Desain IPAL

Bab 6. Desain IPAL

6.1. Pengumpulan Data

Untuk menentukan teknik pengolahan dan desain Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) diperlukan beberapa informasi terkait proses produksi atau pengolahan yang dilakukan, karakteristik air limbah yang dihasilkan dan baku mutu air limbah yang menjadi acuan penaatan.

6.1.1 Proses Produksi

Proses produksi akan menentukan karakteristik limbah yang dihasilkan. Dengan bahan baku yang sama, nakun proses produksi yang berlainan, maka akan dihasilkan limbah yang berlainan pula. Dengan demikian, proses produksi menjadi informasi awal mengenai potensi limbah yang dihasilkan.

Secara prinsip proses produksi menggunakan bahan baku, bahan tambahan, dan air yang diproses menggunakan teknik dan peralatan tertentu. Pada proses produksi terdapat bagan- bagian proses tertentu yang juga memungkinkan dihasilkannya limbah. Informasi mengenai potensi dan jenis limbah dari masing-masing tahapan proses selanjutnya perlu dianalisa untuk mengetahui karakteristik fisik, kimia atau biologinya.

Idenfikasi sumber-sumber limbah di dalam industri pengolahan memberikan informasi untuk pemisahan air limbah, penggunaan kembali air yang sedikit terkontaminasi, dan utnuk pengaturan konsisi proses yang menghasilkan limbah dalam jumalah yang besar atau pekat.

Pengetahuan mengenai sifat-sifat limbah akan sangat membantu dalam penetapan metode penanganan dan atau pembuangan limbah yang efektif. Penanganan biologik misalnya cocok dilakukan pada limbah cair yang mengandung bahan padatan organik terlarut. Limbah padat dengan kadar organik tinggi cocok untuk pembakaran atau pemupukan.

6.1.2. Karakteristik Air Limbah

Karakteristik air limbah perlu dikenal karena hal ini akan menentukan cara pengolahan yang tepat sehingga tidak mencemari lingkungan hidup. Secara garis besar karakteristik air Karakteristik air limbah perlu dikenal karena hal ini akan menentukan cara pengolahan yang tepat sehingga tidak mencemari lingkungan hidup. Secara garis besar karakteristik air

Karakteristik Fisik

Air limbah sebagian besar terdiri dari air dan sebagian kecil terdiri dari bahan-bahan padat dan suspensi. Karakterisitik fisik dalam air limbah yang diperlukan untuk pengelolaan dan pengolahan air limbah meliputi suhu, pH, padatan tersusupensi, padatan terlarut, dan warna.

Karakteristik Biologis dan Bakteriologis

Kandungan biologi dan bakteriologis terdapat juga dalam air limbah tergantung darimana sumbernya namun keduanya tidak berperan dalam proses pengolahan air limbah. Mikroorganisme dan bakteri pada air limbah dapat berupa eucaryotes (tanaman biji, spora, lumut), eubacteria, dan archaebacteria. Yang paling berbahaya adalah bakteri colli (E-colli dan Streptococci). Baktericolli berasal dari usus manusia dan makluk hidup lain (ayam, sapi, itik, babi). Selain itu pada air limbah juga ditemukan ganggang (fitoplankton) yang hidup dengan memanfaatkan nutrien serta jamur yang bermanfaat dalam menguraikan senyawa karbon.

Karakteristik Kimiawi

Kandungan baha kimia yang terdapat dalam air lmbah dapat merugikan lingkungan. Bahan organik terlarut dapat menghabiskan oksigen dalam imbah serta menimbulkan rasa dan bau yang tidak sedap.

Pada umumnya, dalam air limbah pengolahan pangan, bahan kimia yang membutuhkan oksigen berada dalam bentuk terlarut, sedangkan dalam limbah peternakan sebagian besar terdapat dalam bentuk partikulat.

Bahan kimia penting dalam air limbah yang berguna untuk mendesain dan menantukan teknik pengolahan air limbah meliputi:  Bahan organik yang terdiri dari protein, karbohidrat, lemak,

midetergen/surfactant, nyak dan gemuk serta fenol. Substansi organik dalam air limbah terdiri dari 2 gabungan, yakni: pertama, gabungan yang mengandung nitrogen, misalnya urea, protein, amine dan asam amino; dan kedua, gabungan midetergen/surfactant, nyak dan gemuk serta fenol. Substansi organik dalam air limbah terdiri dari 2 gabungan, yakni: pertama, gabungan yang mengandung nitrogen, misalnya urea, protein, amine dan asam amino; dan kedua, gabungan

 Bahan an-organik yang terdiri dari pH, klorida, sulfur, zat beracun, logam berat, dll

Debit

Karakteristik lainnya yang digunakan untuk pengolahan air limbah adalah debit atau jumlah aliran air per satuan waktu. Satuan waktu dalam penghitungan aliran air yang digunakan dapat dalam hitungan detik, menit, atau jam, atau juga dapat berupa debit sasaat, harian atau mingguan.

Informasi mengenai debit dan mutu limbah yang dikeluarkan diperlukan untuk merancang fasilitas yang diperlukan untuk mengelola pengeluaran yang konstan atau sewaktu-waktu, yang disebabkan karena sifat musiman dari pengolahan buah dan sayuran, serta sifat limbah peternakan.

6.2. Teknik dan Metode Pengujian Sampel

Semua air limbah perlu diketahui karakteristiknya terlebih dahulu sebelum rancangan proses pengolahan pengolahannya dimulai. Sifat air limbah yang perlu diketahui adalah volume aliran, konsentrasi organik, sifat-sifat karakteristik dan toksisitas.

Laju aliran dan keragaman laju aliran merupakan faktor penting dalam rancangan proses. Sejumlah unit dalam kebanyakan sistem penanganan harus dirancang berdasarkan proses. Sejumlah unit dalam kebanyakan sistem penanganan harus dirancang berdasarkan puncak laju aliran. Hal ini membutuhkan studi laju aliran dan memberikan pertimbangan untuk meminimumkan keragaman laju aliran bila mana mungkin.

Teknik dan pengujian sampel untuk beberapa parameter penting dalam menentukan teknik pengolahan dan desain IPAL adalah sebagai berikut:

a. Kebutuhan oksigen biokimia (Biochemical Oxygen Demand = BOD)

Uji BOD adalah salah satu metode analisis yang paling banyak digunakan dalam penanganan limbah dan pengendalian polusi. Uji ini mencoba menentukan kekuatan polusi dari suatu limbah dalam pengertian kebutuhan mikroba akan oksigen dan merupakan ukuran tak langsung dari bahan organik dalam air limbah.

Uji BOD distandarisasi pada periode 5 hari, suhu 20 0

C. Sampel disimpan dalam botol yang kedap udara. Stabilisasi yang sempurna dapat membutuhkan waktu lebih dari 100 hari pada

suhu 20 0

C. Periode inkubasi yang lama ini tidak praktis untuk penentuan rutin.

Oleh karena itu prosedur yang disarankan oleh AOAC (Association of Official Analytical Chemists) adalah periode inkubasi 5 hari dan disebut BOD 5 . Nilai ini hanya merupakan indeks jumlah bahan organik yang dapat dipecah secara biologik bukan ukuran sebenarnya dari limbah organik. Air limbah domestik yang tidak mengandung limbah industri mempunyai BOD kira-kira 200 ppm. Limbah pengolahan pangan umumnya lebih tinggi dan seringkali lebih dari 1000 ppm.

Walaupun BOD 5 merupakan pengukuran umum untuk polusi air, uji BOD memakan waktu dan reprodusibilitasnya rendah. Uji-uji seperti kebutuhan oksigen secara kimia (COD) dan karbon organik total (TOC) lebih cepat, lebih andal, dan lebih reprodusibel.

b. Kebutuhan oksigen secara kimia (Chemical Oxygen Demand=COD)

Uji COD adalah suatu pembakaran kimia secara basah dari bahan organik dalam sampel. Larutan asam dikromat (K 2 Cr 2 O 7 ) digunakan untuk mengoksidasi bahan organik pada suhu tinggi. Berbagai prosedur COD yang menggunakan waktu reaksi dari 5 menit sampai 2 jam dapat digunakan. Metode ini dapat dilakukan lebih cepat dari uji BOD. Oleh karena uji COD merupakan analisis kimia, uji ini juga mengukur senyawa-senyawa organik yang tidak dapat dipecah seperti pelarut pembersih dan bahan yang dapat dipecah secara biologik seperti yang diukur dalam uji BOD.

Penggunaan dua katalis perak sulfat dan merkuri sulfat diperlukan masing-masing untuk mengatasi gangguan klorida dan untuk menjamin oksidasi senyawa-senyawa organik kuat menjadi teroksidasi. Limbah hewan dan limbah pengolahan pangan seperti pengolahan saurkraut, pikel dan zaitun dapat mengandung konsentrasi klorida yang tinggi dan akan membutuhkan merkuri sulfat dalam analisis COD atau factor koreksi klorida.

Senyawa-senyawa benzena dan ammonia tidak diukur oleh uji ini. Prosedur COD tidak mengoksidasi ammonia walaupun mengoksidasi nitrit.

c. Karbon organik total (Total Organik Carbon)

Karbon organik total (TOC) mengukur semua bahan yang bersifat organik. TOC diukur dengan konversi karbon organik dalam air limbah secara oksidasi katalitik pada suhu 900 0 C

menjadi karbon dioksida. Metode pengukuran polusi ini cepat (5-10 menit) dan dapat diulang, memberikan perkiraan kadar karbon organik dari air limbah secara cepat. Nilai TOC menjadi karbon dioksida. Metode pengukuran polusi ini cepat (5-10 menit) dan dapat diulang, memberikan perkiraan kadar karbon organik dari air limbah secara cepat. Nilai TOC

d. Kebutuhan oksigen total (Total Oxygen Demand = TOD)

Kebutuhan oksigen total (TOD) dari suatu bahan didefinisikan sebagai jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran semua bahan pada suhu 900 0

C menggunakan katalis Platinum. Proses mengoksidasi semua bahan organik dan bahan anorganik yang tidak teroksidasi sempurna. Kebutuhan oksigen dari karbon, hydrogen, nitrogen, dan sulfur dalam suatu contoh air limbah diukur dengan metode ini.

e. Residu dalam limbah cair

Residu dalam air limbah dapat berupa padatan terendapkan dan padatan tersuspensi total.

Padata terendapkan adalah padatan dalam limbah cair yang mengendap pada dasar dalam limbah cair yang mengendap pada dasar dalam waktu 1 jam. Padatan ini biasanya diukur dalam kerucut Imhoff berskala dan dilaporkan sebagai ml padatan terendap per liter. Padatan terendap merupakan indikator jumlah padatan limbah yang akan mengendap dalam alat penjernih dan kolam pengendapan. Penetapan endapan ini mudah dilakukan dan berguna bila akan merancang sistem penanganan pengendapan.

Padatan tersuspensi total kadang-kadang disebut residu yang tidak dapat disaring, ditetapkan dengan cara menyaring sejumlah volume air limbah melalui filter membran. (tikar gelas fiber) dalam cawan gouch. Berat kering dari padatan tersuspensi total diperoleh

setelah satu jam pada suhu 103-105 0 C.

f. Padatan terlarut total

Padatan terlarut total ditetapkan dalam berat contoh yang telah disaring dan dievaporasi atau sebagai perbedaan antara berat residu setelah evaporasi dan berat padatan tersuspensi total. Oleh karena larutan ini sulit dihilangkan dari air limbah, maka pengetahuan mengenai padatan terlarut total adalah penting bila menangani air limbah.

6.3. Penentuan Desain IPAL

Desain Instalasi Pengolahan Air Limbah ditentukan oleh beberapa faktor yaitu:  Debit air limbah

 Aliran air limbah  Parameter pencemar (karakteristik) air limbah  Baku mutu air limbah  Ketersediaan lahan atau ruang  Ketersediaan biaya

A. Debit Air Limbah

Desain IPAL dipengaruhi oleh debit air limbah yang dihasilkan, karena debit digunakan sebagai penentuan volume unit-unit pengolahan air limbah.

Bila debitnya besar maka volume unit pengolahannya harus dibuat besar untuk dapat menampung air limbah tersebut. Terlebih lagi bila akan digunakan unit pengolahan yang membutuhkan waktu tinggal, maka perhitungan volume unit pengolahannya dikalikan dengan waktu tinggalnya.

B. Aliran Air Limbah

Aliran air limbah dapat bersifat kontinyu (terus menerus) atau sesaat ditentukan oleh proses produksi yang dilakukan. Ada industri yang melakukan pengolahan atau beroperasi sepanjang hari dan beroperasi hanya pada waktu-waktu tertentu saja semisal pagi hingga sore atau sore hingga pagi hari.

Industri yang beroperasi sepanjang waktu akan menghasilkan aliran air limbah yang terus menerus. Biasanya air limbah berasal dari setiap unit produksi dalam jumlah yang beragam. Untuk jenis aliran seperti ini dapat didesain bak pengatur aliran dan keseragaman kualitas air limbah sebelum masuk ke unit pengolahan utama. Bak ini disebut bak equalisasi yang dapat pula dilengkapi dengan pembubuh bahan kimia untuk mengkondisikan sifat air limbah yang diinginkan.

Industri yang beroperasi hanya pada waktu tertentu saja akan menghasilkan air limbah hanya pada waktu tersebut. Biasanya air limbah yang dihasilkan hanya sesaat namun dalam jumlah yang besar. Industri yang aliran limbahnya seperti ini misalnya adalah industri pembuatan tempe, tahu, rumah pemotongan hewan (RPH) dan rumah pemotongan unggas (RPU).

Untuk industri seperti ini maka desain IPALnya dipilih yang dapat menerima aliran sesaat atau shock loading seperti pengolahan fisik (penyaringan dan pengendapan), pengolahan kimia (koagulasi dan flokulasi) dan pengolahan biologi (anaerobic digester).

C. Parameter Pencemar (Karakteristik) Air Limbah

Setiap industri memiliki parameter pencemar yang berlainan hal ini terkait dengan penggunaan bahan baku dan proses produksi yang juga berlainan. Bahkan, industri sejenispun dapat memiliki karakteristik air limbah yang tidak sama karena penanganan bahan dan penggunaan air yang tidak serupa.

Secara umum parameter pencemar atau karakteristik air limbah ditentukan oleh jenis bahan baku yang digunakan dan proses yang dilakukan. Bila bahan baku yang digunakan adalah bahan organik maka limbah yang digunakan akan memiliki kandungan bahan organik, demikian juga bila industri tersebut menggunakan bahan kimia dalam proses produksinya, amaka dalam air limbahnya akan ditemui kandungan bahan kimia tersebut dalam ikatan aslinya atau ikatan dengan bahan kimia lainnya.

Dengan bahan yang sama namun proses berbeda maka akan dihasilkan karakteristik air limbah yang berbeda. Dengan bahan baku kedelai, industri tahu dan tempe menghasilkan karakteristik air limbah yang berlainan. Kandungan bahan organik dan padatan dalam limbah tahu lebih banyak karena ada proses penghancuran kedelai dan penyaringan bubur tahu.

Jenis parameter pencemar utama dalam air limbah adalah bahan organik, bahan an-organik, minyak dan lemak, mikroorgsnisme, warna dan bahan padatan. Untuk masing-masing jenis parameter pencemar tersebut dapat digunakan unit pengolahan tertentu agar dapat dikurangi konsentrasinya atau tingkat bahayanya. Unit-unit pengolahan air limbah tersebut ada yang secara khusus untuk mengolah pencemar tertentu, namun ada juga yang berfungsi untuk mengolah secara bersama-sama beberapa jenis bahan pencemar.

Beberapa jenis unit/alat pengolahan air limbah yang dapat digunakan untuk mengurangi bahan pencemar pada air limbah, yaitu:

 Bahan organik. Bahan organik dapat diolah pada unit pengolahan biologi yang bersifat aerobik ataupun

anaerobik seperti kolam aerasi, kolam lumpur aktif, trickling filter, dan biogas.  Bahan an-organik Bahan an-organik dapat diolah pada unit pengolahan kimia dan biologi seperti

pengendapan, pembubuhan bahan kimia, dan koagulasi-flokulasi.

 Minyak dan lemak Minyak dan lemak dapat diolah pada unit penangkap minyak secara konvensional

ataupun menggunakan pembubuhan udara (floating system).  Mikroorganisme Cemaran mikroorganisme dapat dihilangkan pada unit pengolahan biologi maupun kimia

seperti kolam fakultatif atau clarifier-tickener.  Warna Warna pada air limbah dapat dihilangkan dengan proses biologi untuk warna yang

berasal dari bahan organik atau menggunakan proses kimia untuk warna yang berasal dari bahan sintetik. Proses biologi yang dapat digunakan adalah kolam lumpur aktif atau proses kimia berupa clarifier-tickener

 Padatan Padatan dalam air limbah dapat terdiri dari padatan besar, padatan tersuspensi dan

padatan terlarut. Padatan besar dapat dihilangkan menggunakan alat penyaring dengan ukuran yang tertentu disesuaikan dengan besarnya padatan yang ada, atau dapat juga menggunakan bak pengendap. Padatan tersuspensi dapat dihilangkan dengan proses kimia dan dilanjutkan dengan proses pengendapan. Sedangkan padatan terlarut dapat dihilangkan dengan menggunakan proses kimia.

D. Baku Mutu Air Limbah

Baku mutu air limbah adalah ukuran batas atau kadar unsur pencemar dan/atau jumlah unsur pencemar yang ditenggang keberadaannya dalam air limbah yang akan dibuang atau dilepas ke dalam sumber air dari suatu usaha dan/atau kegiatan

Pada baku mutu air limbah diatur beberapa hal terkait kadar bahan pencemar, kuantitas dan beban pencemaran daam air limbah yang diperbolehkan dibuang ke lingkungan. Penjelasan masing-masing item tersebut adalah sebagai berikut:

 Kadar maksimum adalah ukuran batas tertinggi suatu unsur pencemar dalam air limbah yang diperbolehkan dibuang ke sumber air, dinyatakan dalam satuan

milligram per liter (mg/l).  Kuantitas air limbah maksimum adalah volume air limbah terbanyak yang diperbolehkan dibuang ke sumber air dalam setiap satuan bahan baku, dinyatakan

dalam satuan mter kubik per ton produk (m 3 /ton produk).  Beban pencemaran maksimum adalah jumlah tertinggi suatu unsur pencemar yang

terkandung dalam air limbah, dinyatakan dalam satuan kilogram per ton (kg/ton).

Baku mutu air limbah untuk masing-masing jenis usaha/kegiatan memiliki perbedaan parameter bahan pencemar, kualitas dan beban pencemarannya. Untuk tu dalam merancang desain IPAL perlu diperhatikan baku mutu ait limbah yang dipersyaratkan untuk usaha/kegiatan tersebut.

Secara umum, gabungan beberapa unit pengolahan berupa penyaringan, pengendapan, pengolahan biologi dan pemanfaatan lumpur (sludge) serta pemanfaatan gas/energi dapat dijadikan pilihan untuk instalasi pengolahan air limbah kegiatan agroindustri.

E. Ketersediaan Lahan atau Ruang

Besarnya lahan atau ruang bagi instalasi pengolahan air limbah ditentukan oleh beberapa faktor sebagai berikut: volume limbah yang dihasilkan, kadar dan keragaman bahan pencemaran air limbah dan pilihan jenis unit pengolahan air limbah.

Beberapa kegiatan agroindustri seperti pengolahan kelapa sawit, karet, dan gula memiliki lahan yang cukup luas karena biasanya berlokasi di dekat perkebunannya. Namun demikian, agroindustri seperti pengolahan susu, kedelai, rumah potong hewan, dll karena berlokasi di perkotaan atau dekat perkotaan memiliki lahan yang minim untuk penggunaan instalasi pengolahan air limbah.

Volume Limbah Yang Dihasilkan

Semakin besar volume limbah yang dihasilkan maka semakin besar peralatan atau unit pengolahan yang diperlukan. Hal ini berbanding lurus dengan kebutuhan lahan untuk menempatkan peralatan atau unit pengolahan tersebut.

Karenanya upaya meminimalkan volume limbah menjadi aspek yang penting untuk menekan kebutuhan akan luasan lahan yang besar. Upaya minimasi volume limbah dapat dilakukan dengan cara efisiensi penggunaan air, mencegah kebocoran air pada saluran air bersih dan air selama proses berlangsung (air proses), menggunakan air bertekanan dalam proses pembersihan, dan pemanfaatan kembali air untuk proses yang sesuai.

Kadar dan Keragaman Bahan Pencemaran Air Limbah

Kadar pencemar yang tinggi menyebabkan waktu proses semakin lama sehingga dibutuhkan peralatan yang besar. Sebagai contoh, bila kadar total padatan tersuspensi (total suspended solid) dalam air limbah tinggi maka membutuhkan waktu yang lama dalam proses pengendapannya yang menyebabkan dibutuhkannya alat pengendapan yang lebih besar.

Selain itu, untuk menurunkan bahan pencemar yang tinggi juga diperlukan beberapa peralatan sehingga kebutuhan ruang semakin banyak. Ditambah lagi bila terdapat keragaman bahan pencemar yang menyebabkan diperlukannya peralata- peralatan yang khusus untuk menurunkan bahan pencemar tersebut.

Karenanya upaya meminimalkan kadar dan keragaman bahan pencemar dalam air limbah menjadi aspek yang penting untuk menekan kebutuhan jumlah dan jenis peralatan. Upaya yang dapat dilakukan adalah menggunakan bahan baku yang bersih dan memiliki tingkat kemurnian tinggi, meniadakan kebocoran bahan dan air selama proses, dan menerapkan segregasi limbah.

Pilihan Jenis Unit Pengolahan Air Limbah

Beberapa unit pengolahan biologi seperti kolam oksidasi dan kolam fakultatif membutuhkan lahan yang besar karena sistem pengolahannya memerlukan permukaan kontak dengan udara yang besar.

Ada juga unit pengolahan yang dapat dibangun vertikal atau memanfaatkan lahan di bawah tanah. Unit seperti ini biasanya pengolahan secara anaerob seperti biogas, anaerobic digester, dll.

F. Ketersediaan Biaya

Pembangunan (konstruksi), operasional dan perawatan IPAL membutuhkan pembiayaan yang tidak murah. Terdapat bangunan atau unit pengolahan yang terbuat dari semen (bak penyaringan, bak pengendapan, biogas, bak kontrol, bak pengering lumpur, dll), terbuat dari besi (trickling filter, RBC, anaerobic digester, dll), dan terbuat dari plastik atau fiber (biogas).

Selain itu terdapat unit pengolahan yang tidak membutuhkan peralatan penunjang, namun ada pula yang membutuhkan peralatan penunjang mekanik dan elektrik. Peralatan penunjang ini membutuhkan pembiayaan dalam pembangunan, operasional dan perawatannya.

Biaya operasional dapat berupa biaya untuk membeli bahan yang diperlukan dalam proses IPAL (koagulan, kapur, aktivator, dll), membayar biaya energi (listrik atau energi lainnya), membayar tenaga kerja dan biaya uji laboratorium.

Instalasi pengolahan air limbah perlu dirawat agar beroperasi secara optimal. Banyak dari IPAL kegiatan agroindustri yang tidak lagi beroperasi atau berfungsi optimal karena tidak Instalasi pengolahan air limbah perlu dirawat agar beroperasi secara optimal. Banyak dari IPAL kegiatan agroindustri yang tidak lagi beroperasi atau berfungsi optimal karena tidak

Alat pengolahan biologi yang relatif rendah biaya konstruksi, operasional dan perawatannya adalah biogas. Alat ini dapat digunakan untuk mengolah limbah dengan bahan organik yang tinggi, dan mengandung padatan tersuspensi. Biogas juga menghasilkan gas yang dapat digunakan untuk menjalankan generator listrik, menyalakan kompor, patromax, alat pemanas, dll, sehingga dapat menghemat biaya pembelian/pembayaran energi yang lain.

Hasil samping dari biogas juga dapat diolah menjadi kompos yang memiliki nilai ekonomi dan lingkungan yang baik karena dapat mensubstitusi pembelian pupuk anorganik, dapat dijual kepada petani, dan merupakan pupuk yang ramah lingkungan.