STUDI PERENCANAAN INSTALASI PENGOLAHAN...

STUDI PERENCANAAN INSTALASI PENGOLAHAN AIR LIMBAH

(IPAL) PABRIK TAHU FIT MALANG DENGAN DIGESTER

ANAEROBIK DAN BIOFILTER ANAEROBIK-AEROBIK

Shafiya Sausan Hidayati1, Donny Harisuseno

2, Rini Wahyu Sayekti

2

1)Mahasiswa Jurusan Teknik Pengairan, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya

2)Dosen Jurusan Teknik Pengairan, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya

Universitas Brawijaya-Malang, Jawa Timur, Indonesia

Jalan MT.Haryono 167 Malang 65145 Indonesia

e-mail: [email protected]

ABSTRAK

Pabrik Tahu FIT Malang memiliki kapasitas produksi sebanyak 910 kg kedelai per harinya

dengan limbah cair hasil produksi sebesar 20,753 m3/dt yang langsung dibuang ke badan penerima

air tanpa pengolahan terlebih dahulu. Hasil uji laboratorium menyebutkan bahwa kandungan BOD,

COD, TSS, dan pH pada limbah cair tahu belum memenuhi baku mutu yang berlaku sehingga

diperlukan adanya upaya untuk meminimisasi dampak negatif pada badan penerima air dengan

merencanakan instalasi pengolahan air limbah serta memanfaatkan potensi limbah cair menjadi

sumber daya berupa biogas. Pada perencanaan ini dibutuhkan dua jenis data yaitu data debit limbah

cair serta data kualitas air. Pengukuran debit limbah cair tahu dilakukan pada saluran outlet pabrik

selama tujuh hari pada saat jam produksi di setiap jamnya. Untuk pengambilan sampel limbah

dilakukan dengan cara sesaat (grab sampling) dengan pemilihan waktu pada saat produksi

mencapai jam puncak. Dari hasil perencanaan didapatkan tahapan pengolahan yaitu bak ekualisasi,

digester anaerobik, bak pengendapan awal, biofilter anaerobik-aerobik, dan bak pengendapan akhir.

Dari proses pengolahan tersebut akan diperoleh hasil effluent yang mampu memenuhi baku mutu

sehingga layak dibuang ke badan penerima air. Perkiraan effluent hasil pengolahan sebesar BOD =

10,53 mg/L, COD = 128,19 mg/L, TSS = 3,96 mg/L dan pH = 7,5. Perkiraan perolehan biogas

secara teoritis yang diperoleh dari nilai COD sebesar 516,31 m3 untuk setiap harinya.

Kata Kunci: limbah cair tahu, IPAL, digester anaerobik, biofilter anaerobik-aerobik, biogas

ABSTRACT

FIT Tofu Industry Malang has production capacity of 910 kg soybeans per day release 20,753

m3/s wastewater that directly discharged to the water without first processing. The results of

laboratory tests mentioned that BOD, COD, TSS, and pH in tofu wastewater are far from the

quality standards specified so that there is an effort to minimize the negative impact on the water

recipient by planning the wastewater treatment installation and utilizing the potential of wastewater

into a alternative resource namely biogas. In this planning required two types of data that is

wastewater discharge data and water quality data. Measurement of wastewater discharge is carried

out on the outlet channel for seven days at the hour of production in each hour. For wastewater

sampling is used by grab sampling with the election time when production reaches peak hour. The

results of wastewater planning, the processing stage is equalization, anaerobic digester, pre-settling

basin, anaerobic-aerobic biofilter, and final settling basin. From the processing process will be

obtained the effluent results that is able to meet the quality standards so that proper discharged to

the recipient water. The estimated effluent of processing result is BOD = 10,53 mg/L, COD =

128,19 mg/L, TSS = 3,96 mg/L and pH = 7,5. The theoretical estimation of biogas obtained from

the COD value are 516.31 m3 for each day.

Keywords: tofu wastewater, WTI, anaerobic digester, anaerobic-aerobic biofilter, biogas

mailto:[email protected]

PENDAHULUAN

Industri tahu merupakan salah satu

industri pangan yang berpotensi dalam

pencemaran air dari limbah cair yang

dihasilkannya (Mufida, 2015). Besarnya

pemakaian air pada proses produksi tahu

menghasilkan limbah cair dengan debit

yang cukup besar yaitu 12 m3/ton kedelai

(Zamroni, 2004 dalam Wagiman, 2006)

dan kandungan bahan organiknya juga

tinggi seperti COD sebesar 5000-8000

mg/L (Wagiman, 2001 dalam Wagiman,

2006). Selain pencemaran air, bau yang

dihasilkan dari limbah cair tahu sangat

busuk sehingga mengganggu

kenyamanan masyarakat sekitar dalam

beraktivitas.

Berdasarkan Peraturan Gubernur

Jawa Timur Nomor 72 Tahun 2013

Tentang Baku Mutu Air Limbah Bagi

Industri dan/atau Kegiatan Usaha

Lainnya untuk industri berbahan dasar

kedelai, parameter yang digunakan

adalah BOD, COD, TSS, dan pH

sehingga kualitas limbah yang dihasilkan

harus memenuhi keempat kriteria

tersebut.

Pabrik Tahu FIT Malang merupakan

salah satu industri tahu dengan kapasitas

produksi cukup besar yaitu 910 kg

kedelai/hari yang belum melakukan

pengolahan terhadap limbah cair tahu

yang dihasilkannya. Oleh karena itu

diperlukan suatu instalasi pengolahan air

limbah (IPAL) yang ramah lingkungan

serta dengan memanfaatkan potensi

sumber daya yang dihasilkan dari limbah

cair tahu. Kandungan COD yang tinggi

pada limbah cair tahu berpotensi untuk

menghasilkan biogas. Biogas dapat

diproduksi dari proses pengolahan secara

anaerobik (Faisal dkk., 2016).

Dalam perencanaan ini akan

digunakan pengolahan secara biologis

menggunakan sistem anaerobik dan

aerobik. Untuk pengolahan awal

menggunakan digester anaerobik agar

dihasilkan biogas dari proses degradasi

senyawa organik oleh bakteri

metanogenik tanpa adanya udara. Biogas

yang dihasilkan mengandung gas metana

(50-70% volume), karbondioksida (30-

40%), serta sejumlah kecil gas seperti H2,

H2S, uap H20, dan nitrogen (Romli, M.

dan Suprihatin, 2009). Biogas dapat

dimanfaatkan sebagai bahan bakar

pengganti minyak tanah dan LPG.

Efisiensi pada proses digester

anaerobik hanya berkisar antara 60-90%

saja, sehingga hal ini masih menjadi

sumber pencemaran lingkungan

mengingat kandungan senyawa organik

pada limbah cair tahu sangat tinggi. Suatu

alternatif pengolahan limbah yang cukup

sederhana agar lebih efisien kinerjanya

adalah dengan menggunakan pengolahan

sistem kombinasi biofilter anaerobik-

aerobik.

Pengolahan air limbah dengan

biofilter anaerobik lebih efisien dalam

mereduksi senyawa organik yang tinggi,

namun effluent yang dihasilkan masih

mengandung metana dan amonia

sehingga menimbulkan bau busuk.

Sehingga ditambahkan biofilter aerobik

untuk mereduksi senyawa organik yang

tersisa, serta menghilangkan bau yang

dihasilkan dari proses sebelumnya

dengan penambahan oksigen.

Tujuan dari penelitian yang

dilakukan untuk mendapatkan desain

IPAL yang sesuai untuk memberi

masukan kepada Pabrik Tahu FIT

Malang agar melakukan pengolahan

terhadap limbah cair yang dihasilkan

sehingga air limbah dapat dibuang secara

layak ke badan penerima air karena telah

memenuhi baku mutu yang ditentukan

oleh pemerintah.

METODOLOGI PENELITIAN

Lokasi Studi

Lokasi penelitian berada di Pabrik

Tahu FIT Malang yang terletak di Desa

Bocek, Kecamatan Karangploso,

Kabupaten Malang. Letak geografis

Pabrik Tahu FIT berada pada koordinat

7º52’45,5” Lintang Selatan dan

112º35’28,8” Bujur Timur Adapun peta

lokasi dapat dilihat pada Gambar 1.

Data – Data yang Digunakan Dalam penyusunan studi ini

diperlukan data-data yang mendukung,

yaitu:

1. Data kualitas air limbah yang berfungsi

untuk mengetahui kandungan senyawa

organik dalam limbah cair.

2. Data debit limbah yang digunakan

untuk mengetahui besar air limbah

yang dihasilkan selama proses

produksi tahu sedang berlangsung.

Pengambilan Sampel dan Debit

Limbah

Pengambilan Sampel

Pengambilan sampel dilakukan pada

saluran outlet pabrik yang dapat dilihat

pada Gambar 2, dengan metode grab

sampling. Sampel diambil menggunakan

botol dari bahan plastik berukuran 1 L.

Sampel yang telah diambil diserahkan ke

laboratorium kualitas air Perum Jasa Tirta

I untuk mendapatkan hasil pengujian

kualitas limbah cair tahu.

Gambar 2. Titik pengambilan sampel

Pengambilan Debit Limbah Cair

Terdapat dua metode dalam

menentukan debit limbah cair tahu, yaitu

berdasarkan kebutuhan air dan

pengukuran langsung di saluran outlet.

Debit limbah berdasarkan kebutuhan air

diperoleh dari hasil wawancara dengan

karyawan pabrik, sedangkan metode

pengukuran langsung adalah:

1 Melakukan survey pada pabrik untuk

menentukan lokasi pengukuran debit.

Akses

Jalan

Tempat Penyimpanan

Kedelai

TempatPenggorengan

Tahu

A

Tempat Penyimpanan Kayu

Saluran Drainase

Keterangan:

A : Saluran Pembuangan Limbah Cair pada

Tiap Proses Produksi

B : Saluran Pembuangan Limbah Cair

C : Outlet Saluran Pembuangan Limbah

Cair (Lokasi Sampling Sampel dan Debit)

Tempat Penyimpanan

Kedelai

Tandon Air dan Bak Air Bersih

Denah Lokasi Pabrik

Tempat Pencucian, Perendaman,

dan Penggilingan Kedelai

Tempat Produksi

Tahu 1

Tempat Produksi

Tahu 3

Tempat Produksi

Tahu 4

Tempat Produksi

Tahu 2 Bak

Perendaman

Tahu

BakPerendaman

Tahu

B

C

Saluran Drainase

Rumah Pemilik

Pabrik

Gambar 1. Lokasi Penelitian

BOCEK

Dalam studi ini pengukuran debit

dilakukan pada saluran outlet pabrik.

2 Pengukuran debit limbah dilakukan

selama 9 jam saat proses produksi tahu

sedang berlangsung menggunakan

gelas ukur dan stopwatch.

3 Pengukuran ini dilakukan selama tujuh

hari berturut-turut dengan

pengambilan sampel debit pada setiap

jamnya menggunakan varian lima data

untuk mengetahui ketepatan data.

4 Data debit yang telah diambil

kemudian diolah untuk mengetahui

debit rerata harian agar dapat dijadikan

dasar perencanaan untuk kapasitas

IPAL.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Perhitungan Debit Limbah Cair

Debit limbah cair yang digunakan

sebagai dasar perencanaan IPAL adalah

debit yang diukur secara langsung di

saluran outlet secara jam-jaman selama

tujuh hari. Rekapitulasi hasil perhitungan

debit seperti pada Tabel 1.

Tabel 1. Rekapitulasi Perhitungan

Debit Limbah Cair

Hari

Debit

Rerata

Harian

(m3/hr)

Debit

Harian

Maks.

(m3/hr)

Jam

Puncak

Senin 16,193 29,790 12.00

Selasa 19,133 31,521 13.00

Rabu 19,688 36,246 13.00

Kamis 19,136 28,265 13.00

Jumat 20,753 34,967 13.00

Sabtu 18,304 26,815 12.00

Minggu 19,669 28,002 11.00

Sumber: Hasil Perhitungan

Dari perhitungan tersebut, terdapat

dua data debit yang terpilih yaitu debit

harian maksimum sebesar 36,246 m3/dt

sebagai dasar perencanaan bak ekualisasi

untuk menghindari shock loading karena

limbah cair dari proses produksi tahu

tidak stabil, dan debit rerata harian

sebesar 20,753 m3/dt sebagai dasar

perencanaan bak pengolahan yang

lainnya.

Analisa Kualitas Air Limbah

Analisa ini dilakukan guna

memperoleh kualitas limbah cair tahu

yang dihasilkan dari proses produksi

tahu. Penentuan parameter uji didasarkan

pada Peraturan Gubernur Jawa Timur

Nomor 72 Tahun 2013 dengan empat

parameter yaitu BOD, COD, TSS, dan

pH. Hasil analisa tertera pada Tabel 2.

Tabel 2. Hasil Analisa Kualitas Limbah

Cair Tahu

Hasil

Analisa

Baku

Mutu*

Parameter

pH BOD

(mg/L)

COD

(mg/L)

TSS

(mg/L)

Uji 1** 6 -9 4,4 2964 16000 638,5

Uji 2** 150 4,5 5026 63200 327,2

Uji 3** 300 7,1 4326 32100 757

Uji 4** 100 5,6 5201 63300 3663

Sumber: Hasil Analisa Laboratorium

*) Pergub Jatim No. 72 Tahun 2013

**) Uji -1 : Tanggal 27 April 2016

Uji -2 : Tanggal 28 Sept 2016

Uji -3 : Tanggal 19 Okt 2016

Uji -4 : Tanggal 14 Des 2016

Dari hasil analisa tersebut dapat

dilihat bahwa seluruh pengujian yang

dilakukan kecuali parameter pH pada uji

3 tidak memenuhi standar baku mutu

yang ada, bahkan parameter COD

terbilang sangat tinggi nilainya. Nilai

polutan yang digunakan sebagai dasar

untuk menentukan pengolahan pada

IPAL dipilih yang tertinggi agar sistem

IPAL dapat bekerja secara maksimal,

yaitu COD = 63300 mg/L, BOD = 5201

mg/L, TSS = 3663 mg/L, dan pH = 4,4.

Penentuan Model IPAL

Model IPAL yang sesuai dengan

kriteria yang dibutuhkan pada lokasi studi

seperti pada Gambar 3. Penjelasan dari

proses tersebut yaitu:

a. Seluruh limbah cair tahu yang berasal

dari proses produksi akan dialirkan

melalui saluran outlet menuju ke bak

ekualisasi sebagai penampung dan

mengontrol debit air limbah.

b. Selanjutnya limbah akan dialirkan

menuju digester anaerobik dan akan

mengalami proses fermentasi tanpa

udara selama 10 hari yang nantinya

dihasilkan produk berupa biogas.

c. Limpasan dari digester akan mengalir

ke bak pengendapan awal yang

berfungsi mengendapkan kotoran

padat di bagian dasar bak.

d. Kemudian limbah cair akan menuju

bak anaerobik melewati media filter

yang ada di dalam bak. Senyawa

organik akan diuraikan oleh

mikroorganisme yang menempel pada

permukaan media.

e. Lalu limbah dialirkan menuju biofilter

aerobik yang di dalamnya juga

terdapat media filter, namun dengan

bantuan penambahan udara sehingga

senyawa organik dan bau yang tersisa

akan diuraikan di bak ini.

f. Proses terakhir yaitu bak pengendapan

akhir. Sebagian limbah di bak ini akan

di pompa kembali ke bak biofilter

anaerobik dan sebagian akan dibuang

ke badan penerima air.

Gambar 3. Model IPAL Pabrik Tahu

FIT Malang

Perencanaan dan Perhitungan Desain

IPAL

Bak Ekualisasi

Bak ekualisasi didesain berdasarkan

kapasitas debit harian maksimum yang

mengacu pada debit jam puncak sebagai

upaya antisipasi debit yang tinggi. Bak

ekualisasi juga dilengkapi dengan pompa

untuk mengontrol debit yang akan masuk

ke proses pengolahan yang selanjutnya.

Bak ekualisasi direncanakan

memiliki kemiringan slope sebesar 0,02

untuk memudahkan padatan atau lumpur

terkumpul. Bak ekualisasi dapat dilihat

pada Gambar 4.

Volume dan Dimensi Bak:

Direncanakan:

Debit limbah (Q) = 36,246 m3/dt

Waktu tinggal (t) = 4 jam

Perhitungan:

Volume bak = Q x t

= 36,246 x 4

= 16,12 m3

Dimensi bak = p x l x t

= 3 m x 3 m x 1,8 m

= 16,12 m3

Tinggi jagaan direncanakan 0,5 m

Spesifikasi Pompa:

Tipe = Pompa celup

Kapasitas = 100 l/menit (maksimum)

Total head = 5 - 8 meter

Material = Stainless steel

Rekomendasi = Pompa HCP F-05 AF

Digester Anaerobik

Dari proses fermentasi limbah cair

pada digester anaerobik, dihasilkan gas

metana yang bila bercampur dengan

karbondioksida akan menghasilkan

biogas.

Digester ini memiliki dua bagian.

Bagian pertama adalah digester sebagai

tempat pencerna limbah cair dan sebagai

rumah bagi bakteri. Bagian kedua

dinamakan kubah tetap karena bentuknya

yang menyerupai kubah dan bagian ini

merupakan pengumpul gas yang tidak

bergerak (fixed). Biogas yang dihasilkan

dari proses penguraian bakteri akan

mengalir dan disimpan di bagian kubah.

Endapan lumpur dari limbah cair

yang telah mengalami fermentasi akan

keluar menuju bak penampung lumpur

dengan bantuan dorongan dari limbah

cair yang baru masuk serta dengan

bantuan tekanan gas di dalam digester.

Limbah cair yang tidak mengendap akan

keluar menuju bak pengendapan awal.

Digester dapat dilihat pada Gambar 4 dan

Gambar 5.


Direncanakan:

Debit limbah (Q) = 20,75 m3/hari

Waktu tinggal (t) = 10 hari

TSSmasuk = 3663 mg/L

InfluentBak

Ekualisasi

(a)

Digester

Anerobik

(b)

Bak

Pengendapan

Awal

(c)

Bak

Anaerobik

(d)

Bak

Aerobik

(e)

Bak

Pengendapan

Akhir

(f)

Effluent

Sludge/lumpur kembali ke

bak aerobik

Gambar 3. Model IPAL Pabrik Tahu FIT Malang

Perhitungan:

Untuk menghitung volumE didasarkan

pada beban TSS yang dihilangkan.

Selain itu suhu di dalam reaktor

diasumsikan sebesar 35ºC sehingga

waktu tinggal yang direncanakan adalah

10 hari (Metcalf & Eddy, 2003: 1511).

Diasumsikan limbah cair mengandung

95% kadar air dan memiliki spesific

gravity (Sd) sebesar 1,02

TSS = Efisiensi digester x TSSmasuk

= 40% x 3663

= 1,465 kg/m3

Qlimbah =

=

= 0,60 m3/hr

Vreaktor = Qlimbah x t

= 0,60 x 10

= 6 m3

Volume ruang gas yang berbentuk kubah

diperhitungkan sebesar 20% dari volume

total digester (Purnama Sari dkk., 2012)

sehingga:

Vkubah =

=

= 1,5 m3

Vtotal = Vreaktor + Vkubah

= 6 + 1,5

= 7,5 m3

Dimensi bak:

Diameter = 2 m

Tinggi silinder = 2 m

Tinggi kubah = 1 m

Bak Pengendapan Awal

Bak pengendapan awal berfungsi

untuk menghilangkan padatan tersuspensi

yang tidak dapat terurai pada digester

anaerobik dengan cara mengendapkan

kotoran padat berupa lumpur di dasar bak

pengendap.

Air limbah dari bak pengendapan

awal akan dialirkan menuju bak biofilter

anaerobik, sedangkan lumpur yang

mengendap di bagian dasar bak akan

dibuang. Bak pengendapan awal dapat

dilihat pada Gambar 5.


Direncanakan:


= 2,30 m3/jam


Perhitungan:

Vol. diperlukan = Q x t

= 2,30 x 2

= 4,60 m3


= 2 m x 1,2 m x 2 m

= 4,80 m3


Cek waktu tinggal =

=

= 2,09 jam

Biofilter Anaerobik

Limbah cair tahu yang telah diolah

di digester anaerobik masih memiliki

kandungan BOD dan COD yang tinggi

yaitu 780,15 mg/L dan 9495 mg/L.

Kedua parameter tersebut masih jauh dari

nilai standar baku mutu. Oleh sebab itu

diperlukan pengolahan lanjutan berupa

biofilter anaerobik untuk mendegradasi

senyawa organik yang masih tersisa.

Penguraian zat organik dilakukan

oleh bakteri anaerobik yang tumbuh di

permukaan media filter membentuk

lapisan film mikroorganisme. Media filter

yang digunakan pada bak ini terbuat dari

bahan plastik yang berbentuk seperti

sarang tawon. Biofilter anaerobik dapat

dilihat pada Gambar 5.


Direncanakan:


= 2,30 m3/jam

BODmasuk = 780,15 mg/L

CODmasuk = 9495 mg/L

Perhitungan:

Beban BOD dan COD di dalam air

limbah

BOD = Q x kadar BOD

= 20,67 m3/hari x 780,15 g/m

3

= 16,13 kg/hari

COD = Q x kadar COD

= 20,67 m3/hari x 9495 g/m

3

= 196,26 kg/hari

Volume media yang diperlukan

Untuk pengolahan air dengan proses

biofilter standar beban BOD per volume

media adalah 0,4 – 4,7 kg BOD/m3.hari

(BPPT, 2010). Ditetapkan beban BOD

yang digunakan yaitu 1 kg BOD/m3.hari.

Vmedia diperlukan =

=

= 16,13 m

3

Volume media biofilter sebesar 60% dari

jumlah total volume reaktor (BPPT,

2010), sehingga:

Vol. media = 60% dari total vol. reaktor

Vreaktor diperlukan =

x 16,13

= 26,88 m3 ~ 27 m

3

Direncanakan terdapat 2 ruang sehingga

Vreaktor tiap ruang = 27 : 2

= 13,5 m3

Waktu tinggal di dalam reaktor

t =

=

= 5,87 jam


= 4,5 m x 3 m x 2 m

= 27 m3


Biofilter Aerobik

Limbah cair tahu yang telah diproses

pada biofilter anaerobik ternyata masih

memiliki kandungan COD yang tinggi

sebanyak 1424,25 mg/L dan masih belum

memenuhi baku mutu. Biofilter aerobik

dipilih pada pengolahan setelah biofilter

aerobik karena kinerjanya lebih efektif

untuk mendegradasi senyawa organik

yang jumlahnya tidak terlalu besar

dengan adanya penambahan oksigen ke

dalam air limbah. Selain itu bau metana

yang muncul akibat pengolahan biofilter

anaerobik dapat diatasi dengan

pengolahan ini.

Di dalam bak aerobik akan diisi

media biofilter tipe sarang tawon yang

terbuat dari plastik sambil dihembus

dengan udara atau di aerasi sehingga

mikro organisme yang ada akan

menguraikan zat organik yang tersisa di

dalam limbah cair. Bak biofilter aerobik

dapat dilihat pada Gambar 5.


Direncanakan:


= 2,30 m3/jam

BODmasuk = 117,02 mg/L

CODmasuk = 1424,25 mg/L

Perhitungan:

Beban BOD dan COD di dalam air

limbah

BOD = Q x kadar BOD

= 20,66 m3/hari x 117,02 g/m

3

= 2,42 kg/hari

COD = Q x kadar COD

=20,66 m3/hari x 1424,25

g/m3

= 29,43 kg/hari

Volume media yang diperlukan

Perhitungan volume media didasarkan

pada besar beban BOD. Untuk

pengolahan air dengan proses biofilter

standar beban BOD per volume media

adalah 0,4 – 4,7 kg BOD/m3.hari (BPPT,

2010). Ditetapkan beban BOD yang

digunakan yaitu 0,5 kg BOD/m3.hari.

Vmedia diperlukan =

=

= 4,84 m3

Volume reaktor yang diperlukan

Volume media biofilter aerobik sebesar

40% dari jumlah total volume reaktor

(BPPT, 2010), sehingga:

Vol. media = 40% dari total vol. reaktor

Vreaktor diperlukan =

x 4,84

= 12,1 m3

Dimensi bak aerobik

Vruang aerasi = p x l x t

= 1,3 m x 1,86 x 2 m

= 4,84 m3

Vruang media = p x l x t

= 2 m x 1,86 x 2m

= 7,44 m3


Blower Udara:

Kebutuhan oksigen (diasumsikan

efisiensi biofilter aerobik sebesar 90%)

Kebutuhan teoritis= 90% x Beban

BOD

= 90% x 2,42

= 2,18 kg/hari

Untuk faktor keamanan (FS) sebesar FS

= 1,6 untuk packing berupa plastik

crossflow (Metcalf & Eddy, 2003)

Kebutuhan oksigen = FS x keb. Teoritis

= 1,6 x 2,18

= 3,49 kg/hari

Kebutuhan udara aktual untuk

menentukan kapasitas blower (BPPT,

2010):

Temperatur udara rata-rata = 28º C

Berat udara pada 28º C = 1,1725

kg/m3

Diasumsikan jumlah oksigen di dalam

udara 23,2%, jadi:

Jumlah kebutuhan udara

=

=

= 12,83 m3/hari

Efisiensi blower = 5%

Kebutuhan udara aktual

=

=

= 256,6 m3/hari

= 480 liter/menit

Spesifikasi Blower Udara:

Kapasitas = 300 liter/menit

Daya = 180 watt

Head = 2 m

Jumlah = 4 unit

Rekomendasi = Resun GF-180

Bak Pengendapan Akhir

Dalam sistem IPAL ini terdapat

pengolahan tambahan berupa bak

pengendap akhir yang berfungsi sebagai

tempat pengendapan lumpur yang berasal

dari biofilter aerobik. Desain dari bak

pengendapan akhir direncanakan

berbentuk silinder dengan dasar bak

berbentuk kerucut agar lumpur dapat

terkumpul di bagian dasar.

Air yang berasal dari proses ini akan

langsung dibuang ke badan sungai,

sedangkan lumpur yang mengendap di

bagian dasar bak akan dikembalikan ke

bagian inlet bak biofilter anaerobik

menggunakan pompa sirkulasi lumpur.

Bak pengendapan akhir dapat dilihat pada

Gambar 6.


Direncanakan:

Debit (Q) = 20,66 m3/hari

= 2,30 m3/jam


Perhitungan:

Vdiperlukan = Q x t

= 2,30 x 2

= 4,60 m3

Bak pengendapan akhir memiliki bentuk

silinder dan kerucut, maka:

V silinder =

x π x d

2 x hsilinder

=

x 3,14 x 1,7

2 x 1,1

= 2,5 m3

V kerucut =

x π x d

2 x hkerucut

=

x 3,14 x 1,7

2 x 0,7

= 2,12 m3

Vtotal = Vsilinder + Vkerucut

= 2,5+ 2,12

= 4,62 m3

Cek waktu tinggal rata-rata

t =

=

= 2,01 jam

Beban permukaan rata-rata

Vo =

=

= 1,01 m3/m

2.jam

Spesifikasi pompa:

Tipe = Pompa celup

Daya = 150 watt

Head = 5 m

Kapasitas = 37,5 – 75 liter/menit

Rekomendasi = Grundfos KP. 150

Gambar 4. Bak ekualisasi dan Digester Anaerobik

Gambar 5. Digester anaerobik, bak pengendapan awal, biofilter anaerobik-aerobik

Gambar 6. Biofilter aerobik dan bak pengendapan akhir

Tutup menggunakan plat

Balok sloof(15 x 20 cm)

Pasangan batu kali

Pasir urug Pasangan batu kosong

Pompa submersible

Muka tanah asli

Bak penampung lumpur

Turret sebagai pelindung

pipa gas utama

Manometer tekanan gas

3.0 m0.15 m 0.15 m

0.3 m

0.6 m

0.15 m 2.0 m 0.15 m

0.2 m

0.5 m

0.05 m0.2 m

2.3 m

1.5 m

2.0 m

1.0 m

0.6 m

0.2 m0.2 m0.1 m

Bak EkualisasiDigester Anaerobik

Lantai kerja Beton K275, t=15cm

dengan waterproofing

Kolom praktis (15x15) cm


Pipa pengeluaran gas

Ruang pengumpul gas(50 x 50 cm), t = 5 cm

Pipa ukuran 4 inci

dengan kemiringan 60°

Dinding beton K275 t=15 cm


0.2 m

Balok sloof

Pasangan batu kali

Pasir urugPasangan batu kosong

Pipa aerasi blower udara

Kolom praktis (15x15) cm


Pipa sirkulasi lumpur

Rak penyangga beton

(5x5 cm)

Pipa PVC

uk. 4 inci

Muka tanah asli

Turret sebagai pelindung

pipa gas utamaPipa pengeluaran gas

Ruang pengumpul gas

2.0 m

0.3 m

0.6 m

0.15 m 2.0 m 0.15 m 2.3 m 0.15 m 2.7 m 0.15 m 1.3 m 0.15 m 2.0 m 0.15 m

0.6 m 0.6 m 0.5 m

1.3 m

0.2 m

0.5 m

1.2 m

0.2 m

0.5 m

0.6 m

2.0 m

1.0 m

0.2 m0.2 m0.05 m

0.2 m

0.5 m

0.2 m0.05 m

Digester AnaerobikBak Pengendapan Awal Bak Biofilter Anaerobik Bak Biofilter Aerobik

Ruang aerasi



Lantai kerja Beton K275, t=15cm


Media biofilter honey comb

(120 x 50 x 60 cm)

(15 x 20 cm)0.2 m

Tutup menggunakan plat(50 x 50 cm), t = 5 cm

0.2 m

0.5 m

0.2 m0.05 m

Balok sloof(15 x 20 cm)

Pasangan batu kali

Pasir urug

Pipa pompa sirkulasi lumpur

uk. 2 inci

Muka tanah asli

Rak penyangga beton

(5 x5 cm)

Media biofilter honeycomb

(120 x 50 x 60 cm)

Lantai kerja beton K275, t=15 cm


Kolom praktis (15x15 cm)


Tutup menggunakan plat(50 x 50 cm), t = 5 cm



0.3 m

0.6 m

0.15 m 1.9 m 0.15 m0.15 m 1.7 m 0.15 m

0.5 m

1.3 m

0.2 m

0.5 m

0.7 m

1.1 m

0.4 m

Pipa PVC

uk. 4 inci

Biofilter Aerobik Bak Pengendapan Akhir

Berdasarkan hasil perhitungan

perencanaan IPAL diketahui total luas

lahan yang dibutuhkan untuk

membangun sistem IPAL sebesar 95,92

m3 seperti pada Tabel 3.

Tabel 3. Rekapitulasi Dimensi IPAL

Proses Panjang

(m)

Lebar

(m)

Tinggi

(m)

Bak

Ekualisasi 3,00 3,00 2,30

Digester

Anaerobik 8,37 m

3

Bak Penampung

Lumpur 1,50 1,50 0,60

Pengendapan

Awal 2,00 1,20 2,50

Biofilter

Anaerobik 5,10 3,00 2,50

Biofilter

Aerobik 3,50 1,90 2,50

Pengendapan

Akhir 4,62 m

3

Luas Lahan

IPAL 95,92 m

3


Hasil Pengolahan Setelah tahap perencanaan selesai

maka dapat diperkirakan kualitas effluent

yang dihasilkan oleh proses pengolahan

pada IPAL yang telah direncanakan. Pada

setiap bak pengolahan terdapat efisiensi

yang diperkirakan akan menurunkan

kandungan organik yang ada pada limbah

cair tahu. Perkiraan kualitas effluent

dapat dilihat pada Tabel 4.

Tabel 4. Perkiraan Kualitas Effluent

Tahapan

Parameter

COD

mg/L

BOD

mg/L

TSS

mg/L pH

Influent 63300 5201 3663 4,4

Bak

ekualisasi

0%

63300

0%

5201

0%

3663 7,0

Digester

Anaerobik

85%

9495

85%

780,15

40%

2197,8 7,4

Pengendapan

awal 0%

9495

0%

780,15

80%

439,56

Biofilter

Anaerobik

85%

1424,2

85%

117,02

70%

131,87

8,2 Biofilter

Aerobik

90%

142,43

90%

11,70

70%

39,56 Pengendapan

Akhir 10%

128,19

10%

10,53

90%

3,96

Effluent 128,19 10,53 3,96 8,2


Dari perkiraan kualitas effluent yang

dihasilkan dari proses pengolahan IPAL,

kemudian hasilnya akan dibandingkan

dengan standar baku mutu air limbah

yang telah ditentukan untuk mengetahui

apakah semua parameter telah memenuhi

baku mutu. Perbandingan effluent air

limbah dengan baku mutu dapat dilihat

pada Tabel 5.

Tabel 5. Perbandingan Effluent

dengan Baku Mutu

Parameter Baku

Mutu Effluent Keterangan

COD

(mg/L) 300 128,19 Memenuhi

BOD


TSS


pH 6 - 9 8,2 Memenuhi


Berdasarkan tabel perbandingan

kualitas effluent dengan baku mutu yang

mengacu pada Peraturan Gubernur Jawa

Timur Nomor 72 Tahun 2013, kualitas

effluent telah memenuhi standar baku

mutu untuk semua parameter. Sehingga

air limbah yang dihasilkan dari proses

pengolahan dapat dibuang secara

langsung ke badan penerima air.

Perkiraan Produksi Biogas Jumlah biogas yang dihasilkan dari

proses degradasi anaerobik limbah cair

industri tahu dapat diestimasi dari data

nilai COD dan tingkat degradasinya.

Tingkat eliminasi COD dipengaruhi oleh

berbagai faktor. Faktor-faktor yang

berpengaruh tersebut antara lain

karakteristik dan jumlah limbah, kondisi

proses degradasi serta jenis dan desain

reaktor.

Dengan asumsi bahwa tingkat

degradasi COD dalam biodigester

diketahui, maka dapat diperkirakan

produksi biogas teoritis untuk industri

tahu pada berbagai tingkat produksi tahu.

Pada Gambar 7 menunjukkan perkiraan

produksi biogas pada berbagai tingkat

degradasi COD dan kapasitas produksi

industri tahu.

Gambar 7. Perkiraan Produksi Biogas

pada Berbagai Tingkat Degradasi

Pada perhitungan ini diasumsikan

degradasi COD sebesar 85%. Untuk

mengetahui produksi biogas, dibutuhkan

harga Y (yield coefficient) dan kd (decay

coefficient) yang didapatkan dari nilai

asumsi. Untuk kisaran harga Y adalah

0,05 – 0,10 sedangkan untuk harga kd

kisarannya diantara 0,02 - 0,04 (Metcalf

& Eddy, 2003). Pada perhitungan ini

dipilih nilai yang sering dipakai (typical),

masing-masing nilainya adalah 0,08 dan

0,03 d-1

.

Menghitung nilai COD

COD yang dihilangkan = 85% x CODmasuk

= 85% x 63300

= 53,81 kg/m3

COD keluar = 15% x CODmasuk

= 15% x 63300

= 9,50 kg/m3

Menentukan beban COD

Beban CODhilang

= COD yang dihilangkan x Debit limbah = 53,81 kg/m

3 x 20,75 m

3/hr

= 1116,45 kg/hr

Beban CODkeluar

= CODkeluar x Debit limbah

= 9,50 kg/m3 x 20,75 m

3/hr

= 197,13 kg/hr

Menghitung besar VSS (volatile solids

loading) per hari

Px

=

=

= 56,57 kg/hr

Menghitung volume metana per hari

dengan suhu 35ºC

VCH4

= (0,40) [(So – S)(Q)/(103 g/kg) – 1,42 Px]

= (0,40 m3/kg) {[(1116,45 – 197,13)

kg/hr] – 1,42 (56,57 kg/hr)}

= 335,60 m3/hr

Menghitung volume biogas per hari

(diasumsikan metana sebesar 65% dari

biogas)

Produksi biogas =

= 516,31 m3/hr

Potensi ekonomi

Perlu diketahui bahwa 1 m3

biogas setara

dengan 0,5 L minyak diesel (Romli dan

Suprihatin, 2009), sehingga dari potensi

biogas yang ada didapatkan 258,16 L

minyak diesel (solar) tiap harinya dengan

harga 1 L solar adalah Rp. 5.150.

Potensi ekonomi = 258,16 x Rp.5.150

= Rp. 1.329.524

Dari perhitungan diatas, dapat

disimpulkan bahwa Pabrik Tahu FIT

Malang dengan limbah cair tahu yang

memiliki kandungan COD mencapai

63300 mg/L memiliki potensi sebagai

biogas dengan hasil 516,31 m3

setiap

harinya yang setara dengan 258,16 L

minyak diesel yang memiliki nilai jual

sebesar Rp. 1.329.524,-.

KESIMPULAN Berdasarkan penelitian yang telah

dilakukan pada Pabrik Tahu FIT Malang

maka didapat kesimpulan:

1. Debit limbah cair diperoleh dari

pengukuran langsung di saluran outlet

pada setiap jamnya selama tujuh hari.

Dari pengukuran ini didapatkan dua

data debit yang digunakan untuk dasar

perencanaan instalasi pengolahan air

limbah, yaitu debit harian maksimum

sebesar 36,246 m3/hari untuk

perencanaan bak ekualisasi dan debit

rerata harian sebesar 20,753 m3/hari

untuk perencanaan bak yang lain.

2. Analisa kualitas air limbah dilakukan

sesuai dengan empat parameter yang

ditentukan oleh pemerintah yaitu pH,

BOD, COD, dan TSS. Berdasarkan

perbandingan hasil pengujian kualitas

limbah cair tahu dengan baku mutu,

dapat disimpulkan bahwa seluruh

pengujian yang dilakukan terkecuali

parameter pH pada pengujian ke 3

tidak memenuhi standar baku mutu

yang ada.

3. Rencana proses pengolahan IPAL

adalah bak ekualisasi, digester

anaerobik, bak pengendapan awal,

biofilter anaerobik, biofilter aerobik,

dan bak pengendapan akhir. Total

volume yang dibutuhkan untuk

membangun IPAL adalah 72,12 m3.

Setelah melewati proses pengolahan

tersebut diperkirakan kualitas effluent

limbah cair tahu telah memenuhi baku

mutu yang ditetapkan oleh pemerintah.

4. Dengan asumsi degradasi COD

sebesar 85%, dapat diperoleh biogas

dengan hasil 516,31 m3 setiap harinya.

Nilai ini setara dengan 258,16 L

minyak diesel. Apabila 1L minyak

diesel dijual dengan harga Rp.

5.150,00 maka Pabrik Tahu FIT akan

memperoleh pendapatan sebesar Rp.

1.329.524,00 setiap harinya.

DAFTAR PUSTAKA

Faisal, M., Gani, Asri, & Daimon,

Hiroyuki. 2016. Effect Of Organic

Loading On Production Of Methane

Biogas From Tofu Wastewater Treated

By Thermophilic Stirred Anaerobic

Reactor. Rayasan. Vol. 9 (2): 133 –

138

Metcalf & Eddy. 2003. Wastewater

Engineering Treatment and Reuse.

Fourth Edition. International Edition.

New York: McGraw-Hill.

Mufida, D. K., Sholichin, M., Cahyani,

C. 2015. Perencanaan Instalasi

Pengolahan Air Limbah (IPAL)

Dengan Menggunakan Kombinasi

Sistem Anaerobik-Aerobik Pada

Pabrik Tahu “DUTA” Malang. Jurnal

Pengairan.

Romli, M. & Suprihatin. 2009. Beban

Pencemaran Limbah Cair Industri

Tahu dan Analisis Alternatif Strategi

Pengelolaannya. Jurnal Purifikasi

(Jurnal Teknologi dan Manajemen

Lingkungan). 10 (2): 141- 154.

Said, Nusa Idaman. 2016. Teknologi

Pengolahan Air Limbah. Jakarta:

Penerbit Erlangga.

Wagiman. 2006. Identifikasi Potensi

Produksi Biogas Dari Limbah Cair

Tahu Dengan Reaktor Upflow

Anaerobic Sludge Blanket (UASB).

Bioteknologi. 4 (2): 41 – 45.

STUDI PERENCANAAN INSTALASI PENGOLAHAN...

Documents

Transcript of STUDI PERENCANAAN INSTALASI PENGOLAHAN...