kelompok 7 - high rate activated sludge
Post on 06-Dec-2015
292 Views
Preview:
TRANSCRIPT
UNIT OPERATIONS AND PROCESSES
HIGH RATE ACTIVATED SLUDGE
Alicia Charine Aghnia 1306368015
Hero Suspadama Budiman 1306368002
Ismy Hanany 1306370303
Jonathan Megan 1306407590
UNIVERSITAS INDONESIA
FAKULTAS TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
2015
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas limpahan
rahmat dan hidayahnya penulis dapat menyelesaikan paper tentang “High Rated
Activated Sludge”. Paper ini disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Unit
Operations and Processes.
Dalam kesempatan ini kami mengucapkan terimakasih yang sedalm-dalamnya
kepada:
1. Yth. Bpk. Ir. DR. Setyo Serwanto Moersidik, DEA selaku dosen pengajar mata
kuliah Unit Operations and Processes
2. Rekan-rekan satu kelompok yang telah membantu dalam penyusunan paper
ini
Kami menyadari bahwa dalam penyusunan paper ini jauh dari kata sempurna,
baik dari segi penyusunan, bahasan, ataupun penulisannya. Oleh karena itu, kami
mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun, khususnya dari dosen mata
kuliah ini, guna menjadi acuan dalam bekal pengalaman dan pembelajaran bagi kami
untuk lebih baik lagi dimasa yang akan datang.
Depok, 3 Mei 2015
Penyusun
2
DAFTAR ISI
Kata Pengantar Ii
Daftar Isi Iii
Abstrak Iv
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Rumusan Masalah 2
BAB II ISI/PEMBAHASAN
2.1. Dasar Teori 4
2.1.1 Definisi dan Parameter High-Rate Activated Sludge 5
2.1.2 Proses High-Rate Activated Sludge 6
2.1.3 Prinsip dan Konsep High-Rate Activated Sludge 9
2.1.4 Kelebihan dan Kekurangan High-Rate Activated Sludge 9
2.2. Rumus yang Digunakan 10
2.3. Contoh Soal 16
BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan 25
Daftar Pustaka 26
3
High-rate Activated Sludge
Alicia Carine A., Hero Suspadama B., Ismi Hanany, Jonathan Megan G.
Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia
Kampus UI, Depok 16424
Abstrak: Saat ini pemahaman aktif mahasiswa mengenai unit pengolahan biologis pada
teknik lingkungan belum memberikan hasil yang dapat di evaluasi. Keadaan tersebut
menjadi latar belakang dari pembuatan tugas paper yang berisikan tentang
pemahaman mahasiswa mengenai jenis pengolahan biologis high-rate activated sludge
yang juga menyertai rumus-rumus yang dibutuhkan dan beberapa analisa yang
berkaitan. Activated sludge sendiri merupakan bagian dari pengolahan biologis yang
memberikan peran kepada lumpur untuk menjadi substrat atau makanan dari
mikroorganisme sebagai kunci dari berjalnnya pengolahan ini. High-rate activated
sludge ini juga merupakan salah satu dari pengolahan biologis yang mempunyai
perbedaan pada unit paket, kecepatan prosesnya, serta kebutuhan BOD atau
substratnya sehingga sangat perlu untuk di kupas secara detail sebagai dasar dari
pemahaman Unit Operasi dan Proses di dalam teknik lingkungan. Selain itu, didalam
High-Rate Activated Sludge ini juga terdapat pengolahan lain yang harus dipahami
secara detail.
Kata Kunci: High-Rate Activated Sludge, Unit Operasi dan Proses Teknik Lingkungan
4
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Limbah adalah bahan buangan yang dihasilkan dari suatu kegiatan manusia dan
proses produksi baik industry maupun domestik. Berdasarkan wujudnya, limbah
dibedakan menjadi tiga jenis yaitu limbah padat, limbah cair, dan limbah gas. Limbah
cair dapat berupa grey water maupun black water. Limbah sering kali menjadi
permasalahan yang sangat serius di perkotaan. Keseimbangan lingkungan, terutama
kesehatan manusia akan terganggu jika jumlah hasil buangan tersebut melebihi ambang
batas toleransi lingkungan. Tingkat bahaya keracunan yang ditimbulkan oleh limbah
bergantung pada jenis dan karakteristik limbah. Oleh karena itu, pengolahan terhadap
limbah sangat penting dilakukan.
Pada dasarnya, limbah cair akan sangat bermanfaat jika diolah kembali melalui
pengolahan air yang merupakan tugas dari insinyur teknik lingkungan. Pengolahan air
merupakan suatu proses yang digunakan untuk membuat sumber air baku atau air
limbah menjadi air yang dapat diterima bagi pengguna akhir sesuai dengan standar yang
dibutuhkan termasuk air bersih, air minum, air untuk proses industri, air pengobatan
dan air untuk keperluan lainnya. Tujuan proses pengolahan air adalah menghilangkan
kontaminan dalam air, atau mengurangi konsentrasi kontaminan tersebut sehingga
menjadi air yang diinginkan sesuai kebutuhan tanpa merugikan dampak ekologis.
Limbah cair yang sangat penting untuk diolah adalah limbah feses dan urine
yang dapat diolah melalui proses biologis, contohnya lumpuraktif. Pemanfaatan
mikroorganisme sangat berperan penting pada proses ini. Mikroorganisme dapat
menghilangkan material-material organik yang dapat mengandung penyakit dalam air
dan memanfaatkannya sebagai makanan. Akan tetapi, seringkali pengolahan biologis
secara konvensional tidak efektif untuk menghilangkan material organik, sehingga
dibutuhkan metode baru yang dapat membuat proses pengolahan menjadi lebih efektif
dan efisien.
5
B. Rumusan Masalah
1. Kontaminan apa saja yang dapat dihilangkan melalui proses biologis?
2. Variabel apa saja yang perlu diperhatikan dalam proses lumpur aktif?
3. Metode apa yang dapat membuat proses lumpur aktif menjadi lebih efektif
dan efisien?
4. Bagaimana prinsip dan konsep dari pengolahan dengan high-rate activated
sludge?
5. Bagaimana perhitungan dalam pengolahan high-rate activated sludge?
6
BAB II
PEMBAHASAN
II.1. Dasar Teori
II.1.1 Definisi dan Parameter High-Rate Activated Sludge
Lumpur aktif (activated sludge) adalah proses pertumbuhan mikroba tersuspensi
dengan pemanfaatan material organik yang ada di dalam air limbah sebagai substrat.
Proses ini pada dasarnya merupakan pengolahan aerobik yang mengoksidasi material
organik menjadi CO2 dan H2O, NH4, dan sel biomassa baru. Pengolahan limbah dengan
sistem lumpur aktif bertujuan untuk pemisahan senyawa karbon, senyawa nitrogen, dan
fosfor, serta stabilisasi lumpur secara aerobik dan simultan. Lumpur aktif dicirikan oleh
beberapa parameter, antara lain: Indeks Volume Lumpur (Sludge Volume Index = SVI)
dan Stirred Sludge Volume Index (SSVI).
Tidak ada perbedaan yang signifikan baik dari segi prinsip, proses, maupun unit
untuk lumpur aktif konvesional maupun lumpur aktif berkecepatan tinggi. Perbedaan
lumpur aktif konvesional dengan lumpur aktif berkecepatan tinggi berada pada hasil
serta waktu tinggal hidraulik yang lebih singkat pada kecepatan tinggi sehingga mampu
untuk mengolah limbah dengan konsentrasi dan beban BOD yang sangat tinggi.
Pengolahan lumpur aktif merupakan pengolahan biologis yang biasanya sangat
tergantung pada faktor luar yaitu lingkungan. Faktor lingkungan dapat sangat
mempengaruhi keadaan limbah maupun mikroorganisme yang ada didalamnya
sehingga akan berdampak pada proses dan hasil pengolahannya. Faktor lingkungan yang
berpengaruh pada pengolahan lumpur aktif adalah:
1. Oksigen terlarut merupakan faktor lingkungan yang paling penting dalam
pengolahan air limbah dengan sistem lumpur aktif. Pengolahan lumpur aktif
menggunakan proses aerobik sehingga harus memiliki kadar oksigen terlarut
lebih dari 2 mg/L. Kadar oksigen terlarut sebesar 2 mg/L dapat diindikasikan
dengan menghidupkan ikan mas dalam limbah tersebut. Kadar oksigen
7
terlarut kurang dari 0,2 mg/L disebut keadaan anoksik, sedangkan jika
kurang dari 0,1 mg/L disebut anaerobik.
2. Temperatur dapat mempengaruhi pertumbuhan bakteri di dalam air limbah.
Temperatur yang optimal untuk pengolahan biologis adalah sekitar 30C-
36C tergantung jenis mikroba yang ada.
3. Ketersediaan nutrisi bagi bakteri dapat dilihat dari perbandingan karbon
atau bod, nitrogen, dan pospor. Parameter yang sangat penting
diperhatikan dari nutrisi dalam air limbah adalah nitrogen, karena nitrogen
akan menyebabkan air limbah menjadi toxic (inhibitor) jika kadarnya terlalu
banyak. Rasio BOD:Nitrogen:Pospor yang optimal untuk pengolahan limbah
dengan lumpur aktif adalah sebesar (100-60) : (50-30) : 1.
4. pH dapat mempengaruhi kecepatan aktivitas bakteri dalam air limbah. pH
yang optimal untuk pengolahan lumpur aktif adalah sebesar 6,5-7,5. Bakteri
akan berhenti beraktivitas atau bahkan mati jika pH lebih dari 9,5 atau
kurang dari 4.
5. Waktu retensi adalah waktu generasi mikroba yang berhubungan dengan
jumlah energi yang dibutuhkan selama proses oksidasi. Sedangkan waktu
detensi adalah lama waktu air limbah tinggal dalam tangki aerasi.
6. Pertumbuhan bakteri merupakan hal yang sangat penting karena bakteri
merupakan pemeran utama dalam pengolahan ini. Pertumbuhan bakteri
akan sangat bergantung pada temperatur, nutrisi, pH, dan faktor lingkungan
lain. Maka dari itu, sangatlah penting untuk mengatur keadaan yang
optimum tergantung jenis mikroba yang digunakan dalam pengolahan
lumpur aktif.
Di dalam proses lumpur aktif, terdapat beberapa variabel perencanaan yang
umum digunakan dalam proses pengolahan air limbah dengan sistem lumpur aktif
(Davis and Cornwell, 1985; Verstraete and van Vaerenbergh, 1986) adalah sebagai
berikut:
1. Beban BOD (BOD Loading rate), adalah jumlah massa BOD di dalam air limbah yang
masuk (influent) dibagi dengan volume reaktor. Beban BOD ini penting diketahui
karena, untuk dapat memasuki unit pengolahan biologis dibutuhkan minimum
kandungan BOD tertentu.
8
2. Mixed-liqour suspended solids (MLSS). Isi di dalam bak aerasi pada proses pengolahan
air limbah dengan sistem lumpur aktif disebut sebagai mixed liqour yang merupakan
campuran antara air limbah dengan biomassa mikroorganisme serta padatan
tersuspensi lainnya. MLSS adalah jumlah total dari padatan tersuspensi yang berupa
material organik dan mineral, termasuk di dalamnya adalah mikroorganisme. MLSS
ditentukan dengan cara menyaring lumpur campuran dengan kertas saring (filter),
kemudian filter dikeringkan pada temperatur 105° C, dan berat padatan dalam
contoh ditimbang.
3. Mixed-liqour volatile suspended solids (MLVSS). Porsi material organik pada MLSS
diwakili oleh MLVSS, yang berisi material organil bukan mikroba, mikroba hidup dan
mati, dan hancuran sel (Nelson and Lawrence, 1980). MLVSS diukur dengan
memanaskan terus sampel filter yang telah kering pada 600-650° C, dan nilainya
mendekati 65-75% dari MLSS.
4. Food-to-microorganism ratio (F/M) Ratio. Parameter ini menunjukkan jumlah zat
organik (BOD) yang dihilangkan dibagi dengan jumlah massa mikroorganisme di
dalam bak aerasi atau reaktor. Besarnya nilai F/M ratio umunya ditunjukkan dalam
kilogram BOD per kilogram MLSS per hari. (Curds dan Hawkes, 1983; Nathanson,
1986)
5. Hidraulik Retention Time (HRT) atau waktu rata-rata yang dibutuhkan oleh larutan
influen masuk dalam tangki aerasi untuk proses lumpur aktif, nilainya berbanding
terbalik dengan laju pengenceran (Sterrit dan Lester, 1988)
6. Rasio Sirkulasi Lumpur (Hidraulic Recycle Ratio, HRT). Rasio sirkulasi lumpur adalah
perbandingan antara jumlah lumpur yang disirkulasikan ke bak aerasi dengan jumlah
air limbah yang masuk ke dalam bak aerasi.
7. Umur lumpur (Sludge Age) atau sering disebut waktu tinggal rata-rata sel merupakan
parameter yang sangat penting dalam pengolahan lumpur aktif. Parameter ini
menunjukkan waktu tinggal rata-rata mikroorganisme dalam sistem lumpur aktif.
Parameter ini berbanding terbalik dengan laju pertumbuhan mikroba.
9
Tabel 1. Faktor Penting dari Pengolahan Lumpur Aktif
Sumber: Reynolds/Richards. Unit Operations and Processes in Environmental Engineering 2nd Ed
Gambar 1. Contoh Riil Unit Pengolahan Lumpur Aktif
10
Faktor Penting
Primary clarifier Aeration Tank Secondary clarifier desinfection
BOD/COD > 0,6 Qinf = Q0 + Qr
MLSS
4000-10.000 mg/L
BOD removal eficiency
75 – 90 %
C: N: P =
(10 s/d 60) : (3 s/d 5) : 1
Mean Cell recidence
Θ= 5-10 hari
MVLSS
(0,68 s/d 0,88) x MLSS
F/M = 0,4 – 1,5Recycle Ratio
R/Q = 1 s/d 5
Space Loading
1,6 s/d 16 kg BOD5/m3-day
HTR = 2-4 jam
Sumber: google.com
II.1.2 Proses High-Rate Activated Sludge
Proses High-Rate Activated Sludge mempunyai prinsip kerja yang sama
dengan proses lainnya, namun yang membedakan adalah dari segi kecepatnnya.
Pada bak aerasinya terdapat udara yang terletak di atas atau di bawah. Hal ini
bertujuan sebagai tempat memberikan oksigen kepada mikroorganisme lewat
lubang tersebut, dimana oksigen dialirkan dengan blower udara. Air limbah
influen yang diolah, setelah dilakukan pengolahan dapat membuat kriteria air
tadi berubah seperti tabel diatas. Kandungan MLSS menjadi 3000-6000 mg/l,
waktu aerasinya 2-3 jam, BOD nya menjadi 75 %-95% , Sludge area menjadi 2-4
hari, kebutuhan udara >15 hari, dan lain-lain.
Proses ini digunakan untuk limbah tingkat tinggi, beban BOD yang besar dan
dengan waktu hidraulik yang sangat singkat. Ada beberapa proses yang
menyebabkan waktu hidraulik pada proses ini singkat, yaitu:
- Proses yang terjadi sama dengan proses activated sludge secara
konvensional, namun pada proses ini dilakukan dengan kecepatan tinggi.
- Digunakan pada pengolahan paket yaitu bak aerasi dan bak pengendap
dirancang menjadi satu unit
- Secara umum, proses ini diawali dengan penampungan air limbah di bak
penampung untuk diukur debitnya sebelum masuk ke dalam bak pengendap
(dalam hal ini dilakukan dalam satu unit). Setelah diendapkan, air limbah
dialirkan ke bak aerasi seperti yang terlihat pada gambar 1. Pada bak aerasi
ini air limbah di hembuskan dengan udara sehingga mikroorganisme yang
ada akan menguraikan zat organik yang ada di dalam air. Dengan demikian
akan tumbuh biomasa dalam jumlah yang besar.
11
Gambar 2. Diagram Pengolahan Air Limbah dengan Lumpur Aktif
.
Gambar 3. Bak Aerasi Pada Proses Lumpur Aktif dengan Diffusor Aerator
II.1.3 Prinsip dan Konsep High-Rate Activated Sludge
High-Rate Activated Sludge merupakan salah satu jenis pengolahan biologis
dengan proses Activated Sludge, dimana prinsip dari pengolahan biologis adalah
12
prosesnya menggunakan aktivitas kehidupan mikroorganisme untuk membersihkan zat-
zat organik. Proses ini berlangsung cepat dengan membutuhkan lahan yang sedikit.
Namun peningkatan intensitas menyebabkan proses lebih sensitif sehingga
membutuhkan proses control yang intensif dan teliti.
Dalam prosesnya memanfaatkan aktivitas metabolik aerob dengan reaktor
Suspended Growth Process. Dalam reaktor tsb, mikroorganisme membentuk gumpalan-
gumpalan koloni bakteri yang bergerak secara bebas (tersuspensi) di dalam air limbah.
Mikroorganisme-mikroorganisme dapat keluar melalui aliran keluar (limpasan air) air
limbah sehingga densitas bakteri di dalam reaktor harus di kontrol. Pada proses aliran
lambat, pertumbuhan bakteri mungkin cukup untuk menggantikan kehilangan bakteri
akibat aliran keluar, namun pada proses high-rate dan waktu tinggal hidraulik pendek,
pengembalian bakteri merupakan cara yang paling banyak dilakukan untuk mengontrol
densitas bakteri di dalam reaktor.
Gambar 4. Diagram Pengolahan Air Limbah dengan Sistem “High Rate Aeration”
dan Kriteria Perencanaan
Sumber: Gesuidou Shisetsu Sekkei Shishin to Kaisetsu, Nihon Gesuidou Kyoukai (Japan
Sewage Work Assosiation
Sistem ini digunakan untuk mengolah limbah konsentrasi tinggi dan dioperasikan
untuk beban BOD yang sangat tinggi bila dibandingkan dengan proses lumpur aktif
13
konvensional. Proses ini mempunyai waktu hidraulik yang sangat singkat. Sistem ini
beroperasi pada konsentrasi MLSS yang tinggi.
II.1.4 Kelebihan dan Kekurangan High-Rate Activated Sludge
Kelebihan
1. Sistem lumpur aktif dapat diterapkan untuk hamper semua jenis limbah cair
industry pangan, baik untuk oksidasi karbon, nitrifikasi, denitrifikasi,
maupun eliminasi fosfor secara biologis tanpa menambahkan bahan kimia
2. Sifatnya yang beragam dapat memungkinkan pemanfaatan dari skala kecil
hingga untuk skala besar
3. Mampu mengeliminasi bahan organik dan fosfor biologis, memisahkan
padatan dan cairan, serta menstabilisasi lumpur
4. Mengurangi padatan tersuspensi hingga 97%
5. Penggunaan lahan yang sedikit
Kekurangan
1. Biaya investasi besar karena sistem ini memerlukan peralatan mekanis
seperti pompa dan blower
2. Biaya operasi besar karena berkaitan dengan pemakaian energi listrik.
3. Operasi cukup sulit sehingga membutuhkan operator yang handal untuk
mengatur jumlah massa mikroba dalam reaktor.
4. Tidak menghilangkan warna dari limbah industry dan dapat meningkatkan
warna melalui oksidasi
5. Tidak menghilangkan nutrient sehingga memerlukan penanganan tersier
6. Daur ulang biomassa menyebabkan konsentrasi biomassa yang tinggi di
dalam tanki aerasi sehingga diperlukan teknologi penerimaan waktu tinggal.
II.2 Rumus yang Digunakan
Langkah-langkah untuk membuat desain bak , adalah :
Menentukan BOD Removal Efficiency
14
BOD Removal Efficiency = So−St
Sox 100 %
Keterangan :
So = BOD influen ( mg/L)
St = BOD effluen ( mg/L)
Menentukan K ( reaction rate constant )
K2 = K1 xθ ( T2-T1)
Keterangan:
K1, K2 = Reaction rate constant at respective temperature
θ = Temperature correction coefficient ( 1.03 -1.09 )
T2, T1 = Temperature of the mixed liquor
Menentukan Hydraulic Retention Time atau Detention Time
θ = So−St
K . X .St
Keterangan :
θ = Hydraulic Retention Time ( jam atau hari )
K = Koefisien Kinetis ( L/g)
X = MLVSS ( mg/L)
So = BOD influen (mg/L)
St = BOD effluent ( mg/L)
Menentukan Recycle Ratio
Q ( 0 ) + R (SDI) = (Q+R)(MLVSS)
SDI = MLVSS
SV
SV = SVI x MLVSS
1000
Keterangan :
SDI = Sludge Density Index (g/mL)
15
SVI = Sludge Volume Index (mL/g)
SV = Sludge Volume (mL/L)
Q = Debit Influen ( m3/detik atau m3/hari)
R = Lumpur yang diresirkulasi
Menentukan Volume Aeration Tank
Volume = Q x θ
Keterangan :
V = Volume bak ( m3)
Q = Debit influen ( m3/detik atau m3/hari)
θ = Hydraulic Retention Time atau waktu tinggal ( jam atau hari )
Menentukan Dimensi aeration tank
Bak diasumsikan menggunakan diffusor dengan perbandingan p : l adalah 2 :
3 , dan ketinggian bak = 6 meter
Menentukan Food-To-Microbe Ratio
FM
= Q.(So−St )
X . V
Keterangan :
F = makanan mikroorganisme ( mg/L )
M = Jumlah mikroorganisme ( mg/L)
Q = Debit Influen ( m3/detik atau m3/hari )
X = MLVSS (mg/L)
So = BOD influen ( mg/L)
St = BOD effluent ( mg/L)
V = Volume bak ( m3)
Menentukan Space Loading
16
Space Loading = Q x So
V
Keterangan :
Q = Debit Influen ( m3/detik atau m3/hari)
So = BOD Influen ( mg/L)
V = Volume bak ( m3)
Menentukan mean cell Residance Time
1θc
= Y. 1M
- ke
Keterangan :
θc = waktu tinggal rata-rata mikroorganisme (jam)
Q = Debit Influen ( m3/detik atau m3/hari)
R = Lumpur yang diresirkulasi
Perhitungan Oksigen
Or = Y’Sr + k’eX + On
Dimana
Or = Kebutuhan Oksigen ( kg/hari)
Y’ = Koefisien oksigen
K’e = Koefisien respirasi endogeneous ( kg O2/kg cell day )
On = Oksigen yang dibutuhkan untuk nutrifikasi ( kg/hari)
Sr = Substrat yang dihilangkan ( kg/hari)
X = MLVSS ( mg/L)
Langkah-langkahnya adalah :
Menghitung total mass of MLVSS (kg)
X = V x MLVSS
Keterangan :
X = massa MLVSS dalam reaktor (kg)
17
V = Volume bak ( m3)
Menghitung substrate removed per hari
Sr = ( BOD5influen – BOD5effluen ) x Q
Keterangan :
Sr = Substrat yang dihilangkan (kg/hari)
Q = Debit influen (m3/detik atau m3/hari)
Menghitung volatile suspended solids produced
Xw = YSr - keX
Keterangan :
Xw = volatile suspended solids produced (kg MLVSS/hari)
Y = cell yield coefficient (lb/b atau kg/kg)
Sr = Substrat yang dihilangkan (kg/hari)
ke = koefisien sel endogen
X = MLVSS (mg/L)
Menghitung jumlah nitrogen yang dinitrifikasi
Jumlah nitrogen yang dinitrifikasi dapat ditentukan dengan persamaan mass
balance
[ input ]=[ output ]+[decrease¿ ¿synthesis¿ ]+[ decreasedue
¿nitrification ]1. Menentukan input
Input = Q x jumlah organic dan amoniak nitrogen pada primary effluent
2. Menentukan nitrogen yang hilang akibat sintesis ( pengendapan lumpur )
Cell : C5H7O2N = Mr = 113
18
Persentase Nitrogen = 14113
x 100 % = 12,39 %
The Decrease due to synthetics = Xw . persentase nitrogen
[ decreasedue¿nitrification]=[ input ]−[ output ]−[decreasedue t
o synthetics ]Keterangan :
Q = Debit influen ( m3/detik atau m3/hari)
Xw = Volatile suspended solids produced ( kg MLVSS/hari )
Menghitung power aerator (watt)
P = ƿgh(Q+R)
Keterangan :
P = Power aerator (watt)
P = massa jenis ( kg/m3)
g = percepatan gravitasi ( m3/s)
h = kedalaman (m)
Q = Debit influen (m3/s)
R = Lumpur yang diresirkulasi
Menghitung waste activated sludge flow
Qw = Xw
MLVSS
Keterangan :
Qw = waste activated sludge flow (m3/hari)
Xw = Volatile Suspended solids produced (kg MLVSS/hari)
Perhitungan Mass Balance
19
[ accumulation ]= [input ]-[ output ]0 = QwXr – ( Q + QR) X
Keterangan :
Q = Debit Influen (m3/hari)
Qw = waste activated sludge flow ( m3/hari)
X = MLVSS (mg/L)
Gambar 5. Diagram Alir Perhitungan High-Rate Activated Sludge
Sumber: Pengolahan Penulis
II.3. Contoh Soal
Diketahui debit air limbah adalah 2000 m3/hari, dengan BOD = 240 mg/L dan suhu 20°C
20
1. Menentukan BOD Removal Efficiency
BOD Removal Efficiency = (S0 – St) / S0 x 100%
90% = [1- (St/ S0)] x 100%
0,9 = 1 – St/240
St/240 = 0,1
St = 24 mg/L
Jadi, untuk mencapai efisiensi 90%, maka BOD effluent harus sama dengan
24 mg/L
2. Menentukan K (Reaction Rate Constant)
K2 = K1 x θ(T2 – T1)
K2 = 0,528 x 1,06 (30-24)
K2 = 0,528 x 1,42
K2 = 0,75 L/gr.jam
3. Menentukan Hydraulic Retention Time (HRT)
θ = So−St
K . X .St
θ = (240−24 ) mg / L
0,75L
gr . jamx 5460 mg /L x24 mg / L
θ = 216
7,5 x 10 4L
mg . jamx 131040 mg /L = 2,2 jam
4. Menentukan Recycle Ratio (R)
21
KRITERIA DESAIN:
BOD Removal Efficiency ialah dalam interval 85 s/d 95%
Dipilih 90%
Dimana:
T1 = 24°C Θ dalam interval 1,03-1,09
Dipilih 1,06
K1 = rate constant yang berbeda bergantung pada jenis air limbahnyaAsumsi: limbah pulp & paper dengan nilai K=0,528
KRITERIA DESAIN:
MLSS dalam rentang 4000-10.000Dipilih 7000
X = MLVSS = [0,68 s/d 0,88] x MLSS Dipilih 0,78
X = 0,78 x 7000X = 5460 mg/L
SV = SVI x MLVSS
1000 =
0,15 x54601000
= 0,819 ml/L
SDI = MLVSS
SV =
54600,819
= 6,67 x 106 mg/L
Q ( 0 ) + R (SDI) = (Q+R)(MLVSS)
R (SDI) = (2000 + R)(5460)
6,67 x 106 R = 10,92 x 106 + 5460 R
6664540 R = 10,92 x106
R = 1,638
5. Menentukan Volume Aeration Tank
V = Qinf x θ
V = (2000 + 3276) m3/hari x 2,2 jam
V = 5276 m3/hari x (2,2/24 hari)
V = 5276 (0,088) m3
V = 463,8 m3
6. Menentukan Dimensi Aeration Tank
V = (p x l) x H
463,8 = (2a x 3a) 6
77,3 = 6a2
a2 = 12,9
a = 3,6 m
maka, dimensi bak aerasi adalah, p x l x t = (7,2 x 10,8 x 6) m
22
Qinf adalah jumlah dari Q awal (Q0) dan QR, dimana QR adalah Q lumpur yang di re-sirkulasi
- QR = Q0 x R =2000x1,638= 3276 m3/ day
Asumsi:
- Bak Aerasi dengan Difuser
- H = 6 m- P : l = 2:3
7. Menentukan Food-to-Microb Ratio (F/M)
F/M = [Qinf (S0 - St)] / X. V
= 5276(240−24)
5460 (463,8)
= 11396162532348
= 0,45
8. Menentukan Space Loading
Space Loading = Q x S 0
V
= 5276 x240
463,8 = 2730,14 mg/L-day = 2,73 kg m3-day
9. Menentukan Mean Cell Residence Time
Kami mengasumsikan : Y = 0.5 lb MLVSS
lb BOD5 removed dan ke = 0.1
Pada limbah domestik, Y = ( 0.5 – 0.7 ) lb MLVSS
lb BOD5 removed = ( 0.5 – 0.7 ) kgkg
dan
ke = ( 0.04-0.1)
1θc
= Y. 1M
- ke
1θc
= ( 0.5 x 0,45) – 0.1
23
range 5-10
Memenuhi
1θc
= 0.125 = θc = 8 hari
Perhitungan Oxygen Requirement
Or = Y’Sr + k’eX + On
Dimana
Or = Kebutuhan Oksigen ( kg/hari)
Y’ = Koefisien oksigen
K’e = Koefisien respirasi endogeneous ( kg O2/kg cell day )
On = Oksigen yang dibutuhkan untuk nutrifikasi ( kg/hari)
Sr = Substrat yang dihilangkan ( kg/hari)
X = MLVSS ( mg/L
Langkah Pengerjaan
Menentukan kriteria yang digunakan
Y’ = 0.62 kg oksigen/kg BOD ( Reynold,1996)
K’e = 0.09 kg oxygen/kg MLVSS-day ( Reynold, 1996)
Y = 0.5 kg MLVSS/kg BOD ( Reynold,1996)
Ke = 0.1 day-1 ( Reynold,1996)
4.33 mg oksigen dibutuhkan untuk mengubah 1 mg nitrogen ammonia
menjadi ion nitrat ( Eckenfelder,1989)
Menentukan massa MLVSS dalam reaktor
Dari perhitungan sebelumnya :
V = 463.8 m3
MLVSS = 5460 mg/L
X = V x MLVSS
X = 463.8 x ( 5460 mg/L x 1000 L/m3 x kg/106 mg) = 2532.348 kg
Menentukan substrat yang dihilangkan per hari
Diketahui : BOD5influent = 240 mg/L
24
Q = 2000 m3/hari
Sr = ( BOD5influen – BOD5effluen) x Q
= ( 240 mg/L – 24 mg/L ) x ( 2000000 L/hari x kg/106 ) = 432 kg/hari
Menentukan volatile suspended solid yang dihasilkan
Xw = YSr - keX
Xw = ( 0.5 kg MLVSSkg BOD
x 432 mgL
) – ( 0.1 x 2532.348 kg MLVSS ) = 37.2348
kg MLVSShari
Menentukan jumlah nitrogen yang dinitrifikasi
Persmaaan Mass balance :
[ input ]=[ output ]+[decre ase¿ ¿ synthesis¿]+[ decrease due
¿nitrification ]Menentukan input
Input = Q x jumlah organic dan amoniak nitrogen pada primary
effluent
Kami mengasumsikan jumlah organic dan ammonia nitrogen
pada primary effluent = 50 mg/L
Maka :
Input = 2000000 L/hari x ( 50 mg/L x kg/106 mg )
= 100 kg
hari
Menentukan nitrogen yang hilang akibat sintesis ( pengendapan
lumpur)
Rumus Senyawa : C5H7O2N = Mr = 113
Persentase Nitrogen = 14113
x 100 % = 12,39 %
The Decrease due to synthetics = Xw . persentase
nitrogen
25
Decrease due to synthesis = 37.2348 kg MLVSS
hari x 12.39 %
= 4.613 kg MLVSS
hari
Menentukan Output
Kami mengasumsikan nitrogen terkonvensi 100 % , maka output
= 0
Menetukan nitrogen yang dinitrifikasi
[ decreasedue¿nitrification]=[ input ]−[ output ]−[decreasedue
¿ synthetics ][ input ]=[ output ]+[decrease due
¿ synthetics ]+[decrea se due¿nitrification ]
100 kg
hari = 0 + (- 4.613
kg MLVSShari
¿ + [ decreasedue¿nitrification]
[ decreasedue¿nitrification] = 104.613
kg Nhari
Menentukan kebutuhan oksigen
Or = Y’Sr + k’eX + On
Or = ( 0.62 kg O2/kg BOD x 432 kg/hari ) + ( 0.09 kgO2/kg MLVSS. Hari
x 2532.348 kg ) + ( 104.613 kg N/hari x 4.33 kgO2/kgN)
= 948.72 kgO 2/hari
1.202 kgudara
m3x0,232
kgO 2kgudara
= 3402.09 m3/hari
Menentukan power aerator
Kami mengasumsikan H= 6 meter ( karena tipe diffuser)
Rumus :
26
P = ƿgh(Q+R)
P = 1 kg/m3 x 9.81 m/s2 x 6 m x (23.15 Ls
+ 1.633 ) x m3
1000 L
P = 1.458 kW
Menghitung waste activated sludge flow
Qw = Xw
MLVSS
= 37.2348
kg MLVSShari
5.46 kg/m3
= 6.82 m3/hari
Perhitungan dengan mass balance
Diketahui :
Qw = 6.82 m3/hari
X = 5460 mg/L
Qr = Q – Qw
= 2000 m3/hari – 6.82 m3/hari
= 1993.18 m3/hari
27
Konversi Satuan :
Qr = 1993.18 m3/hari x 1000 L/m3 x 1
24jamhari
x 1
3600s
jam = 23.07
Ls
Qw = 6.82 m3/hari x 1000 L/m3 x 1
24jamhari
x 1
3600s
jam = 0.079
Ls
Q = 2000 m3/hari x 1000 L/m3 x 1
24jamhari
x 1
3600s
jam = 23.15
Ls
[ accumulation ]= [input ]− [ output ]
0 = ( Q + QR) X – Qw Xr
0 = ( 23.15 L/s + 23.07 L/s) 5460 mg/L – ( 0.079 L/s x Xr)
Xr = 46.22
Ls
0.079Ls
= 585.06 mgL
BOD Removal
efficiency (%)
Hydraulic
Retention
Time ( jam)
Recycle
Ratio
( R/Q) F/M Ratio
Space
Loading kg
BOD/day
m3
Mean Cell
Residence
Time
( hari )
Literatur
( Raynold,199
75-90 % 2-4 jam 1.0 s/d 5.0 0.4-1.5 1.6-16 5 s/d 10
28
6)
Hasil
Perhitungan 90% 2.2 jam 1.638 0.45 2.73 8
Kesimpulan
memenuhi
kriteria
memenuhi
kriteria
memenuh
i kriteria
memenuhi
kriteria
memenuhi
kriteria
memenuhi
kriteria
Tabel 2. Perbandingan Hasil Perhitungan dengan Literatur dari Raynold serta Kesimpulan
Sumber: Buku Reynolds/Richards. Unit Operasi dan Proses 2nd Edition, Pengolahan Penulis
BAB III
KESIMPULAN
29
Dari data diatas dapat disimpulkan bahwa pengolahan biologis dengan tipe high rate
activated sludge memenuhi kriteria bila BOD5 influen dan debit yang diberikan seperti
soal diatas. Tetapi tipe high rate activated sludge walapun memenuhi standar, tetapi
standar yang dipenuhi hanya melebihi sedikit diatas ambang batas parameter.
DAFTAR PUSTAKA
30
1. Raynold, Tom D & Richard, Paul A.1996. Unit Operations and Processes in
Environtmental Engineering. PWS Publishing Company
2. http//www.kelair.bppt.go.id
3. http//lontar.ui.ac.id
4. http//digilib.its.ac.id
31
top related