bab viii pengolahan lumpur
TRANSCRIPT
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Limbah
BAB VIII
PENGOLAHAN LUMPUR
Dalam perencanaan ini, pengolahan lumpur yang dilakukan meliputi tiga
pengolahan, yaitu :
Sludge thickener (pengurangan kadar air)
Aerobic Sludge Digester (Pengurangan massa lumpur)
Sludge Drying Bed (pengeringan solid lumpur)
Ketiga unit pengolahan lumpur tersebut dilakukan secara berurutan sebelum
akhirnya lumpur yang kering (cake) dapat dibuang atau dimanfaatkan untuk aktifitas
lain.
8.1 SLUDGE THICKENER
Kriteria Desain :
Solid loading : 25 – 80 kg/m2.hari
Konsentrasi solid lumpur = 2 – 8 % dry solid
Sludge volume ratio = 0,5 – 20 hari
Kedalaman sludge blanket = 0,6 – 2,4 m
Slope bak = 1: 4 – 1: 6
Perencanaan :
Solid loading =60 kg/m2.hari
Specific gravity sludge (BJ sludge)
BP I = 1,02
BP II = 1,005
Konsentrasi solid dalam lumpur (%solid)
Konsentrasi solid dari lumpur BP I = 6%
Konsentrasi solid dari lumpur BP II = 1.3%
Direncanakan dibuat 2 buah sludge thickener untuk 2 BP I dan 2 AS
Perhitungan
Volume Solid Dan Air
Bak Pengendap I :
1. Massa solid ( MS )
MS = TSS removed x 2 BP I
VIII-1 | P a g eDITA SAVITRI (3307.100.059)
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Limbah
= 437.48 kg/hari x 2 bak
= 874.96 kg/hari
2. Massa lumpur (sludge)
Dengan konsentrasi solid = 6%
Massa lumpur = (100/6 x 874.96 kg/hari)
= 14582.67 kg/hari
3. Volume solid ( Vsolid )
Vsolid =
Massa solidBjsolid
=
874 . 96
1400kg /m3
= 0.63 m3/hari
4. Volume Lumpur (VL) =
Massa sludgeBJ sludge
=
1749 .92
1020 kg /m3
= 1.72 m3/hari
5. Volume Air dari Lumpur ( Vair )
Vair = Vlumpur - Vsolid
= 1.72 – 0.63
= 1.09 m3/hari
Bak Pengendap II (Proses Activated Sludge)
1. Massa solid ( MS )
MS = Solid waste x 2 bak
= 2780.8 kg/hari x 2 = 5561.6 kg/hari
2. Massa lumpur (sludge)
Dengan konsentrasi solid = 1.3%
Massa lumpur = (100/1.3 x 5561.6) kg/hari
= 427815.4 kg/hari
3. Volume solid ( Vsolid )
Vsolid =
Massa solidBjsolid
VIII-2 | P a g eDITA SAVITRI (3307.100.059)
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Limbah
=
5561 .6
1250 kg /m3= 4.45 m3/hari
4. Volume Lumpur (VL) =
Massa sludgeBJ sludge
=
427815 .4
1005 kg /m3
= 425.7 m3/hari
5. Volume Air dari Lumpur ( Vair )
Vair = Vlumpur - Vsolid
= 425.7 – 4.45
= 421.25 m3/hari
Berat solid total
Ms total = Ms1 + Ms2
= 874.96 kg/hari + 5561.6 kg/hari
= 6436.56 kg/hari
Volume solid total
Vs total = Vs1 + Vs2
= 0.63 m3/hari + 4.45 m3/hari
= 5.08 m3/hari
Volume Lumpur
1. Berat Lumpur yang dibuang ke thickener
Ml total = Ml1 + Ml2
= 14582.67 kg/hari + 427815.4 kg/hari
= 443298.07 kg/hari
2. Volume Lumpur total
Vl total = Vl1 + Vl2
= 1.72 m3/hari + 425.7 m3/hari
= 427.92 m3/hari
3. Berat jenis sludge pada thickener (Bj thick)
MltotalBj thick =
Ml1Bjsludge +
Ml2Bjsludge
443298 .07Bj thick =
14582 .671020 +
427815 . 41005
VIII-3 | P a g eDITA SAVITRI (3307.100.059)
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Limbah
217822 .77Bj thick = 1007.5
Bj thick = 1007.5 kg/m3
Lumpur yang keluar dari sludge thickener
- Konsentrasi solid dari thickener = 5 %
- Kadar air dari Lumpur = 95 %
- Kadar solid dalam Lumpur = 5 %
- BJ sludge di Thickener = BJ campuran = 1007.5 kg/m3
1. Berat jenis Lumpur dari thickener
Bj = ( 5 % x 1007.5 ) + ( 95 % x 996.26 )
= 50.38 + 946.44
= 996.82 kg/m3
2. Massa Lumpur dari thickener
MlT =
Berat solid pada thickener(Ms total )konsentrasi solid dari thickener
=
6436 . 56 kg/hari5 %
= 128731.2 kg/hari
3. Volume Lumpur dari thickener
VlT =
Massa lumpur dari thickenerBj lumpur dari thickener
=
128731 .2 kg/hari996 . 82 kg/m3
= 129.14 m3/hari
4. Volume Lumpur yang direduksi
VlR = Vol Lumpur in – Vol Lumpur out
= 427.92 – 129.14
= 298.78 m3/hari
5. Volume air yang direduksi
Vair = Volume lumpur yang direduksi – Volume solid di thickener
= 298.78 – 5.08
= 293.7 m3/hari
VIII-4 | P a g eDITA SAVITRI (3307.100.059)
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Limbah
Dimensi Sludge Thickener
Luas bak (A)
A =
Berat solidsolid loading rate
=
6436 . 5660
= 107.3 m2
Atiap bak = 107.3 / 2 bak
= 53.65 m2
D = √ 4⋅A∏ ¿
¿
= √ 4⋅53.653 .14
= 8.3 m
Gambar. 8.1 Diameter Sludge Thickener
Kedalaman rencana (h) = 3 m
Direncanakan kedalaman ditengah bak dengan kemiringan 1 :6
= h + (0.5D x 1/6)
= 3m+( 0,5×8 .3
6 )= 3.69 m
Volume Thickener
= Asurface x h
= (1/4 x 3.14 x D2) x h
VIII-5 | P a g eDITA SAVITRI (3307.100.059)
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Limbah
= (1/4 x 3.14 x (8.32)) x 3.69 m
= 199.65 m3
Check sludge volume rasio
SVR =
V lumpur inV lumpur teremoval
=
427 . 92298 .78
= 1.43 hari ( 0.5 < SVR < 20 hari )
Cek hydraulic Loading :
= volume lumpur / Asurface
= 298.78 /53.65
= 5.57 m3/m2 hari
Kedalaman Total Thickener
Maka H total = 3.69 m + 0.31 (fb)
= 4 m
Gambar. 8.2 Kedalaman Sludge Thickener
Penarikan lumpur
Efisiensi penangkapan solid = 85%
Berat lumpur = 64365.6 kg/hari
Jumlah penarikan lumpur = 85% x 64365.6 kg/hari
= 55354.42 kg/hari
Kecepatan pemompaan = Berat solid tiap bak / solid
VIII-6 | P a g eDITA SAVITRI (3307.100.059)
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Limbah
= 3218.28 kg/hari / 1220 kg/m3
= 2.64 m3/hari
Pelimpah
Qtotal = Qsupernatant
= 293.7 m3/hari
Weir V-notch dengan sudut 900
q =
815
⋅Cd⋅√2g⋅tan( θ2 )⋅H52
direncanakan kedalaman pada weir (h)
h = 8 cm
= 0.262 ft
Panjang weir = π x D
= π x 8.3 m = 26.08 m
Jumlah V-notch = Panjang weir total/jarak antar v-notch
= 26.08 m / 0.2 m
= 130.4 buah ≈ 131 buah
Debit yang melalui weir
q = Qsupernatant/ jumlah v-notch
= 293.7 m3/hari /131 buah/86400
= 0.000026 m3/detik
Tinggi air di V-notch
H =
(15⋅q
8⋅Cd⋅√2g⋅tan (θ2 ))25
=
(15⋅0 .000026
8⋅0. 584⋅√2 x 9.81⋅tan(902 ))
25
= 0.013 m
Kontrol weir loading
WL = Q/panjang weir
= 293.7 m3/hari /131 buah
VIII-7 | P a g eDITA SAVITRI (3307.100.059)
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Limbah
= 2.24 m3/hari
Dimensi saluran pelimpah
Lebar saluran (b) = 0.2 m
= 0.656 ft
Q = 2.49 x b x h2/3
Q = 0.002 m3/det
= 0.002 m3/detik x 35.31
= 0.071 ft3/detik
Sehingga
h = ( Q2 ,49×b )
23=( 0 ,071
2 ,49×0 ,656 )23
h = 0.12 ft
h = 0.037 m
h = h + fb (0.013)
h = 0.05 m
Gambar. 8.3 Sketsa V-Notch
8.2. AEROBIC SLUDGE DIGESTER
Kriteria desain :
Hidraulic Retention Time (HRT) pada 20oC untuk primary + Activated Sludge
waste = 15 – 20 hari
Solid loading = 1,6 – 4,8 kg volatile solid/m3.hari
Kebutuhan oksigen untuk :
- Cell tissue ~ 2,3 kg O2/kg solid destroyed
- BOD5 pada primary sludge = 1,6 – 1,9 kg O2/kg solid destroyed
Energi untuk mixing :
- Mechanical aerator (kw/103m3) = 19,7 – 39,5
VIII-8 | P a g eDITA SAVITRI (3307.100.059)
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Limbah
- Diffused air mixing (m3/m3.min) = 0,02 – 0,04
DO residu dalam liquid = 1-2 mg/L
Reduksi pada VSS = 40 – 50%
Perencanaan :
Jumlah ASD = 2 buah, melayani 2 thickener
Karakterisik lumpur dari thickener (effluen thickener) :
- Berat solid in = 6436.56 kg/hari
- Berat lumpur in = 128731.2 kg/hari
- Kadar solid in = 5%
- Kadar air in = 95%
- BJ lumpur in = 996.82 kg/m3 = 0.99682 gr/cm3
- Volume lumpur in = 129.14 m3/hari
Data hasil percobaan lab. Untuk pengolahan pada ASD :
- Reduksi VSS = 30%
- VSS remain = 70%
- Suhu air limbah = 25oC
- Kebutuhan O2 untuk cell tissue = 2,3 kg O2/kg solid
- Kedalaman tangki rencana (h) = 3 m
Direncanakan effluen ASD :
- Kadar solid = 35%
- Kadar air = 65%
- MLVSS / MLSS = 0,8
Perhitungan
1) Hidraulic Retention Time (HRT) :
Pada reduksi VSS = 30%, maka diperoleh :
T(oC) x sludge area (d) = 500, pada T = 25oC
HRT = 500 / T
= 500 / 25 = 20 hari
2) Total solid sebagai VSS :
MLVSS / MLSS = 0,8 ; maka:
Berat solid (VSS) = 0,8 x berat solid (SS)
= 0,8 x 6436.56 kg/hari
= 5149.25 kg/hari
3) VSS yang tereduksi dari total berat solid (VSS) :
VSS reduksi = 30% x berat solid (VSS)
VIII-9 | P a g eDITA SAVITRI (3307.100.059)
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Limbah
= 30% x 5149.25 kg/hari
=1544.78 kg/hari
LUMPUR KELUAR DARI AEROBIC SLUDGE DIGESTER
4) VSS yang lolos dari digester (VSS effluen)
VSS eff = 70% x berat solid (VSS)
= 70% x 5149.25 kg/hari
= 3604.48 kg/hari
5) Fixed suspended solid (FSS) :
Bila VSS = 0,8 SS
Maka FSS = 0,2 SS, sehingga :
FSS = 0,2 x berat solid (SS)
= 0,2 x 6436.56 kg/hari
= 1287.31 kg/hari
6) Berat solid yang lolos dari ASD (solid effluen) :
Solid effluen = VSS effluen + FSS
= 3604.48 kg/hari + 1287.31 kg/hari
= 4891.79 kg/hari
7) Spesific gravity lumpur yang keluar dari ASD :
a. VSS keluar dari ASD (Pv) :
Pv = (VSS effluen / solid effluen) x 100%
=
3604 .484891 .79
x 100 %= 73.7%
b. FSS keluar dari ASD (Pf) :
Pf = 100% - Pv
= 100% - 73.7% = 26.3%
c. Spesific gravity solid keluar dari ASD :
1Sg
= PvSv
+ PfSf , dimana :
Sv untuk VSS = 1
Sf untuk FSS = 2,5
Maka :
1Sg
=0 ,7371
+ 0 ,2632,5
Sg = 1,19
BJ = berat jenis = 1,19 gr/cm3
VIII-10 | P a g eDITA SAVITRI (3307.100.059)
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Limbah
8) Karakteristik sludge keluar dari digester (sludge effluen):
a. Berat lumpur (W lumpur) :
Dengan kadar solid out digester = 35%, maka:
W lumpur = berat solid effluen / kadar solid out
= 4891.79 kg/hari / 35%
= 13919.4 kg/hari
b. Volume lumpur :
Vol. lumpur = berat lumpur / BJ lumpur
= 13919.4 / 1190 kg/m3
= 11.7 m3/hari
c. Volume air = 65% x 11.7 m3/hari
= 7.6 m3/hari
9) Kebutuhan Oksigen :
Kebutuhan oksigen digunakan untuk cell tissue (selain untuk oksidasi bahan
organik, juga untuk reduksi amonia yang diproduksi selama oksidasi karbon,
dimana amonia dioksidasi menjadi nitrat)
C5H7NO2 + 7O2 5CO2 + NO3- + 3H2O + H+
Maka :
Kebutuhan O2 = keb. O2 untuk cell tissue x VSS tereduksi
= 2,3 kg O2/kg solid destroyed x 1544.78 kg/hari
= 3552.99 kg O2/hari
10) Volume udara yang dibutuhkan (vol. udara) :
Data-data perencanaan :
- Udara mengandung 20.2% berat O2
- Berat jenis spesific (γ ) udara pada level dan tekanan di plant = 1,201
kg/m3
- Efisiensi O2 transfer dari alat (mixer) = 10%
Maka :
a. Kebutuhan udara teoritis (vol. theo) :
Vol. theo = kebutuhan O2 / (γ udara x % berat O2)VIII-11 | P a g e
DITA SAVITRI (3307.100.059)
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Limbah
= 3552.99 kg O2/hari / (1,201 kg/m3 x 20.2%)
= 14645.35 m3/hari
b. Kebutuhan udara aktual (vol. akt) :
Vol aktual = Vol udara teoritis / efisiensi transfer
= 14645.35 m3/hari / 10%
= 146453.5 m3/hari
= 40.68 m3/min
11) Volume tangki digester :
Vol = (Vf - 2/3 (Vf-Vd)) x t
Dimana :
V = volume digester
Vf = volume lumpur yang ditambahkan setiap hari
Vd = volume digested sludge yang diremoval setiap hari
T = digestion time
- Vf = Volume lumpur in = 129.14 m3/hari
- Vd = volume setelah digester = 11.15 m3/hari
- t = 20 hari
Sehingga :
Vol = (Vf - 2/3 (Vf-Vd)) x t
Vol =(129.14 m3/hari – 2/3 (129.14 m3/hari -11.7 m3/hari)) x 20 hari
=1016.93 m3
12) Dimensi digester
Dengan h rencana = 3 m, maka:
a. Luas permukaan (As)
As = Vol / H
= 1016.93 m3/3 m
= 338.98 m2
As tiap bak :
As = 338.98 / 2 bak
As = 169.49 m2
b. Diameter (d)
d = √ 4 xAsπ
VIII-12 | P a g eDITA SAVITRI (3307.100.059)
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Limbah
= √ 4 x169 .49π
= 14.69 m
Gambar. 8.4 Diameter Aerobik Sludge Digester
13) Check solid loading
Solid loading = Berat solid influen / vol
=
(6436 . 56 kg/hari/2)1/4 x π (14 . 69)2 x 3
= 4.8 kg/m3.hari ….. (ok! 1,6 – 4,8 kg/m3.hari))
14) Kebutuhan udara untuk tiap m3 volume digester
Keb. Udara = keb. Udara aktual / vol ASD
= (53.5 m3/min) / 1016.93 m3
= 0,053 m3/m3.min
Kebutuhan udara / m3 volume digester ini digunakan untuk menentukan jenis
mixer / pengaduk yang digunakan
Maka dimensi aerobic sludge digester :
Freeboard = 1,0 m
Diameter = 14.69 m
Kedalaman (H) = h + freboard = 3 m + 1 m
= 4 m
8.3. SLUDGE DRYING BED (SDB)
Bangunan ini digunakan untuk mengeringkan lumpur secara konvensional.
Kriteria design:
Tebal lapisan lumpur = 200 – 300 mm
VIII-13 | P a g eDITA SAVITRI (3307.100.059)
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Limbah
Lebar bak ( L ) = ± 6 m
Panjang bak ( P 0 = 6 – 30 m
Tebal lapisan media pasir = 230 – 300 mm
Tebal lapisan gravel = 150 – 300 mm
Koefisien uniformity pasir < 4,0
Ukuran efektif pasir = 0,3 – 0,75 mm
Slope lateral drainase lines ¿ 1 %
Jarak antar lateral line = 2,5 – 6 m
V pada pipa > 0,75 m/s
Waktu pengeringan = 10 – 15 hari
Kelembaban / moisture lumpur = ± 60 %
Sludge loading rate = 58,5 – 97,6 kg/m2 tahun
Perencanaan :
Jumlah SDB = Sesuai waktu pengeringan
Karakteristik lumpur dari sludge digester
Berat lumpur = 13919.4 kg/hari
Volume lumpur = 11.7 m3/hari
Volume lumpur GC = 0.5 m3/hari
Volume air GC = 0.47 m3/hari
Volume lumpur total = 12.2 m3/hari
Kadar air = 65 %
1. Kadar solid = 35 %
2. Berat solid = 35 % x berat lumpur
= 35 % x 13919.4 kg/hari = 4871.79 kg/hari
Data laboratorium :
Waktu pengeringan ( t ) = 10 hari
Kadar air pada sludge (hasil pengeringan) = 35 %
Dimensi bak rencana
P : L = 2 : 1
Tebal sludge cake ( hcake ) = 0,3 m
Tebal lapisan pasir ( hpasir ) = 0,2 m
Tebal lapisan gravel ( hgravel ) = 0,15 m
Pasir terletak di atas lapisan gravel
VIII-14 | P a g eDITA SAVITRI (3307.100.059)
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Limbah
Perhitungan Kapasitas SDB
1. Volume sludge cake (lumpur hasil pengeringan)
V 1=V (1−ρ )
1−ρ3
Dimana : V = Volume lumpur mula-mula = 12.2 m3
ρ = Kadar air mula-mula = 65 %
ρ3 = Kadar air hasil pengeringan = 35 %
Maka : V 1=
12. 2 .(1−0 ,65 )1−0 ,35
= 6.6 m3/hari
2. Dimensi SDB
Tebal sludge = hlumpur = 0,3 m
P : L = 2 : 1
Luas permukaan (A surface)
Asurface =
Volume inf luen SDBh lumpur
=
6 .6m3
0,3 m = 22 m2
Dimensi bak
Asurface = 2L2
22 = 2L2
L = 3.3 m
P = 2 L = 6.6 m
Gambar. 8.5 Tampak Atas Sludge Drying Bed
VIII-15 | P a g eDITA SAVITRI (3307.100.059)
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Limbah
Kedalaman total bak
- hlumpur = 0,3 m
- hpasir = 0,2 m
- hgravel = 0,15 m
- freeboard rencana = 0,3 m
Htotal = hlumpur + hpasir + hgravel + fb
= 0,3 + 0,2 + 0,15 + 0,3
= 0,95 m
Gambar. 8.6 Tampak Samping Sludge Drying Bed
Sehingga dimensi Sludge Drying Bed :
Lebar SDB = 3.3 m
Panjang SDB = 6.6 m
hbak = 0,95 m
Desain bak
Direncanakan :
3. Tiap bak terdiri dari 1 drainase lateral line
4. Letak pipa memanjang
5. Slope pipa = 2 %
6. Diameter pipa rencana = 20 mm
1) Volume air di bed = Vol. Air tiap bed x t
= (7.6 m3/hari + 0.47 m3/hari) x 10 hari
= 80.7 m3
Qair = 8.07 m3/hari
Asumsi v pipa = 0.3 m/detik
VIII-16 | P a g eDITA SAVITRI (3307.100.059)
100 mm
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Limbah
fb
h pasir
h lumpur
h gravelh sentral
L partisi
s
2) A pipa = Qair di Bed/v pipa
3) Qair di bed = 8.07 m3/hari /86400/ 0.3 m/det
= 0.0003 m2
4) Diameter = √ 4⋅Aπ
=√ 4⋅0 ,0003π = 0.02 m
= 20 mm
5) Jarak dari dinding ( s )
tempat pipa = 100 mm = 0,10 m
s = ( lebar SDB - tempat pipa ) / 2
= (4.4 – 0,11 ) / 2
= 2.2 m
Kedalaman sentral ( hsentral )
Slope = 2 % = 0,02
Slope = ΔHL =
h sentrals
Hsentral = slope x s
= 0,02 x 2.2
= 0,044 m
1. Kedalaman bak total (dari sentral line)
Hsentral = Htotal + hsentral
= 0,95 + 0,044
= 0,99 ~ 1 m
Gambar. 8.7 Kedalaman Sludge Drying Bed
VIII-17 | P a g eDITA SAVITRI (3307.100.059)
φ=20 mm
s