PENGOLAHAN LIMBAH CAIR SECARA BIOLOGIS

KUALITAS, MENENTUKAN FUNGSIKualitas yang sesuai untuk suatu fungsi belum tentu sesuai untuk fungsi yang lain.Kualitas air danau yang sesuai untuk olahraga dayung tidak sesuai untuk diminum.Kualitas air minum dapat digunakan untuk air pendingin mesin, tetapi tidak sebaliknya.

KUALITAS AIR,Ditentukan oleh keberadaan senyawa kimia terlarut dan tersuspensi.Ditentukan oleh jumlah senyawa kimia terlarut dan tersuspensi.Ditentukan oleh akibat dari senyawa kimia terlarut dan tesrsuspensi tersebut terhadap mahluk hidup penghuni ekosistem

KELAS KUALITAS AIR:Kelas satu, dapat digunakan untuk air baku air minum; Kelas dua, dapat digunakan untuk prasarana/sarana rekreasi air, pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, dan air untuk mengairi pertanaman; Kelas tiga, dapat digunakan untuk pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, dan air untuk mengairi pertanaman; Kelas empat, dapat digunakan untuk mengairi pertanaman.

PENCEMARAN AIRPembuangan bahan sisa sangat mudah dilakukan melalui air. Bahan sisa yang dibuang melalui air hilang dari pandangan tetapi tidak pernah hilang senyawanya.Air memiliki kemampuan merombak senyawa penyusun bahan sisa, tetapi tidak secepat jumlah bahan sisa yang dimasukkan ke dalam air.

PENCEMARAN AIRJumlah buangan bahan sisa yang melampaui kemampuan badan air merombak senyawa penyusun bahan sisa tersebut menghasilkan pencemaran.Bahan sisa yang mencemari air sebagian besar berasal dari rumah tangga, pertanian, dan industri.Bahan sisa pencemar juga mengandung senyawa-senyawa kimia sintetik yang berbahaya dan senyawa-senyawa kimia yang tidak dapat dirombak oleh alam.

PENCEMARAN AIRDEFINISI:

masuknya atau dimasukkannya mahluk hidup, zat, energi dan atau komponen lain ke dalam air oleh kegiatan manusia sehingga kualitas air turun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan air tidak berfungsi lagi sesuai dengan peruntukkannya

ASAL PENCEMARAN AIR1. LANGSUNG (point source)Rumah tangga: Septic tanks, Grey water. Pertanian: Kotoran peternakan. Perkotaan: Timbunan pembuangan sampah, timbunan endapan IPAL, tempat pemakaman umum, timbunan bahan pengerasan jalan.

ASAL PENCEMARAN AIR1. LANGSUNG (point source)Industri: Kebocoran tangki dan pipa minyak, kebocoran dan tumpahan bahan kimia bahan baku industri, sumur injeksi limbah industri, bahan pengawet, tailing di industri pertambangan, debu terbang dari instalasi pembangkit tenaga, buangan lumpur minyak di industri pengilangan minyak, dan sisa pencucian alat industri.

ASAL PENCEMARAN AIR2. TIDAK LANGSUNG (non-point source)Pupuk dari lahan pertanian Pestisida dari lahan pertanian dan hutan Jatuhan bahan kimia terlarut/tersuspensi melalui hujan.

PENCEMARAN AIR LEWAT UDARAAktifitas manusia menghasilkan senyawa-senyawa kimia yang dilepaskan ke udara.Senyawa-senyawa kimia tersebut menyebar melalui aliran udara melewati batas-batas wilayah pemerintahan sehingga disebut long-range transboundary air pollution (LRTAP).Senyawa-senyawa tersebut memasuki lingkungan air melalui pengendapan basah maupun kering.

PENCEMARAN AIR LEWAT UDARAHujan asam, merupakan fenomena LRTAP yang sering dipublikasikan, berasal dari gas buang mesin berbahan bakar batu bara dan minyak, industri peleburan logam, industri pengilangan minyak, dan industri pulp dan kertas. Gas SO2 dan NO2 diubah menjadi H2SO4 dan HNO3 di udara setelah bereaksi dengan air. Di Kanada bagian timur, hujan asam diperhitungkan berasal dari Amerika Serikat. Sedangkan hujan asam di bagian timur laut Amerika serikat diperkirakan berasal dari Kanada.

PENCEMARAN AIR LEWAT UDARAHujan asam mengancam lingkungan yang tidak tahan asam. Berbagai jenis ikan, serangga, tanaman air, dan mikroorganisme mengalami gangguan reproduksi dan kematian. Penurunan populasi organisme ini dapat mempengaruhi jaringan makanan.

BAHAN KIMIA PENCEMAR AIRTerdapat hampir 10.000.000 bahan kimia, kurang lebih 100000di antaranya digunakan secara komersial.Hampir semua bahan kimia beracun dilepaskan ke lingkungan air secara langsung, sebagian lainnya melalui rembesan atau aliran air permukaan. Bahan-bahan kimia pencemar air dapat mengakibatkan perubahan rasa, bau, dan warna air. Bahan kimia pencemar air yang beracun dapat mengakibatkan penurunan fertilitas, perubahan bentuk tubuh, kerusakan sistem ketahanan tubuh, dan peningkatan kebolehjadian tumor pada hewan.

Limbah cair banyak dihasilkan oleh industri dan rumah tangga. Limbah cair sering mengandung: Bahan organik tersuspensi (tinggi) Bakteri (coliforms dan pathogen)Pencemar kimia, pestisida dan logam beratSebagian besar dapat dihilangkan oleh aktifitas mikrobaPENCEMARAN AIR OLEH LIMBAH CAIR

LIMBAH CAIR INDUSTRISisa atau hasil buangan produksi yang berupa zat cair dan diolah melalui IPAL. Jika hasil analisis menunjukkan bahwa limbah tersebut beracun berdasarkan baku mutu, harus dikirim ke pusat pengolahan limbah cair.Jika sesuai baku mutu dapat digunakan untuk internal production consumption atau dibuang ke lingkungan dengan ijin BAPPEDAL

20 Senyawa beracun pencemar air

1 ARSENIC 2 LEAD 3 MERCURY 4 VINYL CHLORIDE 5 POLYCHLORINATED BIPHENYLS 6 BENZENE 7 CADMIUM 8 POLYCYCLIC AROMATIC HYDROCARBONS 9 BENZO(A)PYRENE 10 BENZO(B)FLUORANTHENE

20 Senyawa beracun pencemar air

11 CHLOROFORM 12 DDT, P,P'- 13 AROCLOR 1254 14 AROCLOR 1260 15 DIBENZO(A,H)ANTHRACENE 16 TRICHLOROETHYLENE 17 CHROMIUM, HEXAVALENT 18 DIELDRIN 19 PHOSPHORUS, WHITE 20 CHLORDANE

Peraturan tentang baku mutu air limbah. Beberapa perlakuan dibutuhkan untuk memenuhi baku mutu: Perlakuan primer Penghilangan fisik bahan tersuspensi. Perlakuan sekunder Degradasi oleh mikroba untuk menghilangkan senyawa organik terlarut. Perlakuan tersier Pemisahan bahan terendapkan.PENGOLAHAN BIOLOGIS UNTUK LIMBAH CAIR

Pemisahan fisik bahan organik tersuspensi dalam bak pengendapan untuk mengurangi kebutuhan oksigen biologis (BOD). PERLAKUAN PRIMER PERLAKUAN SEKUNDERDegradasi oleh mikroba untuk mengurangi kandungan senyawa organik. Ada dua cara: Degradasi anaerobik dalam sludge tank / activated sludge tank Degradasi aerobik menggunakan trickling bed filter.

KEBUTUHAN OKSIGENKebutuhan oksigen mencerminkan proses biologis.Dinyatakan dalam Biological Oxygen Demand (BOD) yang merupakan kebutuhan oksigen untuk merombak senyawa organik dalam limbah cair selama 5 hari pada suhu 20oC.Dinyatakan juga dalam bentuk Chemical Oxygen Demand (COD) yang merupakan jumlah oksigen ang diperlukan untuk mengoksidasi senyawa organik selama.Perbedaan BOD dan COD mencerminkan efisiensi proses biologi yang dilakukan.

Untuk menghilangkan sisa senyawa organik dan mineral (biasanya berbeaya tinggi dan tidak selalu dibutuhkan). Fosfat dapat diendapkan dengan flokulasi menggunakan garam yang mengandung aluminium, besi atau kalsium. Mikroba pathogen dapat dihilangkan dengan khlorinasi atau penyinaran UV. Arang aktif dapat digunakan untuk menghilangkan senyawa oganik rekalsitran. PERLAKUAN TERSIER

PARAMETER HASIL OLAHANBOD (Biological Oxigen Demand)COD (Chemical Oxigen Demand)SS (Suspended Solid)TSS (Total Suspended Solid)N-Ammonium (Nitrogen Removal)N-Nitrit (Nitrogen Removal)N-Nitrat (Nitrogen Removal)P-Phospat (Phospourus Removal)pH

Primary SettlingBasins

Primary Settling

Primary Settling Tank DesignSizerectangular: 3-24 m wide x 15-100 m longcircular: 3-90 m diameterDetention time: 1.5-2.5 hoursOverflow rate: 25-60 m3/m2dayTypical removal efficienciessolids: 50-60%BOD5: 30-35%

Secondary TreatmentTahap ini dapat melakukan penurunan BOD jauh diatas Primary treatment, tujuannya :Penghilangan BOD (soluble)Pengilangan lebih lanjut suspended solidsProses dengan konsumsi bahan organik oleh bakteri (aerobik) :organic carbon + O2 + mikroba + nutrisi CO2 + mikroba baru + H2O + Amonia

Bagaimana Prosesnya ?Lingkungan dibuat kaya berbagai jenis mikroba

Dispersed growth vs Fixed GrowthDispersed Growth suspended organismsActivated sludgeOxidation ditches/pondsAerated lagoons, stabilization pondsFixed Growth attached organismsTrickling filtersRotating Biological Contactors (RBCs)

Activated SludgeProses dimana campuran antara limbah cair dan mikroorganisme diagitasi dan aerasi.Selanjutnya terjadi proses oksidasi dari bahan organik di limbah cair.Setelah oksidasi, dilakukan pemisahan sludge dan cairan bening. Terjadi pertumbuhan mikrobaPerlu nutrisi, oksigenDiharapkan Mixed Liquor Suspended Solids (MLSS) 3,000 - 6,000 mg/L

Activated SludgeMixedLiquorAirSecondaryclarifierw/wWaste Activated Sludge(WAS)Return Activated Sludge(RAS)Treatedw/wDischarge toRiver or LandApplication

Activated sludge

Secondary Clarifier

Activated Sludge DesignMajor design parameter: food to microorganism ratio:

Activated Sludge Designtd = approximately 6 - 8 hrLong rectangular aeration basinsAir is injected near bottom of aeration tanks through system of diffusersAeration system used to provide mixingMLVSS and F/M controlled by wasting a portion of microorganisms

F/M ParameterLow F/M (low rate of wasting)starved organismsmore complete degradationlarger, more costly aeration tanksmore O2 requiredhigher power costs (to supply O2)less sludge to handleHigh F/M (high rate of wasting)organisms are saturated with foodlow treatment efficiency

Trickling FiltersRotating distribution arm sprays primary effluent over circular bed of rock or other coarse mediaAir circulates in pores between rocksBiofilm develops on rocks and micro-organisms degrade waste materials as they flow pastOrganisms slough off in clumps when film gets too thick

Trickling FiltersFilter Material

Trickling FiltersNot a true filtering or sieving processMaterial only provides surface on which bacteria to growCan use plastic medialighter - can get deeper beds (up to 12 m)reduced space requirementlarger surface area for growthgreater void ratios (better air flow)less prone to plugging by accumulating slime

TricklingFilters

Trickling Filter Plant Layout

Rotating Biological Contactors Called RBCsConsists of series of closely spaced discs mounted on a horizontal shaft and rotated while ~40% of each disc is submerged in wastewaterDiscs: light-weight plasticSlime is 1-3 mm in thickness on disc

Rotating Biological Contactors

Rotating Biological Contactors

Rotating Biological Contactors

Low-tech solutionsAerobic pondsFacultative pondsAnaerobic ponds

Aerobic pondsShallow ponds (

Facultative pondsPonds 1 - 2.5 m deeptd = 30 - 180 dnot easily subject to upsets due to fluctuations in Q, loadinglow capital, O&M costsFacultative

Oxidation Ditches

Anaerobic PondsPrimarily used as a pretreatment process for high strength, high temperature wastesCan handle much high loadings2 stage:Acid fermentation: Organics Org. acidsMethane fermentation Org. Acids CH4 and CO2

Land and Wetland ApplicationSpray irrigation and infiltrationOverland flowWetlandsSource: EnvironmentalScience, 4th ed., B.J. Nebeland R.T. Wright, Prentice-Hall, N.J., c. 1981

Spray irrigation

Usually follows oxidation ponds, aerated lagoonsApplication leads to filtering, biological degradation, ion exchange, sorption, photodegradationNeed about 1 acre/100 people

Spray irrigationProblemsclimatepathogensneed buffer zoneSource: Environmental Science, 4th ed., B.J. Nebeland R.T. Wright, Prentice-Hall, N.J., c. 1981

Overland flow

Water irrigated onto long narrow fieldsUse grasses that take up large amounts of nitrogenUnderlying soil should be fairly impervious

Overland Flow: Emmitsburg, MDTreats 1 MGD on 200 acresSettling pond then irrigatedFields planted with reed canary grassBelow ~1 ft topsoil is compacted claySource: Environmental Science, 4th ed., B.J. Nebeland R.T. Wright, Prentice-Hall, N.J., c. 1981

Overland Flow: Emmitsburg, MDW/W applied to one side of field, percolates through topsoil to a collecting gutterWater in gutter (clear and nutrient-free)Collected in another reservoir and spray-irrigated onto forage cropsSource: Environmental Science, 4th ed., B.J. Nebel and R.T. Wright, Prentice-Hall, N.J., c. 1981

Overland Flow: Emmitsburg, MDLand for irrigation was donated by townspersonWhy? What were the benefits of such a project?What would be the concerns?Source: Environmental Science, 4th ed., B.J. Nebel and R.T. Wright, Prentice-Hall,N.J., c. 1981

Overland Flow: Emmitsburg, MDAdvantagesfree waterfree nutrientsplants can be fed to animalslow-costlow-maintenancewater meets discharge regulations (NPDES)Disadvantageswill not work in cold climatespathogen dispersion in airneed buffer zonesneed large amount of land

WetlandsUse of natural or artificial wetlandsFloating plants act as filters and support for bacteria(From: Environmental Science, 4th ed., B.J. Nebeland R.T. Wright, Prentice-Hall, N.J., 1981)(From: http://www.city.pg.bc.ca/finished.htm)

Facility OptionsConsiderations for wastewater treatment facility optionscostscapitaloperation and maintenance (including energy)availability of spacedegree of treatment required by NPDES permitmunicipal or municipal plus industrialflowrate

Facility OptionsConsiderations for wastewater treatment facility optionsdistance from residential propertiesproblems with: odors, flies, other nuisancesagricultural usage or land application optionspresence of pathogensexperience of design engineers

**td = approximately 6 - 8 hrLong rectangular aeration basinsAir is injected near bottom of aeration tanks through system of diffusersControlled by wasting a portion of microorganisms

*Facultative zone:aerobic during day (photosynthesis occurs)anaerobic at night (respiration)Rely on wind action for reaerationwastewater enters from bottom****