TRICKLING FILTER. Latar Belakang. Marisa Handajani. Pengolahan air buangan secara biologi yang paling dulu dikembangkan (abad 19)

Transkripsi

1 TRICKLING FILTER Marisa Handajani Latar Belakang Pengolahan air buangan secara biologi yang paling dulu dikembangkan (abad 19) 1

2 Aquatic Biofilm Attached Growth System Nonsubmerged attached growth process TF, RBC Suspended growth process with fixed film packing RBC Submerge attached growth aerobic process upflow&downflow fixed bed reactor, fluidized-bed reactor 2

3 Kelebihan Attached Growth System Membutuhkan energi lebih sedikit Pengoperasian lebih sederhana tidak perlu kontrol Mixed Liquor dan pembuangan lumpur Tidak ada masalah bulking sludge pada 2 nd clarifier Lumpur lebih mudah dipekatkan Kebutuhan pemeliharaan peralatan lebih sedikit Lebih cepat pulih dari shock loading Prototype TF pertama Media batu alam Konstruksi penyangga : konstruksi beton bertulang Ketebalan media 1,8-2,4m Peruntukan: pengolahan air buangan domestik Feeding : intermittent ada periode feeding dan periode istirahat Merata menggunakan feeder berputar karena tekanan hidrolik 3

4 Klasifikasi TF Berdasarkan : HLR (hydraulic loading rate) = Q/A OLR (organic loading rate) = (So x Q)/V Klasifikasi: Standard rate /low rate Intermediate rate High rate Super high rate 4

5 Klasifikasi TF (tabel 9-1, Metcalf&Eddy 2004) Standard rate/low rate Relatif sederhana dan sangat tergantung pada peralatan yang ada Menghasilkan efluen yang kualitasnya konsisten dari influen yang berfluktuasi Hydraulic loading dijaga konstan suction level controlled pump atau dosing siphon Tanpa resirkulasi Banyak lalat 5

6 Two stage TF Dua TF dalam sistem seri yang ditengahi oleh clarifier Penggunaan : beban organik tinggi Diaplikasikan jika diperlukan proses nitrifikasi TF I : menyisihkan material organik TF II : menyisihkan material nitrogen Konstruksi Project JPG 6

7 Desain TF Faktor-faktor yang harus diperhatikan: 1. Type dan karakteristik fisik filter medium yang digunakan 2. Dosing rate 3. Type dan karakteristik sistem distribusi 4. Konfigurasi sistem underdrain 5. Ketersediaan ventilasi yang cukup 6. Desain bak pengendap yang diperlukan Media Pendukung TF yang menggunakan batu atau batu pecah sebagai media harus memliki ukuran media yang seragam Tidak boleh mengandung lebih dari 5% (berat) yang mempunyai ukuran terpanjang lebih dari 3 kali ukuran terpendek. Tidak boleh ada yang pipih/tipis, panjang ataupun datar. Tidak boleh mengadung debu, lempung (tanah liat), pasir atau material halus lainnya 7

8 Ukuran Media Filter Analisa ayakan: Lewat screen Ø 4,5 = 100% Tertahan ada screen Ø 3 = % Lewat screen Ø 2 = 0-2% Lewat screen Ø 1 = 0-1% Contoh diameter 5cm akan menghasilkan luas permukaan sekitar 100m 2 per m 3 reaktor dan memiliki rongga sebesar 50% Ukuran media yang lebih kecil akan membuat luas permukaan media yang lebih besar, akan tetapi void (rongga) yang lebih kecil dan dapat menghambat keluarnya biomassa yang terkelupas menghambat aliran udara diantara rongga Modifikasi Media Untuk mendapatkan luas spesifik permukaan media yang besar dengan volume rongga yang cukup besar telah dikembangkan pemakaian media filter dari plastik. Inovasi ini memungkinkan TF didesain dengan ketebalan/kedalaman sampai 12m mengolahan a.b. dengan beban yang lebih besar dari limbah domestik 8

9 Struktur Penyangga Media batu konstruksi beton bertulang atau struktur lain yang mampu menahan tumbukan media yang disusun secara vertikal Media plastik struktur lebih ringan, namun harus cukup kuat sewaktu-waktu diisi dengan air secara penuh Bila tebal media cukup besar sampai dengan 12m struktur harus kuat sebagaimana pada penggunaan media batu Dosing Rate (DR) Dosing rate: tinggi cairan yang dialirkan pada permukaan media pada setiap kali dilewati sistem feeding Untuk mengoptimalkan kinerja pengolahan TF Kecepatan putaran sistem distribusi (n) DR Konvensional n= 0,5-2 min per revolusi; 9

10 Dosing rate yang tinggi semakin besar volume air yang digunakan setiap putarannya, 1. Meningkatan efisiensi pembasahan 2. Memperbesar agitasi solid flush out >> 3. Biofilm lebih tipis 4. Memperkecil jumlah lalat (membuang telur-telur lalat) 5. Menurunkan efisiensi pengolahan waktu kontak cairan dalam filter berkurang Dosing rate yang diperlukan Beban organik (BOD) Kg/m3.d Dosing Rate mm/pass 0, , Metcalf&Eddy, 2004 n n = rpm qt 10 3 mm / m A. DR 60 min/ h q T = total beban hidraulic (m3/m2.h) = q + q R A = jumlah lengan distribusi DR = dosing rate, mm/pass 10

11 Flushing dose Dalam TF pertumbuhan dan pengelupasan biomassa harus terjadi secara kontinu dan uniform perlu periode dosing rate yang lebih tinggi daripada yang biasa digunakan flushing dose Flushing dose: dosing rate yang besar secara berkala (intermittent) per harinya mengendalikan ketebalan biofim dan jumlah solid Pengoperasian kombinasi 1xper hari flushing dose dgn dosing rate harian yang rendah Beban organik (BOD) Kg/m3.d 0, , Flushing dose mm/pass Sistem distribusi Terdiri dari 2 atau lebih lengan distributor yang dipasang ada sumbu di bagian tengah filter dan berputar pada bidang horizontal Sistem perputaran hidraulis atau mekanis Kecepatan putaran ditentukan dengan persamaan DR Jarak sistem distribusi dengan permukaan media mm perataan penyebaran air limbah yang keluar dari nozzle Debit aliran harus seragam antara yang dekat pusat filter dengan tepi filter Headloss 0,6-1,5m 11

12 PERATAAN ALIRAN MELALUI BANYAK OUTLET h f p 1 /ρ p N /ρ q o q 1 q N 12

13 Underdrain Sistem pengumpulan air buangan dalam TF mengumpulan & mengalirkan air hasil olahan dan padatan yang terlepas dari media ke clarifier. Slope lantai dan blok underdrain 1-5% ke arah saluran pengumpul Kecepatan minimum 0,6m/detik Fungsi lain: 1. pendukung media filter harus cukup kuat menyangga tumpukan media diatasnya 2. Ventilasi filter supply udara 13

14 Ventilasi (Air Flow) Kegunaan Mempengaruhi kinerja TF Mencegah timbulnya bau Sistem : alamiah (natural draft) atau lowpressure fans Natural draft : Gaya dorong : temperatur udara ambien dengan udara dalam pori Sistem underdrain dan saluran pengumpul tidak boleh terisi penuh ( max setengah penuh) Settling Tank Fungsi : menghasilkan efluen yang jernih Memiliki SS yang rendah Tidak ada resirkulasi lumpur Lumpur langsung diolah dalam unit pengolahan lumpur Desain = clarifier untuk lumpur aktif 14

15 Desain Proses Loading dan kualitas efluen Kinerja (Metcalf&Eddy) S S e i exp k D q n k 20 = konstanta pengolahan pada kedalaman D, T=20 o C (L/detik) n /m2 D = kedalaman TF (m) q = beban hidrolis (L/m2.detik) atau Q/A n = konstanta percobaan, biasanya n = 0,5 T 20 1, k T k

16 Nilai k 20 (k 1 ) untuk kedalaman TF 6,1m (D 1 ); influen BOD 150 mg/l (S 1 ) Jenis air buangan* k 20 (l/det) 0,5 menggunakan media plastik /m2 Domestik 0,210 Industri pengalengan buah 0,181 Pengepakan daging 0,216 Industri kertas 0,108 Pemrosesan kentang 0,351 Refinery 0,059 * Tabel 9-6 Metcalf&Eddy Untuk media batu pecaj tidak ada data k 2 D 1 k D 1 2 x S S 1 2 K2 = konstanta untuk kedalaman D2, dan beban S2 K1 = konstanta untuk kedalaman D1 dan beban S1 X = 0,5 untuk media batu/batu pecah = 0,3 untuk media plastik D2 = kedalaman untuk lokasi spesifik (m) S2 = influen BOD untuk lokasi spesifik (mg/l) x Resirkulasi Minimum hydraulic loading rate = 0,5 L/m2.detik Resirkulasi digunakan bila HLR < HLR minimum pada OLR yang besar. Resirkulasi meningkatkan pembasahan dan flushing media filter Dilusi beban organik 16

17 Faktor Pembatas Kinerja filter untuk menyisihkan beban organik dibatasi oleh proses transfer oksigen Pada beban organik tinggi (> mg/l BOD), kinerja filter akan terbatas dan timbul kondisi anaerob timbul masalah bau (Schroeder&Tchobanoglous, 1976) Contoh Perhitungan Desain TF dengan media plastik (diameter TF, Volume TF, debit resirkulasi bila diperlukan, Flushing dan Dose rate normal, mm/pass, Kecepatan sistem distribusi (flushing dan normal), diameter clarifier Kondisi Desain (air limbah domestik) Rincian Satuan Effluen Primary Treatment Debit m3/detik Target Effluen BOD g/m TSS g/m Min temp o C 14 17

18 Desain parameter (asumsi) 2 tower TF pada kedalaman 6,1 m, Cross flow media dengan luas permukaan spesifik 90m3/m2 Koefisien media (n) =0,5 Sistem distribusi 2 lengan Wetting rate minimum 0,5 L/m2.detik Rasio debit puncak/rata-rata = 1,5 Perhitungan 1. Tentukan k20 untuk desain k 1 = 0,210 (l/det) 0,5.m2 S1 = 150 mg/l S2 = 125 mg/l D1 = 6,1 m D2 = 6,1 m k 2 D1 k 1 D2 x S S 1 2 x k 2 = 0,230 (l/det) 0,5.m2 Koreksi temperatur k 14 = 0,187 T 20 1, k T k

19 2. HLR dan luas, volume dan diameter filter a. HLR q = 0,3875 L/m2.detik S S b. Luas filter (A F )= Q/q = m2 e i exp k D q n c. Volume media = A F x D F = 2758 m3 d. Diameter tower: A F setiap tower = A F /2 = 226,1 m2 Diameter = 17m 3. Resirkulasi a. Debit resirkulasi Wetting rate min = 0,5 L/m2.detik = q + qr qr = 0,11 L/m2.det b. Rasio resirkulasi (R) = qr/q = 0,28 19

20 4. Flushing dan Normal Dose rate a. OLR = QSo/V = 0,69 kg/m3.hari b. Dosing rate (Tabel 9.3) a. Flushing dose = 300 mm/pass b. Operating dose = 50 mm/pass 5. Kecepatan sistem distribusi A = 2; R = 0,28 q = Q/A = 1,4 m3/m2.jam QT 10 3 mm / m n A. DR 60 min/ h a. Flushing : n = 0,0498 rev/menit = 20 menit/rev b. Normal dosing rate: n = 0,30 rev/menit = 3,33 menit/rev 20

21 6. Bak pengendap Over flow rate untuk debit puncak 1,1m/jam Debit = 630,8 m3/jam Luas Bak pengendap = 630,8 m3/jam : 1,1 m/jam = 573,5 m2 Jumlah bak pengendap = 2 Diameter tiap bak = 14,1 m 21