biotek pengolahan limbah_cair
TRANSCRIPT
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
Rotating Biological Contactors
Rotating Biological Contactors
Aeration
Shearing of excessmicroorganisms
Attached microorganismspick up organics
Filmmixes withwastewater
Rotating Biological Contactors
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
Overland Flow: Emmitsburg, MD
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
Overland Flow: Emmitsburg, MD
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
Overland Flow: Emmitsburg, MD
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