PERANCANGAN REAKTOR ACTIVATED SLUDGE DENGAN SISTEM AEROB UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH CAIR DOMESTIK

Transkripsi

1 PERANCANGAN REAKTOR ACTIVATED SLUDGE DENGAN SISTEM AEROB UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH CAIR DOMESTIK TUGAS AKHIR Oleh: I Gusti Ngurah Indra Cahya Hardiana JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2012

2 ABSTRAK Pencemaran lingkungan telah menjadi permasalahan penting yang banyak terjadi dan membutuhkan penanganan segera. Pencemaran lingkungan dapat disebabkan oleh limbah padat, cair, maupun gas. Salah satu penyumbang limbah yang cukup banyak adalah rumah tangga. Masih banyak rumah tangga yang membuang limbahnya ke badan air tanpa melakukan pengolahan terlebih dahulu. Penelitian ini bertujuan merancang suatu instalasi pengolah air limbah sederhana yang bisa diterapkan di rumah tinggal. Reaktor lumpur aktif (activated sludge) adalah salah satu alat pengolah limbah cair dengan sistem aerob yang memanfaatkan perkembangbiakan mikroba pengolah limbah. Dalam penelitian ini dihitung dimensi reaktor lumpur aktif yang efektif diterapkan di rumah tinggal. Selanjutnya, dianalisis penurunan parameter pencemar air limbah yang masuk dan keluar melalui reaktor tersebut dengan suatu pembuatan model reaktor dan penelitian. Berdasarkan hasil perhitungan didapatkan rancangan reaktor lumpur aktif dengan dua ruang yang terdiri atas tangki aerasi dan tangki sedimentasi dengan ukuran masing-masing tangki sebesar 0,5 x 1 x 1 meter. Selain itu, diperlukan juga aerator dengan debit keluaran udara sebesar 22 m 3 /hari. Selanjutnya, didapatkan penurunan nilai parameter pencemaran air limbah yang cukup besar, yaitu penurunan BOD sebesar 74,01%, penurunan COD sebesar 65,39%, dan penurunan TSS sebesar 86,41%, sehingga dapat dikatakan air keluaran setelah diolah (efluen) kualitasnya jauh lebih baik dibandingkan air limbah sebelum diolah (influen). Selain itu, nilai BOD, COD, TSS, ph, dan temperatur air hasil olahan (efluen) telah memenuhi syarat baku mutu air limbah sesuai dengan Peraturan Gubernur Bali Nomor 8 Tahun Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa reaktor ini dapat diterapkan di rumah tinggal karena efektif dalam menurunkan parameter pencemar air limbah. Pada pengaplikasiannya di rumah tinggal, direncanakan juga saluran air limbahnya serta dihitung penulangannya jika reaktor ini dibangun dengan menggunakan material beton bertulang. Kata kunci: Reaktor lumpur aktif, activated sludge, limbah rumah tangga, parameter air limbah, BOD, COD, TSS, lingkungan. i

3 UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan ke hadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Judul Tugas Akhir ini adalah Perancangan Reaktor Activated Sludge dengan Sistem Aerob untuk Pengolahan Limbah Cair Domestik. Selama penyusunan Tugas Akhir ini, penulis mendapat informasi, bantuan, motivasi, saran, serta bimbingan dari beberapa pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Ibu Dr. Ir. Yenni Ciawi dan Bapak I Putu Gustave Suryantara Pariartha, ST., Meng, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan saran. 2. Bapak I Gede Herry Purnama, ST., MT., MIDEA., dan Ibu Ni Made Utami Dwipayanti, ST., MBEnv., dosen P.S. IKM Universitas Udayana yang telah membantu dalam pendesainan dan pemahaman materi. 3. BLUPAL yang telah memberi ijin melakukan penelitian di IPAL Suwung 4. Bapak Agung, Mbok Mahen, Mbok Marlyin, Bu Ayu serta seluruh staf dan pegawai IPAL Suwung yang telah sangat membantu selama penelitian. 5. Kedua Orang tua dan Keluarga atas motivasinya. 6. Oka Semara Utama yang telah berjuang bersama-sama melakukan penelitian. 7. Rekan-rekan Teknik Sipil Angkatan 2007 yaitu Wahyu, Rani, Purnawan, Sugita, SG, Suryadi, Adi Karang, Dipta, Sutha, Novan, Wulan, Candra, Cakra, serta teman-teman lainnya atas bantuan dan motivasinya. 8. Serta pihak-pihak terkait yang tidak dapat disebutkan satu per satu, yang telah membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari bahwa kemampuan yang penulis miliki dalam penyusunan Tugas Akhir ini jauh dari sempurna. Untuk itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca guna kesempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih. Denpasar, Maret 2012 ( Penulis) ii

4 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL HALAMAN PENGESAHAN HALAMAN PERNYATAAN ABSTRAK. UCAPAN TERIMA KASIH... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR NOTASI DAN ISTILAH.. BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Batasan Penelitian... BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Limbah Komposisi dan Karakteristik Limbah Cair Karakteristik Fisik Karakteristik Biologi Karakteristik Kimia Pengukuran Parameter Air Limbah Pengolahan Limbah Cair Rumah Tangga Pengolahan Secara Fisik Pengolahan Secara Kimia Pengolahan Secara Biologi Pengolahan Limbah Secara Aerob Pengolahan Limbah dengan Lumpur Aktif (Activated Sludge) Proses Lumpur Aktif Parameter untuk Desain Reaktor Lumpur Aktif Permasalahan pada Proses Lumpur Aktif Perencanaan Debit Air Limbah Umum Perhitungan Debit Limbah Cair Fluktuasi Debit Limbah Cair Perhitungan Dimensi Bangunan IPAL Perhitungan Dimensi Saluran Air Limbah Perhitungan Bak Pengumpul Perhitungan Reaktor Activated Sludge... i ii iv v vi vii BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Umum Diagram Alir Penelitian Lokasi dan Waktu Penelitian Bahan-bahan dan Peralatan iii

5 3.4.1 Bahan yang Digunakan Peralatan yang Digunakan Prosedur Penelitian Penentuan Rumah Tangga yang Ditinjau Perhitungan Debit Air Limbah Perhitungan Desain dan Volume Reaktor Proses Penelitian Prosedur Analisis Penelitian Analisis DO Analisis BOD Analisis COD Analisis TSS Analisis ph dan Temperatur. 3.7 Mendesain IPAL Sederhana Perencanaan Saluran Air Limbah Perhitungan Dimensi IPAL dan Penulangan BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum Perhitungan Debit Rencana Air Limbah Perhitungan Timbulan Air Limbah Perhitungan Debit Air Limbah Maksimum Perhitungan Desain dan Volume Reaktor Pembuatan dan Start-up Reaktor Pembuatan Reaktor Activated Sludge Persiapan Lokasi Percobaan di IPAL Proses Start-Up Uji Parameter Air Limbah Hasil Pengujian Parameter Air Limbah Hasil Analisis BOD Hasil Analisis COD Hasil Analisis TSS Perbandingan BOD dan COD pada Influen Pendesainan IPAL Sederhana Skala Rumah Tangga Perhitungan Dimensi Saluran Air Limbah Perhitungan Bak Pengumpul Perhitungan Reaktor Activated Sludge BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan Saran... DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A Gambar-gambar perencanaan IPAL Activated Sludge LAMPIRAN B Peraturan Gubernur Bali Nomor 8 Tahun 2007 LAMPIRAN C Metode pengujian sampel di Laboratorium IPAL iv

6 LAMPIRAN D Surat-surat LAMPIRAN E Foto-foto pelaksanaan penelitian v

7 Tabel 2.1 Tabel 2.2 Tabel 2.3 Tabel 2.4 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Tabel 4.7 DAFTAR TABEL Fluktuasi limbah cair yang khas... Koefisien Manning (n) untuk aliran melalui pipa Koefisien momen pada plat tipe I-1 (tertumpu bebas) Koefisien momen pada plat tipe I-2 (terjepit penuh). Rekapan pengamatan fisik air limbah Rekapan hasil pengujian parameter air limbah Hasil pengujian BOD5... Hasil pengujian COD.. Hasil pengujian TSS.. Perbandingan BOD dan COD influen Rekapan penulangan reaktor actvated sludge vi

8 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Gaya yang bekerja pada bak saat keadaan kosong Gambar 2.2 Gaya yang bekerja pada bak saat keadaan terisi Gambar 2.3 Pelat reaktor Gambar 3.1 Diagram alir tahap pelaksanaan penelitian dan perencanaan Gambar 3.2 Skema reaktor limbah kontinu Gambar 4.1 Reaktor activated sludge Gambar 4.2 Pembuatan reaktor activated sludge Gambar 4.3 Reaktor activated sludge setelah waterproofing Gambar 4.4 Pemasangan terpal pada lokasi penelitian Gambar 4.5 Pompa air dan tangki air penampung Gambar 4.6 Aerator yang dihubungkan dengan tangki aerasi Gambar 4.7 Perbandingan warna air pada influen dan efluen Gambar 4.8 Grafik perbandingan BOD5 pada influen dengan efluen Gambar 4.9 Grafik penurunan nilai BOD5 dari influen ke efluen Gambar 4.10 Grafik perbandingan COD pada influen dengan efluen Gambar 4.11 Grafik penurunan nilai COD dari influen ke efluen Gambar 4.12 Grafik perbandingan TSS pada influen dengan efluen Gambar 4.13 Grafik penurunan nilai TSS dari influen ke efluen Gambar 4.14 Grafik perbandingan BOD dan COD pada influen Gambar 4.15 Grafik nilai rasio BOD dan COD pada influen Gambar 4.16 Penampang pipa terisi 0,8 penuh Gambar 4.17 Gaya yang bekerja pada bak saat keadaan kosong Gambar 4.18 Gaya yang bekerja pada bak saat keadaan terisi Gambar 4.19 Pelat lantai reaktor Gambar 4.20 Dimensi balok yang direncanakan vii

9 DAFTAR NOTASI DAN ISTILAH Activated Sludge = Lumpur aktif (metode pengolahan limbah dengan menggunakan bakteri aerob yang dibiakkan dalam tangki aerasi) Aerob = Membutuhkan oksigen dalam udara Aerator = Alat untuk mengalirkan udara yang mengandung oksigen Air limbah = Semua jenis air sisa atau buangan dari proses kegiatan manusia, hewan, maupun tumbuh-tumbuhan yang bersifat mencemari Air limbah domestik = Air buangan dari kegiatan rumah tangga Air lindi = Cairan yang dikeluarkan oleh sampah padat Anaerob = Tidak membutuhkan oksigen Bak pengumpul = Bak penampungan sementara air limbah sebelum memasuki reaktor Bakteri aerob = Bakteri yang membutuhkan oksigen untuk hidup Biodegradasi = Proses pemecahan senyawa pencemar organik oleh aktivitas mikroba. Umumnya terjadi karena senyawa tersebut dimanfaatan sebagai sumber makanan (substrat) BOD = Biochemical Oxygen Demand (oksigen yang diperlukan oleh mikroorganisme untuk mengoksidasi atau mendegradasi zat-zat organik pada limbah) COD = Chemical Oxygen Demand (kebutuhan oksigen dalam proses oksidasi secara kimia) d = Jarak dari serat tekan terluar ke pusat tulangan tarik Densitas = Massa jenis DO = = Disolved Oxygen (kadar oksigen terlarut) Efluen = = Hasil keluaran air limbah setelah diolah f c = = Kuat tekan beton yang disyaratkan viii

10 Fluktuatif = = Kondisi yang tidak tetap atau naik-turun Freeboard = Jarak keamanan yang diberikan dari permukaan air sampai permukaan atas reaktor untuk mencegah = peluapan air fy = Kuat leleh yang disyaratkan untuk tulangan non = prategang IPAL = = Instalasi Pengolah Air Limbah Influen = = Masukan air limbah yang belum diolah l = = Panjang bentang balok Metabolisme = Serangkaian kegiatan yang terjadi di dalam makhluk = hidup untuk mempertahankan hidup Mikroba = Mikroorganisme atau organisme dalam ukuran kecil seperti bakteri, alga, jamur yang dimanfaatkan dalam = pengolahan limbah Mn = = Kuat momen nominal suatu penampang Mu = = Momen terfaktor pada penampang n = = Koefisien rougness (tergantung jenis pipa) Oksidasi = Proses pembakaran yang memerlukan oksigen untuk = menghasilkan energi p = = Tebal selimut beton ph = = Derajat keasaman atau kebasaan suatu larutan Polutan = = Zat-zat pencemar R = Radius hidrolik (perbandingan luas penampang basah = dengan keliling basah Residu = = Zat-zat sisa dari suatu proses Reaktor = = Tempat berlangsungnya suatu reaksi Reaktor kontinu = = Reaktor yang terdapat aliran masuk maupun keluar dengan aliran yang tetap (konstan) Reaktor semi-kontinu = = Reaktor yang terdapat aliran masuk maupun keluar dengan aliran yang tidak tetap Sampel = = Contoh yang diujikan Sedimentasi = = Pengendapan partikel padat pada air limbah ix

11 Suspensi = = Campuran fluida yang mengandung partikel padat TSS = = Total Suspended Solid (total padatan tersuspensi) Turbiditas = = Kekeruhan Q = = Debit air Qd = V = = Kecepatan aliran Waktu tinggal = = Total waktu yang dibutuhkan air limbah dari saat memasuki reaktor kemudian diolah sampai keluar dari reaktor. Disebut juga waktu detensi atau waktu retensi Wd = = Beban mati terfaktor Wl = = Beban hidup terfaktor Wu = = Beban terfaktor per unit panjang ρ = = Rasio tulangan tarik ρb ρmax = ρmin = γ = = Berat jenis = Debit aliran maksimum desain = Rasio tulangan yang memberikan kondisi regangan = seimbang = Rasio tulangan maksimum = Rasio tulangan minimum x