Perhitungan total air buangan pabrik Pengolahan limbah dengan sistem activated sludge lumpur aktif

Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010. Limbah yang berasal dari laboratorium mengandung bahan-bahan kimia yang dipergunakan untuk menganalisa mutu bahan baku dan produk yang dihasilkan maupun yang dipergunakan untuk penelitian dan pengembangan proses. 4. Limbah cair dari proses destilasi Limbah ini sebahagian besar kandungannya adalah air yang didalamnya terkandung glukosa dan etanol yang tidak terpisahkan pada proses destilasi. Limbah ini dapat langsung dibuang karena tidak berbahaya bagi lingkungan. 5. Limbah padat Limbah padat pada pabrik pembuatan etanol dari molase ini adalah abu dan Saccharomyces cereviciae. Abu yang telah dipisahkan dari molase di jual untuk industri pakan ternak dan pupuk organik, sedangkan Saccharomyces cereviciae dikembangbiakkan untuk digunakan kembali pada proses peragian selanjutnya. Pengolahan limbah cair pabrik ini dilakukan dengan menggunakan activated sludge sistem lumpur aktif, mengingat cara ini dapat menghasilkan effluent dengan BOD yang lebih rendah 20-30 mgl, lahan yang diperlukan relatif kecil, waktu penguraian dan pengolahan relatif singkat, dengan effisiensi pengolahan 90. Hammer, 1986. Unit pengolahan limbah mencakup beberapa unit yaitu : a. Unit penampungan b. Unit penetralan c. Unit sedimentasi d. Unit pengolahan secara biologi dengan menggunakan metode activated sludge.

7.6.1 Perhitungan total air buangan pabrik

Diperkirakan jumlah air buangan pabrik : 1. Limbah laboratorium Diperkirakan air buangan laboratorium = 1620 ltrjam 2. Limbah domestik = 10.000 ltrjam Total limbah buangan = 11620 ltrjam = 11,62 m 3 hari

7.6.2 Perkiraan dimensi bak

Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.

1. Bak penampungan

Fungsi : tempat menampung air limbah sementara Bentuk : persegi panjang Jumlah : 1 unit Limbah bersifat asam Laju volumetrik air buangan = 11,62 m 3 hari Bak dirancang untuk menampung buangan selama 2 hari Faktor keamanan = 20 Volume bak = 1,2 × 2 × 11,62 m 3 jam = 27,888 m 3 Volume bak = p × l × t Panjang bak p = 3 × tinggi bak Lebar bak l = 2 × tinggi bak 27,888 m 3 = 3t × 2t × t 27,888 m 3 = 6t 3 ; t = 1,6688 m Maka tingi bak, t = 1,6688 m Panjang bak, p = 5,0066 m Lebar bak, l = 3,3377 m Luas bak penampung = 5,0066 m ×3,3377 m = 16,7107 m 2

2. Bak pengendapan awal

Fungsi : menghilangkan padatan dengan cara pengendapan Bentuk : persegi panjang Jumlah : 1 unit - Laju volumetrik air buangan = 11,62 m 3 hari - Laju overflow maksimum = 32 m 3 m 2 .hari - Waktu tinggal direncanakan = 2 jam Bak terisi 80 maka volume bak sedimentasi : = 8 , jam hari24 1 jam 2 hari m 11,62 3 × × = 1,2104 m 3 Direncanakan ukuran bak sebagai berikut : Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010. - panjang bak p = 2 × lebar bak l - tinggi bak t = lebar bak l Maka : Volume bak = p × l × t 1,2104 = 2 l × l × l = 2 l 3 l = 3 2 2104 , 1 lebar bak = 0,8458 m jadi dimensi bak : panjang = 1,6917 m lebar = 0,8458 m tinggi = 0,8458 m luas bak = 0,8458 m × 1,6917 m = 1,4308 m 2

3. Bak penetralan

Fungsi : tempat menetralkan pH limbah yang bersifat asam Air buangan dari pabrik yang menghasilkan bahan-bahan organik biasanya pH = 5 Hammer,1986. Untuk menetralkan air limbah digunakan Na 2 CO 3 Bentuk : persegi panjang Jumlah : 1 unit Laju volumetrik air buangan = 11,62 m 3 hari Soda abu Na 2 CO 3 = 0,15 gr soda abu30 ml air limbah Jumlah soda abu yang dibutuhkan =11620×1000 mlhari×0,15gr30 ml = 58100 grhari = 58,1 kghari = 2,4208 kgjam ρ Na 2 CO 3 pada 27 o C, 1 atm Perry, 1997 = 1360,94 kgm 3 = 84,96 lbft 3 Laju volumetrik Na 2 CO 3 = 3 3 1000 94 , , 1360 24 4208 , 2 m ltr m kg hari jam jam kg × × = 42,6904 ltrhari Laju volumetrik total : Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010. = laju volumetrik limbah buangan + laju volumetrik Na 2 CO 3 = 11620 ltrhari + 42,6904 ltrhari = 11662,6904 ltrhari = 11,6626 m 3 hari Bak terisi 80 dengan waktu tinggal 2 hari, maka volume bak : = 3 3 1565 , 29 2 8 , 6626 , 11 m hari hari m = × Direncanakan ukuran bak sebagai berikut : - panjang bak p = 3 × tinggi bak t - Lebar bak l = 2 × tinggi bak t Maka : Volume bak = p × l × t 29,1565 m 3 = 3t × 2t × t = 6 t 3 t = 3 6 1565 , 29 tinggi bak = 1,6937 m Maka : Panjang bak = 5,0813 m Lebar bak = 3,3875 m Luas bak penetral = 5,0813 m × 3,3875 m = 17,2132 m 2

7.6.3 Pengolahan limbah dengan sistem activated sludge lumpur aktif

Pengolahan limbah cair pabrik ini dilakukan dengan menggunakan activated sludge sistem Lumpur aktif, mengingat cara ini dapat menghasilkan effluent dengan BOD yang lebih rendah 20-30 mgl Perry, 1999 Proses lumpur aktif merupakan proses aerobis dimana flok lumpur aktif lumpur yang mengandung mikroorganisme mikroflora dan mikrofauna tersuspensi di dalam campuran lumpur yang mengandung O 2 . Biasanya mikroorganisme yang digunakan merupakan kultur campuran seperti bakteri Sphaerotilus natans, Thiothrix sp, Lactobacillus sp, Peloploca sp, protozoa, fungi, Leptomitus sp, Geothricum candidum rotifera dan nematode dan lain - lain. Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010. Flok lumpur aktif ini sendiri merupakan makanan bagi mikroorganisme ini sehingga akan diresirkulasi kembali ke tangki aerasi. Data : BOD 5 = Biochemical Oxygen Demand - untuk limbah domestik dan pencucian alat = 1620 1hari - untuk limbah proses = 10.000 lhari BOD 5 Perkapita = hari kapita l hari kapita g . 150 10 . 5 , 52 3 × = 350 mgl Eckenfelder, W.W, 2000 Diperkirakan : BOD 5 = 90 mgl.hari Azad, H.S, 1976 - Laju alir volumetrik limbah, Q = 11620 lhari Desain proses lumpur aktif activated sludge yang diinginkan sebagai berikut : - Influent : BOD 5 rata-rata = 11620 1620 90 10000 350 × + × V = 313,7521 mgl - Effluent : BOD 5 = 50 mgl Kep-03MENLH11998 ; tentang baku mutu limbah cair bagi kegiatan kawasan industri. - Temperatur operasi = 30 o C - STR Solid Retention Time, θ c = 10 hari - Mixed Liquor Suspended Solids, MLSS = 4000 mgl Metcalf Eddy, 2003 - Rasio antara Mixed Volatile Liquor Suspended Solids, MLVSS dengan Mixed Liquor Suspended Solids, MLSS = 0,8 8 , = MLSS MLVSS Metcalf Eddy, 2003 Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010. Dari tabel 9-7 : Metcalf Eddy, 1979, diperoleh sebagai berikut : Tabel 7.4 Nilai koefisien kinetika untuk proses lumpur aktif pada suhu 20 o C Koefesien Simbol Satuan Nilai • Laju spesifik pertumbuhan maksimum • Koefesien endogenous decay • Koefesien aktivitas temperatur untuk : - m µ - K d • Koefisien yield sel • Laju maksimumsubstrat utilization m µ K d θ Y K’ Hari -1 Hari -1 - - mgVSSmgBOD 5 mgl -1 .hari -1 6 0,06 1,07 1,04 0,6 0,03 Untuk koefisien kinetika pada 27 o C diperoleh dengan menggunakan persamaan dibawah ini : K T = k 20 . θ T-20 maka : - m µ . 27 = m µ . 20. θ T-20 = 6 ×1,07 27-20 = 9,6347 hari -1 - K d.27 = k d.20 . θ T-20 = 0,06 ×1,04 27-20 = 0,079 hari -1 Perhitungan : 1. Menentukan Soluble BOD effluent keluaran, S : E = 100 × − S S S S = S - 100 S E × = 313,7521 - 100 7521 , 313 90 × = 31,3752 mgl Asumsi : - Total suspended solids, TSS pada effluent = 15 mgl Metcalf Eddy, 2003 - Rasio antara Volatile suspended solids dengan total suspended solids : Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010. 8 , = TSS VSS - 1 mg BOD = 1,42 mg VSS Maka : BOD dari VSS pada effluent = l TSS mg TSS mg VSS mg VSS mg BOD mg 15 8 , 42 , 1 1 × × = 8,4507 mgl Total BOD 5 effluent = 31,3752 + 8,4507 mgl = 39,8259 mgl memenuhi 50 mgl 2. Menentukan volume kolam aerasi, ukuran kolam aerasi dan waktu tinggal cairan : a. Volume kolam aerasi, V Asumsi : Pada tangki pengendap awal biasanya terjadi pengurangan BOD 5 sekitar 25 sd 45 Metcalf Eddy, 2003 Diambil pengurangan BOD 5 sebesar 25 , maka BOD 5 influent masukan ke kolam aerasi, S o : S o = 1- 0,25 ×313,7521 mg BOD 5 l = 235,1790 mg BOD 5 l X = konsentrasi padatan di dalam system = 0,8. MLSS = 0,8 ×4000 mgl = 3200 mgl V = c d o c k X S S QY θ θ . 1 . . . + − Pers. 9-67 : Metcalf Eddy, 1979 = 10 079 , 1 3200 3752 , 31 1790 , 235 6 , 11620 10 1 hari hari l mg l mg hari l hari × + × − × × × − = 2480,6565 l = 2,48065 m 3 b. Ukuran kolam aerasi : Direncanakan : - Tinggi cairan dalam kolam = 1,3 m - Jumlah kolam = 1 unit Perbandingan lebar dan tinggi cairan = 1 : 1 Metcalf Eddy, 2003 Lebar kolam, l = 1 ×1,3 m = 1,3 m Maka panjang p masing – masing kolam : Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010. V = p × l × t 2,4806 m 3 = p × 1,3 m × 1,3 m p = 1,4678 m Faktor kelonggaran = 0,5 m diatas permukaan cairan Metcalf Eddy, 1979 Jadi ukuran kolam aerasi sebagai berikut : Panjang kolam, p = 1,4678 Lebar kolam, l = 1,3 m Tinggi kolam,t = 1,3 + 0,5 = 1,35 m Total luas area kolam aerasi = 1 ×p ×l = 1 ×1,4678 ×1,3 = 1,9081 m 2 c. Waktu tinggal cairan di dalam kolam aerasi, τ : 2134 , 11620 6565 , 2480 3 = = hari l m τ hari = 5,1235 jam 3. Menentukan jumlah lumpur sludge yang dihasilakan, P x : a. Jumlah lumpur berdasarkan pada volatile suspended solids VSS, P x , VSS : P x, VSS = c d o k S S Y Q θ. 1 . . + − Pers. 8-14 : Metcalf Eddy, 2003 Q = Laju alir volumetrik limbah = 11620 lhari S o = Konsentrasi BOD influent = 235,1790 mgl S = Konsentrasi BOD effluent = 31,3752 mgl P x, VSS = 10 079 , 1 3752 , 31 1790 , 235 6 , 11620 × + − × × = 793810,1082 mg VSShari = 0,7938 kg VSShari b. Jumlah lumpur berdasarkan pada total suspended solids TSS, P x , TSS : P x , TSS = 9922 , 8 , 7938 , 0,8 P VSS x, = = 4. Menentukan ratio food to microorganisme, FM : FM = hari MLVSS kg V X BOD kg S Q o . . . . . = 1 3442 , 6565 , 2480 3200 1790 , 235 11620 − = × × hari liter l mg l mg hari l Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010. 5. Menentukan jumlah oksigen O 2 yang dibutuhkan, R o : R o = VSS X o P f S S Q . . 42 , 1 . − − Pers.10-12 : Metcalf Eddy, 2003 F = faktor konversi BOD 5 ke BOD L BOD utilized = 0,68 Metcalf Eddy, 2003 R o = 7938 , 42 , 1 68 , 10 3752 , 31 1790 , 235 11620 6 hari kg l mg − × − − = 2,3554 kg O 2 hari = 0,0981 kg O 2 jam 6. Menentukan daya yang dibutuhkan aerator : R o = 0,0981 kg O 2 jam ⇒ Tipe aerator yang akan digunakan : Coarse bubble diffuser aerator dengan laju transfer oksigen , N0 = 2,1 kg.O 2 kW. Jam 3,4 lb O 2 hp.jam tebel 5.5 : Eckenfelder, W.W, 2000 ⇒ Konsentrasi oksigen O 2 jenuh pada 27 o C pada ketinggian 2000 ft 610 m, C W = 7,75 mgl tabel 5.1 : Eckenfelder, W.W, 2000 ⇒ Konsentrasi aerasi : α = 0,85 dan β = 1 Metcalf Eddy, 1979 ⇒ Asumsi : konsentrasi oksigen yang teradopsi di dalam cairan, C L = 2 mgl Maka laju transfer oksigen pada kondisi diatas, N : N = α β × ×     − − 20 024 , 1 17 , 9 . T L w C C N Pers. 10-13 : Metcalf Eddy, 2003 N = 85 , 024 , 1 17 , 9 2 75 , 7 1 1 , 2 20 27 × ×     − × − = 1,3214 kg O 2 kW.jam Total daya yang dibutuhkan dengan effisiensi alat 75 : kW = 1329 , 0990 , . 3214 , 1 75 , 0981 , 2 2 = = × kW jam kW kgO jam kgO 7. Penentuan jumlah flok yang diresirkulasi Qr Rasio flok yang diresirkulasi, R : Qr.Xr = Q + Qr. X Dimana : Q = laju alir volumetrik limbah, lhari Qr = laju lumpur aktif yang dikembalikan RAS, lhari Xr = konsentrasi lumpur aktif yang dikembalikan, gm 3 Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010. R = QrQ R.Xr = 1 + R. X Asumsi : Xr = 10.000 gm 3 = 10.000 mgl R = 400010.000 – 4000 = 0,67 Qr = Q.R = 11620 × 0,67 = 7785,4 lhari 8. Menentukan ukuran unit sedimentasi Fungsi sedimentasi bertujuan untuk mengendapkan lumpur yang dihasilkan dari kolam aerasi. Asumsi : laju hidraulik over flow pada clarifier = 6 m 3 m 2 .hari Metcalf Eddy, 2003 Maka : Area clarifier, A = 2 3 2 3 9366 , 1 1000 1 . 6 11620 m l m hari m m hari l = × Diameter clarifier, D = m A 5706 , 1 14 , 3 9366 , 1 4 . 4 2 1 2 1 =       × =       π Direncanakan : - tinggi silinder, H s = 1,2 m - tinggi konis, H k = 13 H s = 13 × 1,2 = 0,4 m - tinggi total clarifier = H s + H k = 1,2 + 0,4 = 1,6 m Volume clarifier = volume silinder + volume kerucut = 4 1 . π D 2 .H s + 12 1 π .D 2 .H k = 4 1 3,14. 1,5706 2 . 1,2 + 12 1 .3,14. 1,5706 2 . 0,4 = 2,5819 m 3 9. Kebutuhan nutrisi mikroba pada lumpur aktif BOD yang dihilangkan, BOD rem = S – S, Q = 235,1790 – 31,3752 mgl ×11620 lhari ×10 -6 kgmg = 2,3682 kghari Nutrisi yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroba adalah Nitrogen N dan Phospor P, dimana rasio penggunaannya adalah : BOD rem : N : P = 100 : 5 : 1 Eckenfelder, W.W, 2000 Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010. Nitrogen yang dibutuhkan = BOD rem × 5100 = 2,3682 × 5100 = 0,1184 kg Nhari Sebagai sumber nitrogen digunakan pupuk urea. Kandungan nitrogen didalam pupuk urea = 46 PT. Coca-cola Bottling Indonesia Notherm Sumatera, 2005 Urea yang dibutuhkan = 0,1184 × 10046 = 0,2574 kg ureahari Phospor yang dibutuhkan = BOD rem × 1100 = 2,3682 × 1100 = 0,023682 kg Phari Sebagai sumber phospor digunakan pupuk TSP Triple Super Phosphat. Kandungan phosphor didalam pupuk TSP = 20 PT. Coca-cola Bottling Indonesia Notherm Sumatera, 2005. TSP yang dibutuhkan = 0,023882 × 10020 = 0,1184 kg TSPhari Maka nutrisi pupuk yang dibutuhkan : - Urea = 0,2574 kghari - TSP = 0,1184 kghari Luas Areal Pengolahan Limbah : Tabel 7.5 Perkiraan Luas areal pengolahan limbah Unit Luas Areal m 2 - Bak penampungan - Bak penetralan - Bak pengendap awal - Kolam aerasi activated sludge - Unit sedimentasi 16,7107 17,2132 1,4308 1,9081 1,9366 Total 39,1994 Luas areal pengolahan limbah diambil 110 dari luas total, maka : Luas areal pengolahan limbah = 110 × 39,1994 m 2 = 43,1193 m 2 Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.

7.7 Spesifikasi Peralatan Utilitas

7.7.1 Pompa air sungai P-101

Fungsi : Mengalirkan air dari sungai menuju ke bak penampung. Jenis : pompa sentrifugal Daya pompa : 7 HP Jumlah : 1 buah Bahan konstruksi : Commercial steel Temperatur : 25 o C

7.7.2 Bak Penampung BP-101

Fungsi : Menampung air dan mengendapkan lumpur yang terbawa dari sungai. Jumlah : 1 buah Kapasitas : 2638579,64 m 3 Tinggi bak : 66,4317 m Lebar bak : 132,8634 m Panjang bak : 199,2953 m Bahan konstruksi : Beton kedap air Temperatur : 25 o C

7.7.3 Pompa bak penampungan P-102

Fungsi : Memompakan air dari bak penampungan menuju ke clarifier. Jenis : pompa sentrifugal Daya pompa : 7 HP Jumlah : 1 buah Bahan konstruksi : Commercial steel Temperatur : 25 o C Tekanan : 1 atm