BAB V DIMENSI UNIT PENGOLAHAN - Perpustakaan · PDF filePerhitungan unit pengolahan...
Transcript of BAB V DIMENSI UNIT PENGOLAHAN - Perpustakaan · PDF filePerhitungan unit pengolahan...
BAB V
DIMENSI UNIT PENGOLAHAN
V.1 Umum
Untuk menurunkan konsentrasi zat-zat pencemar dalam air limbah PT Z, maka unit-
unit pengolahan yang digunakan pada IPAL PT Z adalah sebagai berikut:
• Pengolahan pendahuluan:
Fine screen dan tangki ekualisasi
• Pengolahan tahap pertama:
Prasedimentasi dan Dissolved Air Flotation (DAF)
• Pengolahan tahap ketiga :
Anaerobic fixed bed dan lumpur aktif yang dioperasikan secara batch (sequencing
batch activated sludge).
Perhitungan unit pengolahan mempertimbangkan debit air limbah yang dihasilkan
saat ini dan debit air limbah pada kapasitas maksimum. Dalam perhitungan ini, kedua
debit tersebut dinyatakan sebagai tahap I untuk debit eksisting dan tahap II untuk
debit pada kapasitas produksi maksimum.
V.2 Pengolahan Pendahuluan
Pengolahan pendahuluan bertujuan untuk menyisihkan benda-benda kasar yang
terbawa air limbah agar tidak merusak peralatan pada tahap pengolahan selanjutnya
dan untuk meminimalkan variasi konsentrasi dan debit air limbah.
V.2.1 Fine screen
A. Umum
Fine screen yang digunakan berjenis static inclined dengan ukuran bukaan 2 mm.
Pengoperasian screen jenis ini sebagai berikut:
1. Screen memiliki 2 pipa inlet, yaitu pipa limbah pekat dan pipa limbah ringan.
V-1
2. Air limbah mengalir masuk ke dalam pipa inlet dan tertampung pada bak yang
merupakan bagian dari screen.
3. Apabila bak tersebut penuh, overflow air akan mengalir melalui bukaan screen
dan menuju pipa outlet.
4. Kotoran-kotoran yang tertahan akan langsung jatuh karena batang-batang screen
miring dan kotoran akan terkumpul di suatu wadah yang diletakkan di depan
screen.
Fine screen akan disimpan dalam suatu tempat tertutup yang dapat diakses untuk
perawatan. Penggunaan tempat khusus ini ditujukan agar screen terhindar dari
kotoran-kotoran yang berasal dari sumber lain selain air limbah, karena screen akan
diletakkan di pinggir jalan besar di dalam pabrik. Selain itu, screen dilengkapi dengan
wadah untuk menampung kotoran-kotoran yang tersaring, dikenal dengan istilah
screenings.
B. Data Perencanaan
Dalam desain ini, fine screen tidak dibuat secara manual dengan perencanaan khusus
karena screen akan didapat dari suplier dengan fabrikasi. Bagian-bagian dari screen
yang harus difabrikasi adalah diameter pipa inlet dan outlet. Ukuran kedua pipa
tersebut harus sesuai dengan debit air limbah yang terproduksi dengan beberapa
ketentuan yaitu:
1. saat debit maksimum, kecepatan aliran dalam pipa inlet maupun outlet tidak
melebihi 3 m/detik (Moduto, 2000), agar friksi sepanjang pipa tidak terlalu besar
2. saat debit minimum, kecepatan aliran tidak terlalu kecil yaitu kurang dari 0,3
m/detik (Moduto, 2000) untuk memenuhi syarat kecepatan pipa agar terjadi self
cleansing (tidak terjadi pengendapan di sepanjang pipa). Tabel V.1 merupakan
data-data perencanaan ukuran pipa outlet fine screen.
Screen diletakkan di seberang IPAL, dipisahkan oleh jalan dalam pabrik. Kehilangan
tekan pada bukaan fine screen besar, 1,2m-2m (Metcalf & Eddy, 2004), maka untuk
V-2
mengimbangi hal itu, screen diletakkan di tempat yang elevasinya lebih tinggi dari
tangki ekualisasi agar tidak dibutuhkan pemompaan, sedangkan tangki ekualisasi
berada di wilayah IPAL yang berelevasi relatif datar.
Screen yang sudah diberi pondasi diletakkan di atas tanah dan pipa outlet akan
dibenamkan sejauh 0,8 m di bawah tanah karena pipa melewati jalan dalam pabrik.
Ketinggian 0,8 m dipilih karena jalan tersebut sering dilalui oleh kendaraan besar
seperti truk. Oleh karena itu, tangki ekualisasi harus dibenamkan di dalam tanah dan
pipa inletnya berjarak 0,8 m di bawah permukaan tanah.
Tabel V.1 Data Perencanaan Diameter Pipa Inlet dan Outlet Fine screen
Debit Tahap II Satuan Besaran Maksimum 5,402 Rata-rata 3,375 Minimum
(m3/jam) 1,56
C. Perhitungan
Berdasarkan data perencanaan, maka perhitungan diameter pipa inlet dan outlet fine
screen adalah sebagai berikut:
Kecepatan aliran dalam pipa direncanakan minimal 0,5 m/detik.
Pada saat debit minimum:
Luas permukaan pipa yang dibutuhkan =
ikmjamm
det5,0
56,13
= 0,00087 m2
Diameter pipa inlet dan outlet = )14,3(25,0
00087,0 2m = 0,033 m = 1,1378 inci
Ukuran pipa yang tersedia = 1,38 inci = 0,035 m
V-3
Kecepatan pada saat debit maksimum:
Kecepatan = 2
3
)035,0)(14,3(25,0
402,5
mjamm
= 1,172 m/detik (memenuhi syarat kecepatan aliran
dalam pipa 0,3 m/detik-3 m/detik)
Kecepatan pada saat debit rata-rata:
Kecepatan = 2
3
)035,0)(14,3(25,0
375,3
mjamm
= 0,732 m/detik (memenuhi syarat kecepatan aliran
dalam pipa 0,3 m/detik-3 m/detik)
Kecepatan pada saat debit minimum:
Kecepatan = 2
3
)035,0)(14,3(25,0
56,1
mjamm
= 0,34 m/detik (memenuhi syarat kecepatan aliran
dalam pipa 0,3 m/detik-3 m/detik)
Dari perhitungan di atas didapat diamater pipa inlet dan outlet yang dibutuhkan
sebesar 1,5 inci.
Cek kecepatan pada debit minimum tahap I:
Kecepatan = 2
3
)035,0)(14,3(25,0
05,1
mjamm
= 0,3 m/detik (memenuhi syarat kecepatan aliran
dalam pipa 0,3 m/detik-3 m/detik)
V.2.2 Tangki Ekualisasi
A. Umum
Air limbah yang keluar dari proses tidaklah selalu sama jumlah dan kualitasnya
dalam setiap waktu, sedangkan dalam mendesain sistem pengolahan air limbah
V-4
diperlukan suatu debit yang selalu sama besarnya. Selain itu, proses biologi tidak
tahan terhadap beban polutan yang cenderung berubah-berubah.
Tangki ekualisasi akan diletakkan secara in-line, maka semua air limbah dari proses
produksi akan melalui tangki ekualisasi sebelum dialirkan ke pengolahan selanjutnya
dan diletakkan sebelum pengolahan tahap pertama karena seperti telah disebutkan
bahwa tangki ini berfungsi sebagai tempat pencampuran air limbah pekat dan ringan.
Tangki ekualisasi yang diletakkan sebelum pengolahan tahap pertama akan
membutuhkan mixer/aerator, tujuannya untuk menghindari pengendapan padatan
yang terkandung dalam air limbah sehingga menimbulkan bau. Terjadinya
pengendapan pada tangki ekualisasi sebisa mungkin dihindari, tetapi dasar tangki
didesain memiliki slope untuk memudahkan upaya pemeliharaan.
B. Kriteria Desain
Kriteria desain tangki ekualisasi terdapat pada Tabel V.2.
Tabel V.2 Kriteria Desain Tangki Ekualisasi
Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber Kedalaman air minimum t 1,5-2 m Metcalf & Eddy, 2004 Kemiringan dasar tangki S 40-100 mm/m diameter Qasim, 1985
C. Data Perencanaan
Tangki ekualisasi direncanakan berbentuk lingkaran dan didesain memiliki ruang
lumpur seperti unit prasedimentasi serta dilengkapi dengan surface aerator. Air
limbah pekat dan ringan akan teraduk merata di tangki ini. Efluen dari tangki
ekualisasi akan dipompakan ke tangki prasedimentasi. Data perencanaan tangki
ekualisasi dan data debit per jam disajikan pada Tabel V.3 dan Tabel V.4.
V-5
Tabel V.3 Data Perencanaan Tangki Ekualisasi
Parameter Simbol Besaran Satuan Debit rata-rata Tahap I 2,54 Tahap II
Q 3,38
m3/jam
Kedalaman air H 2 m Kemiringan dasar tangki S 60 mm/m diameter
Tabel V.4 Debit Per Jam
Jam Limbah ringan (m3)
Limbah pekat (m3)
Jumlah (m3)
08.00-09.00 1,8 0,39 2,16 09.00-10.00 1,2 1,12 2,29 10.00-11.00 2,4 1,64 4,07 11.00-12.00 1,5 1,12 2,64 12.00-13.00 3,7 0,39 4,05 13.00-14.00 2,5 0,13 2,67 14.00-15.00 2 0,33 2,36 15.00-16.00 2,1 0,33 2,47 16.00-17.00 3,1 0,33 3,44 17.00-18.00 2,5 0 2,5 18.00-19.00 2,6 0,2 2,78 19.00-20.00 1,5 0,13 1,68 20.00-21.00 2,3 0,85 3,15 21.00-22.00 2,4 0,26 2,66 22.00-23.00 1,3 0,39 1,69 23.00-24.00 1 0,13 1,13 24.00-01.00 2,2 0,46 2,67 01.00-02.00 2,6 0,59 3,15 02.00-03.00 1,4 0,46 1,9 03.00-04.00 1,3 0,07 1,37 04.00-05.00 1,7 0,59 2,29 05.00-06.00 1,3 0,39 1,72 06.00-07.00 1,2 1,05 2,21 07.00-08.00 3 0,92 3,94
D. Perhitungan
1. Influen ekualisasi
Tahap I:
• Debit, Q = 61,12 m3/hari
V-6
• TSS = 61,12 m3/hari ( 3544 g/m3)(1000g/kg)-1 = 216,61 kg/hari
• CODs =61,12 m3/hari (38589 g/m3)(1000g/kg)-1 = 2208,27 kg/hari
• CODp =61,12 m3/hari (3816 g/m3)(1000g/kg)-1 = 233,23 kg/hari
• Minyak dan lemak=61,12 m3/hari ( 167 g/m3)(1000g/kg)-1 = 10,2 kg/hari
Tahap II:
• Debit, Q =81,15 m3/hari
• TSS =81,15 m3/hari ( 3544 g/m3)(1000g/kg)-1 = 287,6 kg/hari
• CODs =81,15 m3/hari (38589 g/m3)(1000g/kg)-1 = 2928,13 kg/hari
• CODp =81,15 m3/hari (3816 g/m3)(1000g/kg)-1 = 309,67 kg/hari
• Minyak dan lemak=81,15 m3/hari ( 167 g/m3)(1000g/kg)-1 = 13,55 kg/hari
2. Volume tangki ekualisasi, V
Penentuan volume tangki ekualisasi dapat dicapai dengan beberapa cara, cara
yang digunakan untuk mendesain ukuran tangki ekualisasi pada desain ini
terdapat pada Tabel V.5.
V-7
Tabel V.5 Penentuan Volume Tangki Ekualisasi
Jam
Air Limbah inflow (m3)
Air limbah outflow
(m3)
Volume kumulatifinflow (m3)
Volume kumulatifoutflow
(m3)
Storage kumulatif
(m3) 07.00-08.00 2.21 2.55 2.21 2.55 -0.34 08.00-09.00 3.95 2.55 6.16 5.09 1.06 09.00-10.00 2.18 2.55 8.34 7.64 0.70 10.00-11.00 2.29 2.55 10.63 10.19 0.44 11.00-12.00 4.10 2.55 14.73 12.73 1.99 12.00-13.00 2.64 2.55 17.37 15.28 2.09 13.00-14.00 4.05 2.55 21.42 17.83 3.60 14.00-15.00 2.68 2.55 24.10 20.37 3.73 15.00-16.00 2.36 2.55 26.46 22.92 3.54 16.00-17.00 2.47 2.55 28.93 25.47 3.47 17.00-18.00 3.44 2.55 32.37 28.01 4.36 18.00-19.00 2.49 2.55 34.86 30.56 4.30 19.00-20.00 2.78 2.55 37.64 33.11 4.53 20.00-21.00 1.68 2.55 39.32 35.65 3.67 21.00-22.00 3.20 2.55 42.51 38.20 4.31 22.00-23.00 2.62 2.55 45.14 40.75 4.39 23.00-24.00 1.66 2.55 46.80 43.29 3.50 24.00-01.00 1.18 2.55 47.98 45.84 2.14 01.00-02.00 2.68 2.55 50.66 48.39 2.27 02.00-03.00 3.15 2.55 53.81 50.93 2.87 03.00-04.00 1.90 2.55 55.71 53.48 2.23 04.00-05.00 1.40 2.55 57.11 56.03 1.08 05.00-06.00 2.29 2.55 59.40 58.57 0.83 06.00-07.00 1.72 2.55 61.12 61.12 0.00
Tahap I, V = 4,53 ( 0,33)+ − = 4,87 m3
Debit rata-rata pada tahap II adalah 3,38 m3, maka volume tangki ekualisasi yang
dibangun adalah:
Tahap II, V =
3
3
3,38
2,54
mjammjam
(4,87 m3) = 6,48 m3 ~ 6,5 m3
V-8
3. Waktu detensi, t = VQr
Tahap I, t = 3
3
6,5
2,54
mmjam
= 2,6 jam
Tahap II, t = 3
3
6,5
3,38
mmjam
=1,923 jam
4. Luas permukaan, A = VH
A = 36,5
2mm
=3,25 m2
5. Dimensi tangki, d = 0,25
AΠ
d = 23,095
0,25mΠ
=2,03 m ~ 2 m
Kemiringan dasar tangki dipilih 60 mm/m diameter, maka tinggi cone adalah 60
mm(2 m) = 120 mm = 0,12 m.
6. Struktur Inlet
Struktur inlet menggunakan pipa berukuran 1,5 inci dengan diameter dalam 1,38
inci.
7. Struktur Outlet
Struktur outlet menggunakan pipa berdiameter 50 mm dan 32 mm untuk
menyesuaikan dengan spesifikasi diameter hisap dan diameter outlet pompa.
Pompa jenis end suction centrifugal dengan kapasitas 2,54 m3/jam digunakan
untuk mentransfer air limbah dari tangki ekualisasi ke tangki prasedimentasi.
V-9
Spesifikasi teknis yang lebih lengkap tentang pompa ini dapat dilihat pada bab
selanjutnya.
8. Surface aerator
Untuk menjaga kondisi tetap aerob dan mencegah terjadinya pengendapan
padatan, tangki ekualisasi dilengkapi dengan surface aerator. Tabel V.6
menampilkan beberapa tipe surface aerator.
Tabel V.6 Tipe Aerator
Motor Aerator Model Hp Pole Kg O2/hr DM
(m) DZ D (m)
Pumping rate (m3/min)
SFA-02 2 4 3 6 12 2 – 3 5 SFA-03 3 4 4.2 9 18 3 – 4 7 SFA-05 5 4 6.6 12 24 3 – 4 9 SFA-07 7 ½ 4 9.6 16 32 5 - 6 11 SFA-10 10 4 11.5 19 38 5 - 6 19 SFA-15 15 4 16.5 27 54 5 - 6 24 SFA-20 20 4 21 32 64 5 - 6 29 SFA-25 25 4 27.5 36 72 5 - 6 33 SFA-30 30 4 31 40 80 5 - 6 37 SFA-40 40 4 38 45 90 5 - 6 46 SFA-50 50 4 50 50 100 5 – 6 55 SFA-60 60 4 61 56 112 5 – 6 65 SFA-75 75 4 73 62.5 125 5 – 6 80 SFA-100 100 4 95 70 140 5 – 6 120
(www.en-found.com)
Keterangan :
DM : diameter zona yang teraduk sempurna
DZ : diameter zona yang teraduk
D : kedalaman zona yang teraduk
Aerator dengan tipe SFA-02 dianggap paling cocok untuk diletakkan pada tangki
ekualisasi IPAL PT Z, karena diameter dan kedalaman zona teraduk sempurna
paling sesuai dengan diameter dan tinggi tangki.
V-10
E. Rekapitulasi
Rekapitulasi dimensi tangki ekualisasi dapat dilihat pada Tabel V.7.
Tabel V.7 Rekapitulasi Dimensi
Parameter Besaran Satuan Diameter 2 m Kedalaman 2 m Freeboard 50 cm Tinggi total 2,5 m Diameter pipa inlet 50 mm Diameter pipa outlet 1,5 inci
V.3 Pengolahan Tahap Pertama
Pengolahan tahap pertama ditujukan untuk menghilangkan zat pencemar yang tidak
terbiodegradasi.
V.3.1 Prasedimentasi (Primary Sedimentation)
A. Umum
Pengolahan tahap pertama bertujuan untuk menyisihkan partikel-partikel diskrit dan
proses sedimentasi dipilih sebagai salah satu proses pengolahan tahap pertama karena
berdasarkan percobaan, proses sedimentasi dapat menghilangkan lebih dari 90%
partikel diskrit yang terdapat dalam air limbah. Prinsip dasar proses sedimentasi
adalah pemisahan partikel tersuspensi dari air melalui pengendapan secara gravitasi
sehingga partikel yang memiliki berat jenis lebih besar dari air akan mengendap dan
yang memiliki berat jenis lebih kecil dari air akan mengapung ke permukaan air.
Pada desain ini, proses sedimentasi akan menurunkan konsentrasi TSS dan COD tak
terlarut, sedangkan minyak dan lemak tidak tersisihkan karena berada dalam bentuk
emulsi.
Dalam desain bak prasedimentasi, faktor penting yang harus diperhatikan adalah cara
evakuasi lumpur yang paling mudah dan efektif. Hal inilah yang menjadi dasar
V-11
pertimbangan pemilihan bentuk unit, yaitu silinder (circular). Frekuensi evakuasi
lumpur tidak boleh terlalu sering atau terlalu lama. Evakuasi yang terlalu sering
menyebabkan konsentrasi padatan di dalam lumpur rendah dan air ikut tersedot
pompa, sedangkan bila evakuasi dilakukan dalam selang waktu yang terlalu lama
dapat mengakibatkan kondisi menjadi anaerob di dasar tangki dan menimbulkan bau
atau akumulasi lumpur dapat juga menyebabkan buruknya kualitas efluen.
Mekanisme evakuasi lumpur dilakukan secara mekanis. Partikel-partikel yang
memiliki berat jenis lebih kecil dari berat jenis air akan mengapung di permukaan air
(scum) dan lumpur akan mengendap di dasar tangki. Pembuangan scum dan lumpur
menggunakan skimmer dan bottom scrapper. Bottom scrapper digunakan untuk
mengumpulkan endapan pada dasar tangki ke ruang lumpur. Jumlah lumpur yang
dihasilkan diperlukan dalam mendesain ruang lumpur yang dibutuhkan , kapasitas
pompa lumpur, dan proses pengolahan lumpur.
B. Kriteria Desain
Kriteria desain tangki prasedimentasi terdapat pada Tabel V.8.
Tabel V.8 Kriteria Desain Prasedimentasi (circular)
Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber Overflow rate OR 30-50 m3/m2 hari Qasim, 1985 Waktu detensi td 1-2 jam Qasim, 1985 Beban pelimpah 124-186 m3/m hari Qasim, 1985 Solids loading 1,5-34 kg/m2 hari Qasim, 1985 Kemiringan dasar (slope) S 40-100 mm/m Qasim, 1985 Kecepatan aliran di inlet v 0,5 m/s Qasim, 1985 Kecepatan traveling bridge 0,02-0,06 r/menit Qasim, 1985
C. Data Perencanaan
Tangki prasedimentasi direncanakan berbentuk circular, untuk memudahkan
pembuangan lumpur dan efluen.
Data-data yang berhubungan dengan perencanaan bak prasedimentasi terdapat pada
Tabel V.9.
V-12
Tabel V.9 Data PerencanaanTangki Prasedimentasi
Parameter Simbol Besaran Satuan Overflow rate OR 40 m3/m2 hari Kedalaman air t 2 m Kemiringan dasar S 100 mm/m Spesific gravity Sg 1,03 g/cm3
Kandungan solid 4,5 %
D. Perhitungan
1. Influen prasedimentasi
Pada tangki ekualisasi tidak terjadi proses apapun, maka kualitas influen yang
masuk tidak berubah.
Tahap I:
• Debit, Q = 61,12 m3/hari
• TSS = 61,12 m3/hari ( 3544 g/m3)(1000g/kg)-1 = 216,61 kg/hari
• CODs =61,12 m3/hari (38589 g/m3)(1000g/kg)-1 = 2208,27 kg/hari
• CODp =61,12 m3/hari (3816 g/m3)(1000g/kg)-1 = 233,23 kg/hari
• Minyak dan lemak=61,12 m3/hari ( 167 g/m3)(1000g/kg)-1 = 10,2 kg/hari
Tahap II:
• Debit, Q =81,15 m3/hari
• TSS =81,15 m3/hari ( 3544 g/m3)(1000g/kg)-1 = 287,6 kg/hari
• CODs =81,15 m3/hari (38589 g/m3)(1000g/kg)-1 = 2928,13 kg/hari
• CODp =81,15 m3/hari (3816 g/m3)(1000g/kg)-1 = 309,67 kg/hari
• Minyak dan lemak =81,15 m3/hari ( 167 g/m3)(1000g/kg)-1 = 13,55
kg/hari
2. Luas permukaan tangki, A= QOR
V-13
Tahap I, A =
3
3
2
61,12
40
mhari
mm hari
= 1,528 m2
Tahap II,A =
3
3
2
81,15
40
mhari
mm hari
= 2,03 m2 ~2,2 m3
3. Dimensi tangki, d = 0,25
AΠ
Kapasitas tangki prasedimentasi yang digunakan adalah 2,2 m2
22, 20, 25(3,14)
m = 1,68 m ~1,7 m
Luas permukaan tangki = 0,25(3,14)(1,7m)2=2,27m2
Kemiringan dasar tangki dipilih 60 mm/m diameter, maka tinggi cone lumpur
adalah 60mm(1,7 m) = 102 mm
4. Waktu detensi, td = VQ
Tahap I, td = 2
3
0,25 (1,7 ) (2 )
2,55
x m mmjam
π = 1,78 jam
Tahap II, td =2
3
0,25 (1,7 ) (2 )
3,38
x m mmjam
π = 1,34 jam
5. Ketinggian tangki yaitu 2 m, diperdalam sebesar 0,4 m untuk akumulasi
lumpur. Lumpur dikumpulkan terlebih dulu agar memenuhi kapasitas pompa
lumpur yang tersedia. Sedangkan ruang lumpur untuk akses pembuangan
V-14
berbentuk mengerucut dengan kemiringan 60o, berdiameter atas 0,5 m, tinggi 0,25
m sehingga volume keseluruhan untuk akumulasi lumpur adalah:
Volume = ¼ π (1,7m)2 (1/3 x 0,4m) + ¼ π (0,5m)2 (1/3 x 0,25m)= 0, 31557 m3
6. Cek overflow rate, OR = QA
Tahap I, OR =
3
2
61,12
2,27
mharim
= 26,925 m3/m2hari
Tahap I, OR =
3
2
81,15
2,27
mharim
= 35,74 m3/m2hari
Dari grafik pengendapan partikel diskrit dapat dihitung bahwa efisiensi
penyisihan TSS dan CODp pada tahap I sebesar 95% dan tahap II sebesar 94 %.
7. Jumlah lumpur yang dihasilkan
Tahap I :
TSS (persen penyisihan 95%) = 0,95 x 216,61 kg/hari = 205,78 kg/hari
CODp (persen penyisihan 95%) = 0,95 x 233,23 kg/hari = 221,5685 kg/hari
Tahap II :
TSS (persen penyisihan 94%) = 0,94 x 287,6 kg/hari = 270,344 kg/hari
CODp (persen penyisihan 94%) = 0,94 x 309,67 kg/hari = 291,089kg/hari
8. Debit pembuangan lumpur
Konsentrasi solid = 4,5 %
Berat jenis = 1,03
Tahap I:
V-15
Debit pembuangan lumpur = 36
3 3
205,78 1000
0,045 1,03 1 10
kg gxhari kg
g gx x xg cm m
cm
= 4,439 m3/hari = 0,185m3/jam
Tahap II:
Debit pembuangan lumpur =
3
6 3
3 3
10270,344
101,03 0,045
kg gxhari kg
g cx xcm m
m
= 5,83 m3/hari = 0,243 m3/jam
9. Dimensi scum box.
Walaupun pada unit ini tidak terbentuk scum karena minyak dan lemak yang
terkandung berada dalam bentuk emulsi, scum box tetap didesain untuk
mengantisipasi adanya scum maupun kotoran-kotoran yang ringan yang masih
terbawa ke unit ini. Scum box didesain menyerupai bentuk trapesium, dengan
panjang sisi atas 50 cm dan panjang sisi bawah 10 cm.
10. Siklus dan kapasitas pompa lumpur
Lumpur yang terbentuk dalam 1 jam sebanyak 0,168 m3 pada tahap I dan 0,243
m3/jam pada tahap II, sedangkan kapasitas ruang akumulasi lumpur sebesar
0,31557 m3, maka ruang lumpur tersebut akan penuh dalam waktu 2 jam dan 1,3
jam, dan harus dilakukan pemompaan dalam interval tersebut. Lumpur akan
dipompa dalam waktu 5 menit maka kapasitas pompa adalah:
Kapasitas pompa = 30,31557
5m
mnt = 0,063 m3/menit = 3,78 m3/jam
11. Struktur influen
Struktur influen terdiri dari pipa inlet dan center feed well. Pipa influen masuk
melintang tangki sampai ke center feed well, sehingga air akan keluar di dalam
V-16
center feed well. Untuk menjaga kecepatan aliran dalam pipa sebesar 0,5 m/detik,
maka:
luas permukaan pipa inlet =
3
61,1286400
0,5
m harixhari dtk
mdtk
= 1,4148 x 10-3 m2
diameter pipa inlet = 21,4148 x 10-3 m
0,25x3,14= 0,04245 m = 1,67 inci
Pipa yang dipakai adalah pipa 1,5 inci, dengan diameter dalam 1,61 inci (4,089
cm)
Koreksi kecepatan, v =
3
2
61,1286400
0,25 3,14 (0,04089 )
m harixhari dtk
x x m= 0,54 m/detik
Kecepatan aliran pada tahap II =
3
2
81,1586400
0,25 3,14 (0,04089 )
m harixhari dtk
x x m = 0,7 m/detik
12. Struktur efluen
Struktur outlet terdiri dari baffle, weir V-notch, effluent launder (saluran efluen),
dan effluent box. Weir V-notch yang digunakan bersudut 90o, diletakkan di tepi
tangki. Data-data perencanaan struktur efluen terdapat pada Tabel V.10.
Tabel V.10 Data Perencanaan Struktur Efluen
Parameter Simbol Besaran Satuan Diameter tangki d 1,7 m Lebar saluran efluen 0,12 m Koefisien discharge Cd 0,584 Gaya gravitasi g 9,8 m/s2
Tinggi notch 8 cm Besar notch 39,5 /cm
a) Menentukan tinggi air di atas V-notch
Panjang saluran efluen = π (diameter tangki + lebar saluran efluen)
V-17
= π(1,7m+2(0,12m) = 6,09 m
Jumlah notch = panjang saluran efluen / besar notch
= 6,09 10039,5
m cxcm m
m = 15,5 buah
Weir loading, WL = Q/panjang saluran efluen
Tahap I, WL =
3
61,12
6,09
mharim
= 10,04 m3/m hari
Tahap II, WL =
3
81,15
6,09
mharim
= 13,32 m3/m hari
Debit per notch q = Q/jumlah V-notch
Tahap I, q =
3
0,000708det
15,5
mik = 4,565 x 10-5 m3/detik
Tahap II, q =
3
0,000939det
15,5
mik = 6,06 x 10-5 m3/detik
Tinggi air di atas notch, H =
2/5
0,52
158 (2 9,81 ) tan
2D
qmC x x
dtkθ
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
Tahap I, H =
2 / 53-5
0,52
4,565 x 10158 0,584(2 9,81 ) tan 45
mdtk
mx xdtk
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟
⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
= 1,62 cm
Tahap II, H =
2 / 53-5
0,52
6,06 x 10 158 0,584(2 9,81 ) tan 45
mdtk
mx xdtk
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟
⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
= 1,81 cm
V-18
b) Menghitung tinggi saluran efluen
Menentukan kecepatan aliran dalam pipa, v = 0,5 m/dtk
Luas penampang pipa, A = Qv
= 0,000708 /0,5 /
m dtkm dtk
= 1,416 x 10-3 m2
Diameter pipa keluar, d = 0,25
AΠ
= 31,416 x 10
0, 25Π= 0,042 m = 1,65 inci
Pipa yang dipakai adalah pipa 1,5 inci, dengan diameter dalam 1,61 inci (4,089
cm).
Cek kecepatan dalam pipa tahap II, v = QA
=
3
2
0,000939
0,25(3,14)(0,04089 )
mdtk
m= 0,715 m/detik
Dimensi effluent box = 20 cm x 20 cm
Tinggi air di effluent box(a) = diameter pipa keluar + losses +
= 6 cm
Tinggi saluran efluen di atas effluent box(b) = ½(d pipa) + ketebalan saluran
efluen
=1/2(4,2cm) + 2 cm
= 4,1cm
Tinggi air di atas saluran efluen (c) = 6 cm-4,1 cm = 1,9 cm
Tinggi saluran efluen = ( )2'
22 2
2
2 q LNy
gb y+
V-19
Aliran terkumpul pada bagian tertentu saluran efluen yang dihubungkan dengan
pipa keluar air di sampingnya, maka N =1, dan besarnya q’= 0,000939m3/detik.
= ( )
2
2
22
2 0,000939 6,090,039
9,81 (0,12 ) (0,039 )
m x mdtkm
m m mdtk
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠+
= 0,11 m
Selain itu harus ditambahkan juga faktor losses sebesar 50% , sehingga tinggi
saluran efluen total adalah 0,2 m~ 20 cm.
E. Rekapitulasi
Rekapitulasi dimensi tangki prasedimentasi dapat dilihat pada Tabel V.11.
Tabel V.11 Rekapitulasi Dimensi
Parameter Besaran Satuan Diameter 1,7 m Kedalaman air 2 m Tinggi akumulasi lumpur 40 cm Freeboard 7,5 cm Tinggi total 2,5 m Diameter luar pipa inlet 1,5 in Diameter luar pipa outlet 1,5 in
V.3.2 Dissolved Air Flotation (DAF)
A. Umum
Flotasi dapat digunakan untuk proses klarifikasi air, yaitu memisahkan padatan-
padatan dan air menggunakan prinsip pengapungan. Dalam desain ini, flotasi dipilih
karena air masih mengandung minyak dan lemak yang apabila tidak disisihkan, selain
konsentrasinya belum memenuhi baku mutu, dapat menganggu proses biologi pada
tahap pengolahan selanjutnya. Jenis flotasi yang digunakan adalah Dissolved Air
Flotation (DAF) karena minyak dan lemak berada dalam bentuk emulsi dan tidak
dapat disisihkan dengan gravity flotation. DAF yang digunakan tidak menggunakan
resirkulasi aliran, karena konsentrasi minyak dan lemak yang tidak terlalu besar.
V-20
Prinsip dari DAF adalah melarutkan udara dalam air pada kondisi bertekanan,
sehingga pada saat dilepaskan ke tangki flotasi yang bertekanan atmosfer, akan
terbentuk gelembung-gelembung udara halus yang akan mengapungkan padatan-
padatan ringan yang tidak dapat mengendap pada unit sebelumnya. Padatan-padatan
yang mengapung (float/scum) ini kemudian akan dievakuasi menggunakan skimmer
dan dikumpulkan pada scum box sebelum diolah lebih lanjut. Dalam perancangan ini,
air limbah dialirkan secara gravitasi ke dalam tangki tekan, dan udara akan dilarutkan
ke dalam air limbah selama selang waktu tertentu. Suplai udara di dalam tangki tekan
berasal dari kompresor. Pengendapan tidak boleh terjadi pada DAF, maka kedalaman
tangki dipilih 1,5 m.
B. Kriteria desain
Kriteria desain tangki flotasi terdapat pada Tabel V.12.
Tabel V.12 Kriteria Desain DAF
Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber Air solid ratio A/S 0,005-0.06 Metcalf & Eddy, 2004Overflow rate OR 0,48-9,6 m3/m2jam Metcalf & Eddy, 2004Waktu detensi td - tangki tekan 2-3 menit Eckenfelder, 2000 - tangki flotasi 20-30 menit Eckenfelder Kelarutan gas pada 28oC Sa 16,3 ml/l Fraksi jenuh f 0,5 Metcalf & Eddy, 2004Solids loading SL 4-18 kg/m2 jam Napier-Reid 2005 Kecepatan naik flok Vv 3,6-36 m/jam Mans-Lundh, 2002 Tekanan di tangki tekan P kPa Eckenfelder, 2000 Kerapatan udara Ρud 1,2928 gr/L Metcalf & Eddy, 2004
C. Data Perencanaan
Tangki flotasi direncanakan berbentuk circular. Data-data yang berhubungan dengan
perencanaan tangki DAF terdapat pada Tabel V.13.
V-21
Tabel V.13 Data Perencanaan DAF
Parameter Simbol Besaran Satuan Tinggi tangki agar tidak terjadi pengendapan
t 1,5 m
Waktu detensi di tangki tekan 3 menit Air solid ratio A/S 0,04 tanpa satuan Solid loading SL 2,5 kg/m2/jam
D. Perhitungan
1. Influen DAF
Tahap I:
• Debit, Q = 61,12 m3/hari – 4,439 m3/hari = 56,68 m3/hari
• TSS = 216,61 kg/hari – 205,78 kg/hari = 10,83 kg/hari
= 3
10,831000
56,681
kgghari xkgm
hari
= 191,07 g/m3
• CODp = 233,34 kg/hari – 221,5685 kg/hari =11,77 kg/hari
= 3
11,771000
56,681
kgghari xkgm
hari
= 206,42 g/m3
Tahap II:
• Debit, Q = 81,15 m3/hari – 5,83 m3/hari = 75,32 m3/hari
• TSS = 287,6 kg/hari – 270,344 kg/hari = 17,256 kg/hari
= 3
17,2561000
75,32
kgghari xkgm
hari
= 229,1 g/m3
• CODp = 309,67 kg/hari – 291,089 kg/hari = 18,581 kg/hari
V-22
= 3
18,5811000
75,32
kgghari xkgm
hari
= 246,7 g/m3
2. Luas permukaan tangki, A = ( )SS OG xQSL
+
Tahap I, A = ( )
3
3
3
2
191,07 167 2,4
102,5
g mxkgm jam xkg g
m jam
+= 0,343 m2
Tahap I, A = ( )
3
3
3
2
229,1 167 3,19
102,5
g mxkgm jam xkg g
m jam
+= 0,71 m2
3. Dimensi tangki, d = 0,25
AΠ
Luas permukaan tangki yang dipakai adalah 0,71 m2
Tahap , d = 20,71
0,25(3,14)m = 0,95 m ~ 1 m
Luas permukaan = 0,785 m2
4. Volume tangki flotasi, V = A x t
V = 0,785m2 x 1,5 m = 1,1775 m3
5. Cek overflow rate, OR = QA
Tahap I, OR =
3
2
2,4
0,785
mjam
m= 3,07 m3/m2 jam (memenuhi kriteria desain 0,48-9,6
m3/m2 jam)
V-23
Tahap II, OR =
3
2
3,19
0,785
mjamm
= 4,07 m3/m2 jam memenuhi kriteria desain 0,48-9,6
m3/m2 jam)
6. Waktu detensi, td = VQ
Tahap I, td = 3
31,1775
2,4
mmjam
= 0,48 jam = 29,32 menit
Tahap II, td= 3
3
1,775
3,19
mmjam
= 0,2116 jam = 22,11 menit
7. Tekanan yang dibutuhkan, P =
/ 11,3
0,5
A SSaSS
+
P =
0,05 116,3 /1,3229,1 /
0,5
ml lmg l
+
= 3,08 atm = 101,35 x 3,08 atm – 101,35 = 210,926 kPa
8. Kapasitas tangki tekan menggunakan debit pada tahap II
a) Menghitung volume air yang disimpan di tangki tekan
Vtek =3,19 3
360
m x menitx jamjam menit
= 0,16 m3
b) Menghitung volume dan dimensi tangki tekan
Tekanan awal adalah tekanan dalam tangki kosong. Air limbah akan dialirkan ke
dalam tangki dan diberi tekanan hingga mencapai tekanan maksimum yang
dibutuhkan yaitu 3,08 atm. Tekanan awal dalam tangki adalah nol karena tangki
V-24
tidak diberi pra tekanan. Dari Tabel V.14 dapat dilihat perbandingan volume air
dalam tangki tekan.
Tabel V. 14 Perbandingan Volume Air dalam Tangki Tekan (%)
p'p 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 6 7 8 9 10
0 32,6 49,2 59,2 65,9 70,8 74,4 77,2 79,5 81,3 82,9 85,3 87,1 86,6 89,7 90,60,25 16,3 36,9 49,3 57,7 63,7 68,2 71,7 74,5 76,8 78,7 81,8 84 85,8 87,2 88,40,5 0 24,6 39,5 49,5 56,6 62 66,2 69,5 72,3 74,6 78,2 80,9 83 84,2 86,10,75 12,3 29,6 41,2 49,5 55,8 60,7 64,6 67,8 70,4 74,6 77,8 80,3 82,2 83
1 0 19,7 33 42,5 49,6 55,2 59,6 63,3 66,3 71,1 74,7 77,5 79,7 81,61,25 9,9 24,7 35,3 43,3 49,6 54,6 58,7 62,3 67,5 71,6 74,7 77,2 79,31,5 0 16,5 28,3 37,2 44,1 49,7 54,2 58 64 68,5 72 74,8 77 1,75 8,2 21,2 31 38,6 44,7 49,7 53,9 60,4 65,4 69,2 72,8 74,8
2 0 14,2 24,8 33,1 39,7 45,2 49,7 56,9 62,2 66,4 69,8 72,52,25 7,1 18,6 27,6 34,8 40,7 45,6 53,3 59,1 63,7 67,3 70,22,5 0 12,4 22,1 29,8 36,1 41,4 49,8 56 60,9 64,8 68 2,75 6,2 16,5 24,8 31,6 37,3 46,2 52,9 58,1 62,3 65,7
3 0 11 19,9 27,1 33,2 42,7 49,8 55,4 59,8 63,43,25 5,5 14,9 22,6 29 39,1 46,7 52,6 57,3 61,23,5 0 9,9 18,1 24,9 35,5 43,6 49,8 54,8 58,9
3,75 5 13,6 20,7 32 40,5 47 52,3 56,64 0 9 16,6 28,4 37,3 44,3 49,8 54,4
4,5 0 8,3 21,3 31,1 38,7 44,9 49,95 0 14,2 24,9 33,2 39,9 45,3
(Noerbambang, Morimura, 1984)
Maka didapat perbandingan volume air dalam tangki tekan sebesar 74,4%. Angka
ini menjelaskan bahwa pompa air akan mulai mengisi tangki kosong, dan pada
waktu tekanannya mencapai 3 atm, volume air telah mencapai 74,4% dari volume
tangki tekan.
Jika air yang harus disimpan 0,16 m3, maka:
Volume tangki tekan = 0,16 m3/0,744 = 0,215 m3
Tinggi tangki tekan = 1 m
Diameter tangki tekan = 0,52 m
V-25
9. Jumlah scum yang dihasilkan
Tahap I :
TSS (persen penyisihan 90%) = 0,9 x 10,83 kg/hari = 9,747 kg/hari
CODp (persen penyisihan 90%) = 0,9 x 11,77 kg/hari = 10,6 kg/hari
Minyak dan lemak (persen penyisihan
94%) = 0,94 x 10,2 kg/hari = 9,6 kg/hari
Tahap II :
TSS (persen penyisihan 90%) = 0,9 x 17,256 kg/hari = 15,53 kg/hari
CODp (persen penyisihan 90%) = 0,9 x 18,581 kg/hari = 16,723 kg/hari
Minyak dan lemak (persen penyisihan
94%) = 0,94 x 13,55 kg/hari = 12,737 kg/hari
10. Debit pembuangan scum
Konsentrasi solid = 4,5%
Berat jenis =0,95
Tahap I:
Debit pembuangan lumpur =
3
6 3
3 3
10(9,747 9,6)
101 0,95
kg gxhari kg
g cx xcm m
+
m
= 0,02 m3/hari
Tahap II =
3
6 3
3 3
10(15,53 12,737)
101 0,95
kg gxhari kg
g cmx xcm m
+= 0,03 m3
V-26
11. Dimensi scum box
Scum box didesain menyerupai bentuk trapesium, dengan panjang sisi atas 30 cm
dan panjang sisi bawah 15 cm. Kapasitas scum box tidak mencukupi volume scum
yang dihasilkan dalam 1 hari, maka pembuangan scum dilakukan bebrapa kali
dalam sehari disesuaikan dengan kapasitas scum box.
12. Struktur Influen
Untuk menjaga kecepatan aliran dalam pipa sebesar 0,5 m/detik, maka:
luas permukaan pipa inlet =
3
56,6886400
0,5
m harixhari dtk
mdtk
= 1,32x 10-3 m2
diameter pipa inlet = -3 21,32 x 10 m
0,25x3,14= 0,041 m = 1,615 inci
Pipa yang dipakai adalah pipa 1,5 inci, dengan diameter dalam 1,61 inci (4,089
cm)
Koreksi kecepatan, v =
3
2
56,6886400
0,25 3,14 (0,04089 )
m harixhari dtk
x x m= 0,5 m/detik
Kecepatan aliran pada tahap II =
3
2
75,3286400
0,25 3,14 (0,04089 )
m harixhari dtk
x x m = 0,66 m/detik
.Pipa inlet akan masuk melintang dari dasar tangki dan berakhir di dalam center
feed well.
13. Struktur Efluen
Struktur outlet terdiri dari baffle, weir V-notch, saluran efluen, dan effluent box.
Weir V-notch yang digunakan bersudut 90o, diletakkan di tepi tangki. Data-data
perencanaan struktur efluen terdapat pada Tabel V.15.
V-27
Tabel V.15 Data Perencanaan Struktur Efluen
Parameter Simbol Besaran Satuan Diameter tangki d 1 m Lebar saluran efluen 0,1 m Koefisien discharge Cd 0,584 Gaya gravitasi g 9,8 m/s2
Tinggi notch 8 cm Besar notch 39,5 /cm
a) Menentukan tinggi air di atas V-notch
Panjang saluran efluen = π (diameter tangki + lebar saluran efluen)
= π(1 m+2(0,1 m) = 3,768 m
Jumlah notch = panjang saluran efluen / besar notch
= 3,768 10039,5
m cxcm m
m = 9,6 buah
Weir loading, WL = Q/panjang saluran efluen
Tahap I, WL =
3
56,68
3,768
mhari
m= 15,148 m3/m hari
Tahap II, WL =
3
75,32
3,768
mhari
m= 19,98 m3/m hari
Debit per notch q = Q/jumlah V-notch
Tahap I, q =
3
0,00066det
9,6
mik = 6,6 x 10-5 m3/detik
Tahap II, q =
3
0,00087det
9,6
mik = 8,71 x 10-5 m3/detik
Tinggi air di atas notch, H =
2/5
0,52
158 (2 9,81 ) tan
2D
qmC x x
dtkθ
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
V-28
Tahap I, H =
2 / 53-5
0,52
6,6 x 10 158 0,584(2 9,81 ) tan 45
mdtk
mx xdtk
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟
⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
= 1,872cm
Tahap II, H =
2 / 53-5
0,52
8,71 x 10 158 0,584(2 9,81 ) tan 45
mdtk
mx xdtk
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟
⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
= 2,091 cm
b) Menghitung tinggi saluran efluen
Menentukan kecepatan aliran dalam pipa, v = 0,5 m/dtk
Luas penampang pipa, A = Qv
= 30,00066 /
0,5 /m dtk
m dtk= 1,338x 10-3 m2
Diameter pipa keluar, d = 0,25
AΠ
= -31,338 x 10
0, 25Π= 0,0413 m = 1,625 inci .
Pipa yang dipakai adalah pipa 1,5 inci, dengan diameter dalam 1,61 inci (4,089
cm).
Cek kecepatan aliran tahap II, v = QA
=
3
2
0,00087
0,25(3,14)(0,04089 )
mdtk
m= 0,67 m/detik
Dimensi box efluen = 20 cm x 20 cm
Tinggi air di effluent box(a) = diameter pipa keluar + losses +
= 6 cm
V-29
Tinggi saluran efluen di atas effluent box(b) = ½(d pipa) + ketebalan saluran
efluen
=1/2(5,25cm)+ 1cm
= 3,625cm
Tinggi air di atas saluran efluen (c) = 6 cm-3,625 cm = 2,375 cm
Tinggi saluran efluen = ( )2'
22 2
2
2 q LNy
gb y+
Aliran terkumpul pada bagian tertentu saluran efluen yang dihubungkan dengan
pipa keluar air di sampingnya, maka N =1, dan besarnya q’= 0,00087 m3/detik.
= ( )
2
2
22
2 0,00087 3,7680,03375
9,81 (0,1 ) (0,03375 )
m x mdtkm m m m
dtk
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠+
= 0,087m
Selain itu harus ditambahkan juga faktor losses sebesar 50% , sehingga tinggi
saluran efluen total adalah 0,2 m~ 20 cm.
E. Rekapitulasi
Rekapitulasi dimensi DAF dapat dilihat pada Tabel V.16.
Tabel V.16 Rekapitulasi Dimensi
Parameter Besaran Satuan Diameter 1 m Kedalaman 1,5 m Freeboard 10 cm Tinggi total 1,6 m Diamater pipa inlet 1,5 inci Diamater pipa outlet 1,5 inci
V.4. Pengolahan Tahap Kedua
Pengolahan tahap kedua merupakan pengolahan biologi dengan anaerobic fixed bed
dan sequencing batch activated sludge.
V-30
Pengolahan secara biologi akan berlangsung optimum pada kondisi lingkungan
tertentu. Kondisi lingkungan pada umumya berkaitan dengan temperatur, pH,
ketersediaan nutrien, dll. Air limbah mempunyai pH 5,22, sedangkan
mikroorganisme anaerob dan aerob pada umunya tumbuh dengan baik pada pH netral.
Untuk menciptakan kondisi yang optimum bagi mikroorganisme, diperlukan
penambahan basa. Basa yang ditambahkan yaitu NaHCO3, tujuannya agar tidak
menimbulkan scaling pada reaktor dan senyawa ini bukan basa yang kuat, NaHCO3
mempunyai pH sekitar 8,3.
A. Bak Pembubuh Basa
Bak pembubuh basa adalah bak yang digunakan untuk membuat larutan NaHCO3.
Kapasitas bak pembubuh sama dengan jumlah larutan basa yang diperlukan untuk
menetralkan pH air limbah dalam 1 hari. Larutan NaHCO3 akan dipompakan ke
dalam tangki netralisasi. Tabel V.17 menunjukkan data-data perencanaan bak
pembubuh basa.
Tabel V.17. Data-data Perencanaan Bak Pembubuh Basa
Parameter Simbol Besaran Satuan Konsentrasi NaHCO3 M 0,1 M
Perhitungan
Debit I, Q1 =56,68 m3/hari – 0,02 m3/hari = 56,66 m3/hari
Debit II, Q2 = 75,32 m3/hari – 0,03 m3/hari = 75,29 m3/hari ~ 75,3 m3/hari
a) Menghitung jumlah mol asam = volume asam x molaritas asam
= Q1(td) x M asam
Untuk debit I = 56,66 m3/hari (1menit)(10-5,22)
= 2,38 x 10-7 mol
Untuk debit II = 75,3 m3/hari (1menit)(10-5,22)
= 3,15 x 10-7 mol
V-31
b) Basa yang perlu ditambahkan, Vb
Untuk debit I: . .. .
mol asam mol basaVol basa Vol asam
−+
= 10-7
-7
3
2,38 x 10 mol 0,1 ( )0,04
M VbVb m
−+
= 10-7
Vb = 2,44 x 10-6 m3 = 2,44 ml
Untuk debit II: -7
3
2,38 x 10 mol 0,1 ( )0,04
M VbVb m
−+
= 10-7
Vb = 3,23 x 10-6 m3 = 3,23 ml
Waktu pencampuran di dalam tangki netralisasi adalah 1 menit, maka debit
pembubuhan basa untuk debit I adalah 2,44 ml/menit dan untuk debit II adalah 3,23
ml/menit.
c) Larutan basa akan dibuat satu hari sekali, maka:
Volume bak pembubuh basa,V = Qb x 1 hari
Untuk debit I, V = 2,44 ml/menit (1hari) = 3513,6 ml = 3,5 liter
Untuk debit II, V = 3,23 ml/menit (1hari) = 4651,2 ml = 4,65 liter
B. Tangki Netralisasi
Tangki netralisasi digunakan untuk mencampurkan basa NaHCO3 dengan air limbah.
Tabel V.18 menunjukkan data-data perencanaan tangki netralisasi.
Tabel V.18 Data-Data Perencanaan Tangki Netralisasi
Parameter Simbol Besaran Satuan Waktu detensi 1 menit Rasio tinggi dengan diameter tangki H/Te 1,1 Kecepatan putaran mixer n 100 rpm
1,746 x 10-5 lb s/ft2Viskositas air pada 280C μ 0,8363 x 10-3 N detik/m2
Gradien kecepatan G 300 /detik Mixer low shear hydrofoil 4 blade Np 0,6
V-32
Perhitungan
a) Menghitung dimensi bak
1. Volume bak,V
Tahap I, V =56,663
11440
m harix menitxhari menit
= 0,039 m3 ~0,04 m3
Tahap II, V = 75,33
11440
m harix menitxhari menit
= 0,0529 m3 ~0,053 m3
Volume bak yang dibangun mengikuti volume bak pada tahap II.
2. Luas permukaan bak
Tinggi bak =30 cm
Luas permukaan bak = 30,053
0,3m
m= 0,176 m2
3. Dimensi bak
V = luas permukaan x tinggi
Tinggi = 1,1 panjang bak
Bila bak berbentuk lingkaran, maka
Diameter bak = 1 / 330,053
1,1(0,25)(3,14)m⎡ ⎤
⎢⎣ ⎦
⎥ = 0,394m ~ 0,4 m
Tinggi bak = 1,1(0,4) = 0,44 m ~0,45 m
b) Menghitung daya yang dibutuhkan untuk pengadukan, P = G2 x μ x V
Tahap I, P = 2
32
300 det0,8363 10 0,04det
Nx x x mm
−⎛ ⎞ 3 =⎜ ⎟⎝ ⎠
3,01 N-m/det = 3 W = 2,2 ft
lb/det
Tahap II, P = 2
32
300 det0,8363 10 0,053det
Nx x x mm
−⎛ ⎞ 3 =⎜ ⎟⎝ ⎠
3,98 N-m/det ~ 4 W = 2,9 ft
lb/det
V-33
c. Menghitung diameter impeller, D = 1/5
3
PxgcNpx xnρ
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
Tahap I, D =
1/5
2
3
3
.2, 2 32,17det det
0,6 1,667 62,4det
ft lb ftx
r lbx xft
⎛ ⎞⎡ ⎤⎜ ⎟⎢ ⎥⎣⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠⎝ ⎠
⎦ = 0,84 ft = 0,26 m
Tahap II, D =
1/5
2
3
3
.2,9 32,17det det
0,6 1,667 62,4det
ft lb ftx
r lbx xft
⎛ ⎞⎡ ⎤⎜ ⎟⎢ ⎥⎣⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠⎝ ⎠
⎦ = 0,89 ft = 0,27 m
d. Cek rasio diameter impeller dengan lebar bak, D/Te
Diameter impeller yang digunakan = 0,25 m
DTe
= 0,25 0,6250,4
mm
= (memenuhi kriteria desain 0,3-0,6)
e. Cek bilangan reynolds, NRE = 2nxD xρμ
NRE = ( )2
3
5
1,667 0,82 62,4det
1,746 10.
r lx ft x bft
lbxft s
−= 4005932 >10000 turbulen
f. Struktur Influen
Struktur influen menggunakan pipa inlet berdiameter 1,5 inci, berdiameter dalam
1,61 inci (0,0489 m). Pipa inlet dipasang di tepi atas tangki netralisasi.
V-34
g. Struktur Efluen
Struktur efluen menggunakan pipa outlet berdiameter 1,5 inci, berdiameter dalan 1,61
inci (0,0489 m). Pipa outlet dipasang di tepi atas tangki netralisasi, di seberang pipa
inlet.
V.4.1 Reaktor Fixed Bed
A. Umum
Reaktor anaerobic fixed bed terdiri dari 2 reaktor, karena tahapan asidogenesis dan
metanogenesis dilakukan pada reaktor terpisah. Pemisahan 2 tahap ini ditujukan
untuk mengoptimalkan proses degradasi materi organik oleh mikroorganisme anaerob
agar konversi COD menjadi biogas sebesar 90% dapat dicapai.
1. Influen Reaktor Fixed Bed
Tahap I:
• Debit, Q = 56,66 m3/hari
• TSS = 10,83 kg/hari– 9,747 kg/hari = 1,083 kg/hari
= 3
1,0831000
56,66
kgghari xkgm
hari
= 18,98 g/m3
• CODp = 11,77 kg/hari – 10,6 kg/hari = 1,17 kg/hari
= 3
1,171000
56,66
kgghari xkgm
hari
= 20,5 g/m3
• CODs belum terolah di pengolahan sebelumnya, sehingga CODs = 38589
g/m3
• Minyak dan lemak = 10,2 kg/hari - 9,6 kg/hari = 0,6 kg/hari
V-35
= 3
0,61000
56,66
kgghari xkgm
hari
= 10,51 g/m3
Tahap II:
• Debit, Q = 75,3 m3/hari
• TSS = 17,256 kg/hari– 15,53 kg/hari = 1,726 kg/hari
= 3
1,7261000
75,3
kgghari xkgm
hari
= 23 g/m3
• CODp = 18,581 kg/hari – 16,723 kg/hari = 1,858 kg/hari
= 3
1,8581000
75,3
kgghari xkgm
hari
= 24,6 g/m3
• CODs belum terolah di pengolahan sebelumnya, sehingga CODs = 38589
g/m3
• Minyak dan lemak = 13,55 kg/hari – 12,737 kg/hari = 0,813 kg/hari
= 3
0,8131000
75,3
kgghari xkgm
hari
= 10,56 g/m3
Reaktor Fixed Bed Asidogenesis
A. Umum
Reaktor fixed bed ini merupakan reaktor tempat berlangsungnya proses asidogenesis,
yaitu proses konversi zat organik sederhana menjadi asam-asam volatil. Proses ini
akan menghasilkan gas H2 dll, oleh karena itu diperlukan pengumpul gas untuk
mengeluarkan gas-gas yang dihasilkan selama proses.
V-36
B. Kriteria desain
Kriteria desain reaktor fixed bed I terdapat pada Tabel V.19.
Tabel V.19 Kriteria Desain Reaktor Fixed Bed Asidogenesis
Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber Organic loading OR 3-16 kg/m3 hari Malina & Pohland, 1992 Rasio tinggi - diameter 1-2 tanpa satuan Jordening & Winter, 2002
C. Data Perencanaan
Data-data yang berhubungan dengan perencanaan terdapat pada Tabel V.20.
Tabel V.20 Data Perencanaan Reaktor Reaktor Fixed Bed Asidogenesis
Parameter Simbol Besaran Satuan Organic loading OR 16 kg/m3 hari Tinggi media t 6,5 m Waktu detensi td 1-3 hari
D. Perhitungan
1. Konsentrasi COD biodegradable di influen, So
Konsentrasi COD soluble pada tahap I dan tahap II sama, karena tidak ada
penyisihan COD soluble pada pengolahan-pengolahan sebelumnya.
So = 38589 mg/L
2. Volume reaktor, V = oS xQOR
Tahap I, V =56,66
3
3
3
3
38589 56,66
1016
g mxm harikg gx
m hari kg
= 138 m3
Tahap II, V =
3
3
3
3
38589 75,3
1016
g mxm harikg gx
m hari kg
= 183 m3
V-37
Reaktor yang dibangun mengikuti volume reaktor tahap II yaitu 183 m3
3. Pori-pori media yang digunakan yaitu Pall rings dengan bahan plastik sebesar
96,5%, maka jumlah air yang terolah di dalam reaktor :
Vair = 0,965 x 183 m3 = 176,6 m3
4. Cek organic loading, OR = oS xQV
Tahap I, OR =
3
3
33
38589 56,66
10176,6
g mxm hari
gm xkg
= 12,54 kg/m3 hari
Tahap II, OR =
3
3
33
38589 75,3
10176,6
g mxm hari
gm xkg
= 16,58 kg/m3 hari
5. Luas permukaan reaktor, A = bed
Vt
A = 3183
6,5mm
= 28,154 m2
6. Diameter reaktor, d = 1/ 2
0, 25A
xπ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
d = 1/ 2228,154
0,25 3,14m
x⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
= 6 m
7. Cek rasio antara diameter dan tinggi, Td
Tinggi reaktor = tinggi media + 1 m. Penambahan tinggi ini ditujukan agar
biomassa yang tidak terlekat tidak cepat terbawa efluen ke luar reaktor.
V-38
Td
= 7,56
mm
= 1,25( memenuhi kriteria desain rasio tinggi reaktor dengan
diameter 1-2)
8. Struktur Inlet
Influen harus terdistribusi merata oleh karena itu digunakan sistem distribusi yang
diletakkan setiap 5-10 m2 dan kecepatan aliran arus dijaga berada dalam range 1-2
m/jam (Jordening-Winter, 2002).
Jumlah distribution inlet = 25Am
= 2
2
28,1545
mm
= 5,63 buah
Inlet yang dipakai sebanyak 5 buah.
9. Struktur Outlet
Struktur outlet terdiri dari baffle, weir V-notch, saluran efluen, dan effluent box.
Weir V-notch yang digunakan bersudut 90o, diletakkan di tepi tangki. Data-data
perencanaan struktur efluen terdapat pada Tabel V.21.
Tabel V.21 Data Perencanaan Struktur Efluen
Parameter Simbol Besaran Satuan Diameter tangki d 6 m Lebar saluran efluen 0,2 m Koefisien discharge Cd 0,584 Gaya gravitasi g 9,8 m/s2
Tinggi notch 8 cm Jumlah notch 2 /m
Perhitungan
a) Menentukan tinggi air di atas V-notch
Panjang saluran efluen = 2 (diameter tangki )
= 2(6m) = 12 m
Jumlah notch = panjang saluran efluen / besar notch
= 2 (12 m) = 24 buah
V-39
Weir loading, WL = Q/panjang saluran efluen
Tahap I, WL =
3
56,66
12
mharim
= 4,755 m3/m hari
Tahap II, WL =
3
75,3
12
mharim
= 6,275 m3/m hari
Debit per notch q = Q/jumlah V-notch
Tahap I, q =
3
0,00066det
24
mik = 6,6 x 10-5 m3/detik
Tahap II, q =
3
0,00087det
24
mik = 8,71 x 10-5 m3/detik
Tinggi air di atas notch, H =
2/5
0,52
158 (2 9,81 ) tan
2D
qmC x x
dtkθ
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
Tahap I, H =
2 / 53-5
0,52
6,6 x 10 158 0,584(2 9,81 ) tan 45
mdtk
mx xdtk
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟
⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
= 1,872 cm
Tahap II, H =
2 / 53-5
0,52
8,71 x 10 158 0,584(2 9,81 ) tan 45
mdtk
mx xdtk
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟
⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
= 2,091 cm
b) Menghitung tinggi saluran efluen
Menentukan kecepatan aliran dalam pipa, v = 0,5 m/dtk
Luas penampang pipa, A = Qv
V-40
= 30,00066 /
0,5 /m dtk
m dtk= 1,32 x 10-3 m2
Diameter pipa keluar, d = 0,25
AΠ
= -31,32 x 10
0, 25Π= 0,041 m = 4,1 cm .
Pipa yang dipakai adalah pipa 1,5 inci, dengan diameter dalam 1,61 inci (4,089
cm).
Cek kecepatan aliran tahap II, v = QA
=
3
2
0,00087
0,25(3,14)(0,041 )
mdtk
m= 0,66 m/detik
Dimensi effluent box 30 cm x 30 cm
Tinggi air di effluent box = diameter pipa keluar + losses
= 1,91 inci(2,54cm)= 6 cm
Tinggi saluran efluen di atas effluent box = ½(d pipa) + ketebalan saluran
efluen
=1/2(4,85cm) + 1cm
= 3,425 cm
Tinggi air di atas saluran efluen = 6 cm-3,425 cm = 2,575 cm
Selain itu harus ditambahkan juga tinggi jatuh bebas 0,1 m dan faktor losses
sebesar 50% , sehingga tinggi saluran efluen total adalah 0,25 m.
E. Rekapitulasi
Rekapitulasi dimensi reaktor fixed bed asidogenesis dapat dilihat pada Tabel V.22.
V-41
Tabel V. 22 Rekapitulasi Dimensi
Parameter Besaran Satuan Diameter 6 m Kedalaman total 7,5 m Diameter pipa inlet 1,5 inci Diameter pipa outlet 1,5 inci
Reaktor Fixed Bed Metanogenesis
A. Umum
Reaktor fixed bed ini merupakan reaktor tempat berlangsungnya proses
metanogenesis, dimana sebanyak 90% COD yang masuk akan dikonversi menjadi
biogas. Proses sebelumnya yaitu asidogenesis akan menurunkan pH hingga 4, maka
sebelum air limbah diolah di reaktor ini, diperlukan penambahan basa untuk
menetralkan pH, karena bakteri metan yang mempunyai peranan penting dalam
proses metanogenesis dapat bekerja optimum pada pH netral. Jumlah basa yang
diperlukan akan dihitung setelah perhitungan dimensi reaktor fixed bed
metanogenesis.
B. Kriteria Desain
Kriteria desain reaktor fixed bed metanogenesis terdapat pada Tabel V.23.
V-42
Tabel V.23 Kriteria Desain Reaktor Fixed Bed Metanogenesis
Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber Organic loading OR 3-16 kg/m3 hari Malina & Pohland, 2004 Rasio tinggi - diameter 1-2 tanpa satuan Jordening & Winter, 2002 Yield Y 0,02-0,06 g VSS/g COD Metcalf & Eddy, 2004 Koefisien decay kd 0,01-0,04 g/g hari Metcalf & Eddy, 2004 Laju pertumbuhan spesifik μm 0,22-0,28 g/g hari Metcalf & Eddy, 2004 Konsentrasi jenuh Monod Ks 300-500 mg/l Metcalf & Eddy, 2004 Fraksi sel yang mati fd 0,15 Metcalf & Eddy, 2004 Konsentrasi biomassa X 4,9-35 kg VSS/m3 Malina & Pohland, 1992 Produksi gas metan pada 35oC
0,4 m3/kg COD Metcalf & Eddy, 2004
Kerapatan gas metan pada 35oC
0,6346 kg/m3 Metcalf & Eddy, 2004
Persen gas metan di udara 60-70 % Metcalf&Eddy,2004
C. Data Perencanaan
Data-data yang berhubungan dengan perencanaan terdapat pada Tabel V.24.
Tabel V. 24 Data Perencanaan Reaktor Fixed Bed Metanogenesis
Parameter Simbol Besaran Satuan Waktu detensi td 5 hari Tinggi media t 8 m Yield Y 0,04 g VSS/g COD Konsentrasi biomassa dalam reaktor Xvss 12000 mg/l Rasio TSS dengan VSS 0,85 tanpa satuan Kandungan gas metan di udara 65 %
D. Perhitungan
1. Konsentrasi COD biodegradable di influen, So
So = 38589 mg/l
2. Konsentrasi COD tersisihkan, So-S
Proses metanogenesis akan mengkonversi COD menjadi 90% biogas.
So-S = η x CODs+ 0,5 CODp
= (0,9 x 38589) mgl
+ 0,5 (20,5) mgl
= 34740,35 mg/l
V-43
3. Konsentrasi COD efluen, S
S = 38589 mgl
- 34740,35 mgl
= 3848,65 mg/l
4. Volume reaktor, V = Q x td
Tahap I, V = 3
56,66 5m x harihari
= 283,3 m3
Tahap II, V = 3
75,3 5m x harihari
= 376,5 m3
Reaktor yang dibangun mengikuti volume reaktor tahap II yaitu 376,5 m3
5. Luas permukaan reaktor, A = Vt
A =3376,5
8m
m= 47,06 m2
6. Diameter reaktor, d = 1/ 2
0, 25A
xπ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
d = 1/ 2247,06
0,25 3,14m
x⎛⎜⎝ ⎠
⎞⎟ = 7,74 m ~ 7,8 m
7. Cek organic loading, OR = infCOD xQV
Pori-pori media yang digunakan yaitu Pall rings sebesar 96,5%, maka organic
loading dihitung berdasarkan volume tangki yang berisikan media pertumbuhan,
dimana mikroorganisme berada dalam konsentrasi maksimum.
Tahap I, OR =
kggxxm
harimx
mg
33
3
3
10965,06,376
06,5738589= = 6,05kg/m3 hari
V-44
Tahap II, OR =
kggxxm
harimx
mg
33
3
3
10965,06,376
3,7538589 = 8 kg/m3 hari
8. Cek rasio antara diameter dan tinggi reaktor, Td
Tinggi reaktor = tinggi media + 1 m. Penambahan tinggi ini ditujukan agar
biomassa yang tidak terlekat tidak cepat terbawa efluen ke luar reaktor.
totalTd
= 97,8
mm
= 1,15 ( memenuhi kriteria desain rasio tinggi reaktor dengan
diameter 1-2)
9. Rasio F/M
Tahap I, F/M = 56,66
3
3
33
38589 56,66
376,6 0,965 10000
g mxharim
gm x xm
= 0,6/hari
Tahap II, F/M = 3
3
3
3
10000965,06,376
3,7538589
mgxxm
harimx
mg
= 0,8/hari
10. Produksi gas metan
Neraca massa :
CODinf - CODef – COD yang menjadi sel baru- COD yang dikonversi menjadi
gas metan =0
a) Menentukan CODinf
Tahap I, CODinf =3
338589 56,6610
g mx xharim 3
kgg
= 2201,88 kg/hari
V-45
Tahap II, CODinf = g
kgxharimx
mg
3
3
3 103,7538589 = 2905,75 kg/hari
b). Menentukan CODef
Tahap I, CODef = 3
33850 56,6610
g mx xharim g3
kg= 219,7 kg/hari
Tahap II, CODef =g
kgxharimx
mg
3
3
3 103,753850 = 290 kg/hari
c). Menentukan COD yang dikonversi menjadi sel baru:
Tahap I = harikgxx
gCODgVSSx
gVSSgCOD 88,22019,004,042,1 = 112,56 kg/hari
Tahap II, = harikgxx
gCODgVSSx
gVSSgCOD 75,29059,004,042,1 = 148,54 kg/hari
d). Menentukan COD yang dikonversi menjadi gas metan :
Tahap I = 2201,88 kg/hari - 219,7 kg/hari - 112,56 kg/hari = 1869,62 kg/hari
Tahap II= 2905,75 kg/hari – 290 kg/hari – 148,54 kg/hari = 2467,21 kg/hari
Total gas yang diproduksi :
Tahap I = 3 3
34
1869,20,65
m m gasxhari m CH
= 2876,34 m3/hari
Tahap II = 3 3
34
2467,210,65
m m gasxhari m CH
= 3795,7 m3/hari
11. Gas Storage
a) Menghitung jumlah gas yang dapat disimpan di dalam gas storage
Gas yang dihasilkan dari proses metabolisme mikroorganisme akan dikumpulkan
di gas storage ini, selanjutnya dikeluarkan menggunakan kompresor untuk
keperluan pabrik. Gas storage berbentuk elipsoidal, maka diameter gas storage
V-46
akan sama dengan diameter reaktor, yaitu 7,8 m. Sedangkan tingginya adalah ¼
diameter, yaitu 1,95 m. Volume gas storage akan menunjukkan jumlah gas yang
dapat ditampung.
Volume gas storage = 24π (diameter)3
= 24π (7,8m)3 = 62 m3
Volume gas yang dapat disimpan, V1 = 2 2 1
1 2
PV TPT
Dimana : P1 = tekanan gas yang diproduksi (1 atm)
V1 = volume gas yang diproduksi
T1 = suhu gas yang diproduksi (300)
P2 = tekanan gas yang akan disimpan
V2 = volume storage gas
T2 = suhu gas yang akan disimpan (00)
V1 = 3 0
0
62 (5,1 )(273 0)1 (273 30)
m atmatm K
++
K = 285 m3
Volume gas yang dapat tersimpan di gas storage adalah 285 m3, sedangkan gas
yang diproduksi pada tahap I, adalah 2876,34 m3/hari dan pada tahap II gas yang
diproduksi 3795,7 m3/hari, jadi dilakukan pemampatan udara oleh kompresor
setiap 2 jam, sedangkan untuk tahap II, pemampatan gas oleh kompresor
dilakukan setiap 1,5 jam.
b) Menghitung kapasitas kompresor
Massa jenis gas adalah 1,162 kg/m3, maka berat total gas yang disimpan dalam
gas storage dalam kondisi standar = 285 m3 ( 1,162 kg/m3) = 331,17 kg
Asumsi berat gas yang dikompres adalah 200% dari yang dihasilkan
Tahap I, w = 331,1722 3600
kg jamxjam dtk
= 92 g/detik
Tahap II, w = 331,1721,5 3600
kg jamxjam dtk
= 122,65 g/detik
V-47
Kapasitas kompresor, Pw = 0,283
( )( ) 18, 41( )
o
o
w R T PxE P
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥−⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
dimana : R = 8,314 kJ/kmol 0K
e = efisiensi kompresor (75%)
To = temperatur inlet (273+35)oK
Po = 1,03 atm
P = 5,1 atm
Tahap I, Pw = 3 o 0,28392 10 (8,314 )(273+35) K 5,1det 1
1,038,41(0,75)
o
kg kJxik kmol K
kgkmol
−⎡ ⎤⎛ ⎞
−⎢ ⎥⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦
= 21,38 kW
Tahap II, Pw = 3 o 0,283122,65 10 (8,314 )(273+35) K 5,1det 1
1,038,41(0,75)
o
kg kJxik kmol K
kgkmol
−⎡ ⎤⎛ ⎞
−⎢ ⎥⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦
= 28,5 kW
12. Struktur influen
Influen harus terdistribusi merata, oleh karena itu digunakan sistem distribusi
yang diletakkan setiap 5-10 m2. Kecepatan aliran arus dijaga berada dalam range
1-2 m/jam.
Jumlah distribution inlet = 25Am
= 2
2
506,47m
m = 9,412 buah ~ 9 buah
13. Struktur efluen
Struktur efluen terdiri dari weir V-notch, saluran efluen, dan effluent box. Weir V-
notch yang digunakan bersudut 90o, diletakkan di tepi tangki. Data-data
perencanaan struktur efluen terdapat pada Tabel V.25.
V-48
Tabel V.25 Data Perencanaan Struktur Efluen
Parameter Simbol Besaran Satuan Diameter tangki d 7,8 m Lebar saluran efluen 0,5 m Koefisien discharge Cd 0,584 Gaya gravitasi g 9,8 m/s2
Tinggi notch 8 cm Jumlah notch 2 /m
Perhitungan
a) Menentukan tinggi air di atas V-notch
Panjang saluran efluen = 2 (diameter tangki )
= 2(7,8) = 15,6 m
Jumlah notch = 2 x panjang saluran efluen
= 2 (15,6 m) = 31,2 buah
Weir loading, WL = Q/panjang saluran efluen
Tahap I, WL =
3
56,66
15,6
mharim
= 3,63 m3/m hari
Tahap II, WL =
3
75,3
15,6
mhari
m= 4,83 m3/m hari
Debit per notch q = Q/jumlah V-notch
Tahap I, q =
3
0,00066det
31,2
mik = 2,11 x 10-5 m3/detik
Tahap II, q =
3
0,00087det
31,2
mik = 2,78 x 10-5 m3/detik
Tinggi air di atas notch, H =
2/5
0,52
158 (2 9,81 ) tan
2D
qmC x x
dtkθ
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
V-49
Tahap I, H =
2 / 53-5
0,52
2,11 x 10 158 0,584(2 9,81 ) tan 45
mdtk
mx xdtk
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟
⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
= 1,42 cm
Tahap II, H =
2 / 53-5
0,52
2,78 x 10 158 0,584(2 9,81 ) tan 45
mdtk
mx xdtk
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟
⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
= 1,611 cm
b) Menghitung tinggi saluran efluen
Menentukan kecepatan aliran dalam pipa, v = 0,5 m/dtk
Luas penampang pipa, A = Qv
= 30,00066 /
0,5 /m dtk
m dtk= 1,32 x 10-3 m2
Diameter pipa keluar, d = 0,25
AΠ
= -31,32 x 10
0, 25Π= 0,041 m = 4,1 cm = 1,614 inci .
Pipa yang dipakai adalah pipa 1,5 inci, dengan diameter dalam 1,61 inci (4,089
cm).
Cek kecepatan aliran tahap II, v = QA
=
3
2
0,00087
0,25(3,14)(0,041 )
mdtk
m= 0,66 m/detik
Dimensi effluent box 30 cm x 30 cm
Tinggi air di effluent box = diameter pipa keluar + losses
= 1,91 inci(2,54cm)= 6 cm
V-50
Tinggi saluran efluen di atas effluent box = ½(d pipa) + ketebalan saluran
efluen
=1/2(4,85cm) + 1 cm
= 3,425 cm
Tinggi air di atas saluran efluen = 6 cm-3,425 cm = 2,575 cm
Selain itu harus ditambahkan juga tinggi jatuh bebas 0,1 m dan faktor losses
sebesar 50% , sehingga tinggi saluran efluen total adalah 0,25m.
E. Rekapitulasi
Rekapitulasi dimensi reaktor fixed bed metanogenesis dapat dilihat pada Tabel V.26.
Tabel V.26 Rekapitulasi Dimensi
Parameter Besaran Satuan Diameter 7,8 m Kedalaman 9 m Diameter pipa inlet 1,5 inci Diameter pipa outlet 1,5 inci
Bak Pembubuh Basa
Proses asidogenesis di dalam reaktor akan menurunkan pH karena dihasilkan asam-
asam volatil, sedangkan proses berikutnya yaitu metanogenesis akan berlangsung
optimal pada pH 6,5-7,7. Proses asidogenesis dapat menurunkan pH hingga 4, oleh
karena itu, diperlukan pembubuhan basa untuk menaikkan pH menjadi 7. Tabel V.27
menunjukkan data-data perencanaan bak pembubuh basa.
Tabel V.27. Data-data Perencanaan Bak Pembubuh Basa
Parameter Simbol Besaran Satuan Konsentrasi NaHCO3 M 0,1 M
A. Perhitungan
a) Menghitung jumlah mol asam = volume asam x molaritas asam
= Q1(td) x M asam
V-51
Untuk debit I = 56,66 m3/hari (1menit)(10-4)
= 3,96 x 10-6 mol
Untuk debit II = 75,3 m3/hari (1menit)(10-4)
= 5,23 x 10-6 mol
b) Basa yang perlu ditambahkan, Vb
Untuk debit I: . .. .
mol asam mol basaVol basa Vol asam
−+
= 10-7
3
6
04,0)(1,01096,3
mVbVbMx
+−−
= 10-7
Vb = 3,956x 10-5 m3 = 39,56 ml
Untuk debit II:
3
6
0523,0)(1,01023,5
mVbVbMx
+−−
= 10-7
Vb = 5,22 x 10-5 m3 = 52,25 ml
Waktu pencampuran di dalam tangki netralisasi adalah 1 menit, maka debit
pembubuhan basa untuk debit I adalah 39,56 ml/menit dan untuk debit II adalah
52,25 ml/menit.
c) Larutan basa akan dibuat satu hari sekali, maka:
Volume bak pembubuh basa,V = Qb x 1 hari
Untuk debit I, V = 39,56 ml/menit (1hari) = 57 liter = 0,57 m3
Untuk debit II, V = 52,25 ml/menit (1hari) = 75,24 liter = 0,75 m3
Tangki Netralisasi
Tangki netralisasi merupakan tangki pencampuran basa NaHCO3 dengan air. Larutan
NaHCO3 dari bak pembubuh akan dipompa dengan pompa dosing ke dalam tangki
netralisasi. Tabel V.28 menunjukkan data-data perencanaan tangki netralisasi.
V-52
Tabel V.28 Data-Data Perencanaan Tangki Netralisasi
Parameter Simbol Besaran Satuan Waktu detensi 1 menit Rasio tinggi dengan diameter tangki H/Te 1,1 Kecepatan putaran mixer n 100 rpm
1,746 x 10-5 lb s/ft2Viskositas air pada 280C μ 0,8363 x 10-3 N detik/m2
Gradien kecepatan G 300 /detik Mixer low shear hydrofoil 4 blade Np 0,6
A. Perhitungan
a) Menghitung dimensi bak
1. Volume bak,V
Tahap I, V =56,663
11440
m harix menitxhari menit
= 0,039 m3 ~0,04 m3
Tahap II, V = 75,33
11440
m harix menitxhari menit
= 0,0529 m3 ~0,053 m3
Volume bak yang dibangun mengikuti volume bak pada tahap II.
2. Luas permukaan bak
Tinggi bak =30 cm
Luas permukaan bak = 30,053
0,3m
m= 0,176 m2
3. Dimensi bak
V = luas permukaan x tinggi
Tinggi = 1,1 panjang bak
Bila bak berbentuk lingkaran, maka
Diameter bak = 1 / 330,053
1,1(0,25)(3,14)m⎡ ⎤
⎢⎣ ⎦
⎥ = 0,394m ~ 0,4 m
Tinggi bak = 1,1(0,4) = 0,44 m ~0,45 m
b) Menghitung daya yang dibutuhkan untuk pengadukan, P = G2 x μ x V
V-53
Tahap I, P = 2
32
300 det0,8363 10 0,04det
Nx x x mm
−⎛ ⎞ 3 =⎜ ⎟⎝ ⎠
3,01 N-m/det = 3 W = 2,2 ft
lb/det
Tahap II, P = 2
32
300 det0,8363 10 0,053det
Nx x x mm
−⎛ ⎞ 3 =⎜ ⎟⎝ ⎠
3,98 N-m/det ~ 4 W = 2,9 ft
lb/det
c. Menghitung diameter impeller, D = 1/5
3
PxgcNpx xnρ
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
Tahap I, D =
1/5
2
3
3
.2, 2 32,17det det
0,6 1,667 62,4det
ft lb ftx
r lbx xft
⎛ ⎞⎡ ⎤⎜ ⎟⎢ ⎥⎣⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠⎝ ⎠
⎦ = 0,84 ft = 0,26 m
Tahap II, D =
1/5
2
3
3
.2,9 32,17det det
0,6 1,667 62,4det
ft lb ftx
r lbx xft
⎛ ⎞⎡ ⎤⎜ ⎟⎢ ⎥⎣⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠⎝ ⎠
⎦ = 0,89 ft = 0,27 m
d. Cek rasio diameter impeller dengan lebar bak, D/Te
Diameter impeller yang digunakan = 0,25 m
DTe
= 0,25 0,6250,4
mm
= (memenuhi kriteria desain 0,3-0,6)
e. Cek bilangan reynolds, NRE = 2nxD xρμ
NRE = ( )2
3
5
1,667 0,82 62,4det
1,746 10.
r lx ft x bft
lbxft s
−= 4005932 >10000 turbulen
V-54
f. Struktur Influen
Struktur influen menggunakan pipa inlet berdiameter 1,5 inci, berdiameter dalam
1,61 inci (0,0489 m).
g. Struktur Efluen
Struktur efluen menggunakan pipa outlet berdiameter 1,5 inci, berdiameter dalan 1,61
inci (0,0489 m).
V.4.2 Reaktor Sequencing Batch Activated Sludge
A. Umum
Pengolahan secara aerob dibutuhkan karena proses anaerob tidak dapat berdiri
sendiri karena kualitas efluen dari reaktor anaerob tidak akan dapat memenuhi baku
mutu, sehingga proses secara aerob bertindak sebagai effluent polishing. Sequencing
batch activated sludge merupakan proses lumpur aktif yang dioperasikan secara batch,
namun resirkulasi efluen tidak dibutuhkan karena klarifikasi antara air dengan lumpur
aktif terjadi dalam 1 tangki.
B. Kriteria desain
Kriteria desain sequencing batch activated sludge terdapat pada Tabel V.29.
Tabel V.29 Kriteria Desain Sequencing Batch Activated Sludge
Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber Rasio volume total terhadap volume air limbah yang diolah
Vt/Vf 0,3 tanpa satuan Metcalf & Eddy, 2004
Yield Y 0,3-0,5 g VSS/g COD Metcalf & Eddy, 2004 Koefisien decay kd 0,06-0,2 g/g hari Metcalf & Eddy, 2004 Laju pertumbuhan spesifik μm 3-13,2 g/g hari Metcalf & Eddy, 2004 Fraksi sel yang mati fd 0,08-0,2 Metcalf & Eddy, 2004 Rasio F/M 0,15-0,6 hari-1 www.epa.gov.com Beban volumetrik BOD Lorg 0,1-0,3 kgBOD/m3 hari Metcalf & Eddy, 2004 Umur lumpur SRT 10-30 hari Metcalf & Eddy, 2004
V-55
C. Data Perencanaan
Pada desain ini, sequencing batch activated sludge menggunakan 2 reaktor, ditujukan
agar proses tetap bisa berjalan ketika salah satu reaktor tidak dapat beroperasi.
Reaktor ini dilengkapi dengan decanter dan surface aerator untuk suplai oksigen ke
dalam reaktor. Data-data yang berhubungan dengan perencanaan reaktor sequencing
batch activated sludge terdapat pada Tabel V.30.
Tabel V.30 Data Perencanaan Sequencing Batch Activated Sludge
Parameter Simbol Besaran Satuan Jumlah bak 2 Jumlah siklus 3 siklus/hari Tinggi reaktor H 4,5 m Waktu pengisian tf 8 Waktu aerasi ta 6 Waktu pengendapan ts 1 Waktu pengosongan td 0,5
jam
Rasio BOD dengan COD 0,33 tanpa satuan Yield Y 0,3 g VSS/g CODKoefisien decay kd 0,12 g/g hari Laju pertumbuhan spesifik μm 10,31 g/g hari Fraksi sel yang mati fd 0,15 Sludge Volume Index SVI 150 ml/g Konsentrasi MLSS saat volume penuh X 3500 g/m3
D. Perhitungan
1. Influen Reaktor Sequencing Batch Activated Sludge
Tahap I:
• Debit, Q = 56,66 m3/hari
• TSS = 0,5415 kg/hari– 0,5(0,5415)kg/hari = 0,27 kg/hari
= 3
0,271000
56,66
kgghari xkgm
hari
= 4,745 g/m3
• CODp = 0,585 kg/hari – 0,5(0,585) kg/hari = 0,2925 kg/hari
V-56
= 3
0,29251000
56,66
kgghari xkgm
hari
= 5,126 g/m3
• CODs = 2201,88 kg/hari – 0,9 (2201,88) kg/hari = 193,2236 kg/hari
= 3
193,22361000
56,66
kgghari xkgm
hari
= 3348,15 g/m3
Tahap II:
• Debit, Q = 75,3 m3/hari
• TSS = 0,863 kg/hari – 0,5(0,863) kg/hari = 0,4315 kg/hari
= 3
0,43151000
75,3
kgghari xkgm
hari
= 5,73 g/m3
• CODp = 0,929 kg/hari – 0,5(0,929) kg/hari = 0,4645 kg/hari
= 3
0,46451000
75,3
kgghari xkgm
hari
= 6,168 g/m3
• CODs = 732,0235 kg/hari – 0,65(732,0235) kg/hari = 256,21 kg/hari
= 3
256,211000
75,3
kgghari xkgm
hari
= 3348,15 g/m3
2. Konsentrasi COD biodegradable di influen, So
So = 3348,15 mg/l
V-57
3. Konsentrasi COD di efluen yang diinginkan < 200 mg/l,maka % penyisihan
COD, η
η = 3348,15 200
3348,15
mg mgl
mgl
−l = 0,94
4. Konsentrasi COD tersisihkan, So-S
So-S = (0,94 x 3348,15 ) mgl
+ 0,5(6,15) mgl
= 3194 mg/l
4. Konsentrasi COD di efluen sebenarnya, S
S = 3348,15 mgl
- 3194 mgl
+ 0,5(6,168) mgl
= 157,225 mg/l
5. Volume reaktor, VF
Waktu yang dibutuhkan untuk 1 siklus = 16 jam, terdiri dari:
waktu pengisian : 8 jam
waktu reaksi : 6 jam
waktu pengendapan: 1 jam
waktu pengurasan : 0,5 jam
waktu diam (idle) : 0,5 jam
Banyaknya siklus/reaktor = 24 /16 /
jam harijam siklus
= 1,6 siklus/reaktor/hari
Reaktor yang digunakan 2 buah, maka total siklus dalam 1 hari :
= 2 reaktor 1,6 /siklus harireaktor
⎛⎜⎝ ⎠
⎞⎟ = 3 siklus/hari
Tahap I, VF =3
356,66 / 193 /
m hari msiklus hari
=
Tahap II, VF = 3
375,3 / 25,33 /
m hari msiklus hari
=
V-58
Untuk dapat melayani debit limbah maksimum, yaitu pada tahap II, kapasitas
reaktor (VF ) = 25,3 m3
6. Penentuan kapasitas reaktor terhadap volume total reaktor (VF/VT)
Data perencanaan VF/VT aadalah 0,3 akan dibandingkan dengan hasil perhitungan
berikut:
a. Kesetimbangan massa solid di dalam reaktor
Massa solid pada volume total = Massa solid yang mengendap
VT X = VS XS
Dimana : VT = volume total (m3)
X = konsentrasi MLSS pada volume total (g/m3)
VS = volume setelah air dikeluarkan (m3)
XS = konsentrasi MLSS pada VS
Dengan menyelesaikan kesetimbangan massa di atas, VF/VT dapat ditentukan.
(i) Memperkirakan XS dari harga SVI yang diasumsikan, yaitu 100 mL/g
XS = ( )( )3 310 / 10 /
150 /mg g mL L
mL g= 6666,667 g/m3
(ii) Fraksi yang mengendap, VS/VT
S
T
VV
= XXs
= 3
3
3500
6666,667
gm
gm
= 0,525
Faktor keamanan 1,2 untuk menjamin bahwa MLSS tidak terbawa saat
mekanisme pengeluaran air dari reaktor, maka:
S
T
VV
= 1,2(0,525) = 0,63
(iii) Fraksi pengisian , VF/VT
VF + VS = VT
F
T
VV
+ S
T
VV
= 1
V-59
F
T
VV
= 1-0,63= 0,37
Maka VF/VT perencanaan yaitu 0,3 dapat digunakan.
7. Volume total reaktor, VT
Rasio VF/VT = 0,3 maka
Tahap I, VT = 319
0,3m = 63,33 m3
Tahap II, VT = 325,3
0,3m = 84,3 m3
8. Luas permukaan reaktor, A = VH
Reaktor yang dibangun harus dapat melayani jumlah air limbah pada tahap II,
maka:
A = 384,3
4,5mm
= 18,8 m2
9. Dimensi reaktor
Reaktor berbentuk lingkaran, maka ukuran diameternya, d
d = 1/ 4
Aπ
d = 18,81/ 4π
= 4,9 m ~ 5 m
10. Ketinggian lumpur saat air sudah dikeluarkan, TS
Rasio VS/VT = TS/TT = 0,63
TS = 0,63(4,5m) = 2,835 m
V-60
11. Waktu detensi keseluruhan di 2 tangki, td
Tahap I, td =
3
3
2 63,3
56,66
mreaktorreaktor
mhari
⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦ = 53,6 jam
Tahap II, td =
3
3
2 84,3
75,3
mreaktorreaktor
mhari
⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦ = 53,75 jam
Untuk air limbah industri, waktu detensi bervariasi, tidak ada range khusus.
12. Umur lumpur
Persamaan 1: PXTSS = A + B + C + D
Persamaan 2 : PXTSS = T TX ssxVSRT
Tahap I :
A = ( )1
QxYx So SkdxSRT
−+
=
3
3
3
28,53 0,3 3194
0,22 101 0,85
m gx x kghari m xgxSRTx
hari+
= 32,34871 0,22SRT+
kg/hari
B = ( )1
fdxkdxQxYx So S SRTkdxSRT
−+
=
3
3
3
0,220,15 28,53 0,3 3194
0,22 101 0,85
m gx x x x xSRT kghari hari m xgxSRTx
hari+
= 1,07781 0,22
xSRTxSRT+
kg/hari
C = Q x nbVSS
= 28,53 3m
harix (0,5 x (0,85 x 6,15)) 3
gm
x 310kg
g= 0,1045 kg/hari
V-61
D = Q (TSSo-VSSo)
= 3
3 328,53 (6,15 5,2275)10
m xhari m g
−g kgx = 0,0369 kg/hari
Substitusi persamaan 1 dan 2 menjadi:
XtssxVSRT
= A + B + C
33 33500 47,7
10g kx m x
m gSRT
g
= 32,3487 1,0778 0,1045 +0,0369 1 0,22 1 0,22
xSRTSRT xSRT
⎡ ⎤+ +⎢ ⎥+ +⎣ ⎦
kg/hari
Dari penyelesaian persamaan di atas, akan didapat persamaan kuadrat :
1,1093 SRT2 -4,58 SRT – 166,92 = 0
Maka didapat SRT = 14,51 hari (memenuhi kriteria desain umur lumpur 10-30
hari)
Tahap II :
A = ( )1
QxYx So SkdxSRT
−+
=
3
3
3
37,65 0,3 3194
0,22 101 0,85
m gx x kghari m xgxSRTx
hari+
= 42,7671 0,22SRT+
kg/hari
B = ( )1
fdxkdxQxYx So S SRTkdxSRT
−+
=
3
3
3
0,220,15 37,65 0,3 3194
0,22 101 0,85
m gx x x x xSRT kghari hari m xgxSRTx
hari+
= 1,4251 0,22
xSRTxSRT+
kg/hari
C = Q x nbVSS
= 37,653m
harix (0,5 x (0,85 x 6,15) 3
gm
x 310kg
g = 0,1385 kg/hari
V-62
D = Q (TSSo-VSSo)
=3
3 337,65 (6,15 5,2275)10
m xhari m g
−g kgx = 0,0489 kg/hari
Substitusi persamaan 1 dan 2 menjadi:
XtssxVSRT
= A + B + C
33 33500 84,31
10g kgx m x
m gSRT
= 42,767 1,425 0,1385 + 0,0489 1 0,22 1 0,22
xSRTSRT xSRT
⎡ ⎤+ +⎢ ⎥+ +⎣ ⎦
kg/hari
Dari penyelesaian persamaan di atas, akan didapat persamaan kuadrat :
1,466 SRT2 -22,58 SRT – 295,092 = 0
Maka didapat SRT = 23,85 hari (memenuhi kriteria desain umur lumpur 10-30
hari)
13. Konsentrasi MLVSS
PXVSS(SRT) = VT(XMLVSS)
Tahap I :
( 32,34871 0,22SRT+
+ 1,07781 0,22
xSRTxSRT+
+0,1045)kg/hari (0,85)(14,51 hari)=47,7m3
(XMLVSS)
(6,5114 + 3,1479+ 0,1045) kg/hari x 14,51 hari = 47,7 m3 (XMLVSS)
XMLVSS = 3
9,7638 14,51
47,7
kg x harihari
m= 2971 g/m3
Fraksi MLVSS terhadap MLSS
3
3
2971
3500MLVSS
MLSS
gX m
gXm
= = 0,848
V-63
Tahap II :
( 42,7671 0,22SRT+
+ 1,4251 0,22
xSRTxSRT+
+0,1385)kg/hari(0,85)(23,85hari)=84,31 m3
(XMLVSS)
(5,77 + 4,58 +0,1385 ) kg/hari x 23,85 hari = 84,31 m3 (XMLVSS)
XMLVSS = 3
10,5 23,85
84,31
kg x harihari
m= 2970 g/m3
Fraksi MLVSS terhadap MLSS
3
3
2970
3500
MLVSS
MLSS
gX m
gXm
= = 0,848
14. Laju pemompaan pengosongan reaktor
Waktu pengisian = waktu pengosongan
Tahap I, VF = 19m3
Waktu pengosongan = 0,5 jam
Laju pemompaan = 319
30mmnt
= 0,634 m3/menit
Tahap II, VF = 25,3 m3
Waktu pengosongan = 0,5 jam
Laju pemompaan = 325,3
30m
mnt= 0,843 m3/menit
15. Waktu aerasi
Waktu aerasi selama 6jam, tetapi pada saat pengisian reaktor juga diperlukan
aerasi, sesedikitnya aerasi dilakukan selama setengah dari waktu pengisian
reaktor yaitu dengan cara mixing, maka:
V-64
Waktu aerasi total = 6 (32
)jam siklus = 9 jam
16. Jumlah lumpur yang dihasilkan, PXTSS
Tahap I, PXTSS = ( )
3
3 32 63,33 350010
14,51
m greaktorreaktor m g
hari
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠⎝⎝ ⎠
kg
⎠ = 23 kg/hari
Tahap II, PXTSS = ( )
3
3 32 84,3 350010
23,85
m greaktorreaktor m g
hari
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠⎝⎝ ⎠
kg
⎠ = 24,74 kg/hari
17. Debit pembuangan lumpur,QW = XTSSPX
Tahap I, QW = 3
3
23 10
6666,667
kgghari xg kg
m
= 3,45 m3/hari
Tahap I, QW = 3
3
24,74 103500
kgghari xg kg
m
= 3,7 m3/hari
18. Cek rasio F/M = oQSXV
Tahap I, F/M =
3
3
33
28,53 3348,150,67
2971 63,3
m gxhari m harig x m
m
= (memenuhi kriteria
desain 0,15-0,6)
V-65
Tahap II, F/M =
3
3
33
37,65 3348,150,5
2970 84,3
m gxhari m harig x m
m
= (memenuhi kriteria
desain 0,15-0,6)
19. Cek beban COD volumetrik, Lorg = ( )oQ SV
Tahap I, Lorg =
3
3
3
28,53 0,33(3348,15 )
(47,7 )
m gxhari m
m= 0,66 kg/m3 hari
Tahap II, Lorg =
3
3
3
37,65 0,33(3348,15 )
(84,3 )
m gxhari m
m= 0,5 kg/m3 hari
20. Kebutuhan nutrien
Rasio C:N:P = 100:5:1
N yang dibutuhkan = 3
5 3348,15 168,1100
gxm
= g/m3
P yang dibutuhkan = 3
1 3348,15 33,62100
gxm
= g/m3
Nutrien pada influen :
N = 113,268 3
gm
- konsentrasi N yang digunakan di proses anaerob
= 113,268 3
gm
- 0 3
gm
= 113,268 g/m3
Air limbah yang masuk ke proses aerob tidak mengandung phosphor dan
konsentrasi nitrogen tidak mencukupi bagi kebutuhan mikroorganisme, maka
nutrien harus ditambahkan.
V-66
Nutrien yang perlu ditambahkan:
Tahap I :
Nitrogen yang ditambahkan = (168,1-113,268) 3
gm
x 56,663m
harix 310
kgg
= 3,14
kg/hari
Phosphor yang ditambahkan = 33,62 3
gm
x 56,66 3m
harix 310
kgg
= 1,924 kg/hari
Tahap II :
Nitrogen yang ditambahkan = (168,1-113,268) 3
gm
x 75,3 3m
harix 310
kgg
= 4,16
kg/hari
Phosphor yang ditambahkan = 33,62 3
gm
x 75,3 3m
harix 310
kgg
= 2,55 kg/hari
21. Kebutuhan oksigen,Ro = Q(So-S) – 1,42Px
Tahap I, Ro = 28,533m
harix 3194 3
gm
- 1,42 (9,716) kghari
x 310 g
kg
= 78 kg/hari
Tahap II, Ro = 37,65 3m
harix 3194 3
gm
- 1,42 (10,5) kghari
x 310 g
kg
= 107 kg/hari
22. Laju transfer oksigen
Waktu aerasi total selama 9 jam, maka laju tranfer oksigen:
Tahap I = 78
9
kgharijamhari
= 8,66 kg/jam
Tahap II = 107
9
kghari
jamhari
= 12 kg/jam
V-67
23. Menghitung kebutuhan standar oksigen/standard oxygen requirement (SOR)
SOR (kg/hari) = 20( ' ) / (1,024)TRo
C sw Fa C Csw Xβ −−⎡ ⎤⎣ ⎦
dimana:
Ro = kebutuhan oksigen teoritis (kg O2/hari)
C’sw = kelarutan oksigen pada temperatur lapangan 270 C ( 8,08 mg/l)
Csw = kelarutan oksigen di dalam air pada suhu 250C ( 8,38 mg/l)
β = tegangan permukaan salinitas, pada umumnya 0,9 untuk air limbah
C = Konsentrasi dissolved oksigen minimum yang harus dipertahankan
(2 mg/l)
ά = faktor koreksi transfer oksigen biasanya 0.8-0,9 ( 0,85)
f = faktor proporsional (0,5)
A = luas permukaan reaktor ( 18,8 m2 )
Ta = temperatur rata-rata udara ambien (270C)
Ti = temperatur rata-rata air limbah influen (250C)
Q = debit air limbah ( m3/hari )
Fa = faktor koreksi kelarutan oksigen untuk ketinggian tertentu =
( )19450
ketinggian m− = 701
9450m
− = 0,9926
T = temperatur rata-rata air limbah di dalam reaktor untuk kondisi
lapangan
= . .Af Ta Q TiAf Q
++
Tahap I, T =
03
2 0
32
18,8 0,5 27 57, 23 25
18,8 0,5 57, 23
mm x x C x Charimm x
hari
+
+= 25,28oC
SOR = [ ] 27 2078
(8,08 0,9 0,9926 2) / 8,38 (1,024) 0,85x x x x−−
= 124,83 kg O2/hari = 5,02 kg O2/jam
V-68
Tahap II, T =
03
2 0
32
18,8 0,5 27 75,88 25
18,8 0,5 75,88
mm x x C x Charimm x
hari
+
+= 25,22 oC
SOR = [ ] 27 20107
(8,08 0,9 0,9926 2) / 8,38 (1,024) 0,85x x x x−−
= 171,2356 kg O2/hari = 7,13 kg O2/jam
Dengan melihat tingkat kebutuhan oksigen, maka dipilih aerator yang dapat
memenuhi suplai oksigen ke dalam tangki. Berbagai kapasitas aerator dapat
dilihat pada Tabel V.31.
Tabel V.31 Tipe Surface Aerator
Motor Aerator Model Hp Pole Kg O2/hr DM
(m) DZ D (m)
Pumping rate (m3/min)
SFA-02 2 4 3 6 12 2 – 3 5 SFA-03 3 4 4.2 9 18 3 – 4 7 SFA-05 5 4 6.6 12 24 3 – 4 9 SFA-07 7 ½ 4 9.6 16 32 5 - 6 11 SFA-10 10 4 11.5 19 38 5 - 6 19 SFA-15 15 4 16.5 27 54 5 - 6 24 SFA-20 20 4 21 32 64 5 - 6 29 SFA-25 25 4 27.5 36 72 5 - 6 33 SFA-30 30 4 31 40 80 5 - 6 37 SFA-40 40 4 38 45 90 5 - 6 46 SFA-50 50 4 50 50 100 5 – 6 55 SFA-60 60 4 61 56 112 5 – 6 65 SFA-75 75 4 73 62.5 125 5 – 6 80 SFA-100 100 4 95 70 140 5 – 6 120
Maka aerator yang akan digunakan yaitu aerator :
Tipe : Surface aerator, SFA-07
Kapasitas : 11 m3/menit
Oksigen transfer rate : 9,6 kg O2/jam
V-69
Diameter mixing area : 16 m
Kedalamam mixing area : 5-6 m
Daya : 7,5 HP
Jumlah aerator yang dibutuhkan = 1unit aerator/tanki
Daya yang diperlukan = 7,5 HP x 2 unit = 15 HP
E. Rekapitulasi
Rekapitulasi dimensi reaktor sequencing batch activated sludge dapat dilihat pada
Tabel V.32.
Tabel V.32 Rekapitulasi Dimensi
Parameter Besaran Satuan Diameter 5 m Kedalaman 4,5 m Freeboard 50 cm Tinggi total 5 m Diameter pipa inlet 1,5 inci Diameter pipa outlet 1,5 inci
Bak Pembubuh Nutrien
Nutrien yang dibutuhkan mikroorganisme adalah nitrogen dan fosfor. Dua unsur ini
akan disuplai dengan pembubuhan pupuk urea sebagai sumber nitrogen dan asam
fosfat atau sumber fosfor. Tangki nutrien terdiri dari bak pembubuh urea dan bak
pembubuh asam fosfat. Tangki ini berfungsi sebagai tempat pembuatan dan
penyimpanan larutan urea serta asam fosfat dalam 1 hari. Pompa dosing akan
memompakan larutan urea dan asam fosfat dari tangki ini ke tangki nutrien untuk
menyuplai kebutuhan nutrien bagi mikroorganisme aerob.
B. Data Perencanaan
Data-data yang berhubungan dengan perencanaan bak pembubuh nutrien terdapat
pada Tabel V.33.
V-70
Tabel V.33 Data Perencanaan Bak Pembubuh Nutrien
Parameter Simbol Besaran Satuan Berat jenis CO(NH2)2 1,34 kg/L Berat jenis H3PO4
ρ 1,62 kg/L
Konsentrasi CO(NH2)2 5 % Konsentrasi H3PO4
C 5 %
Perhitungan
a) Menghitung volume dan dimensi bak pembubuh
Bak pembubuh untuk urea dan asam fosfat dibedakan menjadi 2 bak.
1. Kebutuhan nutrien
Tahap I:
Kebutuhan nitrogen = 3,14 kg/hari
Konsentrasi nitrogen dalam urea 46%, maka kebutuhan urea = 100%46% (3,14
kg/hari)= 6,83 kg/hari
Kebutuhan asam fosfat = 1,924 kg/hari
Konsentrasi phosphor dalam H3PO4 = 31,6%, maka kebutuhan asam fosfat =
100%31,6% (1,924 kg/hari) = 6,088 kg/hari
Tahap II:
Kebutuhan nitrogen = 4,16 kg/hari
Konsentrasi nitrogen dalam urea 46%, maka kebutuhan urea = 100%46% (4,16
kg/hari)= 9,043 kg/hari
Kebutuhan asam fosfat = 2,55 kg/hari
Konsentrasi phosphor dalam asam fosfat = 31,6%, maka kebutuhan asam fosfat
= 100%31,6% (2,55 kg/hari) = 8,07 kg/hari
2. Debit , q = kebutuhan nutrien / ρ
V-71
Tahap I:
q urea = 6,83
1,34
kgharikg
liter
= 5,1 liter/hari ~ 5 liter/hari
q asam fosfat = 6,088
1,62
kgharikg
liter
= 3,76 liter/hari ~3,8 liter/hari
Tahap II:
q urea = 9,043
1,34
kgharikg
liter
= 6,75 liter/hari ~6,8 liter/hari
q asam fosfat = 8,07
1,62
kgharikg
liter
= 4,98 liter/hari ~5liter/hari
3. Volume pelarut, V air =
1 .
air
C xkeb nutrienC xtd
ρ
−
Tahap I:
V air untuk urea= 3
1 0,05 6,830,05 1
997,7
kgxhari x harikg
m
−
= 0,13 m3
V air untuk asam fosfat = 3
1 0,05 6,0880,05 1
997,7
kgxhari x harikg
m
−
= 0,116 m3
V-72
Tahap II:
V air untuk urea= 3
1 0,05 9,0430,05 1
997,7
kgxhari x harikg
m
−
= 0,172 m3
V air untuk asam fosfat = 3
1 0,05 8,070,05 1
997,7
kgxhari x harikg
m
−
= 0,154 m3
4 Volume larutan
Tahap I:
Volume larutan urea = 5 liter + 0,13 m3 = 135 liter
Volume larutan asam fosfat = 3,48 liter +0,116m3 = 119,5 liter
Tahap II:
Volume larutan urea = 6,8 liter + 0,172m3 = 178,8 liter ~ 180 liter
Volume larutan asam fosfat = 5 liter +0,154 m3 = 159 liter ~160 liter
10. Dimensi bak pembubuh
Kapasitas bak pembubuh disesuaikan dengan kebutuhan nutrien sampai tahap II
Tinggi bak pembubuh = 0,5 m
Sisi bak pembubuh urea = 30,18
0,5mm
= 0,6 m ~ 0,6 m
Sisi bak pembubuh asam fosfat = 30,16
0,5mm
= 0,56 m ~ 0,6 m
Tangki Nutrien
Tangki nutrien digunakan untuk mencampurkan asam fosfat dan urea dengan air
limbah Tabel V.34 menunjukkan data-data perencanaan tangki nutrien.
V-73
Tabel V.34 Data-Data Perencanaan Tangki Nutrien
Parameter Simbol Besaran Satuan Waktu detensi 1 menit Rasio tinggi dengan diameter tangki H/Te 1,1 Kecepatan putaran mixer n 100 rpm
1,746 x 10-5 lb s/ft2Viskositas air pada 280C μ 0,8363 x 10-3 N detik/m2
Gradien kecepatan G 300 /detik Mixer low shear hydrofoil 4 blade Np 0,6
A. Perhitungan
a) Menghitung dimensi bak
1. Volume bak,V
Tahap I, V =56,663
11440
m harix menitxhari menit
= 0,039 m3 ~0,04 m3
Tahap II, V = 75,33
11440
m harix menitxhari menit
= 0,0529 m3 ~0,053 m3
Volume bak yang dibangun mengikuti volume bak pada tahap II.
2. Dimensi bak
V = luas permukaan x tinggi
Tinggi = 1,1 panjang bak
Bila bak berbentuk lingkaran, maka
Diameter bak = 1 / 330,053
1,1(0,25)(3,14)m⎡ ⎤
⎢⎣ ⎦
⎥ = 0,394m ~ 0,4 m
Tinggi bak = 1,1(0,4) = 0,44 m ~0,45 m
b) Menghitung daya yang dibutuhkan untuk pengadukan, P = G2 x μ x V
Tahap I, P = 2
32
300 det0,8363 10 0,04det
Nx x x mm
−⎛ ⎞ 3 =⎜ ⎟⎝ ⎠
3,01 N-m/det = 3 W = 2,2 ft
lb/det
V-74
Tahap II, P = 2
32
300 det0,8363 10 0,053det
Nx x x mm
−⎛ ⎞ 3 =⎜ ⎟⎝ ⎠
3,98 N-m/det ~ 4 W = 2,9 ft
lb/det
c) Menghitung diameter impeller, D = 1/5
3
PxgcNpx xnρ
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
Tahap I, D =
1/5
2
3
3
.2, 2 32,17det det
0,6 1,667 62,4det
ft lb ftx
r lbx xft
⎛ ⎞⎡ ⎤⎜ ⎟⎢ ⎥⎣⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠⎝ ⎠
⎦ = 0,84 ft = 0,26 m
Tahap II, D =
1/5
2
3
3
.2,9 32,17det det
0,6 1,667 62,4det
ft lb ftx
r lbx xft
⎛ ⎞⎡ ⎤⎜ ⎟⎢ ⎥⎣⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠⎝ ⎠
⎦ = 0,89 ft = 0,27 m
Cek rasio diameter impeller dengan lebar bak, D/Te
Diameter impeller yang digunakan = 0,25 m
DTe
= 0,25 0,6250,4
mm
= (memenuhi kriteria desain 0,3-0,6)
d) Cek bilangan reynolds, NRE = 2nxD xρμ
NRE = ( )2
3
5
1,667 0,82 62,4det
1,746 10.
r lx ft x bft
lbxft s
−= 4005932 >10000 turbulen
e) Struktur Influen
Struktur influen menggunakan pipa inlet berdiameter 1,5 inci, berdiameter dalam
1,61 inci (0,0489 m).
V-75
f) Struktur Efluen
Struktur efluen menggunakan pipa outlet berdiameter 1,5 inci, berdiameter dalam
1,61 inci (0,0489 m).
V.5. Bak Pengumpul Akhir
A. Umum
Bak pengumpul akhir berfungsi untuk menampung air hasil proses biologi pada
reaktor sequencing batch activated sludge. Bak ini diperlukan karena jumlah air yang
dikeluarkan dari reaktor sebelumnya sangat besar dan tidak kontinyu, hal ini dapat
menyebabkan shock load bagi badan air penerima (Sungai Cijengkol). Data-data
perencanaan bak pengumpul akhir terdapat pada Tabel V.35.
Tabel V.35 Data-data Perencanaan Bak Pengumpul Akhir
Parameter Simbol Besaran Satuan Waktu detensi td 10 menit Kedalaman air H 1 m
B. Perhitungan
1. Influen Bak Pengumpul Akhir
Tahap I:
• Debit, Q = 56,66m3/hari – 3,45m3/hari = 53,21m3/hari
• TSS = 0,27 kg/hari– 0,5(0,27)kg/hari = 0,135 kg/hari
= 3
0,1351000
53,21
kgghari xkgm
hari
= 2,53 g/m3
• CODp = 0,2925 kg/hari – 0,5(0,2925) kg/hari = 0,14625 kg/hari
= 3
0,146251000
53,21
kgghari xkgm
hari
= 2,74 g/m3
V-76
• CODs = 193,2236 kg/hari – 0,95(193,2236) kg/hari = 9,66 kg/hari
= 3
9,661000
53,21
kgghari xkgm
hari
= 181,212 g/m3
Tahap II:
• Debit, Q = 75,3 m3/hari – 3,7 m3/hari =71,6 m3/hari
• TSS = 0,4315 kg/hari – 0,5(0,4315) kg/hari = 0,216 kg/hari
= 3
0,2161000
71,6
kgghari xkgm
hari
= 3,017 g/m3
• CODp = 0,4645 kg/hari – 0,5(0,4645) kg/hari = 0,232 kg/hari
= 3
0,2321000
71,6
kgghari xkgm
hari
= 3,24 g/m3
• CODs = 256,21 kg/hari – 0,95(256,21) kg/hari = 12,8 kg/hari
= 3
12,81000
71,6
kgghari xkgm
hari
= 178,9 g/m3
2. Volume bak pengumpul akhir, V
V = Q x td
Tahap I, V = 3
0,6 10m x menitmenit = 6 m3
Tahap II, V= 3
0,84 10m x menitmenit = 8,4 m3
V-77
3. Dimensi bak pengumpul akhir
Bak yang dibangun akan memiliki volume sebesar 8,4 m3.
Sisi bak = mm
14,8 3
= 2,89 m ~ 3 m
4. Struktur Influen
Sruktur influen berupa pipa inlet yang berukuran sama dengan pipa outlet SBR,
yaitu 4 inci.
5. Struktur Efluen
Struktur efluen bak pengumpul akhir berupa pipa outlet. Kecepatan aliran di
dalam pipa minimal 0,7 m/detik, maka:
luas permukaan pipa outlet =
30,64
60
0,7
m menixmenit dtk
mdtk
t
=0,0152 m2
diameter pipa outlet = 20,0152
(3,14)(0,25)m
= 0,14 m
Ukuran pipa di pasaran = 6 inci dengan diameter dalam 6,065 in (0,154m)
Koreksi kecepatan, v =
3
2
0,6460
0,25(3,14)(0,154 )
m menitxmenit dtk
m = 0,57 m/detik
Kecepatan aliran pada tahap II =
3
2
0,8460
0,25(3,14)(0,154 )
m menitxmenit dtk
m = 0,75 m/detik
C. Rekapitulasi
Rekapitulasi dimensi bak pengumpul akhir dapat dilihat pada Tabel V.36.
V-78
Tabel V.36 Rekapitulasi Dimensi
Parameter Besaran Satuan Sisi 3 m Kedalaman 1 m Freeboard 20 cm Tinggi total 1,2 m Diamater pipa inlet 4 inci Diamater pipa inlet 6 inci
V-79