1 DDA3523 Kejuruteraan Alam Sekitar (Environmental Engineering)

DDA3523 Kejuruteraan Alam Sekitar (Environmental Engineering)
Bab 7- Air Sisa (Waste Water)
7.1 Sumber (Sources)
1) Domestik
a) Air sisa rumah
b) Perdagangan
c) Institusi
d) Rekreasi
2) Industri/kilang
3) Air penyusupan (Infiltration) – dari permukaan tanah dan air bumi
4) Air hujan (Stormwater runoff)
7.2 Pengumpulan Air Sisa
Pembetung (sewer) – Talian paip atau saluran yang direkabentuk dan digunakan untuk menyalur efluen
atau air sisa.
Sistem pembetungan (sewerage system) – Satu sistem yang menghubungkan pembetung dan kesemua
struktur lain bagi tujuan pengumpulan, pengangkutan, dan pengepaman efluen termasuk loji olahan.
7.2.1 Jenis-jenis pembetung
1. Pembetung berasingan (separate sewer)
a) Pembetung sanitari (sanitary sewer) – mengangkut kumbahan domestic, air sisa industry, dan
air penyusupan untuk olahan.
b) Pembetung air hujan (stormwater sewer) – mengangkut air larian permukaan dan air

penyusupan ke sungai tanpa olahan.
Kebaikan

:

Kelemahan

:

Saiz paip kecil; sesuai untuk kawasan yang mempunyai taburan hujan yang tidak
seragam. Kuantiti kumbahan untuk olahan kecil; kos olahan rendah.
Pembinaan sukar dan mahal. Perlu menyenggara dua jenis pembetung.

2. Pembetung bergabung (combined sewer) - Air sisa domestic, industry, air penyusupan, dan air hujan
diangkut dalam pembetung yang sama.
Kebaikan
Kelemahan

:
:

Sesuai untuk jalanraya sempit. Kos pembinaan dan penyenggaraan rendah.
Rekabentuk terperinci kerana sifat/kuantiti air hujan dan air sisa domestic tidak
sama. Kuantiti kumbahan untuk olahan tinggi.

Lihat Rajah 7.1.
7.2.2 Asas reka bentuk pembetung
1. Reka bentuk bergantung kepada jenis atau kegunaan pembetung.
2. Untuk menganggar kadar alir air sisa domestic, anggaran 80-90% daripada penggunaan air digunakan
atau nilai reka bentuk 225 liter seorang sehari. Bagi kadar alir air larian permukaan, guna Kaedah
1

Rasional (Q = C·i·A) digunakan dengan A = luas permukaan tadahan, i = keamatan hujan (dari Lengkung
I-D-F), dan C = pekali bagi jenis permukaan.
Air sisa industry (pengasingan dan pra-olahan)
Air penyusupan
Air sisa domestic & perdagangan
Saliran daripada permukaan
Saliran daripada permukaan
Air sisa industry (pengasingan dan pra-olahan)

Air penyusupan
Air sisa domestic & perdagangan

Pembetung sanitari

Loji olahan

Pembetung air hujan

Pembetung bergabung
Loji olahan

Rajah 7.1 Sistem pengumpulan air sisa
3. Aliran adalah menurut graviti pada tekanan udara. Direka bentuk untuk aliran separa penuh dan
sebagai saluran terbuka.
4. Penentuan saiz paip : guna rumus Manning, Q =

(n = 0.013 paip baru, 0.015 paip tua)

5. Jenis bahan : simen asbestos, konkrit tetulang, PVC (polivinil klorida), vitrified clay. Saiz minimum

200 mm.
6. Halaju minimum 0.8 m/s. Halaju maksimum 4.0 m/s.
7. Betung lazim ditanam mengikut kecerunan bumi. Sekiranya tanah terlalu rata. Kecerunan minimum
diperlukan.
Lurang (manholes) – Ruang pengawasan untuk kerja-kerja pembiakan pada betung. Disediakan pada:
• Setiap persimpanan
• Setiap perubahan saiz dan kecerunan pada pembetung
• Setiap perubahan arah pada pembetung yang berdiameter > 600mm
• Juga pada jarak melebihi 100m bagi pembetung berdiameter < 200mm, dan pada jarak 150m bagi
pembetung berdiameter > 450mm.
7.3 Analisis Air Sisa
Air sisa dianalisis menggunakan parameter-parameter tertentu yang dapat memberi maklumat mengenai
kekuatan (strength) bahan pencemar dalam air sisa. Proses atau kaedah rawatan yang dipilih hendaklah
menghasilkan efluen yang mematuhi piawai yang terkandung di dalam Peraturan-Peraturan Kualiti Alam
Sekeliling (Kumbahan dan Efluen-Efluen Perindustrian) 1979. Berdasarkan maklumat ini, kaedah dan
tahap olahan yang diperlukan dikenal pasti.
Kekuatan Kumbahan
Parameter air sisa yang lazim ialah SS (suspended solids), BOD (biological oxygen demand), COD
(chemical oxygen demand), dan Nitrogen ammonia. Kekuatan kumbahan (air sisa) boleh dinyatakan
dengan:

2

(i) Kepekatan bahan pencemar BOD, SS (unit: mg/L)
(ii) Beban organik (Beban BOD = Q (L/hari) × BOD (mg/L) = unit g atau kg BOD/hari
(iii) Beban organik per kapita (unit: g BOD seorang sehari atau per kaptia sehari)
= Beban BOD / bilangan penduduk
[Maksud “per kapita” = “seorang”]
Di Malaysia, reka bentuk sistem pembetungan adalah berdasarkan Code of Practice for Design and
Installation of Sewerage Systems (MS 1228:1991). Untuk tujuan reka bentuk, BOD per kapita ialah 55
g/hari dan SS per kapita ialah 68 g/hari.
Kesetaraan populasi/penduduk (Population Equivalent, PE)
Kaedah menyatakan kekuatan air sisa industri atau lain-lain dalam jumlah BOD yang setara dengan
kekuatan air sisa domestik daripada seorang penduduk. Contoh, BOD dari air sisa industri dengan nilai
kesetaraan populasi 1000 (PE=1000) adalah bersamaan dengan BOD daripada 1000 orang.
Contoh,
1 rumah = 5 PE (5 orang)
100m2 luasan komersial = 3 PE
1 katil hospital = 4 PE

7.4 Olahan Air Sisa

Air sisa diolah atau dirawat untuk mengurangkan penyebaran penyakit oleh organism patogen dan
mencegah pencemaran air permukaan dan air bumi.
7.4.1 Jenis Olahan
Olahan fizikal / primer (1°)
Penggunaan alat atau struktur seperti skrin dan tangki pengenapan untuk menyingkirkan bahan pencemar
yang kasar seperti sampah, pasir, dan pepejal terampai. (Figure 5-6)
Olahan biologi / sekunder (2°)
Penukaran bahan organik terlarut secara anaerobik (tanpa O2) atau aerobik (dengan O2) oleh bakteria ke
bentuk biojisim/sel-sel bakteria (biomass) dan sebatian stabil seperti karbon dioksida (CO 2), air (H2O),
nitrat (NO3), fosfat (PO4), hidrogen sulfida (H2S), metana (CH4), dan lain-lain. Biojisim perlu dienapkan
di dalam tangki pengenapan.
Olahan lanjutan
Penyingkiran nutrient dan pepejal terampai secara fizikal menggunakan penuras/penapis dan bahan kimia.
Lihat Rajah 4.2 Kaedah Olahan

3

7.5 Unit-Unit Olahan
7.5.1 Tangki septik
1. Tangki pengenapan yang kecil dan ditutup. Diperbuat daripada konkrit, berbentuk segi empat tepat.

Ada bolong udara untuk gas keluar dan lurang untuk kerja-kerja pemeriksaan.
2. Masa tahanan (detention time) : 24-48 jam. Masa tahanan minimum : 24 jam.
3. Enap cemar yang terkumpul diurai secara anaerobik. Bau (H 2 S) dibebaskan. Pembuangan enap cemar
seeloknya dilakukan selang dua hingga lima tahun (2-5 years).
4. Kecekapan : Menyingkirkan lebih kurang 60-70% pepejal dan 30-40% BOD.
5. Efluen perlu diolah. Kaedah:
(i) tapak penuras (filter bed) dan pengairan bawah tanah;
(ii) alirkan ke kolam pengoksidaan atau ke sistem pembetungan berpusat.
Kebaikan tangki septik
1. Mudah dibina; murah; tidak perlu kemahiran; tiada masalah penyenggaraan kecuali semasa
pembuangan enap cemar.
2. Boleh mengurangkan SS dan BOD sekiranya tangki berfungsi dengan betul.
3. Kuantiti enap cemar kurang disebabkan pencernaan (digestion) secara anaerobik.
4. Sesuai untuk kegunaan rumah sendiri, sekolah, dan kawasan terpencil.
Kelemahan tangki septik
1. Bila tidak berfungsi betul, efluen lebih kotor daripada influen.
2. Prestasi susah dianggarkan dan tidak sekata.
3. Mengeluarkan bau. Pembuangan enap cemar agak sukar.
4

Rekabentuk Tangki Septik
V1 = Q·t
V2 = (kadar pengumpulan enap cemar) × (bilangan pengguna) × (masa pembuangan enap cemar)
dengan
Q = kadar alir air sisa
t = masa tahanan
kadar pengumpulan enap cemar = 0.04 m3 seorang setahun
masa pembuangan enap cemar = 2 – 5 tahun
Vjumlah = V1 + V2
Vjumlah = As × h

V1

dengan
As = luas permukaan tangki
h = ukur dalam tangki (1.2 hingga 1.8 m)
Panjang:Lebar = 2:1 – 3:1
Lambung bebas (free board) = 0.3m
hsebenar = (ukur dalam) + (lambung bebas)

V2

7.5.2 Kolam pengoksidaan/Kolam penstabilan sisa
1. Kolam luas dan cetek. Lapisan tak telap air di bahagian bawah kolam terdiri daripada tanah liat yang
dimampatkan, asfalt/bitumen, atau politen.
2. Masa tahanan minimum : 10-15 hari.
3. Ukur dalam, D = 1.0 – 1.5 m. Di kawasan yang mempunyai kadar penyejatan tinggi, D = 1.5 – 2.0 m.
4. Nisbah, pangjang:lebar = 2:1 – 3:1.
5. Jenis:

(a) anaerobik
(b) fakultatif (paling lazim)
(c) aerobik (maturasi).

6. Kolam anaerobik : Direkabentuk untuk menerima beban organik yang tinggi. Digunakan sebagai
praolahan (pre-treatment) dan lazim disusuli dengan kolam fakultatif atau aerobik.
7. Kolam fakultatif : Penguraian bahan organik secara aerobik berlaku di bahagian atas kolam dan
anaerobik di bahagian bawah (Lihat Rajah 4.3 dan Figure 5-21). Bakteria, protozoa, dan alga merupakan
penghuni utama kolam. Bakteria menguraikan bahan organik membentuk CO 2, H2O, nitrat (NO3), sulfat
(SO4), dan fosfat (PO4). Nitrat dan fosfat menjadi sumber makanan kepada alga yang menggunakan CO 2

untuk proses fotosintesis dengan adanya cahaya. Oksigen yang terhasil dari fotosintesis digunakan pula
oleh bakteria untuk menguraikan bahan organik.

5

8. Kolam maturasi (aerobik) : Bersifat aerobik dan digunakan untuk membaiki kualiti efluen daripada
kolam yang sebelumnya. Fungsi utama ialah menyingkirkan patogen.
9. Kecekapan penyingkiran bahan cemar bertambah dengan penambahan bilangan kolam.
10. Faktor penting:
(a) Angin dan haba : Memastikan percampuran alga, BOD, dan DO (oksigen terlarut). Tanpa ini,
penstrataan terma berlaku iaitu satu keadaan dimana suhu air di kolam terbahagi kepada dua lapisan
(temperature stratification).
(b) Cahaya : Membenarkan alga melakukan fotosintesis dan membebaskan oksigen (O 2).
11. Pembuangan enap cemar : 10 – 15 tahun. Kos dan penyenggaraan murah dan mudah. Popular di
Negara berhawa panas dan mempunyai keluasan tanah besar.

7.5.3 Reka bentuk kolam fakultatif
Suhu (T), °C

Q

Li
Ni

tf =

Q
Le
Ne

=

yang mana
Q
= kadar alir air sisa (m3/hari)
6

Li
Le
Ni
Ne
k1
k1,T
θ
k1,20°C
tf
D

= kepekatan BOD influen (mg/L)
= kepekatan BOD efluen (mg/L)
= bilangan koliform najis (FC)/100 mL influen
= bilangan koliform najis (FC)/100 mL efluen
= pemalar penyingkiran BOD (hari-1)
= k1,20°C × θ(T-20)
= 1.05 (untuk kolam fakultatif; julat: 1.03 – 1.12)
= 0.3 hari-1 (per hari, atau 1/hari)
= masa tahanan kolam fakultatif
= ukur dalam kolam (1.0 – 1.5 m)

Untuk memastikan keadaan yang lebih aerobik dalam kolam fakultatif, Le adalah antara 60 – 70 mg/L.
Pengiraan Beban (Loading Calculations)
λs =

Beban permukaan (surface loading) :

(units: mg / m2· hari)

Untuk menukarkan unit : 1 kg/10 6 mg dan 104 m2/ha
Beban permukaan maksimum :

λs,max = 20·T – 120

Pastikan λs < λs,max
7.5.4 Reka bentuk kolam maturasi (Tertiary, 3°, treatment)
Anggap tm = 3 – 7 hari
Ukur dalam (D) kolam maturasi = ukur dalam kolam fakultatif

V = Q· tm = A· D

Pengurangan bakteria oleh kolam pengoksidaan
Diberi dengan persamaan:

=

untuk setiap kolam di dalam siri

kb
= pemalar bagi penyingkiran koliform najis (1/hari, hari -1)
kb,T
= kb,20°C × θ(T-20)
kb,20°C = 2.6 dan θ = 1.19

dimana

Untuk n kolam bersiri pada suhu T,
=
7

Contoh,
Q
Li
6
Ni = 5 × 10
kb = 2.6
tm = 7 hari

6

Ne = (5 × 10 ) /
[1 + 2.6*7] =
260,400

Ne = (260,400) /
[1 + 2.6*7] =
13,600

Ne = (13,600) /
[1 + 2.6*7] =
708

Q
Le < 25 mg/L
Ne < 5000 FC/100mL
efluen

Pengurangan BOD oleh kolam pengoksidaan (BOD masuk = BODkeluar + BODdimakan oleh mikrob)
Diberi dengan persamaan:

=

untuk setiap kolam di dalam siri

Untuk n kolam bersiri pada suhu T,
=
Periksa kesesuaian kolam dengan membandingkan efluen yang keluar dari kolam dengan syarat atau had
yang ditetapkan ke atas efluen. Contoh,
(i) BODe (atau Le) < 25 mg/L
(ii) Ne < 5000 koliform najis/100 mL efluen
Sekiranya Ne kurang sesuai, beberapa kolam maturasi perlau ditambah.
Contoh,
Q
Li = 600 mg/L
Ni
k1 = 0.3
t = 15 hari

Le = (600) /
[1 + 0.3*15] =
109 mg/L

Ne = (109) /
[1 + 0.3*15] =
19.8 mg/L

8

Ne = (19.8) /
[1 + 0.3*15] =
3.6 mg/L

Q
Le < 25 mg/L
Ne < 5000 FC/100mL
efluen

9

10

11

12

13

14

15

16

17