NASIONAL···

.~••:t l!.~Ll~~h.!lu.tl.tl "'UtLtl.!~L"lltt\,:'tt _.'Ul~ l\:.Utl~uu, Uu.lu.tLL1L :. .. 1 ruul\:.u.tl

£,;.•••••• ;-l.H.tlt~uuuu ll~l·1.\:.~lu.tlrurau

Program Studi Magister & DoktorIImu Lingkungan UNDIP

".-.

"

PROS ID INGSeminar Nasional Pengelolaan Sumberdaya dan Lingkungan 2013"Optimasi Pengelolaan Sumberdaya AIam clanLingkungan dalam Mewujudkan

Pembangunan Berkelanjutan".

Editor:

Prof. Dr. Sudharto P. Hadi, MESProf. Dr. Ir. Purwanto, DEADr. Henna Rya Sunoko, MESDr. Hartuti Purnaweni, MPA

Penyunting:

Ferdianto Budi Samudra; Maria P. WidiantiMukhlisi, Silvia Lucyanti, Suksesi Wicahyani

Layout Design:

Bazar RistyawanI Putu Garj ita

Program Studi IImu Lingkungan Program Pasca Sarjana Universitas Diponegoro (UNDIP)Program Studi I1mu Lingkungan Universitas Riau (UNRI)Program Studi Magister I1muLingkungan Universitas Padjadjaran (UNPAD)

Diterbitkan o!eh:

Program Studi I1mu LingkunganProgram Pasca Sarjana Universitas Diponegoro, Semarang, IndonesiaJI. Imam Bardjo, SH No.5 Semarang 50241 TelplFax. (024)8453635, 8452770Email: milundip@yahoo.com

ISBN 9?8-bP2-170Q~-~-2

9 ~lJjJl'Jl~'~111I

Prosiding Seminar Nasional Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan 2013

DAFfAR (Sf

HALAMAN JUDUL iKATA PENGANTAR....................................................................................................................................... iiDAFT AR ISI iiiLAPORAN KETUA PANITIA......................................................................................................................... viiiSAMBUTAN REKTOR UNIVERSITAS DIPONEGORO ixKEYNOTE SPEAKER: MENTERI KELAUTAN DAN PERIKANAN............................................................ xi

SUBTEMA:

L Kebijakan Pengeloiaan SDA dan Llngkungan _.._._ •••_..•.....••.• ._. ••_._ •••__ ..••••I. SVLK; Salah Satu Jenis Eco Label Untuk Mengontrol Pergerakan Kayu pada Industri

Furn itur di JeparaAhmad Subulas Salam, Purwanio, dan Suherman .

2. Peranan Implementasi Kebijakan Karantina Dean dalam Pembangunan PerikananBerkelanjutanBazar Ristiyawan; Sutrisno Anggoro, Bambang Yulianto.......................................................... 6

3. Pengelolaan Cendana di Desa Asumanu, Kecamatan Raihat, Kabupaten Belu, Propinsi NusaTenggara Timur (NTDMaria P. Widiyansi, Hamal Purnaweni, Tri R. Soeprobowati 13

4. Tingkat Penerapan Sistem Pertanian Berkelanjutan pada Budidaya Padi Sawah (Studi KasusDi Kecamatan Ambal Kabupaten Kebumen)Istiantoro, Azis Nur Bambang, Tri Retnaningsih Soeprobowati 19

5. Kondisi Sosial Ekonomi Masyarakat Sub OIlS Padas: Ditinjau dalam Peegelelaan OAS (StudiKasus di Sub DAS Padas, Kabupaten Sragen)Nur Ainun Jariyah...................................................................................................................... 26

6. Perencanaan Pertanian Berlcelanjutan di Kecamatan SetoSasongko Putra; Purwaruo, Kismartini.... 33

7. Kebijakan Pengelolaan Wilayah Pesisir Secara Terpadu di Kabupaten Rembang PropinsiJawa TengahKismartini :.................................................................... 41

8. Kajian Pemanfaaan dan Daya Dukung Perairan Danau Teluk Kota Jambi untuk BudidayaIkan Sistem Karamba Jaring Apung (KJA)Kristiaruo, J.D., Sunardi, Iskandar ;........ 48

9. Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan dalam Pandangan Masyarakat SaminJumari, Dede Setiadi, Y. Purwanto, Edi Guhardja 64

1

U. Sanitasi dan Kesebatan Lingkungan ................................•............................. _...•.....•.•...••..._....... 701. Aspek Kualitas Bakteriologi dan Hygiene Sanitasi Fisik Depot Air Minum Isi Ulang (Damiu)

di Kecamatan Cimareme Kabupaten Bandung BaratAri Khoeriyah; Henna Rya Sunoko, Antes 70

2. Hubungan Pengetahuan Karyawan tentang Lingkungan dengan Motivasi Karyawan dalamPengelolaan Lingkungan di Rumah Sakit Siti Asiyah BumiayuFaisal Amri, Azis Nur Bambang, Azrul Azwar, Henna RyaSunolco....................................................................................................................................... 76

3. Upaya Pengelolaan Lingkungan Usaha Petemakan Sapi d.i Kawasan Usaha Tani TerpaduBangka Botanical Garden PangkalpinangFianda Revina Widyastuti, Purwanto, Hadiyanto...................................................................... 80

4. Kajian Pengelolaan Sampah Perkotaan di Tempat Pembuangan Akhir: Studi Kasus TPAHutan Panjang Banjarbaru Kalimantan SelatanPranatasari Dyah Susan/i.......................................................................................................... 85

5. Kajian Waler Borne Disease Oleh Bakteri Secara Spasial Di Kecamatan Kampung LautKabupaten CilacapRissa Nurohmah; A. Haris Budi Widodo, Agatha Sih Piranti "............ 91

6. Pengelolaan Air Limbah Domestik Komunal Berbasis Masyarakat di Kota ProbolinggoYusdi Vari Afandi, Henna Rya Sunoko, Kismartini.............................................................. 96

7. Kualitas Udara dalam Ruangan di Laboratorium Quality Control (Qc) Divisi ConcentratingPT Freeport IndonesiaArif Susanto, David Suryanegara, Edi Putro 102

ISBN 978-602-17001-1-2 iii

rrosiatng seminar tvastonatrengetotaan~umberdaya A/am don Lingkungan 2013

Lebrina lvantry Bolich,Suprlharyono, Ign Boedi Hendrarto..................................................... 36811. Pengaruh Penerapan Wanamina di Kota Semarang terhadap Kualitas Lingkungan Tambak

dan Pertumbuhan UdangRini BudihastutL.......................................................................................................................... 374

12. Potensi Lestari Sumberdaya Dean Demersal (Analisis Hasil Tangkapan Cantrang yangDidaratkan di TPI Wedung Demak)Rochmah Tri Cahyani, Sutrisno Anggoro, Bambang Yulianto 378

13. Indeks Keberlanjutan Ekologi Budidaya Udang Vaname (Litopenaeus Vanname) di BeberapaDesa Kawasan Minapolitan Kecamatan Pantai Cermin Kabupaten Serdang BedagaiSri Wahyuni Sitorus, Siarisno Anggoro, Bambang YuJianto...................................................... 384

14. Pengelolaan Lingkungan Perairan Sui Bakau Besar Laut AkibM PengafUh Leachate terbadapSaprobitas Perairan (Model Prakiraan Sebaran Dampak Lingkungan Terjauh BerdasarkanPasang Surut & Arus dengan Formula Wolinsky, 2005 )Wartiniyati, Budi Hendrarto, Henna Rya Sunoko, Sutrisno Anggoro........................................ 390

15. Kondisi Intrusi Air Laut terhadap Air Tanah pada Akuifer di Kota SemarangEdy Suhartono, Purwanto, Suripin 396

VII.Pengelolaan Tata Ruang Berwawasan Lingkungan dan Green BuUding ._._.o_ ... _ ..... _.. 4021. Perencanaan' & Perancangan Kota Postmodem Berdasarkan Kearifan Lokal Menuju Kota-

Hijau BerlcelanjutanA. RudJJ(thtoSoesilo 402

2. Analisis terhadap Kendala Utama serta Perubahan yang Dimungkinkan dari PengelolaanLingkungan di Kawasan Ziarah Umat Katholik Gua Maria Kerep AmbarawaAri Wibowo, Boedi Hendrarto, Agus Hadiyarto "...............•........ ,............. 409

3. Pengembangan Hutan Rakyat: Upaya Mewujudkan Tata Ruang Berwawasan LingkunganNana Haryanti ~.......................................................................................................... 415

4. Kajian Green Building Berdasarkan Kriteria Tepat Guna Laban (Appropriate SiteDevelopment) pada Gedung Pascasarjana B Universitas Diponegoro SemarangRahayu Indah Komalasari, Purwanto, Suharyaruo ........................•.......................................... 422

- 5. Kajian Perencanaan Ruang Terbuka Hijau Pemukiman di Kampung Brambangan dan .Perumahan Sambak Indah, PurwodadiYakub Prihatiningsih; Imam Buchori, Hadiyanto...................................................................... 427

6. Kajian Emisi Coa Berdasarkan Penggunaan Energi Rumah Tangga sebagai PenyebabPemanasan Global (Study Kasus Perumahan Sebantengan, Gedang Asri, Susukan RW 07.Kab. Semarang)Mira Tri Wulandari, Hermawan, Purwanto 432

VIll. Pengendalian Pencemaran dan Perusakan Lingkuogan ........•._._....••••...__ .._.•_................... 4391. Upaya Penanggulangan Pencemaran Lingkungan Teluk Ambon dalam Rangka

Pengelolaan Lingkungan Pesisir .Adi Mu/yanlo.......................................................................................................................... 439

2. Hubungan Koefisien Biokinetik pada Proses Lumpur Aktif Completely MixedMenggunakan atau Tanpa ResirkulasiAllen Kurniawan dan Yanuar Chandra Wirasembada 445

3. Konsep Kesetirobangan Massa dan Aliran Hidrolik Model Completely Mixed pada UnitPengolahan Air Limbah IndustriAllen Kurniawan............... 452

4. Kualitas Air Sungai Jiglong di Kabupaten Pari Jawa TengahArieyarui Dwi Astuti 460

5. Efisiensi Pengolahan Amonium Berkonsentrasi Tinggi dalam Lindi pada SistemEvapotranspirasi Anaerobik secara KontinyuBadrus Zaman, Purwanto, Sarwoko Mangkoedihardjo 466

6. Logam Berat Timbal (Pb) pada Ikan Belanak di Perairan Segara Anakan CilacapCahyadi, Moh. Husein Sastranegara; Agung Dhamar Syakti................................................ 471

7. Potensi Keberadaan Polutan Kloroanilin di Sungai Citarum Akibat BiotransformasiPewama Azo dari Air Limbah TekstilEdward Suhendra, Purwanto, Edwan Kardena...................................................................... 475

8. Pengolahan Limbah Cair Industri Kerupuk dengan Sistem Subsurface Flow ConstructedWetland Menggunakan Tanaman Typha Angustifolia Studi Kasus Limbah Cair SentraIndustri Kerupuk Desa Kenanga Kecamatan Sindang Kabupaten Indramayu Jawa Barat

ISBN 978-602-17001-1-2 vi

Prosiding Se,!!inar Nasionaf Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan 2013'.) ..

Konsep Kesetimbangan Massa dan A1iran HidrolikModel Completely Mixed pada Unit Pengolahan Air Limbah Industri

Allen Kurniawan

StafPengajar Program StudiTeknik Sipil dan Lingkungan, Program Sarjana Institut Pertanian Bogor, Bogor, IndonesiaEmail:allen.kumiawan@gmail.com

ABSTRAK

Penggunaan kesetimbangan massa(massbalance) pada pengolahan air limbah untuk mengetahui konsentrasisubstansi yang mengalami perubahan pada setiap unit pengolahan. Pada model reaktor Completely Mixed, nilaiperpindaban substansi di dalam reaktor harus seimbang dengan jumlah sisa produsi yang dihasilkan oleh proses fisikdan kimiawi. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui substansi secara detail berupa jumlah debit, padatan, clansubstrat yang masuk dan keluar dari setiap unit pengolahan air limbah. Pengambilan contoh air limbah dilakukan salahsatu industri di Jakarta, pada 5 titik sumber dengan sistem tercampur. Dari basil pengukuran karakteristik fisik clankimiawi air limbah, dua parameter yaitu Biochemical Oxygen Demand (BOD) sebesar 661 mg/L, Total Suspended Solid(TSS) sebesar 342 mgfL, serta debit sebesar 0,12 m3/detik digunakan sebagai data awal untuk analisis kesetimbanganMassa. Unit pengolahan yang akan dirancang adalah bar screen, gritcbamber, sedimentasi primer, lumpur aktifsedimentasi sekunder, desinfeksi, serta unit pengolahan lumpur (thic/cener, digester anaerobik.., sentrifugasi). Padadiagram alir kesetimbangan Massa, supernatan dan lumpur diperhitungkan dengan memperhatikan aliran pada setiapunit operasi dan proses, tanpa meugacu pada waktu detensi. Dari analisis tersebut, debit aliran bawah (underflow) padaunit pengolahan lebih kecil dibandingkan aliran utama (main liquid stream), sedangkan konsentrasi TSS meningkatketika memasuki unit pengolahan lumpur.Pengulangan (iterasi) perhitungan dibutuhkan untuk mendapatkan akurasinilai variabel terbaik. Data yang diperoleh sangat berguna sebagai acuan dasar dalam merancang unit pengolahan airIimbah.

Kata kunci: completely mix, kesetimbangan massa.., lumpur aktif.

1. PENDAHULUAN

Hingga kini, masalah limbah cair di Indonesia terhadap limbah domestik maupun limbah industri selalu menjadimasalah serius. Air limbah pada umumnya langsung dibuang ke badan air penerima.., tanpa adanya pengolahan(treatment) terlebih dahulu. Hal tersebut mengancam kelesatarian lingkungan, karena kemampuan self purificationlingkungan yang tcrbatas.

Upaya pengolahan air limbah yang tepat dan optimal dapat mengatasi masalah tersebut. Dengan adanya instalasi. pengolahan, air limbah diharapkan dapat memenuhi persyaratan batas baku mutu yang ditetapkan oleh pemerintahketika dibuang ke lingkungan. Alternatifunit pengolahan pada air limbah diperlukan untuk menganalisis reduksi bahan-bahariorganik hasil penguraian biologis dan organisme patogen, sehingga Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL)perlu direncanakan untuk menjalankan fungsi-fungsi tersebut. Dalam pemilihan alternatif pengolahan, jenis pence martertentu dapat menyebabkan permasalahan berbeda-beda.., sehingga pemilihan unit operasi dan unit proses perludilakukan dengan cermat dalam mereduksi pencemar spesifik tersebut. Unit operasi adalah unit yang berhubungandengan transformasi secara fisika, sedangkan unit proses adalah unit yang berhubungan dengan transformasi secarakimiawi.

Salah satu industri terkemuka di Jakarta yang rnemproduksi bahan kosmetik, sampo, sabun cuci piring dan lotionberencana untuk membuat IP AL guna mengimplementasikan upaya-upaya yang sistematis dalam memperbaiki kualitasefluen, melakukan identifikasi dan karakterisasi air limbah, mengatur sistem pengaliran air limbah serta membuatrancangan instalasi pengolahan air limbah. Aspek ekonomi, teknis, keamanan, kehandalan dan kemudahanpengoperasian perlu dipertimbangkan secara detail, setelah kontaminan diketahui karakteristiknya. Teknologi terpilihrnerupakan teknologi tepat guna sesuai dengan karakteristik limbah yang diolah dan nilai efisiensi removal kontaminan.Berdasarkan karakteristik limbah yang diperoleh, unit pengolahan direncanakan berupa screen, gritchamber,sedirnentasi primer, activated sludge (pengolahan biologis), desinfeksi, dan unit pengolahan lumpur.

Tujuan dari pene!itian ini adalah membuat kesetirnbangan Massa (massbalances) dan aliran hidrolik (hydraulicflow regimes) untuk estimasi aliran debit, konsentrasi substrat dan padatan pada setiap infiuen dan efluen unitpengolahan. Dengan demikian, proses transformasi atau reduksi kontaminan pada air limbah dapat diperkirakan,sebelum unit pengolahan dirancang.

158,'" 978-602-17001-1-2 452

2. METODOLOGI

Penelitian dilakukan di sebuah industri yang memproduksi bahan kosmetik, sham po, sabun cuci piring danlotion di Jakarta dari bulan Maret hingga Juli 2013. Hasil akhir dari penelitian ini berupa perencanaan rancangan unitIPAL skala industri, sehingga topik ini merupakan bagian dari penelitian dalam skala yang lebih hesar. Komponen yangdiarnati adalah air limbah yang keluar dari hasil produksi ataupun pencucian alat-alat produksi.

Penelitian diawali dengan penentuan debit puncak air limbah, serta pengambilan contoh (sample) air Iimbahpada lima titik inlet saluran air Iimbah untuk dicampur menjadi satu guna mengetahui karakteristik kimia, fisika danbiologi. Dalam kesetimbangan Massa, parameter terpilih adalah Biochemical Oxygen Demand (BOD) sebagai nilaikonsentrasi substrat dan Total Suspended Solid (TSS) sebagai nilai kcnsentrasi padatan.

Langkah selanjutnya adalah membuat diagram alir kesetimbangan Massa untuk menentukan debit aliran,konsentrasi substrat dan konsentrasi padatan. Terjadinya perubahan reaksi zat pada aliran kesetimbangan tersebutkemungkinan diakibatkan oleh produksi atau destruksi oleh bahan kimia, biokimia, atau fenomena fisik (Droste, 1997).Pe.mYlltalln terse.but digambllrklln melalui perssmaan urnurn:

masuk - keluaf + penurunan selama proses = akumulasi (1)

Masuk-keluar mengacu pada pengangkutan bersih zat ke daIam reaktor, penurunan selama proses mengacu padaplodu~ atau desl1uksi bersih oleh reaksi atau proses Iisik, dan akumulasi adalah jumlah ywg tersisa.

Tahap analisis kesetimbangan adalah sebagai berikut:a. Skema atau diagram alir sederhana dari sistem atau proses dipersiapkan.b. Sistem atau batas kontrol volume digambar untuk menentukan batasan penerapan kesetimbangan Massa.c. Semua notasi untuk reaksi biologis atau kimia dimasukkan.d. Persamaan kesetimbangan mass a dibuat herdasarkan notasi dan perhitungan yang telah dibuat.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1. Kuantitas dan Kualitas Air LimbabPembacaan debit air limbah dilakukan selama dua mlnggu berturut-turut dari tanggal 29 April 2013 hingga 11

Mei 2013, kecuali pada hari Minggu. Penentuan kapasitas instalasi pengolahan air limbah didasarkan atas perkiraantotal debit puncak yang dihasilkan pada satu hari, sehingga debit air limbah industri tersebut diperoleh sebesar 166

_ m3lhari. Debit yang dihasilkan sangat kecil. Sistem dengan aliran kontinu tidak mungkin diterapkan pada kondisitersebut. Dengan demikian, sistem batch digunakan dengan menggunakan bak penampung di awal proses pengolahanyang berfungsi menampung air limbah dengan waktu detensi minimal 24 jamsebelum dialirkan ke unit selanjutnya.Debit aliran berubah dengan bantuan pompa sebesar 0,12 m3/detik.

Hasil pembacaan fluktuasi debit setiap jam selama 24 jam diikuti dengan pengambilan sampel untuk pengukuranparameter BUD dan TSS. Serupa dengan fluktuasi debit, kedua parameter tersebut merupakan parameter utama dalammenentukan mekanisme proses pengolahan air limbah. Nilai rata-rata BOD dan TSS dihasilkan sebesar 661,19 mgILdan 332 mgIL. Nilai kedua parameter tersebut berada di atas nilai baku mutu Keputusan Guberour Provinsi DaerabKhusus Ibukota Jakarta Nomor 581 Tabun 1995 tentang Penetapan Peruntukan dan Baku Mutu Air SungailBadanAir serta Baku Mutu Limbah Cair di Wilayah Daerah Khusus Ibukota Jakarta (TSS sebesar 100 mg/Lrserta PeraturaoMen ten Negara Lingkungan Hidup Nomor 3 Tabun 2010 tentang Baku Mutu Air Limbah Bagi Kawasan Industri(BOD sebesar 50 rng/L). IPAL rnerupakan syaratmutlakuntuk segera dibangun oleh industri tersebut., sehingga dampakyang ditimbulkan dapat direduksi sebelum air limbah dibuang ke lingkungan.

3.2. Kesetimbaagan Massa dan Aliraa HidrolikReaktor model completely mired terdiri dari tangki yang diberi pengaduk untuk mencampurkan aliran yang

masuk dan mengeluarkan sebagian material ke unit reaktor selanjutnya (Reynolds dan Richards, 1996) Setelahmemasuki reaktor, air limbah yang masuk hampir seketika tercampur dengan air limbah yang telah tertampung direaktor tersebut, sehingga volume dan kandungan air limbah reaktor menjadi seragam. Reaktor model ini digunakanpada proses biologis pada unit IP AL yang akan dirancang.

IPAL diawali dengan unit screening dan diakhiri unit desinfeksi. Lumpur hasil pengolahan disalurkan ke unitpengolahan lumpurberupa digester anaerobik dan sentrifugasi. Runtutan proses dapat dilihat pada Gambar I yang telahdilengkapi notasi kesetimbangan Massa. Screening berupa rangkaian kisi-kisi besi untuk menyisihkan bends-bend akasar, misalnya kertas, plastik, atau potongan kayu terapung yang dapat mengganggu jalannya proses pengolahan airlimbah. Gritchamber berfungsi menangkap pasir agar tidak terbawa pada proses selanjutnya, sebab pasir tak dapatdihancurkan dengan proses biologis. Sedimentasi primer berfungsi untuk mengurangi kandungan TSS, sebagianpadatan organik dalam air buangan (antara 50 % - 65%) dan menurunkan BOD (25% - 4(010) melalui proses fisik tanpapembubuhan zat kimia (Metcalfand Eddy, 2003). Pada pengolahan dengan lumpur aktif lumpur padat atau flok-flokywg terbentuk hersarna mikroorgarusme (ba...1.:terida...'1protozoa) ya...'1ghidup. Lumpur aktif dicampur dengan air limbahISBN 978-602-17001-1-2 453

di dalarn sebuah tangki, selanjutnya seluruh isi tangki ini di aerasi secara mekanis. Sedimentasi sekunder (clarifier)berfungsi untuk memisahkan Mixed Liquor Suspended Solid (MLSS) dari air Iimbah dan mengentalkan lumpur yangak.an diresirkulasi. Desinfeksi berfungsi untuk menghilangkan bau, warna, mereduksi zat organik, dan membunuhbakteri patogen. Thickener berfungsi meningkatkan konsentrasi lumpur dengan mengurangi volume fase cairan.Digester anaerobik berfungsi untuk menstabilkan lumpur dalam kondisi anaerob menggunakan bantuanmikroorganisme anaerob yang menghasilkan metan dan karbondioksida. Sentrifugasi berfungsi untuk mengeringkanlumpur untuk mencapai padatan yang optimal (Thomas, 2009). Pada Garnbar 1, proses tersebut dilengkapi notasi untukaliran, konsentrasi padatandan konsentrasi substrat.

Beberapa informasi yang harus diketahui sebelum perhitungan kesetimbangan dihitung adalah:a. Debit aliran (Qo) sebesar 0,12 m3/detik atau 10368 ml/hari, konsentrasi BOD influen(.SaJ sebesar 661 mgfL dan

konsentrasi TSS influen(XaJ sebesar 342 mgfL. So dan Xo tidak tennasuk material yang akan dibuangdiscreeningatau gritchamber.

Gambar 1. Diagram alir kesetimbangan massa pada IPAL menggunakan lumpur aktif

b. Jumlah material yang terkumpul di screening(Xscw) adalah 0,005 m311000 mJ. Jumlah tersebut berada pada kisaran

0,004-0,009 mll1000 mJ (EPA, 2003)c. Jumlah pasir yang terkumpul di grit chamber ( Xgw)adaJah U,OOll m3ilOUU m3.Jumlah tersebut berada pada kisaran

0,003-0,074 m311000 mJ (EPA, 2003) .. d. Pada unit sedimentasi primer, nilai reduksi TSS (Rp) sebesar 62%,nilai reduksi BOD(fp) sebesar 37%, konsentrasi

aJiran bawah (underflow) TSS (X.,) sebesar 4,5%.e. Pada bakaerasi lumpur aktif.konsentrasi BOD efluen terlarut (SAl sebesar 5 mg/L, koefisien basil (yield Jbersih TSS

berdasarkan BOD influen dan BODs efluen terlarut ro sebesar 0,65 mg TSS yang diproduksiimg BOD yangdibuang, serta konsentrasi TSS di bak aerasi (X.J sebesar 2000 mgIL.

f. Pada unit sedimentasi sekunder, konsentrasi aliran atas (overflow) efluen (XsJ mengandung 10 mg/L dan konsentrasiaJiran bawah (underflow) TSS (X;cS1 sebesar 0,75%.

g. Pada unit thickener pzeeses: yang tertampung pada dasar bak(C,,1 diharapkan sebesar 85~/cdan konsentrasi a!iran.bawah (underflow) TSS(xJ sebesar 6%.

h Penambahan dosis gas klorin pada unit desinfeksi sebesar 1,5 mg/L.1. Reduksi TSS diharapkan pada unit anaerobik digester (f,w) sebesar 55%.j. Pada unit sentrifugasi, 9 kg polimer ditambahkan pada setiap 1 tOI;1 padatan (Dp,), dengan konsentrasi (XpJ sebesar

80 g/L, Unit ini diharapkan menampung padatan (,Cd sebesar 97,5%, dengan konsentrasi padatan keringt'caIce(XcA:isebesar 32%.

k Specific gravity (berat jenis) TSS diasumsikan sebesar 1,00. Kesalahan dari asumsi ini cukup kecilI. BOD diasumsikan tidak terlarut d.idigester anaerobik, thickener dan sentrifugasi. BOD akan bertransformasi setelah

melalui unit sedimentasi primer dan bak aerasi pada unit lumpur aktifm. Konsentrasi padatan di bak aerasi diasumsikan seragarn.

Persamaan kesetimbangan untuk debit aliran air limbah tersaji pada Tabel l. Dari Tabel tersebut, setiap aliranakan mengalami kesetimbangan pada setiap unit pengolahan, baik di influen atapun efluen. Persamaan tersebut bukanpersamaan independen, melainkan dibangun dari keseirnbangan aliran tiap unit pengolahan, sehingga persamaan dapatberubah seiring dengan adanya modifikasi unit atapun perubahan rola aliran.

ISBN 978-602-17001-1-2 454

Tabell.Persamaan Kesetimbangan Debit Aliran Air Limbah

Lumpuraktif (bakaerasi)

Qo = Qsc + QscwQsc = Qg + QwQsc = Qg + Qw

Qg + Qct + QtS = QpoQp + rQp = QAQA = Qs + Qus

QuS = Qw + rQpQs + QCl

o = Qf(9) Qs = Qf

Thickener (10) Qup + Qw = QtS + QIDigester anayrobic (ll) o. = o,Sentrifugasi (12) Qd + Qpl = o..+ o:

Sedimentasisekunder(Clarifier)

(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)

ScreeningGrit chamber

Sedimentasi primer

Desinfeksi

Catatan: *Qc: II'dalllh laju aliran g1\Sdan titl!lk mempengaruhi leju aliran, sehingga Qc: dapetdiabaikan.

Selain persamaan kesetimbangan debit aliran, persamaan kesetimbangan padatan (solid balance) dan substrat (substratbalance) barns diformulasikan guna memperoleh variable-variable kesetimbangan secara lengkap. Persamaankesetimbangan padatan dan keseimbangan zat diformulasikan sebagai berikut:a. Screening

Konsentrasi limbah yang terkumpul di screening (X.cvJ berdasarkan basis volume sebesarO,005 m3/tOOO m3.

Perlu diperhatikan bahwa konsentrasi padatan di influen screening dan efluen screening hamper tidak mengalamiperubahan yang signifikan ..

(13)

b. Grit chamber •Serupa dengan screening, konsentrasi padatan pada influen tidak mengalami perubahan yang signifikan.

Konsentrasi pasir (grit) yang terkumpul(Xg><:Jberdasarkan basis volume sebesar 0,008 m3/IOOO rrr'.

(14)

c. Sedimentasi primerKesetimbangan padatun:

Tidak ada perubahan Xo pada dua unit pengolahan awal.

QgXo + QctXct + QtsXtS = QpXp + QupXupQgXo + QctXct + QtsXcs = QpoXpo -

(15)(16)

Rasio reduksi padatan(R,Jdapat dijabarkan melalui persamaan:

(17)Kesetimbangan substrat:

Tidak ada perubahan pada konsentrasi BOD pada dua unit pengo!ahan awal, pada aliran Qct dan Qts. Nilai reduksi BODdi sedimentasi primer (fpBOd sebesar 0,35 BOD pada aliran bawah (underflow) sedimentasi primer juga diabaikan,sehingga kesetimbangan substrat menjadi:

(18)

Pcrsamaan (18) di atas mcnggambarkan rcduksi BOD pada scdirncntasi primer.

d. Aerasi pada unit lumpur aktifKesetimbangan padatan:

Pada bak aerasi terjadi penurunan dan perubahan padatan di bak aerasi (L1X), sehingga persamaan menjadi:

(19)

ISBN 978-602-17001-1-2 455

Kesetimbangan substrat:Kesetimbangan substrat untuk bak aerasi termasuk nilai .1S untuk reduksi konsentrasi BOD:

(20)

Untuk menentukan & pada Persamaan (19), koefisien hasil (yield) bersih (Y) telah diketahui pada datainformasi awal. .1X berdasarkan reduksi BOD pada bak aerasi adaIah:

IlX = YLlS (21)

e. Sedimentasi sekunderKesetimbangan padatan pada unit sedimentasi sekunder adalah:

(22)

Tidak ada peruba'han konsentrasi padatan ketikaQ..sterpecah menjadi Qp dan Q w-

f DesinfeksiTidak ada perubahan pada konsentrasi TSS di bak desinfeksi karena klorin merupakan zat terlarut. Jumlah BOD

yang sangat kecil yang akan dioksidasi oleh klorin, namun diasumsikan nilainya dapat diabaikan.

g. ThickenerRasia pengumpulan dithickener didefinisikan sebagai Ct.

(23)

(24)h. Digesteranaerobik

Reduksi padatan pada digesteranaerobik dapat diketahui dengan menggunakan faktar/AD:

(25)

i. SentrifugasiLaju pembubuhan dosis po Iimer didefinisikan sebagai Dpt. Rasia pengumpulan di sentrifugasi didefinisikan

.melllh.li notllsiC

(26)

(27)

(28)Perlu diperhatikan setelah persamaan dapat dipecahkan, satuan variable harus dipertahankan sama untuk dapatmemastikan bahwa perhitungan benar. Hasil perhitungan dapat disajikan pada Tabel 2, berikut pencantuman deskripsivariable dan acuan dari persamaan yang digunakan.

Tabel 2.Variabel kesetimbangan massadan debit aliran air limbah

SoXoQoe,o.:

XSCW

Q~Qg"

Konsentrasi BOD influen (mgIL) 661KonsentrasiinfluenTSS (tidaktennasukscreeningdangrit chamber) 342Debit aliran influen (m3fhari) 10368Debit aliransetelahscreening (m%ari) 10368Lajuvolumetrikscreeznagtm'zdetik) 6 xl 0-7

Jumlah material yang terkumpul di screening(m3/1000 nr') 0,005De.bitaliranse~elahgrit chamberjm3~) 10368LaJuvolumetrikgrit chamber(m Idetik) 9,6 xl0-7

Data primerData primerData primer

Pers. (2)Pers. (13)

Data sekunderPers. (3)Pers. (14)

ISBN 978-602-/700/-/-2 456

Q..s

X..s

r

Q;

Q,.

Qr

QtS

Jumlahpasir yang terkumpul di grit chamber (m 11000 m )Total debitaliran yang masukkesedimentasi primer(m3/hari)Total konsentrasi TSS influen sedimentasi primer (m~)Debit aliran supematan efluen sedimentasi primer (m /hari)Konsentrasi TSS supematan efluensedimentasi primer (mg/L)Konsentrasi BOD efluen sedimentasi primer (mgIL)Konsentrasi TSS a1iran bawah (unde1j1ow}efluen sedimentasiprimer (kgIL)

Debit aliran bawah (ur.da:f7O'w)efluen sedimentasi primer (m3lhari)

Debit aliran efluen aerasi-lumpur aktif{m3/hari)Konsentrasi BOD efluen aerasi-lumpur aktif(mgIL)Debit aliran supematan efluen sedimentasi sekunder (m3/hari)Konsentrasi TSS supernatan efluen sedimentasi sekunder (mg/L)

Debit aliran bawah (underflow) efluen sedimentasisekundertm'zhari)

Konsentrasi TSS a1iran bawah (underflow) efluen sedimentasisekunder (mg/L)

rasio debit a1iran recycle sedimentasi sekunder ke debit aliranefluen sedimentasi primer

Debit aliran efluen desinfeksitrrr'rhari)Debit aliran limbah lumpur aktif dari sedimentasi sekunder(m3/hari)

0,00810977,47420,1510310,4129,%418,76

0,045

57,6

13300,425

9766,66to

3533,76

7500

0,29

9766,66

543,74

Data selamderPers. (5)Pers. (16)Pers. (4)

Xp - (1- Rp) XoPers. (18)

Data sekunder

Q_ RpQoXo

up -XUI'

Pers. (6)Data sekunder

Pers. (7)Data sekunder

Pers. (7)dan Pers. (22):QA(XS-XA)

Qus = X Xs- uS

Data sekunder

Pers. (19)dan Pers. (6):Qp(Xp-XA) +M

r=------Qp(XA -XuS)

Pers. (9)

Pers.(8)

Pers. (24) danK,:o,x,0.=--~< Xc

Data sekunderPers. (10)

Pers. (23)

Pers. (11)Pers. (25) danXd:

QdXdQt=--

XdPers. (26)

Data sekunderPers. (28) danXct:

Q_ QckXck

ck - XckData sekunder

Pers. (12)

Pers. (27)

Debit aliran bawah(underflow)efluenthickener(m3/hari) 94,..49

Hal yang sangat fundamental pada tahapan pengolahan air limbah di atas ketika air limbah memasuki unitsedimentasi primer dan pengolahan lumpur aktif (activated sludge). Unit sedimentasi primer dirancang urrtukmengurangi konsentrasi TSS sebesar 50-65% dan menurunkan konsentrasi BOD sebesar 25-4<T% melalui proses fisiktanpa pembubuhan zat kirnia. Berdasarkan pehitungan kesetimbangan massa, konsentrasi TSS di.h.arapkan dapatdireduksi hingga 69% berdasarkan konsentrasi TSS influen sebesar 420,15 mglL dan efluen sebesar 129,96 mg/L.Konsentrasi BOD diharapkan dapat direduksi hingga 37% berdasarkan konsentrasi BOD influen sebesar 420,15 mg/Ldan efluen sebesar 418,76 rng/L. Lumpur endapan masih mangandung material organik yang tinggi, sehingga efluenlumpur dialirkan ke unit sludgethickener sebesar 57,6 mjlharl, sedangkan filtrat (supematan) dialirkan ke pengolahanlumpur aktif sebesar 10310,4 m3Ihari.A1iran umpan air limbahlsubtrat, bercampur dengan aliran lumpur aktif yangdikembalikan (rasio debit aliran recycle sebesar 0,29) sebelum masuk rektor. Campuran lumpur aktif dan air limbabmembentuk suatu campuran yang disebut cairan tercampur/mixed liquor (Sutapa, 1999). Memasuki bak aerasi, lumpuraktif dengan cepat mernanfaatkan zat organik dalam limhah untuk didegt1ldasi 7.1It-7~t orgllnik yang ada di dalam airlimbah diserap oleh mikroorganisme dan diubah bentuknya menjadi flok, sebagai bahan pembentuk pertumbuhan sel

[SBN 978-602-/700/-J-2 457

KonsentrasiTSS aliranbawah(unde1j1ow)efluenthickener (kglL) .Debit aliran supernatan efluenthickenermenujutnfluensedimentasiprimer (m3/hari)Konsentrasi TSS supematanefluenthickenermenujuinfluensedimentasi primer(mglL)Debit aliran bawah (underflow) efluen digesteranaerobik(m3/hari)

Konsentrasi TSS aliran bawah (underflow) efluendigesteranaerobik (g/L)

Lajualiranconditioning polimeruntuksentrifugasiun'rhari)Konsentrasi TSS polimer untuk sentrifugasi (kg/L)

Debit, 1 metrik Aft'\""'~"""r)"""'~~ tankeri ,..I',....-L"".d"'n"" _t.;.f:" ,..,1 3/1, ri)'\ 0 U .•u •••.u p .IIu ·""4.4ut:1u. .•• ..,u,uil LUiA.""" • .In6\ casus) "'-I. ent: o!J •• g ,m , £.la ••

0,06

506,85

1974,25

94,49

27

0,2980

7,84

Konsentrasi TSS padatankering(cake)efluensentrifugasi (kg/L)Debita!irancentratedarisentrifugasimenujuinfluensedimentasiprimerfrrr'rhari)Konsentrasi TSS centrate dari sentrifugasi menuju influensedimentasi primer (mg/L)

0,32

102,62

640

dan sebagai sumber energi (TjokrokuSumo, 1998). Flok ini yang menyebabkan konsentrasi TSS di bak aerasi tinggihingga mencapai 0,045 kg/L. Padasedimeotasi sekunder (clarifier), lumpur yang dieodapkan sebagian akandikembalikan ke unit pengolahan biologis berupa lumpur aktif sedangkan supematan dialirkan menuju unit pengolahandesiofeksi dengan debit 9766,66 m3/hari. Prinsip mekanisme proses pada unit clarifier menyempai unit sedimentasiprimer.Untuk menghasilkan efluen d~ kualitas yang baik, Benefield (2001) meojelaskan bahwa biomassa (setelahmemisahkan material organik dari air lirnbah) harus dipisahkan dari cairanlsupematan. Sedimentasi sekuoder ini hampirselalu merupakan tahap pembatas kualitas etluen. BOD yang keluar dieflueo biasanya di bawah 5 mgIL, namun padatanbiomassa yang masih terkandung pada.air limbah memungkinkan akan memproduksi BODefluen 20 mgIL atau lebihbesar.

14000

l 12000l 10000~ 8000'--~- 6000~<IlCl 4000~-9 2000E~ 0

N0- \0'Of"~ 0- 'Of" r-i'Of" ~ 00 00- 0 r:

0 <J ~ OIl h 0 ~c.. « v.I v.I •... <5 5 "0

~..>0: 00' III o ~ 6- 0' ::I CI CI o0' ~ 0' CI 0' 0'

0'

Jenis Debit Aliran

Gambar 2. Debit aliran pada setiap unit IFAL

Dari grafik pada Gambar 2 diatas, debit aliran bawah (underflow )terlihat cukup kecil dibandingkan denganaliran utama (main iiquidstream). Debitaliran bawah disirnbolkan denzan notasi 0."""0",,, 0 ••••O ••~ O; Or.;. Od, o.,~Odedan Q<1' Hal ini disebabkan sebagian besar fase cairanlsupematan tersalurkan - melaliJi aiiian- ~a -dari- screeninghingga desinfeksi, sedangkan padatan (solid) tersalurkan melalui aliran bawah (underflow) menuju unit pengolahanlumpur. Pada Gambar 3, konsentrasi TSS terbesar dihasilkan dari supernatan eflueo thickener menuju influensedimentasi primer (X,J sebesar 1974;25 mgIL Nilai tersebut diakibatkan konsentrasi TSS merupakan basil daripemisahan padatan dari unit sedirnentasi primer dan sedimentasi sekunder hasil dati proses pengolahan biologis.Thickener berfungsi untuk mengurangi 'volume lumpur dengan membuang supematan. Supematan adaIah cairan ataufase cair di dalam lumpur yang terpisah dengan fase padatan Umumnya supernatant diresirkulasi kembali ke dalam unitpengolahan utama air limbah.

V)

2500 N~r-.

;- 0-,.....<, 2000~~1/~ 1500:--.-•..~ 1000 .,... 0•...!:: ci

..,.\0

""' N N'" -e- ..,.::: 500 C".c:..:: c r--

N

00 0 c.. v.I rn "0 ..•>< c.. >< >< X >< ~><

Konsentrasi TSS Setiap Unit Pengolahan

Gambar 3. Konsentrasi TSS pada setiap unit IFAL •Catatan: *Tidak mencakup konsentrasi TSS berdasarlcan dare sekunder,

ISBN 978-602-/7001-1-2 458

4. KESIMPULAN

Analisis kesetimbangan massa merupakan metode cepat untuk mengidentifikasi perbedaan dalam peogolahan·data <fankesa1ahan dalam pengukuran contoh (sampel) air Iimbah. Dengan melacak keseialbangan debit aliran, padatandan substrat pada setiap unit peogolahan secara keseluruhan, pemahaman yang lebih baik tentang hubungan antarakomponen-komponen yang mendukung mekanisme proses pengolahan dapat diperoleb. Dampak dari konfigurasiproses yang berbeda dapat dievaluasi dengan menggunakan model kesetimbangan massa dikembangkan untuk seluruhunit pengolahan. Dari analisis tersebut, debit aliran bawah (underflow) pada unit IPAL lebih kecil dibandingkan aliranutama (main liquidstream), sedangkan konsentrasi TSS meningkat ketika memasuki unit pengolahan lumpur. Reduksikonseutrasi BOD dau TSS ~bt::slU 97% keLikll air liiubah berada pada efluen unit desiufeksi. Angka tersebu: perludiverifikasi kembali ketika rancangan unit pengolahan dibuat. Pengulangan (iterasi) perhitungan dibutuhkan untukmendapatkan akurasi nilai variabel terbaik,

5. REFERENSI

Benefield, L., 1993. Biological Process Design for Wastewater Treatment, Ibis Publishing, Melbourne.

Droste, R. L., 1997. Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment, J01m Wiley & SOIlS,Toronto.

Environmental Protection Agency, 2003.Wastewater Technology Fact Sheet: Screening and Greet Removal,Washington D.C.

Metcalf and Eddy, 2003. Wastewater Engineering: Treatment, Disposal and Reuse, McGraw-Hili, New York.

Reynolds, T. D., Paul A Richards, 1996.Unit Operations and Processes in Environmental Engineering, PWSPublishing Company, Boston.

Sutapa, I. D. A, 1999. "Lumpur Aktif: AltematifPengolah Limbah Cair", Jurnal Studi Pembangunan, Kemasyarakatan& Lingkungan, No.3, p. 25-38.

Thomas, M., 2009, "Optimisation of Dewatering Centrifuges", Proceeding of 34th Annual Qld Water IndustryOperations Workshop, Indoor Sports Stadium Caloundra, p. 106-1 !2.

Tjokrokusumo. 1999. Pengantar Enjiniring Lingkungan, Jilid 1, Sekolah Tinggi Teknik Lingkungan YLH, Yogyakarta.

ISBN 978-602-/700/-1-2 459