DASAR DASAR TEKNOLOGI PENGOLAHAN LIMBAH

DASAR-DASAR TEKNOLOGI
PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI

Tjandra Setiadi, Ir., M.Eng., Ph.D.
Retno Gumilang Dewi, Ir., M.Env.Eng.Sc.

Departemen Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Bandung

Pengolahan Air Limbah
Ditujukan untuk mengurangi kandungan bahan
pencemar, seperti :


senyawa organik



padatan tersuspensi (TSS)



mikroba patogen



senyawa organik yang tidak dapat diuraikan
oleh mikroorganisme yang ada di alam



Senyawa anorganik

Pengolahan Air Limbah
Dapat dibagi menjadi 5 tahap pengolahan :


Pengolahan Awal (Pretreatment)



Pengolahan Tahap Pertama (Primary Treatment)



Pengolahan Tahap Kedua (Secondary Treatment)



Pengolahan Tahap Ketiga (Tertiary Treatment)



Pengolahan Lumpur (Sludge Treatment)

Memudahkan dalam mengkategorikan dan melaksanakan
pengolahan sesuai dengan beban dan kandungan suatu
air limbah.

Beberapa Proses Pengolahan Limbah Industri

Pretreatment

Primary treatment

Secondary treatment

Chemical

Pysical

Dissolved organics

Scren and grit
removal

Neutralization

Flotation

Activated

sludge

Equalization
and
storage

Chemical
addition &
coagulation

Suspended solids
removal

Tertiary treatment

Liquid
disposal

Sludge treatment

Dilute wastewater

Oilseperation

Coagulation&
Sedimentation

Receiving
waters

Sedimentation

Anaerobic
lagoons

Filtration

Controlled or
transportated
discharge

Filtration

Trickling
filter

Carbon
adsorption

Ocean

Aerated
lagoons

Ion exchange

Stabilization
basin

Membrane

Rotating
biological
contactor

Thickening
gravity or
flotation

Anaerobic
contactors &
filter
Sedimentation

Sedimentation

Digestion
or wet
combustion

Surface
applications or
groudwater
seepage

Incineration

Deep well
injection

Pressure
filtration

Landfil

Evaporation
inceneration

Vacuum
filtration

Ocean
disposal

Centrifugatio
n

Deep well
injection

Neutralization
Equalization
&storage

Concetrated Organics wastewater

Filtration

Lagooning or
drying bed

Incineration

Pengolahan Awal dan Tahap Pertama
Tujuan :
 meminimalkan variasi konsentrasi dan laju alir dari air
limbah dan juga menghilangkan zat pencemar tertentu
 menghilangkan zat pencemar yang tak terbiodegradasi
atau beracun, agar tidak mengganggu proses-proses
selanjutnya
Contoh air limbah yang akan ditangani secara biologis
harus memenuhi kriteria tertentu, yaitu :







pH antara 6-9

total padatan tersuspensi < 125 mg/l
minyak dan lemak < 15 mg/l
sulfida < 50 mg/l
logam-logam berat < 1 mg/l

Pengolahan Awal dan Tahap Pertama
1. Penyaringan (Screening)

Menghilangkan partikel besar.
 Bar racks, static screens, vibrating screens

2. Ekualisasi

Mengurangi variasi laju alir dan konsentrasi air limbah,
agar mencegah pembebanan tiba-tiba (shock load).
 Kolam dengan/tanpa pengaduk

3. Netralisasi

Dicapai dengan mencampurkan asam atau basa
dengan air limbah. Disarankan menggunakan sistim
netralisasi dua atau tiga tingkat dengan pengendalian
pH yang otomatis
4. Sedimentasi
Menghilangkan zat padat yang tersuspensi
(sebagai flocculant atau discrete).

Pengolahan Biologis
Tujuan :
Menghilangkan atau mengurangi kandungan
senyawa organik dalam suatu air buangan.

 Fungsi ini dapat dicapai dengan bantuan aktifitas
mikroorganisma gabungan (mixed culture) yang
heterotrofik.

 Mikroorganisma mengkonsumsi bahan-bahan
organik untuk membentuk biomassa sel baru serta
zat-zat organik, dan memanfaatkan energi yang
dihasilkan dari reaksi oksidasi untuk
metabolismenya



Mikroorganisma sangat tergantung pada zat
organik yang terdapat dalam air buangan.



Apabila zat organik yang tersedia kurang
mencukupi, maka mikroorganisma akan menopang
hidupnya dengan mengkonsumsi protoplasma
(respirasi endogen / endogenous respiration).



Jika kekurangan zat organik ini berlangsung terus,
mikroorganisma akan mati kelaparan atau
mengkonsumsi seluruh protoplasma hingga yang
tersisa adalah residu organik yang relatif stabil.

energi

limbah organik

sintesis

mikroorganisma
baru

CO 2 + H

2

O

respirasi
endogenous

nonbiodegradable
residu

Oksidasi biologis sempurna dari buangan organik

Pengolahan Biologis
Proses biologis dapat dikelompokkan
berdasarkan :
1. Pemanfaatan Oksigen
2. Sistem Pertumbuhan
3. Proses Operasi

Berdasarkan sistem pertumbuhannya, proses pengolahan
biologis terbagi atas :
Ditinjau dari pemanfaatan oksigennya, proses biologis untuk
mengolah air buangan dapat dikelompokkan ke dalam empat
kelompok utama, yaitu :






proses aerobik
proses anaerobik
proses anoksid dan
kombinasi antara proses aerobik dengan
salah satu proses di atas.



sistem pertumbuhan tersuspensi



sistem pertumbuhan yang menempel pada
media inert yang diam



atau kombinasi keduanya.

Proses biologis dapat pula dikelompokkan atas dasar proses
operasinya. Ada tiga macam proses yang termasuk dalam cara
pengelompokan ini, yaitu :



proses kontinu dengan atau tanpa daur ulang



proses batch



proses semi batch

Proses kontinu biasa digunakan untuk pengolahan
aerobik air limbah kota dan industri, sedangkan
proses batch atau semi batch lebih banyak
digunakan untuk sistem anaerobik.

Lumpur Aktif
influent

aeration
tank

settler

efluent

waste sludge




mikroorganisme hidup berkoloni menyerupai
lumpur
dapat menyerap dan mereduksi substrat

 Activated Sludge

Lumpur Aktif
Ciri-ciri sistem lumpur aktif :
1. Menggunakan lumpur mikroorganisma yang dapat

mengkonversi zat organik terlarut dalam air buangan
menjadi biomassa baru dan zat anorganik
2. Memungkinkan terjadinya pengendapan sehingga

keluaran hanya sedikit mengandung padatan mikroba
3. Mendaur ulang sebagian lumpur mikroorganisma dari

tangki pengendap ke reaktor aerasi, kecuali pada reaktor
aliran yang teraduk baik (continuous stirred tank), kadangkadang mikroorganisma tidak perlu didaur ulang
4. Kinerja pengolahan dengan lumpur aktif bergantung pada

waktu tinggal sel rata-rata di dalam reaktor (mean cell
residence time).

Laguna Teraerasi (Aerated Lagoons)
 Berbentuk kolam dengan kedalaman 2,5 ~ 5 meter

dan luas hingga beberapa hektar
 Penambahan oksigen dilakukan dengan pengadukan
atau difusi udara
 Kebutuhan energi antara 14 ~ 20 hp/sejuta gallon

Laguna Fakultatif (Facultative Lagoons)
 Hanya bagian permukaan yang diaduk
 Sebagian padatan mengendap dan terdekomposisi

oleh mikroorganisme anaerobik di dasar kolam,
produknya dioksidasi oleh mikroorganisme yang
tumbuh di atasnya
 Kebutuhan energi antara 4 ~ 10 hp/sejuta gallon

AEROBIK

FAKULTATIF

PENGENDAPAN

air limbah

effluent

pencampuran
sempurna

•

•
•

endapan lumpur
terdekomposisi
secara anaerobik

sisa lumpur

Laguna aerobik mendegadrasi organik terlarut, tetapi menambah konsentrasi
biomassa/mikroorganisma. Waktu tinggal hidraulik dalam laguna aerobik sekitar
1-3 hari.
Laguna fakultatif mengurangi BOD yang tersisa dan sebagian besar dari padatan
tersuspensi dengan waktu tinggal sekitar 3-6 hari.
Bila padatan tersuspensi dari aliran keluar harus lebih kecil dari 50 mg/l, maka
diperlukan sebuah laguna pengendapan.

 Sistem laguna mempunyai efisiensi pengurangan
zat organik yang tidak kalah bila dibandingkan
dengan proses lumpur aktif.

 Sistem laguna mempunyai kelebihan yaitu tidak
diperlukan pengeluaran lumpur dari sistem.

 Tetapi kelemahan yang nyata adalah
memerlukan tanah yang relatif luas.

Saringan Percik (Trickling Filters)
• Merupakan sistem biologis unggun-terjejal (packed bed). Terdiri dari tumpukan batu atau bahan plastik sebagai
•
•
•
•

medium penunjang (support medium) pertumbuhan lapisan mikroorganisma aerobik (biofilm) di permukaannya.
Tinggi media batu adalah 1 hingga 3 m, dengan ukuran media antara 6 -10 cm.
Media plastik dapat ditumpukkan hingga ketinggian 13 m dan dapat beroperasi dengan laju 4 gal/ft2.minute. Hal
ini disebabkan hilang-tekan (pressure drop) dari bahan plastik lebih rendah dibandingkan dengan media batu.
Saringan percik tidak dapat mengurangi kandungan BOD lebih dari 85% secara ekonomis.
Sistem ini lebih mudah dan murah untuk dioperasikan dibandingkan dengan proses lumpur aktif.

biofilm

air limbah
organik
udara
oksigen

medium
karbon dioksida
produk akhir
Skema sederhana proses saringan percik

waste water

recycle effluent

Trickling
Filter

effluent
Clarifier
rock or
plastic
packing
sludge

Sebagian dari aliran dapat disirkulasikan balik ke dalam
sistem untuk mendapatkan aliran keluar dengan kualitas
yang baik

Kontaktor Biologis Putar
(Rotary Biological Contactors)
• Terdiri dari sejumlah piringan (discs) yang dipasang pada poros
yang berputar.

• Sekitar 40% dari volumenya terendam dalam tangki yang berisi air
limbah.

• Piringan adalah tempat pertumbuhan mikroorganisma (bio-film),
dengan ketebalan 1 ~ 4 mm.

• Piringan-piringan umumnya terbuat dari high density polyethylene
dengan luas permukaan sekitar 37 ft2/ft3.

• Suatu unit dapat berukuran hingga diameter 4 m dan panjang 8 m
dengan luas permukaan 10.000 m 2 dengan jumlah piringan
mencapai ratusan.

• Kinetika pengurangan BOD akan lebih baik bila dilaksanakan
secara bertahap.

rotating
biological
contactor

waste water

plastic-disc media

treated
effluent

• Suatu sistem kontaktor biologis biasanya terdiri dari 2-4

unit dipasang seri.
• Kelebihan utama dari sistem ini dibandingkan dengan
proses lumpur aktif adalah energi yang diperlukan relatif
rendah, sehingga ongkos operasinya lebih murah.

Pengolahan Limbah Gas
Pengendalian pencemaran yang dapat dilakukan
mencakup :
pengendalian pada sumber dan pengenceran
sehingga senyawa pencemar itu tidak berbahaya
lagi baik untuk lingkungan fisik dan biotik maupun
untuk kesehatan manusia.

Pengendalian pencemaran dapat dicapai dengan
pengubahan :
1.
2.
3.
4.

Jenis senyawa pembantu yang digunakan dalam proses
Jenis peralatan proses
Kondisi operasi
Keseluruhan proses produksi itu sendiri

 Pemilihan tingkat kerja (actions) itu selalu

dikaitkan dengan penilaian ekonomik seluruh
produksi.
 Hal yang menyulitkan adalah proses produksi
yang berada di bawah lisensi.

Alat pemisah debu atau pengumpul debu dapat
dipilah sebagai :

1.
2.
3.
4.

Pemisahan secara mekanis
Pemisahan dengan cara penapisan
Pemisahan dengan cara basah
Pemisahan secara elektrostatik

 Upaya pembersihan aliran gas/udara sebelum dibebaskan

ke lingkungan dapat dihubungkan dengan kebutuhan
proses produksi, perolehan produk samping, atau
perlindungan lingkungan.
 Seringkali merupakan bagian integral suatu proses, jika
sasaran utama adalah penghilangan gas yang beracun
atau mudah terbakar.

 Debu ditemui dalam berbagai ukuran, bentuk,

komposisi kimia, densitas (true, apparent, bulk
density), daya kohesi, sifat higroskopik dan lain-lain.
 Variabel yang aneka ragam ini mengakibatkan

bahwa pemilihan alat dan sistem pengendalian
pencemaran udara oleh debu dan gas harus
berhubungan dengan sasaran masalah
pembersihan gas dan watak kinerja alat di samping
penilaian ekonomik

Prinsip pemisahan debu
1. Pemisah Brown
 Menerapkan gerakan partikel Brown.
 Dapat memisahkan debu dengan rentang ukuran 0,01 ~ 0,05 mikron.
 Alat yang dipatenkan dibentuk oleh susunan filamen gelas dengan
jarak antar filamen yang lebih kecil dari lintasan bebas rata-rata
partikel.

2. Penapisan
 Deretan penapis atau penapis kantung (filter bag) dapat

menghilangkan debu hingga ukuran diameter 0,1 mikron.
 Penapis ini dibatasi oleh pembebanan yang rendah, karena
pembersihan membutuhkan waktu dan biaya yang tinggi.
 Susunan penapis dapat digunakan untuk gas buang yang
mengandung minyak atau debu higroskopik.
 Temperatur gas buang dibatasi oleh komposisi bahan penapis.

Prinsip pemisahan debu
3. Pengendap elektrostatik
 Tegangan yang tinggi dikenakan pada aliran gas yang

berkecepatan rendah.
 Debu yang telah menempel dapat dihilangkan secara beraturan
dengan cara getaran.
 Keuntungan yang diperoleh adalah debu yang kering dengan
ukuran dalam rentang 0,2 ~ 0,5 mikron, tetapi secara teoritik
ukuran partikel yang dapat dikumpulkan tidak memiliki batas
minimum.

4. Pengumpul sentrifugal
 Pemisahan debu dari aliran gas didasarkan atas gaya sentrifugal
yang dibangkitkan oleh bentuk saluran masuk alat.
 Gaya ini melemparkan partikel ke dinding dan gas berputar
(vortex) sehmgga debu akan menempel di dinding serta
terkumpul di dasar alat
 Alat yang menggunakan prinsip ini dapat digunakan untuk
pemisahan partikel besar dengan rentang ukuran diameter
hingga 10 mikron atau lebih.

Prinsip pemisahan debu
5. Pemisah inersia
 Bekerja atas gaya inersia yang dimiliki oleh partikel.
 Menggunakan susunan penyekat, sehingga partikel akan

bertumbukan dengan penyekat ini dan akan dipisahkan dari
aliran fasa gas.
 Kendala daya-guna ditentukan oleh jarak antar penyekat.
 Alat bekerja dengan baik untuk partikel berdiameter lebih besar
daripada 20 mikron. Rancangan yang baru dapat memisahkan
partikel yang berukuran hingga 5 mikron.

6. Pengendapan akibat gaya gravitasi
 Didasarkan perbedaan gaya gravitasi dan kecepatan yang

dialami oleh partikel.
 Bekerja dengan baik untuk partikel dengan ukuran diameter
yang lebih besar daripada 40 mikron.
 Tidak digunakan sebagai pemisah debu tingkat akhir.

Metoda pemisahan gas dan debu secara simultan
1. Menara percik
 Aliran gas yang berkecepatan rendah bersentuhan dengan aliran air yang

bertekanan tinggi dalam bentuk butir.
 Relatif sederhana dengan kemampuan penghilangan pada tingkat sedang
(moderate).
 Dapat mengurangi kandungan debu dengan rentang ukuran diameter 10 ~
20 mikron dan gas yang larut dalam air.

2. Siklon basah
 Menangani gas yang berputar lewat percikan air.
 Butiran air yang mengandung gas yang terlarut akan

dipisahkan dengan aliran gas utama atas dasar gaya
sentrifugal.
 Slurry dikumpulkan di bagian bawah siklon.
 Lebih efektif daripada menara percik.
 Rentang ukuran diameter debu yang dapat dipisahkan adalah
3 ~ 5 mikron.

Metoda pemisahan gas dan debu secara simultan
3. Pemisah venturi
 Rancangan didasarkan atas kecepatan gas yang tinggi dan

berkisar antar 30 - 150 meter per detik pada bagian yang
disempitkan.
 Gas bersentuhan dengan butiran air yang dimasukkan di
daerah itu.
 Memisahkan partikel hingga ukuran 0,1 mikron dan gas yang
larut dalam air

4. Tumbuhan pada piringan yang berlubang
 Disusun oleh piringan yang berlubang dan gas yang lewat





orifis berkecepatan antara 10 hingga 30 meter per detik.
Gas ini membentur lapisan air hingga membentuk percikan air.
Percikan ini akan bertumbukan dengan penyekat dan air akan
menyerap gas serta mengikat debu.
Gas yang memiliki kelarutan sedang dapat diserap dengan air
dalam alat ini.
Ukuran partikel paling kecil yang diserap adalah 1 mikron.

Metoda pemisahan gas dan debu secara simultan
5. Menara dengan packing
 Penyerapan gas dilakukan dengan cara persentuhan cairan

dan gas di daerah antara packing.
 Aliran gas dan cairan dapat searah arus atau berlawan araharus atau aliran melintang.
 Rancangan baru alat ini dapat menyerap debu.
 Ukuran debu yang dapat diserap adalah lebih besar daripada
10 mikron.

6. Pencuci dengan pengintian
 Pertumbuhan inti dengan kondensasi dan partikel yang dapat
ditangani berukuran hingga 0,01 mikron serta dikumpulkan
pada permukaan filamen.

Metoda pemisahan gas dan debu secara simultan
7. Pembentur turbulen
 Penyerapan partikel dilakukan dengan cara mengalirkan aliran
gas lewat cairan yang berisi bola-bola berdiameter 1 ~ 5 cm.
 Partikel dapat dipisahkan dari aliran gas, karena debu
bertumbukan dengan bola-bola itu.
 Efisiensi penyerapan gas bergantung pada jumlah tahap yang
digunakan.

Pengolahan Limbah Padat dan B3
Penanganan atau pengolahan limbah padat
atau lumpur B-3 pada dasarnya dapat on-site
treatment maupun off-site treatment.

Pertimbangan on-site treatment :
 Jenis dan karakteristik limbah padat yang akan diolah

 teknologi pengolahan yang tepat
 antisipasi jenis limbah di masa yang akan datang
 Jumlah limbah yang dihasilkan

 justifikasi biaya yang akan dikeluarkan
 jumlah limbah di masa yang akan datang
 Pengolahan on-site membutuhkan tenaga tetap (in-

house staff) yang menangani proses pengolahan
 pertimbangan sumber daya manusia
 Peraturan yang berlaku dan antisipasi peraturan

pemerintah di masa yang akan datang
 teknologi terpilih tetap dapat memenuhi baku mutu

Teknologi pengolahan setempat (on-site) dapat
dilaksanakan dengan menggunakan satu atau
beberapa teknologi berikut :
 perlakuan lumpur dan chemical conditioning
 incineration
 solidification (stabilisasi)
 penanganan limbah padat atau lumpur B-3,
 disposal (land fill dan injection well).

Teknologi pengolahan limbah padat B-3 oleh
pihak ketiga dilaksanakan dengan menggunakan
sekaligus beberapa teknologi-teknologi tersebut.