Aktivitas manusia mempunyai pengaruh besar terhadap
Dr. Lilis
, s.T., M.Sc.
S.T., M.Sc.
Dr.Joni
PERANCANGAN
SISTEM PENGOLAHAN
LIMBAH CAIR
rB
{. I
dI
a
b7)
r
\-
T
*>
(
t
I
PERANCANGAN
SISTEM PENGOLAHAN
LIMBAH CAIR
Aktivitas manusia mempunyai pengaruh besar terhadap
lingkungan. Senyawa atau zat kimia pencemar (polutan)
sering terkonsentrasi di lingkungan melalui prosesproses industri, produksi tenaga listrik dan lain-lain.
Ketika polutan telah masuk ke lingkungan,
membersihkan lingkungan dari zat tersebut sangatlah
sulit yang akan memakan waktu dan biaya. Sehingga
pengembangan teknologi bersih dan kemudian
implementasi pengolahan aliran limbah cair yang efektif
adalah langkah yang diperlukan untuk melindungi
pencemaran lingkungan dimasa mendatang.
PERANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN LIMBAH
CAIR membahas metode reduksi zat pencemar didalam
aliran limbah cair melalui proses pengolahan secara
fisika, kimia dan biologi. Setiap proses pengolahan yang
dibahas mempunyai kelebihan dan kekurangan. Namun
setiap proses pengolahan terebut dapat berhasil
diterapkan apabila kondisi operasinya sesuai kebutuhan.
Kombinasi proses pengolahan sering lebih berhasil
dibandingkan menggunakan salah satu proses
pengolahan saja. Walaupun tidak semua metode
pengolahan limbah cair yang di bahas didalam buku ini,
metoda pengolahan limbah cair potensial yang berguna
dibahas didalam buku ini. Setiap bab menampilkan
prinsip dasar teknologi dan aplikasinya pada sistem
pengolahan limbah cair.
AKADEMIK
ISBN: 1?g-t0e-bSb5-l,l-8
lXU RA
ANUGRAH
Urnm naXAnll
@
Q
@
Aura-Publishing
@Aura-Publishing
***."rrr-publishing.com
illlltltjtltiltfl ffililtl
PER
PEI
LII
Dr.
I
Dr. .
Ha"L pcncrbitan pada peni:tbit
Tidak boleh diproduksi sebagian atau seluruhnya dalan'r bentuk apapun
Tanpa irirr tertulis dari pengarang dan/atau penerbit
Kutipan Pasal ?3:
t.
Sanksi pelan-egaran Undang-undang Hak Ciflta (l"JU Nu. l0'Iahun 2013)
Barang siapa dengan sengaja dan tanpa hak metrakukan perbuetan sebagaimana dimaksud dalam Pasal 2 ay-at (l ) atau Pasal (49) ayat (1 ) dan ayat (2i dipidana dengan pidana
penjara masing-masing paling singkat t tiatui Uuian ,taryitau denda palingY sedikit
Rp.
:
:.: :r) :tt:r .l
l. 000.0O0.m (satu juta rupiah). atau pidana penjara pCling lams ? (tujuh)
uh) tahu#
rahun d*tr,,al*u
d*n arr
dmrda pating banyak Rp. 5. 000.000.000,00 (tima rniliar rupiah;
Barang siapa dengan sengaja menyiarkan. memanrerkeq:mengedarkao, atau menjual
kepada umum suatu Ciptaan atau hasil liaran$ hasit pelanggaran Hak Cipta atau Hak
Terkair sebageimana dirnaksud ayat { i) dipidtn Uingan pi{lana penlara pating lama 5
(linu) rahrm dan atau denda paling banyak Rp. 500.0CI0.000,00 (lima ratus juta rupiah)
ffi
)
r
r
-
PERANCANGAN
SISTEM
PENGOLAHAN
LIMBAH CAIR
Dr. Lilis Hermida, S.T., M.Sc.
Dr. Joni Agustian, S.T,, M.Sc.
IXLJ
RA
ANUGRAH UTAMA RAHARJA
Perpustakaan Nasional Rl:
Katalog Dalam Terbitan (KDT)
Bir
ka
PERANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN
LIMBAH CAIR
sal
SA
Penulis:
Dr. Lilis Hermida, S.T., M.Sc.
Dr. Joni Agustian, 5.T., M.Sc.
PE
lin
Desain Cover & Layout
Team Aura Creative
ter
Penerbit
Anugrah Utama Raharja (AURA)
Anggota IKAPI
No.oo3/LPU/2013
SU
CV.
pr
lin
tel
lin
Alamat
m(
Jl. Prof. Dr. Soemantri Brojonegoro, Komplek Unila
Gedongmeneng Bandar Lampung
HP.081281430268
E-mail : au ra_print@ymail.com
Website : www.a ura-publ ishing.com
m(
xxiv + 177 hal:l5,5 x 23 cm
Cetakan, Desember 2016
ke
ISBN: 1?8-b0a-tSt5-11-&
Kc
m(
pr
be
m(
SC
llllll
ilJtltllllLtil LtllltLl
ll
Hak Cipta dilindungi Undang-undang
ini
dir
da
Bismillahirahmanirahim, Assalarqualaikum warahmatullahi wabarakaatuh, Alhamdulillah puji syukur kehadirat Allah SWT sholawat dan
salam kami sampaikan kepada junjungan Rasulullah Muhammad
SAW karena pada akhirnya buku ajar PERANCANGAN SISTEM
PENGOLAHAN LIMBAH CAIR dapat diselesaikan.
Aktivitas manusia mempunyai pengaruh besar terhadap
lingkungan. Senyawa atau zat kimia pencemar (polutan) sering
terkonsentrasi di lingkungan melalui proses-proses industri,
produksi tenaga listrik dan lain-lain. Ketika polutan telah masuk ke
lingkungan, membersihkan lingkungan dari zat tersebut sangatlah
sulit yang akan memakan waktu dan biaya. Sehingga pengembangan
teknologi bersih dan kemudian implementasi pengolahan aliran
limbah cair yang efektif adalah langkah yang diperlukan untuk
melindungi pencemaran lingkungan dimasa mendatang.
PERANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN LIMBAH CAIR
membahas metode reduksi zat pencemar didalam aliran limbah cair
melalui proses pengolahan secara fisika, kimia dan biologi. Setiap
proses pengolahan yang dibahas mempunyai kelebihan dan
kekurangan. Namun setiap proses pengolahan terebut dapat
berhasil diterapkan apabila kondisi operasinya sesuai kebutuhan.
Kombinasi proses pengolahan sering lebih berhasil dibandingkan
menggunakan salah satu proses pengolahan saja. Walaupun tidak
semua metode pengolahan limbah cair yang di bahas didalam buku
ini, metoda pengolahan limbah cair potensial yang berguna dibahas
didalam buku ini. Setiap bab menampilkan prinsip dasar teknologi
dan aplikasinya pada sistem pengolahan limbah cair.
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
Buku ini merupakan salah satu buku ajar pada mata kuliah
'Perancangan Sistem Proses Pengolahan Limbah Cair' yang
ditujukan untuk mahasiswa jurusan Teknik Kimia.
Semoga buku ini
bermanfaat.
m
,
Wassalamualaikum warahmatullahi wabarakatuh.
SI
1,.
Bandar Lampung, Novemb et 2016
Dr. Lilis Hermida, S.T., M.Sc.
3.
Dr. Joni Agustian, S.T., M.Sc.
4.
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
n
g
Kami sangat berterima kasih kepada pihak-pihak
yang
membantu penyusunan dan penerbitan buku ajar PERANCANGAN
SISTEM PENGOLAHAN LIMBAH CAIR ini, yaitu:
1.
Dekan FT UNILA atas atas dukungannya berupa bantuan
finansial melalui Program Hibah Buku Ajar Fakultas Teknik.
2.
Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNILA atas dukungannya dalam
kesempatan pembuatan buku ajar ini.
3.
Para mahasiswa yang mengambil mata kuliah Perancangan
Sistem Pengolahan Limbah Cair karena tanpa kalian kami tidak
bersemangat dalam menyiapkan bahan-bahan perkuliahan.
4.
Fabyan Mayhar dan
Firli Gustav Alfathan, anak-anak
kami
tercinta yang telah mengerti dan memberikan waktu yang
tenang selama penyusunan buku ini.
Dr. Lilis Hermida, S.T., M.Sc.
Dr. Joni Agustian, S.T., M.Sc.
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
I(ATA
PENGANTAR
ii
......!.........
UCAPAN TERIMAIGSIH...
iii
DAFTAR ISI .........
iv
DAFTAR
TABEL
........................
ix
OBJEKTIF DAN RANGKUMAN
xii
.
PENGOI,AHAN LIMBAH CAIR SECARA FISIIG..
BAB I PROSES FILTRASI DAN MEMBRAN............
1
2
1.2 Filtrasi
4
1.3 Mikrofiltrasi
BAB
2
1,1 Pendahuluan
Cake
BAE
viii
DAFTAR GAMBAR
BAGIAN 01
BA(
........
1,.4 Ultrafiltrasi .........
1.5 Reverse Osmosis
1.6 Peralatan Separasi Membran
BAB
............
BAB II PROSES KOAGULASI LIMBAH CAIR......
2.1, Koagulasi Koloid
15
2.2 Koagulas
18
2.3 Proses Pengolahan Limbah Cair Secara Kimia Fisika
ZO
2.4 Pemisahan Fosfor dari Limbah Domestik
26
UI
PROSES SEDIMENTASI LIMBAH CAIR
3.1
. :: Att,
Pendahuluan
,
VllI:
15
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
29
BAB
3.2
3.3
r rst
ii
iii
BAGIAN
BAB
IV
iv
viii
ix
xii
1
BAB V
02.
4
BAB
VI
15
18
20
26
29
29
41
4.1,
Pendahuluan
42
4,2
Kelebihan dan Kekurangan Proses Secara
Kimia
43
4.3 Prinsip-prinsip Dasar
4. 4 Persamaan Nenrst
4.5 Diagram Purbaix
46
PENGATURAN pH
48
44
45
Pendahuluan
48
Titrasi Asam Basa
49
Hidrolisis
50
Presipitasilon-lon Logam
50
Pemilihan Reagent
52
REDUKSI DAN OKSIDASI KIMIA
1
6.2
BAB VII
36
42
6.
15
Pengendapan Partikel Flukolan (Tipe If) ......,..
FUNDAMNITTAI, PROSES SECARA KIMIA
5.
2
30
PENGOI,AHAN LIMBAH CAIR SECARA KIMIA
1
5.2
5. 3
5.4
5. 5
2
Pengendapan Partikel Diskrit (Tipe I) .............
55
Zat-zat Pengoksidasi dan Penggunaan
56
Zat-zat Pereduski dan Penggunaan
64
PROSES ELEKTROKIMIA PENGOI,AHAN
LIMBAH CAIR
.1,
7. Z
7.3
7. 4
7
Pendahuluan
68
Prinsip Dasar Elektrokimia
69
Pemisahan Logam
73
Proses Membran
75
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
BAGIAN 03
BAB
VIII
- PENGOI.AHAN LIMBAH CAIR SECARA
1
8. Z
8. 3
8. 4
8. 5
8.
IX
.............
Definisi.
78
Istilah-istilah Umum................
79
Faktor DesainUPB..........
82
Klasifikasi UPB....
83
Mikrobiologi UPB
84
PROSES LUMPUR AKTIF
90
1 Gambaran Umum Proses
g. Z Jenis Proses dan Parameter Perancangan ""'
9. 3 Aerasi LumPur Aktif
9. 4 Proses ComPlete Mix Reactor
9. 5 Proses Plug Flow Reactor
9. 6 Proses Oxidation Ditch
9.7 Proses Kolam Aerasi
9. 8 Proses Kontak Stabilisasi ...........
9. I Proses Sequenching Batch Reactor
90
9.
BAB
Xffi
X
77
KONSEP PENGOLAHAN LIMBAH CAIR SECARA
BIOLOGI
BAB
BIOLOGI
92
93
97
103
105
106
106
107
9.
10 Perbandingan Proses Lumpur Aktif
108
9.
11 Unit Sedimentasi/Klarifikasi
108
PROSES AEROBIK PERTUMBUHAN MELEIGT
111,
10.
1 Pendahuluan........
111,
10.
Z Filter Tetes
112
10.
3
121,
Rotating Biological Contactor....""'
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
B.r
RT
77
BAB XI
PROSES ANAEROBIK PERTUMBUHAN
TERSUSPENSI
125
Anaerobik
11.2 Produksi Metana
11. 3 Bioreaktor {,JASB
11.4 Anaerobic Digester ..........
11,.1 Perombakan Biologi
78
79
82
83
BAB
XII
..
..
MELEI(AT
I Pendahuluan
12.2 Filter Anaerobik ...........
84'
12.
90
90
PROSES ANAEROBIK PERTUMBUHAN
125
REFERENSI
128
128
137
140
14O
141
146
92
93
97
I
r03
105
106
106
1,07
108
108
111
111
112
t21,
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
Tal
Tal
Tabel1.1.
Klasifikasi proses filtrasi dan membran
Tabel
Kinerja koagulan pada pemisahan limbah kertas
2.1.
Tal
dan pulp
Tabel 6.1.
Tal
24
Jenis polutan dan aplikasi proses reduksi-
Tal
oksidasi
56
Unit pengolahan limbah cair berdasarkan fungsi
79
Tabel 8.2.
Prosedur dan kriteria BOD
80
Tabel 8.2.
Turunan kombinasi kedua kelompok UPB
84
Tabel 8.3.
Kelompok mikroorganisme berdasarkan sumber
energi dan karbon
87
Tabel 9.1.
Keuntungan dan kerugian proses lumpur aktif
91
Tabel 9.2.
Performa proses lumpur aktif berdasarkan
Tabel 8.1.
karakter limbah cair
Tabel 9.3.
Tabel 9.4.
Tabel 9.6.
Tabel 9.7.
92
.......
Pengaruh karakteristik limbah
faktor desain....
cair
terhadap
93
Kelebihan dan kekurangan proses lumpur aktif
CMR
97
Kelebihan dan kekurangan sistem proses lumpur
aktif parit
105
Kelebihan dan kekurangan sistem proses lumpur
aktif pFR.........
108
oksidasi
Tabel
9.9.
Tabel
10.1. Karakteristik
Perbandingan proses lumpur
trichLing
aktif
fiLter
Tabel 1O,2. Kelebihan dan kekurangan filter
Xiiiti.:
Tal
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
108
113
tetes
113
Tal
L
4
Tabel 1O.3. Perbandingan karakteristik
115
11.1.
Kelebihan dan kekurangan proses anaerobik........
127
Tabel
11.2.
Perbandingan proses aerobik dan anaerobik.........
127
Tabel 11.3.
Perbandingan produksi biogas beberapa limbah
cair........
Tabel
11.4.
Tabel
11.4.
;6
,0
tetes
Tabel
',4
r9
media isian filter
Tabel12.1.
128
proses
Patokan nilai dalam perancangan AD
Karakteristik kinetika rerata
Kelebihan dan kekurangan filter anaerobik
135
139
...........
i4
\7
l1
t2
)3
)7
)5
)8
)8
13
13
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
141
Ga
':',,iiili
Ga
o
J
Gambar
1.1.
Pembagian proses filtrasi membran ......"""
Gambar
1.2.
Diagram skematik cak'e fiilter
C)
Ga
Gambar
1.3.
Diagram skematik suatu filter dr(rm berputar "'
7
Ga
Gambar
1.4. Penampang
7
Ga
Gambar
1.5.
8
Ga
Gambar
1.6. Proses
Gambar
1.7.
lintang suatu /iLter press
Unit mikrofiltrasi aliran silang
ultrafiltrasi Partikel
Kurva fluks ultrafiltrasi
Gambar 1.8. Polarisasi konsentrasi pada permukaan membran
Gambar
1.9. Proses osmosis
Gambar
2.1.
Gambar
2.2, Suatu
terbalik air laut
Mekanisme koagulasi partikel solid
partikel koloid sangat negatif dengan
medan elektrostatik
sedimentasi gravitasi
Gambar
3.1. Proses
Gambar
3.2. Tipe pengendapan Partikel solid
Gambar
3.1.
Fraksi massa partikel sebagai fungsi
kecePatan PengendaPan
Gambar 3.2. Fraksi
10
Ga
10
Ga
12
1Z
16
Ga
Ga
17
30
Ga
31
Ga
(ra
JJ
Ga
massa partikel sebagai fungsi kecepatan
pengendaPan
Ga
Gambar 3.3. Fraksi massa partikel sebagai fungsi kecepatan
pengendaPan
35
Pengendapan
Gambar 4.1. Diagram Pourbaix untuk Manganese
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
Ga
Ga
Gambar 3.4. Kontur konsentrasi yang sama untuk
,ffi'
Ga
39
47
Ga
Ga
Gambar
Gambar
5.1
6.1.
Kurva titrasi untuk netralisasi asam kuat dengan
berbagai jenis basa
P
ro
se
s br e akp
oint cltl,orinatron:
Ku
rva kl o ri n
residu....
6.2. Diagram Pourbaix
Gambar
7.1.
Diagram skematik suatu jenis sel elektrokimia...
Gambar
7.2.
Tipikal reaksi elektroda
Gambar
7.3.
Diagram skematik variasi potensial pada suatu
sel elektrokimia
7.4. Sel CEER
Gambar
7.5.
untuk Kromium
.............
untuk regenerasi zat pengetsa
72
73
76
8.1. Proses
Gambar
8.2. Proses respirasi aerobik pada suatu sel
biologi reduksi zat organik limbah cair...
mikroorganisme
8.3. Biodegradasi anaerobik
limbah cair
polutan dalam
82
.......
Gambar
8.4. Faktor perancangan
Gambar
8.5.
79
81
bioreaktor limbah cair........
83
Ilustrasi pengolahan limbah cair
mikroorganisme tersuspensi..........
84
Gambar
8.6. Diagram UPB pertumbuhan melekat.
84
Gambar
8.7. Pengolahan
Gambar
8.8. Simbiosis
polutan limbah cair di pond*
polutan
Gambar
Gambar
86
8.9. Klasifikasi mikroorganisme protozoa
8.1O. Proses
85
bakteri dan alga dalam reduksi
3
7
71
Prinsip sel pemisahan garam
Gambar
I
70
75
7.6.
Gambar
67
Prinsip elektrodialisis A dan C dengan membran
pertukaran anion-kation..
Gambar
7
)
60
Gambar
Gambar
49
simultan anabolisme dan katabolisme sel
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
86
87
Gambar 8.11. Kurva pertumbuhan sel bakteri
............
88
Gambar 8.72. Kurva pertumbuhan komunitas mikroorganisme 88
Gambar 9.1. Elemen proses lumpur
aktif
91
G
Gambar 9.2, Coarsebubble diffuser (kiri) danftnebubbl,e
Gambar 9.3. Vertical" surJace propeller aerator """""
Gambar 9.4.
Surf ace brush aerator
94
G
94
G
95
..
Gambar 9.5. Aerator turbin ..'..........
e5
Gambar 9.6. Perlengkapan aerator jet ."""
96
Gambar 9.7. PaddLe wheeL aerator..
96
Gambar 9.8. Rancangan dasar sistem pembuangan lumpur
98
aktif berlebih
to4
Gambar 9.9. Diagram skematik sistem PFR""
106
Gambar g.lL. Diagram skematik proses kontak stabilisasi """
107
Gambar 9.13. Suatu rangkaian operasi
107
Gambar
SBR
Gambar
1O.2. Mekanisme biodegradasi di proses trickLing
1O.4. Media
112
fiLter.....,
Gambar 10.3. Fenomen a sloughing lapisan filem
filter
113
114
trickling filter: kiri = plastik teratur,
kanan = batu pecah.....
115
Gambar 10.5. Analisis fluks di filter.,
116
Gambar 10.6. TnckLing fiLter 1 tahap
117
Gambar
,xvl
:::
::,:,
105
9.11. Kolam aerasi..............
Gambar 10.1. Rangkaian sistem proses tnckLing
::'.:i
,,,:
1O.7.
TricklingfiLter 2 (dua) tahap
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
G
G
G
G
G
Gambar 9.1O. sistem oksidasi parit PFR (kiri) dan cMR
(kanan)..
Gambar
G
118
88
Gambar 1O.8. Sistem proses Rotating Biol"ogical, Contactors
(RBC)
i8
91
121,
RBC
11.7. Biodegradasi substrat secara anaerobik
71.2. Rangkaian sistem reaktor UASB.....
Gambar 10.8. Potongan penampakan peralatan
121,
Gambar
126
94
Gambar
94
Gambar 11.3. Efek suhu terhadap pertumbuhan bakteri
metanogen...........
95
95
96
96
98
104
131
Gambar 17.4. Efek perubahan pH terhadap aktivitas
Gambar
Gambar
mikroorganisme
11.5. Batch anarobic digester.
11.6. PLug flr* anarobic dtgester.
132
137
138
Gambar 71.7. Continous stirred tank reactor anarobic digester 138
Gambar 11.8. Anaerobic contact
reactor
Gambar 12.1. Filter anaerobik (kiri: upflow; kanan:
138
downflou)
105
106
107
107
112
-
129
113
11,4
115
116
117
118
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
1,41,
, s.T., M.Sc.
S.T., M.Sc.
Dr.Joni
PERANCANGAN
SISTEM PENGOLAHAN
LIMBAH CAIR
rB
{. I
dI
a
b7)
r
\-
T
*>
(
t
I
PERANCANGAN
SISTEM PENGOLAHAN
LIMBAH CAIR
Aktivitas manusia mempunyai pengaruh besar terhadap
lingkungan. Senyawa atau zat kimia pencemar (polutan)
sering terkonsentrasi di lingkungan melalui prosesproses industri, produksi tenaga listrik dan lain-lain.
Ketika polutan telah masuk ke lingkungan,
membersihkan lingkungan dari zat tersebut sangatlah
sulit yang akan memakan waktu dan biaya. Sehingga
pengembangan teknologi bersih dan kemudian
implementasi pengolahan aliran limbah cair yang efektif
adalah langkah yang diperlukan untuk melindungi
pencemaran lingkungan dimasa mendatang.
PERANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN LIMBAH
CAIR membahas metode reduksi zat pencemar didalam
aliran limbah cair melalui proses pengolahan secara
fisika, kimia dan biologi. Setiap proses pengolahan yang
dibahas mempunyai kelebihan dan kekurangan. Namun
setiap proses pengolahan terebut dapat berhasil
diterapkan apabila kondisi operasinya sesuai kebutuhan.
Kombinasi proses pengolahan sering lebih berhasil
dibandingkan menggunakan salah satu proses
pengolahan saja. Walaupun tidak semua metode
pengolahan limbah cair yang di bahas didalam buku ini,
metoda pengolahan limbah cair potensial yang berguna
dibahas didalam buku ini. Setiap bab menampilkan
prinsip dasar teknologi dan aplikasinya pada sistem
pengolahan limbah cair.
AKADEMIK
ISBN: 1?g-t0e-bSb5-l,l-8
lXU RA
ANUGRAH
Urnm naXAnll
@
Q
@
Aura-Publishing
@Aura-Publishing
***."rrr-publishing.com
illlltltjtltiltfl ffililtl
PER
PEI
LII
Dr.
I
Dr. .
Ha"L pcncrbitan pada peni:tbit
Tidak boleh diproduksi sebagian atau seluruhnya dalan'r bentuk apapun
Tanpa irirr tertulis dari pengarang dan/atau penerbit
Kutipan Pasal ?3:
t.
Sanksi pelan-egaran Undang-undang Hak Ciflta (l"JU Nu. l0'Iahun 2013)
Barang siapa dengan sengaja dan tanpa hak metrakukan perbuetan sebagaimana dimaksud dalam Pasal 2 ay-at (l ) atau Pasal (49) ayat (1 ) dan ayat (2i dipidana dengan pidana
penjara masing-masing paling singkat t tiatui Uuian ,taryitau denda palingY sedikit
Rp.
:
:.: :r) :tt:r .l
l. 000.0O0.m (satu juta rupiah). atau pidana penjara pCling lams ? (tujuh)
uh) tahu#
rahun d*tr,,al*u
d*n arr
dmrda pating banyak Rp. 5. 000.000.000,00 (tima rniliar rupiah;
Barang siapa dengan sengaja menyiarkan. memanrerkeq:mengedarkao, atau menjual
kepada umum suatu Ciptaan atau hasil liaran$ hasit pelanggaran Hak Cipta atau Hak
Terkair sebageimana dirnaksud ayat { i) dipidtn Uingan pi{lana penlara pating lama 5
(linu) rahrm dan atau denda paling banyak Rp. 500.0CI0.000,00 (lima ratus juta rupiah)
ffi
)
r
r
-
PERANCANGAN
SISTEM
PENGOLAHAN
LIMBAH CAIR
Dr. Lilis Hermida, S.T., M.Sc.
Dr. Joni Agustian, S.T,, M.Sc.
IXLJ
RA
ANUGRAH UTAMA RAHARJA
Perpustakaan Nasional Rl:
Katalog Dalam Terbitan (KDT)
Bir
ka
PERANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN
LIMBAH CAIR
sal
SA
Penulis:
Dr. Lilis Hermida, S.T., M.Sc.
Dr. Joni Agustian, 5.T., M.Sc.
PE
lin
Desain Cover & Layout
Team Aura Creative
ter
Penerbit
Anugrah Utama Raharja (AURA)
Anggota IKAPI
No.oo3/LPU/2013
SU
CV.
pr
lin
tel
lin
Alamat
m(
Jl. Prof. Dr. Soemantri Brojonegoro, Komplek Unila
Gedongmeneng Bandar Lampung
HP.081281430268
E-mail : au ra_print@ymail.com
Website : www.a ura-publ ishing.com
m(
xxiv + 177 hal:l5,5 x 23 cm
Cetakan, Desember 2016
ke
ISBN: 1?8-b0a-tSt5-11-&
Kc
m(
pr
be
m(
SC
llllll
ilJtltllllLtil LtllltLl
ll
Hak Cipta dilindungi Undang-undang
ini
dir
da
Bismillahirahmanirahim, Assalarqualaikum warahmatullahi wabarakaatuh, Alhamdulillah puji syukur kehadirat Allah SWT sholawat dan
salam kami sampaikan kepada junjungan Rasulullah Muhammad
SAW karena pada akhirnya buku ajar PERANCANGAN SISTEM
PENGOLAHAN LIMBAH CAIR dapat diselesaikan.
Aktivitas manusia mempunyai pengaruh besar terhadap
lingkungan. Senyawa atau zat kimia pencemar (polutan) sering
terkonsentrasi di lingkungan melalui proses-proses industri,
produksi tenaga listrik dan lain-lain. Ketika polutan telah masuk ke
lingkungan, membersihkan lingkungan dari zat tersebut sangatlah
sulit yang akan memakan waktu dan biaya. Sehingga pengembangan
teknologi bersih dan kemudian implementasi pengolahan aliran
limbah cair yang efektif adalah langkah yang diperlukan untuk
melindungi pencemaran lingkungan dimasa mendatang.
PERANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN LIMBAH CAIR
membahas metode reduksi zat pencemar didalam aliran limbah cair
melalui proses pengolahan secara fisika, kimia dan biologi. Setiap
proses pengolahan yang dibahas mempunyai kelebihan dan
kekurangan. Namun setiap proses pengolahan terebut dapat
berhasil diterapkan apabila kondisi operasinya sesuai kebutuhan.
Kombinasi proses pengolahan sering lebih berhasil dibandingkan
menggunakan salah satu proses pengolahan saja. Walaupun tidak
semua metode pengolahan limbah cair yang di bahas didalam buku
ini, metoda pengolahan limbah cair potensial yang berguna dibahas
didalam buku ini. Setiap bab menampilkan prinsip dasar teknologi
dan aplikasinya pada sistem pengolahan limbah cair.
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
Buku ini merupakan salah satu buku ajar pada mata kuliah
'Perancangan Sistem Proses Pengolahan Limbah Cair' yang
ditujukan untuk mahasiswa jurusan Teknik Kimia.
Semoga buku ini
bermanfaat.
m
,
Wassalamualaikum warahmatullahi wabarakatuh.
SI
1,.
Bandar Lampung, Novemb et 2016
Dr. Lilis Hermida, S.T., M.Sc.
3.
Dr. Joni Agustian, S.T., M.Sc.
4.
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
n
g
Kami sangat berterima kasih kepada pihak-pihak
yang
membantu penyusunan dan penerbitan buku ajar PERANCANGAN
SISTEM PENGOLAHAN LIMBAH CAIR ini, yaitu:
1.
Dekan FT UNILA atas atas dukungannya berupa bantuan
finansial melalui Program Hibah Buku Ajar Fakultas Teknik.
2.
Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNILA atas dukungannya dalam
kesempatan pembuatan buku ajar ini.
3.
Para mahasiswa yang mengambil mata kuliah Perancangan
Sistem Pengolahan Limbah Cair karena tanpa kalian kami tidak
bersemangat dalam menyiapkan bahan-bahan perkuliahan.
4.
Fabyan Mayhar dan
Firli Gustav Alfathan, anak-anak
kami
tercinta yang telah mengerti dan memberikan waktu yang
tenang selama penyusunan buku ini.
Dr. Lilis Hermida, S.T., M.Sc.
Dr. Joni Agustian, S.T., M.Sc.
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
I(ATA
PENGANTAR
ii
......!.........
UCAPAN TERIMAIGSIH...
iii
DAFTAR ISI .........
iv
DAFTAR
TABEL
........................
ix
OBJEKTIF DAN RANGKUMAN
xii
.
PENGOI,AHAN LIMBAH CAIR SECARA FISIIG..
BAB I PROSES FILTRASI DAN MEMBRAN............
1
2
1.2 Filtrasi
4
1.3 Mikrofiltrasi
BAB
2
1,1 Pendahuluan
Cake
BAE
viii
DAFTAR GAMBAR
BAGIAN 01
BA(
........
1,.4 Ultrafiltrasi .........
1.5 Reverse Osmosis
1.6 Peralatan Separasi Membran
BAB
............
BAB II PROSES KOAGULASI LIMBAH CAIR......
2.1, Koagulasi Koloid
15
2.2 Koagulas
18
2.3 Proses Pengolahan Limbah Cair Secara Kimia Fisika
ZO
2.4 Pemisahan Fosfor dari Limbah Domestik
26
UI
PROSES SEDIMENTASI LIMBAH CAIR
3.1
. :: Att,
Pendahuluan
,
VllI:
15
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
29
BAB
3.2
3.3
r rst
ii
iii
BAGIAN
BAB
IV
iv
viii
ix
xii
1
BAB V
02.
4
BAB
VI
15
18
20
26
29
29
41
4.1,
Pendahuluan
42
4,2
Kelebihan dan Kekurangan Proses Secara
Kimia
43
4.3 Prinsip-prinsip Dasar
4. 4 Persamaan Nenrst
4.5 Diagram Purbaix
46
PENGATURAN pH
48
44
45
Pendahuluan
48
Titrasi Asam Basa
49
Hidrolisis
50
Presipitasilon-lon Logam
50
Pemilihan Reagent
52
REDUKSI DAN OKSIDASI KIMIA
1
6.2
BAB VII
36
42
6.
15
Pengendapan Partikel Flukolan (Tipe If) ......,..
FUNDAMNITTAI, PROSES SECARA KIMIA
5.
2
30
PENGOI,AHAN LIMBAH CAIR SECARA KIMIA
1
5.2
5. 3
5.4
5. 5
2
Pengendapan Partikel Diskrit (Tipe I) .............
55
Zat-zat Pengoksidasi dan Penggunaan
56
Zat-zat Pereduski dan Penggunaan
64
PROSES ELEKTROKIMIA PENGOI,AHAN
LIMBAH CAIR
.1,
7. Z
7.3
7. 4
7
Pendahuluan
68
Prinsip Dasar Elektrokimia
69
Pemisahan Logam
73
Proses Membran
75
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
BAGIAN 03
BAB
VIII
- PENGOI.AHAN LIMBAH CAIR SECARA
1
8. Z
8. 3
8. 4
8. 5
8.
IX
.............
Definisi.
78
Istilah-istilah Umum................
79
Faktor DesainUPB..........
82
Klasifikasi UPB....
83
Mikrobiologi UPB
84
PROSES LUMPUR AKTIF
90
1 Gambaran Umum Proses
g. Z Jenis Proses dan Parameter Perancangan ""'
9. 3 Aerasi LumPur Aktif
9. 4 Proses ComPlete Mix Reactor
9. 5 Proses Plug Flow Reactor
9. 6 Proses Oxidation Ditch
9.7 Proses Kolam Aerasi
9. 8 Proses Kontak Stabilisasi ...........
9. I Proses Sequenching Batch Reactor
90
9.
BAB
Xffi
X
77
KONSEP PENGOLAHAN LIMBAH CAIR SECARA
BIOLOGI
BAB
BIOLOGI
92
93
97
103
105
106
106
107
9.
10 Perbandingan Proses Lumpur Aktif
108
9.
11 Unit Sedimentasi/Klarifikasi
108
PROSES AEROBIK PERTUMBUHAN MELEIGT
111,
10.
1 Pendahuluan........
111,
10.
Z Filter Tetes
112
10.
3
121,
Rotating Biological Contactor....""'
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
B.r
RT
77
BAB XI
PROSES ANAEROBIK PERTUMBUHAN
TERSUSPENSI
125
Anaerobik
11.2 Produksi Metana
11. 3 Bioreaktor {,JASB
11.4 Anaerobic Digester ..........
11,.1 Perombakan Biologi
78
79
82
83
BAB
XII
..
..
MELEI(AT
I Pendahuluan
12.2 Filter Anaerobik ...........
84'
12.
90
90
PROSES ANAEROBIK PERTUMBUHAN
125
REFERENSI
128
128
137
140
14O
141
146
92
93
97
I
r03
105
106
106
1,07
108
108
111
111
112
t21,
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
Tal
Tal
Tabel1.1.
Klasifikasi proses filtrasi dan membran
Tabel
Kinerja koagulan pada pemisahan limbah kertas
2.1.
Tal
dan pulp
Tabel 6.1.
Tal
24
Jenis polutan dan aplikasi proses reduksi-
Tal
oksidasi
56
Unit pengolahan limbah cair berdasarkan fungsi
79
Tabel 8.2.
Prosedur dan kriteria BOD
80
Tabel 8.2.
Turunan kombinasi kedua kelompok UPB
84
Tabel 8.3.
Kelompok mikroorganisme berdasarkan sumber
energi dan karbon
87
Tabel 9.1.
Keuntungan dan kerugian proses lumpur aktif
91
Tabel 9.2.
Performa proses lumpur aktif berdasarkan
Tabel 8.1.
karakter limbah cair
Tabel 9.3.
Tabel 9.4.
Tabel 9.6.
Tabel 9.7.
92
.......
Pengaruh karakteristik limbah
faktor desain....
cair
terhadap
93
Kelebihan dan kekurangan proses lumpur aktif
CMR
97
Kelebihan dan kekurangan sistem proses lumpur
aktif parit
105
Kelebihan dan kekurangan sistem proses lumpur
aktif pFR.........
108
oksidasi
Tabel
9.9.
Tabel
10.1. Karakteristik
Perbandingan proses lumpur
trichLing
aktif
fiLter
Tabel 1O,2. Kelebihan dan kekurangan filter
Xiiiti.:
Tal
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
108
113
tetes
113
Tal
L
4
Tabel 1O.3. Perbandingan karakteristik
115
11.1.
Kelebihan dan kekurangan proses anaerobik........
127
Tabel
11.2.
Perbandingan proses aerobik dan anaerobik.........
127
Tabel 11.3.
Perbandingan produksi biogas beberapa limbah
cair........
Tabel
11.4.
Tabel
11.4.
;6
,0
tetes
Tabel
',4
r9
media isian filter
Tabel12.1.
128
proses
Patokan nilai dalam perancangan AD
Karakteristik kinetika rerata
Kelebihan dan kekurangan filter anaerobik
135
139
...........
i4
\7
l1
t2
)3
)7
)5
)8
)8
13
13
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
141
Ga
':',,iiili
Ga
o
J
Gambar
1.1.
Pembagian proses filtrasi membran ......"""
Gambar
1.2.
Diagram skematik cak'e fiilter
C)
Ga
Gambar
1.3.
Diagram skematik suatu filter dr(rm berputar "'
7
Ga
Gambar
1.4. Penampang
7
Ga
Gambar
1.5.
8
Ga
Gambar
1.6. Proses
Gambar
1.7.
lintang suatu /iLter press
Unit mikrofiltrasi aliran silang
ultrafiltrasi Partikel
Kurva fluks ultrafiltrasi
Gambar 1.8. Polarisasi konsentrasi pada permukaan membran
Gambar
1.9. Proses osmosis
Gambar
2.1.
Gambar
2.2, Suatu
terbalik air laut
Mekanisme koagulasi partikel solid
partikel koloid sangat negatif dengan
medan elektrostatik
sedimentasi gravitasi
Gambar
3.1. Proses
Gambar
3.2. Tipe pengendapan Partikel solid
Gambar
3.1.
Fraksi massa partikel sebagai fungsi
kecePatan PengendaPan
Gambar 3.2. Fraksi
10
Ga
10
Ga
12
1Z
16
Ga
Ga
17
30
Ga
31
Ga
(ra
JJ
Ga
massa partikel sebagai fungsi kecepatan
pengendaPan
Ga
Gambar 3.3. Fraksi massa partikel sebagai fungsi kecepatan
pengendaPan
35
Pengendapan
Gambar 4.1. Diagram Pourbaix untuk Manganese
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
Ga
Ga
Gambar 3.4. Kontur konsentrasi yang sama untuk
,ffi'
Ga
39
47
Ga
Ga
Gambar
Gambar
5.1
6.1.
Kurva titrasi untuk netralisasi asam kuat dengan
berbagai jenis basa
P
ro
se
s br e akp
oint cltl,orinatron:
Ku
rva kl o ri n
residu....
6.2. Diagram Pourbaix
Gambar
7.1.
Diagram skematik suatu jenis sel elektrokimia...
Gambar
7.2.
Tipikal reaksi elektroda
Gambar
7.3.
Diagram skematik variasi potensial pada suatu
sel elektrokimia
7.4. Sel CEER
Gambar
7.5.
untuk Kromium
.............
untuk regenerasi zat pengetsa
72
73
76
8.1. Proses
Gambar
8.2. Proses respirasi aerobik pada suatu sel
biologi reduksi zat organik limbah cair...
mikroorganisme
8.3. Biodegradasi anaerobik
limbah cair
polutan dalam
82
.......
Gambar
8.4. Faktor perancangan
Gambar
8.5.
79
81
bioreaktor limbah cair........
83
Ilustrasi pengolahan limbah cair
mikroorganisme tersuspensi..........
84
Gambar
8.6. Diagram UPB pertumbuhan melekat.
84
Gambar
8.7. Pengolahan
Gambar
8.8. Simbiosis
polutan limbah cair di pond*
polutan
Gambar
Gambar
86
8.9. Klasifikasi mikroorganisme protozoa
8.1O. Proses
85
bakteri dan alga dalam reduksi
3
7
71
Prinsip sel pemisahan garam
Gambar
I
70
75
7.6.
Gambar
67
Prinsip elektrodialisis A dan C dengan membran
pertukaran anion-kation..
Gambar
7
)
60
Gambar
Gambar
49
simultan anabolisme dan katabolisme sel
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
86
87
Gambar 8.11. Kurva pertumbuhan sel bakteri
............
88
Gambar 8.72. Kurva pertumbuhan komunitas mikroorganisme 88
Gambar 9.1. Elemen proses lumpur
aktif
91
G
Gambar 9.2, Coarsebubble diffuser (kiri) danftnebubbl,e
Gambar 9.3. Vertical" surJace propeller aerator """""
Gambar 9.4.
Surf ace brush aerator
94
G
94
G
95
..
Gambar 9.5. Aerator turbin ..'..........
e5
Gambar 9.6. Perlengkapan aerator jet ."""
96
Gambar 9.7. PaddLe wheeL aerator..
96
Gambar 9.8. Rancangan dasar sistem pembuangan lumpur
98
aktif berlebih
to4
Gambar 9.9. Diagram skematik sistem PFR""
106
Gambar g.lL. Diagram skematik proses kontak stabilisasi """
107
Gambar 9.13. Suatu rangkaian operasi
107
Gambar
SBR
Gambar
1O.2. Mekanisme biodegradasi di proses trickLing
1O.4. Media
112
fiLter.....,
Gambar 10.3. Fenomen a sloughing lapisan filem
filter
113
114
trickling filter: kiri = plastik teratur,
kanan = batu pecah.....
115
Gambar 10.5. Analisis fluks di filter.,
116
Gambar 10.6. TnckLing fiLter 1 tahap
117
Gambar
,xvl
:::
::,:,
105
9.11. Kolam aerasi..............
Gambar 10.1. Rangkaian sistem proses tnckLing
::'.:i
,,,:
1O.7.
TricklingfiLter 2 (dua) tahap
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
G
G
G
G
G
Gambar 9.1O. sistem oksidasi parit PFR (kiri) dan cMR
(kanan)..
Gambar
G
118
88
Gambar 1O.8. Sistem proses Rotating Biol"ogical, Contactors
(RBC)
i8
91
121,
RBC
11.7. Biodegradasi substrat secara anaerobik
71.2. Rangkaian sistem reaktor UASB.....
Gambar 10.8. Potongan penampakan peralatan
121,
Gambar
126
94
Gambar
94
Gambar 11.3. Efek suhu terhadap pertumbuhan bakteri
metanogen...........
95
95
96
96
98
104
131
Gambar 17.4. Efek perubahan pH terhadap aktivitas
Gambar
Gambar
mikroorganisme
11.5. Batch anarobic digester.
11.6. PLug flr* anarobic dtgester.
132
137
138
Gambar 71.7. Continous stirred tank reactor anarobic digester 138
Gambar 11.8. Anaerobic contact
reactor
Gambar 12.1. Filter anaerobik (kiri: upflow; kanan:
138
downflou)
105
106
107
107
112
-
129
113
11,4
115
116
117
118
Perancangan Sistem Pengolahan Limbah Cair
1,41,