PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Salah satu konsekuensi dari ledakan jumlah penduduk adalah semakin
besarnya volume air limbah domestik yang harus diolah dan dibuang ke badan air. Air limbah, terutama yang mengandung ekskreta manusia dapat mengandung patogen yang berbahaya dan oleh karena itu harus dikelola dan diolah dengan baik. Kurangnya pengelolaan dan pembuangan air limbah yang memadai dapat menyebabkan morbiditas dan angka kematian yang tinggi. Air limbah di kota Karsa cipta secara garis besar dibagi menjadi tiga yaitu air limbah industri dan air limbah domestik yakni yang berasal dari buangan rumah tangga dan yang ketiga yakni air limbah dari perkantoran dan pertokoan (daerah komersial).
Saat ini, selain pencemaran akibat limbah industri,
pencemaran akibat limbah domestik pun telah menunjukkan tingkat yang cukup serius. Di Karsa cipta, karena masih minimnya fasilitas pengolahan air buangan kota (sewerage system) mengakibatkan tercemarnya badan sungai oleh air limbah domestik, bahkan badan sungai yang diperuntukan sebagai bahan baku air minum pun telah tercemar. Sedangkan di Kecamatan Ponty city, karena keterbatasan dana dan kompetisi dengan sektor pembangunan yang lain, pengelolaan air limbah biasanya menempati prioritas yang rendah. Kalaupun ada usaha pengelolaan air limbah, tidak didukung dengan teknologi dan sarana yang menunjang serta tidak direncanakan dengan baik.
Sehingga air limbah menjadi permasalahan yang
serius di daerah ini. Untuk itu diperlukan perencanaan untuk pengelolaan air limbah di Kecamatan Ponty city ini. 1.2
Permasalahan Air Buangan di Kecamatan Ponty city Pertambahan jumlah penduduk yang sangat cepat juga terjadi di
Kecamatan Ponty city. Bertambahnya jumlah penduduk ini menimbulkan berbagai
permasalahan.
TEKNIK LINGKUNGAN
Salah
satu
permasalahan
yang
timbul
akibat
1
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
bertambahnya jumlah penduduk adalah bertambahnya jumlah air buangan yang dihasilkan oleh penduduk. Selain akibat bertambahnya jumlah penduduk, permasalahan yang ada sampai saat ini adalah laju perkembangan pembangunan/perdagangan di Kecamatan Ponty city sehingga berdampak pada limbah (effluent) yang dihasilkan pada
setiap
jenis
kegiatan
tersebut.
Semakin
lajunya
perkembangan
pembangunan/perdagangan menyebabkan limbah yang dihasilkan akan semakin beragam. Hal ini mengharuskan dibuatnya sistem pengelolaan limbah yang lebih baik lagi. Sedangkan pada kenyataannya di Kecamatan Ponty city belum ada pengelolaan limbah secara terpusat, teknologi pengelolaan air limbah rumah tangga individual (On Site treatment), ataupun pengolahan semi komunal yang mengakibatkan pelaksanaan pengelolaan limbah di daerah ini tidak terlaksana dengan baik. 1.3
Rumusan Masalah Air Buangan di Kecamatan Ponty city Sistem pembuangan air limbah yang umum digunakan masyarakat di
Kecamatan Ponty city yakni air limbah yang berasal dari toilet dialirkan ke dalam tangki septik dan air limpasan dari tangki septik diresapkan ke dalam tanah atau dibuang ke saluran umum. Sedangkan air limbah non toilet yakni yang berasal dari mandi, cuci serta buangan dapur dibuang langsung ke saluran umum. Untuk mengatasi masalah air limbah tersebut akan dilakukan suatu kajian untuk merancang bangunan pengolahan air limbah di Kecamatan Ponty city dengan cara menghitung produksi air buangan, menghitung variasi air buangan dan menentukan karakteristik air buangan. 1.4
Tujuan Perancangan Bangunan Air Buangan Tujuan utama dari perancangan bangunan pengolahan air limbah adalah 1.
Untuk mencegah penyebaran penyakit yang bisa menular melalui air limbah;
2.
Untuk mencegah kerusakan lingkungan serta;
TEKNIK LINGKUNGAN
2
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
3.
Untuk mengurangi konsentrasi zat-zat pencemar seperti BOD5, TSS, N dan P, fecal coliform, dan yang lainnya dalam air limbah sebelum dibuang ke badan air penerima.
Untuk mencapai tujuan tersebut, banyak konsep dan teknologi yang tersedia. Pemilihan sistem pengelolaan air limbah tergantung dari kondisi lingkungan lokal, situasi sosial-ekonomi, persepsi dan budaya masyarakat serta teknologi pengolahan air limbah yang tersedia. 1.5
Keluaran (output) Perancangan Bangunan Air Buangan Dengan adanya bangunan pengolahan air buangan ini akan dihasilkan
keluaran (output) yang sesuai dengan standar baku mutu air buangan sehingga tidak mencemari badan air penerima serta terciptanya sanitasi lingkungan yang bersih dan sehat di Kecamatan Ponty city.
TEKNIK LINGKUNGAN
3
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
BAB II ANALISIS AIR BUANGAN DAN KECAMATAN PONTY CITY
2.1
Karakteristik Fisik Kecamatan Ponty city Kecamatan Ponty City Utara merupakan salah satu kecamatan yang ada di
Karsa cipta dengan luas wilayah mencapai 37,22 km2. Penyebaran penduduk di Kecamatan Ponty City Utara terlihat belum merata dimana kecamatan memiliki kepadatan penduduk terpadat yaitu Kecamatan Ponty city dengan kepadatan penduduk sebesar 2.909 jiwa/km2 (Badan Pusat Statistik Kota Karsa cipta 2008). Dilihat dari tekstur tanahnya, sebagian besar wilayah Kecamatan Ponty city memiliki tekstur tanah bergambut dan halus. Selanjutnya, dilihat menurut penyebaran luas lereng, sebagian besar wilayah Kecamatan Ponty city masuk dalam luas lereng 0 – 2 persen. Jenis tanah yang banyak terdapat di daerah ini adalah jenis latosol dan aluvial dan hanya sebagian kecil jenis podsol. Rata-rata curah hujan di Kecamatan Ponty city cukup tinggi, yaitu sekitar 178 mm dengan rata-rata jumlah hari hujan per bulan sebanyak 7 hari. Curah hujan yang tinggi ini dikarenakan wilayah Kecamatan Ponty city secara umum yang berdekatan dengan garis ekuator sehingga beriklim tropis dengan salah satu cirinya adalah curah hujan yang tinggi dan mengakibatkan sering terjadinya banjir di daerah ini. 2.2
Sumber, Debit dan Karakteristik Air Buangan di Kecamatan Ponty city Limbah pencemaran yang akan diolah di Kecamatan Ponty city berupa
limbah domestik yang berasal dari pemukiman penduduk, pasar, sekolah, toserba, bengkel, rumah makan, dll. Data jumlah sumber pencemaran di Kecamatan Ponty city serta hasil perhitungan produksi air limbah dapat dilihat pada tabel berikut.
TEKNIK LINGKUNGAN
4
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Tabel 2.1. Perhitungan Volume Air Buangan Sumber air Limbah komplek 1, 5 jiwa/rumah Pasar/Ruko Kantor A Kantor B kantor C
kantor D SD b perguruan tinggi 1 SD A Hotel SMP b perguruan tinggi 2
rumah sakit SMA a komplek 2, 5 jiwa/rumah komplek 3,5 jiwa/rumah jumlah
Unit 25 rumah 3 buah 450 orang 600 orang 350 orang 500 orang 1500orang 1000 orang 1500 orang 400 bed 1250 orang 1500 0rang 500 bed 1000 orang 34 rumah 70 rumah
Debit air limbah 15000 96 18000 24000 14000 20000 48000 64000 48000 48000 50000 48000 1836000 64000 20000 42000
120 32 40 40 40
40 32 64 32 120 40 32
340 64 120 120 2359096
PF untuk rumah tunggal PF x debit aliran rumah PF untuk pusat perdagangan kecil PF x debit pusat perdagangan jumlah
2.5
192500 3 288 2551884 30 l/s 0.03 m3/s
Sumber : Hasil Analisis
Dapat dilihat pada tabel diatas bahwa total volume air limbah yang dihasilkan dan akan diolah di daerah Ponty city Dalam sebesar 0,03 m3/det. Untuk menentukan besarnya limbah yang dihasilkan pada setiap jenis kegiatan menggunakan tabel-tabel pada lampiran 1. Sedangkan perhitungan untuk menentukan debit air limbah dapat dilihat pada lampiran 2. Karakteristik limbah domestik yang dihasilkan oleh kegiatan-kegiatan yang ada di Ponty city Dalam berupa unsur-unsur seperti BOD, N, P, TSS yang nantinya akan diolah pada instalasi air buangan. Rumus yang digunakan untuk menentukan besarnya beban pencemaran domestik yaitu : TEKNIK LINGKUNGAN
5
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
PBP = α x Q x c Dimana
:
................................................................ (1)
PBP = Perhitungan beban pencemaran α
= Koefisien transfer beban (0,3 – 0,8)
Q
= Debit air buangan (m3/detik)
C
= Konsentrasi zat pencemar (mg/L)
Perhitungan untuk menentukan besarnya beban pencemaran domestik dapat dilihat pada lampiran 3. Hasil perhitungan beban pencemaran domestik dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Tabel 2.2 Perhitungan Beban Pencemaran Domestik TSS
BOD (mg/det)
(mg/det)
1800
1800
Lemak & minyak (mg/det)
N (mg/det)
P (mg/det)
360
720
180.00000
Sumber : Hasil Analisis
Pada tabel diatas dapat dilihat bahwa beban pencemaran domestik yang paling besar di Ponty city Dalam terdapat pada BOD dan TSS yaitu sebesar 1800 mg/detik. Berikut ini akan ditampilkan grafik yang menggambarkan variasi harian air buangan domestik beserta variasi beban pencemarannya.
TEKNIK LINGKUNGAN
6
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
0.160 0.140 0.120 0.100 0.080
Debit
0.060
BOD
0.040 0.020 0.000 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
waktu(jam)
Grafik 1.Variasi Harian Air Buangan Domestik dan BOD 0.160 0.140 0.120 0.100 0.080
Debit
0.060
TSS
0.040 0.020 0.000 0
5
10
15
20
25
Grafik 2.Variasi Harian Air Buangan Domestik dan TSS
TEKNIK LINGKUNGAN
7
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
0.045 0.040 0.035 0.030 0.025 0.020
Debit
0.015
P
0.010 0.005 0.000 0
5
10
15
20
25
Grafik 3.Variasi Harian Air Buangan Domestik dan P 0.045 0.040 0.035 0.030 0.025
Debit
0.020
N
0.015 0.010 0.005 0.000 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Grafik 4.Variasi Harian Air Buangan Domestik dan N
TEKNIK LINGKUNGAN
8
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Produksi air limbah bervariasi menurut waktu seperti yang ditunjukkan pada grafik diatas. Agar bangunan pengolahan air buangan dapat mengolah air buangan tanpa mengalami tekanan (distress) maka perlu dilakukan perataan (equalization/balancing) beban air buangan. Perataan yang akan dilakukan berupa perataan debit dengan cara menahan air limbah di dalam tangki (equalization tank) sebelum memasuki BPAB. Data debit air buangan di kecamatan Ponty city akan disajikan pada tabel berikut.
TEKNIK LINGKUNGAN
9
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Tabel 2.3 Variasi Debit Air Buangan Waktu
Debit
Jam 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Rata-rata
(m3/detik) 0.020 0.027 0.033 0.036 0.038 0.040 0.032 0.034 0.038 0.036 0.034 0.030 0.028 0.031 0.034 0.036 0.038 0.042 0.038 0.036 0.034 0.031 0.028 0.025 0.033
Sumber : Hasil analisis Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa air buangan di Kecamatan Ponty city memiliki debit rata-rata sebesar 0,033 m3/detik. Dan pertama kalinya beban aliran melewati rata-rata terjadi pada jam ketiga yaitu sebesar 0,036 m3/detik. Sehingga untuk menghitung dimensi bak equalisasi dimulai dari jam ketiga.
TEKNIK LINGKUNGAN
10
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Tabel 2.4 Hasil Perhitungan Dimensi Bak Equalisasi Waktu jam
Debit m3/detik
Vbar in m3
Vbar out m3
dS/dt m3
Σ dS/dt m3
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0 1 2
0.03600 0.03800 0.04000 0.03173 0.03400 0.03800 0.03600 0.03400 0.03000 0.02800 0.03100 0.03400 0.03600 0.03800 0.04200 0.03800 0.03600 0.03400 0.03100 0.02800 0.02500 0.02000 0.02700 0.03300
129.60 136.80 144.00 114.24 122.40 136.80 129.60 122.40 108.00 100.80 111.60 122.40 129.60 136.80 151.20 136.80 129.60 122.40 111.60 100.80 90.00 72.00 97.20 118.80
119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985 119.809985
9.790 16.990 24.190 -5.570 2.590 16.990 9.790 2.590 -11.810 -19.010 -8.210 2.590 9.790 16.990 31.390 16.990 9.790 2.590 -8.210 -19.010 -29.810 -47.810 -22.610 -1.010
9.790 26.780 50.970 45.400 47.990 64.980 74.770 77.360 65.550 46.540 38.330 40.920 50.710 67.700 99.090 116.080 125.870 128.460 120.250 101.240 71.430 23.620 1.010 0.000
Sumber : Hasil Perhitungan Dari tabel hasil perhitungan di atas, nilai kapasitas maksimum terdapat pada jam ke 20 yaitu sebesar 128.460 m3 sehingga didapatkan kapasitas equalization tank/basin yang telah ditambahkan 25% tinggi jagaan
yaitu:
128.460+ (25% x 128.460) = 160.575 m3. Dari hasil perhitungan dapat diketahui bahwa kapasitas equalization tank/basin untuk perataan debit air buangan di Kecamatan Ponty city adalah 160.575 m3.
TEKNIK LINGKUNGAN
11
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
2.3
Standar Kualitas Air Buangan (effluent standar) Berdasarkan PP No. 82 Tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan
Pengendalian Pencemaran Air (lihat pada lampiran 1), kualitas air buangan effluent tidak boleh melebihi kadar maksimum. Oleh karena itu parameter standar kualitas air buangan effluent dari BPAB tidak boleh melebihi dari standar baku mutu yang ditetapkan. Berdasarkan PP No. 82 Tahun 2001, kadar maksimal parameter BOD adalah sebesar 3 mg/l, kadar maksimal COD adalah 25 mg/l, kadar maksimal TSS adalah sebesar 50 mg/l, kadar maksimal N adalah sebesar 0,06 mg/l, serta kadar maksimal P adalah sebesar 0,2 mg/l. Kadar tersebut merupakan batas baku mutu air kelas 2, dimana air dapat digunakan untuk prasarana/sarana rekreasi air, pembudidayaan ikan air tawar, peternakan ,air untuk mengairi pertanaman, dan atau peruntukkan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut. 2.4
Badan Air Penerima Sungai landak merupakan badan air penerima air buangan effluent dari
BPAB.
Sungai Landak memiliki lebar 8 m, kedalaman 5 m, serta debit 15
m3/detik. Karakteristik Sungai Landak yaitu airnya berwarna kecoklatan, kandungan TSS cukup tinggi. Kualitas air Sungai Landak akan diberikan pada tabel berikut. Tabel 2.4 Kualitas air Ponty city Parameter TDS TSS BOD COD Amonium (NH3) Nitrat Nitrit
Konsentrasi (mg/L) 30 57 18.5 35.7 0.25 5.93 0.06
Sumber : Data Sekunder
TEKNIK LINGKUNGAN
12
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
BAB III ANALISA DISAIN PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN 3.1
Parameter Air Buangan yang Harus Diolah Berdasarkan PP No. 82 Tahun 2001 parameter kualitas air buangan
Kecamatan Ponty city belum memenuhi standar baku mutu effluent. Oleh karena itu sebelum dibuang ke badan air, air buangan perlu dilakukan pengolahan untuk menurunkan parameter kualitas air. Penurunan konsentrasi parameter tersebut harus mencapai efisiensi pengolahan sehingga sesuai dengan standar baku mutu effluent. Besarnya efisiensi dinyatakan dalam bentuk prosentase (%), dengan rumus sebagai berikut : Co - Ci Ef =
x 100%
…………………………… (2)
Co Dimana
:
Ef = efisiensi proses penurunan parameter (%) Co = kosentrasi parameter saat masuk ke proses Ci = konsentrasi parameter saat keluar dari proses.
Konsentrasi parameter yang dihasilkan, standar baku mutu effluent berdasarkan PP No. 82 Tahun 2001, serta efisiensi pengolahan yang harus dicapai dapat dilihat pada tabel 3.1 berikut: Tabel 3.1 Efisiensi Pengolahan Zat-Zat Pencemar Parameter
Konsentrasi (mg/L)
BOD N P TSS Sumber : Hasil Analisis
TEKNIK LINGKUNGAN
60 24 12 60
Standar effluent (mg/L) (PP No. 82 Tahun 2001) 3 0.06 0.2 50
Efisiensi pengolahan 95.0% 99.8% 98.3% 16.7%
13
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
3.2
Alternatif-alternatif Pengolahan Pendahuluan Tahap pengolahan ini melibatkan proses fisik yang bertujuan untuk
menghilangkan padatan tersuspensi dan minyak dalam aliran air limbah. Beberapa proses pengolahan yang berlangsung pada tahap ini ialah screen and grit removal, equalization and storage, serta oil separation. Namun, pemisahan minyak pada pengolahan awal ini tidak dilakukan karena pada umumnya rumah penduduk di Kecamatan Ponty city sudah memisahkan air limbahnya dari minyak tersebut. Pada umumnya, sebelum dilakukan pengolahan lanjutan terhadap air buangan, diinginkan agar bahan-bahan tersuspensi berukuran besar dan yang mudah mengendap atau bahan-bahan yang terapung disisihkan terlebih dahulu. Penyaringan (screening) merupakan cara yang efisien dan murah untuk menyisihkan bahan tersuspensi yang berukuran besar. Bahan tersuspensi yang mudah mengendap dapat disisihkan secara mudah dengan proses pengendapan. Parameter desain yang utama untuk proses pengendapan ini adalah kecepatan mengendap partikel dan waktu detensi hidrolis di dalam bak pengendap. Screening berupa batangan paralel, rods atau wires grating, saringan kabel atau piringan yang dapat menyaring yang bukaannya dapat ditemukan dalam berbagai bentuk tetapi pada umumnya bukaan berbentuk bulat atau persegi panjang. Screen yang terdiri dari batangan yang disusun paralel disebut sebagai Bar Racks/Bar Screen. Bar Screen dapat menyisihkan 60 – 70 % volume partikel yang dapat disaring pada 1 - 4 inch (25 – 100 mm) screen. Dengan menggunakan bar screen pada proses awal pengolahan maka sampah-sampah kasar seperti kayu, daun-daun, plastik, kain-kain bekas dapat ditahan. Terdiri dari batangan dengan jarak antar spasi 5/8 inch atau lebih.
TEKNIK LINGKUNGAN
14
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Kriteria disain bar screen yang akan digunakan sebagai berikut: -
Pembersihan secara manual
-
Bentuk bulat dengan faktor Kirscmer = 1,79
-
Lebar batang 4 - 8 mm
-
Jarak antar batang 25 - 50 mm
-
Kemiringan ban ( dari horisontal ) 45o – 60o
-
Headloss max saat clogging 800 mm
-
Headloss yang diijinkan 150 mm
Disain yang akan digunakan sebagai berikut: -
β = 1,79 (bentuk bulat)
-
Lebar batang 5 mm (ω)
-
Jarak antar batang 25 mm (b)
-
Kemiringan bar 60o
-
Lebar saluran = 0,688 (L) Selain menggunakan screening pada pengolahan pendahuluan, juga
menggunakan grit chamber yang berfungsi untuk mengendapkan tanah kasar, pasir dan partikel kasar dari air buangan dengan kecepatan pengendapan atau specific gravity lebih besar daripada partikel organik agar tidak mengganggu proses pengolahan utama. Kriteria disain grit chamber sebagai berikut :
Kecepatan di saluran (Vh) 0,15 – 0,3 m/detik;
Waktu detensi (td) 20 – 60 detik;
Dilakukan pengontrolan kecepatan agar tidak terjadi pengendapan SS organik;
Pencucian grit untuk membersihkan SS organik bila point 4 tidak tercapai;
Overflow rate = 900 x rata-rata kecepatan mengendap partikel terkecil yang akan disisihkan;
Across sama dengan debit aliran (tidak termasuk ruang pengumpul pasir dan freeboard);
TEKNIK LINGKUNGAN
15
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Tinggi grit (hgrit) = 10 – 20 cm. Selain grit chamber, digunakan juga bak pra-sedimentasi (bak pengendap
pertama) dan tangki aliran rata-rata (TAR). Fungsi dari bak pengendap pertama adalah untuk menurunkan kadar solid yang terdapat dalam air buangan dengan cara mengendapkannya secara gravitasi. Kriteria design bak pengendap pertama sebagai berikut: -
Waktu detensi (td) = 1,5 – 2,5 jam ; tipikal 2 jam
-
Over flow rate pada aliran rata-rata ( 32 – 49 ) m3/m2 hari pada aliran maksimum ( 80 – 120 ) m3/m2 hari
-
Beban pelimpah (weir loading) = ( 125 – 500 ) m3/m2 hari
-
Kedlaman bak (3 – 5)m Sumber: Metcalf Eddy, 1979
-
Perbandingan panjang dan lebar ( 3 – 5 ) : 1
-
Kemiringan dasar / slope ( S ) : 1 – 2 %
-
Efisien penyisihan SS : ( 50 – 75) %
-
Efisien penyisian BOD : ( 25 – 40 ) %
Fungsi dari tangki aliran rata-rata adalah untuk mengatasi fluktuasi aliran, fluktuasi beban BOD dalam air buangan menjadi rata-rata. Kriteria design -
Talud : 3:1
-
Kedalaman minimum ( 1,5 - 2 ) meter
-
Free board 1 meter Design
-
Talud : 3 : 1
-
Kedalaman minimum = 2 m
-
Free board 1 m
-
System TAR yang digunakan yaitu in line, artinya TAR berada dalam sistem ini pencampuran mass loading dapat dijamin lebih baik
TEKNIK LINGKUNGAN
16
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
3.3
Alternatif-alternatif Pengolahan Kedua (utama) Pada dasarnya, pengolahan tahap kedua ini masih memiliki tujuan yang
sama dengan pengolahan awal. Letak perbedaannya ialah pada proses yang berlangsung yaitu pengolahan tahap kedua dirancang untuk menghilangkan zatzat pencemar dari air limbah yang tidak dapat dihilangkan dengan proses fisik biasa. Proses-proses yang terjadi pada pengolahan tahap pertama ialah neutralization, chemical addition and coagulation, flotation, sedimentation, filtration, activated sludge, anaerobic lagoon, tricking filter, aerated lagoon, stabilization basin, rotating biological contactor, serta anaerobic contactor and filter. Pengolahan yang akan digunakan untuk mengolah air buangan di Kecamatan Ponty city menggunakan activated sludge untuk menurunkan kandungan BOD dan phosphor. Unit ini dipilih karena tingkat pengolahan lebih baik, fleksibilitas operasional lebih tinggi, koagulan (kapur) yang digunakan lebih murah. Di dalam reaktor pertumbuhan tersuspensi, mikroorganisme tumbuh dan berkembang dalam keadaan tersuspensi. Proses lumpur aktif (activated sludge) yang banyak dikenal berlangsung dalam reaktor jenis ini. Proses lumpur aktif (activated sludge) terus berkembang dengan berbagai modifikasinya, antara lain: oxidation ditch dan kontak-stabilisasi. Dibandingkan dengan proses lumpur aktif konvensional, oxidation ditch mempunyai beberapa kelebihan, yaitu efisiensi penurunan BOD dapat mencapai 85% - 90% (dibandingkan 80% - 85%) dan lumpur yang dihasilkan lebih sedikit. Selain efisiensi yang lebih tinggi (90% 95%), kontak stabilisasi mempunyai kelebihan yang lain, yaitu waktu detensi hidrolis total lebih pendek (4 - 6 jam).
Efisiensi pengolahan lumpur aktif
(activated sludge) ini sangat sesuai dengan besarnya beban BOD yang akan diolah yaitu sekitar 95% sehingga unit proses ini dipilih sebagai pengolahan (utama) air buangan di Kecamatan Ponty city.
Proses kontak-stabilisasi dapat pula
menyisihkan BOD tersuspensi melalui proses absorbsi di dalam tangki kontak
TEKNIK LINGKUNGAN
17
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
sehingga tidak diperlukan penyisihan BOD tersuspensi dengan pengolahan pendahuluan. Kriteria desain lumpur aktif (activated sludge) adalah sebagai berikut:
3.4
Volatile Suspended Solid (VSS) yang akan masuk reaktor diabaikan
Ratio Food/ Mikroorganisme (F/M) = (0,2 - 0,6) kg BODs/kg MLVSS;
Volumetric Loading = 0,8 – 2,0 kg BODs/m3;
Mean all Residance time = 5 – 15 hari;
Mixed Liquor Volatile Suspended Solid (MLVSS) = 3000 – 6000 mg/l;
V/Q Waktu detensi (td) = 4 – 9 jam;
Ratio resirkulasi (R) = 0,25 – 1,0;
Kedalaman tangki aerator = 3 – 5 jam;
Free Board = 0,3 – 0,6 m;
Konsentrasi O2 = 1 – 2 mg/l;
Volume Udara = 0,5 – 2 ft3/gall;
Kandungan BOD5 dan TSS dalam effluent 20 mg/l
Alternatif-alternatif Pengolahan Ketiga Pengolahan air buangan secara kimia biasanya dilakukan untuk
menghilangkan partikel-partikel yang tidak mudah mengendap (koloid), logamlogam berat, senyawa fosfor, dan zat organik beracun dengan membubuhkan bahan kimia tertentu yang diperlukan. Penyisihan bahan-bahan tersebut pada prinsipnya berlangsung melalui perubahan sifat bahan-bahan tersebut, yaitu dari tak dapat diendapkan menjadi mudah diendapkan (flokulasi-koagulasi), baik dengan atau tanpa reaksi oksidasi-reduksi, dan juga berlangsung sebagai hasil reaksi oksidasi. Proses-proses yang terlibat dalam pengolahan air limbah tahap ketiga ialah coagulation and sedimentation, filtration, carbon adsorption, ion exchange, membrane separation, serta thickening gravity or flotation. Pengolahan lanjutan yang akan digunakan setelah activated sludge adalah sedimentasi. Pengendapan bahan tersuspensi yang tak mudah larut dilakukan
TEKNIK LINGKUNGAN
18
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
dengan membubuhkan elektrolit yang mempunyai muatan yang berlawanan dengan muatan koloidnya agar terjadi netralisasi muatan koloid tersebut, sehingga akhirnya dapat diendapkan. Penyisihan logam berat dan senyawa fosfor dilakukan dengan membubuhkan larutan alkali (air kapur misalnya) sehingga terbentuk endapan hidroksida logam-logam tersebut atau endapan hidroksiapatit. Endapan logam tersebut akan lebih stabil jika pH air > 10,5 dan untuk hidroksiapatit pada pH > 9,5. Khusus untuk krom heksavalen, sebelum diendapkan sebagai krom hidroksida [Cr(OH)3], terlebih dahulu direduksi menjadi krom trivalent dengan membubuhkan reduktor (FeSO4, SO2, atau Na2S2O5). 3.5
Alternatif-alternatif Pengolahan Lanjutan (optional) Dari rangkaian pengolahan air buangan akan menghasilkan limbah baru
yang berupa lumpur. Lumpur yang terbentuk sebagai hasil ketiga tahap pengolahan sebelumnya kemudian diolah kembali melalui proses digestion or wet combustion, pressure filtration, vacuum filtration, centrifugation, lagooning or drying bed, incineration, atau landfill. Penanganan lumpur ini dilakukan melalui proses dewatering, yaitu proses penyisihan sejumlah air dari lumpur dengan tujuan untuk mengurangi volume lumpur dengan cara pengeringan. Metode dewatering yang digunakan adalah menggunakan unit sludge drying bed, yaitu bangunan untuk penampungan lumpur yang akan diproses secara alamiah dengan pengeringan menggunakan sinar matahari. Pada unit ini, dewatering terjadi karena evaporasi dan drain (peresapan). Pada musim kemarau, untuk mencapai kadar solid 30 - 40 % diperlukan waktu 2 4 minggu. Unit sludge drying bed terdiri dari :
Bak/bed yang ukurannya disesuaikan.
Pasir dengan tebal 15 – 25 cm.
Kerikil dengan tebal 15 – 30 cm.
Drain, di bawah kerikil untuk menampung resapan air dari lumpur. Luas sludge drying bed dapat dihitung dengan persamaan berikut: A = K (0,01 R + 1,0)…………………………………….(3)
TEKNIK LINGKUNGAN
19
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Dimana: A = luas per kapita, ft2/kap. K = faktor yang tergantung pada tipe digestion K = 1,0 untuk anaerobik digestion K = 1,6 untuk aerobik digestion R = hujan tahunan, in. Hasil lumpur yang telah diolah dapat diaplikasikan sebagai pupuk organik dan dijual di pasaran atau pertanian dan perkebunan.
TEKNIK LINGKUNGAN
20
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN 3.6
Pemilihan Alternatif
Berikut merupakan diagram alir unit-unit pengolahan air buangan di Kecamatan Ponty city :
Inffluent
Sreening
Grit Chamber
Bak Pengendapan
Equalisasi
Activated Sludge
Effluent
Sludge Drying Bed
Pupuk Keterangan: Aliran Air Buangan Aliran Lumpur
Gambar 3.1. Diagaram Alir Unit Pengolahan Air Buangan Kecamatan Ponty city
TEKNIK LINGKUNGAN
21
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
BAB IV PERHITUNGAN DAN PERANCANGAN BANGUNAN AIR BUANGAN 4.1
Perhitungan Alternatif Terpilih Pengolahan Pendahuluan
4.1.1
SUMP WELL Fungsi dari Sump Well adalah untuk menampung air buangan dari
saluran induk sebelum dilakukan pemompaan. Perencanaan saluran pengumpul tergantung pada sistem pemompaan yang berkaitan dengan adanya fluktuasi air buangan dan waktu detensi atau lamanya air buangan berada dalam sumur tersebut. Kriteria design (Porter. H. W waste water system engineering, 1978) - Waktu detensi ≤ 10 menit agar tidak terjdi pengendapan dan dekomposisi air buangan - Panjang sumur disesuaikan dengan ruang pompa yang dibutuhkan - Lebar sumur tergntung dengan kedalaman/ketinggian air buangan - Tinggi muka air pa dumur pengumpul harus beada dbawah ujung pipa induk air bungn agar tidak terjadi alir balik Design Direncanakan waktu detensi = 5 menit Direncanakan lebar sump well = 7 m
Perhitungan - Volume bak = Qmin x td = = 6 m3 - Kedalaman muka air minimum berdasarkan perhitungan perhitugan screew pump, H1 = 0,553 m =
TEKNIK LINGKUNGAN
22
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
- Kedalaman muka air pada saat maksimum o = - Kedalaman muka air pada saat rata-rata o = 4.1.2
Screw Pump Adapun fungsi dari screw pump adalah untuk menaikkan air buangan
dari sumur pengumpul ke unit pengolahan selanjutnya. Digunakan screw pump dengan pertimbangan: -
Mampu untuk memompa cairan dengan kapasitas yang berfluktuasi berdasarkan tinggi muka air pada inletnya. Dengan demikian tidak diperlukan sistem pemompaan secara berangkai seperti halnya bila menggunakan pompa sentrifugal untuk mengatasi adanya fluktuasia debit
-
Mampu menaikkan / mengankat cairan sampai ketinggian 9 m
Kriteria Design - Kapasitas maksimum (Q) = 265 m3/menit - Head total maksimum = 9 m - Sudut kemirigan Screw = = (22 – 39)o - Putaran Screw (n) = (20-100) rpm - Efisiensi pompa ( η ) = ( 70 – 78 ) % Sumber: toishima pump MFG Co LTD. Screw Pump, Japan
Ukuran pompa yang digunakan disesuaikan dengan debit air buangan pada keadaan maksimum untuk setiap periode design
TEKNIK LINGKUNGAN
23
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Design Digunakan screw pump φ 900 mm sebanyak 2 buah ( 1 operasi, 1 cadangan) = 9,72 m3/menit
Kapasitas pompa
Banyak putaran screw = 54 rpm
H2
= 5,2 m
Sudut kemiringan
= 35o
Efisiensi pompa
= 70 %
Perhitungan: Qmax = 0,042 m3/detik = 2,52 m3/menit Kapasitas pompa = 9,72 m3/menit Kapasitas pompa diperoleh dari tabel karakteristik pump dan dapat dilihat pada lampiran 3. Taraf muka air pada saluran pengumpul ⁄ ⁄
Taraf muka air maksimum pada bagian outlet screw pump ⁄
⁄
Tinggi muka air minimum = = = Total head (H) H = = = Daya pompa
= = = 12,02 kW
TEKNIK LINGKUNGAN
24
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
4.1.3
SALURAN PEMBAWA Fungsi : Menyalurkan air dari screw pump ke bars screen dan untuk
menyalurkan air buangan
dari satu unit pengolahan ke unit pengolahan
selanjutnya. Data : Q maksimum : 0,042 m3/detik
Q rata_rata
: 0,033 m3/detik
Q minimum
: 0,020 m3/detik
DESIGN Direncanakan kecepatan pada saat debit maksimum 0,6 m/detik Slope saluran : 0,001 m/m n manning : 0,013
PERHITUNGAN ⁄
Rumus Manning :
⁄
Pada saat debit maksimum (0,042 m3/detik)
b = 2y A=b.y = 2y . y = 2y2 A = ⁄
⁄
A = 2y2 0,070 = 2y2 y2 = 0,035 y =√ = 0,187 m b = 2y = = 0,374 m Jadi lebar saluran = 0,374 m TEKNIK LINGKUNGAN
25
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Tinggi muka air pada saat maksimum = 0,187 m Pada saat debit minimum (0,020 m3/detik) ⁄
⁄ ⁄
(
)
⁄
⁄
(
(
)
(
)
(
)
(
)
⁄
)
Setelah dilakukan perkalian silang, diperoleh persamaan :
Dengan cara trial dan error, diperoleh Y1 = 0,25717 m Check kecepetan pada saat minimum vmin = Jadi kedalaman air pada saat minimum Free Board = 20% dari Qmaks QFB
(
TEKNIK LINGKUNGAN
)
26
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
⁄
(
(
(
)
( (
)
⁄
) )
)
Setelah dilakukan perkalian silang, diperoleh persamaan :
Dengan cara trial dan error diperoleh Y2 = 0,0953 m Jadi tinggi saluran = tinggi muka air pada saat maksimum + tinggi free board = 0,87 + 0,0953 = 0,282 m Jadi, tinggi saluran = 0,282 m
4.1.4
BARS SCREEN Berfungsi untuk menyaring benda-benda kasar yang terbawa dalam
aliran seperti plastik, kayu, kertas, dll. Screening juga ditujukan untuk menjaga agar tidak terjadi kerusakan pada pompa, value, peralatan sludge removal dan unit pengolahan selanjutnya.
KRITERIA DESIGN - Pembersihan secara manual - Bentuk bulat dengan faktor Kirscmer = 1,79 - Lebar batang 4 - 8 mm - Jarak antar batang 25 - 50 mm - Kemiringan ban ( dari horisontal ) 45o – 60o - Headloss max saat clogging 800 mm
TEKNIK LINGKUNGAN
27
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
- Headloss yang diijinkan 150 mm
DESIGN - β = 1,79 (bentuk bulat) - Lebar batang 5 mm (ω) - Jarak antar batang 25 mm (b) - Kemiringan bar 60o - Lebar saluran = 0,688 (L) Perhitungan (
) (
)
Jadi jumlah batang 12 buah Jumlah bukaan o Lebar bukaan total Panjang kisi terendam - Pada saat maksimum
= - Pada saat minimum
= Kecepatan melalui bars screen - Pada saat maksimum
TEKNIK LINGKUNGAN
28
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
- Pada saat minimum
Veocity head -
Pada saat maksmum (
-
)
Pada saat minimum (
)
Head loss - Pada saat maksimum ( ⁄ )
⁄
(
)
- Pada saat minimum ( ⁄ ) (
⁄
)
Ketinggian muka air setelah melewati bars screen Y1 = Y2 + HL Y2 = Y1 x HL Y2 = tinggi muka air setelah bars Y1 = tinggi muka air sebelum bars H2 = head loss - Pada saat maksimum
TEKNIK LINGKUNGAN
29
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Check kecepatan : - Pada saat minimum
Check kecepatan = 4.1.5
COMMINUTOR Berfungsi untuk memotong benda-benda padat menjadi berukuran yang
sama besarnya (homogen ). Hal ini dimaksudkan agar : Tidak mempengaruhi proses selanjutnya, misalnya pemompaan Partikel diskrit tidak mengendap pada grit chamber Penentuan jenis dan ukuran comminutor berdasarkan pada debit maksimum air buangan. Tabel 2.2 Ukuran dan kapasitas comminutor Kapasitas (mgd) Controlled Dischange Free Discharge 0 - 0,35 0 - 0,3 0,17 - 1,1 0,17 - 0,82 0,4 - 2,3 0,4 - 1,4 1,0 - 6,0 1,0 - 3,6 1,0 - 11,0 1,0 - 6,5 1,5 - 25,0 1,6 - 9,6 Desain ditentukan oleh jenis pekerjaan
No
Ukuran Motor
7B 10 A 15 M 25 M 25 A 36 A 54 A
1/4 1/2 3/4 1 1/2 1 1/2 2
Sumber : Elwyn. E. Seelye, “Design“, John Willey Sons, Inc. New York, London, Sydney
TEKNIK LINGKUNGAN
30
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Diketahui : debit maksimum = 0,042 m3/detik = 0.324 mgd Jenis comminutor yang akan digunakan adalah controlled discharge type no 36A dengan ukuran motor 2 dan kapasitas pengolahan 1,5 – 25 mgd tau 0,0657 – 1,095 m3/det.
4.1.6
GRIT CHAMBER dan ALAT UKUR PARSHALL FLUME Fungsi Grit Chamber : Memisahkan pasir atau kerikil yang terbawa
dalam air dengan kecepatan pengendapan atau specific gravity lebih besar daripada partikel organik agar tidak mengganggu proses pengolahan berikutnya. Pemisahan pasir/grit ini bertujuan untuk : - Melindungi peralatan mekanik dan pompa dari abrasi - Mencegah terjadinya clogging pada pipa - Mencegah efek penyemenan pad dasar dari sludge digester dan bak pengendap pertama - Mengurangi akumulasi dari material inert pada bak aerasi dan sludge digester Kriteria Design - Diameter pasir > 0,2 mm - Kecepatan horizontal (VH) = 0,5 – 1 feet/s atau 0,15 – 0,3 m/det - Kecepatan pengendapan untuk partikel ϕ 0,2 mm = 51 inci/mnt - Over flow rate = 900 x Vs gallon/ft2/day - Waktu detens 20 – 60 dtk Sumber : Elwyn. E. Seelye, “Design“, John Willey Sons, Inc. New York, London, Sydney DESIGN - Direncanakan 3 buah bak grit chamber (2 bak beroperasi, 1 cadangan ) - Kecepatan horizontal 0,3 m/dtk atau 1 fps - Digunakan alat ukur parshall flume yang berfungsi untuk mengatasi kecepatan horizontal yang tidak konstan akibat adanya fluktuasi yang menyebabkan kedalaman air buangan pada pengendapan pasir yang berubah-rubah dengan mengatur kedalaman air pada bak pengendap pasir (grit chamber) TEKNIK LINGKUNGAN
31
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
PERHITUNGAN : Q maks
= 0,042 m3/detik
Q rata2
= 0,033 m3/detik
Q min
= 0,020 m3/detik ⁄ ⁄ ⁄ ⁄
Persamaan yang digunakan pada alat ukur Parshall Flume ⁄
⁄
(
) ⁄
(
) *
(
⁄
)
⁄
+
*
(
⁄
)
⁄
+
W D
A D
A D
D D
U D
B D
TEKNIK LINGKUNGAN
F D
G D
32
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Z
Grit Chamber
Pharsall Flume
Gambar 4.1 Sketsa alat ukur Pashall Flume
Ukuran Pashall Flume yang digunakan w
= 1 ft
= 0,3048 m
A
= 4 ft
= 1,372 m
1/3 A
= 3 ft
= 0,9144 m
B
= 4 ft
= 1,343 m
C
= 2 ft
= 0,6096 m
D
= 2 ft
= 0,845 m
E
= 3 ft
= 0,9144 m
F
= 2 ft
= 0,6096 m
G
= 3 ft
= 0,9144 m
K
= 3 inchi = 0,0762 m
N
= 9 inchi = 0,229 m
TEKNIK LINGKUNGAN
33
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
*
(
⁄
)
⁄
+
*
(
⁄
)
⁄
+
*
(
⁄
)
⁄
+
*
(
⁄
)
⁄
+
(
)
( ( (
) ) )
Lebar saluran grid chamber v = 0,3 m/s = 1 ft/s
Luas penampang (Ac)
TEKNIK LINGKUNGAN
34
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Over flow rate
= 900 x Vc x 900 x 57 = 48600 gall/day/ft2 = 0,07 fps = 0,02135 m3/detik
Luas permukaan (As)
Panjang bak ( L )
- Kedalaman muka air pada saat Q max dmax = 0,540 ft = 0,16 m - Kedalaman muka air pada saat Q min dmin = 0,33 ft = 0,1 m Volume bak V =PxLxD = 2,34 x 10,70 x 0,16 = 1m3 Check waktu detensi
Free bord FB = E – dmax – z (
TEKNIK LINGKUNGAN
)
35
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Tinggi bak grit chamber (dihitung dari permukaa ruang pasir) T = dmax + FB
Ruang pasir Qrat untuk 1 bak =
⁄
m3/detik
= 0.60 ft3/detik = 16,59 L/detik = 4,38 gallon/detik = 0,37mgd
Akumulasi rata-rata grit
= 6 ft/million gallon
Volume pasir per hari
=
Asumsi tinggi pasir
=
Volume ruang pasir
=PxLxT = 1,94 x 1,11 x 0,1524 = 0,328 m3 = 17,65 ft3
Pengambilan pasir dilakukan 5 hari sekali
4.1.7
BAK PENGENDAP PERTAMA Berfungsi untuk menurunkan kadar solid yang terdapat dalam air
buangan dengan cara mengendapkannya secara gravitasi. KRITERIA DESIGN - Waktu detensi (td) = 1,5 – 2,5 jam ; tipikal 2 jam - Over flow rate pada aliran rata-rata ( 32 – 49 ) m3/m2 hari pada aliran maksimum ( 80 – 120 ) m3/m2 hari TEKNIK LINGKUNGAN
36
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
- Beban pelimpah (weir loading) = ( 125 – 500 ) m3/m2 hari - Kedalaman bak (2 – 5)m Sumber: Metcalf Eddy, 1979 - Perbandingan panjang dan lebar ( 3 – 5 ) : 1 - Kemiringan dasar / slope ( S ) : 1 – 2 % - Efisien penyisihan SS : ( 50 – 75) % - Efisien penyisian BOD : ( 25 – 40 ) % PERHITUNGAN Debit maksimum = 0,042 m2/detik Pada debit maksimum diambil over flow rate = 80 m3/m2. hari = 0,556 m3/m2. jam = 9,259 . 10-4 m3/m2. detik Waktu detensi : 1,5 jam Bak dibuat 3 buah ( 2 beroperasi, 1 cadangan ) m3/detik Volume bak pengendap = Qmax x td = = 113,4 m3 m2
Perbandingan panjang dan lebar bak 4:1 P:L=4:1 A = P x L = 4L2 22,68 = 4L2 L2 = 5.67 L = 2,38 m P = 4L =
TEKNIK LINGKUNGAN
37
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Panjang bak yang dihitung pada kenyataannya merupakan panjang zone pengendapannya. Panjang bak sebenarnya : (
)
⁄
( ) P = 19,5 m Dimensi bak pengendap : L = 2,38 m : P = 19,5 m : A = 46,41 m2 ( ) Free board direncanakan = 1 m Pada saat Qmin
= 54 m3
Sistem Outlet Saluran pelimpah Beban pelimpah direncanakan 400 m3/m.hari = 4,63.10-3 m3/m.detik Aliran maksimum untuk 1 bak = 0,021 m3/detik Panjang saluran yang dibutuhkan
Lebar bak = 2,38 m Jumlah pelimpah yang dibutuhkan =
pelimpah
Direncanakan lebar saluran pelimpah
= 0,5 m
Direncanakan tinggi saluran pelimpah
= 0,3 m
Kehilangan tekanan (head loss) pada saluran pelimpah dinyatakan dengan persamaan:
TEKNIK LINGKUNGAN
38
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
(
[(
) (
)]
⁄
(
[(
( Fair dan Geyer ) ) (
(
)
)]
⁄
Jadi head loss yang terjadi pada saluran pelimpah : hL = 0,3 – 0,205 = 0,095 m Alat ukur Alat ukur yang digunakan ialah V notch standar 900 dengan jarak 20 cm dari pusat ke pusat sehingga setiap meter ambang pelimpah terdapat 5 buah V notch. Jumlah total V notch
= 5 x 4,56 =
Debit tiap V notch pada saat Q rata-rata ⁄
m3/detik
Aliran melalui V notch dihitung : √
Dimana : Q
= aliran per V notch ( m3/s )
Cd = koefisien of discharge ( 0,584 ) H
= tinggi muka air di notch ( m )
ϴ = sudut V notch ( 900 ) √
TEKNIK LINGKUNGAN
39
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Jadi tinggi muka air pada V notch pada saat aliran rata-rata ialah 1,5 cm Debit tiap V notch pada saat alira maksimum m3/detik Dengan cara yang sama diperoleh: H = 0,003 m = 0,3 cm Jadi tinggi muka air pada V notch saat aliran maksimum adalah 0,3 cm Penyisihan Ss Diperkirakan pada bak pengendap pertama ini terjadi penyisihan ss sebesar 70% Penyisihan BOD Akibat adanya waktu detensi selama 1,5 jam akan terjadi pengurangan konsentrasi BOD yang besarnya tergantung dari over flow rate yang digunakan dalam design
Tabel 2.3 Removal BOD berdasarkan over flow rate BOD Removal ( % ) 20 24 27 30 32 34 36 37
Over Flow Rate ( m3/m2/det ) 0,00104 0,00025 0,00071 0,00057 0,00047 0,00038 0,00025 0,00018
Sumber: Waste Water Engineering, fair, geyer & Olun: volume 2 Dari data tabel terlihat bahwa dengan over flow rate 9,259 x 10-4 m3/det akan terjadi pengurangan BOD sebesar 22,5 %.
TEKNIK LINGKUNGAN
40
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
4.1.8
TANGKI ALIRAN RATA-RATA Berfungsi untuk mengatasi fluktuasi aliran, fluktuasi beban BOD dalam
air buangan menjadi rata-rata. KRITERIA DESIGN - Talud : 3:1 - Kedalaman minimum ( 1,5 - 2 ) meter - Free board 1 meter DESIGN - Talud : 3 : 1 - Kedalaman minimum = 2 m - Free board 1 m - System TAR yang digunakan yaitu in line, artinya TAR berada dalam sistem ini pencampuran mass loading dapat dijamin lebih baik PERHITUNGAN Berdasarkan gambar volume komulatif dan kecepatan pengendapan diperoleh volume bak 6400 m3 Direncanakan permukaan tangki berbentuk bujur sangkar
(
Talut
3:1
t:a=
1:3
)
maka a = 3t Jadi volumelimas total = 4/3 ( 3t )2 Jika tinggi limas yang dipancung = 2 m Maka sisi alasnya = 3 x 2 x 2 = 12 m Volume limas yang dipancung =
m3
Volume limas terpancung = volume TAR Volume TAR = volume limas total – volume limas dipancung TEKNIK LINGKUNGAN
41
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
6400 = 12t3 – 96 t = 8,2 m
a = 3t = 24,6 m
Maka panjang sisi tangki = 2a = 49,2 m Kedalaman = 8,2 – 2 = 6,2 Free board = 1 m
Tabel 2.4. Data debit dan konsentrasi BOD per jam Debit
Jam 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
-
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Volume Kumulatif Aliran
BOD yg masuk TAR
(m3/det)
(m3)
(mg/L)
0.020 0.027 0.033 0.036 0.038 0.040 0.032 0.034 0.038 0.036 0.034 0.030 0.028 0.031 0.034 0.036 0.038 0.042 0.038 0.036 0.034 0.031 0.028 0.025
72 169 288 418 554 698 813 935 1072 1201 1324 1432 1533 1644 1767 1896 2033 2184 2321 2451 2573 2685 2785 2875
244.29 256.17 258.97 261.00 262.26 261.19 260.72 261.69 260.23 258.94 259.65 264.79 263.13 261.69 262.63 262.55 260.92 260.73 261.86 263.37 265.97 265.38 261.34 244.64
BOD Mass Loading (Kg/jam) > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > >
17.59 24.90 30.77 33.83 35.88 37.61 29.78 32.03 35.60 33.56 31.78 28.60 26.52 29.20 32.15 34.03 35.69 39.42 35.82 34.13 32.55 29.62 26.34 22.02
Sumber : Hasil Analisis
TEKNIK LINGKUNGAN
42
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Perhitungan BOD Moss loading 1. Volume tiap periode waktu dihitung dengan cara
Contoh : pada jam 4 - 5 q = 0,038 m3/detik v = 0,038 x 3600 x 1 = 136,8 m 2. BOD moss loading sebelum diekualisasi
Contoh
: pada jam 4 - 5 CBOD = 262,26 mg/L BOD moss loading = 0,038 x 262,26 x 3,6 = 35,87 kg/jam
3. Volume bak pada tiap akhir perioda
Vsc = volume sekarang Vsp = volume sebelumnya Vi = volume masuk Vo = volume keluar x volume rata-rata Contoh :
pada jam 4 - 5 Vsc = 0 + 554 – 418 = 136 m3
4. Konsentrasi aliran yag meninggalkan bak
Contoh: pada jam 4 - 5
mg/L
TEKNIK LINGKUNGAN
43
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
5. BOD moss loading yang akan diekualisasi
Contoh :
pada jam 4 - 5 BOD moss loading =
kg/jam
Perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada tabel-tabel berikut:
Tabel 2.5 Perhitungan volume kumulatif dan BOD Moss Loading
Jam 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
-
BOD
Removal BOD di BP 1
BOD sisa yang masuk TAR
(m3/det)
(mg/L)
(mg/L)
(mg/L)
0.020 0.027 0.033 0.036 0.038 0.040 0.032 0.034 0.038 0.036 0.034 0.030 0.028 0.031 0.034 0.036 0.038 0.042 0.038 0.036 0.034 0.031 0.028 0.025
315.22 330.54 334.16 336.78 338.40 337.02 336.42 337.67 335.79 334.12 335.03 341.67 339.53 337.67 338.88 338.78 336.67 336.43 337.89 339.84 343.19 342.43 337.21 315.67
70.92 74.37 75.19 75.77 76.14 75.83 75.69 75.98 75.55 75.18 75.38 76.88 76.39 75.98 76.25 76.22 75.75 75.70 76.02 76.46 77.22 77.05 75.87 71.03
244.29 256.17 258.97 261.00 262.26 261.19 260.72 261.69 260.23 258.94 259.65 264.79 263.13 261.69 262.63 262.55 260.92 260.73 261.86 263.37 265.97 265.38 261.34 244.64
Debit
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Sumber: Hasil Analisis
TEKNIK LINGKUNGAN
44
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Dari tabel dapat dilihat bahwa nilai BODmass
loading
tidak ada yang
melebihi nilai BOD yang masuk ke dalam tangki aliran rata-rata (TAR). Oleh karena itu, pada sistem pengolahan ini tidak perlu ditambahkan tangki ekualisasi.
4.2
Perhitungan Alternatif Terpilih Pengolahan Kedua (utama) Pengolahan biologis atau disebut pengolahan tingkat dua (sekunder)
adalah proses pengoloahan yang menerapkan aktivitas biologis. Pada dasarnya pengolahan ini digunakan untuk menghilagkan substansi organik biodegradable pada air. Pada pengolahan tingkat dua kadang-kadang terjadi pengolahan secara kimiawi yang bertujuan untuk mengurangi/menghilagkan kontaminan yang tidak dapat terurai dengan cara penambahan bahan kimia atau melalui reaksi kimia. Lumpur yang dihasilkan dari pengolahan tingkat satu dan tingkat dua diolah dalam unit pengolahan lumpur yang bertujuan untuk: - Mereduksi volume lumpur - Mengontrol proses pembusukan - Menstabilkan kondisi lumpur - Memanfaatkan lumpur untuk keperluan lain. PROSES PENGOLAHAN YANG DIGUNAKAN Unit-unit proses pengolahan yang digunakan dapat dilihat dari diagram alir dibawah ini:
Clarifier Promary Treatment
Activated Sludge
Desinfeksi
Thickener Digester Dewatering
Final Disfosal TEKNIK LINGKUNGAN
45
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
4.2.1
ACTIVATED SLUDGE Lumpur aktif (activated sludge) adalah proses pertumbuhan mikroba
tersuspensi. Proses ini pada dasarnya merupakan pengolahan aerobik yang mengoksidasi material organic menjadi CO2 dan H2O, NH4. Dan sel biomassa baru. Proses ini menggunakan udara yang disalurkan melalui pompa blower (diffused) atau melalui aerasi mekanik. Sel mikroba membentuk flok yang akan mengendap di tangki penjernihan. Kemampuan bakteri dalam membentuk flok menentukan keberhasilan pengolahan limbah secara biologi, karena akan memudahkan pemisahan partikel dan air limbah. Activated sludge berfungsi untuk mengolah air buangan melalui proses aerobik dengan bantuan mikroorganisme. Kriteria design Volatile Suspended Solid (VSS) yang masuk reaktor diabaikan Ratio food / mikroorganisme (F/M) = (0,2 – 0,6) Kg BOD5 / Kg MLVSS Volumetric Loading : (0,8 – 2,0) Kg.BOD5/m3 Mean all Residence time : (5 – 15) hari Mixed Liquor Volatile Suspended Solid (MLVSS) = (3000 – 6000) mg/L V/Q = waktu detensi = td = (4 – 8) jam Ratio resirkulasi = R = 0,25 – 1,0 Kedalaman tangki aerator = (3 – 5) m Free Board : (0,3 – 0,6) Konsentrasi O2 = (1 – 2) mg/L Volume udara : (0,5 – 2) ft3/gall Kandungan BOD5 dan TSS dalam effluent < 20 mg/L Perhitungan Konsentrasi BOD terlarut dalam effluent a. Bagian yang terurai dari effluent biological solids. Asumsi effluent mengandung 22 mg/L biological terbiodegradable 65% BOD ultimate = 0,65 x 22 x 1,42 = 20,3 mg/L BOD dalam effluent SS = 20,3 x 0,68 = 13,8 mg/L
TEKNIK LINGKUNGAN
solids
dan
46
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
b. Effluent diharapkan mengandung BOD5 sebesar 20 mg/L Effluent BOD5 = influent BOD5 terlarut + BODs dalam effluent SS 20 = S + 13,8 S = 6,2 mg/L Jadi influent mengandung 6,2 mg/L BOD5 terlarut 1. Effluent TSS dan BODs dari Primary Treatment Q = 0,033 m3/det = 2851,2 m3/hari BOD5 (removal 22,5%)
=641,52 kg/hari =
TSS (Removal 70%)
x 1000 = 225 mg/l
= 1995,2 kg/hari =
x 1000 = 700 mg/l
2. Kuantitas lumpur yang dibuang tiap hari Y abs = dimana Y abs = observed Yield Y
= koefisien kecepatan pertumbuhan m.o
Kd
= koefisien delay m.o (waktu -1)
dc
= mean cell residence time (hari)
Yobs =
Mass Volatile Woste (TVSS) Px= Yobs (So . S) Q dimana So = konsentrasi substrat Inf. ivent air buangan (mg/l) S
= Konsentrasi substrat effluent a.b (mg/l)
Q
= debit a.b
TEKNIK LINGKUNGAN
47
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
(
Px =
)
Px= 618 kg/hari Asumsi MLUSS/MLSS = 0,8 Masa lumpur untuk Suspended Solid (TSS) Px(S) =
= 772,5 kg/hari
3. BODs yang masuk reactor = 225 mg/l TSS = 7200 mg/l Q = 0,033 m3/dtk = 2851.2 m3/hari Influent bak aerasi ditingkatkan 5 - 10 % untuk mengatasi penetapan yang tidak pasti. Jadi BODs = 236,25 mg/l TSS
= 735 mg/l
Q
= 0,034mg/l = 2837,6
4. Efisiensi reaktor
= x 100% = 97,73%
Efisiensi pengolahan seluruhnya =
x 100% = 92,67%
5. Volume Reaktor V=
( (
) )
Dimana dc = mean cell residence time 10 hari Y = Yield pertumbuhan So = konsentrasi BODs influen S = konsentrasi MLUSS dalam bak aerasi kd = koefisien endogenasi decay
V=
( (
)
)
Direncanakan 4 bakaerasi
TEKNIK LINGKUNGAN
48
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Volume 1 bak = 291 m3 p:l=4:1 kedalaman bak = 4,5 m = 65 m2
A
4 L2 = 65 m2 L2 = 16,25 m L =4m p
= 4L = 16m
Free board = 0,5 m 6. Return Sludge Rate MLSS ( Q + Qr ) = Tss dalam sludge x Qr 4500 (Q + Qr) = 10000.Qr 4500Q + 4500Qr = 10000Qr 4500Q = (10000 – 4500)Qr
Qr = Q x 0,81 Qr = 0,034 x 0,81 Qr = 0,2754 m3/detik 7. Cek waktu Periode Aerasi
8. Cek Food / Mikroorganisme ; F/M = U (
) (
)
= 0,32 / hari …….OK!!
9. Cek organik loading
TEKNIK LINGKUNGAN
49
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
= = 1,15 kg BOD5 / m3 / hari……….OK ! 10. Massa BODs ultimate yang dimanfaatkan (
)(
)
(
)
11. Kebutuhan udara teoritis (
)
= 2777,8 – (1,42 x 919) = 1472,84 kg/hari Kebutuhan udara O2 dalam udara
= 23,2%
Berat jenis udara
= 1,201 kg/m3
Kebutuhan udara
=
Efisiensi diffuser
= 8%
Kebutuhan udara
=
m3/hari
m3/hari
Udara yang disediakan = 150% udara teoritis Total design udara
= 66649,1 x 1,5 = 99973,7 m3/hari = 1666,2 m3/menit (untuk 4 bak) = 416,5 m3/menit (untuk 1 bak)
12. Volume udara yang disupply/kg BODs yang dihilangkan ⁄ (
TEKNIK LINGKUNGAN
⁄ )
⁄
50
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
= 102.10 m3/kg Volume supply udara/m3 air buangan yang diolah m3/m3 Volume supply udara (m3/hari)/m3 volume tangki aerasi m3/m3 hari 13. Design system diffused aerator Jenis aerator yang digunakan diffuser tube Dimensi tube
= 600 x 75 mm
Discharge = 0,21 m3udara standar/menit/tube (7,4 cfm) Total jumlah diffuser tube/bak aerator = Dalam lebar bak aerasi dibuat 10 baris diffuser tube Jumlah diffuser tube/baris = 4 knee joint dan swing joint vertical hanger pipe / baris Maka jumlah diffuser tube/hanger pipe = 14. Head loss dalam pipa dan diffuser Faktor friksi untuk pipa pembawa udara :
D dalam mm Q dalam m3/menit Head loss dalam pipa
:
Dimana: hL
= head loss, mm H2O
T
= temperatur dalam0K = T0 (P/P0)0,283
L
= panjang equivalen, m
T0
= temperature udara ambient, 0K
TEKNIK LINGKUNGAN
51
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
P0
= tekanan barometric ambient, atm
P
= tekanan supply udara, atm
hv
= velocity head, mm H2O
Q
= aliran udara, m3/mnt
D
= diameter pipa, m ( ⁄ ) (
⁄
)
= 348,66 oK Tabel 3.1. Head loss dalam pipa Jalur 0-a a - a' a' - b b-c c-d d-e e-f f-g g-h h-i i-j j-k
Keterangan Horizontal diffuser header Hanger pipe 26 tube Pipe Header untuk 1 hp Pipe Header untuk 2 hp Pipe Header untuk 3 hp Pipe Header untuk 4 hp
Pipa utama dari kompresor untuk 2 bak aerasi
f
Air flow
Velocity
L
(cm) 10 10 20 20 20 20 50 50 50 50 50 65
(m3/min) 2,73 5,46 5,46 10,92 16,38 21,84 43,68 87,36 131,04 174,72 218,4 436,8
(m/min) 347,58 695,19 173,80 347,59 521,39 695,19 222,46 444,92 667,38 889,84 1112,30 1316,33
(m) 1,3 4,5 2,4 2,4 2,4 2,4 7 7 7 7 7 10
Total
hL
f
(mm) 0,5000 6,2412 0,1060 0,3826 0,8108 1,3812 0,1527 0,5511 1,1677 1,9894 3,0070 4,2070
0,024 0,021 0,022 0,020 0,018 0,018 0,016 0,015 0,014 0,013 0,013 0,012
20,4967
15. Design blower Total losses dalam pipa Losses dalam filter udara Losses dalam silencers (centrifugal) Losses dalam perlengkapan pipa = 10% Submergence (kedalaman air diatas diffuser) Diffuser Losses, fine bubble diffuser tube Clogging yang diizinkan masih terjadi dalam kondisi darurat Total
20,4967 55 30 3 4000 350 880,2 5338,697 5,34 17,52
mm mm mm mm mm mm mm mm m ft
Diketahui 1 atm standar = 10,34 m air Absolute supply pressure = (5,34 + 10,34) / 10,34 = 1,52 atm 16. Power yang dibutuhkan
TEKNIK LINGKUNGAN
52
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
[( ) Dimana : ρw
]
= kebutuhan power untuk masing-masing blower kW
W
= flow dari udara, kg/det
R
= konstanta gas, 8,314 kJ/K mole 0K
8,41 = konstanta untuk udara, kg/ k mole T0
= temperature inlte, 0K
P0
= tekanan inlet absolute, atm
P
= absolute outlet pressure, atm
e
= efisiensi mesin (70-80) %
jika diasumsikan efisiensi mesin 75%, maka: ⁄
⁄ ⁄
⁄ ⁄
[(
)
]
= 149,08 kW = 202,69 Hp
4.3
Perhitungan Alternatif Terpilih Pengolahan Ketiga
4.3.1
Bak Pengendap ke - II Bak pengendap kedua berfungsi untuk mengendapkan zat padat yang
terdapat pada air buangan yang sudah melalui pengolahan biologis Kriteria design Over flow rate
= 16 - 32 m3/m2hari
Loading
= (3 - 6) kg/m3/jam
Kedalaman
= (3,5 - 5) m
Weir loading
= (125 - 500) m3/m2hari
Φ bak
= (3 - 60) m
Kemiringan dasar saluran = 60 mm/m Waktu detensi
= 2 - 4 jam
Sumber : Met Calf dan Eddy, 1985 Perhitungan TEKNIK LINGKUNGAN
53
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
1. Direncanakan dibuat 2 bak sedimentasi Q yang masuk pada bak sedimentasi = Qav = 0,034 m3/detik Aliran untuk 1 bak = 0,017 m3/detik Waktu detensi direncanakan 2,5 jam Volume bak = Q x td = 0,017 x 2,5 x 3600 = 153 m3 Direncanakan over flow rate = 32 m3/m2.hari A=
⁄
(
)
A = 45,9m2 Daiameter bak = d = (
) = 7,64 m
Tinggi bak = Free board = 0,5 m Total kedalaman = 3,86 m
2. Sistem Inlet Digunakan centre feed yaitu air buangan dialirkan melalui bagian tengah bak dengan menggunakan pipa cast iron f 400 mm (
)
3. Ruang lumpur Asumsi konsentrasi lumpur yang diresirkulasi = 10000 mg/L
Qr = 0,81 x 0,1407 = 0,027 m3/detik Berat MLVSS yang dialirkan ke Activated Sludge = 27 L/detik x 10000 mg/L = 270000 mg/detik TEKNIK LINGKUNGAN
54
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
= 270 gr/detik
TSS yang dihasilkan dalam bak aerasi = 1148,75 kg/hari = 13,29 gr/detik TSS pada effluent Activated Sludge
= 270 + 13,29 = 283,29 gr/detik
Ratio MLVSS / MLSS = 0,8 Q yang dialirkan ke Thickener Qwaste = TSSL/XR ; dimana XR
= Konsentrasi lumpur yang diresirkulasi = 10000 mg/L
TSSL = TSS dalam effluent Bak Pengendap II TSSl TSSl
= TSS yang dikehendaki sebesar 15 mg/L
= 15 mg/L x Ql = 15 mg/L x 0,034 x 103L/d
= 510 mg/detik = 60 kg/hari
TSSL
= TSS - TSSQ = 283,29 – 60 = 223,9 kg/hari
Qwaste =
⁄ ⁄
⁄
L/d
Untuk 1 bak = 1,12/4 = 0,0625 L/d Berat SS untuk masing-masing bak = 3 gr/detik = 260 kg/hari (kadar SS = 4%)
TEKNIK LINGKUNGAN
55
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Berat Lumpur = Berat jenis Lumpur = 1,03 kg/L Volume lumpur = 18007,5 = 18 m3 Volume ruang lumpur didesain dengan bentuk kerucut terpancung Dinding ruang lumpur dibuat miring (vertical : horizontal = 2 : 1) Alas = (0,5 – 1,5) m 1,5
Y
0,5
Atas = (1,5 – 1,5) m X
=
X/Y
=½
Y
=
–
(
–
Tinggi prisma terpancing
) =2x(
)
=1m Volume ruang lumpur
= (
)
= 1,08 m3 Periode pengambilan lumpur
= 1,08 / 18 = 0,06 hari = 1,44 jam
4. Sistem Effluent Digunakan alat ukur Vnotch 90o Panjang effluent weir plate = d = d = x 7,64 = 24 m Jarak antara Vnotch, dari pusat ke pusat = 40 cm Jumlah pelimpah = Debit pelimpah = q0 = = 3,52 x 10-3 m3/detik Tinggi muka air pada pelimpah = h0 = * +
TEKNIK LINGKUNGAN
56
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
=*
+
= 0,094 m = 9,4 cm Saluran pengumpul supernatant Bentuk segi empat L=1m v = 0,6 m/detik Weir loading = 30000 gall/hari.ft2 Panjang saluran = 2r = 87,92 m Q= = 0,2114 m3/detik Across = 0,2114 / 0,5 = 0,35 m2 Tinggi saluran =
4.3.2
Sludge Thickener Berfungsi untuk mengurangi kadar air pada lumpur sehingga dapat
mengurangi volume lumpur yang akan diolah. Kriteria design Lumpur berasal dari unit primary treatment dan secondary treatment dengan kadar lumpur
= (4 - 9) %
Surface loading
= (400 - 900) gallon per day/ft2
Solid loading
= (8 - 16) lb/ft2hari
Tinggi sludge thickener
= (10 - 15) ft
Sludge volume ratio
= (0,5 - 2,0)
Perhitungan : 1. Berat solid dari BP I
= 6088,32 kg/hari
Berat solid dari BP II
= 1148,75 kg/hari
Total SS yang masuk
= 6088,32 kg/hari + 1148,75 kg/hari
TEKNIK LINGKUNGAN
57
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
= 7237,07 kg/hari Konsentrasi solid = 5% Berat lumpur dari BP I =
kg/hari
Berat lumpur dari BP II =
kg/hari
Total = 121766,4 + 22975 = 144741,4 kg/hari 2. Luas permukaan thickener = Solid loading = 16 lb/ft2/day = 78,12 kg/m2.day ⁄
A=
m2
⁄
f bak = * + =*
+
= 10,86 m Dibuat 2 buah bak Luas tiap bak = 46,32 m2 f tiap bak = 7,68 m Kedalaman bak direncanakan = 3,5 m Volume bak = A x H = = 162,05 m3 Free board
= 0,6 m
3. Kadar solid campuran = Kadar air = 95% Pada BP I Konsentrasi solid =
⁄
= 496,21 mg/L Fixed matter
TEKNIK LINGKUNGAN
= 0,4 x 496,21 = 198,48 mg/L
58
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Volatile matter
= 0,6 x 496,21 = 297,77 mg/L
Pada BP II Konsentrasi solid = = 734,75 mg/L Fixed matter
= 0,7 x 734,75 = 514,325 mg/L
Volatile matter
= 0,3 x 734,75 = 220,425 mg/L
Kadar fixed matter = *
+
= 57,90% Kadar volatile matter
= (100 – 57,90)% = 42,1%
Brt jnis solid campuran
= (0,579 x 1,3) + (0,421 x 2,5) = 1,8052
Brt jnis lumpur campuran
= (0,05 x 1,8052) + (0,95 x 1) = 1,04 m3/hari
Volume lumpur yang masuk = Volume SS yang masuk
=
L/hari
= 4,13 m3/hari = 139,17 – 4,13
Volume air yang masuk
= 135,04 m3/hari Kadar lumpur effluent direncanakan mengandung 8% solid dan 92% air Berat jenis lumpur = (0,08 x 1,75) + (1 x 0,92) =1,06 Berat lumpur yang keluar = = 90463,375 kg/hari
Volume lumpur yang keluar V=
L/hari = 85,34 m3/hari
Volume air = 101,62 Volume air yang keluar = 135,04 – 101,62 = 33,42 mg/L
TEKNIK LINGKUNGAN
59
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
4.3.3
Sludge Digester Berfungsi untuk:
- Menguraikan zat organik yang volatile - Mereduksi volume lumpur - Menguraikan zat-zat beracun yang terdapat dalam lumpur Kriteria design Detention time = (10 – 20) hari Gas yang dihasilkan = (0,75 – 1,12) m3/kg Kemampuan menurunkan VSS = (40 – 50) % Solid Loading = (2,4 – 6,4) kg/m3. Hari Sumber : Syed.R.Kasim Perhitungan: 1. Berat lumpur dari thickener = 90463,375 kg/hari Volume lumpur dari thickener = 85,34 m3/hari Jumlah air yang masuk = 67,7 m3/hari 2. Dalam tangki terjadi reduksi volatile matter = 50% VM reduksi = 42,1% x 0,5 = 21,05% VM sisa
= 21,05%
Fixed matter tidak mengalami reduksi FMout VMout
(
) (
3. Kadar air effluent
)
= 90%
Kadar sisa effluent = 10% Berat jenis Solid
= (0,7334 x 2,5) + (1,3 x 0,2666) = 2,2
Berat jenis lumpur
= (1 x 0,9) + (0,1 x 2,2) = 1,12
4. Berat lumpur effluent = = 72370,7 kg/hari Volume lumpur yang keluar = 72370,7 / 1,12 = 64616,69 L/hari TEKNIK LINGKUNGAN
60
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
= 64,62 m3/hari 5. Effisiensi digester (
⁄
)
(
(
(
⁄ (
⁄
⁄
)
)
(
)
⁄
)
)
⁄
E = 50% 6. Kapasitas Digester (
)
Dimana : B F
= kapasitas digester (ft3) = digester VM dalam waktu t = 50%
VM = %VM = 42,1% W
= Berat solid yang dimasukkan (lb/hari)
t
= waktu detensi (hari)
WM = kadar air rata-rata dalam digester = (92+90)/2 = 91% (
)(
)
B = 38034,47 ft3 B = 1077,02 m3
TEKNIK LINGKUNGAN
61
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Tabel Volume Tangki Sludge Digester Diameter tangki (ft)
Depth Bottom Line (ft)
16
20 25 30 35 40 45 50
2,5 3,12 3,74 4,37 5 5,62 6,25
5,28 8,36 12,19 16,79 22,3 28,42 35,4
Side wall depth of water (ft) 20 24 28 Volume digester (x 1000 ft3 6,54 7,8 9,05 10,33 12,2 14,26 15,02 17,86 20,67 20,04 34,49 27,74 27,23 32,26 37,29 34,78 41,14 47,5 53,36 51,12 59,6
32 10,31 16,22 23,5 32,08 42,28 53,86 66,92
Sumber: Parker, 1975 Dari tabel diperoleh untuk volume digester = 1358,5 m3 Kedalaman bak
= 7m
Diameter bak
= 50ft = 15,24 m
Kedalaman kerucut
= 6,25ft = 1,91 m
Volume bak sebenarnya = volume silinder + volume kerucut = (H x ¼ d2) + (1/3 x ¼d2t) =(
)
(
)
= 1393 m3 Digester heating Panas yang dibutuhkan = HR = Q.Cp.(T2 - T1) Dimana HR : Panas yang dibutuhkan (J/hari) Q
: Berat sludge (kg/hari)
Cp : spesifik heat lumpur (4200 J/kgoC) T2 : Temperatur digester (oC) T1 : Temperatur thickener sludge (oC) HR = 90463,375 kg/hari x 4200 J/kgoC x (30 – 20)OC = 0,38 x 1010 J/hari = 6780808,84 BTV/hari Panas yang hilang , HL = UAt(T2 – T1) Dimana HL : Heat Loss (J/jam)/(BTV/hari) U
: Koefisien heat transfer (J/detik.m2. oC)
TEKNIK LINGKUNGAN
62
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
A
: Area dimana heat loss terjadi (m2)
T2 : digester operating temperature T1 : temperature Temperatur diatas permukaan tanah = 75oF Temperatur diluar tangki di bawah tanah = 50oF Harga t : atap = 0,24 Tanah = 0,25 Bawah tanah = 0,18 Lantai = 0,12 m2 Luas dasar
= ¼ d2 = ¼ 15,242 = 182,32 m2
Luas dinding bagian atas = x 15,24 x 2/3 x 7 = 223,31 m2 Luas dinding bagian bawah = x 15,24 x 1/3 x 7 = 111,65 m2 Luas atap = ¼ x 15,392 = 186,09 m2 (tebal dinding = 0,5)
Kehilangan panas : Atap = 0,24 x (186,09 / 0,3048) x (100 – 75) = 3663,18 BTU/jam Dinding bawah = 0,18 x (111,65 / 0,30482) x (100 – 75) = 5408,23 BTU/jam Dinding atas = 0,35 x (223,31 / 0,30482) x (100 – 75) = 21032,96 BTU/jam Dasar = 0,12 x (182,32 / 0,30482) x (100 – 75) = 5887,62 BTU/jam Total = 35991,99 BTU/jam Panas yang dihasilkan 1 lb volatile solid menghasilkan 12 ft3 gas 1 ft3 gas = 700 BTU
TEKNIK LINGKUNGAN
63
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
VM yang dihasilkan = 0,5 x 0,421 = 0,2105 Berat solid = 7237,07 kg/hari = 15954,84 lb/hari Panas yang dihasilkan = 0,183 x 12 x 700 x 15954,84 = 24525780,05 BTU/hari Kebutuhan panas total = kehilangan panas + kebutuhan panas = (35991,99 x 24) + 6780808,84 = 7644616,6 BTU/hari Sisa panas = panas yang dihasilkan – kebutuhan panas total = 24525780,05 – 7644616,6 = 16881163,45 BTU/hari = 24115,94 ft3/hari Dimensi tangki gas Produk gas = 24115,94 ft3/hari Direncanakan 6 tangki Kapasitas tangki gas = 30% = 30% x (24115,94/6) = 1205,797 ft3 h = 10 ft = 3,048 m A = 120,58 ft2 f = 13,87 ft = 4,2 m
4.4
Perhitungan Alternatif Terpilih Pengolahan Lanjutan (optional)
4.4.1
Sludge drying bed Berfungsi untuk mengurangi kadar air dalam lumpur
Kriteria design Perioda pengeringan (10 - 15) hari Tebal lumpur (8 - 12) inchi Media bed : Tebal pasir = (8 - 12)’’ ES
= 0,3 - 0,75 m
UC
=4
TEKNIK LINGKUNGAN
64
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Tebal kerikil = 1 ft Φ
= ½ - 1 inch
Perhitungan Direncanakan 6 buah sludge drying bed (5 beroperasi, 1 cadangan) Perioda pengeringan
= 10 hari
Tebal lumpur
= 12” = 30 cm
Tebal pasir
= 12” = 30 cm
Volume lumpur dari digester = 81,45 m3/hari = 81,45 x 10 hari = 814,5 m3
Lumpur yang masuk
Luas permukaan untuk masing – masing sludge drying bed As =
m2
Direncanakan : P : L = 3 : 1
maka P = 3L
As = 3L2 L=√ L = 9,5 m P = 3L = 28,5 m
4.4.2
Desinfeksi Berfungsi untuk :
Mereduksi bakteri pathogen khususnya golongan coli di dalam effluent hasil pengolahan air buangan sebelum dibuang kebadan penerima. Mengurangi konsentrasi ammonia yang terdapat dalam air buangan Kriteria design Dosis kaporit (3 - 10) mg/l Kadar CaCOCl2 = 60% Pembubuhan dilakukan dengan menggunakan bak mom dengan kapasitas pembubuhan 500 cc/menit Waktu kontak 15 - 45 menit BJ kaporit = 0,8 - 0,88 kg/L
TEKNIK LINGKUNGAN
65
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Menggunakan bak khlorinasi Kecepatan pada saluran bak klorinasi = (2 - 4,5) m/jam = 0,038 m/detik = 0,075 ml Perhitungan 1. Asumsi dosis yang digunakan = 10 mg/L ⁄
⁄
Kebutuhan kaporit =
= 566,6 mg/detik = 0,5666 gr/detik = 33,96 gr/menit = 48,95 kg/hari 2. Kapasitas pembubuhan = 1000 cc/menit Kadar kaporit dalam larutan = = = 4%
3. Perioda pengisian direncanakan = 24 jam Kapasitas bak mom = 1000 x 24 x 60 = 1440000 cc = 1,44 m3 Ukuran bak mom
=P =2m L = 1,2 m t = 0,6 + 0,2 = 0,8 m
(free board)
4. Volume kaporit / hari = = 0,057 m3 Volume air pelarut = (
)
= 0,30 m3
TEKNIK LINGKUNGAN
66
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
Volume kaporit + volume air pelarut = 0,057 + 0,30 = 0,357 m3 5. Dimensi bak khlorinasi Asumsi kecepatan dalam saluran (VL) = 0,06 m/detik td = 20 menit Volume bak = Q x td = 0,034 x 20 x 60 = 40,8 m3 Panjang total saluran = V x td = 0,06 x 20 x 60 = 72 m Direncanakan lebar saluran = 2 m Luas penampang saluran = Kedalaman efektif
m2
= 0,56 / 2 = 0,28 m
Free board = 0,6 m Kedalaman total = kedalaman efektif + free board = 0,28 + 0,6 = 0,88 m Volume bak sebenarnya = 2 x 0,88 x 72 = 126,72 m3 Cek td
=
Direncanakan jumlah saluran = 5 buah Jumlah belokan = 5 – 1 = 4 buah Panjang bak = L 72 = ((L – 2) + 2 )4 + (L – 1) 72 = 4L – 8 + 8 + L – 1 72 = 5L – 1 73 = 5L L = 14,6 m
TEKNIK LINGKUNGAN
67
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
6. Jari-jari hidrolik (R) A=
(
)
n = 0,015 S=
m/m
⁄
H =SxL = 1,109.10-6 x 14,6 = 1,62.105 m 7. Kehilangan tekanan dalam bak (h) Vbelokan
= 3 x Vlurus = 3 x 0,06 = 0,18 m/d (
)
⁄
⁄
TEKNIK LINGKUNGAN
68
PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAH AIR BUANGAN
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan. Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari perencanaan ini adalah sebagai berikut : 1. Bangunan pengolahan air limbah yang direncanakan di Kecamatan Pontianak Selatan dapat menurunkan konsentrasi zat-zat pencemar yang berupa TSS, BOD5, minyak dan lemak serta phospor. 2. Konsep dan Teknologi yang digunakan dalam pengolahan air limbah di Kecamatan Pontianak Selatan disesuaikan dengan parameter pencemar yang akan diolah supaya lebih efisien.
5.2. Saran. Akan lebih baik apabila disediakan teknologi alternatif pengolahan air buangan apabila sistem pengolahan yang pertama kurang berfungsi optimal dikarenakan semua data merupakan data sekunder dan asumsi penyusun laporan.
TEKNIK LINGKUNGAN
69