Belajar › Konsep dasar
Beban organik, F/M, dan umur lumpur
Rujukan buku: Buku 3, Bab 8
Unit biologis bekerja dengan bakteri. Bakteri hanya mampu mengurai sejumlah tertentu bahan organik per hari per satuan volume atau per satuan massa bakteri. Kriteria di halaman ini memeriksa apakah "makanan" yang datang seimbang dengan kemampuan bakteri.
Konsep dasar
OLR = Beban / V
F/M = Beban BOD / (V x MLSS / 1000)
SLR = (1 + R) x Q x MLSS / 1000 / A
Y_obs = Y / (1 + kd x SRT)
Lumpur = Y_obs x Beban BOD
OLR= beban organik volumetrik (kg/m3/hari);Beban= beban BOD atau COD masuk unit (kg/hari)V= volume efektif unit atau volume media (m3);A= luas permukaan pengendap (m2)MLSS= kadar lumpur dalam bak aerasi (mg/L, dibagi 1000 menjadi kg/m3)F/M= perbandingan makanan terhadap mikroorganisme (kg BOD/kg MLSS/hari)SLR= beban padatan (kg/m2/jam);R= rasio resirkulasi lumpur;Q= debit rata-rata (m3/jam)Y= koefisien hasil (kg lumpur/kg BOD);kd= laju kematian bakteri (/hari);SRT= umur lumpur (hari)
Beban yang dipakai adalah beban yang MASUK ke unit itu, bukan beban masuk IPAL. Unit di belakang menerima beban yang sudah dikurangi unit di depannya.
Beban organik
Beban organik adalah massa bahan organik (BOD atau COD) yang masuk per hari dibagi volume unit, volume media, atau luas permukaan unit biologis. Beban terlalu besar membuat bakteri kewalahan: unit anaerob menjadi asam dan berbau, unit aerob kekurangan oksigen, dan keluaran melampaui baku mutu. Beban terlalu kecil membuat unit boros, dan pada biofilter lapisan bakteri menipis. Rentang per unit di simulasi:
| Unit | Kriteria | Rentang |
|---|---|---|
| Tangki septik | BOD per volume | paling besar 0,50 kg/m3/hari |
| ABR | COD per volume | paling besar 3,0 kg/m3/hari |
| Filter anaerobik | COD per volume media | paling besar 4,0 kg/m3/hari |
| Biofilter aerob | BOD per volume media | 0,30 sampai 1,00 kg/m3/hari |
| Aerasi | BOD per volume | 0,10 sampai 0,40 kg/m3/hari |
| Lahan basah | BOD per luas | paling besar 12 g/m2/hari |
Kalau muncul PERIKSA: beban terlalu besar diatasi dengan memperbesar volume atau luas, atau menambah unit di depannya (misalnya pengendap awal). Beban terlalu kecil diatasi dengan memperkecil unit.
Pada biofilter aerob, beban organik juga menentukan seberapa banyak amoniak yang berubah menjadi nitrat. Bakteri nitrifikasi tumbuh lambat dan kalah bersaing dengan bakteri pengurai BOD di media yang terlalu "penuh makanan". Aplikasi memperkirakan nitrifikasi sebagai 1 - 1,1 x beban BOD media, dibatasi 10 sampai 85 persen. Beban 0,59 kg/m3/hari memberi 35 persen; beban 0,30 memberi 67 persen. Jadi beban yang sudah memenuhi kriteria BOD belum tentu cukup untuk baku mutu amoniak (lihat amoniak dan nitrifikasi).
Beban padatan (SLR)
Beban padatan (SLR, solids loading rate) adalah massa lumpur yang masuk ke bak pengendap akhir per jam per meter persegi luas permukaan (kg/m2/jam). Air dari bak aerasi membawa lumpur berkadar MLSS, ditambah lumpur yang diresirkulasi. Bila beban padatan terlalu besar, lapisan lumpur di dasar bak menebal sampai mendekati pelimpah dan lumpur terbawa keluar. Beban padatan kecil tidak merugikan. Rentang di simulasi untuk pengendap akhir: paling besar 5,0 kg/m2/jam. Beban padatan naik bila MLSS atau rasio resirkulasi dinaikkan. Kalau muncul PERIKSA: perbesar luas pengendap akhir, turunkan MLSS rancangan, atau turunkan rasio resirkulasi (dengan memeriksa ulang kebutuhan lumpur bak aerasi).
Lumpur aktif
Perbandingan F/M
Perbandingan F/M (food to microorganism) adalah beban BOD per hari dibagi massa lumpur aktif di bak aerasi (kg BOD/kg MLSS/hari). F/M terlalu besar membuat bakteri kelebihan makanan: penguraian belum tuntas, lumpur sulit mengendap, dan lumpur berlebih banyak. F/M terlalu kecil membuat bakteri kelaparan; lumpur bisa terurai menjadi butiran halus yang lolos dari pengendap akhir. Rentang di simulasi untuk aerasi jenis aerasi diperpanjang (extended aeration): 0,04 sampai 0,15. Volume aerasi dihitung dari F/M rancangan 0,10 dan dibandingkan dengan syarat waktu tinggal. Kalau muncul PERIKSA: F/M terlalu besar diatasi dengan memperbesar volume aerasi atau menaikkan MLSS; terlalu kecil dengan memperkecil volume.
MLSS
MLSS (mixed liquor suspended solids) adalah kadar padatan tersuspensi, sebagian besar bakteri, di dalam bak aerasi (mg/L). MLSS menunjukkan berapa banyak "pekerja" yang tersedia. MLSS terlalu rendah membuat bak aerasi harus besar dan pengolahan peka terhadap beban kejut. MLSS terlalu tinggi menaikkan kebutuhan oksigen dan beban padatan di pengendap akhir sampai lumpur terbawa keluar. Rentang di simulasi untuk aerasi: 2.000 sampai 5.000 mg/L; nilai baku 4.000 mg/L. Di lapangan MLSS dijaga dengan mengatur resirkulasi dan pembuangan lumpur. Kalau muncul PERIKSA: kembalikan ke rentang. Ingat bahwa menaikkan MLSS memperkecil bak aerasi tetapi memperbesar pengendap akhir.
Umur lumpur (SRT)
Umur lumpur (SRT, solids retention time) adalah lama rata-rata bakteri tinggal di dalam sistem lumpur aktif sebelum dibuang sebagai lumpur berlebih (hari). SRT berbeda dari waktu tinggal air karena lumpur dikembalikan dari pengendap akhir. SRT terlalu pendek membuat bakteri lambat tumbuh (termasuk bakteri nitrifikasi) tercuci keluar: aplikasi memberi nitrifikasi 85 persen pada SRT 15 hari atau lebih, 30 persen pada 8 sampai 15 hari, dan 10 persen di bawah 8 hari; SRT terlalu panjang membuat lumpur tua, sulit mengendap, dan kebutuhan oksigen naik. Rentang di simulasi untuk aerasi: 15 sampai 30 hari. SRT dipakai untuk menghitung koefisien hasil teramati Y_obs dan lumpur berlebih. SRT di simulasi adalah masukan rancangan, bukan hasil hitungan. Kalau muncul PERIKSA: kembalikan ke rentang; SRT lebih panjang mengurangi lumpur berlebih tetapi menambah kebutuhan oksigen.
Kesalahan yang sering terjadi
Kesalahan yang sering terjadi
- Menghitung beban organik ABR atau biofilter dengan beban masuk IPAL, padahal pengendap awal sudah menyisihkan sebagian.
- Mencampur BOD dan COD: ABR dan filter anaerobik diperiksa dengan COD, unit lain dengan BOD.
- Menganggap biofilter yang lulus kriteria beban BOD otomatis menurunkan amoniak. Nitrifikasi butuh beban media yang jauh lebih ringan.
- Memasukkan MLSS dalam mg/L tanpa membagi 1000 sehingga F/M seribu kali lebih kecil.
- Menganggap SRT sama dengan waktu tinggal air bak aerasi.
- Tidak pernah membuang lumpur berlebih, sehingga MLSS dan SRT naik tak terkendali.
Studi kasus: beban organik di Griya Asri
Studi kasus
Beban BOD masuk IPAL 60,0 kg/hari. Setelah pengendap awal (penyisihan 30 %), BOD 280 mg/L atau 42,0 kg/hari, COD 560 mg/L atau 84,0 kg/hari.
ABR (R1). Beban COD = 84,0/95,04 = 0,88 kg/m3/hari (OK, paling besar 3,0). Beban organik bukan penentu; volume ABR ditentukan kecepatan naik.
Filter anaerobik (R1). COD masuk 143 mg/L; beban terhadap media 48,36 m3 = 0,44 kg/m3/hari (OK, paling besar 4,0).
Tangki septik (R2). Beban BOD 60,0 kg/hari terhadap volume 285,6 m3 = 0,21 kg/m3/hari (OK, paling besar 0,50).
Biofilter aerob (R3). Volume media perlu = 42,0/0,60 = 70,00 m3; terpasang 71,28 m3, beban nyata 0,59 kg/m3/hari (OK, 0,30 sampai 1,00). Di sini beban organik media adalah kriteria penentu. Beban yang sama menetapkan nitrifikasi: 1 - 1,1 x 0,59 = 35 persen, sehingga amoniak turun dari 40,0 menjadi 25,9 mg/L, masih di atas baku mutu 10 mg/L. Itu pelajaran, bukan kegagalan aplikasi: biofilter yang lulus BOD belum tentu lulus amoniak.
Aerasi (R4). Volume dari F/M = 42,0/(0,10 x 4,00) = 105,00 m3; dari waktu tinggal 18 jam = 112,50 m3, jadi waktu tinggal yang menentukan. Terpasang 2 modul 5,30 m x 3,55 m x 3,00 m = 112,89 m3.
- F/M nyata = 42,0/(112,89 x 4,00) = 0,093 (OK, 0,04 sampai 0,15).
- Beban BOD volumetrik = 0,372 kg/m3/hari (OK, 0,10 sampai 0,40).
- MLSS 4.000 mg/L dan SRT 20 hari (OK).
- Y_obs = 0,60/(1 + 0,06 x 20) = 0,273; lumpur berlebih = 0,273 x 42,0 = 11,45 kg/hari.
Pengendap akhir (R4). Rasio resirkulasi 0,75: SLR = 1,75 x 6,25 x 4,00/12,51 = 3,50 kg/m2/jam (OK, paling besar 5,0).
Pengendap akhir (R3). Tanpa resirkulasi, dan padatan yang masuk diasumsikan 400 mg/L (0,40 kg/m3, lepasan biomassa dari biofilter): SLR = 1,00 x 6,25 x 0,40/11,80 = 0,21 kg/m2/jam (OK), jauh di bawah batas.
Lahan basah (R5). BOD masuk 10,8 kg/hari pada 3.001,6 m2 = 3,6 g/m2/hari (OK, paling besar 12).
Latihan
Soal 1 (mudah). Sebuah ABR bervolume efektif 120 m3 menerima beban COD 90 kg/hari. Hitung beban organik volumetrik dan bandingkan dengan batas 3,0 kg/m3/hari.
Soal 2 (sedang). Sebuah biofilter aerob bermedia 50 m3 menerima beban BOD 36 kg/hari. Amoniak masuk 40 mg/L. Hitung beban BOD media, periksa terhadap rentang 0,30 sampai 1,00 kg/m3/hari, lalu perkirakan nitrifikasi dan amoniak keluar.
Soal 3 (menantang). Sebuah bak aerasi menerima beban BOD 30 kg/hari pada debit 100 m3/hari. MLSS dipilih 3.500 mg/L dan F/M rancangan 0,08. Hitung volume bak, waktu tinggal, dan beban BOD volumetrik, lalu periksa terhadap kriteria aerasi (waktu tinggal 18 sampai 36 jam, beban volumetrik 0,10 sampai 0,40 kg/m3/hari, F/M 0,04 sampai 0,15).
Kunci jawaban.
- OLR = 90/120 = 0,75 kg COD/m3/hari, di bawah 3,0: OK.
- Beban media = 36/50 = 0,72 kg/m3/hari, di dalam 0,30 sampai 1,00: OK. Nitrifikasi = 1 - 1,1 x 0,72 = 0,208, sekitar 21 persen. Amoniak keluar = 40 x (1 - 0,208) = 31,7 mg/L, jauh di atas 10 mg/L: biofilter ini lulus kriteria BOD tetapi tidak menolong amoniak.
- V = beban BOD/(F/M x MLSS) = 30/(0,08 x 3,5) = 107,1 m3 (MLSS 3.500 mg/L = 3,5 kg/m3). Waktu tinggal = 107,1/(100/24) = 25,7 jam, di dalam 18 sampai 36 jam: OK. Beban volumetrik = 30/107,1 = 0,28 kg/m3/hari, di dalam 0,10 sampai 0,40: OK. F/M 0,08 di dalam 0,04 sampai 0,15: OK.
Rujukan
- Buku 3, Bab 8.
- Metcalf & Eddy. Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery.
- Sasse, L. (1998). DEWATS: Decentralised Wastewater Treatment in Developing Countries.
- Kadlec, R. H., & Wallace, S. D. (2009). Treatment Wetlands.
- SNI 2398:2017 tentang tangki septik.
Uji pemahaman Anda
5 soal pilihan ganda. Pilih satu jawaban tiap soal, lalu tekan Periksa jawaban. Pembahasan dan tautan ke bagian penjelasan muncul setelah jawaban diperiksa.