Rancangan Instalasi Pengolahan Air limbah Industri dengan proses biologis Biological nutrient removal
RANCANGAN INSTALASI PENGOLAHAN
AIR LIMBAH INDUSTRI DENGAN PROSES BIOLOGIS
BIOLOGICAL NUTRIENT REMOVAL
RATNA KUSUMA DEWI
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Rancangan Instalasi
Pengolahan Air Limbah Industri Dengan Proses Biologis Biological Nutrient
Removal adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2014
Ratna Kusuma Dewi
NIM F44090050
ABSTRAK
RATNA KUSUMA DEWI. Rancangan Instalasi Pengolahan Air Limbah Industri
Dengan Proses Biologis Biological Nutrient Removal. Dibimbing oleh M
YANUAR JARWADI PURWANTO dan ALLEN KURNIAWAN.
Kegiatan industri yang menghasilkan limbah cair, berpotensi menimbulkan
pencemaran air di lingkungan apabila tidak diolah dengan sesuai. Penelitian ini
bertujuan menganalisis dan mengidentifikasi karakteristik limbah cair PT. W,
membuat rancangan unit IPAL yang sesuai, serta menganalisis efektivitas
penggunaan mikroba pada pengolahan biologis biological nutrient removal.
Metode pengujian serta baku mutu yang digunakan adalah SNI pengujian air
limbah, Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 03 Tahun 2010, dan
Keputusan Gubernur DKI Jakarta No. 582 Tahun 2005. Hasil analisis
menunjukkan bahwa nilai Total Suspended Solids (TSS), amonia (NH3),
Biochemical Oxygen Demand (BOD), Chemical Oxygen Demand (COD), Sulfida
(S), minyak dan lemak serta fecal coliform melampaui baku mutu sehingga perlu
diolah lebih lanjut. Rancangan unit IPAL yang digunakan adalah bak ekualisasi,
bak penampung, bar screen, grit chamber, sedimentasi primer, biological nutrient
removal, clarifier, desinfeksi, sludge thickener, sludge digester, dan sludge drying
bed. Biological nutrient removal merupakan unit pengolahan biologis suspended
growth yang dipilih karena unit dapat dirancang untuk menurunkan nilai BOD,
TSS, dan NH3 menjadi 10 mg/l, 10 mg/l, dan 1 mg/l. Tingkat efektivitas
penggunaan mikroorganisme dalam unit ini dapat diketahui dari persen penurunan
nilai parameter pencemar.
Kata kunci: air limbah, biological nutrient removal, IPAL
ABSTRACT
RATNA KUSUMA DEWI. Industrial Waste Water Treatment Plant Design with
Biological Nutrient Removal. Supervised by M YANUAR JARWADI
PURWANTO and ALLEN KURNIAWAN.
Industrial activities that produces waste water, causes water pollution if it
not treated properly. The research objectives were to analyze and identify PT. W
wastewater characteristic, to design an appropriate WWTP of PT. W and analyze
the effectiveness of microorganism at biological process biological nutrient
removal. The method used was based on SNI of wastewater analyzing, Regulation
of Minister of the Environment Number 03/2010, and DKI Jakarta‘s Governor
Regulation Number 582/2005. Result of the analysis showed TSS, NH3, S, BOD,
COD, oil and grease, and fecal coliform exceeded the threshold. The units that
used are equalization tank, bar screen, grit chamber, primary sedimentation,
biological nutrient removal (BNR), clarifier, disinfection, sludge thickener, sludge
digester, and sludge drying bed. Biological nutrient removal is suspended growth
biological process were chosen because it could remove BOD, TSS, and NH3
concentration into 10 mg/l, 10 mg/l, and 1 mg/l. The effectivity of microorganism
uses can be known by percent removal of indicator concentrations.
Keywords: biological nutrient removal, waste water, WWTP
RANCANGAN INSTALASI PENGOLAHAN
AIR LIMBAH INDUSTRI DENGAN PROSES BIOLOGIS
BIOLOGICAL NUTRIENT REMOVAL
RATNA KUSUMA DEWI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian ini ialah pengolahan air limbah, dengan judul Rancangan
Instalasi Pengolahan Air Limbah Industri Dengan Proses Biologis Biological
Nutrient Removal.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. M Yanuar Jarwadi
Purwanto M.S., IPM dan Bapak Allen Kurniawan S.T., M.T. selaku dosen
pembimbing yang telah memberikan arahan serta bimbingan dalam rangkaian
penelitian ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr. Ir. Arief
Sabdo Yuwono, M.Sc selaku ketua proyek rancangan IPAL PT. W. Terima kasih
juga penulis sampaikan kepada Ibu Ety Herwati, Dipl. Kim. atas bimbingannya
selama pengujian di laboratorium. Untuk orang tua dan keluarga atas perhatian,
kasih sayang, kesabaran serta dukungannya. Kepada Dade Anzac yang telah
memberikan perhatian dan dukungannya dalam segala hal, Monica Ade Ayu
Dewayani, Ratih Rachmawati, Kartika Adi Pratiwi, Arry Resti Rahayu, Lianitha
Kurniawati dan Rodearni Simarmata yang telah menemani dan menyemangati,
serta Anindya Sekar Putri, Rizka Amalia, Rissa Budiarti, Yunianti dan seluruh
teman-teman SIL‘46 atas semangat dan kebersamaannya selama ini. Penulis
mengharapkan kritik dan saran untuk memperbaiki kekurangan dalam laporan ini.
Semoga laporan tugas akhir ini bermanfaat bagi penelitian-penelitian selanjutnya
mengenai air limbah.
Bogor, September 2014
Ratna Kusuma Dewi
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR LAMPIRAN
ix
DAFTAR NOTASI
ix
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Karakteristik Limbah Cair
2
Sistem Pengolahan Limbah Cair
3
Pengolahan Biologis
5
METODE
6
Waktu dan Tempat Penelitian
6
Alat dan Bahan Penelitian
6
Tahapan Penelitian
6
Prosedur Analisis Data
6
Rancangan Unit IPAL
8
HASIL DAN PEMBAHASAN
16
Gambaran Umum Pengelolaan Air Limbah PT. W
16
Karakteristik Air Limbah
16
Kesetimbangan Massa dan Aliran Hidrolik Rancangan IPAL
18
Rancangan Unit IPAL
24
Efektivitas Penggunaan Mikroba dalam Pengolahan Biologis
46
SIMPULAN DAN SARAN
48
Simpulan
48
Saran
48
DAFTAR PUSTAKA
49
LAMPIRAN
51
RIWAYAT HIDUP
103
DAFTAR TABEL
1. Parameter uji air limbah dan badan air
2. Kualitas air limbah PT. W
3. Persamaan kesetimbangan debit aliran air limbah
4. Persamaan kesetimbangan padatan dan substrat air limbah
5. Hasil perhitungan kesetimbangan massa
6. Kriteria rancangan unit bak ekualisasi
7. Data fluktuasi debit, BOD, dan TSS air limbah 24 jam
8. Perhitungan volume tangki ekualisasi
9. Hasil perhitungan BOD dan TSS mass loading
10. Dimensi bak ekualisasi hasil perhitungan
11. Hasil perhitungan unit bak penampung
12. Kriteria rancangan unit bar screen
13. Hasil perhitungan unit bar screen
14. Kriteria rancangan unit grit chamber
15. Hasil perhitungan unit grit chamber
16. Kriteria rancangan unit sedimentasi primer
17. Karakteristik air limbah di unit sedimentasi primer
18. Hasil perhitungan unit sedimentasi primer
19. Kriteria rancangan unit BNR
20. Hasil perhitungan BNR
21. Kriteria rancangan unit sedimentasi sekunder
22. Hasil perhitungan unit clarifier
23. Hasil perhitungan unit desinfeksi
24. Kriteria rancangan unit sludge thickener
25. Karakteristik lumpur yang diolah unit sludge thickener
26. Hasil perhitungan unit sludge thickener
27. Kriteria rancangan unit sludge digester
28. Karakteristik lumpur menuju unit sludge digester
29. Hasil perhitungan unit sludge digester
30. Perhitungan rasio flux padatan
7
17
20
20
21
24
24
25
27
29
29
30
30
31
31
33
34
34
35
35
40
40
41
42
43
43
44
44
45
65
DAFTAR GAMBAR
1. Contoh alur pengumpulan dan pengolahan air limbah
2. Contoh gambar rancangan unit sedimentasi primer
3. Contoh gambar rancangan unit sedimentasi sekunder
4. Prinsip kerja BNR
5. Diagram alir penelitian
6. Diagram alir perhitungan unit bak ekualiasasi
7. Diagram alir perhitungan unit bar screen
8. Diagram alir perhitungan grit chamber
9. Diagram alir perhitungan unit sedimentasi primer
10. Diagram alir perhitungan unit clarifier
3
4
4
5
7
8
9
10
11
12
11. Diagram alir perhitungan unit desinfeksi
12. Diagram alir perhitungan unit sludge thickener
13. Diagram alir perhitungan unit sludge digester
14. Titik lokasi pengambilan contoh uji air limbah
15. Diagram alir kesetimbangan massa dengan BNR
16. Debit aliran pada setiap unit IPAL
17. Konsentrasi TSS setiap unit pengolahan
18. Grafik volume bak ekualisasi
19. Grafik BOD mass loading sebelum dan sesudah ekualisasi
20. Grafik TSS mass loading sebelum dan sesudah ekualisasi
21. Pola hidup mikroorganisme
22. Kurva flux padatan terhadap konsentrasi padatan
13
14
15
17
19
23
24
26
28
28
47
65
DAFTAR LAMPIRAN
1. Diagram alir perhitungan unit BNR
2. Contoh perhitungan unit IPAL
3. Gambar rancangan unit ekualisasi
4. Gambar rancangan bak penampung
5. Gambar rancangan unit bar screen
6. Gambar rancangan unit grit chamber
7. Gambar rancangan unit sedimentasi primer
8. Gambar rancangan unit biological nutrient removal
9. Gambar rancangan unit clarifier
10. Gambar rancangan unit desinfeksi
11. Gambar rancangan unit sludge thickener
12. Gambar rancangan unit sludge digester
13. Gambar rancangan unit sludge drying bed
14. Lay out IPAL PT. W
DAFTAR NOTASI
A
Ar
As
BODt
BOD5
Cd
d
D
Fb
g
h
H
Luas permukaan (m2)
Suplai udara yang dibutuhkan pada grit chamber (L/ det m)
Suplai udara pada grit chamber (l/det m)
Konsentrasi BOD saat t (mg/l)
Konsentrasi BOD 5 hari (mg/l)
Koefesien debit = 0.6
Kedalaman (m)
Diameter (m)
Freeboard (m)
Konstanta percepatan gravitasi = 9.81 m/det 2
Ketinggian bar (mm)
Head di notch (cm)
51
52
71
73
74
77
80
85
90
93
95
97
100
102
HL
Kb
Kd
Ke
l
Lc
LL
P
Q
Qt
Qt-1
Qw
td
tn
T
TVS
u
v
V
Vic
Voc
Vki
Vko
Vsc
Vsp
W
WL
y2
z
Z
Headloss (m)
Kapasitas blower
Kapasitas difusser
Koefisien efisiensi bar screen
Lebar bar
Total lebar bukaan bar
Lebar launder (m)
Panjang (m)
Debit aliran (m/det)
Debit aliran pada saat t (m/ det)
Debit aliran pada saat t-1 (m/det)
Debit di weir (m/ det)
Waktu detensi (jam, hari, menit)
Waktu paparan (det)
Suhu air limbah ( C
̊ )
Konsentrasi Total Volatile Solids (mg/l)
Kecepatan aliran unit desinfeksi (cm/det)
Kecepatan aliran (m/det)
Volume (m3)
Volume air limbah yang masuk dalam bak ekualisasi saat ini (m3)
Volume air limbah yang keluar dari bak ekualisasi saat ini (m3)
Volume kumulatif inlet (m3)
Volume kumulatif outlet (m3)
Volume bak ekualisasi pada akhir periode waktu (m3)
Volume bak ekualisasi pada periode sebelumnya (m3)
Daya lampu UV (watt)
Weir loading rate
Kedalaman air di efluen launder (m)
Datum (m)
Panjang busur lampu desinfeksi (cm)
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Salah satu penyebab pencemaran air saat ini disebakan oleh perkembangan
sektor industri yang menghasilkan limbah berwujud cair. Kondisi tersebut dapat
dicegah dan ditanggulangi dengan membangun Instalasi Pengolahan Air Limbah
(IPAL) untuk mengolah air limbah sebelum dibuang ke badan air. Unit-unit IPAL
dalam setiap industri berbeda, tergantung pada karakteristik limbah hasil dari
kegiatan industri tersebut.
PT. W di Jakarta merupakan sebuah perusahaan penyedia produk perawatan
tubuh dan cairan pencuci piring dengan nilai parameter Chemical Oxygen
Demand (COD) tinggi. Nilai parameter tersebut mempengaruhi kandungan
oksigen terlarut pada badan air tercemar air limbah. Kandungan oksigen menjadi
sangat rendah dan akhirnya merusak habitat mikroorganisme dalam air sehingga
mempengaruhi kesehatan makhluk hidup yang memanfaatkan air tersebut. Hingga
kini, unit pengolahan air limbah belum didirikan sehingga hampir sebagian besar
air limbah langsung dibuang ke badan air. Penelitian ini dilakukan untuk
menentukan opsi unit pengolahan yang sesuai dengan karakteristik air limbah dan
kriteria rancangan unit terpilih, mengetahui mekanisme proses pengolahan, serta
merancang unit pengolahan berupa kalkulasi dan gambar rancangan.
Salah satu unit yang dirancang berupa pengolahan biologis. Pengolahan ini
memanfaatkan aktivitas mikroorganisme untuk mendegradasi senyawa polutan
pada air limbah. Pengolahan biologis dipandang sebagai pengolahan sekunder
paling murah dan efisien dibandingkan dengan pengolahan secara fisik dan kimia.
Secara umum, pengolahan biologis terbagi menjadi dua jenis yaitu suspended
growth dan attached growth. Metode suspended growth menumbuhkan
mikroorganisme dalam keadaan tersuspensi pada lumpur, sedangkan metode
attached growth dibutuhkan media pelekatan pada pengembangan
mikroorganisme. Pengolahan biologis Biological Nutrient Removal (BNR)
merupakan salah satu unit dalam metode suspended growth. Pemilihan suspended
growth sebagai pengolahan biologis pada perencanaan unit IPAL PT. W
dilakukan dengan pertimbangan kemudahan pengoperasian dan uji efektivitas
mikroorganisme, serta rancangan reaktor lebih sederhana.
Perumusan Masalah
Beberapa permasalahan yang dapat dirumuskan dalam pelaksanaan
penelitian ini:
1.
Bagaimana karakteristik air limbah yang dihasilkan oleh PT W?
2.
Apa saja unit pengolahan yang sesuai dengan karakteristik air limbah PT W
serta bagaimana rancangan dimensinya?
3.
Bagaimana efektivitas penggunaan mikroba pada pengolahan biologi
suspended growth dalam menurunkan konsentrasi pencemar?
2
Tujuan Penelitian
1.
2.
3.
Tujuan penelitian ini:
Menganalisis karakteristik limbah cair PT. W.
Membuat rancangan unit IPAL yang melibatkan pengolahan biologis
suspended growth PT. W, serta penurunan BOD, COD dan TSS di tiap unit
IPAL.
Menganalisis efektivitas mikroorganisme pengolahan biologis suspended
growth air limbah PT. W, melalui kajian literatur.
Manfaat Penelitian
1.
2.
Manfaat dari penelitian ini :
Memberikan referensi terperinci kepada PT. W berupa input kalkulasi dan
rancangan unit pengolahan sebagai acuan dalam melakukan konstruksi IPAL.
Mengetahui mekanisme proses degradasi polutan dan efektivitas
penggunaan mikroorganisme dalam pengolahan biologis.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup dari penelitian ini diawali dengan kajian gambaran umum
daerah perencanaan, pengukuran debit air limbah yang masuk ke dalam IPAL,
menganalisa karakteristik air limbah. Kemudian, penentuan kriteria rancangan
pengolahan dilakukan berdasarkan karakteristik air limbah untuk menghasilkan
perhitungan rancangan unit IPAL dan disertai adanya gambar perencanaan. Pada
pengolahan biologis terpilih, kajian literatur dilakukan untuk mengetahui
efektivitas penggunaan mikroorganisme.
TINJAUAN PUSTAKA
Karakteristik Limbah Cair
Penentuan unit dalam IPAL didasarkan pada karakteristik air limbah.
Karakteristik air limbah digambarkan oleh nilai setiap parameter yang dalam air
limbah dan menggambarkan tingkat toksisitas limbah tersebut. Secara garis besar,
karakteristik air limbah digolongkan menjadi karakteristik fisik, kimia dan biologi
(Tchobanoglous 2003). Sifat fisik air limbah dapat diketahui dengan melihat nilai
dari suhu, jumlah padatan (tersuspensi dan terlarut), warna, bau. Karakteristik
kimia terdiri dari nilai kandungan oksigen, COD, pH, Biochemical Oxygen
Demand (BOD), logam berat, fenol, nitrit, nitrat, total fosfor (TP), Methylene Blue
Active Substances (MBAS), total nitrogen (TN), dan hydrogen (H2S). Sifat-sifat
kimia ini menggambarkan mutu air buangan suatu industri. Selain sifat kimia,
sifat biologi dari air limbah juga menjadi tolak ukur tingkat toksisitasnya.
Karakteristik biologis menggambarkan jumlah dan jenis mikroorganisme dalam
air limbah serta dampaknya terhadap lingkungan, apabila air limbah dilepas ke
badan air tanpa diolah (Siregar 2005).
3
Sistem Pengolahan Limbah Cair
Pengolahan limbah dengan memanfaatkan teknologi pengolahan dilakukan
melalui proses fisika, kimia, dan biologis atau gabungan ketiga proses tersebut.
Berdasarkan sistem unit operasinya, teknologi pengolahan limbah diklasifikasikan
menjadi unit operasi fisik, unit operasi kimia dan unit operasi biologi, sedangkan
bila dilihat dari tingkatan perlakuan pengolahan maka sistem pengolahan limbah
diklasifikasi menjadi pre treatment, primary treatment system, secondary
treatment system, serta tertiary treatment system. Setiap tingkatan treatment
terdiri pula atas sub-sub treatment yang berbeda (Sugiharto 1987) .
Gambar 1 Contoh alur pengumpulan dan pengolahan air limbah
Sumber: Spellman 2009
Fase pengolahan pendahuluan berfungsi untuk memisahkan padatan kasar,
mengurangi ukuran padatan, memisahkan minyak atau lemak, serta menyetarakan
fluktuasi aliran limbah pada bak penampung. Menurut Burton (1991), unit-unit
dalam pengolahan pendahuluan ini antara lain, saringan (bar screen), pencacah
(communitor), bak penangkap pasir (grit chamber), penangkap lemak dan minyak
(skimmer and grease trap), dan bak penyetaraan (equlization basin). Setelah
melalui pengolahan pendahuluan, air limbah masuk ke dalam unit pengolahan
pertama (primary treatment). Fase pengolahan ini bertujuan mengurangi
kandungan padatan tersuspensi melalui proses pengendapan. Dalam unit ini,
efisiensi penurunan konsentrasi BOD dapat mencapai 35%, sedangkan Total
Suspended Solid (TSS) berkurang hingga 60%. Penurunan kandungan BOD dan
SS pada tahap awal ini akan membantu mengurangi beban pengolahan tahap
kedua. Selanjutnya, air limbah melalui pengolahan kedua berupa proses biologis.
Dalam proses ini, kandungan oksigen atau Dissolved Oxygen (DO) dalam air
limbah sangat diperlukan bagi mikroorganisme aerobik dalam aktivitas
mendegradasi pencemar. Selain DO, stabilitas pH dan temperatur juga sangat
berpengaruh dalam perkembangbiakan mikroorganisme (Tchobanoglous 2003).
4
Apabila hasil keluaran dari pengolahan terdahulu masih mengandung zat
berbahaya tertentu, pengolahan tersier perlu ditambahkan. Pengolahan tambahan
bersifat khusus atau spesifik, tergantung pada zat yang ingin dihilangkan. Unit
yang biasanya digunakan dalam tahap pengolahan tersier adalah saringan pasir,
desinfeksi dan pengolahan lanjut.
Gambar 2 Contoh gambar rancangan unit sedimentasi primer
Sumber: Tchobanoglous 2003
Gambar 3 Contoh gambar rancangan unit sedimentasi sekunder
Sumber: Tchobanoglous 2003
5
Pengolahan Biologis
Terdapat dua jenis pengolahan biologis, yaitu attached growth dan
suspended growth. Attached growth merupakan metode pengolahan biologis
menggunakan media pelekatan bagi mikroorganisme yang akan mengurai
senyawa pencemar menjadi zat lebih sederhana dan tidak berbahaya, sedangkan
suspended growth adalah pengolahan biologis tanpa media pelekatan, atau dengan
kata lain, mikroorganisme tersuspensi merata dalam air limbah. Unit-unit
pengolah jenis suspended growth, antara lain Sequencing Batch Reactor (SBR),
Aerated Lagoon, Activated Sludge dan Biological Nutrient Removal (BNR)
(Tchobanoglous 2003; Qasim 2000).
Gambar 4 Prinsip kerja BNR
Sumber: Qasim 2000
BNR adalah jenis pengolahan biologis suspended growth juga merupakan
gabungan proses anaerobik, anoksik dan aerobik. Dalam satu rangkaian, unit
terdiri dari bak anaerobik, bak anoksik, dan bak aerobik dilengkapi dengan
diffuser penyuplai udara. Unit ini mampu mereduksi kandungan total nitrogen,
total fosfor, BOD, dan TSS. Kelebihan BNR dibandingkan dengan unit
pengolahan biologis lain adalah biaya menghilangkan fosfor dan nitrogen murah,
lebih hemat dalam mengurangi kapasitas aerasi, jumlah lumpur lebih sedikit,
terbebas dari biaya pengolahan kimiawi, meningkatkan efisiensi penurunan
konsentrasi TSS dan BOD, serta meningkatkan stabilitas dan kehandalan proses
(Qasim 2000). Pada Gambar 4, BNR diawali dengan bak aerobik yang menerima
aliran air limbah dari unit sedimentasi primer dan aliran kembali dari unit-unit
pengolah lumpur. Selanjutnya, bak anoksik menerima aliran dari bak anaerobik
dan aliran kembali dari bak aerobik. Aliran air limbah masuk ke bak aerobik
untuk akhirnya dialirkan ke bak sedimentasi sekunder. Penurunan konsentrasi
nitrogen, fosfor dan BOD terjadi karena kandungan tersebut digunakan dalam
proses denitrifikasi oleh mikroorganisme pada bak anoksik (Grote 2010).
6
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan di PT. W Jakarta. Penelitian dilakukan dalam tiga
tahap, yaitu tahap pengambilan contoh uji di lapangan, tahap analisis karakteristik
air limbah di laboratorium, serta tahap perhitungan dan rancangan unit IPAL.
Seluruh tahap diselesaikan selama 4 bulan, dimuai pada bulan Maret hingga bulan
Juni 2013.
Alat dan Bahan Penelitian
Alat digunakan dalam penelitian ini, antara lain botol contoh uji 1 liter dan
500 ml, botol contoh uji kaca 1 liter, botol BOD, gayung, ember plastik, sarung
tangan, current meter, aerator, cooler box, kalkulator, alat tulis, serta seperangkat
laptop dengan Microsoft Office dan Auto Cad. Selain itu, peralatan laboratorium
lain diperlukan pula seperti DO meter, oven Memmert, BOD incubator, neraca
analitik, vacuum pump, dan alat-alat gelas (gelas piala, Erlenmeyer, corong kaca,
cawan). Bahan dalam penelitian ini adalah contoh uji air limbah PT. W, kertas
saring, serta bahan-bahan kimia yang digunakan pada analisis karakteristik air
limbah di laboratorium.
Tahapan Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan melalui beberapa tahapan seperti tertera pada
Gambar 5. Studi awal penelitian ini dilakukan dengan observasi lapang. Survei
dilakukan untuk mengetahui permasalahan air limbah serta pengolahan yang telah
dilakukan oleh PT. W. Kemudian, perumusan masalah perlu dilakukan dan
ditindaklanjuti dengan pengambilan contoh uji air limbah. Sampling air limbah
dilakukan selama 24 jam dan disertai pencatatan debit. Air limbah hasil sampling
dianalisis di laboratorium lingkungan Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
dan Laboratorium Pusat Penelitian Lingkungan Hidup (PPLH) IPB. Selanjutnya,
data karakteristik air limbah PT. W digunakan untuk pengolahan data dan
perhitungan unit-unit IPAL. Kajian literatur dilakukan selama analisis untuk
memperoleh kriteria rancangan setiap unit IPAL. Dimensi dan parameter lain hasil
perhitungan akan dibandingkan dengan kriteria rancangan. Apabila kriteria
rancangan telah sesuai maka gambar rancangan setiap unit dapat dibuat.
Prosedur Analisis Data
Analisis dilakukan terhadap hasil data karakteristik air limbah dan badan air
penerima dari laboratorium. Pengambilan contoh uji dilakukan pada tanggal 28
Maret 2013, pada pukul 11.00 WIB untuk contoh uji air limbah industri dan pukul
14.00 WIB untuk contoh uji badan air di sekitar kawasan industri. Contoh uji air
limbah dan badan air ini diuji sesuai dengan parameter dalam Peraturan Menteri
Negara Lingkungan Hidup Nomor 03 Tahun 2012 tentang Baku Mutu Air Limbah
Bagi Kawasan Industri.
7
Perumusan
masalah
Observasi lapang
Pengambilan contoh
uji air limbah dan
pencatatan debit
Kajian literatur
Analisis karakteristik
air limbah di
laboratorium
Data karakteristik
air limbah
Kriteria
rancangan setiap
unit IPAL
Tidak
Pengolahan data dan
perhitungan rancangan
Ya
Rancangan IPALdan
efektivitas pengolahan
biologis
Gambar rancangan
unit IPAL
Gambar 5 Diagram alir penelitian
Metode pengujian setiap parameter dilakukan sesuai dengan ketentuan
Standar Nasional Indonesia (SNI) untuk memperoleh data parameter kualitas air
limbah dan badan air. Kuantitas air limbah diketahui dari pemantauan debit
selama 2 minggu berturut-turut untuk mendapat perkiraan debit puncak serta
pengukuran debit setiap jam selama 24 jam pada perkiraan hari debit puncak.
Tabel 1 Parameter uji air limbah dan badan air
Karakteristik
Fisik
Kimia
Biologis
Parameter
Suhu, TSS
NO2, NO3, NH3, TP, H2S, pH, BOD, COD, MBAS (deterjen), Fenol,
Minyak dan Lemak, Pb, Cd, Cr, Cr6+, Zn, Cu, Ni.
Fecal coliform
Unit IPAL dirancang berdasarkan data karakteristik air limbah. Perhitungan
dilakukan sesuai dengan kriteria rancangan dari literatur. Pengolahan secara fisik
dan biologis digunakan pada rancangan IPAL. Data mengenai debit, kecepatan
aliran, konsentrasi Suspended Solids (SS) dan konsentrasi BOD air limbah
merupakan data yang sangat dibutuhkan dalam perhitungan dimensi unit.
8
Rancangan Unit IPAL
Dimensi setiap unit IPAL dihitung dengan mengikuti alur perhitungan dari
literatur berdasarkan data karakteristik air limbah laboratorium dan data
pencatatan debit. Kemudian hasil perhitungan dibandingkan dengan kriteria
rancangan. Jika telah sesuai atau memenuhi kriteria, gambar rancangan unit
tersebut dibuat. Berikut alur perhitungan setiap unit IPAL.
Gambar 6 Diagram alir perhitungan unit bak ekualiasasi
9
Gambar 7 Diagram alir perhitungan unit bar screen
10
Gambar 8 Diagram alir perhitungan grit chamber
11
Gambar 9 Diagram alir perhitungan unit sedimentasi primer
12
Gambar 10 Diagram alir perhitungan unit clarifier
13
Gambar 11 Diagram alir perhitungan unit desinfeksi
14
Gambar 12 Diagram alir perhitungan unit sludge thickener
15
Gambar 13 Diagram alir perhitungan unit sludge digester
16
HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambaran Umum Pengelolaan Air Limbah PT. W
Kegiatan produksi di PT. W menghasilkan jenis limbah cair dengan
karakteristiknya masing-masing. Air limbah dialirkan dan ditampung pada bak
penampung bernama pit. Pit merupakan bak beton di dalam tanah dengan ukuran
panjang 2.5 m, lebar 1.2 m dan berkedalaman 2 m. Enam belas buah pit terdapat
di areal pabrik PT. W. Air limbah dalam pit dipompa ke sebuah tangki berbentuk
kubus bernama IBC Tank dengan volume 1 m3. Tujuan pemompaan air limbah ke
tangki IBC ini untuk mengukur volume air limbah pada masing-masing proses
produksi serta mempermudah pengambilan contoh uji air limbah. Pada proses
produksi sabun pencuci, air limbah yang telah diukur dan disampling, diencerkan
dan masuk ke dalam mini IPAL. Air limbah hasil kegiatan produksi lainnya hanya
diencerkan lalu dibuang ke badan air melalui saluran tertutup dan terbuka. Dua
buah flowmeter terdapat di lapangan, tetapi belum dapat digunakan sesuai
fungsinya.
Tidak hanya limbah produksi, limbah domestik juga dihasilkan pada pabrik
ini. Limbah domestik diolah dengan prinsip overflow dalam tangki septik. Tangki
septik sebanyak 15 buah, masing-masing terdiri dari lapisan ijuk, pasir, dan batu.
Air limbah domestik hasil proses di dalam tangki septik dibuang ke badan air
melalui saluran terbuka. Dengan pengolahan tersebut, jumlah limbah domestik
tidak diketahui dengan pasti.
Unit pengolahan dalam mini IPAL adalah tangki equalizing, tangki aerasi,
clarifier, reservoir, silica sand filter, dan carbon filter. Air limbah hasil produksi
sabun cuci piring masuk ke mini IPAL setelah diencerkan dengan air bersih. Pada
proses aerasi, serbuk besi digunakan sebagai pengikat kontaminan dalam air
limbah. Serbuk besi yang telah mengikat bahan pencemar akan terpisah dengan
air pada proses filtrasi menggunakan pasir silika dan karbon aktif. Efluen dari
mini IPAL ini telah menunjukkan nilai di bawah baku mutu. Namun, terjadi
pemborosan air bersih karena penggunaan air pengencer cukup besar.
Karakteristik Air Limbah
Pemantauan kualitas air limbah produksi dilakukan oleh bagian quality
control dengan melakukan sampling masing-masing air limbah dalam tangki IBC.
Data kualitas air limbah yang dimiliki PT. W bukan kualitas air limbah tercampur
sehingga sampling lanjutan dilakukan untuk mengetahui kualitas campuran alir
limbah industri dan domestik untuk perencanaan IPAL. Hasil analisis karakteristik
air limbah tercampur dilihat pada Tabel 2.
17
Gambar 14 Titik lokasi pengambilan contoh uji air limbah
Tabel 2 Kualitas air limbah PT. W
No.
Parameter
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Suhu
Total Suspended Solid (TSS)
Nitrit (NO2)
Nitrat (NO3)
Amonia (NH3)
Total Fosfor (TP)
Sulfida (S)
Hidrogen Sulfida (H2S)
pH
Biochemical Oxygen
Demand (BOD)
Chemical Oxygen Demand
(COD)
Deterjen (MBAS)
Kadmium (Cd)
Krom (Cr)
Krom VI (Cr6+)
Nikel (Ni)
Seng (Zn)
Tembaga (Cu)
Timbal (Pb)
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Air
Limbah
33
342b
0.053
0.027
62.5b
8.28
8.09b
4.3
6.39
Air
Sungai
32.5
72.5
0.033
0.017
13.4
0.22
4.05
2.15
6.34
661b
123.37
mg/l
75
845.12b
186.82
mg/l
100
AIR LIMBAH INDUSTRI DENGAN PROSES BIOLOGIS
BIOLOGICAL NUTRIENT REMOVAL
RATNA KUSUMA DEWI
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Rancangan Instalasi
Pengolahan Air Limbah Industri Dengan Proses Biologis Biological Nutrient
Removal adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2014
Ratna Kusuma Dewi
NIM F44090050
ABSTRAK
RATNA KUSUMA DEWI. Rancangan Instalasi Pengolahan Air Limbah Industri
Dengan Proses Biologis Biological Nutrient Removal. Dibimbing oleh M
YANUAR JARWADI PURWANTO dan ALLEN KURNIAWAN.
Kegiatan industri yang menghasilkan limbah cair, berpotensi menimbulkan
pencemaran air di lingkungan apabila tidak diolah dengan sesuai. Penelitian ini
bertujuan menganalisis dan mengidentifikasi karakteristik limbah cair PT. W,
membuat rancangan unit IPAL yang sesuai, serta menganalisis efektivitas
penggunaan mikroba pada pengolahan biologis biological nutrient removal.
Metode pengujian serta baku mutu yang digunakan adalah SNI pengujian air
limbah, Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 03 Tahun 2010, dan
Keputusan Gubernur DKI Jakarta No. 582 Tahun 2005. Hasil analisis
menunjukkan bahwa nilai Total Suspended Solids (TSS), amonia (NH3),
Biochemical Oxygen Demand (BOD), Chemical Oxygen Demand (COD), Sulfida
(S), minyak dan lemak serta fecal coliform melampaui baku mutu sehingga perlu
diolah lebih lanjut. Rancangan unit IPAL yang digunakan adalah bak ekualisasi,
bak penampung, bar screen, grit chamber, sedimentasi primer, biological nutrient
removal, clarifier, desinfeksi, sludge thickener, sludge digester, dan sludge drying
bed. Biological nutrient removal merupakan unit pengolahan biologis suspended
growth yang dipilih karena unit dapat dirancang untuk menurunkan nilai BOD,
TSS, dan NH3 menjadi 10 mg/l, 10 mg/l, dan 1 mg/l. Tingkat efektivitas
penggunaan mikroorganisme dalam unit ini dapat diketahui dari persen penurunan
nilai parameter pencemar.
Kata kunci: air limbah, biological nutrient removal, IPAL
ABSTRACT
RATNA KUSUMA DEWI. Industrial Waste Water Treatment Plant Design with
Biological Nutrient Removal. Supervised by M YANUAR JARWADI
PURWANTO and ALLEN KURNIAWAN.
Industrial activities that produces waste water, causes water pollution if it
not treated properly. The research objectives were to analyze and identify PT. W
wastewater characteristic, to design an appropriate WWTP of PT. W and analyze
the effectiveness of microorganism at biological process biological nutrient
removal. The method used was based on SNI of wastewater analyzing, Regulation
of Minister of the Environment Number 03/2010, and DKI Jakarta‘s Governor
Regulation Number 582/2005. Result of the analysis showed TSS, NH3, S, BOD,
COD, oil and grease, and fecal coliform exceeded the threshold. The units that
used are equalization tank, bar screen, grit chamber, primary sedimentation,
biological nutrient removal (BNR), clarifier, disinfection, sludge thickener, sludge
digester, and sludge drying bed. Biological nutrient removal is suspended growth
biological process were chosen because it could remove BOD, TSS, and NH3
concentration into 10 mg/l, 10 mg/l, and 1 mg/l. The effectivity of microorganism
uses can be known by percent removal of indicator concentrations.
Keywords: biological nutrient removal, waste water, WWTP
RANCANGAN INSTALASI PENGOLAHAN
AIR LIMBAH INDUSTRI DENGAN PROSES BIOLOGIS
BIOLOGICAL NUTRIENT REMOVAL
RATNA KUSUMA DEWI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian ini ialah pengolahan air limbah, dengan judul Rancangan
Instalasi Pengolahan Air Limbah Industri Dengan Proses Biologis Biological
Nutrient Removal.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. M Yanuar Jarwadi
Purwanto M.S., IPM dan Bapak Allen Kurniawan S.T., M.T. selaku dosen
pembimbing yang telah memberikan arahan serta bimbingan dalam rangkaian
penelitian ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr. Ir. Arief
Sabdo Yuwono, M.Sc selaku ketua proyek rancangan IPAL PT. W. Terima kasih
juga penulis sampaikan kepada Ibu Ety Herwati, Dipl. Kim. atas bimbingannya
selama pengujian di laboratorium. Untuk orang tua dan keluarga atas perhatian,
kasih sayang, kesabaran serta dukungannya. Kepada Dade Anzac yang telah
memberikan perhatian dan dukungannya dalam segala hal, Monica Ade Ayu
Dewayani, Ratih Rachmawati, Kartika Adi Pratiwi, Arry Resti Rahayu, Lianitha
Kurniawati dan Rodearni Simarmata yang telah menemani dan menyemangati,
serta Anindya Sekar Putri, Rizka Amalia, Rissa Budiarti, Yunianti dan seluruh
teman-teman SIL‘46 atas semangat dan kebersamaannya selama ini. Penulis
mengharapkan kritik dan saran untuk memperbaiki kekurangan dalam laporan ini.
Semoga laporan tugas akhir ini bermanfaat bagi penelitian-penelitian selanjutnya
mengenai air limbah.
Bogor, September 2014
Ratna Kusuma Dewi
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR LAMPIRAN
ix
DAFTAR NOTASI
ix
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Karakteristik Limbah Cair
2
Sistem Pengolahan Limbah Cair
3
Pengolahan Biologis
5
METODE
6
Waktu dan Tempat Penelitian
6
Alat dan Bahan Penelitian
6
Tahapan Penelitian
6
Prosedur Analisis Data
6
Rancangan Unit IPAL
8
HASIL DAN PEMBAHASAN
16
Gambaran Umum Pengelolaan Air Limbah PT. W
16
Karakteristik Air Limbah
16
Kesetimbangan Massa dan Aliran Hidrolik Rancangan IPAL
18
Rancangan Unit IPAL
24
Efektivitas Penggunaan Mikroba dalam Pengolahan Biologis
46
SIMPULAN DAN SARAN
48
Simpulan
48
Saran
48
DAFTAR PUSTAKA
49
LAMPIRAN
51
RIWAYAT HIDUP
103
DAFTAR TABEL
1. Parameter uji air limbah dan badan air
2. Kualitas air limbah PT. W
3. Persamaan kesetimbangan debit aliran air limbah
4. Persamaan kesetimbangan padatan dan substrat air limbah
5. Hasil perhitungan kesetimbangan massa
6. Kriteria rancangan unit bak ekualisasi
7. Data fluktuasi debit, BOD, dan TSS air limbah 24 jam
8. Perhitungan volume tangki ekualisasi
9. Hasil perhitungan BOD dan TSS mass loading
10. Dimensi bak ekualisasi hasil perhitungan
11. Hasil perhitungan unit bak penampung
12. Kriteria rancangan unit bar screen
13. Hasil perhitungan unit bar screen
14. Kriteria rancangan unit grit chamber
15. Hasil perhitungan unit grit chamber
16. Kriteria rancangan unit sedimentasi primer
17. Karakteristik air limbah di unit sedimentasi primer
18. Hasil perhitungan unit sedimentasi primer
19. Kriteria rancangan unit BNR
20. Hasil perhitungan BNR
21. Kriteria rancangan unit sedimentasi sekunder
22. Hasil perhitungan unit clarifier
23. Hasil perhitungan unit desinfeksi
24. Kriteria rancangan unit sludge thickener
25. Karakteristik lumpur yang diolah unit sludge thickener
26. Hasil perhitungan unit sludge thickener
27. Kriteria rancangan unit sludge digester
28. Karakteristik lumpur menuju unit sludge digester
29. Hasil perhitungan unit sludge digester
30. Perhitungan rasio flux padatan
7
17
20
20
21
24
24
25
27
29
29
30
30
31
31
33
34
34
35
35
40
40
41
42
43
43
44
44
45
65
DAFTAR GAMBAR
1. Contoh alur pengumpulan dan pengolahan air limbah
2. Contoh gambar rancangan unit sedimentasi primer
3. Contoh gambar rancangan unit sedimentasi sekunder
4. Prinsip kerja BNR
5. Diagram alir penelitian
6. Diagram alir perhitungan unit bak ekualiasasi
7. Diagram alir perhitungan unit bar screen
8. Diagram alir perhitungan grit chamber
9. Diagram alir perhitungan unit sedimentasi primer
10. Diagram alir perhitungan unit clarifier
3
4
4
5
7
8
9
10
11
12
11. Diagram alir perhitungan unit desinfeksi
12. Diagram alir perhitungan unit sludge thickener
13. Diagram alir perhitungan unit sludge digester
14. Titik lokasi pengambilan contoh uji air limbah
15. Diagram alir kesetimbangan massa dengan BNR
16. Debit aliran pada setiap unit IPAL
17. Konsentrasi TSS setiap unit pengolahan
18. Grafik volume bak ekualisasi
19. Grafik BOD mass loading sebelum dan sesudah ekualisasi
20. Grafik TSS mass loading sebelum dan sesudah ekualisasi
21. Pola hidup mikroorganisme
22. Kurva flux padatan terhadap konsentrasi padatan
13
14
15
17
19
23
24
26
28
28
47
65
DAFTAR LAMPIRAN
1. Diagram alir perhitungan unit BNR
2. Contoh perhitungan unit IPAL
3. Gambar rancangan unit ekualisasi
4. Gambar rancangan bak penampung
5. Gambar rancangan unit bar screen
6. Gambar rancangan unit grit chamber
7. Gambar rancangan unit sedimentasi primer
8. Gambar rancangan unit biological nutrient removal
9. Gambar rancangan unit clarifier
10. Gambar rancangan unit desinfeksi
11. Gambar rancangan unit sludge thickener
12. Gambar rancangan unit sludge digester
13. Gambar rancangan unit sludge drying bed
14. Lay out IPAL PT. W
DAFTAR NOTASI
A
Ar
As
BODt
BOD5
Cd
d
D
Fb
g
h
H
Luas permukaan (m2)
Suplai udara yang dibutuhkan pada grit chamber (L/ det m)
Suplai udara pada grit chamber (l/det m)
Konsentrasi BOD saat t (mg/l)
Konsentrasi BOD 5 hari (mg/l)
Koefesien debit = 0.6
Kedalaman (m)
Diameter (m)
Freeboard (m)
Konstanta percepatan gravitasi = 9.81 m/det 2
Ketinggian bar (mm)
Head di notch (cm)
51
52
71
73
74
77
80
85
90
93
95
97
100
102
HL
Kb
Kd
Ke
l
Lc
LL
P
Q
Qt
Qt-1
Qw
td
tn
T
TVS
u
v
V
Vic
Voc
Vki
Vko
Vsc
Vsp
W
WL
y2
z
Z
Headloss (m)
Kapasitas blower
Kapasitas difusser
Koefisien efisiensi bar screen
Lebar bar
Total lebar bukaan bar
Lebar launder (m)
Panjang (m)
Debit aliran (m/det)
Debit aliran pada saat t (m/ det)
Debit aliran pada saat t-1 (m/det)
Debit di weir (m/ det)
Waktu detensi (jam, hari, menit)
Waktu paparan (det)
Suhu air limbah ( C
̊ )
Konsentrasi Total Volatile Solids (mg/l)
Kecepatan aliran unit desinfeksi (cm/det)
Kecepatan aliran (m/det)
Volume (m3)
Volume air limbah yang masuk dalam bak ekualisasi saat ini (m3)
Volume air limbah yang keluar dari bak ekualisasi saat ini (m3)
Volume kumulatif inlet (m3)
Volume kumulatif outlet (m3)
Volume bak ekualisasi pada akhir periode waktu (m3)
Volume bak ekualisasi pada periode sebelumnya (m3)
Daya lampu UV (watt)
Weir loading rate
Kedalaman air di efluen launder (m)
Datum (m)
Panjang busur lampu desinfeksi (cm)
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Salah satu penyebab pencemaran air saat ini disebakan oleh perkembangan
sektor industri yang menghasilkan limbah berwujud cair. Kondisi tersebut dapat
dicegah dan ditanggulangi dengan membangun Instalasi Pengolahan Air Limbah
(IPAL) untuk mengolah air limbah sebelum dibuang ke badan air. Unit-unit IPAL
dalam setiap industri berbeda, tergantung pada karakteristik limbah hasil dari
kegiatan industri tersebut.
PT. W di Jakarta merupakan sebuah perusahaan penyedia produk perawatan
tubuh dan cairan pencuci piring dengan nilai parameter Chemical Oxygen
Demand (COD) tinggi. Nilai parameter tersebut mempengaruhi kandungan
oksigen terlarut pada badan air tercemar air limbah. Kandungan oksigen menjadi
sangat rendah dan akhirnya merusak habitat mikroorganisme dalam air sehingga
mempengaruhi kesehatan makhluk hidup yang memanfaatkan air tersebut. Hingga
kini, unit pengolahan air limbah belum didirikan sehingga hampir sebagian besar
air limbah langsung dibuang ke badan air. Penelitian ini dilakukan untuk
menentukan opsi unit pengolahan yang sesuai dengan karakteristik air limbah dan
kriteria rancangan unit terpilih, mengetahui mekanisme proses pengolahan, serta
merancang unit pengolahan berupa kalkulasi dan gambar rancangan.
Salah satu unit yang dirancang berupa pengolahan biologis. Pengolahan ini
memanfaatkan aktivitas mikroorganisme untuk mendegradasi senyawa polutan
pada air limbah. Pengolahan biologis dipandang sebagai pengolahan sekunder
paling murah dan efisien dibandingkan dengan pengolahan secara fisik dan kimia.
Secara umum, pengolahan biologis terbagi menjadi dua jenis yaitu suspended
growth dan attached growth. Metode suspended growth menumbuhkan
mikroorganisme dalam keadaan tersuspensi pada lumpur, sedangkan metode
attached growth dibutuhkan media pelekatan pada pengembangan
mikroorganisme. Pengolahan biologis Biological Nutrient Removal (BNR)
merupakan salah satu unit dalam metode suspended growth. Pemilihan suspended
growth sebagai pengolahan biologis pada perencanaan unit IPAL PT. W
dilakukan dengan pertimbangan kemudahan pengoperasian dan uji efektivitas
mikroorganisme, serta rancangan reaktor lebih sederhana.
Perumusan Masalah
Beberapa permasalahan yang dapat dirumuskan dalam pelaksanaan
penelitian ini:
1.
Bagaimana karakteristik air limbah yang dihasilkan oleh PT W?
2.
Apa saja unit pengolahan yang sesuai dengan karakteristik air limbah PT W
serta bagaimana rancangan dimensinya?
3.
Bagaimana efektivitas penggunaan mikroba pada pengolahan biologi
suspended growth dalam menurunkan konsentrasi pencemar?
2
Tujuan Penelitian
1.
2.
3.
Tujuan penelitian ini:
Menganalisis karakteristik limbah cair PT. W.
Membuat rancangan unit IPAL yang melibatkan pengolahan biologis
suspended growth PT. W, serta penurunan BOD, COD dan TSS di tiap unit
IPAL.
Menganalisis efektivitas mikroorganisme pengolahan biologis suspended
growth air limbah PT. W, melalui kajian literatur.
Manfaat Penelitian
1.
2.
Manfaat dari penelitian ini :
Memberikan referensi terperinci kepada PT. W berupa input kalkulasi dan
rancangan unit pengolahan sebagai acuan dalam melakukan konstruksi IPAL.
Mengetahui mekanisme proses degradasi polutan dan efektivitas
penggunaan mikroorganisme dalam pengolahan biologis.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup dari penelitian ini diawali dengan kajian gambaran umum
daerah perencanaan, pengukuran debit air limbah yang masuk ke dalam IPAL,
menganalisa karakteristik air limbah. Kemudian, penentuan kriteria rancangan
pengolahan dilakukan berdasarkan karakteristik air limbah untuk menghasilkan
perhitungan rancangan unit IPAL dan disertai adanya gambar perencanaan. Pada
pengolahan biologis terpilih, kajian literatur dilakukan untuk mengetahui
efektivitas penggunaan mikroorganisme.
TINJAUAN PUSTAKA
Karakteristik Limbah Cair
Penentuan unit dalam IPAL didasarkan pada karakteristik air limbah.
Karakteristik air limbah digambarkan oleh nilai setiap parameter yang dalam air
limbah dan menggambarkan tingkat toksisitas limbah tersebut. Secara garis besar,
karakteristik air limbah digolongkan menjadi karakteristik fisik, kimia dan biologi
(Tchobanoglous 2003). Sifat fisik air limbah dapat diketahui dengan melihat nilai
dari suhu, jumlah padatan (tersuspensi dan terlarut), warna, bau. Karakteristik
kimia terdiri dari nilai kandungan oksigen, COD, pH, Biochemical Oxygen
Demand (BOD), logam berat, fenol, nitrit, nitrat, total fosfor (TP), Methylene Blue
Active Substances (MBAS), total nitrogen (TN), dan hydrogen (H2S). Sifat-sifat
kimia ini menggambarkan mutu air buangan suatu industri. Selain sifat kimia,
sifat biologi dari air limbah juga menjadi tolak ukur tingkat toksisitasnya.
Karakteristik biologis menggambarkan jumlah dan jenis mikroorganisme dalam
air limbah serta dampaknya terhadap lingkungan, apabila air limbah dilepas ke
badan air tanpa diolah (Siregar 2005).
3
Sistem Pengolahan Limbah Cair
Pengolahan limbah dengan memanfaatkan teknologi pengolahan dilakukan
melalui proses fisika, kimia, dan biologis atau gabungan ketiga proses tersebut.
Berdasarkan sistem unit operasinya, teknologi pengolahan limbah diklasifikasikan
menjadi unit operasi fisik, unit operasi kimia dan unit operasi biologi, sedangkan
bila dilihat dari tingkatan perlakuan pengolahan maka sistem pengolahan limbah
diklasifikasi menjadi pre treatment, primary treatment system, secondary
treatment system, serta tertiary treatment system. Setiap tingkatan treatment
terdiri pula atas sub-sub treatment yang berbeda (Sugiharto 1987) .
Gambar 1 Contoh alur pengumpulan dan pengolahan air limbah
Sumber: Spellman 2009
Fase pengolahan pendahuluan berfungsi untuk memisahkan padatan kasar,
mengurangi ukuran padatan, memisahkan minyak atau lemak, serta menyetarakan
fluktuasi aliran limbah pada bak penampung. Menurut Burton (1991), unit-unit
dalam pengolahan pendahuluan ini antara lain, saringan (bar screen), pencacah
(communitor), bak penangkap pasir (grit chamber), penangkap lemak dan minyak
(skimmer and grease trap), dan bak penyetaraan (equlization basin). Setelah
melalui pengolahan pendahuluan, air limbah masuk ke dalam unit pengolahan
pertama (primary treatment). Fase pengolahan ini bertujuan mengurangi
kandungan padatan tersuspensi melalui proses pengendapan. Dalam unit ini,
efisiensi penurunan konsentrasi BOD dapat mencapai 35%, sedangkan Total
Suspended Solid (TSS) berkurang hingga 60%. Penurunan kandungan BOD dan
SS pada tahap awal ini akan membantu mengurangi beban pengolahan tahap
kedua. Selanjutnya, air limbah melalui pengolahan kedua berupa proses biologis.
Dalam proses ini, kandungan oksigen atau Dissolved Oxygen (DO) dalam air
limbah sangat diperlukan bagi mikroorganisme aerobik dalam aktivitas
mendegradasi pencemar. Selain DO, stabilitas pH dan temperatur juga sangat
berpengaruh dalam perkembangbiakan mikroorganisme (Tchobanoglous 2003).
4
Apabila hasil keluaran dari pengolahan terdahulu masih mengandung zat
berbahaya tertentu, pengolahan tersier perlu ditambahkan. Pengolahan tambahan
bersifat khusus atau spesifik, tergantung pada zat yang ingin dihilangkan. Unit
yang biasanya digunakan dalam tahap pengolahan tersier adalah saringan pasir,
desinfeksi dan pengolahan lanjut.
Gambar 2 Contoh gambar rancangan unit sedimentasi primer
Sumber: Tchobanoglous 2003
Gambar 3 Contoh gambar rancangan unit sedimentasi sekunder
Sumber: Tchobanoglous 2003
5
Pengolahan Biologis
Terdapat dua jenis pengolahan biologis, yaitu attached growth dan
suspended growth. Attached growth merupakan metode pengolahan biologis
menggunakan media pelekatan bagi mikroorganisme yang akan mengurai
senyawa pencemar menjadi zat lebih sederhana dan tidak berbahaya, sedangkan
suspended growth adalah pengolahan biologis tanpa media pelekatan, atau dengan
kata lain, mikroorganisme tersuspensi merata dalam air limbah. Unit-unit
pengolah jenis suspended growth, antara lain Sequencing Batch Reactor (SBR),
Aerated Lagoon, Activated Sludge dan Biological Nutrient Removal (BNR)
(Tchobanoglous 2003; Qasim 2000).
Gambar 4 Prinsip kerja BNR
Sumber: Qasim 2000
BNR adalah jenis pengolahan biologis suspended growth juga merupakan
gabungan proses anaerobik, anoksik dan aerobik. Dalam satu rangkaian, unit
terdiri dari bak anaerobik, bak anoksik, dan bak aerobik dilengkapi dengan
diffuser penyuplai udara. Unit ini mampu mereduksi kandungan total nitrogen,
total fosfor, BOD, dan TSS. Kelebihan BNR dibandingkan dengan unit
pengolahan biologis lain adalah biaya menghilangkan fosfor dan nitrogen murah,
lebih hemat dalam mengurangi kapasitas aerasi, jumlah lumpur lebih sedikit,
terbebas dari biaya pengolahan kimiawi, meningkatkan efisiensi penurunan
konsentrasi TSS dan BOD, serta meningkatkan stabilitas dan kehandalan proses
(Qasim 2000). Pada Gambar 4, BNR diawali dengan bak aerobik yang menerima
aliran air limbah dari unit sedimentasi primer dan aliran kembali dari unit-unit
pengolah lumpur. Selanjutnya, bak anoksik menerima aliran dari bak anaerobik
dan aliran kembali dari bak aerobik. Aliran air limbah masuk ke bak aerobik
untuk akhirnya dialirkan ke bak sedimentasi sekunder. Penurunan konsentrasi
nitrogen, fosfor dan BOD terjadi karena kandungan tersebut digunakan dalam
proses denitrifikasi oleh mikroorganisme pada bak anoksik (Grote 2010).
6
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan di PT. W Jakarta. Penelitian dilakukan dalam tiga
tahap, yaitu tahap pengambilan contoh uji di lapangan, tahap analisis karakteristik
air limbah di laboratorium, serta tahap perhitungan dan rancangan unit IPAL.
Seluruh tahap diselesaikan selama 4 bulan, dimuai pada bulan Maret hingga bulan
Juni 2013.
Alat dan Bahan Penelitian
Alat digunakan dalam penelitian ini, antara lain botol contoh uji 1 liter dan
500 ml, botol contoh uji kaca 1 liter, botol BOD, gayung, ember plastik, sarung
tangan, current meter, aerator, cooler box, kalkulator, alat tulis, serta seperangkat
laptop dengan Microsoft Office dan Auto Cad. Selain itu, peralatan laboratorium
lain diperlukan pula seperti DO meter, oven Memmert, BOD incubator, neraca
analitik, vacuum pump, dan alat-alat gelas (gelas piala, Erlenmeyer, corong kaca,
cawan). Bahan dalam penelitian ini adalah contoh uji air limbah PT. W, kertas
saring, serta bahan-bahan kimia yang digunakan pada analisis karakteristik air
limbah di laboratorium.
Tahapan Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan melalui beberapa tahapan seperti tertera pada
Gambar 5. Studi awal penelitian ini dilakukan dengan observasi lapang. Survei
dilakukan untuk mengetahui permasalahan air limbah serta pengolahan yang telah
dilakukan oleh PT. W. Kemudian, perumusan masalah perlu dilakukan dan
ditindaklanjuti dengan pengambilan contoh uji air limbah. Sampling air limbah
dilakukan selama 24 jam dan disertai pencatatan debit. Air limbah hasil sampling
dianalisis di laboratorium lingkungan Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
dan Laboratorium Pusat Penelitian Lingkungan Hidup (PPLH) IPB. Selanjutnya,
data karakteristik air limbah PT. W digunakan untuk pengolahan data dan
perhitungan unit-unit IPAL. Kajian literatur dilakukan selama analisis untuk
memperoleh kriteria rancangan setiap unit IPAL. Dimensi dan parameter lain hasil
perhitungan akan dibandingkan dengan kriteria rancangan. Apabila kriteria
rancangan telah sesuai maka gambar rancangan setiap unit dapat dibuat.
Prosedur Analisis Data
Analisis dilakukan terhadap hasil data karakteristik air limbah dan badan air
penerima dari laboratorium. Pengambilan contoh uji dilakukan pada tanggal 28
Maret 2013, pada pukul 11.00 WIB untuk contoh uji air limbah industri dan pukul
14.00 WIB untuk contoh uji badan air di sekitar kawasan industri. Contoh uji air
limbah dan badan air ini diuji sesuai dengan parameter dalam Peraturan Menteri
Negara Lingkungan Hidup Nomor 03 Tahun 2012 tentang Baku Mutu Air Limbah
Bagi Kawasan Industri.
7
Perumusan
masalah
Observasi lapang
Pengambilan contoh
uji air limbah dan
pencatatan debit
Kajian literatur
Analisis karakteristik
air limbah di
laboratorium
Data karakteristik
air limbah
Kriteria
rancangan setiap
unit IPAL
Tidak
Pengolahan data dan
perhitungan rancangan
Ya
Rancangan IPALdan
efektivitas pengolahan
biologis
Gambar rancangan
unit IPAL
Gambar 5 Diagram alir penelitian
Metode pengujian setiap parameter dilakukan sesuai dengan ketentuan
Standar Nasional Indonesia (SNI) untuk memperoleh data parameter kualitas air
limbah dan badan air. Kuantitas air limbah diketahui dari pemantauan debit
selama 2 minggu berturut-turut untuk mendapat perkiraan debit puncak serta
pengukuran debit setiap jam selama 24 jam pada perkiraan hari debit puncak.
Tabel 1 Parameter uji air limbah dan badan air
Karakteristik
Fisik
Kimia
Biologis
Parameter
Suhu, TSS
NO2, NO3, NH3, TP, H2S, pH, BOD, COD, MBAS (deterjen), Fenol,
Minyak dan Lemak, Pb, Cd, Cr, Cr6+, Zn, Cu, Ni.
Fecal coliform
Unit IPAL dirancang berdasarkan data karakteristik air limbah. Perhitungan
dilakukan sesuai dengan kriteria rancangan dari literatur. Pengolahan secara fisik
dan biologis digunakan pada rancangan IPAL. Data mengenai debit, kecepatan
aliran, konsentrasi Suspended Solids (SS) dan konsentrasi BOD air limbah
merupakan data yang sangat dibutuhkan dalam perhitungan dimensi unit.
8
Rancangan Unit IPAL
Dimensi setiap unit IPAL dihitung dengan mengikuti alur perhitungan dari
literatur berdasarkan data karakteristik air limbah laboratorium dan data
pencatatan debit. Kemudian hasil perhitungan dibandingkan dengan kriteria
rancangan. Jika telah sesuai atau memenuhi kriteria, gambar rancangan unit
tersebut dibuat. Berikut alur perhitungan setiap unit IPAL.
Gambar 6 Diagram alir perhitungan unit bak ekualiasasi
9
Gambar 7 Diagram alir perhitungan unit bar screen
10
Gambar 8 Diagram alir perhitungan grit chamber
11
Gambar 9 Diagram alir perhitungan unit sedimentasi primer
12
Gambar 10 Diagram alir perhitungan unit clarifier
13
Gambar 11 Diagram alir perhitungan unit desinfeksi
14
Gambar 12 Diagram alir perhitungan unit sludge thickener
15
Gambar 13 Diagram alir perhitungan unit sludge digester
16
HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambaran Umum Pengelolaan Air Limbah PT. W
Kegiatan produksi di PT. W menghasilkan jenis limbah cair dengan
karakteristiknya masing-masing. Air limbah dialirkan dan ditampung pada bak
penampung bernama pit. Pit merupakan bak beton di dalam tanah dengan ukuran
panjang 2.5 m, lebar 1.2 m dan berkedalaman 2 m. Enam belas buah pit terdapat
di areal pabrik PT. W. Air limbah dalam pit dipompa ke sebuah tangki berbentuk
kubus bernama IBC Tank dengan volume 1 m3. Tujuan pemompaan air limbah ke
tangki IBC ini untuk mengukur volume air limbah pada masing-masing proses
produksi serta mempermudah pengambilan contoh uji air limbah. Pada proses
produksi sabun pencuci, air limbah yang telah diukur dan disampling, diencerkan
dan masuk ke dalam mini IPAL. Air limbah hasil kegiatan produksi lainnya hanya
diencerkan lalu dibuang ke badan air melalui saluran tertutup dan terbuka. Dua
buah flowmeter terdapat di lapangan, tetapi belum dapat digunakan sesuai
fungsinya.
Tidak hanya limbah produksi, limbah domestik juga dihasilkan pada pabrik
ini. Limbah domestik diolah dengan prinsip overflow dalam tangki septik. Tangki
septik sebanyak 15 buah, masing-masing terdiri dari lapisan ijuk, pasir, dan batu.
Air limbah domestik hasil proses di dalam tangki septik dibuang ke badan air
melalui saluran terbuka. Dengan pengolahan tersebut, jumlah limbah domestik
tidak diketahui dengan pasti.
Unit pengolahan dalam mini IPAL adalah tangki equalizing, tangki aerasi,
clarifier, reservoir, silica sand filter, dan carbon filter. Air limbah hasil produksi
sabun cuci piring masuk ke mini IPAL setelah diencerkan dengan air bersih. Pada
proses aerasi, serbuk besi digunakan sebagai pengikat kontaminan dalam air
limbah. Serbuk besi yang telah mengikat bahan pencemar akan terpisah dengan
air pada proses filtrasi menggunakan pasir silika dan karbon aktif. Efluen dari
mini IPAL ini telah menunjukkan nilai di bawah baku mutu. Namun, terjadi
pemborosan air bersih karena penggunaan air pengencer cukup besar.
Karakteristik Air Limbah
Pemantauan kualitas air limbah produksi dilakukan oleh bagian quality
control dengan melakukan sampling masing-masing air limbah dalam tangki IBC.
Data kualitas air limbah yang dimiliki PT. W bukan kualitas air limbah tercampur
sehingga sampling lanjutan dilakukan untuk mengetahui kualitas campuran alir
limbah industri dan domestik untuk perencanaan IPAL. Hasil analisis karakteristik
air limbah tercampur dilihat pada Tabel 2.
17
Gambar 14 Titik lokasi pengambilan contoh uji air limbah
Tabel 2 Kualitas air limbah PT. W
No.
Parameter
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Suhu
Total Suspended Solid (TSS)
Nitrit (NO2)
Nitrat (NO3)
Amonia (NH3)
Total Fosfor (TP)
Sulfida (S)
Hidrogen Sulfida (H2S)
pH
Biochemical Oxygen
Demand (BOD)
Chemical Oxygen Demand
(COD)
Deterjen (MBAS)
Kadmium (Cd)
Krom (Cr)
Krom VI (Cr6+)
Nikel (Ni)
Seng (Zn)
Tembaga (Cu)
Timbal (Pb)
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Air
Limbah
33
342b
0.053
0.027
62.5b
8.28
8.09b
4.3
6.39
Air
Sungai
32.5
72.5
0.033
0.017
13.4
0.22
4.05
2.15
6.34
661b
123.37
mg/l
75
845.12b
186.82
mg/l
100