Analisis Hasil Perhitungan Pemodelan Kuantitatif Berbasis UML (Unified Modeling Language) Proses Lumpur Aktif Untuk Penanganan Limbah Cair Agroindustri.

48

4.4 Analisis Hasil Perhitungan

4.4.1 Perhitungan Perancangan Proses

4.4.1.1 Penyisihan BOD Biological Oxygen Demand

Pada proses penyisihan BOD ini, tahapan perhitungan yang akan dilakukan yaitu : 1. Penentuan data karakteristik air limbah influent. Data karakteristik air limbah yang digunakan diperoleh dari PT Perkebunan Nusantara I PTPN-I Pabrik Kelapa Sawit dan Inti Sawit, Tanjung Seumantoh, Aceh Tamiang, Nanggroe Aceh Darussalam. Tabel 3 menunjukkan karakteristik air limbah. 2. Menghitung penyisihan BOD dan TSS pada proses sedimentasi. 3. Menentukan kebutuhan efluen. 4. Pemilihan nilai safety factor nitrifikasi yang sesuai dengan perancangan SRT waktu proses keseluruhan berdasarkan nilai rata-rata atau nilai maksimum total nitrogen. Rentang nilai safety factor adalah 1.3 – 2.0. 5. Pemilihan konsentrasi DO minimum untuk tangki aerasi. Nilai yang disarankan untuk konsentrasi DO minimum pada proses nitrifikasi adalah 2.0mgL. 6. Menentukan nilai pertumbuhan spesifik maksimum µ m pada nitrifikasi berdasarkan suhu tangki aerasi dan konsentrasi DO serta menentukan K n. 7. Menentukan nilai standar pertumbuhan spesifik µ dan SRT pada saat pertumbuhan tersebut untuk mengetahui konsentrasi NH 4 -N pada efluen penyisihan BOD-nitrifikasi. 8. Menentukan nilai standar pertumbuhan spesifik µ dan SRT. 9. Memperoleh hasil perancangan SRT dengan menggunakan safety factor. 10. Menghitung produksi biomassa. 11. Melakukan perhitungan kesetimbangan nitrogen untuk penentuan NO x , konsentrasi NH 4 -N yang teroksidasi penyisihan BOD-nitrifikasi. 12. Menghitung massa VSS dan massa TSS pada instalasi aerasi. 13. Menghitung konsentrasi MLSS dan menentukan volume tangki aerasi. 14. Perhitungan produksi lumpur keseluruhan dan yield. 15. Menghitung permintaan oksigen yang dibutuhkan. 16. Perancangan clarifier sekunder. 17. Perancangan sistem transfer oksigen pada proses aerasi. 18. Pengumpulan data-data hasil perhitungan efluen. 19. Pengumpulan hasil perhitungan ke dalam Tabel. Kondisi perancangan dan asumsi yang digunakan yaitu : 1. Penyebaran gelembung halus dengan efisiensi transfer air aerasi O 2 = 35. 2. Kedalaman cairan pada tangki aerasi = 4.9 m. 3. The point of air release untuk penyebaran adalah 0.5 m di atas tangki bawah. 4. DO pada tempat aerasi = 2.0 gm 3 . 5. Kedalaman yaitu 500m tekanan = 95.6 kPa. 6. Faktor α aerasi = 0.50 untuk proses penyisihan BOD dan 0.65 untuk proses nitrifikasi ; a. Β = 0.95 untuk kedua kondisi, dan b. Faktor penyebaran F=0.90. 7. Menggunakan koefisien kinetik berdasarkan Tabel 4 dan 5. 8. SRT untuk penyisihan BOD = 5d. 9. Desain konsentrasi MLSS X TSS = 3000 gm 3 . 10. Puncak atau rata-rata faktor keamanan TKN FS = 1.5. 49 Tabel 3. Nilai karakteristik air limbah PTPN I Tanjung Seumantoh, Aceh Tamiang. No Parameter Asal Limbah St. Rebusan St. Klarifikasi Fat pit 1 pH 4.0-4.5 4.3 4.3 2 TSS 6000-35000 45000 24750 3 Oil 1100-6000 10000 8000 4 BOD 5000-20000 28500 22850 5 COD 10000-45000 55000 45250 6 Total N 60-590 - 280 7 Total P 42-320 950 220 Tabel 4. Koefisien kinetik lumpur aktif untuk bakteri heterotrofik pada suhu 20 CMetcalf and Eddy,2003. Koefisien Unit Rentang µ m g VSSg VSS.d 3.0-13.2 K s g bCODm 3 5.0-40.0 Y g VSSg bCOD 0.30-0.50 K d g VSSg VSS.d 0.06-0.20 f d 0.08-0.20 ϴ values µ m 1.03-1.08 K d 1.03-1.08 K s 1.00 Tabel 5. Koefisien kinetik lumpur aktif proses nitrifikasi pada suhu 20 C Metcalf and Eddy,2003. Koefisien Unit Rentang µ mn g VSSg VSS.d 0.20-0.90 K n g NH 4 - Nm 3 0.5-10 Y n g VSSg NH 4 - N 0.10-0.15 K dn g VSSg VSS.d 0.05-0.15 K o gm 3 0.40-0.60 ϴ values µ n 1.06-1.123 K n 1.03-1.123 K dn 1.03-1.08 Parameter karakteristik air limbah yang digunakan sebagai contoh perhitungan yaitu karakteristik air limbah pada stasiun perebusan. Nama karakteristik air limbah disajikan pada lampiran 1. Tabel 6 menunjukkan nilai karakteristik air limbah yang digunakan. 50 Tabel 6. Karakteristik air limbah pada stasiun perebusan PTPN I Tanjung Seumantoh, Aceh Tamiang. Unsur konsentrasi mgL BOD 20000 sBOD 10000 COD 45000 sCOD 22500 rbCOD 11250 TSS 45000 VSS 34615 TKN 70 NH4-N 50 TP 42 Alkalinitas CaCO3 140 Dari parameter-parameter diatas, maka proses perhitungan dapat dilakukan sehingga hasil yang diperoleh berdasarkan karakteristik air limbah yang masuk ditunjukkan pada Tabel 7 sebagai berikut : Tabel 7. Hasil perhitungan penyisihan BOD dan penyisihan BOD-nitrifikasi. No. Perhitungan Hasil perhitungan BOD removal only Hasil perhitungan BOD-nitrifikasi removal 1 Sendimentasi primer a. Penyisihan BOD Persamaan 68 37.07 37.07 b. Penyisihan TSS Persamaan 68 59.15 59.15 2 Evaluasi karakteristik air limbah mgL mgL a. bCOD Persamaan 1 32000 32000 b. nbCOD Persamaan 2 13000 13000 c. sCODe Persamaan 3 6500 6500 d. nbVSS Persamaan 4 9999 9999 e. Inert TSS Persamaan 5 10385 10385 3 Tangki aerasi a. volume Persamaan 15 5000 m 3 12710 m 3 51 Tabel 7. Hasil perhitungan penyisihan BOD dan penyisihan BOD-nitrifikasi Lanjutan. No. Perhitungan Hasil perhitungan penyisihan BOD Hasil perhitungan penyisihan BOD- nitrifikasi b. Produksi biomassa Persamaan 6 9483 Kgday 6166.21 Kghari c. Produksi lumpur Persamaan 12 31541.78 Kghari 27539.25 Kghari d. SRT Solids retention time 5 hari 12.71 hari e. Suhu aerasi 12 C 12 C f. Konsentrasi MLVSS mixed liquor volatile suspended solids Persamaan 18 1853.09 mgL 4.84 mgL g. Kebutuhan oksigen Persamaan 24 772.16 Kgjam 13467.25 Kgjam 4 Beban Pemeriksaan a. Rasio FM food to microorganism Persamaan 19 0.21 gg hari 0.52 gg hari b. BOD volumetric loading Persamaan 20 0.38 kgm 3 hari 0.52 kgm 3 hari 5 Efluen a. Substrat efluen bCOD Persamaan 7 1.80 mgL 1.00 mgL b. BOD efluen - 9.99 mgL 6 Laju alir m 3 hari m 3 hari a. Laju alir efluen Qe Persamaan 70 625.00 625.00 b. Laju alir lumpur yang dibuang Qw Persamaan 69 375.00 375.00 c. Laju alir lumpur yang diproses kembali Qr Persamaan 71 600.00 600.00 7 Clarifier sekunder a. Volume tangki Persamaan 59 333.3 m 3 400 m 3 b. Luas permukaan Persamaan 62 72.73 m 2 72.73 m 2 c. Diameter Persamaan 58 9.63 m 9.63 m d. Solids loading rate Persamaan 61 66000 Kgm 2 jam 66000 Kgm 2 jam 52

4.4.1.2 Penyisihan Nitrogen

Tahapan perhitungan yang akan digunakan dalam perancangan proses peniyisihan nitrogen ini yaitu sebagai berikut : 1. Membangun laju alir dan karakteristik, termasuk konsentrasi rbCOD dan kandungan pada efluen. 2. Penentuan konsentrasi biomassa dalam MLSS dari proses nitrifikasi. 3. Penentuan rasio IR internal recycle, menggunakan nilai NO x yang dihitung sesuai langkah 12 penyisihan BOD-nitrifikasi. 4. Menghitung jumlah nitrat pada tangki anoksik. Perancangan didasarkan pada asumsi bahwa pada dasarnya semua nitrat pada zona anoksik akan menurun. Konsentrasi terendah nitrat yaitu 0.1 sampai 0.3 mgL yang tersisa bergantung pada proses yang terjadi, karena nitrat membatasi reaksi denitrifikasi pada konsentrasi yang rendah. 5. Menghitung nilai FM b berdasarkan konsentrasi biomassa untuk menentukan MLSS dalam proses nitrifikasi. 6. Menggunakan grafik nilai SDNR specific denitrification rate yang ditunjukkan pada Gambar 27, kemudian mencocokkan suhu dan IR untuk memperoleh SDNR b pada tempat anoksik. 7. Mengulang tahapan perancangan zona anoksik sebagai langkah penting untuk memperolah perancangan yang diinginkan. 8. Perhitungan permintaan oksigen. 9. Perancangan terhadap clarifier sekunder. 10. Merangkum semua hasil kualitas effluen keseluruhan. 11. Penulisan ke dalam Tabel. 53 Gambar 27. Plot nilai spesifik denitrificasi SDNR berdasarkan konsentrasi biomassa pada suhu 20 C dan rasio FM b food to biomass untuk varian persentase nilai relatif rbCOD menjadi bCOD pada air limbah influen Metcalf and Eddy,2003. Pada proses ini, karakteristik air limbah dan koefisien yang digunakan untuk perhitungan ditunjukkan pada Tabel 6 dan Tabel 8 . Tabel 8. Nilai koefisien biokinetik untuk kurva perancangan SDNR b Metcalf and Eddy,2003. Parameter koefisien kinetik Unit Nilai Yield, Y g VSSg COD 0.4 Endogenous decay, k d g VSSg biomassa.hari 0.15 Cell debris, f d g VSSg VSS 0.10 Maximum specific growth rate, µ m g VSSg VSS.hari 3.2 Half-velocity,K s gm 3 9.0 Particulate hydrolysis maximum specific rate constant, K h g VSSg biomassa.hari 2.8 Hydrolysis half-velocity constant, K x g VSSg VSS 0.15 COD of biomass g CODg VSS 1.42 Fraction of denitrifying bacteria, η g VSSg VSS 0.50 rasio rbCODbCOD 54 Asumsi yang digunakan yaitu :  Konsentrasi nitrat dalam RAS = 6 gm 3 .  Menggunakan koefisien yang sama seperti perancangan proses BOD-nitrifikasi.  Mencampur energi pada reaktor anoksik = 10 kW10 3 m 3 . Dari parameter-parameter diatas, maka perhitungan dapat dilakukan sehingga hasil yang diperoleh berdasarkan karakteristik air limbah yang masuk ditunjukkan pada Tabel 9 sebagai berikut : Tabel 9. Hasil perhitungan penyisihan nitrogen proses lumpur aktif. No. Perhitungan Hasil perhitungan penyisihan nitrogen 1 Primary sedimentation a. BOD removal Persamaan 68 37.07 b. TSS removal Persamaan 68 59.15 2 Tangki aerasi a. Volume Persamaan 15 5000 m 3 b. Produksi biomassa Persamaan 72 8898.19 Kgday c. Produksi lumpur Persamaan 12 30853.35 Kghari d. Waktu proses keseluruhan 5 hari e. Suhu aerasi 12 C f. Kebutuhan oksigen Persamaan 86 709.24 Kgjam g. Rasio recycle internal Persamaan 73 3.07 3 Tangki anoksik a. Laju alir tangki Persamaan 74 3670.00 m 3 hari b. Konsentrasi nitrat NO x,feed Persamaan 74 22020 ghari c. Waktu tunda padatan 2 hari d. Volume Persamaan 76 2000 m 3 e. NO 3 -N yang tereduksi Persamaan 84 5072485.67 gday f. Energi proses pencampuran Persamaan 87 20 kW 4 Loading a. Rasio FM food to microorganism Persamaan 77 1.80 gg hari 5 Efluen a. efluen bCOD Persamaan 39 1.80 mgL b. Nitrat efluen 6 mgL 6 Laju alir m 3 hari a. Laju alir efluen Qe Persamaan 70 625.00 55 Tabel 9. Hasil perhitungan penyisihan nitrogen proses lumpur aktif Lanjutan. No. Perhitungan Hasil perhitungan penyisihan nitrogen b. Laju alir lumpur yang dibuang Qw Persamaan 69 375.00 c. Laju alir lumpur yang diproses kembali return activated sludge Qr Persamaan 71 600.00 7 Clarifier Sekunder a. Volume tangki Persamaan 59 400 m 3 b. Luas permukaan Persamaan 62 72.73 m 2 c. Diameter Persamaan 58 9.63 m d. Solids loading rate Persamaan 61 66000 Kgm 2 jam

4.4.1.3 Penyisihan Fosfor

Pada proses ini, karakteristik air limbah yang digunakan untuk contoh perhitungan ditunjukkan pada Tabel 6 yaitu karakteristik air limbah pada stasiun perebusan. Asumsi yang digunakan yaitu : - 10 g rbCODg P dihilangkan oleh pada saat penyisihan fosfor. - Perbandingan rbCODnitrat = 6.6 g rbCODg NO 3 -N. - Kandungan fosfor pada biomassa heterotrofik = 0.015 g Pg biomassa. Perbandingan bCODBOD = 1.6 , NOx ≈ 0.80 TKN. - Menggunakan koefisien dari Tabel 4 dan Tabel 5. Dari parameter-parameter diatas, maka proses perhitungan dapat dilakukan sehingga hasil yang diperoleh berdasarkan karakteristik air limbah yang masuk ditunjukkan pada Tabel 10 sebagai berikut : Tabel 10. Hasil perhitungan penyisihan fosfor proses lumpur aktif. No. Perhitungan Hasil perhitungan penyisihan fosfor 1 Primary sedimentation a. Penyisihan BOD Persamaan 68 37.07 b. Penyisihan TSS Persamaan 68 59.15 2 rbCOD readily biodegradable COD a. rbCOD yang diperlukan untuk penyisihan fosfor Persamaan 89 11236.80 mgL 3 Tangki proses a. Volume tangki aerobik Persamaan 15 5000 m 3 tangki anoksik Persamaan 76 700 m 3 tangki anaerobik 500 m 3 b. Produksi lumpur Persamaan 95 29629.64 Kghari 56 Tabel 10. Hasil perhitungan penyisihan fosfor proses lumpur aktif Lanjutan. No. Perhitungan Hasil perhitungan fosfor removal c. Produksi biomassa Persamaan 91 8004351.11 ghari d. Fosfor yang tersisih Persamaan 93 1123.68 mg fosforL e. Kestembangan nitrat Persamaan 88 2 mg nitratL f. SRT Solids retention time 5 hari g. Suhu aerasi 12 C 4 Waste sludge a. Persentase kandungan fosfor Persamaan 97 41.98 5 Efluen a. Efluen substrat bCOD Persamaan 39 1.80 mgL b. Efluen nitrat 6.22 mgL c. Efluen fosfor Persamaan 93 0 mgL 6 Laju alir m 3 hari a. Laju alir efluen Qe Persamaan 70 625.00 b. Laju alir lumpur yang dibuang Qw Persamaan 69 375.00 c. Laju alir lumpur yang diproses kembali return activated sludge Qr Persamaan 71 600.00 7 Clarifier sekunder a. Volume tangki Persamaan 59 400 m 3 b. Luas permukaan Persamaan 62 72.73 m 2 c. Diameter Persamaan 58 9.63 m d. Solids loading rate Persamaan 61 66000 Kgm 2 jam

4.4.2 Perhitungan Simulasi

Simulasi adalah suatu proses peniruan dari sesuatu yang nyata beserta keadaan sekelilingnya state of affairs. Simulasi yang dilakukan terhadap perhitungan model proses lumpur aktif bertujuan untuk melihat perubahan yang ditimbulkan apabila terdapat nilai yang diubah variabelnya. Nilai-nilai yang akan disimulasikan yaitu waktu proses keseluruhan Solids retention time, laju alir lumpur yang dibuang excess sludge, konsentrasi lumpur yang dikembalikan ke dalam proses Return activated sludge, dan nilai laju alir lumpur yang diproses kembali Return activated sludge. Hasil perhitungan dilakukan menggunakan rumus yang sama seperti perhitungan perancangan proses. Nilai karaktersitik air limbah yang digunakan untuk perhitungan adalah karakteristik air limbah pabrik kelapa sawit pada stasiun perebusan yang ditunjukkan pada Tabel 6. Kondisi proses yang digunakan untuk contoh perhitungan simuilasi yaitu pada perhitungan penyisihan BOD saja tanpa nitrifikasi. Hal ini dikarenakan, perhitungan simulasi pada setiap perhitungan proses menghasilkan kesimpulan yang sama. 57

4.4.2.1 Simulasi nilai waktu proses keseluruhan Solids retention time