Biotek pengolahan limbah_cair

PENGOLAHAN LIMBAH CAIR SECARA BIOLOGIS

IRFAN D. PRIJAMBADA

Lab. Mikrobiolgi Tanah dan Lingkungan

Fak. Pertanian, Universitas Gadjah Mada

AIR, SUMBER KEHIDUPAN Sebagian besar (70 %) tubuh mahluk

hidup berisi air Tempat tinggal bagi sebagian jenis

mahluk hidup (tanaman, insekta, ikan, dan mamalia)

Fungsi lain: transportasi, olahraga dan rekreasi, pencuci, dan tempat buangan

KUALITAS?

KUALITAS, MENENTUKAN FUNGSI Kualitas 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

KUALITAS AIR,

Air minum, sebagai contoh, diharuskan mengikuti aturan keeradaan dan jumlah senyawa kimia yang ketat untuk melindungi kesehatan manusia pemakainya (diperkirakan 30.000 orang meninggal setiap hari di dunia karena penggunaan air dengan kualitas buruk dan kurangnya sanitasi).

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 AIR Pembuangan 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 AIR Jumlah 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 AIR

DEFINISI:

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 UDARA Aktifitas 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 UDARA Hujan 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 UDARA Hujan 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.

MAHLUK HIDUP PENCEMAR AIR

Hewan Tumbuhan Jamur Khamir Bakteri

BAHAN KIMIA PENCEMAR AIR Terdapat hampir 10.000.000 bahan kimia, kurang

lebih 100 000 di 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

berat

Sebagian besar dapat dihilangkan oleh aktifitas mikroba

PENCEMARAN AIR OLEH LIMBAH CAIR

SENYAWA ORGANIK YANG DIHASILKAN OLEH MAHLUK HIDUP

Karbohidrat Lemak Protein

LIMBAH CAIR INDUSTRI

Sisa 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 BIOLOGISUNTUK LIMBAH CAIR

Primary SettlingBasins

Primary Settling

Primary Settling Tank Design

Size rectangular: 3-24 m wide x 15-100 m longcircular: 3-90 m diameter

Detention time: 1.5-2.5 hours Overflow rate: 25-60 m3/m2·day Typical removal efficiencies

solids: 50-60%BOD5: 30-35%

Secondary Treatment Provide BOD removal beyond what is

achieved in primary treatment removal of soluble BODadditional removal of suspended solids

Basic approach is to use aerobic biological degradation:

organic carbon + O2 → CO2

Objective is to allow the BOD to be exerted in the treatment plant rather than in the stream

How is this accomplished? Create a very rich

environment for growth of a diverse microbial community

Basic Ingredients High density of microorganisms (keep

organisms in system) Good contact between organisms and

wastes (provide mixing) Provide high levels of oxygen (aeration) Favorable temperature, pH, nutrients

(design and operation) No toxic chemicals present (control

industrial inputs)

Dispersed growth vs Fixed Growth

Dispersed Growth – suspended organismsActivated sludgeOxidation ditches/pondsAerated lagoons, stabilization ponds

Fixed Growth – attached organismsTrickling filtersRotating Biological Contactors (RBCs)

Activated Sludge

Process in which a mixture of wastewater and microorganisms (biological sludge) is agitated and aerated

Leads to oxidation of dissolved organics After oxidation, separate sludge from

wastewater Induce microbial growth

Need food, oxygen Want Mixed Liquor Suspended Solids (MLSS)

of 3,000 to 6,000 mg/L

Activated Sludge

MixedLiquor Air

Secondaryclarifier

w/w

Waste Activate

d Sludge(WAS)

Return Activated Sludge

(RAS)

Treatedw/w

Discharge toRiver or LandApplication

Activated sludge

East Lansing WWTP

Secondary Clarifier

East Lansing WWTP

Activated Sludge Design Major design parameter: food to microorganism

ratio:

(MLVSS) solids suspended

volatile liquor mixed

volume

BOD soluble initial

rateflow where

5

X

V

S

Q

VX

QS

M

F

0

0

Activated Sludge Design td = approximately 6 - 8 hr Long rectangular aeration basins Air is injected near bottom of aeration

tanks through system of diffusers Aeration system used to provide mixing MLVSS and F/M controlled by wasting a

portion of microorganisms

F/M Parameter Low F/M (low rate of wasting)

starved organisms more complete degradation larger, more costly aeration tanks more O2 required

higher power costs (to supply O2)

less sludge to handle

High F/M (high rate of wasting) organisms are saturated with food low treatment efficiency

Trickling Filters Rotating distribution arm sprays primary

effluent over circular bed of rock or other coarse media

Air circulates in pores between rocks “Biofilm” develops on rocks and micro-

organisms degrade waste materials as they flow past

Organisms slough off in clumps when film gets too thick

Trickling Filters

Filter Material

Trickling Filters Not a true filtering or sieving process Material only provides surface on which

bacteria to grow Can use plastic media

lighter - can get deeper beds (up to 12 m)reduced space requirement larger 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 RBCs Consists of series of closely spaced discs

mounted on a horizontal shaft and rotated while ~40% of each disc is submerged in wastewater

Discs: light-weight plastic Slime is 1-3 mm in thickness on disc



Aeration

Shearing of excessmicroorganisms

Attached microorganismspick up organics

Filmmixes withwastewater


PrimarySettling

SludgeTreatme

nt

SecondarySettling

Sludge Treatment

Low-tech solutions

Aerobic ponds Facultative ponds Anaerobic ponds

Aerobic ponds

Shallow ponds (<1 m deep)

Light penetrates to bottom

Active algal photosynthesis

Organic matter con-verted to CO2, NO3

-, HSO4

-, HPO42-, etc.

Facultative ponds

Ponds 1 - 2.5 m deep td = 30 - 180 d not easily subject to

upsets due to fluctuations in Q, loading

low capital, O&M costs

Facultative

Aerobic

Anaerobic

Oxidation Ditches

Anaerobic Ponds

Primarily used as a pretreatment process for high strength, high temperature wastes

Can handle much high loadings 2 stage:

Acid fermentation: Organics Org. acidsMethane fermentation Org. Acids CH4 and

CO2

Land and Wetland Application

Spray irrigation and infiltration Overland flow Wetlands

Source: EnvironmentalScience, 4th ed., B.J. Nebeland R.T. Wright, Prentice-Hall, N.J., c. 1981

Spray irrigation

Usually follows oxidation ponds, aerated lagoons

Application leads to filtering, biological degradation, ion exchange, sorption, photodegradation

Need about 1 acre/100 people

SecondaryTreatment

Flooding, channeling

spray irrigation

Spray irrigation

Problemsclimatepathogensneed buffer zone

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

Overland flow

Water irrigated onto long narrow fields Use grasses that take up large amounts of

nitrogen Underlying soil should be fairly impervious

SecondaryTreatment

Application to landslopped at 2-8%

Overland Flow: Emmitsburg, MD

Treats 1 MGD on 200 acres

Settling pond then irrigated

Fields planted with reed canary grass

Below ~1 ft topsoil is compacted clay

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


W/W applied to one side of field, percolates through topsoil to a collecting gutter

Water in gutter (clear and nutrient-free)

Collected in another reservoir and spray-irrigated onto forage crops

Source: Environmental Science, 4th ed., B.J. Nebel and R.T. Wright, Prentice-Hall, N.J., c. 1981


Land for irrigation was donated by townsperson

Why? 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


Advantages free water free nutrients plants can be fed to

animals low-cost low-maintenance water meets discharge

regulations (NPDES)

Disadvantages will not work in cold

climates pathogen dispersion in

air need buffer zones need large amount of

land

Wetlands

Use of natural or artificial wetlands Floating 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 Options

Considerations for wastewater treatment facility options…

Facility Options

Considerations for wastewater treatment facility optionscosts

capital operation and maintenance (including energy)

availability of spacedegree of treatment required by NPDES permitmunicipal or municipal plus industrial flowrate

Facility Options

Considerations for wastewater treatment facility optionsdistance from residential properties

problems with: odors, flies, other nuisances

agricultural usage or land application options

presence of pathogensexperience of design engineers

Pemisahan fisik bahan organik tersuspensi dalam bak pengendapan untuk mengurangi kebutuhan oksigen biologis (BOD).

PERLAKUAN PRIMER

Degradasi oleh mikroba untuk mengurangi kandungan senyawa organik.

Dua cara: Degradasi anaerobik dalam sludge tank /

activated sludge tank Degradasi aerobik menggunakan trickling

bed filter.

PERLAKUAN SEKUNDER

KEBUTUHAN OKSIGEN

Kebutuhan 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.

KEBUTUHAN OKSIGEN 2

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 OLAHAN

BOD (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

Biotek pengolahan limbah_cair

Education