pengolahan biologis
Post on 08-Nov-2015
132 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
BAB VIIUNIT PENGOLAHAN BIOLOGISPengolahan Biologis (Secondary Treatment) dilakukan untuk memisahkan bahan organik dan padatan tersuspensi yang dapat terdegradasi secara biologis. Pengolahan tahap ini memanfaatkan kemampuan mikroorganisme untuk memisahkan kontaminan-kontaminan dalam air limbah. Target utama pengolahan ini adalah penurunan kandungan organik (biasanya diukur dalam BOD atau COD, padatan tersuspensi dan mikroorganisme patogen). Prinsip Desain bangunan secondary treatment yaitu Rasio F/M dan beban organik (Mass Balance) yang masuk ke dalam unit pengolahan. Debit yang digunakan dalam perhitungan bangunan pengolahan biologis adalah Qaverage karena waktu detensi setiap bangunan lebih lama dari pengolahan lainnya. Bangunan Secondary Treatment dalam perencanaan ini terdiri dari :1. Oxidation Ditch2. Bak Pengendap II (Secondary Clarifier)7.1 Oxidation Ditch (OD) Oxidation Ditch merupakan parit berbentuk oval/ellips dilengkapi dengan mammoth rotor untuk aerasi jangka panjang. Proses yang terjadi di dalam oxydation ditch merupakan proses kontinyu, dimana pertumbuhan biologis yang terfluktuasi akan dicampurkan dengan air buangan dan kemudian di aerasi secara terus menerus, selanjutnya diikuti pengendapan untuk memisahkan biomass dari air buangan yang telah terolah. Pada Oxidation Ditch dilakukan resirkulasi lumpur untuk menjaga kestabilan F/M Rasio sehingga pengolahan air limbah dapat mencapai tingkat yang optimum. Bangunan Oxidation Ditch selalu diikuti dengan Bak Pengendap II (Secondary Clarifier) dan saling berkaitan satu sama lain dalam desain maupun perhitungan.
Gambar 7.1 Flow Process Oxidation Ditch TreatmentTabel 7.1 Kriteria Desain Oxidation DitchKriteria DesainRangeTipikalSumber
Kemiringan Ditch (Derajat 0)45 - 9090 L. K. Wang and N. C. Pereira,1986
Konsentrasi MLSS (TSS) (mg/L)1500 - 50004500Metcalf & Eddy, 1991
Rasio Resirkulasi0,5 2,00,5C. P. L. Grady, Jr., G. T. Daigger, 1999
Aerator Loading (kg/m3.hr)0,1 0,50,5US EPA,2000
Nilai Yield (kg.VSS/kg.BOD5)0,4 0,80,8G.L Karia and R.A Christian, 2006
Nilai Kd (hari)0,04 0,0750,075G.L Karia and R.A Christian, 2006
Kedalaman Ditch (m)1,0 5,03,0Japan Sewage Works Association, 2013
Efisiensi Proses (%)85 - 9595Metcalf & Eddy, 1991
Waktu retensi hydraulic/Periode Aerasi (jam)18 - 3636L. K. Wang and N. C. Pereira,1986
Kebutuhan Rasio (F/M) (kg.BOD/kg.MLVSS.hari)0,025 - 0,150,15L. K. Wang and N. C. Pereira,1986
Waktu retensi solids/umur lumpur (hari)20 - 3030WEF and ASCE 1992
Kecepatan Aerator (m/s)0,25 - 0,40 0,40Metcalf &Eddy, 1991
Volumetric Loading (kg.BOD/m3.hari)0.08 - 0.480,45L. K. Wang and N. C. Pereira,1986
Direncanakan :-Jumlah oxydation ditch=8bak
(pemilihan jumlah bak disesuaikan dengan debit air limbah yang akan diolah, karena debit mempengaruhi dimensi dari unit pengolahan. Dengan perencanaan 8 bak diharapkan mampu mengolah air limbah dengan debit yang ada)
-Debit rencana (Q average)=16848m3/hari
=0,195m3/dtk
-Debit masing-masing bak=Debit rencana/Jumlah bak
=0,195/8
=0,0244m3/detik
=2106m3/hari
-Umur lumpur (c)=30hari
-Rasio F/M=0,15kg BOD5/kg MLVSS.hari
-Aerator Loading=0,5kg/m3.hari
-MLSS direncanakan =4500mg/L
-Periode Aerasi (td)=36jam
-Rasio Resirkulasi (Qr/Q)=0,5
-Volumetrik Loading=0,45kg BOD5/m3.hari
-Efisiensi proses=95%
-Kedalaman bak=3,0M
-Freeboard=0,5M
-BODinf (effluen dari BP I)=456mg/L
-Konsentrasi N=0,8Mg/L
-Konsentrasi TSS (eff BP I)=189mg/L
-BOD effluen =45,6mg/L
-Rasio MLVSS/MLSS=0,8
-Yield Value (Y)=0,8Kg.VSS/kg.BOD5
Perhitungan :Perhitungan LumpurKonsentrasi BOD5 Terlarut dalam Effluen
Biological solid=65% biodegradable
1 gr biodegradable=1,42gr BODu
BOD5=0,68BODu
BOD5 solid=65 % x BODeff x konversi ke BOD5
=65 % x 45,6 mg/L x 1.42 x 0.68
=28,62mg/L
BOD5 terlarut=(45,6 28,62) mg/L
=17mg/L
Efisiensi Proses
Removal BOD5 terlarut=[(BOD5inf-BOD5 terlarut)/BOD5inf] x 100 %
=[(456 17)/456] x 100 %
=96,3 %
Overall efisiensi=[(BOD5inf-BOD5eff)/BOD5inf] x 100%
=[(456 45,6)/456] x 100 %
=90 %
Nilai Tipikal Koefisien Kinetik untuk Proses Oxidation Ditch
Y=0,6kg VSS/kg BOD5
kd=0,05per hari
Rasio MLVSS/MLSS=0,5
MLSS=4500mg/L
MLVSS=0,5 x MLSS
=0,5 x 4500 mg/L
=2250mg/L
Yobs=Y/(1+(kd x c)
=0,6/[1+ (0,05/hari x 30 hari)]
=0,24
Peningkatan Massa MLVSS
Px=Yobs x Qbak x (So-S)
=0,24 x 2106 m3/hari x (456 -17) mg/L
=221,9 kg.VSS/hari
Peningkatan MLSS=Px : 0.5
=221,9 : 0.5
=443,8 Kg.VSS/hari
Volume reaktor (V)=(Qbak x c x Y x (So-S)) / (MLVSS(1+kd. c))
=(2106 m3/hari x 30 hari x 0.6 x (456 - 17) mg/L) /(2250 mg/L(1+(0,05/hari x 30 hari)
=2959 m3
Perhitungan Mass Balance
Qinfluen=2106 m3/hari
Xinfluen=Y x BODinf
=0,6 kg.VSS/kg.BOD5 x 456 mg/L
=273,6 mg/L
Qr/Q=0,5
Qr=0,5 x Q
=0,5 x 2106
=1053 m3/hari
Xr=[(Qbak + Qr) x MLVSS (Qbak x Xinf)]/Qr
=[(2106 + 1053) x 2250 (2106 x 273,6)]/1053
=6202,8 mg/L
Sludge Wasting
Qw=Px (TSSeff x Qbak)/Xr
=(221,9 (0,189 x 2,106)/6,203
=35,71 m3/hari
Maka konsentrasi MLSS sludge=6202,8/0,5
=12405,6 mg/L
Cek periode aerasi=Volume/Q
=(2959 m3 x 24 jam/hari) / 2106 m3/hari
=33,72 jam
Cek F/M ratio=Q x (So-S) / (V x MLVSS)
=2106 m3/hari x (456 17)/(2959 m3 x 2250 mg/L
=0,14/hari
Organic Loading=(So x Q)/V
=(456 mg/L x 2106 m3/hari)/2959 m3
=324,59 gr/m3.hari
Perhitungan Kebutuhan OksigenKebutuhan Oksigen Teoritis
O2 kg/hari=[(Q x (So-S))/(BOD5/BODL)]-1.42 x Px
=[(2106 m3/hari x (456 - 17)mg/L x (10-3kg)/(0,68)] 1,42 x 221,9 kg.VSS/hari)
=1044,58 kg/hari
Standard Oxygent Requirement (SOR)
Dari data diketahui :
N=Kebutuhan Oksigen Teoritis Yang Ditransfer ke Limbah
=1044,58kg/hari
C'sw=Konsentrasi O2 Pada Suhu Dan Tekanan Standar
=8,24 (25 0C, 760 mmHg)
Csw=Konsentrasi O2 yang Digunakan
=9,08 (20 0C, 760 mmHg)
C=Level DO Saat Operasi
=2,0 mg/L
b=Rasio Saturasi Limbah Terhadap Saturasi Air
=0,9
a=Rasio Transfer O2
=0,9
Fa=faktor koreksi kelarutan O2
=1 - (ketinggian (m)/9450)
=1 - (10/9450)
=1,0
Temperatur diasumsikan (T)=30 0C
SOR=N / [(C'sw.b.Fa-C)/Csw] (1,024)T-20 a
=1044,58/[((8,24 x 0,9 x 1)-2)/9,08] (1,024) 30-20 0,9
=1537 kg/hari
Volume Udara yang dibutuhkan
Berat udara=1,121 kg/m3
O2 dalam udara=23,2 %
Kebutuhan udara teoritis=1537 kg/hari /(1,121 kg/m3 x 0,232 g O2/g udara)
=5910,73 m3/hari udara
Karena kebutuhan oksigen teoritis rencana (1044,58 kg/hari) < (1537 kg/hari) Standard Oxygent Requirement (SOR), maka kebutuhan oksigen teoritis yang direncanakan mencukupi. (Oke!)
Diasumsikan :
Efisiensi aerator udara=10 %
Maka udara yang dibutuhkan=5910,73 m3/hari / 0.1
=59107,3 m3/hari
Udara yang disediakan=130% dari kebutuhan udara teoritis
Total kebutuhan udara=130 % x 5910,73
=51226,35 m3/hari
=35,57 m3/menit
Volume udara/BOD5 removal=(51226,35 m3/hari x 1000 g/kg)/((456 -17) mg/L x 2106 m3/hari)
=55,41 m3/kg
Volume udara/air limbah terolah=51226,35 m3/hari / 2106 m3/hari
=24,32 m3/m3m3/m3
Volume udara/m3 volume OD=51226,35 m3/hari / 2959 m3
=17,31 m3/m3m3/m3
Perhitungan Desain AeratorDirencanakan aerator yang digunakan adalah Mammoth Rotor
Volume tiap ditch=2959m3
=781685gallon
Digunakan rotor dg diameter=42inchi
=1,067m
Kedalaman rotor terendam=0,356m
=0,360m
Panjang tiap rotor=5,0m
=16,4ft
Kemampuan rotor =16000 gal/ft (volume OD > 60000 gallon)
Maka rotor mampu mengaerasi=16000 gal/ft x 16,4 ft
=262464 gallon
Kebutuhan rotor tiap ditch=volume tiap ditch/kemampuan aerasi rotor
=781685 gal/262464 gal
=2,978 unit ~ 3,0 unit
Kapasitas transfer O2 tiap rotor=SOR/jumlah rotor
=1537 kg/hari / 3 unit
=512 kg/hari
Untuk tiap ft panjang rotor/jam=(512 kg/hari x 2,2046 lb/kg)/(16,4 ft x 24 jam/hari)
=3 lb O2/ft.rotor.jam
Untuk rotor dengan diameter 42 inchi, karakteristiknya sebagai berikut :
Kecepatan rotor=60 rpm
Kebutuhan power=0,25 kW/ft. rotor
=0,25 x 16,4 ft kW/rotor
=4,10 kW/rotor
Kebutuhan power total=Jumlah ditch x jumlah rotor/ditch x kebutuhan power/rotor
=8 ditch x 3 rotor/ditch x 4.10 kW/rotor
=98,42 kW
Perhitungan Dimensi Oxidation DitchVolume tiap ditch=2959 m3
Perbandingan lebar ditch dengan panjang rotor = 2
Lebar OD=2 x panjang rotor
=2 x 5,0 m
=10 m
Kedalaman ditch=3,0 m
Luas penampang (A cross)=1/2 x (lebar OD) x tinggi
=1/2 x 10 x 3
=15 m2
Total panjang ditch =Volume/Across
=2961 m3 / 15 m2
=197,4 m
Jari-jari belokan=1/2 x ((2 x 10 m) + 5,0 m)
=12,5 m
Diameter belokan=2 x 12,5 m
=25 m
Panjang belokan=keliling 1/2 lingkaran ujung ditch
=1/2 x x D
=1/2 x x 25 m
=39,25 m
Keliling 2 setengah lingkaran =2 x 39,25 m
=78,5 m
Panjang ditch lurus=[(total panjang) (keliling 2 setengah lingkaran)]/2
=(197,4 78,5)/2
=59,45 ~ 60 m
Luas lahan=jumlah ditch x panjang total x lebar OD
=8 x 197,4 x 10
=15792 m2
Perhitungan HidrolisKecepatan aliran di OD=(Panjang OD/Periode aerasi)
=(197,4 m /33,71 jam
=5,85 m/jam
Headloss kecepatan=1,35x10-7 m (diabaikan)
Saluran Inlet (pembawa ke OD)
Q saluran=0,0244 m3/det
Slope direncanakan (S)=0,0003
v (kecepatan)=0,4 m/dtk
A (luas permukaan)=Q/v
=0,061 m2
Diameter pipa=1/4 x x D2
0,061 m2=1/4 x x D2
D=0,30 m
Cek kecepatan (v)=Q/Across
=0,0244/(1/4 x 3,14 x (0,3)2
=0,40 m/dtk (Oke!)
Panjang saluran direncanakan=5 m
Headloss=S x L
=0,0015 m
Saluran Outlet (pembawa menuju Secondary Clarifier)
Q saluran=0,024 m3/det
Slope direncanakan=0,0003
v (kecepatan)=0,4 m/dtk
A (luas permukaan)=Q/v
=0,061 m2
Diameter pipa=1/4 x x D2
0,061 m2=1/4 x x D2
D=0,279 m
=0,273 m (diameter pipa dipasaran)
Cek kecepatan (v)=Q/Across
=0,0244/(1/4 x 3,14 x (0,273)2
=0,42 m/det (oke!)
Panjang saluran direncanakan=5 m
Headloss=S x L
=0,0015 m
7.2 Bak Pengendap II (Secondary Clarifier)Fungsi utama dari secondary clarifier adalah pengendapan akhir, dimana terjadi proses pemisahan padatan (solids-separation) dan terjadi proses pengendapan pada biological floc dari air buangan. Partikel lumpur akan mengendap pada bagian dasar tangki kemudian dalam underloaded dan kritis lumpur akan diinjeksikan kembali pada pengolahan biologis sebelumnya untuk proses suspended growth mikrobiologi. Fungsi kedua adalah untuk menyimpan lumpur selama periode debit puncak (Qpeak). Jika clarifier gagal dalam salah satu dari fungsi-fungsi ini, kinerja proses biologis mungkin akan terpengaruh. Selain itu, jika zat organik ataupun TSS tidak terendapkan dengan efisien memungkin effluen limbah tidak memenuhi baku mutu.
Gambar 7.2 Desain Secondary ClarifierTabel 7.2 Kriteria Desain Secondary Clarifier (Circular)Kriteria DesainRange
OFR (gal/ft2.hari)
- Average400 - 800
- Peak1000 - 1600
Solid loading (lb/ft2.jam)
- Average1,0 1,5
- Peak2,0
Kedalaman (m)12 - 20
Diameter (m)3 - 60
Kedalaman zona settling (m)> 1.5
Waktu Detensi (jam)2 - 6
Sumber : Qasim. 1985. Waswater Treatment Plants : Planning, Design, and Operation.Perencanaan : Jumlah bak clarifier = 4 unit TSS Resirkulasi (Xr)= 10000 mg/L MLSS = 3000 mg/L ~ 3 kg/m3 Nilai Solid Flux (SF)= 6 kg/m2.jam (asumsi) Ruang lumpur dapat menampung lumpur selama 2 hariPerhitungan :Jumlah bak clarifier=4 buah
Debit tiap clarifier (Qaverage)=0,195 m3/dtk
=0,049 m3/dtk = 175,5 m3/jam
Konsentrasi solid underflow (Xr)=10000 mg/L
Nilai solid flux (SF)=6 kg/m2.jam
MLSS direncanakan=3000 mg/L
Luas area clarifier=(1 + Rasio Recycle) x Q x Xr)/ SF
=(1 + 0,8) x 175,5 m3/jam x 3 kg/m3) / 6 kg/m2.jam
=131,63 m2
Diameter =[(4 x A)/p]1/2
=[(4 x 131,63)/3,14]1/2
=13 m
Cek OFR utk area clarification=Q/A
=(0,049 m3/dtk x 86400 dtk)/131,63 m2
=32,0 m3/m2.hari = 786,2408 gal/ft2.hari
Jika OFR = 32 m/hari=1,33 m/jam , untuk MLSS sebesar 4500 mg/L
Karena MLSS rencana (3000mg/L) < 4500 mg/L, maka area clarification mencukupi.
Cek solid loading=(Q x Xr) / A
=(0,049 m3/dtk x 3000 mg/L x 86400 detik/hari)/(1000 g/kg x 131,63 m2)
=96 kg/m2.hari = 4 kg/m2.jam (
top related