3-1. Kriteria Desain Saringan Sampah dari Pembersihan Manual dan Pembersihan Mekanik



No.



Parameter



Simbol



Satuan



Besaran



v v



m/det



>0,6



hL



m/det m



0,6–1 0,8



1



Kecepatan saluran penyaring



2 3



Kecepatan melalui bar screen Head loss maksimum



4 5



Kemiringan dari horizontal Lebar batang



β w



derajat cm



60–85 0,8–1,0



6



Space (jarak) batang



b



cm



1,0–5,0



7



Kedalaman



d



cm



5,0–7,5



bar



Sumber



Qasim, 1985



Tabel 3-2. Koefisien Jenis dan Bentuk Saringan (β)



No. 1 2 3 4 5



Tipe Batang Persegi Panjang Persegi dengan semi persegi di sisi muka Lingkaran (Circular) Persegi dengan semi persegi di sisi muka dan belakang Tear Shape



Nilai β 2,42 1,83 1,79 1,67 0,67



3.1.4 Tahapan Perhitungan Tahapan penghitungan pada perencanaan saringan sampah dijabarkan sebagai berikut: a.



Luas total bukaan batang (A) A=



Q ................... Persamaan 3-1



Vbar



di mana: AQ



V



bar



=lebar bukaan batang (m2) =debit air limbah domestik (m3/detik) =kecepatan aliran melalui rak (m/detik)



b. Lebar bukaan bersih l= A



................... Persamaan 3-2



d



di mana: l



24



= lebar bukaan bersih (m)



A



= luas total bukaan batang (m2)



d



= kedalaman air limbah domestik pada saluran pembawa atau sumur pengumpul (m)



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



c.



Jumlah batang (n) (n+1) x b = l di mana: n



................... Persamaan 3.3



= jumlah batang (buah)



b = lebar batang (m) l



= lebar bukaan bersih (m)



d. Lebar bukaan total saringan (w bukaan). Penentuan lebar bukaan total perlu dilakukan karena pada penghitungan jumlah batang dilakukan pembulatan. w bukaan = (n+1) x b di mana: n



................... Persamaan 3.4



= jumlah batang (buah)



b = lebar batang (m) w = lebar bukaan total saringan (m) e. Lebar total bangunan saringan (Wc) Wc = w bukaan +( n x φ) f.



................... Persamaan 3.5



Panjang saringan yang terendam air (Ls) Ls = d/sin α”



................... Persamaan 3.6



g. Kecepatan aliran saat clogging 50% Keadaan clogging diasumsikan lebar bukaan total batang (Wc) adalah 2 kali lebar bukaan total antar batang saat clogging (Wc’), sehingga: 1



Wc’ = 2 ∙ Wc Q (1/2 × Wc × L)



Vs’ =



h.



................... Persamaan 3.7 ................... Persamaan 3.8



Kehilangan Tekanan (hL) Head loss pada bar rack (hv)



hv =



................... Persamaan 3.9



Vs2



2g



Pengolahan Tahap Pertama 25



i.



Head loss saat screen bersih (hL) hL = β .



w



4/3



× hv × sin45o



................... Persamaan 3.10



b



di mana: β = faktor bentuk dari batang w



= lebar bar



b



= jarak antar kisi



j. Head loss saat clogging 50% (hL’)



hL’ =



Vs'2-Vs2



1



2g



0,9



................... Persamaan 3.11



3.2 Bak Penangkap Pasir (Grit Chamber) 3.2.1 



Definisi dan Prinsip Kerja



Grit chamber atau Bak Penangkap Pasir merupakan unit pengolahan yang bertujuan untuk menyisihkan material padatan berupa pasir atau grit yang terkandung di dalam air limbah domestik. Material pasir berpotensi masuk ke dalam jaringan perpipaan. Material ini memiliki massa yang lebih berat dari material organik di dalam air limbah domestik. Penyisihan pasir perlu dilakukan untuk melindungi operasional peralatan mekanik seperti pompa dari keausan dan abrasi yang tidak perlu, mencegah penyumbatan di pipa, penumpukan endapan di saluran, mencegah efek penyemenan di bawah digester lumpur dan tangki pengendapan pertama, dan mengurangi akumulasi bahan inert di kolam aerasi dan digester lumpur yang dapat mengakibatkan terganggungnya proses pada unit tersebut. Bak Penangkap Pasir merupakan unit pengolahan yang menggunakan prinsip sedimentasi tipe 1 yang sangat dipengaruhi oleh kecepatan aliran. Kecepatan harus direkayasa sehingga yang diendapkan hanya grit atau pasir. Material pasir relatif mempunyai spesific gravity yang lebih berat dari partikel lain. Pengaturan kecepatan dibutuhkan, untuk menjaga aliran tidak terlalu lamban karena dapat mengakibatkan bahan-bahan organik selain grit ikut mengendap. Kecepatan pengendapan untuk pengendapan partikel pada grit chamber diilustrasikan pada Gambar 3-7.



Gambar 3-7. Kecepatan Pengendapan pada Grit Chamber 26



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



Hal-hal yang perlu dilakukan dalam merencanakan Grit Chamber, untuk mengatur kondisi pengendapan, antara lain: a.



Bak penangkap pasir dibagi menjadi dua kompartemen atau lebih. Hal ini bertujuan untuk mengatur air limbah domestik yang masuk ke dalam instalasi. Jika aliran minimum, maka hanya satu unit yang dioperasikan dan jika debit air limbah domestik maksimum maksimum, maka dioperasikan keduanya. Jumlah kompartemen disesuaikan dengan rencana debit yang akan diolah.



b.



Penampang melintang pada bak penangkap pasir dibuat mendekati bentuk parabola untuk mengakomodasi setiap terjadi perubahan debit dengan kecepatan konstan.



c.



Bak penangkap pasir dilengkapi dengan pengatur aliran yang disebut control flume, dipasang pada ujung aliran.



3.2.2  Komponen-Komponen Bak Penangkap Pasir Terdapat beberapa komponen utama dan pendukung yang harus diperhatikan dalam melakukan perencanaan bak penangkap pasir. Adapun komponen-komponen tersebut yakni:



a.



Bangunan bak penyisihan pasir memiliki komponen inlet berupa pintu air (stop gate) yang berfungsi untuk mengatur aliran pada saat perubahan debit terjadi (debit minimum dan maksimum).



b.



Pengumpul Pasir. Pengumpulan pasir dari dasar grit chamber dapat dilakukan dengan menggunakan peralatan mekanis seperti pompa khusus untuk pasir, screw conveyor, dan lain-lain. Gambar 3 8 merupakan contoh peralatan mekanis pengumpulan pasir pada grit chamber IPALD Bojongsoang.



c.



Bak Penampungan Pasir/Grit. Menurut Qasim (1985), volume pasir atau grit dapat mencapai 5 hingga 200 m3/106 m3 dengan nilai tipikal sebesar 30 m3/106 m3.



Gambar 3-8. Contoh Peralatan Mekanis Pengumpul Pasir di IPALD Bojongsoang, Bandung



Pengolahan Tahap Pertama 27



Gambar 3-9. Vortex Grit Chamber (Tampak Samping)



Gambar 3-10. Aerated Grit Chamber (Tampak Atas)



Gambar 3-11. Aerated Grit Chamber (Tampak Samping)



28



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



3.2.3 Kriteria Desain Dalam perencanaan bak penangkap pasir terdapat beberapa kriteria desain yang perlu dipenuhi. Adapun kriteria desain tersebut dapat dilihat pada Tabel 3-3 hingga Tabel 3-5. Tabel 3-3. Kriteria Desain Conventional Grit Chambers



No.



Parameter



1



Waktu detensi



2



Kecepatan horizontal



3



Kecepatan pengendapan Diameter partikel 0,2 mm Diameter partikel 0,15 mm



4



Specific gravity grit



5



Nilai



Tipikal



Satuan



45–90



-



detik



0,24–0,4



-



m/det



-



Ft/menit



3,2–4,2 2–3



Sumber



Tchobanoglous et al., 2003



1,5–2,7



-



Specific gravity material organik



1,02



-



6



Overflow rate debit maksimum



0,021–0,023



-



m3/m2/detik



7



Jumlah grit yang disisihkan



5–200



-



m3/106/m3



8



Head loss melalui grit



30–40



-



%



9



Jumlah bak minimal



2



-



unit



10



Kedalaman



2–5



-



m



Qasim,1999



Sumber



Tabel 3-4. Kriteria Desain Vortex Grit Chamber



No. 1



Parameter



Nilai



Tipikal



Satuan



20–30



30



detik



Upper chamber



1,2–7,2



-



m



Lower chamber



0,9–1,8



-



m



Tinggi



2,7–4,8



-



m



0,30 mm (50 mesh)



92-–8



95+



%



0,24 mm (70 mesh)



80–90



85+



%



0,15 mm (100 mesh)



60–70



65+



%



Waktu detensi Diameter



2 3



Tingkat penyisihan 4



Tchobanoglous et al., 2003



Tabel 3-5. Kriteria Desain Aerated Grit Chamber



No.



Parameter



Nilai



Tipikal



Satuan



1



Waktu detensi



2–5



3



menit



2



Kedalaman



2–5



-



m



3 4



Lebar Lebar : Kedalaman



2,5–7 1:1–5:1



-



m



1,5:1



5



Panjang



7,5–20



-



6



Panjang : Lebar



3:1–5:1



4:1



Sumber



Tchobanoglous et al., 2003



m



Pengolahan Tahap Pertama 29



7



Pasokan udara per satuan panjang



8



Kuantitas Grit



0,2–0,5



-



m3/m.min



0,004–0,20



0,015



m3/103 m3



3.2.4 Tahapan Penghitungan Perencanaan Bak Penangkap Pasir harus dilakukan pada kondisi maksimum dan minimum dengan memerhatikan kriteria desain yang direncanakan. Tahap awal yang harus direncanakan adalah tipe dan geometri bangunan Bak Penangkap Pasir sehingga dapat dihitung dimensi baik panjang, lebar maupun kedalaman bak. Adapun tahapan penghitungan dalam perencanaan Bak Penangkap Pasir yakni:



A. Dimensi Bangunan Tahapan penghitungan dimensi bak penangkap pasir dapat dilakukan sebagai berikut: a. Luas permukaan bak (Asurface)



A



= Q/ OR



............ Persamaan 3-12



surface



di mana: A = luas permukaan (m2) Q = debit air limbah domestik pada kondisi maksimum (m3/detik) OR = overflow rate (m3/m2/detik) b. Luas penampang melintang (Across)



A



=Q/V



cross



............Persamaan 3-13



horizontal



di mana: Vhorizontal= kecepatan horizontal (m/detik) c. Volume bak (V) V = Q x td di mana:V td



............ Persamaan 3-14



= volume bak (m3)



= waktu detensi (detik)



d. Tinggi muka air di bak pada saat maksimum (d) d=



V



............ Persamaan 3-15



A surface



di mana: d = tinggi muka air di bak pada Q maksimum (meter) Asurface = luas permukaan bak (m2) V = volume bak (m3) e. Lebar bak (w) w=



A



cross



............ Persamaan 3-16



d



di mana: w A d cross



= lebar bak (m) = luas permukaan melintang (m2) = kedalaman



30



air (m)



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



f.



Panjang (p) p=



A surface



............ Persamaan 3-17



w



di mana: p = pajang bak (m) Asurface= luas permukaan bak (m) w = lebar bak (m) B. Cek Kriteria Desain Setelah melakukan perhitungan dimensi bak penyisihan pasir maka perlu dilakukan pengecekan terhadap pemenuhan kriteria desain kembali. Hal ini dilakukan karena dalam proses penghitungan dimensi terdapat pembulatan bilangan dibelakang koma yang akan mempengaruhi volume, waktu detensi, dan overflow rate.



volume (V)= p x w x d td = OR =



volume



Q Q



A



............ Persamaan 3-18 ............ Persamaan 3-19



maks



maks



............ Persamaan 3-20



surface



Jika hasil yang diperoleh tidak sesuai dengan kriteria desain, maka perencana harus menghitung kembali dengan merubah asumsi-asumsi perencanaan. Hal ini perlu dilakukan agar bangunan yang dirancang tetap sesuai dengan kriteria desain sehingga efisiensi pengolahan dapat tercapai.



3.3 Bak Ekualisasi 3.3.1 Definisi dan Prinsip Kerja Bak ekualisasi berfungsi untuk menyeragamkan debit air limbah domestik yang berfluktuasi pada kondisi puncak dan minimum. Pertimbangan menggunakan bak ekualisasi dalam sistem ini ialah untuk meningkatkan kinerja pengolahan biologi karena akan mengurangi potensi efek shock loading serta dapat menstabilkan pH. Waktu detensi di bak ekualisasi maksimum 30 menit untuk mencegah terjadinya pengendapan dan dekomposisi air limbah domestik (Metcalf & Eddy, 1991). Tinggi muka air saat kondisi puncak harus berada di bawah aliran masuk agar tidak terjadi aliran balik. Setelah keluar dari bak ekualisasi ini, debit air limbah domestik yang berfluktuasi akan menjadi debit rata-rata.



3.3.2 Komponen-Komponen Bak Ekualisasi Terdapat beberapa komponen utama dan pendukung yang harus diperhatikan dalam melakukan perencanaan bak ekualisasi.



Adapun komponen-komponen tersebut yakni: a.



Rumah Pompa. Untuk mengatur debit air limbah domestik, maka penggunaan pompa dapat diatur dengan debit sesuai penghitungan debit ekualisasi. Jenis dan spesifikasi pompa dapat dilihat pada Buku E.



b.



Mixer/Aerator. Komponen ini berfungsi untuk menyeragamkan air limbah domestik, khususnya terkait kualitas, selama berada di dalam bak ekualisasi. Hal ini dilakukan agar tidak terjadi pengendapan material padatan ke dasar bak.



Pengolahan Tahap Pertama 31



3.3.3 



Kriteria Desain



Dalam perencanaan bak ekualisasi terdapat beberapa kriteria desain yang perlu dipenuhi. Adapun kriteria desain tersebut dapat dilihat pada Tabel 3-6. Tabel 3-6. Kriteria Desain Bak Ekualisasi



No. 1



Parameter Kedalaman air minimum



Simbol h



Nilai



Satuan



1,5–2



m



fb



1



m



min



h



2



Ambang bebas



3



Laju Pemompaan udara



Q udara



0,01–0,015



m3/m3-menit



4



Kemiringan dasar tangki



S



40–100



mm/m diameter



Gambar 3-12. Contoh Ilustrasi Layout Bak Ekualisasi (Tampak Atas)



Gambar 3-13. Contoh Ilustrasi Potongan Bak Ekualisasi (Tampak Samping)



32



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



Sumber Tchobanoglous et al., 2003 Qasim, 1985



3.3.4 Tahapan Penghitungan Perencanaan bak ekualisasi dapat dilakukan dengan mempertimbangkan fluktuasi baik kualitas maupun debit air limbah. Penetapan fluktuasi debit air limbah domestik dapat dilakukan dengan menggunakan pendekatan fluktuasi pemakaian air bersih. Data ini dapat diperoleh dari perusahaan air minum daerah setempat. Contoh informasi fluktuasi dapat dilihat pada Tabel 3-7. Tabel 3-7. Contoh Data Fluktuasi Debit dan Kualitas Air Limbah Domestik



Periode Waktu 24–01 01 –02 02–03 03–04 04–05 05–06 06–07 07–08 08–09 09–10 10–11 11–12 12–13 13–14 14–15 15–16 16 –17 17 –18 18–19 19–20 20–21 21–22 22–23 23–24 Rata-rata



Rata-rata Debit Dalam Periode Waktu (L/detik) 275 221 164 130



Rata-rata Konsentrasi BOD dalam Periode Waktu (mg/L) 150 115 75 50



105 99 119 204 354 411 425 430 425 405 385 351 326 326 328 365 399 399 379 345 307,08



45 60 90 130 175 200 215 220 220 210 200 190 180 170 175 210 280 305 245 180 170



Pengolahan Tahap Pertama 33



Tahapan penghitungan pada perencanaan bak ekualisasi untuk sistem unit operasi dijabarkan sebagai berikut:



a.



Tentukan volume yang masuk ke dalam bak ekualisasi. Contoh penghitungan dapat dilihat sebagai berikut dengan mengambil Tabel 3-7 sebagai contoh fluktuasi debit. Contoh periode 24–01 = (275 L/detik) (3.600 detik/jam) (10–3 m3/L) = 990,0 m3/jam



b.



Tentukan volume pemompaan yang keluar dari bak ekualisasi (Effluent Volume). Volume ini dapat ditentukan dengan mengasumsikan bahwa volume total dibagi total periode yakni 24 jam. Sebagai contoh lihat Tabel 3-7 dan Tabel 3-8. Dalam tabel ini diketahui bahwa volume total air limbah domestik yakni 26.532 m3 selama periode 24 jam. Volume pompa dapat dihitung sebagai berikut



26.532 m3 / 24 jam = 1.1505,5 m3 (lihat Tabel 3-8 Kolom 3) c.



Tentukan volume influen kumulatif (cumulative influent volume). Buat diagram volume kumulatif terhadap periode waktu. Diagram volume kumulatif terhadap waktu dapat dilihat pada Gambar 3-8. Penghitungan kumulatif dapat dilakukan dengan menggunakan metode sebagai berikut:



Contoh periode 01–02 = 990,0 m3 + 795,6 m3 = 1.785,6 m3 (lihat Tabel 3-8 Kolom 4) d.



Tentukan volume kumulatif untuk efluen. Contoh periode 01–02



= 1.105,5 m3 + 1.105,5 m3 = 2.211,0 m3 (lihat Tabel 3-8 Kolom 5) e.



Tentukan perbedaan kumulatif (cumulative difference). Contoh penghitungan 24–01 = 990,0 m3 – 1.105,5 m3 = -115,5 m3



f.



Tentukan kebutuhan volume bak ekualisasi. Penentuan ini dapat dilakukan dengan menggunakan diagram volume akumulatif yang telah dibuat. Buatlah garis sejajar (paralel) dengan garis volume rata-rata. Garis tersebut berada pada garis tangen di titik terendah maupun tertinggi. Lihat Gambar 315. Jika terdapat dua titik tangen (Lihat Gambar 3-15 bagian kanan) maka volume bak ekualisasi yang dipilih adalah yang memiliki nilai terbesar. Contoh penghitungan dapat dilihat sebagai berikut:



Volume Tangki= |Absolut Perbedaan Nilai kumulatif Terkecil (Negatif)| + Nilai Terbesar Kumulatif (positif) Volume Ekualisasi= abs(- 4.102,8 m3) + 0 = 4.102,8 m3 g.



Hitung Dimensi Bak Ekualisasi. Dimensi Bak ekualisasi harus sudah mempertimbangkan faktor keamanan (safety factor). Tidak ada ketentuan khusus dalam penentuan besaran faktor keamanan. Namun, setidaknya, faktor keamanan dapat ditetapkan minimal sebesar 10%. Vekualisasi = (1,112) (4.102,8 m3) = 4.562,5 m3 L = 50 m, h = 3,65 m and B = 25 m



34



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



Tabel 3-8. Contoh Hasil Penghitungan Volume Kumulatif



Periode



Volume Influen



Waktu 24–01 01–02 02–03 03–04 04–05 05–06 06–07 07–08 08–09 09–10 10–11 11–12 12–13 13–14 14–15 15–16 16–17 17–18 18–19 19–20 20–21 21–22 22–23



(m3) 990,00 795,60 590,40 468,00 378,00 356,40 428,40 734,40 1.274,40 1.479,60 1.530,00 1.548,00 1.530,00 1.458,00 1.386,00 1.263,60 1.173,60 1.173,60 1.180,80 1.314,00 1.436,40 1.436,40 1.364,40



23–24



1.242,00



Volume Kumulatif



Volume Kumulatif



Diferensiasi



1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50 1.105,50



Influen (m3) 990,00 1.785,60 2.376,00 2.844,00 3.222,00 3.578,40 4.006,80 4.741,20 6.015,60 7.495,20 9.025,20 10.573,20 12.103,20 13.561,20 14.947,20 16.210,80 17.384,40 18.558,00 19.738,80 21.052,80 22.489,20 23.925,60 25.290,00



Efluen (m3) 1.105.50 2.211.00 3.316,50 4.422,00 5.527,50 6.633,00 7.738,50 8.844,00 9.949,50 11.055,00 12.160,50 13.266,00 14.371,50 15.477,00 16.582,50 17.688,00 18.793,50 19.899,00 21.004,50 22.110,00 23.215,50 24.321,00 25.426,50



Kumulatif (m3) -115,50 -425,40 -940,50 -1.578,00 -2.305,50 -3.054,60 -3.731,70 -4.102,80 -3.933,90 -3.559,80 -3.135,30 -2.692,80 -2.268,30 -1.915,80 -1.635,30 -1.477,20 -1.409,10 -1.341,00 -1.265,70 -1.057,20 -726,30 -395,40 -136,50



1.105,50



26.532,00



26.532,00



0,00



Volume Efluen (m3)



Gambar 3-14. Diagram Volume Akumulasi Pengolahan Tahap Pertama



35



Gambar 3-15. Penentuan Volume yang Diperlukan Sumber: Metcalf Edy, 2014



3.4  Bak Sedimentasi 3.4.1 Definisi dan Prinsip Kerja Bak Pengendapan Pertama berfungsi untuk mengurangi kandungan suspended solid dalam air limbah domestik. Bak pengendap didesain pada waktu tinggal tertentu untuk memberikan kesempatan sebagian partikel mengendap pada kecepatan pengendapan (vs) tertentu. Secara teori, efisiensi penyisihan padatan di dalam bak pengendap dapat dihitung berdasarkan kecepatan pengendapan dan kecepatan permukaan atau Overflow Rate (OR atau vo). OR juga disebut sebagai Hydraulic Surface Loading atau Surface Loading dengan satuan m3/hari.m2. Pada Gambar 3-16 ditampilkan hubungan antara kecepatan pengendapan dan overflow rate dalam proses pengendapan. Jika kecepatan pengendapan (vs) memiliki nilai yang sama dengan overflow rate (vo) maka 100% partikel akan mengendap di dasar bak pengendapan. Namun, jika kecepatan pengendapan lebih kecil dari overflow rate maka partikel akan lolos, tidak terendapkan, kecuali posisi partikel tersebut berada pada setengah kedalaman bak pengendapan di inlet maka 50% akan terendapkan. Oleh karena itu, dalam perencanaan bak pengendapan, penentuan kecepatan pengendapan menjadi sangat penting yang berpengaruh langsung terhadap efisiensi penyisihan material padatan. Pengujian kecepatan pengendapan di laboratorium disarankan untuk dilakukan agar dapat diketahui nilai yang lebih representatif. Hal ini dikarenakan karakteristik air limbah domestik dapat berbeda di setiap area perencanaan.



Gambar 3-16. Penyisihan Partikel pada Bak Sedimentasi yang Ideal Sumber: Davis Dan Cornell, 2008



36



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



Rekayasa terhadap kecepatan aliran di Bak Sedimentasi merupakan kunci utama keberhasilan dalam penyisihan material padatan maupun organik. Namun, selain kecepatan aliran, pengaturan distribusi aliran air limbah domestik di dalam bak pengendapan juga memegang peranan penting untuk mengoptimalkan efisiensi pengolahan. Oleh karena itu, dalam perencanaan harus memerhatikan pola aliran air di dalam bak pengendapan yang akan mempengaruhi kebutuhan desain komponen inlet dalam pengaturan distribusi aliran air limbah domestik. Gambar 3-23 menunjukkan tipikal pola perilaku aliran yang dapat terjadi di dalam bak sedimentasi. Aliran air limbah bak sedimentasi yang ideal Gambar 3-24 (a)] diharapkan dapat terjadi ketika air limbah domestik masuk melalui komponen inlet yang telah direncanakan. Beberapa komponen inlet yang harus diperhatikan agar distribusi aliran air limbah domestik dapat berjalan dengan baik yakni adanya bak perata dengan sistem distribusi sesuai dengan lebar bangunan bak pengendap dan sekat (baffle).



Gambar 3-17. Konsep Pengendapan di dalam Bak Pengendapan Sumber: Dimodifikasi dari Hammer, 2014



Keberadaan sekat (baffle) yang berjarak tertentu dari lubang distribusi inlet harus didesain secara seksama. Posisi sekat yang terlalu dalam berpotensi dapat menyebabkan aliran, yang cenderung dapat turbulen, pada zona ruang lumpur sehingga menyebabkan terangkat dan terbawanya lumpur keluar bak sedimentasi. Distribusi aliran air limbah domestik direncanakan dapat mengalir sesuai dengan desain bangunan bak pengendap sehingga dapat memenuhi waktu detensi sesuai dengan penghitungan. Salah satu jenis sekat yang dapat digunakan, yakni perforated plate. Sekat jenis ini dapat mendistribusikan aliran air baik secara akial maupun radial. Unit pengolahan ini memiliki efisiensi penyisihan berkisar 50-70% untuk TSS (Qasim, 1985) dan 25-40% BOD 5 (Metcalf, 1991). Efisiensi tersebut dipengaruhi langsung oleh faktor kecepatan permukaan atau overflow rate dan waktu detensi. Selengkapnya, hubungan efisiensi terhadap overflowrate dan waktu detensi dapat dilihat pada Gambar 3-19. Bak Pengendap Pertama yang ditempatkan sebelum proses pengolahan biologi biasanya didesain dengan waktu detensi yang lebih pendek dan beban permukaan (surface loading) yang lebih besar. Pada sedimentasi kedua waktu detensi dan beban permukaan lebih besar karena harus mempertimbangkan faktor resirkulasi waste activated sludge (Metcalf & Eddy,1991).



Gambar 3-18. Karakteristik Distribusi Air Limbah Domestik pada Inlet Bak Sedimentasi Pertama Sumber: Metcalf & Eddy, 2014



Pengolahan Tahap Pertama 37



Gambar 3-19. Hubungan Efisiensi BOD dan TSS terhadap Overflow Rate dan Waktu Detensi Sumber: Qasim,1994



Terdapat 3 (tiga) tipe unit pengendap yang biasa digunakan, yaitu: a. horizontal flow (aliran horizontal) yaitu dalam bentuk persegi panjang; b. radial flow (aliran radial) yaitu bak sirkular, air mengalir dari tengah menuju pinggir; dan c. upward flow (aliran ke atas) yaitu aliran dari bawah keatas dan biasanya bak dalam bentuk kerucut menghadap ke atas. 3.4.2 



Komponen-Komponen Bak Pengendap Pertama



Terdapat beberapa komponen utama dan pendukung yang harus diperhatikan dalam melakukan perencanaan bak pengendap pertama. Adapu komponen pendukung yang harus dipertimbangkan dalam perencanaan, yakni:



a.



Skimmer, berfungsi untuk menyisihkan minyak dan lemak yang mengapung di atas permukaan. Terdapat pula saluran khusus yang menampung minyak dan lemak untuk selanjutya dibuang.



b.



Scrapper sludge, berfungsi untuk mengumpulkan lumpur di dasar bak pengendapan menuju ke titik pembuangan baik menggunakan pompa maupun manual secara gravitasi (jika memungkinkan).



c.



Pompa lumpur, berfungsi untuk memompa keluar lumpur menuju ke pengolahan lumpur.



d.



Weir atau pelimpah, berfungsi untuk mengalirkan air permukaan atau overflow yang merupakan air yang telah mengalami proses sedimentasi.



38



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



Gambar 3-20. Contoh Bak Sedimentasi Persegi Panjang (Tampak Atas)



Gambar 3-21. Contoh Bak Sedimentasi Persegi Panjang (Tampak Samping)



Gambar 3-22. Contoh Bak Sedimentasi Berbentuk Lingkaran (Tampak Atas)



Pengolahan Tahap Pertama



39



Gambar 3-23. Contoh Bak Sedimentasi Berbentuk Lingkaran (Tampak Samping 1)



Gambar 3-24. Contoh Bak Sedimentasi Berbentuk Lingkaran (Tampak Samping 2)



Gambar 3-25. Komponen di dalam Clarifier di Suwung, Bali



40



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



3.4.3 Kriteria Desain Dalam perencanaan Bak Pengendap Pertama terdapat beberapa kriteria desain yang perlu dipenuhi. Adapun kriteria desain tersebut dapat dilihat pada Tabel 3-9. Tabel 3-9. Kriteria Desain Bak Pengendap Pertama (Primary Sedimentation)



No



Parameter



1



Overflow rate Debit rata-rata Debit Puncak



2



Waktu Detensi



3



Beban Permukaan (Weir Loading)



Simbol



Satuan



Besaran



Sumber



OR



30–50 70–130



m3/m2.hari



Qasim, 1985



1–2 1,5–2,5



Jam



Qasim, 1985 Metcalf & Eddy, 1991



124–496



m3/m2.hari



Metcalf & Eddy, 1991



td



Dimemsi 4



Bentuk kotak (rectangular) Panjang



p



Lebar



l h



Kedalaman Rasio p dan l



2,5–5



M M m



1–7,5D 4–2–25



Rasio p dan t 5



10–100 6–24



Qasim, 1985



Bentuk lingkaran (circular) Diameter



d



3–60



m



Kedalaman



h



3–6



m



6



Penyisihan SS



50–70



%



7



Penyisihan BOD



25–40



%



8



Kemiringan Dasar



1–2



%



3.4.4 



S



Metcalf & Eddy, 1991 Qasim, 1985



Tahapan Penghitungan



Penghitungan unit sedimentasi dilakukan secara bertahap terhadap seluruh komponen-komponen yang dalam unit tersebut.



Adapun pada tahapan penghitungan yang harus dilakukan sebagai berikut. A.



Bangunan Utama



a.



Penghitungan Dimensi Bangunan Utama Luas Permukaan Tiap Bak Pengendap Pertama (As) As = Q/OR



..............Persamaan 3-21



Asumsikan rasio panjang dan lebar (lihat kriteria desain Tabel 3-9). panjang bak = 3 x lebar..............



Persamaan 3-22



luas = p x l = 3l2..............



Persamaan 3-23



Luas aktual perlu dihitung jika dalam penghitungan P dan L dilakukan pembulanan bilangan. Pengolahan Tahap Pertama 41



Tinggi bak dapat dihitung dengan menentukan nilai dari kriteria tinggi pada Tabel 3-9. Nilai tinggi tersebut ditambahkan dengan ketinggian ruang bebas atau free board sehingga:



ketinggian total (h) = kedalaman air + free board..............



Persamaan 3-24



Volume Total Tiap Bak Pengendap Pertama (V) volume (V) = A x H b



..............Persamaan 3-25



Kontrol Desain Penghitungan Penghitungan untuk mengecek pemenuhan kriteria desain berdasarkan dimensi bangunan hasil penghitungan pada poin (a), yakni:



c.



overflow rate (OR) = Q/A



.............. Persamaan 3-26



waktu detensi (td) = V/Q



.............. Persamaan 3-27



Penghitungan Pembentukan Lumpur Analisis Persen Penyisihan BOD dan TSS Persen penyisihan dapat ditentukan berdasarkan hubungan dari overflow rate dan waktu detensi pada poin (b) dan persen efisiensi pada Gambar 3-19. Laju BOD dan TSS Influen Laju BOD (kg/hari)



= CBOD (g/m3) x Q (m3/hari) x (1.000 g/kg)-1.............. Persamaan 3-28



Laju TSS (kg/hari)



= CTSS (g/m3) x Q (m3/hari) x (1.000 g/kg)-1.............. Persamaan 3-29



Karakteristik Primary Sludge (Lumpur Pengendapan Pertama) Laju Pengendapan (Organik,BOD) = % Penyisihan BOD x Laju BOD (kg/hari)..............



Persamaan 3-30



Laju Pengendapan (Suspended Solid) = % Penyisihan TSS x Laju TSS (kg/hari)..............



Persamaan 3-31



Konsentrasi solid = 5% Specific gravity = 1,03 Debit lumpur SS remove x 1.000 g/kg



debit lumpur =



..............



5% x 1,03 g/cm3 x 106 cm3/m3



Persamaan 3-32



B. Komponen Inlet a. Menghitung luas permukaan pipa inlet



A



= pipa inlet



v



Q



.............. Persamaan 3-33



dalam pipa



b. Menghitung diameter pipa inlet diameter pipa inlet =



A pipa inlet



0,25 π



42



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



.............. Persamaan 3-34



C. Komponen Outlet Di dalam penghitungan bagian sistem outlet atau efluen, terdapat beberapa parameter yang harus dihitung seperti dimensi weir, head, serta kedalaman yang melewati desain V-notch dan dimensi pembersih efluen. Penghitungan weir diawali dengan asumsi nilai beban weir pada debit puncak. a. Menghitung panjang weir (Q puncak setiap bak per hari)



P



=



beban weir..............



weir



Persamaan 3-35



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



c.



.............. Persamaan 3-36



Hitung beban weir aktual bebanweir =



debit puncak per hari



P



.............. Persamaan 3-37



total weir



d.



Hitung diameter pipa outlet, terlebih dahulu menentukan kecepatan aliran dalam pipa, v=0,5 m/detik. Luas penampang pipa dihitung menggunakan persamaan berikut:



A



Q



= pipa outlet



.............. Persamaan 3-38



v dalam pipa



e.



Menghitung diameter pipa outlet diameter pipa oultet =



A pipa outlet



.............. Persamaan 3-39



0,25 π



Pengolahan Tahap Pertama 43



4. PENGOLAHAN TAHAP KEDUA: PENGOLAHAN BIOLOGI Pengolahan tahap kedua merupakan pengolahan yang ditujukan untuk menyisihkan atau mendegradasi material organik karbon yang terkandung di dalam air limbah domestik. Pada tahap ini, pengolahan dilakukan dengan menggunakan metode pengolahan biologi. Pengolahan air limbah domestik secara biologi merupakan pengolahan yang memanfaatkan mikroorganisme untuk menguraikan bahan organik yang terkandung dalam air limbah sehingga menjadi senyawa kimia sederhana dan mineral yang siap dan aman dibuang ke lingkungan. Pengolahan biologi melibatkan pertumbuhan mikroorganisme aktif yang kontak dengan air limbah domestik sehingga mikroorganisme tersebut bisa mengkonsumsi organik karbon sebagai makanan. Secara umum, skematik pengolahan tahap kedua dapat diilustrasikan pada skematik Gambar 4-1 berikut ini. Pengolahan Tahap Pertama



Dari Pengolahan Tahap Pertama



Pengolahan Tahap Ketig (Jika Diperlukan)



Pengolahan Tahap Kedua



Pengolahan Biologi



Pengendapan Kedua (Secondary Sedimentation)



Menuju ke Pengolahan Tahap Ketiga (Jika Diperlukan)



Resirkulasi Lumpur (Jika Ada)



Menuju ke Pengolahan Lumpur



Gambar 4-1. Skematik Tahapan Pengolahan Kedua



Berdasarkan kebutuhan oksigennya, pengolahan biologi dapat dikategorikan menjadi beberapa kelompok yakni anaerob, aerob, dan kombinasi anaerob-aerob. Dalam pengolahan tahap kedua terdapat unit pengolahan pengendapan kedua (secondary sedimentation) yang berfungsi untuk mengendapkan padatan atau bioflok yang terbentuk khususnya jika menggunakan metode pengolahan biologi secara aerob. Keberadaan unit pengolahan pendendapan kedua sangat tergantung pada jenis teknologi yang dipilih pada pengolahan secara biologi.



Selain itu, berdasarkan media pertumbuhan mikroorganisme, sistem pengolahan biologi dapat dikategorikan menjadi dua yakni sistem terlekat (attached growth microbe) dan sistem tersuspensi (suspended growth microbe). Sistem terlekat merupakan sistem pengolahan biologi dengan memanfaatkan pertumbuhan mikroorganisme dipermukaan media seperti cakram pada rotating biological contactor, bioball/batu pada trickling filter, MBBR, dan lain-lain. Sistem berikutnya yakni sistem tersuspensi yang dilakukan dengan memanfaatkan mikroorganisme yang tumbuh di dalam air limbah domestik (tersuspensi).



44



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



Pengkategorian sistem pengolahan biologi dapat dilihat pada Gambar 4-2.



KOLAM ANAEROBIK SISTEM TERLARUT (SUSPENDED GROWTH)



ANAEROBIC BAFFLED REACTOR (ABR) UPFLOW ANAEROBIC SLUDGE BLANKET (UASB)



ANAEROBIK



SISTEM TERLEKAT (ATTACHED GROWTH)



ANAEROBIC FILTER REACTOR



KOLAM AERASI Complete Mix Activated



Sludge (CMAS)



SISTEM TERSUSPENSI (SUSPENDED GROWTH)



LUMPUR AKTIF (ACTIVATED SLUDGE)



Contact Stabilization (Kontak Stablisasi) Conventional Extended Aeration Sequencing Batch Reactor



AEROBIK ROTATING BIOLOGICAL CONTACTOR (RBC)



SISTEM TERLEKAT (ATTACHED GROWTH)



TRICKLING FILTER



AEROB FILTER MOVING BED BIOREACTOR (MBBR)



SISTEM TERSUSPENSI (SUSPENDED GROWTH)



Gambar 4-2. Alternatif Teknologi Pengolahan



Biologi



Kombinasi



SISTEM TERLEKAT (ATTACHED GROWTH)



Pengolahan Tahap Kedua: Pengolahan Biologi 45



4.1  Pengolahan Biologi dengan Sistem Anaerobik 4.1.1 Anaerobik – Sistem Pertumbuhan Bakteri Tersuspensi (Suspended Growth System) 4.1.1.1  Kolam Anaerobik 4.1.1.1.1  Definisi dan Prinsip Kerja Kolam Anaerobik merupakan salah satu teknologi pengolahan yang memanfaatkan peran mikroorganisme anaerob untuk mendegradasi materi organik karbon yang terkandung di dalam air limbah domestik. Kolam anaerobik dapat dirancang tunggal atau seri bersama dengan kolam lainnya, diantaranya fakultatif dan/atau maturasi. Skenario metode pengolahan dengan melibatkan kolam anaerobik, kolam fakultatif, dan kolam maturasi secara seri disebut juga sebagai kolam stabilisasi. Masing-masing kolam tersebut memiliki fungsi yang berbedabeda. Variasi skenario pengolahan dengan menggunakan kolam anaerobik dapat dilihat pada Gambar 4-3. Metode pengolahan air limbah domestik dengan menggunakan Kolam Anaerobik dapat memiliki efisiensi yang sangat baik inlet



inlet



inlet



KOLAM ANAEROBIK



Outlet



KOLAM ANAEROBIK



KOLAM FAKULTATIF



KOLAM ANAEROBIK



KOLAM FAKULTATIF



Outlet



KOLAM MATURASI



Outlet



Gambar 4-3. Alternatif Skenario Penggunaan Kolam Anaerobik (Mara, 2003). Desain yang tepat, sesuai dengan kriteria desain dan lingkungan yang tepat, dapat menyisihkan BOD hingga >60% pada temperatur 20oC. Pada kondisi konsentrasi BOD kurang dari 300 mg/L, waktu tinggal kolam anaerobik relatif singkat, yakni 1 hari pada temperatur 20oC (Mara, 2003). Untuk daerah tropis seperti Indonesia, sistem kolam anaerobik cukup efektif dan efisien untuk dapat bekerja dengan baik karena tidak terganggu dengan perubahan temperatur yang signifikan seperti yang terjadi pada daerah subtropis. Selain itu, posisi Indonesia yang berada di daerah tropis juga memberikan kesempatan kepada sistem kolam maturasi untuk bekerja dengan baik karena penyinaran matahari yang lebih lama jika dibandingkan dengan daerah subtropis.



Pada kolam anaerobik, pengendapan padatan terjadi, terakumulasi, dan terdegradasi (digesting) di dasar kolam. Akumulasi lumpur tersebut memerlukan penyedotan secara regular. Menurun Mara (2003), penyedotan endapan lumpur pada kolam anaerobik dapat dilakukan setiap 1 hingga 3 tahun. Pembentukan scum juga berpotensi terjadi sehingga dapat membuat lapisan di atas permukaan kolam yang turut membantu menjaga kondisi anaerob di dalam kolam.



4.1.1.1.2 



Komponen Penting



Kolam anaerobik pada umumnya memiliki bangunan yang relatif sederhana. Tidak memerlukan fasilitas pendukung khusus seperti yang umum diperlukan oleh metode pengolahan aerob. Hal penting yang perlu diperhatikan oleh perencana yakni metode pengurasan endapan lumpur di kolam anaerob. Pengurasan lumpur dapat dilakukan dengan menggunakan pompa atau penggalian dengan alat berat. Penggunaan alat berat memungkinkan untuk dilakukan dengan mempertimbangkan area 46



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



yang relatif luas. Metode ini digunakan oleh operator IPALD Bojongsoang, Bandung untuk menguras lumpur baik di kolam anaerobik, fakultatif, maupun maturasi. Jika menggunakan alat berat, maka perencana harus turut mempertimbangkan akses untuk melakukan pengerukan lumpur.



4.1.1.1.3   Kriteria Desain Adapun kriteria desain dalam perencanaan Kolam Anaerobik dapat dilihat pada Tabel 4-1 hingga Tabel 4-3. Tabel 4-1. Kriteria Desain Kolam Anaerobik



No



Parameter



Nilai



Satuan



2–5



m



1



Kedalaman Air



2



Rasio Panjang : Lebar



2–3 : 1



-



3



Waktu Pengurasan Lumpur



1–3



tahun



Sumber Mara, 2003



Tabel 4-2. Nilai Volumentrik Beban BOD dan Persentase Penyisihan BOD di Kolam Anaerobik pada Berbagai Temperatur



Temperatur (oC)



No



Beban Volumentrik BOD (g/ m3.hari)



Penyisihan BOD (%)



100



40



1



25



350



70



Sumber



Mara & Pearson, 1998



Tabel 4-3. Hubungan Waktu Detensi, Volumentrik Beban BOD, dan Persen Penyisihan BOD



No



Waktu Detensi (hari)



Beban Volumentrik BOD (g/m3.hari)



Penyisihan BOD (%)



1



0,8



306



76



2



1,0



215



76



3



1,9



129



80



4



2,0



116



75



5



4,0



72



68



6



6,0



35



74



Sumber



Mara 2003



Catatan: Berdasarkan hasil penelitian di Brazil pada temperatur 25 oC



4.1.1.1.4   Tahapan Penghitungan Penghitungan kolam anaerobik dilakukan secara bertahap untuk seluruh komponen bangunan pada unit pengolahan tersebut. Adapun pada tahapan penghitungan yang harus dilakukan sebagai berikut.



A. Hitung Luas dan Volume Kolam Kolam Anaerobik pada umumnya memiliki geometri berbentuk rectangular, walaupun dapat pula disesuaikan dengan kondisi area perencanaan setempat. Bentuk rectangular direncanakan dengan memiliki rasio panjang dan lebar seperti



Pengolahan Tahap Kedua: Pengolahan Biologi 47



pada kriteria desain, lihat Tabel 5.1 dan Gambar 5.2. Kebutuhan volume kolam anaerobik dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut ini: LiQ



Va = λ



............. Persamaan 3-40



V



di mana: Li Q Va λV



= konsentrasi BOD Influen (mg/L) = debit air limbah domestik (m3/hari) = volume kolam anaerobik (m3) = beban volumetrik BOD (g/m3.hari)



Hubungan volume juga dapat dilakukan dengan menggunakan pendekatan terhadap waktu detensi (θ a, hari).



Adapun persamaan yang dapat digunakan yakni: θa =



Va Q



............. Persamaan 3-41



atau Q θa



Aa =



LQ



D



i



= λVDa



a



............. Persamaan 3-42



Da merupakan kedalaman air pada kolam anaerobik. B. Hitung Dimensi Kolam Hasil penghitungan area dan volume berdasarkan persamaan di atas selanjutnya digunakan untuk menghitung dimensi kolam. Kolam Anaerobik umumnya didesain menggunakan geometri limas terpancung seperti yang diilustrasikan pada Gambar 4-4. Untuk menghitung dimensi kolam, persamaan berikut ini (Environmental Protection Agency, 1983):



Va = [(LW)+ (L-2sD)(W-2)+4(L-sD)] [D ⁄6]



............. Persamaan 3-43



di mana: V = volume kolam (m3) a



L W s D



= panjang kolam pada permukaan air atau Top Water Level/TWL (m) = lebar kolam pada permukaan/TWL (m) = faktor kemiringan horizontal (contoh: kemiringan 1 dalam s) = kedalaman air kolam, belum termasuk free board (m)



Dengan mensubtitusi L sebagai nW (nilai n berdasarkan rasio n hingga 1) maka persamaan V a dapat diselesaikan untuk mendapatkan nilai W yang selanjutnya dapat secara langsung untuk menentukan nilai L. Gambar 5.2 menunjukkan hubungan dari setiap variabel pada persamaan di atas. Variabel-variabel tersebut jika diturunkan untuk mendapatkan nilai volume kolam anaerobik (Va), maka dapat dideskripsikan menjadi sebagai berikut:



48



Buku B: Perencanaan Sub Sistem Pengelolaan Terpusat



Gambar 4-4. Penghitungan Dimensi pada Geometri Kolam Anaerobik Rectangular Sumber: Mara, 2003



C. Cek Kriteria Desain Setelah melakukan penghitungan dimensi kolam anaerobik, perencana harus melakukan pengecekan kembali kesesuaian penghitungan dengan kriteria desain. Hal ini perlu dilakukan karena dalam proses penghitungan, khususnya dimensi bangunan, akan terdapat pembulatan nilai yang berpengaruh secara langsung terhadap variabel-variabel dalam kriteria desain. D. Struktur Inlet dan Outlet Tidak terdapat penghitungan khusus struktur inlet maupun outlet pada kolam anaerobik. Terdapat beberapa variasi struktur inlet dan outlet yang dapat digunakan. Pada dasarnya struktur inlet dan outlet harus dirancang sederhana dan tidak membutuhkan biaya yang tinggi. Salah satu contoh struktur inlet yang dapat diterapkan dalam kolam anaerobik yakni adanya komponen penyisihan scum sehingga tidak ikut mengalir masuk ke tengah kolam anaerobik.



4.1.1.2 Anaerobic Baffled Reactor (ABR)



4.1.1.2.1  Definisi dan Prinsip Kerja Anaerobic Baffle Reactor (ABR) merupakan salah satu jenis pengolahan suspended growth yang memanfaatkan sekat (baffle) dalam pengadukan yang bertujuan memungkinkan terjadinya kontak antara air limbah domestik dan mikroorganisme. Pengolahan ini adalah pengolahan yang relatif murah dari aspek operasional, sebab tidak diperlukan penggunaan energi listrik dan memiliki efisiensi penyisihan organik yang cukup baik. Namun, teknologi ini memiliki kemampuan penyisihan bakteri patogen dan nutrient yang rendah. Oleh karena itu, efluennya masih membutuhkan pengolahan tambahan dan membutuhkan pengolahan awal berupa pengendapan/sedimentasi untuk mencegah terjadinya clogging. Aliran yang terjadi dalam ABR merupakan aliran upflow dan downflow. Populasi mikroorganisme berkembang dalam air limbah domestik dan lapisan lumpur yang terdapat pada dasar komparteman.



Gambar 4-5. Skematik Pengolahan dengan Anaerobic Baffled Reactor Sumber: Tilley et al., 2014



Pengolahan Tahap Kedua: Pengolahan Biologi 49



Dalam rangka meningkatkan efisiensi dan kinerja reaktor, banyak penelitian yang telah dilakukan dengan memodifikasi ABR. Alasan lain melakukan modifikasi pada ABR adalah dikarenakan kandungan padatan atau beban organik yang tinggi, atau untuk mengurangi biaya investasi. Beberapa modifikasi dibuat untuk ABR sejak 1980-an (Barber dan Stuckey, 1999), diantaranya: Baffle vertikal dimasukkan untuk meningkatkan retensi padatan dan memungkinkan untuk meningkatkan waktu kontak dengan endapan lumpur dan populasi metanogen. Kompartemen downflow dirancang sempit untuk mendorong retensi sel dalam kompartemen upflow. Baffle dapat dimodifikasi dengan tepi miring untuk mengarahkan aliran menuju pusat kompartemen untuk mendorong pencampuran. - Dalam beberapa ABR, outlet masing-masing kompartmen dimodifikasi untuk mencegah terjadinya washout padatan. ABR telah dirancang dengan kamar gas terpisah untuk kontrol pengukuran gas. Ini juga meningkatkan stabilitas



-



reaktor ABR. Ruang pertama telah diperbesar dalam beberapa kasus untuk meningkatkan treatability terhadap air limbah domestik yang mengandung padatan tinggi.



4.1.1.2.2  Kriteria Desain Adapun kriteria desain unit pengolahan ABR dapat dilihat pada Tabel 4-4 berikut ini. Tabel 4-4. Kriteria Desain Anaerobic Baffled Reactor



Parameter Debit desain Waktu retensi hidraulik Kecepatan upflow Jumlah kompartemen Kebutuhan lahan Beban organik



Satuan m3/hari jam m/jam buah m2/m3



Nilai 2–200 48–72 < 0,6 3–6 1



Sumber sswm sswm sswm sswm Borda, 1998



kgCOD/m3.hari