BAB V DIMENSI UNIT PENGOLAHAN - Perpustakaan · PDF filePerhitungan unit pengolahan...

BAB V

DIMENSI UNIT PENGOLAHAN

V.1 Umum

Untuk menurunkan konsentrasi zat-zat pencemar dalam air limbah PT Z, maka unit-

unit pengolahan yang digunakan pada IPAL PT Z adalah sebagai berikut:

• Pengolahan pendahuluan:

Fine screen dan tangki ekualisasi

• Pengolahan tahap pertama:

Prasedimentasi dan Dissolved Air Flotation (DAF)

• Pengolahan tahap ketiga :

Anaerobic fixed bed dan lumpur aktif yang dioperasikan secara batch (sequencing

batch activated sludge).

Perhitungan unit pengolahan mempertimbangkan debit air limbah yang dihasilkan

saat ini dan debit air limbah pada kapasitas maksimum. Dalam perhitungan ini, kedua

debit tersebut dinyatakan sebagai tahap I untuk debit eksisting dan tahap II untuk

debit pada kapasitas produksi maksimum.

V.2 Pengolahan Pendahuluan

Pengolahan pendahuluan bertujuan untuk menyisihkan benda-benda kasar yang

terbawa air limbah agar tidak merusak peralatan pada tahap pengolahan selanjutnya

dan untuk meminimalkan variasi konsentrasi dan debit air limbah.

V.2.1 Fine screen

A. Umum

Fine screen yang digunakan berjenis static inclined dengan ukuran bukaan 2 mm.

Pengoperasian screen jenis ini sebagai berikut:

1. Screen memiliki 2 pipa inlet, yaitu pipa limbah pekat dan pipa limbah ringan.

V-1

2. Air limbah mengalir masuk ke dalam pipa inlet dan tertampung pada bak yang

merupakan bagian dari screen.

3. Apabila bak tersebut penuh, overflow air akan mengalir melalui bukaan screen

dan menuju pipa outlet.

4. Kotoran-kotoran yang tertahan akan langsung jatuh karena batang-batang screen

miring dan kotoran akan terkumpul di suatu wadah yang diletakkan di depan

screen.

Fine screen akan disimpan dalam suatu tempat tertutup yang dapat diakses untuk

perawatan. Penggunaan tempat khusus ini ditujukan agar screen terhindar dari

kotoran-kotoran yang berasal dari sumber lain selain air limbah, karena screen akan

diletakkan di pinggir jalan besar di dalam pabrik. Selain itu, screen dilengkapi dengan

wadah untuk menampung kotoran-kotoran yang tersaring, dikenal dengan istilah

screenings.

B. Data Perencanaan

Dalam desain ini, fine screen tidak dibuat secara manual dengan perencanaan khusus

karena screen akan didapat dari suplier dengan fabrikasi. Bagian-bagian dari screen

yang harus difabrikasi adalah diameter pipa inlet dan outlet. Ukuran kedua pipa

tersebut harus sesuai dengan debit air limbah yang terproduksi dengan beberapa

ketentuan yaitu:

1. saat debit maksimum, kecepatan aliran dalam pipa inlet maupun outlet tidak

melebihi 3 m/detik (Moduto, 2000), agar friksi sepanjang pipa tidak terlalu besar

2. saat debit minimum, kecepatan aliran tidak terlalu kecil yaitu kurang dari 0,3

m/detik (Moduto, 2000) untuk memenuhi syarat kecepatan pipa agar terjadi self

cleansing (tidak terjadi pengendapan di sepanjang pipa). Tabel V.1 merupakan

data-data perencanaan ukuran pipa outlet fine screen.

Screen diletakkan di seberang IPAL, dipisahkan oleh jalan dalam pabrik. Kehilangan

tekan pada bukaan fine screen besar, 1,2m-2m (Metcalf & Eddy, 2004), maka untuk

V-2

mengimbangi hal itu, screen diletakkan di tempat yang elevasinya lebih tinggi dari

tangki ekualisasi agar tidak dibutuhkan pemompaan, sedangkan tangki ekualisasi

berada di wilayah IPAL yang berelevasi relatif datar.

Screen yang sudah diberi pondasi diletakkan di atas tanah dan pipa outlet akan

dibenamkan sejauh 0,8 m di bawah tanah karena pipa melewati jalan dalam pabrik.

Ketinggian 0,8 m dipilih karena jalan tersebut sering dilalui oleh kendaraan besar

seperti truk. Oleh karena itu, tangki ekualisasi harus dibenamkan di dalam tanah dan

pipa inletnya berjarak 0,8 m di bawah permukaan tanah.

Tabel V.1 Data Perencanaan Diameter Pipa Inlet dan Outlet Fine screen

Debit Tahap II Satuan Besaran Maksimum 5,402 Rata-rata 3,375 Minimum

(m3/jam) 1,56

C. Perhitungan

Berdasarkan data perencanaan, maka perhitungan diameter pipa inlet dan outlet fine

screen adalah sebagai berikut:

Kecepatan aliran dalam pipa direncanakan minimal 0,5 m/detik.

Pada saat debit minimum:

Luas permukaan pipa yang dibutuhkan =

ikmjamm

det5,0

56,13

= 0,00087 m2

Diameter pipa inlet dan outlet = )14,3(25,0

00087,0 2m = 0,033 m = 1,1378 inci

Ukuran pipa yang tersedia = 1,38 inci = 0,035 m

V-3

Kecepatan pada saat debit maksimum:

Kecepatan = 2

3

)035,0)(14,3(25,0

402,5

mjamm

= 1,172 m/detik (memenuhi syarat kecepatan aliran

dalam pipa 0,3 m/detik-3 m/detik)

Kecepatan pada saat debit rata-rata:

Kecepatan = 2

3

)035,0)(14,3(25,0

375,3

mjamm



Kecepatan pada saat debit minimum:

Kecepatan = 2

3

)035,0)(14,3(25,0

56,1

mjamm



Dari perhitungan di atas didapat diamater pipa inlet dan outlet yang dibutuhkan

sebesar 1,5 inci.

Cek kecepatan pada debit minimum tahap I:

Kecepatan = 2

3

)035,0)(14,3(25,0

05,1

mjamm



V.2.2 Tangki Ekualisasi

A. Umum

Air limbah yang keluar dari proses tidaklah selalu sama jumlah dan kualitasnya

dalam setiap waktu, sedangkan dalam mendesain sistem pengolahan air limbah

V-4

diperlukan suatu debit yang selalu sama besarnya. Selain itu, proses biologi tidak

tahan terhadap beban polutan yang cenderung berubah-berubah.

Tangki ekualisasi akan diletakkan secara in-line, maka semua air limbah dari proses

produksi akan melalui tangki ekualisasi sebelum dialirkan ke pengolahan selanjutnya

dan diletakkan sebelum pengolahan tahap pertama karena seperti telah disebutkan

bahwa tangki ini berfungsi sebagai tempat pencampuran air limbah pekat dan ringan.

Tangki ekualisasi yang diletakkan sebelum pengolahan tahap pertama akan

membutuhkan mixer/aerator, tujuannya untuk menghindari pengendapan padatan

yang terkandung dalam air limbah sehingga menimbulkan bau. Terjadinya

pengendapan pada tangki ekualisasi sebisa mungkin dihindari, tetapi dasar tangki

didesain memiliki slope untuk memudahkan upaya pemeliharaan.

B. Kriteria Desain

Kriteria desain tangki ekualisasi terdapat pada Tabel V.2.

Tabel V.2 Kriteria Desain Tangki Ekualisasi

Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber Kedalaman air minimum t 1,5-2 m Metcalf & Eddy, 2004 Kemiringan dasar tangki S 40-100 mm/m diameter Qasim, 1985

C. Data Perencanaan

Tangki ekualisasi direncanakan berbentuk lingkaran dan didesain memiliki ruang

lumpur seperti unit prasedimentasi serta dilengkapi dengan surface aerator. Air

limbah pekat dan ringan akan teraduk merata di tangki ini. Efluen dari tangki

ekualisasi akan dipompakan ke tangki prasedimentasi. Data perencanaan tangki

ekualisasi dan data debit per jam disajikan pada Tabel V.3 dan Tabel V.4.

V-5

Tabel V.3 Data Perencanaan Tangki Ekualisasi

Parameter Simbol Besaran Satuan Debit rata-rata Tahap I 2,54 Tahap II

Q 3,38

m3/jam

Kedalaman air H 2 m Kemiringan dasar tangki S 60 mm/m diameter

Tabel V.4 Debit Per Jam

Jam Limbah ringan (m3)

Limbah pekat (m3)

Jumlah (m3)

08.00-09.00 1,8 0,39 2,16 09.00-10.00 1,2 1,12 2,29 10.00-11.00 2,4 1,64 4,07 11.00-12.00 1,5 1,12 2,64 12.00-13.00 3,7 0,39 4,05 13.00-14.00 2,5 0,13 2,67 14.00-15.00 2 0,33 2,36 15.00-16.00 2,1 0,33 2,47 16.00-17.00 3,1 0,33 3,44 17.00-18.00 2,5 0 2,5 18.00-19.00 2,6 0,2 2,78 19.00-20.00 1,5 0,13 1,68 20.00-21.00 2,3 0,85 3,15 21.00-22.00 2,4 0,26 2,66 22.00-23.00 1,3 0,39 1,69 23.00-24.00 1 0,13 1,13 24.00-01.00 2,2 0,46 2,67 01.00-02.00 2,6 0,59 3,15 02.00-03.00 1,4 0,46 1,9 03.00-04.00 1,3 0,07 1,37 04.00-05.00 1,7 0,59 2,29 05.00-06.00 1,3 0,39 1,72 06.00-07.00 1,2 1,05 2,21 07.00-08.00 3 0,92 3,94

D. Perhitungan

1. Influen ekualisasi

Tahap I:

• Debit, Q = 61,12 m3/hari

V-6

• TSS = 61,12 m3/hari ( 3544 g/m3)(1000g/kg)-1 = 216,61 kg/hari

• CODs =61,12 m3/hari (38589 g/m3)(1000g/kg)-1 = 2208,27 kg/hari

• CODp =61,12 m3/hari (3816 g/m3)(1000g/kg)-1 = 233,23 kg/hari

• Minyak dan lemak=61,12 m3/hari ( 167 g/m3)(1000g/kg)-1 = 10,2 kg/hari

Tahap II:

• Debit, Q =81,15 m3/hari

• TSS =81,15 m3/hari ( 3544 g/m3)(1000g/kg)-1 = 287,6 kg/hari




2. Volume tangki ekualisasi, V

Penentuan volume tangki ekualisasi dapat dicapai dengan beberapa cara, cara

yang digunakan untuk mendesain ukuran tangki ekualisasi pada desain ini

terdapat pada Tabel V.5.

V-7

Tabel V.5 Penentuan Volume Tangki Ekualisasi

Jam

Air Limbah inflow (m3)

Air limbah outflow

(m3)

Volume kumulatifinflow (m3)

Volume kumulatifoutflow

(m3)

Storage kumulatif

(m3) 07.00-08.00 2.21 2.55 2.21 2.55 -0.34 08.00-09.00 3.95 2.55 6.16 5.09 1.06 09.00-10.00 2.18 2.55 8.34 7.64 0.70 10.00-11.00 2.29 2.55 10.63 10.19 0.44 11.00-12.00 4.10 2.55 14.73 12.73 1.99 12.00-13.00 2.64 2.55 17.37 15.28 2.09 13.00-14.00 4.05 2.55 21.42 17.83 3.60 14.00-15.00 2.68 2.55 24.10 20.37 3.73 15.00-16.00 2.36 2.55 26.46 22.92 3.54 16.00-17.00 2.47 2.55 28.93 25.47 3.47 17.00-18.00 3.44 2.55 32.37 28.01 4.36 18.00-19.00 2.49 2.55 34.86 30.56 4.30 19.00-20.00 2.78 2.55 37.64 33.11 4.53 20.00-21.00 1.68 2.55 39.32 35.65 3.67 21.00-22.00 3.20 2.55 42.51 38.20 4.31 22.00-23.00 2.62 2.55 45.14 40.75 4.39 23.00-24.00 1.66 2.55 46.80 43.29 3.50 24.00-01.00 1.18 2.55 47.98 45.84 2.14 01.00-02.00 2.68 2.55 50.66 48.39 2.27 02.00-03.00 3.15 2.55 53.81 50.93 2.87 03.00-04.00 1.90 2.55 55.71 53.48 2.23 04.00-05.00 1.40 2.55 57.11 56.03 1.08 05.00-06.00 2.29 2.55 59.40 58.57 0.83 06.00-07.00 1.72 2.55 61.12 61.12 0.00

Tahap I, V = 4,53 ( 0,33)+ − = 4,87 m3

Debit rata-rata pada tahap II adalah 3,38 m3, maka volume tangki ekualisasi yang

dibangun adalah:

Tahap II, V =

3

3

3,38

2,54

mjammjam

(4,87 m3) = 6,48 m3 ~ 6,5 m3

V-8

3. Waktu detensi, t = VQr

Tahap I, t = 3

3

6,5

2,54

mmjam

= 2,6 jam

Tahap II, t = 3

3

6,5

3,38

mmjam

=1,923 jam

4. Luas permukaan, A = VH

A = 36,5

2mm

=3,25 m2

5. Dimensi tangki, d = 0,25

AΠ

d = 23,095

0,25mΠ

=2,03 m ~ 2 m

Kemiringan dasar tangki dipilih 60 mm/m diameter, maka tinggi cone adalah 60

mm(2 m) = 120 mm = 0,12 m.

6. Struktur Inlet

Struktur inlet menggunakan pipa berukuran 1,5 inci dengan diameter dalam 1,38

inci.

7. Struktur Outlet

Struktur outlet menggunakan pipa berdiameter 50 mm dan 32 mm untuk

menyesuaikan dengan spesifikasi diameter hisap dan diameter outlet pompa.

Pompa jenis end suction centrifugal dengan kapasitas 2,54 m3/jam digunakan

untuk mentransfer air limbah dari tangki ekualisasi ke tangki prasedimentasi.

V-9

Spesifikasi teknis yang lebih lengkap tentang pompa ini dapat dilihat pada bab

selanjutnya.

8. Surface aerator

Untuk menjaga kondisi tetap aerob dan mencegah terjadinya pengendapan

padatan, tangki ekualisasi dilengkapi dengan surface aerator. Tabel V.6

menampilkan beberapa tipe surface aerator.

Tabel V.6 Tipe Aerator

Motor Aerator Model Hp Pole Kg O2/hr DM

(m) DZ D (m)

Pumping rate (m3/min)

SFA-02 2 4 3 6 12 2 – 3 5 SFA-03 3 4 4.2 9 18 3 – 4 7 SFA-05 5 4 6.6 12 24 3 – 4 9 SFA-07 7 ½ 4 9.6 16 32 5 - 6 11 SFA-10 10 4 11.5 19 38 5 - 6 19 SFA-15 15 4 16.5 27 54 5 - 6 24 SFA-20 20 4 21 32 64 5 - 6 29 SFA-25 25 4 27.5 36 72 5 - 6 33 SFA-30 30 4 31 40 80 5 - 6 37 SFA-40 40 4 38 45 90 5 - 6 46 SFA-50 50 4 50 50 100 5 – 6 55 SFA-60 60 4 61 56 112 5 – 6 65 SFA-75 75 4 73 62.5 125 5 – 6 80 SFA-100 100 4 95 70 140 5 – 6 120

(www.en-found.com)

Keterangan :

DM : diameter zona yang teraduk sempurna

DZ : diameter zona yang teraduk

D : kedalaman zona yang teraduk

Aerator dengan tipe SFA-02 dianggap paling cocok untuk diletakkan pada tangki

ekualisasi IPAL PT Z, karena diameter dan kedalaman zona teraduk sempurna

paling sesuai dengan diameter dan tinggi tangki.

V-10

E. Rekapitulasi

Rekapitulasi dimensi tangki ekualisasi dapat dilihat pada Tabel V.7.

Tabel V.7 Rekapitulasi Dimensi

Parameter Besaran Satuan Diameter 2 m Kedalaman 2 m Freeboard 50 cm Tinggi total 2,5 m Diameter pipa inlet 50 mm Diameter pipa outlet 1,5 inci

V.3 Pengolahan Tahap Pertama

Pengolahan tahap pertama ditujukan untuk menghilangkan zat pencemar yang tidak

terbiodegradasi.

V.3.1 Prasedimentasi (Primary Sedimentation)

A. Umum

Pengolahan tahap pertama bertujuan untuk menyisihkan partikel-partikel diskrit dan

proses sedimentasi dipilih sebagai salah satu proses pengolahan tahap pertama karena

berdasarkan percobaan, proses sedimentasi dapat menghilangkan lebih dari 90%

partikel diskrit yang terdapat dalam air limbah. Prinsip dasar proses sedimentasi

adalah pemisahan partikel tersuspensi dari air melalui pengendapan secara gravitasi

sehingga partikel yang memiliki berat jenis lebih besar dari air akan mengendap dan

yang memiliki berat jenis lebih kecil dari air akan mengapung ke permukaan air.

Pada desain ini, proses sedimentasi akan menurunkan konsentrasi TSS dan COD tak

terlarut, sedangkan minyak dan lemak tidak tersisihkan karena berada dalam bentuk

emulsi.

Dalam desain bak prasedimentasi, faktor penting yang harus diperhatikan adalah cara

evakuasi lumpur yang paling mudah dan efektif. Hal inilah yang menjadi dasar

V-11

pertimbangan pemilihan bentuk unit, yaitu silinder (circular). Frekuensi evakuasi

lumpur tidak boleh terlalu sering atau terlalu lama. Evakuasi yang terlalu sering

menyebabkan konsentrasi padatan di dalam lumpur rendah dan air ikut tersedot

pompa, sedangkan bila evakuasi dilakukan dalam selang waktu yang terlalu lama

dapat mengakibatkan kondisi menjadi anaerob di dasar tangki dan menimbulkan bau

atau akumulasi lumpur dapat juga menyebabkan buruknya kualitas efluen.

Mekanisme evakuasi lumpur dilakukan secara mekanis. Partikel-partikel yang

memiliki berat jenis lebih kecil dari berat jenis air akan mengapung di permukaan air

(scum) dan lumpur akan mengendap di dasar tangki. Pembuangan scum dan lumpur

menggunakan skimmer dan bottom scrapper. Bottom scrapper digunakan untuk

mengumpulkan endapan pada dasar tangki ke ruang lumpur. Jumlah lumpur yang

dihasilkan diperlukan dalam mendesain ruang lumpur yang dibutuhkan , kapasitas

pompa lumpur, dan proses pengolahan lumpur.

B. Kriteria Desain

Kriteria desain tangki prasedimentasi terdapat pada Tabel V.8.

Tabel V.8 Kriteria Desain Prasedimentasi (circular)

Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber Overflow rate OR 30-50 m3/m2 hari Qasim, 1985 Waktu detensi td 1-2 jam Qasim, 1985 Beban pelimpah 124-186 m3/m hari Qasim, 1985 Solids loading 1,5-34 kg/m2 hari Qasim, 1985 Kemiringan dasar (slope) S 40-100 mm/m Qasim, 1985 Kecepatan aliran di inlet v 0,5 m/s Qasim, 1985 Kecepatan traveling bridge 0,02-0,06 r/menit Qasim, 1985

C. Data Perencanaan

Tangki prasedimentasi direncanakan berbentuk circular, untuk memudahkan

pembuangan lumpur dan efluen.

Data-data yang berhubungan dengan perencanaan bak prasedimentasi terdapat pada

Tabel V.9.

V-12

Tabel V.9 Data PerencanaanTangki Prasedimentasi

Parameter Simbol Besaran Satuan Overflow rate OR 40 m3/m2 hari Kedalaman air t 2 m Kemiringan dasar S 100 mm/m Spesific gravity Sg 1,03 g/cm3

Kandungan solid 4,5 %

D. Perhitungan

1. Influen prasedimentasi

Pada tangki ekualisasi tidak terjadi proses apapun, maka kualitas influen yang

masuk tidak berubah.

Tahap I:


• TSS = 61,12 m3/hari ( 3544 g/m3)(1000g/kg)-1 = 216,61 kg/hari




Tahap II:

• Debit, Q =81,15 m3/hari

• TSS =81,15 m3/hari ( 3544 g/m3)(1000g/kg)-1 = 287,6 kg/hari



• Minyak dan lemak =81,15 m3/hari ( 167 g/m3)(1000g/kg)-1 = 13,55

kg/hari

2. Luas permukaan tangki, A= QOR

V-13

Tahap I, A =

3

3

2

61,12

40

mhari

mm hari

= 1,528 m2

Tahap II,A =

3

3

2

81,15

40

mhari

mm hari

= 2,03 m2 ~2,2 m3


AΠ

Kapasitas tangki prasedimentasi yang digunakan adalah 2,2 m2

22, 20, 25(3,14)

m = 1,68 m ~1,7 m

Luas permukaan tangki = 0,25(3,14)(1,7m)2=2,27m2

Kemiringan dasar tangki dipilih 60 mm/m diameter, maka tinggi cone lumpur

adalah 60mm(1,7 m) = 102 mm

4. Waktu detensi, td = VQ

Tahap I, td = 2

3

0,25 (1,7 ) (2 )

2,55

x m mmjam

π = 1,78 jam

Tahap II, td =2

3

0,25 (1,7 ) (2 )

3,38

x m mmjam

π = 1,34 jam

5. Ketinggian tangki yaitu 2 m, diperdalam sebesar 0,4 m untuk akumulasi

lumpur. Lumpur dikumpulkan terlebih dulu agar memenuhi kapasitas pompa

lumpur yang tersedia. Sedangkan ruang lumpur untuk akses pembuangan

V-14

berbentuk mengerucut dengan kemiringan 60o, berdiameter atas 0,5 m, tinggi 0,25

m sehingga volume keseluruhan untuk akumulasi lumpur adalah:

Volume = ¼ π (1,7m)2 (1/3 x 0,4m) + ¼ π (0,5m)2 (1/3 x 0,25m)= 0, 31557 m3

6. Cek overflow rate, OR = QA

Tahap I, OR =

3

2

61,12

2,27

mharim

= 26,925 m3/m2hari

Tahap I, OR =

3

2

81,15

2,27

mharim

= 35,74 m3/m2hari

Dari grafik pengendapan partikel diskrit dapat dihitung bahwa efisiensi

penyisihan TSS dan CODp pada tahap I sebesar 95% dan tahap II sebesar 94 %.

7. Jumlah lumpur yang dihasilkan

Tahap I :

TSS (persen penyisihan 95%) = 0,95 x 216,61 kg/hari = 205,78 kg/hari

CODp (persen penyisihan 95%) = 0,95 x 233,23 kg/hari = 221,5685 kg/hari

Tahap II :


CODp (persen penyisihan 94%) = 0,94 x 309,67 kg/hari = 291,089kg/hari

8. Debit pembuangan lumpur

Konsentrasi solid = 4,5 %

Berat jenis = 1,03

Tahap I:

V-15

Debit pembuangan lumpur = 36

3 3

205,78 1000

0,045 1,03 1 10

kg gxhari kg

g gx x xg cm m

cm

= 4,439 m3/hari = 0,185m3/jam

Tahap II:

Debit pembuangan lumpur =

3

6 3

3 3

10270,344

101,03 0,045

kg gxhari kg

g cx xcm m

m

= 5,83 m3/hari = 0,243 m3/jam

9. Dimensi scum box.

Walaupun pada unit ini tidak terbentuk scum karena minyak dan lemak yang

terkandung berada dalam bentuk emulsi, scum box tetap didesain untuk

mengantisipasi adanya scum maupun kotoran-kotoran yang ringan yang masih

terbawa ke unit ini. Scum box didesain menyerupai bentuk trapesium, dengan

panjang sisi atas 50 cm dan panjang sisi bawah 10 cm.

10. Siklus dan kapasitas pompa lumpur

Lumpur yang terbentuk dalam 1 jam sebanyak 0,168 m3 pada tahap I dan 0,243

m3/jam pada tahap II, sedangkan kapasitas ruang akumulasi lumpur sebesar

0,31557 m3, maka ruang lumpur tersebut akan penuh dalam waktu 2 jam dan 1,3

jam, dan harus dilakukan pemompaan dalam interval tersebut. Lumpur akan

dipompa dalam waktu 5 menit maka kapasitas pompa adalah:

Kapasitas pompa = 30,31557

5m

mnt = 0,063 m3/menit = 3,78 m3/jam

11. Struktur influen

Struktur influen terdiri dari pipa inlet dan center feed well. Pipa influen masuk

melintang tangki sampai ke center feed well, sehingga air akan keluar di dalam

V-16

center feed well. Untuk menjaga kecepatan aliran dalam pipa sebesar 0,5 m/detik,

maka:

luas permukaan pipa inlet =

3

61,1286400

0,5

m harixhari dtk

mdtk

= 1,4148 x 10-3 m2

diameter pipa inlet = 21,4148 x 10-3 m

0,25x3,14= 0,04245 m = 1,67 inci

Pipa yang dipakai adalah pipa 1,5 inci, dengan diameter dalam 1,61 inci (4,089

cm)

Koreksi kecepatan, v =

3

2

61,1286400

0,25 3,14 (0,04089 )

m harixhari dtk

x x m= 0,54 m/detik

Kecepatan aliran pada tahap II =

3

2

81,1586400

0,25 3,14 (0,04089 )

m harixhari dtk

x x m = 0,7 m/detik

12. Struktur efluen

Struktur outlet terdiri dari baffle, weir V-notch, effluent launder (saluran efluen),

dan effluent box. Weir V-notch yang digunakan bersudut 90o, diletakkan di tepi

tangki. Data-data perencanaan struktur efluen terdapat pada Tabel V.10.

Tabel V.10 Data Perencanaan Struktur Efluen

Parameter Simbol Besaran Satuan Diameter tangki d 1,7 m Lebar saluran efluen 0,12 m Koefisien discharge Cd 0,584 Gaya gravitasi g 9,8 m/s2

Tinggi notch 8 cm Besar notch 39,5 /cm

a) Menentukan tinggi air di atas V-notch

Panjang saluran efluen = π (diameter tangki + lebar saluran efluen)

V-17

= π(1,7m+2(0,12m) = 6,09 m

Jumlah notch = panjang saluran efluen / besar notch

= 6,09 10039,5

m cxcm m

m = 15,5 buah

Weir loading, WL = Q/panjang saluran efluen

Tahap I, WL =

3

61,12

6,09

mharim

= 10,04 m3/m hari

Tahap II, WL =

3

81,15

6,09

mharim

= 13,32 m3/m hari

Debit per notch q = Q/jumlah V-notch

Tahap I, q =

3

0,000708det

15,5

mik = 4,565 x 10-5 m3/detik

Tahap II, q =

3

0,000939det

15,5

mik = 6,06 x 10-5 m3/detik

Tinggi air di atas notch, H =

2/5

0,52

158 (2 9,81 ) tan

2D

qmC x x

dtkθ

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

Tahap I, H =

2 / 53-5

0,52

4,565 x 10158 0,584(2 9,81 ) tan 45

mdtk

mx xdtk

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟

⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

= 1,62 cm

Tahap II, H =

2 / 53-5

0,52

6,06 x 10 158 0,584(2 9,81 ) tan 45

mdtk

mx xdtk

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟

⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

= 1,81 cm

V-18

b) Menghitung tinggi saluran efluen

Menentukan kecepatan aliran dalam pipa, v = 0,5 m/dtk

Luas penampang pipa, A = Qv

= 0,000708 /0,5 /

m dtkm dtk

= 1,416 x 10-3 m2

Diameter pipa keluar, d = 0,25

AΠ

= 31,416 x 10

0, 25Π= 0,042 m = 1,65 inci


cm).

Cek kecepatan dalam pipa tahap II, v = QA

=

3

2

0,000939

0,25(3,14)(0,04089 )

mdtk

m= 0,715 m/detik

Dimensi effluent box = 20 cm x 20 cm

Tinggi air di effluent box(a) = diameter pipa keluar + losses +

= 6 cm

Tinggi saluran efluen di atas effluent box(b) = ½(d pipa) + ketebalan saluran

efluen

=1/2(4,2cm) + 2 cm

= 4,1cm

Tinggi air di atas saluran efluen (c) = 6 cm-4,1 cm = 1,9 cm

Tinggi saluran efluen = ( )2'

22 2

2

2 q LNy

gb y+

V-19

Aliran terkumpul pada bagian tertentu saluran efluen yang dihubungkan dengan

pipa keluar air di sampingnya, maka N =1, dan besarnya q’= 0,000939m3/detik.

= ( )

2

2

22

2 0,000939 6,090,039

9,81 (0,12 ) (0,039 )

m x mdtkm

m m mdtk

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠+

= 0,11 m

Selain itu harus ditambahkan juga faktor losses sebesar 50% , sehingga tinggi

saluran efluen total adalah 0,2 m~ 20 cm.

E. Rekapitulasi

Rekapitulasi dimensi tangki prasedimentasi dapat dilihat pada Tabel V.11.


Parameter Besaran Satuan Diameter 1,7 m Kedalaman air 2 m Tinggi akumulasi lumpur 40 cm Freeboard 7,5 cm Tinggi total 2,5 m Diameter luar pipa inlet 1,5 in Diameter luar pipa outlet 1,5 in

V.3.2 Dissolved Air Flotation (DAF)

A. Umum

Flotasi dapat digunakan untuk proses klarifikasi air, yaitu memisahkan padatan-

padatan dan air menggunakan prinsip pengapungan. Dalam desain ini, flotasi dipilih

karena air masih mengandung minyak dan lemak yang apabila tidak disisihkan, selain

konsentrasinya belum memenuhi baku mutu, dapat menganggu proses biologi pada

tahap pengolahan selanjutnya. Jenis flotasi yang digunakan adalah Dissolved Air

Flotation (DAF) karena minyak dan lemak berada dalam bentuk emulsi dan tidak

dapat disisihkan dengan gravity flotation. DAF yang digunakan tidak menggunakan

resirkulasi aliran, karena konsentrasi minyak dan lemak yang tidak terlalu besar.

V-20

Prinsip dari DAF adalah melarutkan udara dalam air pada kondisi bertekanan,

sehingga pada saat dilepaskan ke tangki flotasi yang bertekanan atmosfer, akan

terbentuk gelembung-gelembung udara halus yang akan mengapungkan padatan-

padatan ringan yang tidak dapat mengendap pada unit sebelumnya. Padatan-padatan

yang mengapung (float/scum) ini kemudian akan dievakuasi menggunakan skimmer

dan dikumpulkan pada scum box sebelum diolah lebih lanjut. Dalam perancangan ini,

air limbah dialirkan secara gravitasi ke dalam tangki tekan, dan udara akan dilarutkan

ke dalam air limbah selama selang waktu tertentu. Suplai udara di dalam tangki tekan

berasal dari kompresor. Pengendapan tidak boleh terjadi pada DAF, maka kedalaman

tangki dipilih 1,5 m.

B. Kriteria desain

Kriteria desain tangki flotasi terdapat pada Tabel V.12.

Tabel V.12 Kriteria Desain DAF

Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber Air solid ratio A/S 0,005-0.06 Metcalf & Eddy, 2004Overflow rate OR 0,48-9,6 m3/m2jam Metcalf & Eddy, 2004Waktu detensi td - tangki tekan 2-3 menit Eckenfelder, 2000 - tangki flotasi 20-30 menit Eckenfelder Kelarutan gas pada 28oC Sa 16,3 ml/l Fraksi jenuh f 0,5 Metcalf & Eddy, 2004Solids loading SL 4-18 kg/m2 jam Napier-Reid 2005 Kecepatan naik flok Vv 3,6-36 m/jam Mans-Lundh, 2002 Tekanan di tangki tekan P kPa Eckenfelder, 2000 Kerapatan udara Ρud 1,2928 gr/L Metcalf & Eddy, 2004

C. Data Perencanaan

Tangki flotasi direncanakan berbentuk circular. Data-data yang berhubungan dengan

perencanaan tangki DAF terdapat pada Tabel V.13.

V-21

Tabel V.13 Data Perencanaan DAF

Parameter Simbol Besaran Satuan Tinggi tangki agar tidak terjadi pengendapan

t 1,5 m

Waktu detensi di tangki tekan 3 menit Air solid ratio A/S 0,04 tanpa satuan Solid loading SL 2,5 kg/m2/jam

D. Perhitungan

1. Influen DAF

Tahap I:

• Debit, Q = 61,12 m3/hari – 4,439 m3/hari = 56,68 m3/hari

• TSS = 216,61 kg/hari – 205,78 kg/hari = 10,83 kg/hari

= 3

10,831000

56,681

kgghari xkgm

hari

= 191,07 g/m3

• CODp = 233,34 kg/hari – 221,5685 kg/hari =11,77 kg/hari

= 3

11,771000

56,681

kgghari xkgm

hari

= 206,42 g/m3

Tahap II:

• Debit, Q = 81,15 m3/hari – 5,83 m3/hari = 75,32 m3/hari

• TSS = 287,6 kg/hari – 270,344 kg/hari = 17,256 kg/hari

= 3

17,2561000

75,32

kgghari xkgm

hari

= 229,1 g/m3

• CODp = 309,67 kg/hari – 291,089 kg/hari = 18,581 kg/hari

V-22

= 3

18,5811000

75,32

kgghari xkgm

hari

= 246,7 g/m3

2. Luas permukaan tangki, A = ( )SS OG xQSL

+

Tahap I, A = ( )

3

3

3

2

191,07 167 2,4

102,5

g mxkgm jam xkg g

m jam

+= 0,343 m2

Tahap I, A = ( )

3

3

3

2

229,1 167 3,19

102,5

g mxkgm jam xkg g

m jam

+= 0,71 m2


AΠ

Luas permukaan tangki yang dipakai adalah 0,71 m2

Tahap , d = 20,71

0,25(3,14)m = 0,95 m ~ 1 m

Luas permukaan = 0,785 m2

4. Volume tangki flotasi, V = A x t

V = 0,785m2 x 1,5 m = 1,1775 m3

5. Cek overflow rate, OR = QA

Tahap I, OR =

3

2

2,4

0,785

mjam

m= 3,07 m3/m2 jam (memenuhi kriteria desain 0,48-9,6

m3/m2 jam)

V-23

Tahap II, OR =

3

2

3,19

0,785

mjamm

= 4,07 m3/m2 jam memenuhi kriteria desain 0,48-9,6

m3/m2 jam)

6. Waktu detensi, td = VQ

Tahap I, td = 3

31,1775

2,4

mmjam

= 0,48 jam = 29,32 menit

Tahap II, td= 3

3

1,775

3,19

mmjam

= 0,2116 jam = 22,11 menit

7. Tekanan yang dibutuhkan, P =

/ 11,3

0,5

A SSaSS

+

P =

0,05 116,3 /1,3229,1 /

0,5

ml lmg l

+

= 3,08 atm = 101,35 x 3,08 atm – 101,35 = 210,926 kPa

8. Kapasitas tangki tekan menggunakan debit pada tahap II

a) Menghitung volume air yang disimpan di tangki tekan

Vtek =3,19 3

360

m x menitx jamjam menit

= 0,16 m3

b) Menghitung volume dan dimensi tangki tekan

Tekanan awal adalah tekanan dalam tangki kosong. Air limbah akan dialirkan ke

dalam tangki dan diberi tekanan hingga mencapai tekanan maksimum yang

dibutuhkan yaitu 3,08 atm. Tekanan awal dalam tangki adalah nol karena tangki

V-24

tidak diberi pra tekanan. Dari Tabel V.14 dapat dilihat perbandingan volume air

dalam tangki tekan.

Tabel V. 14 Perbandingan Volume Air dalam Tangki Tekan (%)

p'p 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 6 7 8 9 10

0 32,6 49,2 59,2 65,9 70,8 74,4 77,2 79,5 81,3 82,9 85,3 87,1 86,6 89,7 90,60,25 16,3 36,9 49,3 57,7 63,7 68,2 71,7 74,5 76,8 78,7 81,8 84 85,8 87,2 88,40,5 0 24,6 39,5 49,5 56,6 62 66,2 69,5 72,3 74,6 78,2 80,9 83 84,2 86,10,75 12,3 29,6 41,2 49,5 55,8 60,7 64,6 67,8 70,4 74,6 77,8 80,3 82,2 83

1 0 19,7 33 42,5 49,6 55,2 59,6 63,3 66,3 71,1 74,7 77,5 79,7 81,61,25 9,9 24,7 35,3 43,3 49,6 54,6 58,7 62,3 67,5 71,6 74,7 77,2 79,31,5 0 16,5 28,3 37,2 44,1 49,7 54,2 58 64 68,5 72 74,8 77 1,75 8,2 21,2 31 38,6 44,7 49,7 53,9 60,4 65,4 69,2 72,8 74,8

2 0 14,2 24,8 33,1 39,7 45,2 49,7 56,9 62,2 66,4 69,8 72,52,25 7,1 18,6 27,6 34,8 40,7 45,6 53,3 59,1 63,7 67,3 70,22,5 0 12,4 22,1 29,8 36,1 41,4 49,8 56 60,9 64,8 68 2,75 6,2 16,5 24,8 31,6 37,3 46,2 52,9 58,1 62,3 65,7

3 0 11 19,9 27,1 33,2 42,7 49,8 55,4 59,8 63,43,25 5,5 14,9 22,6 29 39,1 46,7 52,6 57,3 61,23,5 0 9,9 18,1 24,9 35,5 43,6 49,8 54,8 58,9

3,75 5 13,6 20,7 32 40,5 47 52,3 56,64 0 9 16,6 28,4 37,3 44,3 49,8 54,4

4,5 0 8,3 21,3 31,1 38,7 44,9 49,95 0 14,2 24,9 33,2 39,9 45,3

(Noerbambang, Morimura, 1984)

Maka didapat perbandingan volume air dalam tangki tekan sebesar 74,4%. Angka

ini menjelaskan bahwa pompa air akan mulai mengisi tangki kosong, dan pada

waktu tekanannya mencapai 3 atm, volume air telah mencapai 74,4% dari volume

tangki tekan.

Jika air yang harus disimpan 0,16 m3, maka:

Volume tangki tekan = 0,16 m3/0,744 = 0,215 m3

Tinggi tangki tekan = 1 m

Diameter tangki tekan = 0,52 m

V-25

9. Jumlah scum yang dihasilkan

Tahap I :



Minyak dan lemak (persen penyisihan

94%) = 0,94 x 10,2 kg/hari = 9,6 kg/hari

Tahap II :



Minyak dan lemak (persen penyisihan

94%) = 0,94 x 13,55 kg/hari = 12,737 kg/hari

10. Debit pembuangan scum

Konsentrasi solid = 4,5%

Berat jenis =0,95

Tahap I:

Debit pembuangan lumpur =

3

6 3

3 3

10(9,747 9,6)

101 0,95

kg gxhari kg

g cx xcm m

+

m

= 0,02 m3/hari

Tahap II =

3

6 3

3 3

10(15,53 12,737)

101 0,95

kg gxhari kg

g cmx xcm m

+= 0,03 m3

V-26

11. Dimensi scum box

Scum box didesain menyerupai bentuk trapesium, dengan panjang sisi atas 30 cm

dan panjang sisi bawah 15 cm. Kapasitas scum box tidak mencukupi volume scum

yang dihasilkan dalam 1 hari, maka pembuangan scum dilakukan bebrapa kali

dalam sehari disesuaikan dengan kapasitas scum box.

12. Struktur Influen

Untuk menjaga kecepatan aliran dalam pipa sebesar 0,5 m/detik, maka:

luas permukaan pipa inlet =

3

56,6886400

0,5

m harixhari dtk

mdtk

= 1,32x 10-3 m2

diameter pipa inlet = -3 21,32 x 10 m

0,25x3,14= 0,041 m = 1,615 inci


cm)


3

2

56,6886400

0,25 3,14 (0,04089 )

m harixhari dtk

x x m= 0,5 m/detik


3

2

75,3286400

0,25 3,14 (0,04089 )

m harixhari dtk

x x m = 0,66 m/detik

.Pipa inlet akan masuk melintang dari dasar tangki dan berakhir di dalam center

feed well.

13. Struktur Efluen

Struktur outlet terdiri dari baffle, weir V-notch, saluran efluen, dan effluent box.

Weir V-notch yang digunakan bersudut 90o, diletakkan di tepi tangki. Data-data

perencanaan struktur efluen terdapat pada Tabel V.15.

V-27


Parameter Simbol Besaran Satuan Diameter tangki d 1 m Lebar saluran efluen 0,1 m Koefisien discharge Cd 0,584 Gaya gravitasi g 9,8 m/s2

Tinggi notch 8 cm Besar notch 39,5 /cm


Panjang saluran efluen = π (diameter tangki + lebar saluran efluen)

= π(1 m+2(0,1 m) = 3,768 m


= 3,768 10039,5

m cxcm m

m = 9,6 buah


Tahap I, WL =

3

56,68

3,768

mhari

m= 15,148 m3/m hari

Tahap II, WL =

3

75,32

3,768

mhari

m= 19,98 m3/m hari


Tahap I, q =

3

0,00066det

9,6

mik = 6,6 x 10-5 m3/detik

Tahap II, q =

3

0,00087det

9,6

mik = 8,71 x 10-5 m3/detik


2/5

0,52

158 (2 9,81 ) tan

2D

qmC x x

dtkθ

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

V-28

Tahap I, H =

2 / 53-5

0,52

6,6 x 10 158 0,584(2 9,81 ) tan 45

mdtk

mx xdtk

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟

⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

= 1,872cm

Tahap II, H =

2 / 53-5

0,52

8,71 x 10 158 0,584(2 9,81 ) tan 45

mdtk

mx xdtk

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟

⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

= 2,091 cm




= 30,00066 /

0,5 /m dtk

m dtk= 1,338x 10-3 m2


AΠ

= -31,338 x 10

0, 25Π= 0,0413 m = 1,625 inci .


cm).

Cek kecepatan aliran tahap II, v = QA

=

3

2

0,00087

0,25(3,14)(0,04089 )

mdtk

m= 0,67 m/detik

Dimensi box efluen = 20 cm x 20 cm

Tinggi air di effluent box(a) = diameter pipa keluar + losses +

= 6 cm

V-29

Tinggi saluran efluen di atas effluent box(b) = ½(d pipa) + ketebalan saluran

efluen

=1/2(5,25cm)+ 1cm

= 3,625cm

Tinggi air di atas saluran efluen (c) = 6 cm-3,625 cm = 2,375 cm

Tinggi saluran efluen = ( )2'

22 2

2

2 q LNy

gb y+

Aliran terkumpul pada bagian tertentu saluran efluen yang dihubungkan dengan

pipa keluar air di sampingnya, maka N =1, dan besarnya q’= 0,00087 m3/detik.

= ( )

2

2

22

2 0,00087 3,7680,03375

9,81 (0,1 ) (0,03375 )

m x mdtkm m m m

dtk

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠+

= 0,087m

Selain itu harus ditambahkan juga faktor losses sebesar 50% , sehingga tinggi

saluran efluen total adalah 0,2 m~ 20 cm.

E. Rekapitulasi

Rekapitulasi dimensi DAF dapat dilihat pada Tabel V.16.


Parameter Besaran Satuan Diameter 1 m Kedalaman 1,5 m Freeboard 10 cm Tinggi total 1,6 m Diamater pipa inlet 1,5 inci Diamater pipa outlet 1,5 inci

V.4. Pengolahan Tahap Kedua

Pengolahan tahap kedua merupakan pengolahan biologi dengan anaerobic fixed bed

dan sequencing batch activated sludge.

V-30

Pengolahan secara biologi akan berlangsung optimum pada kondisi lingkungan

tertentu. Kondisi lingkungan pada umumya berkaitan dengan temperatur, pH,

ketersediaan nutrien, dll. Air limbah mempunyai pH 5,22, sedangkan

mikroorganisme anaerob dan aerob pada umunya tumbuh dengan baik pada pH netral.

Untuk menciptakan kondisi yang optimum bagi mikroorganisme, diperlukan

penambahan basa. Basa yang ditambahkan yaitu NaHCO3, tujuannya agar tidak

menimbulkan scaling pada reaktor dan senyawa ini bukan basa yang kuat, NaHCO3

mempunyai pH sekitar 8,3.

A. Bak Pembubuh Basa

Bak pembubuh basa adalah bak yang digunakan untuk membuat larutan NaHCO3.

Kapasitas bak pembubuh sama dengan jumlah larutan basa yang diperlukan untuk

menetralkan pH air limbah dalam 1 hari. Larutan NaHCO3 akan dipompakan ke

dalam tangki netralisasi. Tabel V.17 menunjukkan data-data perencanaan bak

pembubuh basa.

Tabel V.17. Data-data Perencanaan Bak Pembubuh Basa

Parameter Simbol Besaran Satuan Konsentrasi NaHCO3 M 0,1 M

Perhitungan

Debit I, Q1 =56,68 m3/hari – 0,02 m3/hari = 56,66 m3/hari

Debit II, Q2 = 75,32 m3/hari – 0,03 m3/hari = 75,29 m3/hari ~ 75,3 m3/hari

a) Menghitung jumlah mol asam = volume asam x molaritas asam

= Q1(td) x M asam

Untuk debit I = 56,66 m3/hari (1menit)(10-5,22)

= 2,38 x 10-7 mol

Untuk debit II = 75,3 m3/hari (1menit)(10-5,22)

= 3,15 x 10-7 mol

V-31

b) Basa yang perlu ditambahkan, Vb

Untuk debit I: . .. .

mol asam mol basaVol basa Vol asam

−+

= 10-7

-7

3

2,38 x 10 mol 0,1 ( )0,04

M VbVb m

−+

= 10-7

Vb = 2,44 x 10-6 m3 = 2,44 ml

Untuk debit II: -7

3

2,38 x 10 mol 0,1 ( )0,04

M VbVb m

−+

= 10-7

Vb = 3,23 x 10-6 m3 = 3,23 ml

Waktu pencampuran di dalam tangki netralisasi adalah 1 menit, maka debit

pembubuhan basa untuk debit I adalah 2,44 ml/menit dan untuk debit II adalah 3,23

ml/menit.

c) Larutan basa akan dibuat satu hari sekali, maka:

Volume bak pembubuh basa,V = Qb x 1 hari

Untuk debit I, V = 2,44 ml/menit (1hari) = 3513,6 ml = 3,5 liter

Untuk debit II, V = 3,23 ml/menit (1hari) = 4651,2 ml = 4,65 liter

B. Tangki Netralisasi

Tangki netralisasi digunakan untuk mencampurkan basa NaHCO3 dengan air limbah.

Tabel V.18 menunjukkan data-data perencanaan tangki netralisasi.

Tabel V.18 Data-Data Perencanaan Tangki Netralisasi

Parameter Simbol Besaran Satuan Waktu detensi 1 menit Rasio tinggi dengan diameter tangki H/Te 1,1 Kecepatan putaran mixer n 100 rpm

1,746 x 10-5 lb s/ft2Viskositas air pada 280C μ 0,8363 x 10-3 N detik/m2

Gradien kecepatan G 300 /detik Mixer low shear hydrofoil 4 blade Np 0,6

V-32

Perhitungan

a) Menghitung dimensi bak

1. Volume bak,V

Tahap I, V =56,663

11440

m harix menitxhari menit

= 0,039 m3 ~0,04 m3

Tahap II, V = 75,33

11440


= 0,0529 m3 ~0,053 m3

Volume bak yang dibangun mengikuti volume bak pada tahap II.

2. Luas permukaan bak

Tinggi bak =30 cm

Luas permukaan bak = 30,053

0,3m

m= 0,176 m2

3. Dimensi bak

V = luas permukaan x tinggi

Tinggi = 1,1 panjang bak

Bila bak berbentuk lingkaran, maka

Diameter bak = 1 / 330,053

1,1(0,25)(3,14)m⎡ ⎤

⎢⎣ ⎦

⎥ = 0,394m ~ 0,4 m

Tinggi bak = 1,1(0,4) = 0,44 m ~0,45 m

b) Menghitung daya yang dibutuhkan untuk pengadukan, P = G2 x μ x V

Tahap I, P = 2

32

300 det0,8363 10 0,04det

Nx x x mm

−⎛ ⎞ 3 =⎜ ⎟⎝ ⎠

3,01 N-m/det = 3 W = 2,2 ft

lb/det

Tahap II, P = 2

32

300 det0,8363 10 0,053det

Nx x x mm

−⎛ ⎞ 3 =⎜ ⎟⎝ ⎠

3,98 N-m/det ~ 4 W = 2,9 ft

lb/det

V-33

c. Menghitung diameter impeller, D = 1/5

3

PxgcNpx xnρ

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

Tahap I, D =

1/5

2

3

3

.2, 2 32,17det det

0,6 1,667 62,4det

ft lb ftx

r lbx xft

⎛ ⎞⎡ ⎤⎜ ⎟⎢ ⎥⎣⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠⎝ ⎠

⎦ = 0,84 ft = 0,26 m

Tahap II, D =

1/5

2

3

3

.2,9 32,17det det

0,6 1,667 62,4det

ft lb ftx

r lbx xft

⎛ ⎞⎡ ⎤⎜ ⎟⎢ ⎥⎣⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠⎝ ⎠

⎦ = 0,89 ft = 0,27 m

d. Cek rasio diameter impeller dengan lebar bak, D/Te

Diameter impeller yang digunakan = 0,25 m

DTe

= 0,25 0,6250,4

mm

= (memenuhi kriteria desain 0,3-0,6)

e. Cek bilangan reynolds, NRE = 2nxD xρμ

NRE = ( )2

3

5

1,667 0,82 62,4det

1,746 10.

r lx ft x bft

lbxft s

−= 4005932 >10000 turbulen

f. Struktur Influen

Struktur influen menggunakan pipa inlet berdiameter 1,5 inci, berdiameter dalam

1,61 inci (0,0489 m). Pipa inlet dipasang di tepi atas tangki netralisasi.

V-34

g. Struktur Efluen

Struktur efluen menggunakan pipa outlet berdiameter 1,5 inci, berdiameter dalan 1,61

inci (0,0489 m). Pipa outlet dipasang di tepi atas tangki netralisasi, di seberang pipa

inlet.

V.4.1 Reaktor Fixed Bed

A. Umum

Reaktor anaerobic fixed bed terdiri dari 2 reaktor, karena tahapan asidogenesis dan

metanogenesis dilakukan pada reaktor terpisah. Pemisahan 2 tahap ini ditujukan

untuk mengoptimalkan proses degradasi materi organik oleh mikroorganisme anaerob

agar konversi COD menjadi biogas sebesar 90% dapat dicapai.

1. Influen Reaktor Fixed Bed

Tahap I:


• TSS = 10,83 kg/hari– 9,747 kg/hari = 1,083 kg/hari

= 3

1,0831000

56,66

kgghari xkgm

hari

= 18,98 g/m3


= 3

1,171000

56,66

kgghari xkgm

hari

= 20,5 g/m3

• CODs belum terolah di pengolahan sebelumnya, sehingga CODs = 38589

g/m3

• Minyak dan lemak = 10,2 kg/hari - 9,6 kg/hari = 0,6 kg/hari

V-35

= 3

0,61000

56,66

kgghari xkgm

hari

= 10,51 g/m3

Tahap II:


• TSS = 17,256 kg/hari– 15,53 kg/hari = 1,726 kg/hari

= 3

1,7261000

75,3

kgghari xkgm

hari

= 23 g/m3


= 3

1,8581000

75,3

kgghari xkgm

hari

= 24,6 g/m3

• CODs belum terolah di pengolahan sebelumnya, sehingga CODs = 38589

g/m3

• Minyak dan lemak = 13,55 kg/hari – 12,737 kg/hari = 0,813 kg/hari

= 3

0,8131000

75,3

kgghari xkgm

hari

= 10,56 g/m3

Reaktor Fixed Bed Asidogenesis

A. Umum

Reaktor fixed bed ini merupakan reaktor tempat berlangsungnya proses asidogenesis,

yaitu proses konversi zat organik sederhana menjadi asam-asam volatil. Proses ini

akan menghasilkan gas H2 dll, oleh karena itu diperlukan pengumpul gas untuk

mengeluarkan gas-gas yang dihasilkan selama proses.

V-36

B. Kriteria desain

Kriteria desain reaktor fixed bed I terdapat pada Tabel V.19.

Tabel V.19 Kriteria Desain Reaktor Fixed Bed Asidogenesis

Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber Organic loading OR 3-16 kg/m3 hari Malina & Pohland, 1992 Rasio tinggi - diameter 1-2 tanpa satuan Jordening & Winter, 2002

C. Data Perencanaan

Data-data yang berhubungan dengan perencanaan terdapat pada Tabel V.20.

Tabel V.20 Data Perencanaan Reaktor Reaktor Fixed Bed Asidogenesis

Parameter Simbol Besaran Satuan Organic loading OR 16 kg/m3 hari Tinggi media t 6,5 m Waktu detensi td 1-3 hari

D. Perhitungan

1. Konsentrasi COD biodegradable di influen, So

Konsentrasi COD soluble pada tahap I dan tahap II sama, karena tidak ada

penyisihan COD soluble pada pengolahan-pengolahan sebelumnya.

So = 38589 mg/L

2. Volume reaktor, V = oS xQOR

Tahap I, V =56,66

3

3

3

3

38589 56,66

1016

g mxm harikg gx

m hari kg

= 138 m3

Tahap II, V =

3

3

3

3

38589 75,3

1016

g mxm harikg gx

m hari kg

= 183 m3

V-37

Reaktor yang dibangun mengikuti volume reaktor tahap II yaitu 183 m3

3. Pori-pori media yang digunakan yaitu Pall rings dengan bahan plastik sebesar

96,5%, maka jumlah air yang terolah di dalam reaktor :

Vair = 0,965 x 183 m3 = 176,6 m3

4. Cek organic loading, OR = oS xQV

Tahap I, OR =

3

3

33

38589 56,66

10176,6

g mxm hari

gm xkg

= 12,54 kg/m3 hari

Tahap II, OR =

3

3

33

38589 75,3

10176,6

g mxm hari

gm xkg

= 16,58 kg/m3 hari

5. Luas permukaan reaktor, A = bed

Vt

A = 3183

6,5mm

= 28,154 m2

6. Diameter reaktor, d = 1/ 2

0, 25A

xπ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

d = 1/ 2228,154

0,25 3,14m

x⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

= 6 m

7. Cek rasio antara diameter dan tinggi, Td

Tinggi reaktor = tinggi media + 1 m. Penambahan tinggi ini ditujukan agar

biomassa yang tidak terlekat tidak cepat terbawa efluen ke luar reaktor.

V-38

Td

= 7,56

mm

= 1,25( memenuhi kriteria desain rasio tinggi reaktor dengan

diameter 1-2)

8. Struktur Inlet

Influen harus terdistribusi merata oleh karena itu digunakan sistem distribusi yang

diletakkan setiap 5-10 m2 dan kecepatan aliran arus dijaga berada dalam range 1-2

m/jam (Jordening-Winter, 2002).

Jumlah distribution inlet = 25Am

= 2

2

28,1545

mm

= 5,63 buah

Inlet yang dipakai sebanyak 5 buah.

9. Struktur Outlet

Struktur outlet terdiri dari baffle, weir V-notch, saluran efluen, dan effluent box.

Weir V-notch yang digunakan bersudut 90o, diletakkan di tepi tangki. Data-data



Parameter Simbol Besaran Satuan Diameter tangki d 6 m Lebar saluran efluen 0,2 m Koefisien discharge Cd 0,584 Gaya gravitasi g 9,8 m/s2

Tinggi notch 8 cm Jumlah notch 2 /m

Perhitungan


Panjang saluran efluen = 2 (diameter tangki )

= 2(6m) = 12 m


= 2 (12 m) = 24 buah

V-39


Tahap I, WL =

3

56,66

12

mharim

= 4,755 m3/m hari

Tahap II, WL =

3

75,3

12

mharim

= 6,275 m3/m hari


Tahap I, q =

3

0,00066det

24

mik = 6,6 x 10-5 m3/detik

Tahap II, q =

3

0,00087det

24

mik = 8,71 x 10-5 m3/detik


2/5

0,52

158 (2 9,81 ) tan

2D

qmC x x

dtkθ

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

Tahap I, H =

2 / 53-5

0,52

6,6 x 10 158 0,584(2 9,81 ) tan 45

mdtk

mx xdtk

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟

⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

= 1,872 cm

Tahap II, H =

2 / 53-5

0,52

8,71 x 10 158 0,584(2 9,81 ) tan 45

mdtk

mx xdtk

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟

⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

= 2,091 cm




V-40

= 30,00066 /

0,5 /m dtk

m dtk= 1,32 x 10-3 m2


AΠ

= -31,32 x 10

0, 25Π= 0,041 m = 4,1 cm .


cm).


=

3

2

0,00087

0,25(3,14)(0,041 )

mdtk

m= 0,66 m/detik

Dimensi effluent box 30 cm x 30 cm

Tinggi air di effluent box = diameter pipa keluar + losses

= 1,91 inci(2,54cm)= 6 cm

Tinggi saluran efluen di atas effluent box = ½(d pipa) + ketebalan saluran

efluen

=1/2(4,85cm) + 1cm

= 3,425 cm

Tinggi air di atas saluran efluen = 6 cm-3,425 cm = 2,575 cm

Selain itu harus ditambahkan juga tinggi jatuh bebas 0,1 m dan faktor losses

sebesar 50% , sehingga tinggi saluran efluen total adalah 0,25 m.

E. Rekapitulasi

Rekapitulasi dimensi reaktor fixed bed asidogenesis dapat dilihat pada Tabel V.22.

V-41

Tabel V. 22 Rekapitulasi Dimensi

Parameter Besaran Satuan Diameter 6 m Kedalaman total 7,5 m Diameter pipa inlet 1,5 inci Diameter pipa outlet 1,5 inci

Reaktor Fixed Bed Metanogenesis

A. Umum

Reaktor fixed bed ini merupakan reaktor tempat berlangsungnya proses

metanogenesis, dimana sebanyak 90% COD yang masuk akan dikonversi menjadi

biogas. Proses sebelumnya yaitu asidogenesis akan menurunkan pH hingga 4, maka

sebelum air limbah diolah di reaktor ini, diperlukan penambahan basa untuk

menetralkan pH, karena bakteri metan yang mempunyai peranan penting dalam

proses metanogenesis dapat bekerja optimum pada pH netral. Jumlah basa yang

diperlukan akan dihitung setelah perhitungan dimensi reaktor fixed bed

metanogenesis.

B. Kriteria Desain

Kriteria desain reaktor fixed bed metanogenesis terdapat pada Tabel V.23.

V-42

Tabel V.23 Kriteria Desain Reaktor Fixed Bed Metanogenesis

Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber Organic loading OR 3-16 kg/m3 hari Malina & Pohland, 2004 Rasio tinggi - diameter 1-2 tanpa satuan Jordening & Winter, 2002 Yield Y 0,02-0,06 g VSS/g COD Metcalf & Eddy, 2004 Koefisien decay kd 0,01-0,04 g/g hari Metcalf & Eddy, 2004 Laju pertumbuhan spesifik μm 0,22-0,28 g/g hari Metcalf & Eddy, 2004 Konsentrasi jenuh Monod Ks 300-500 mg/l Metcalf & Eddy, 2004 Fraksi sel yang mati fd 0,15 Metcalf & Eddy, 2004 Konsentrasi biomassa X 4,9-35 kg VSS/m3 Malina & Pohland, 1992 Produksi gas metan pada 35oC

0,4 m3/kg COD Metcalf & Eddy, 2004

Kerapatan gas metan pada 35oC

0,6346 kg/m3 Metcalf & Eddy, 2004

Persen gas metan di udara 60-70 % Metcalf&Eddy,2004

C. Data Perencanaan

Data-data yang berhubungan dengan perencanaan terdapat pada Tabel V.24.

Tabel V. 24 Data Perencanaan Reaktor Fixed Bed Metanogenesis

Parameter Simbol Besaran Satuan Waktu detensi td 5 hari Tinggi media t 8 m Yield Y 0,04 g VSS/g COD Konsentrasi biomassa dalam reaktor Xvss 12000 mg/l Rasio TSS dengan VSS 0,85 tanpa satuan Kandungan gas metan di udara 65 %

D. Perhitungan


So = 38589 mg/l

2. Konsentrasi COD tersisihkan, So-S

Proses metanogenesis akan mengkonversi COD menjadi 90% biogas.

So-S = η x CODs+ 0,5 CODp

= (0,9 x 38589) mgl

+ 0,5 (20,5) mgl

= 34740,35 mg/l

V-43

3. Konsentrasi COD efluen, S

S = 38589 mgl

- 34740,35 mgl

= 3848,65 mg/l

4. Volume reaktor, V = Q x td

Tahap I, V = 3

56,66 5m x harihari

= 283,3 m3

Tahap II, V = 3

75,3 5m x harihari

= 376,5 m3

Reaktor yang dibangun mengikuti volume reaktor tahap II yaitu 376,5 m3

5. Luas permukaan reaktor, A = Vt

A =3376,5

8m

m= 47,06 m2

6. Diameter reaktor, d = 1/ 2

0, 25A

xπ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

d = 1/ 2247,06

0,25 3,14m

x⎛⎜⎝ ⎠

⎞⎟ = 7,74 m ~ 7,8 m

7. Cek organic loading, OR = infCOD xQV

Pori-pori media yang digunakan yaitu Pall rings sebesar 96,5%, maka organic

loading dihitung berdasarkan volume tangki yang berisikan media pertumbuhan,

dimana mikroorganisme berada dalam konsentrasi maksimum.

Tahap I, OR =

kggxxm

harimx

mg

33

3

3

10965,06,376

06,5738589= = 6,05kg/m3 hari

V-44

Tahap II, OR =

kggxxm

harimx

mg

33

3

3

10965,06,376

3,7538589 = 8 kg/m3 hari

8. Cek rasio antara diameter dan tinggi reaktor, Td

Tinggi reaktor = tinggi media + 1 m. Penambahan tinggi ini ditujukan agar

biomassa yang tidak terlekat tidak cepat terbawa efluen ke luar reaktor.

totalTd

= 97,8

mm

= 1,15 ( memenuhi kriteria desain rasio tinggi reaktor dengan

diameter 1-2)

9. Rasio F/M

Tahap I, F/M = 56,66

3

3

33

38589 56,66

376,6 0,965 10000

g mxharim

gm x xm

= 0,6/hari

Tahap II, F/M = 3

3

3

3

10000965,06,376

3,7538589

mgxxm

harimx

mg

= 0,8/hari

10. Produksi gas metan

Neraca massa :

CODinf - CODef – COD yang menjadi sel baru- COD yang dikonversi menjadi

gas metan =0

a) Menentukan CODinf

Tahap I, CODinf =3

338589 56,6610

g mx xharim 3

kgg

= 2201,88 kg/hari

V-45

Tahap II, CODinf = g

kgxharimx

mg

3

3

3 103,7538589 = 2905,75 kg/hari

b). Menentukan CODef

Tahap I, CODef = 3

33850 56,6610

g mx xharim g3

kg= 219,7 kg/hari

Tahap II, CODef =g

kgxharimx

mg

3

3

3 103,753850 = 290 kg/hari

c). Menentukan COD yang dikonversi menjadi sel baru:

Tahap I = harikgxx

gCODgVSSx

gVSSgCOD 88,22019,004,042,1 = 112,56 kg/hari

Tahap II, = harikgxx

gCODgVSSx

gVSSgCOD 75,29059,004,042,1 = 148,54 kg/hari

d). Menentukan COD yang dikonversi menjadi gas metan :

Tahap I = 2201,88 kg/hari - 219,7 kg/hari - 112,56 kg/hari = 1869,62 kg/hari

Tahap II= 2905,75 kg/hari – 290 kg/hari – 148,54 kg/hari = 2467,21 kg/hari

Total gas yang diproduksi :

Tahap I = 3 3

34

1869,20,65

m m gasxhari m CH

= 2876,34 m3/hari

Tahap II = 3 3

34

2467,210,65

m m gasxhari m CH

= 3795,7 m3/hari

11. Gas Storage

a) Menghitung jumlah gas yang dapat disimpan di dalam gas storage

Gas yang dihasilkan dari proses metabolisme mikroorganisme akan dikumpulkan

di gas storage ini, selanjutnya dikeluarkan menggunakan kompresor untuk

keperluan pabrik. Gas storage berbentuk elipsoidal, maka diameter gas storage

V-46

akan sama dengan diameter reaktor, yaitu 7,8 m. Sedangkan tingginya adalah ¼

diameter, yaitu 1,95 m. Volume gas storage akan menunjukkan jumlah gas yang

dapat ditampung.

Volume gas storage = 24π (diameter)3

= 24π (7,8m)3 = 62 m3

Volume gas yang dapat disimpan, V1 = 2 2 1

1 2

PV TPT

Dimana : P1 = tekanan gas yang diproduksi (1 atm)

V1 = volume gas yang diproduksi

T1 = suhu gas yang diproduksi (300)

P2 = tekanan gas yang akan disimpan

V2 = volume storage gas

T2 = suhu gas yang akan disimpan (00)

V1 = 3 0

0

62 (5,1 )(273 0)1 (273 30)

m atmatm K

++

K = 285 m3

Volume gas yang dapat tersimpan di gas storage adalah 285 m3, sedangkan gas

yang diproduksi pada tahap I, adalah 2876,34 m3/hari dan pada tahap II gas yang

diproduksi 3795,7 m3/hari, jadi dilakukan pemampatan udara oleh kompresor

setiap 2 jam, sedangkan untuk tahap II, pemampatan gas oleh kompresor

dilakukan setiap 1,5 jam.

b) Menghitung kapasitas kompresor

Massa jenis gas adalah 1,162 kg/m3, maka berat total gas yang disimpan dalam

gas storage dalam kondisi standar = 285 m3 ( 1,162 kg/m3) = 331,17 kg

Asumsi berat gas yang dikompres adalah 200% dari yang dihasilkan

Tahap I, w = 331,1722 3600

kg jamxjam dtk

= 92 g/detik

Tahap II, w = 331,1721,5 3600

kg jamxjam dtk

= 122,65 g/detik

V-47

Kapasitas kompresor, Pw = 0,283

( )( ) 18, 41( )

o

o

w R T PxE P

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥−⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

dimana : R = 8,314 kJ/kmol 0K

e = efisiensi kompresor (75%)

To = temperatur inlet (273+35)oK

Po = 1,03 atm

P = 5,1 atm

Tahap I, Pw = 3 o 0,28392 10 (8,314 )(273+35) K 5,1det 1

1,038,41(0,75)

o

kg kJxik kmol K

kgkmol

−⎡ ⎤⎛ ⎞

−⎢ ⎥⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦

= 21,38 kW

Tahap II, Pw = 3 o 0,283122,65 10 (8,314 )(273+35) K 5,1det 1

1,038,41(0,75)

o

kg kJxik kmol K

kgkmol

−⎡ ⎤⎛ ⎞

−⎢ ⎥⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦

= 28,5 kW

12. Struktur influen

Influen harus terdistribusi merata, oleh karena itu digunakan sistem distribusi

yang diletakkan setiap 5-10 m2. Kecepatan aliran arus dijaga berada dalam range

1-2 m/jam.

Jumlah distribution inlet = 25Am

= 2

2

506,47m

m = 9,412 buah ~ 9 buah

13. Struktur efluen

Struktur efluen terdiri dari weir V-notch, saluran efluen, dan effluent box. Weir V-

notch yang digunakan bersudut 90o, diletakkan di tepi tangki. Data-data


V-48


Parameter Simbol Besaran Satuan Diameter tangki d 7,8 m Lebar saluran efluen 0,5 m Koefisien discharge Cd 0,584 Gaya gravitasi g 9,8 m/s2

Tinggi notch 8 cm Jumlah notch 2 /m

Perhitungan


Panjang saluran efluen = 2 (diameter tangki )

= 2(7,8) = 15,6 m

Jumlah notch = 2 x panjang saluran efluen

= 2 (15,6 m) = 31,2 buah


Tahap I, WL =

3

56,66

15,6

mharim

= 3,63 m3/m hari

Tahap II, WL =

3

75,3

15,6

mhari

m= 4,83 m3/m hari


Tahap I, q =

3

0,00066det

31,2

mik = 2,11 x 10-5 m3/detik

Tahap II, q =

3

0,00087det

31,2

mik = 2,78 x 10-5 m3/detik


2/5

0,52

158 (2 9,81 ) tan

2D

qmC x x

dtkθ

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

V-49

Tahap I, H =

2 / 53-5

0,52

2,11 x 10 158 0,584(2 9,81 ) tan 45

mdtk

mx xdtk

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟

⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

= 1,42 cm

Tahap II, H =

2 / 53-5

0,52

2,78 x 10 158 0,584(2 9,81 ) tan 45

mdtk

mx xdtk

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟

⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

= 1,611 cm




= 30,00066 /

0,5 /m dtk

m dtk= 1,32 x 10-3 m2


AΠ

= -31,32 x 10

0, 25Π= 0,041 m = 4,1 cm = 1,614 inci .


cm).


=

3

2

0,00087

0,25(3,14)(0,041 )

mdtk

m= 0,66 m/detik

Dimensi effluent box 30 cm x 30 cm

Tinggi air di effluent box = diameter pipa keluar + losses

= 1,91 inci(2,54cm)= 6 cm

V-50

Tinggi saluran efluen di atas effluent box = ½(d pipa) + ketebalan saluran

efluen

=1/2(4,85cm) + 1 cm

= 3,425 cm

Tinggi air di atas saluran efluen = 6 cm-3,425 cm = 2,575 cm

Selain itu harus ditambahkan juga tinggi jatuh bebas 0,1 m dan faktor losses

sebesar 50% , sehingga tinggi saluran efluen total adalah 0,25m.

E. Rekapitulasi

Rekapitulasi dimensi reaktor fixed bed metanogenesis dapat dilihat pada Tabel V.26.


Parameter Besaran Satuan Diameter 7,8 m Kedalaman 9 m Diameter pipa inlet 1,5 inci Diameter pipa outlet 1,5 inci

Bak Pembubuh Basa

Proses asidogenesis di dalam reaktor akan menurunkan pH karena dihasilkan asam-

asam volatil, sedangkan proses berikutnya yaitu metanogenesis akan berlangsung

optimal pada pH 6,5-7,7. Proses asidogenesis dapat menurunkan pH hingga 4, oleh

karena itu, diperlukan pembubuhan basa untuk menaikkan pH menjadi 7. Tabel V.27

menunjukkan data-data perencanaan bak pembubuh basa.

Tabel V.27. Data-data Perencanaan Bak Pembubuh Basa

Parameter Simbol Besaran Satuan Konsentrasi NaHCO3 M 0,1 M

A. Perhitungan

a) Menghitung jumlah mol asam = volume asam x molaritas asam

= Q1(td) x M asam

V-51

Untuk debit I = 56,66 m3/hari (1menit)(10-4)

= 3,96 x 10-6 mol

Untuk debit II = 75,3 m3/hari (1menit)(10-4)

= 5,23 x 10-6 mol

b) Basa yang perlu ditambahkan, Vb

Untuk debit I: . .. .

mol asam mol basaVol basa Vol asam

−+

= 10-7

3

6

04,0)(1,01096,3

mVbVbMx

+−−

= 10-7

Vb = 3,956x 10-5 m3 = 39,56 ml

Untuk debit II:

3

6

0523,0)(1,01023,5

mVbVbMx

+−−

= 10-7

Vb = 5,22 x 10-5 m3 = 52,25 ml

Waktu pencampuran di dalam tangki netralisasi adalah 1 menit, maka debit

pembubuhan basa untuk debit I adalah 39,56 ml/menit dan untuk debit II adalah

52,25 ml/menit.

c) Larutan basa akan dibuat satu hari sekali, maka:

Volume bak pembubuh basa,V = Qb x 1 hari

Untuk debit I, V = 39,56 ml/menit (1hari) = 57 liter = 0,57 m3

Untuk debit II, V = 52,25 ml/menit (1hari) = 75,24 liter = 0,75 m3

Tangki Netralisasi

Tangki netralisasi merupakan tangki pencampuran basa NaHCO3 dengan air. Larutan

NaHCO3 dari bak pembubuh akan dipompa dengan pompa dosing ke dalam tangki

netralisasi. Tabel V.28 menunjukkan data-data perencanaan tangki netralisasi.

V-52

Tabel V.28 Data-Data Perencanaan Tangki Netralisasi




A. Perhitungan


1. Volume bak,V

Tahap I, V =56,663

11440


= 0,039 m3 ~0,04 m3

Tahap II, V = 75,33

11440


= 0,0529 m3 ~0,053 m3


2. Luas permukaan bak

Tinggi bak =30 cm

Luas permukaan bak = 30,053

0,3m

m= 0,176 m2

3. Dimensi bak





1,1(0,25)(3,14)m⎡ ⎤

⎢⎣ ⎦

⎥ = 0,394m ~ 0,4 m

Tinggi bak = 1,1(0,4) = 0,44 m ~0,45 m


V-53

Tahap I, P = 2

32

300 det0,8363 10 0,04det

Nx x x mm

−⎛ ⎞ 3 =⎜ ⎟⎝ ⎠

3,01 N-m/det = 3 W = 2,2 ft

lb/det

Tahap II, P = 2

32

300 det0,8363 10 0,053det

Nx x x mm

−⎛ ⎞ 3 =⎜ ⎟⎝ ⎠

3,98 N-m/det ~ 4 W = 2,9 ft

lb/det

c. Menghitung diameter impeller, D = 1/5

3

PxgcNpx xnρ

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

Tahap I, D =

1/5

2

3

3

.2, 2 32,17det det

0,6 1,667 62,4det

ft lb ftx

r lbx xft

⎛ ⎞⎡ ⎤⎜ ⎟⎢ ⎥⎣⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠⎝ ⎠

⎦ = 0,84 ft = 0,26 m

Tahap II, D =

1/5

2

3

3

.2,9 32,17det det

0,6 1,667 62,4det

ft lb ftx

r lbx xft

⎛ ⎞⎡ ⎤⎜ ⎟⎢ ⎥⎣⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠⎝ ⎠

⎦ = 0,89 ft = 0,27 m

d. Cek rasio diameter impeller dengan lebar bak, D/Te


DTe

= 0,25 0,6250,4

mm


e. Cek bilangan reynolds, NRE = 2nxD xρμ

NRE = ( )2

3

5

1,667 0,82 62,4det

1,746 10.

r lx ft x bft

lbxft s

−= 4005932 >10000 turbulen

V-54

f. Struktur Influen


1,61 inci (0,0489 m).

g. Struktur Efluen

Struktur efluen menggunakan pipa outlet berdiameter 1,5 inci, berdiameter dalan 1,61

inci (0,0489 m).

V.4.2 Reaktor Sequencing Batch Activated Sludge

A. Umum

Pengolahan secara aerob dibutuhkan karena proses anaerob tidak dapat berdiri

sendiri karena kualitas efluen dari reaktor anaerob tidak akan dapat memenuhi baku

mutu, sehingga proses secara aerob bertindak sebagai effluent polishing. Sequencing

batch activated sludge merupakan proses lumpur aktif yang dioperasikan secara batch,

namun resirkulasi efluen tidak dibutuhkan karena klarifikasi antara air dengan lumpur

aktif terjadi dalam 1 tangki.

B. Kriteria desain

Kriteria desain sequencing batch activated sludge terdapat pada Tabel V.29.

Tabel V.29 Kriteria Desain Sequencing Batch Activated Sludge

Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber Rasio volume total terhadap volume air limbah yang diolah

Vt/Vf 0,3 tanpa satuan Metcalf & Eddy, 2004

Yield Y 0,3-0,5 g VSS/g COD Metcalf & Eddy, 2004 Koefisien decay kd 0,06-0,2 g/g hari Metcalf & Eddy, 2004 Laju pertumbuhan spesifik μm 3-13,2 g/g hari Metcalf & Eddy, 2004 Fraksi sel yang mati fd 0,08-0,2 Metcalf & Eddy, 2004 Rasio F/M 0,15-0,6 hari-1 www.epa.gov.com Beban volumetrik BOD Lorg 0,1-0,3 kgBOD/m3 hari Metcalf & Eddy, 2004 Umur lumpur SRT 10-30 hari Metcalf & Eddy, 2004

V-55

C. Data Perencanaan

Pada desain ini, sequencing batch activated sludge menggunakan 2 reaktor, ditujukan

agar proses tetap bisa berjalan ketika salah satu reaktor tidak dapat beroperasi.

Reaktor ini dilengkapi dengan decanter dan surface aerator untuk suplai oksigen ke

dalam reaktor. Data-data yang berhubungan dengan perencanaan reaktor sequencing

batch activated sludge terdapat pada Tabel V.30.

Tabel V.30 Data Perencanaan Sequencing Batch Activated Sludge

Parameter Simbol Besaran Satuan Jumlah bak 2 Jumlah siklus 3 siklus/hari Tinggi reaktor H 4,5 m Waktu pengisian tf 8 Waktu aerasi ta 6 Waktu pengendapan ts 1 Waktu pengosongan td 0,5

jam

Rasio BOD dengan COD 0,33 tanpa satuan Yield Y 0,3 g VSS/g CODKoefisien decay kd 0,12 g/g hari Laju pertumbuhan spesifik μm 10,31 g/g hari Fraksi sel yang mati fd 0,15 Sludge Volume Index SVI 150 ml/g Konsentrasi MLSS saat volume penuh X 3500 g/m3

D. Perhitungan

1. Influen Reaktor Sequencing Batch Activated Sludge

Tahap I:


• TSS = 0,5415 kg/hari– 0,5(0,5415)kg/hari = 0,27 kg/hari

= 3

0,271000

56,66

kgghari xkgm

hari

= 4,745 g/m3

• CODp = 0,585 kg/hari – 0,5(0,585) kg/hari = 0,2925 kg/hari

V-56

= 3

0,29251000

56,66

kgghari xkgm

hari

= 5,126 g/m3

• CODs = 2201,88 kg/hari – 0,9 (2201,88) kg/hari = 193,2236 kg/hari

= 3

193,22361000

56,66

kgghari xkgm

hari

= 3348,15 g/m3

Tahap II:


• TSS = 0,863 kg/hari – 0,5(0,863) kg/hari = 0,4315 kg/hari

= 3

0,43151000

75,3

kgghari xkgm

hari

= 5,73 g/m3


= 3

0,46451000

75,3

kgghari xkgm

hari

= 6,168 g/m3

• CODs = 732,0235 kg/hari – 0,65(732,0235) kg/hari = 256,21 kg/hari

= 3

256,211000

75,3

kgghari xkgm

hari

= 3348,15 g/m3


So = 3348,15 mg/l

V-57

3. Konsentrasi COD di efluen yang diinginkan < 200 mg/l,maka % penyisihan

COD, η

η = 3348,15 200

3348,15

mg mgl

mgl

−l = 0,94

4. Konsentrasi COD tersisihkan, So-S

So-S = (0,94 x 3348,15 ) mgl

+ 0,5(6,15) mgl

= 3194 mg/l

4. Konsentrasi COD di efluen sebenarnya, S

S = 3348,15 mgl

- 3194 mgl

+ 0,5(6,168) mgl

= 157,225 mg/l

5. Volume reaktor, VF

Waktu yang dibutuhkan untuk 1 siklus = 16 jam, terdiri dari:

waktu pengisian : 8 jam

waktu reaksi : 6 jam

waktu pengendapan: 1 jam

waktu pengurasan : 0,5 jam

waktu diam (idle) : 0,5 jam

Banyaknya siklus/reaktor = 24 /16 /

jam harijam siklus

= 1,6 siklus/reaktor/hari

Reaktor yang digunakan 2 buah, maka total siklus dalam 1 hari :

= 2 reaktor 1,6 /siklus harireaktor

⎛⎜⎝ ⎠

⎞⎟ = 3 siklus/hari

Tahap I, VF =3

356,66 / 193 /

m hari msiklus hari

=

Tahap II, VF = 3

375,3 / 25,33 /

m hari msiklus hari

=

V-58

Untuk dapat melayani debit limbah maksimum, yaitu pada tahap II, kapasitas

reaktor (VF ) = 25,3 m3

6. Penentuan kapasitas reaktor terhadap volume total reaktor (VF/VT)

Data perencanaan VF/VT aadalah 0,3 akan dibandingkan dengan hasil perhitungan

berikut:

a. Kesetimbangan massa solid di dalam reaktor

Massa solid pada volume total = Massa solid yang mengendap

VT X = VS XS

Dimana : VT = volume total (m3)

X = konsentrasi MLSS pada volume total (g/m3)

VS = volume setelah air dikeluarkan (m3)

XS = konsentrasi MLSS pada VS

Dengan menyelesaikan kesetimbangan massa di atas, VF/VT dapat ditentukan.

(i) Memperkirakan XS dari harga SVI yang diasumsikan, yaitu 100 mL/g

XS = ( )( )3 310 / 10 /

150 /mg g mL L

mL g= 6666,667 g/m3

(ii) Fraksi yang mengendap, VS/VT

S

T

VV

= XXs

= 3

3

3500

6666,667

gm

gm

= 0,525

Faktor keamanan 1,2 untuk menjamin bahwa MLSS tidak terbawa saat

mekanisme pengeluaran air dari reaktor, maka:

S

T

VV

= 1,2(0,525) = 0,63

(iii) Fraksi pengisian , VF/VT

VF + VS = VT

F

T

VV

+ S

T

VV

= 1

V-59

F

T

VV

= 1-0,63= 0,37

Maka VF/VT perencanaan yaitu 0,3 dapat digunakan.

7. Volume total reaktor, VT

Rasio VF/VT = 0,3 maka

Tahap I, VT = 319

0,3m = 63,33 m3

Tahap II, VT = 325,3

0,3m = 84,3 m3

8. Luas permukaan reaktor, A = VH

Reaktor yang dibangun harus dapat melayani jumlah air limbah pada tahap II,

maka:

A = 384,3

4,5mm

= 18,8 m2

9. Dimensi reaktor

Reaktor berbentuk lingkaran, maka ukuran diameternya, d

d = 1/ 4

Aπ

d = 18,81/ 4π

= 4,9 m ~ 5 m

10. Ketinggian lumpur saat air sudah dikeluarkan, TS

Rasio VS/VT = TS/TT = 0,63

TS = 0,63(4,5m) = 2,835 m

V-60

11. Waktu detensi keseluruhan di 2 tangki, td

Tahap I, td =

3

3

2 63,3

56,66

mreaktorreaktor

mhari

⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦ = 53,6 jam

Tahap II, td =

3

3

2 84,3

75,3

mreaktorreaktor

mhari

⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦ = 53,75 jam

Untuk air limbah industri, waktu detensi bervariasi, tidak ada range khusus.

12. Umur lumpur

Persamaan 1: PXTSS = A + B + C + D

Persamaan 2 : PXTSS = T TX ssxVSRT

Tahap I :

A = ( )1

QxYx So SkdxSRT

−+

=

3

3

3

28,53 0,3 3194

0,22 101 0,85

m gx x kghari m xgxSRTx

hari+

= 32,34871 0,22SRT+

kg/hari

B = ( )1

fdxkdxQxYx So S SRTkdxSRT

−+

=

3

3

3

0,220,15 28,53 0,3 3194

0,22 101 0,85

m gx x x x xSRT kghari hari m xgxSRTx

hari+

= 1,07781 0,22

xSRTxSRT+

kg/hari

C = Q x nbVSS

= 28,53 3m

harix (0,5 x (0,85 x 6,15)) 3

gm

x 310kg

g= 0,1045 kg/hari

V-61

D = Q (TSSo-VSSo)

= 3

3 328,53 (6,15 5,2275)10

m xhari m g

−g kgx = 0,0369 kg/hari

Substitusi persamaan 1 dan 2 menjadi:

XtssxVSRT

= A + B + C

33 33500 47,7

10g kx m x

m gSRT

g

= 32,3487 1,0778 0,1045 +0,0369 1 0,22 1 0,22

xSRTSRT xSRT

⎡ ⎤+ +⎢ ⎥+ +⎣ ⎦

kg/hari

Dari penyelesaian persamaan di atas, akan didapat persamaan kuadrat :

1,1093 SRT2 -4,58 SRT – 166,92 = 0

Maka didapat SRT = 14,51 hari (memenuhi kriteria desain umur lumpur 10-30

hari)

Tahap II :

A = ( )1

QxYx So SkdxSRT

−+

=

3

3

3

37,65 0,3 3194

0,22 101 0,85

m gx x kghari m xgxSRTx

hari+

= 42,7671 0,22SRT+

kg/hari

B = ( )1

fdxkdxQxYx So S SRTkdxSRT

−+

=

3

3

3

0,220,15 37,65 0,3 3194

0,22 101 0,85

m gx x x x xSRT kghari hari m xgxSRTx

hari+

= 1,4251 0,22

xSRTxSRT+

kg/hari

C = Q x nbVSS

= 37,653m

harix (0,5 x (0,85 x 6,15) 3

gm

x 310kg

g = 0,1385 kg/hari

V-62

D = Q (TSSo-VSSo)

=3

3 337,65 (6,15 5,2275)10

m xhari m g

−g kgx = 0,0489 kg/hari

Substitusi persamaan 1 dan 2 menjadi:

XtssxVSRT

= A + B + C

33 33500 84,31

10g kgx m x

m gSRT

= 42,767 1,425 0,1385 + 0,0489 1 0,22 1 0,22

xSRTSRT xSRT

⎡ ⎤+ +⎢ ⎥+ +⎣ ⎦

kg/hari

Dari penyelesaian persamaan di atas, akan didapat persamaan kuadrat :

1,466 SRT2 -22,58 SRT – 295,092 = 0

Maka didapat SRT = 23,85 hari (memenuhi kriteria desain umur lumpur 10-30

hari)

13. Konsentrasi MLVSS

PXVSS(SRT) = VT(XMLVSS)

Tahap I :

( 32,34871 0,22SRT+

+ 1,07781 0,22

xSRTxSRT+

+0,1045)kg/hari (0,85)(14,51 hari)=47,7m3

(XMLVSS)

(6,5114 + 3,1479+ 0,1045) kg/hari x 14,51 hari = 47,7 m3 (XMLVSS)

XMLVSS = 3

9,7638 14,51

47,7

kg x harihari

m= 2971 g/m3

Fraksi MLVSS terhadap MLSS

3

3

2971

3500MLVSS

MLSS

gX m

gXm

= = 0,848

V-63

Tahap II :

( 42,7671 0,22SRT+

+ 1,4251 0,22

xSRTxSRT+

+0,1385)kg/hari(0,85)(23,85hari)=84,31 m3

(XMLVSS)

(5,77 + 4,58 +0,1385 ) kg/hari x 23,85 hari = 84,31 m3 (XMLVSS)

XMLVSS = 3

10,5 23,85

84,31

kg x harihari

m= 2970 g/m3

Fraksi MLVSS terhadap MLSS

3

3

2970

3500

MLVSS

MLSS

gX m

gXm

= = 0,848

14. Laju pemompaan pengosongan reaktor

Waktu pengisian = waktu pengosongan

Tahap I, VF = 19m3

Waktu pengosongan = 0,5 jam

Laju pemompaan = 319

30mmnt

= 0,634 m3/menit

Tahap II, VF = 25,3 m3

Waktu pengosongan = 0,5 jam

Laju pemompaan = 325,3

30m

mnt= 0,843 m3/menit

15. Waktu aerasi

Waktu aerasi selama 6jam, tetapi pada saat pengisian reaktor juga diperlukan

aerasi, sesedikitnya aerasi dilakukan selama setengah dari waktu pengisian

reaktor yaitu dengan cara mixing, maka:

V-64

Waktu aerasi total = 6 (32

)jam siklus = 9 jam

16. Jumlah lumpur yang dihasilkan, PXTSS

Tahap I, PXTSS = ( )

3

3 32 63,33 350010

14,51

m greaktorreaktor m g

hari

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠⎝⎝ ⎠

kg

⎠ = 23 kg/hari

Tahap II, PXTSS = ( )

3

3 32 84,3 350010

23,85

m greaktorreaktor m g

hari

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠⎝⎝ ⎠

kg

⎠ = 24,74 kg/hari

17. Debit pembuangan lumpur,QW = XTSSPX

Tahap I, QW = 3

3

23 10

6666,667

kgghari xg kg

m

= 3,45 m3/hari

Tahap I, QW = 3

3

24,74 103500

kgghari xg kg

m

= 3,7 m3/hari

18. Cek rasio F/M = oQSXV

Tahap I, F/M =

3

3

33

28,53 3348,150,67

2971 63,3

m gxhari m harig x m

m

= (memenuhi kriteria

desain 0,15-0,6)

V-65

Tahap II, F/M =

3

3

33

37,65 3348,150,5

2970 84,3

m gxhari m harig x m

m

= (memenuhi kriteria

desain 0,15-0,6)

19. Cek beban COD volumetrik, Lorg = ( )oQ SV

Tahap I, Lorg =

3

3

3

28,53 0,33(3348,15 )

(47,7 )

m gxhari m

m= 0,66 kg/m3 hari

Tahap II, Lorg =

3

3

3

37,65 0,33(3348,15 )

(84,3 )

m gxhari m

m= 0,5 kg/m3 hari

20. Kebutuhan nutrien

Rasio C:N:P = 100:5:1

N yang dibutuhkan = 3

5 3348,15 168,1100

gxm

= g/m3

P yang dibutuhkan = 3

1 3348,15 33,62100

gxm

= g/m3

Nutrien pada influen :

N = 113,268 3

gm

- konsentrasi N yang digunakan di proses anaerob

= 113,268 3

gm

- 0 3

gm

= 113,268 g/m3

Air limbah yang masuk ke proses aerob tidak mengandung phosphor dan

konsentrasi nitrogen tidak mencukupi bagi kebutuhan mikroorganisme, maka

nutrien harus ditambahkan.

V-66

Nutrien yang perlu ditambahkan:

Tahap I :

Nitrogen yang ditambahkan = (168,1-113,268) 3

gm

x 56,663m

harix 310

kgg

= 3,14

kg/hari

Phosphor yang ditambahkan = 33,62 3

gm

x 56,66 3m

harix 310

kgg

= 1,924 kg/hari

Tahap II :

Nitrogen yang ditambahkan = (168,1-113,268) 3

gm

x 75,3 3m

harix 310

kgg

= 4,16

kg/hari

Phosphor yang ditambahkan = 33,62 3

gm

x 75,3 3m

harix 310

kgg

= 2,55 kg/hari

21. Kebutuhan oksigen,Ro = Q(So-S) – 1,42Px

Tahap I, Ro = 28,533m

harix 3194 3

gm

- 1,42 (9,716) kghari

x 310 g

kg

= 78 kg/hari

Tahap II, Ro = 37,65 3m

harix 3194 3

gm

- 1,42 (10,5) kghari

x 310 g

kg

= 107 kg/hari

22. Laju transfer oksigen

Waktu aerasi total selama 9 jam, maka laju tranfer oksigen:

Tahap I = 78

9

kgharijamhari

= 8,66 kg/jam

Tahap II = 107

9

kghari

jamhari

= 12 kg/jam

V-67

23. Menghitung kebutuhan standar oksigen/standard oxygen requirement (SOR)

SOR (kg/hari) = 20( ' ) / (1,024)TRo

C sw Fa C Csw Xβ −−⎡ ⎤⎣ ⎦

dimana:

Ro = kebutuhan oksigen teoritis (kg O2/hari)

C’sw = kelarutan oksigen pada temperatur lapangan 270 C ( 8,08 mg/l)

Csw = kelarutan oksigen di dalam air pada suhu 250C ( 8,38 mg/l)

β = tegangan permukaan salinitas, pada umumnya 0,9 untuk air limbah

C = Konsentrasi dissolved oksigen minimum yang harus dipertahankan

(2 mg/l)

ά = faktor koreksi transfer oksigen biasanya 0.8-0,9 ( 0,85)

f = faktor proporsional (0,5)

A = luas permukaan reaktor ( 18,8 m2 )

Ta = temperatur rata-rata udara ambien (270C)

Ti = temperatur rata-rata air limbah influen (250C)

Q = debit air limbah ( m3/hari )

Fa = faktor koreksi kelarutan oksigen untuk ketinggian tertentu =

( )19450

ketinggian m− = 701

9450m

− = 0,9926

T = temperatur rata-rata air limbah di dalam reaktor untuk kondisi

lapangan

= . .Af Ta Q TiAf Q

++

Tahap I, T =

03

2 0

32

18,8 0,5 27 57, 23 25

18,8 0,5 57, 23

mm x x C x Charimm x

hari

+

+= 25,28oC

SOR = [ ] 27 2078

(8,08 0,9 0,9926 2) / 8,38 (1,024) 0,85x x x x−−

= 124,83 kg O2/hari = 5,02 kg O2/jam

V-68

Tahap II, T =

03

2 0

32

18,8 0,5 27 75,88 25

18,8 0,5 75,88

mm x x C x Charimm x

hari

+

+= 25,22 oC

SOR = [ ] 27 20107

(8,08 0,9 0,9926 2) / 8,38 (1,024) 0,85x x x x−−

= 171,2356 kg O2/hari = 7,13 kg O2/jam

Dengan melihat tingkat kebutuhan oksigen, maka dipilih aerator yang dapat

memenuhi suplai oksigen ke dalam tangki. Berbagai kapasitas aerator dapat

dilihat pada Tabel V.31.

Tabel V.31 Tipe Surface Aerator

Motor Aerator Model Hp Pole Kg O2/hr DM

(m) DZ D (m)

Pumping rate (m3/min)

SFA-02 2 4 3 6 12 2 – 3 5 SFA-03 3 4 4.2 9 18 3 – 4 7 SFA-05 5 4 6.6 12 24 3 – 4 9 SFA-07 7 ½ 4 9.6 16 32 5 - 6 11 SFA-10 10 4 11.5 19 38 5 - 6 19 SFA-15 15 4 16.5 27 54 5 - 6 24 SFA-20 20 4 21 32 64 5 - 6 29 SFA-25 25 4 27.5 36 72 5 - 6 33 SFA-30 30 4 31 40 80 5 - 6 37 SFA-40 40 4 38 45 90 5 - 6 46 SFA-50 50 4 50 50 100 5 – 6 55 SFA-60 60 4 61 56 112 5 – 6 65 SFA-75 75 4 73 62.5 125 5 – 6 80 SFA-100 100 4 95 70 140 5 – 6 120

Maka aerator yang akan digunakan yaitu aerator :

Tipe : Surface aerator, SFA-07

Kapasitas : 11 m3/menit

Oksigen transfer rate : 9,6 kg O2/jam

V-69

Diameter mixing area : 16 m

Kedalamam mixing area : 5-6 m

Daya : 7,5 HP

Jumlah aerator yang dibutuhkan = 1unit aerator/tanki

Daya yang diperlukan = 7,5 HP x 2 unit = 15 HP

E. Rekapitulasi

Rekapitulasi dimensi reaktor sequencing batch activated sludge dapat dilihat pada

Tabel V.32.


Parameter Besaran Satuan Diameter 5 m Kedalaman 4,5 m Freeboard 50 cm Tinggi total 5 m Diameter pipa inlet 1,5 inci Diameter pipa outlet 1,5 inci

Bak Pembubuh Nutrien

Nutrien yang dibutuhkan mikroorganisme adalah nitrogen dan fosfor. Dua unsur ini

akan disuplai dengan pembubuhan pupuk urea sebagai sumber nitrogen dan asam

fosfat atau sumber fosfor. Tangki nutrien terdiri dari bak pembubuh urea dan bak

pembubuh asam fosfat. Tangki ini berfungsi sebagai tempat pembuatan dan

penyimpanan larutan urea serta asam fosfat dalam 1 hari. Pompa dosing akan

memompakan larutan urea dan asam fosfat dari tangki ini ke tangki nutrien untuk

menyuplai kebutuhan nutrien bagi mikroorganisme aerob.

B. Data Perencanaan

Data-data yang berhubungan dengan perencanaan bak pembubuh nutrien terdapat

pada Tabel V.33.

V-70

Tabel V.33 Data Perencanaan Bak Pembubuh Nutrien

Parameter Simbol Besaran Satuan Berat jenis CO(NH2)2 1,34 kg/L Berat jenis H3PO4

ρ 1,62 kg/L

Konsentrasi CO(NH2)2 5 % Konsentrasi H3PO4

C 5 %

Perhitungan

a) Menghitung volume dan dimensi bak pembubuh

Bak pembubuh untuk urea dan asam fosfat dibedakan menjadi 2 bak.

1. Kebutuhan nutrien

Tahap I:

Kebutuhan nitrogen = 3,14 kg/hari

Konsentrasi nitrogen dalam urea 46%, maka kebutuhan urea = 100%46% (3,14

kg/hari)= 6,83 kg/hari

Kebutuhan asam fosfat = 1,924 kg/hari

Konsentrasi phosphor dalam H3PO4 = 31,6%, maka kebutuhan asam fosfat =

100%31,6% (1,924 kg/hari) = 6,088 kg/hari

Tahap II:

Kebutuhan nitrogen = 4,16 kg/hari

Konsentrasi nitrogen dalam urea 46%, maka kebutuhan urea = 100%46% (4,16

kg/hari)= 9,043 kg/hari

Kebutuhan asam fosfat = 2,55 kg/hari

Konsentrasi phosphor dalam asam fosfat = 31,6%, maka kebutuhan asam fosfat

= 100%31,6% (2,55 kg/hari) = 8,07 kg/hari

2. Debit , q = kebutuhan nutrien / ρ

V-71

Tahap I:

q urea = 6,83

1,34

kgharikg

liter

= 5,1 liter/hari ~ 5 liter/hari

q asam fosfat = 6,088

1,62

kgharikg

liter

= 3,76 liter/hari ~3,8 liter/hari

Tahap II:

q urea = 9,043

1,34

kgharikg

liter

= 6,75 liter/hari ~6,8 liter/hari

q asam fosfat = 8,07

1,62

kgharikg

liter

= 4,98 liter/hari ~5liter/hari

3. Volume pelarut, V air =

1 .

air

C xkeb nutrienC xtd

ρ

−

Tahap I:

V air untuk urea= 3

1 0,05 6,830,05 1

997,7

kgxhari x harikg

m

−

= 0,13 m3

V air untuk asam fosfat = 3

1 0,05 6,0880,05 1

997,7

kgxhari x harikg

m

−

= 0,116 m3

V-72

Tahap II:

V air untuk urea= 3

1 0,05 9,0430,05 1

997,7

kgxhari x harikg

m

−

= 0,172 m3

V air untuk asam fosfat = 3

1 0,05 8,070,05 1

997,7

kgxhari x harikg

m

−

= 0,154 m3

4 Volume larutan

Tahap I:

Volume larutan urea = 5 liter + 0,13 m3 = 135 liter

Volume larutan asam fosfat = 3,48 liter +0,116m3 = 119,5 liter

Tahap II:

Volume larutan urea = 6,8 liter + 0,172m3 = 178,8 liter ~ 180 liter

Volume larutan asam fosfat = 5 liter +0,154 m3 = 159 liter ~160 liter

10. Dimensi bak pembubuh

Kapasitas bak pembubuh disesuaikan dengan kebutuhan nutrien sampai tahap II

Tinggi bak pembubuh = 0,5 m

Sisi bak pembubuh urea = 30,18

0,5mm

= 0,6 m ~ 0,6 m

Sisi bak pembubuh asam fosfat = 30,16

0,5mm

= 0,56 m ~ 0,6 m

Tangki Nutrien

Tangki nutrien digunakan untuk mencampurkan asam fosfat dan urea dengan air

limbah Tabel V.34 menunjukkan data-data perencanaan tangki nutrien.

V-73

Tabel V.34 Data-Data Perencanaan Tangki Nutrien




A. Perhitungan


1. Volume bak,V

Tahap I, V =56,663

11440


= 0,039 m3 ~0,04 m3

Tahap II, V = 75,33

11440


= 0,0529 m3 ~0,053 m3


2. Dimensi bak





1,1(0,25)(3,14)m⎡ ⎤

⎢⎣ ⎦

⎥ = 0,394m ~ 0,4 m

Tinggi bak = 1,1(0,4) = 0,44 m ~0,45 m


Tahap I, P = 2

32

300 det0,8363 10 0,04det

Nx x x mm

−⎛ ⎞ 3 =⎜ ⎟⎝ ⎠

3,01 N-m/det = 3 W = 2,2 ft

lb/det

V-74

Tahap II, P = 2

32

300 det0,8363 10 0,053det

Nx x x mm

−⎛ ⎞ 3 =⎜ ⎟⎝ ⎠

3,98 N-m/det ~ 4 W = 2,9 ft

lb/det

c) Menghitung diameter impeller, D = 1/5

3

PxgcNpx xnρ

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

Tahap I, D =

1/5

2

3

3

.2, 2 32,17det det

0,6 1,667 62,4det

ft lb ftx

r lbx xft

⎛ ⎞⎡ ⎤⎜ ⎟⎢ ⎥⎣⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠⎝ ⎠

⎦ = 0,84 ft = 0,26 m

Tahap II, D =

1/5

2

3

3

.2,9 32,17det det

0,6 1,667 62,4det

ft lb ftx

r lbx xft

⎛ ⎞⎡ ⎤⎜ ⎟⎢ ⎥⎣⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠⎝ ⎠

⎦ = 0,89 ft = 0,27 m

Cek rasio diameter impeller dengan lebar bak, D/Te


DTe

= 0,25 0,6250,4

mm


d) Cek bilangan reynolds, NRE = 2nxD xρμ

NRE = ( )2

3

5

1,667 0,82 62,4det

1,746 10.

r lx ft x bft

lbxft s

−= 4005932 >10000 turbulen

e) Struktur Influen


1,61 inci (0,0489 m).

V-75

f) Struktur Efluen

Struktur efluen menggunakan pipa outlet berdiameter 1,5 inci, berdiameter dalam

1,61 inci (0,0489 m).

V.5. Bak Pengumpul Akhir

A. Umum

Bak pengumpul akhir berfungsi untuk menampung air hasil proses biologi pada

reaktor sequencing batch activated sludge. Bak ini diperlukan karena jumlah air yang

dikeluarkan dari reaktor sebelumnya sangat besar dan tidak kontinyu, hal ini dapat

menyebabkan shock load bagi badan air penerima (Sungai Cijengkol). Data-data

perencanaan bak pengumpul akhir terdapat pada Tabel V.35.

Tabel V.35 Data-data Perencanaan Bak Pengumpul Akhir

Parameter Simbol Besaran Satuan Waktu detensi td 10 menit Kedalaman air H 1 m

B. Perhitungan

1. Influen Bak Pengumpul Akhir

Tahap I:

• Debit, Q = 56,66m3/hari – 3,45m3/hari = 53,21m3/hari

• TSS = 0,27 kg/hari– 0,5(0,27)kg/hari = 0,135 kg/hari

= 3

0,1351000

53,21

kgghari xkgm

hari

= 2,53 g/m3


= 3

0,146251000

53,21

kgghari xkgm

hari

= 2,74 g/m3

V-76


= 3

9,661000

53,21

kgghari xkgm

hari

= 181,212 g/m3

Tahap II:

• Debit, Q = 75,3 m3/hari – 3,7 m3/hari =71,6 m3/hari

• TSS = 0,4315 kg/hari – 0,5(0,4315) kg/hari = 0,216 kg/hari

= 3

0,2161000

71,6

kgghari xkgm

hari

= 3,017 g/m3


= 3

0,2321000

71,6

kgghari xkgm

hari

= 3,24 g/m3


= 3

12,81000

71,6

kgghari xkgm

hari

= 178,9 g/m3

2. Volume bak pengumpul akhir, V

V = Q x td

Tahap I, V = 3

0,6 10m x menitmenit = 6 m3

Tahap II, V= 3

0,84 10m x menitmenit = 8,4 m3

V-77

3. Dimensi bak pengumpul akhir

Bak yang dibangun akan memiliki volume sebesar 8,4 m3.

Sisi bak = mm

14,8 3

= 2,89 m ~ 3 m

4. Struktur Influen

Sruktur influen berupa pipa inlet yang berukuran sama dengan pipa outlet SBR,

yaitu 4 inci.

5. Struktur Efluen

Struktur efluen bak pengumpul akhir berupa pipa outlet. Kecepatan aliran di

dalam pipa minimal 0,7 m/detik, maka:

luas permukaan pipa outlet =

30,64

60

0,7

m menixmenit dtk

mdtk

t

=0,0152 m2

diameter pipa outlet = 20,0152

(3,14)(0,25)m

= 0,14 m

Ukuran pipa di pasaran = 6 inci dengan diameter dalam 6,065 in (0,154m)


3

2

0,6460

0,25(3,14)(0,154 )

m menitxmenit dtk

m = 0,57 m/detik


3

2

0,8460

0,25(3,14)(0,154 )

m menitxmenit dtk

m = 0,75 m/detik

C. Rekapitulasi

Rekapitulasi dimensi bak pengumpul akhir dapat dilihat pada Tabel V.36.

V-78


Parameter Besaran Satuan Sisi 3 m Kedalaman 1 m Freeboard 20 cm Tinggi total 1,2 m Diamater pipa inlet 4 inci Diamater pipa inlet 6 inci

V-79

BAB V DIMENSI UNIT PENGOLAHAN - Perpustakaan · PDF filePerhitungan unit pengolahan...

Documents

Transcript of BAB V DIMENSI UNIT PENGOLAHAN - Perpustakaan · PDF filePerhitungan unit pengolahan...