PENGOLAHAN TERSIER LIMBAH CAIR (Advanced Wastewater Treatment)

SuprihatinDepartemen Teknologi Industri Pertanian

Fakultas Teknologi Pertanian IPB2011

Skema Proses Pengolahan Limbah Cair

2

Efluen IPAL konvensional masih mengandung NH4

+, NO3

-, dan PO43-

Secondary Treatment:– Purpose - decrease demand for O2 in water typically using a

biologicalprocess– Basically to reduce the BOD of the effluent through adsorption

and assimilation

World wide applied process: Activated Sludge Process– suspended growth process to remove organics– bacteria & dissolved organics CO2 & H2O+ biomass

Other Secondary Treatment: Fixed film/attached growth– Rotating biological contactor– Trickling filter

Key to both these is the bacteria stays fixed

3

Conventional WWT: Primary, and Secondary– Goals: 30 mg/L BOD and SS– Secondary treatment removes 85% of the BOD and SS and

almost all pathogens (after disinfection) but some pollutants are not removed

Negligible removal of:– Nitrogen (Ammonia, Nitrat)– Phosphorous– Pathogens– Toxins– Soluble nonbiodegradable chemicals– Refractory organics– Heavy metals

4

Is conventional WW treatment Adequate to Protect Environment?

– Phosphorous – eutrophication– Ammonia – toxic to aquatic life, oxygen demand

(conversion to NO3-) eutrophication

– Conventional treatment can remove 99% of the pathogens, but the 1% can be resistant

– Toxins – detrimental to aquatic life

• Excessive levels of nutrients, particularly nitrogen and phosphorus, can lead to serious water pollution problems such as eutrophication.

5

• While not directly harmful to aquatic life, excess nutrients can severely disrupt and damage an aquatic ecosystem

• Eutrophication is the process by which excess nutrients stimulate the growth of aquatic plants, which then decompose; this bacterial decomposition raises the BOD and may lead to a die-off of many aquatic species

6

SS removal:– Difficult to remove small particles in secondary clarifier in

conventional treatment– Filtration can effectively increase the efficiency of removal SS

• Advanced WWT includes Tertiary Also called tertiary treatment

• Tertiary Treatment:– Purpose - polish or clean water to an even higher degree

• nutrient removal, filtration, chemical precipitation• etc

7

Advanced Treatment Processes could enclude:• Nutrients Removal (Nitification-Denitrification, Phospor

Elimination)• Filtration: solids removal• RO: dissolved organics and inorganics • Adsorption (e.g. GAC): organics• Air Stripping: volatile organics and ammonia• Ion exchange: dissolved nutrients• Bleaching to remove coloration• Disinfection to kill pathogens• Coagulation-sedimentation with alum• Adsorption using activated charcoal, and/or• Electrodialysis for salt removal

8

Secara garis besar, tujuan pengolahan air limbah secara biologis adalah:

– Perombakan ikatan karbon (eliminasi BOD atau COD),

– Eliminasi Nitrogen (Nitrifikasi, Denitrifikasi) – Elimnasi fosfor, – Pemisahan partikel tersuspensi, – Disinfeksi

9

Untuk mencapai tujuan tersebut diperlukan kombinasi proses-proses biologis (biosintesa, perombakan, mineralisasi) dilanjutkan dengan proses fisik dan kimia untuk pemisahan biomassa/sludge (sedimentasi, flotasi, filtrasi, desinfeksi etc)

10

• Nitrifikasi: Oksidasi ammonium dan nitrit ke nitrat, karena ammonium merupakan polutan pengkonsumsi oksigen dan penghasil racun bagi ikan, jika pH > 7. Nitrat bersifat relatif tidak toksik

• Denitrifikasi: Pengubahan nitrit dan nitrat ke nitrogen dalam bentuk gas (N2)

11

12

• Termasuk dalam kategori nutrien (unsur hara) adalah unsur nitrogen (N) dan fosfor (P)

• Nitrogen dalam air limbah umumnya dalam bentuk N organik dan N amonium (NH+

4-N).

• N organik dan NH4+ merupakan bahan pengkonsumsi

oksigen, sehingga mengganngu kesetimbangan ekosistem badan air

13

• Nitrogen dalam bentuk nitrit (NO2) atau amoniak (NH3) bersifat racun bagi ikan

• Perbandingan NH4+/NH3 tergantung pada pH dan

temperatur

• Peningkatan pH hingga > 7 (misalnya akibat aktivitas alga) NH3 meningkat kematian ikan secara tiba-tiba

14

15

16

Methemoglobinemia

• Nitrat dalam air minum dengan konsentrasi tinggi dapat menyebabkan methemoglobinemia, terutama bagi bayi dengan umur kurang dari 6 bulan

• Setelah ditelan, nitrat direduksi menjadi nitrit dalam tubuh. Nitrit yang terabsorpsi bereaksi dengan hemoglobin darah membentuk methemoglobin. Methemoglobin, tidak seperti hemoglobin, tidak dapat membawa oksigen. Akibat lebih banyak hemoglobin yang dikonversi menjadi methemoglobin, kapasitas angkut oksigen oleh darah berkurang secara signifikan. Reduksi konsnetrasi oksigen dalam daran menyebabkan perubahan warna kulit tubuh, yang disebeut sebagai "bluebaby“ syndrome or methemoglobinemia.

• Untuk mencegah methemoglobinemia, konsentrasi nitrat dalam air minum ditetapkan maksimum 10 mg/L.

• Nitrogen dalam bentuk Nitrat (NO3-N), sebagaimana fosfor, merupakan unsur hara (nutrien) penyebab eutrofikasi

perlu Eliminasi N dan Pperlu Eliminasi N dan P

17

• Eliminasi nitrogen juga sering dilakukan karena alasan teknis, misalnya untuk mengindari denitrifikasi dalam tangki sedimentasi

• Secara teknis eliminasi nitrogen dapat dicapai melalui dua tahap, yaitu nitrifikasi dan denitrifikasi secara mikrobiologis

• Mikroorganisme, seperti nitrifier dan denitrifier, tidak pernah dalam bentuk individual, tetapi selalu bersama dengan mikroorganisme lainnya

18

• Kondisi yang diinginkan dalam pengolahan air limbah:– Jenis mikroorganisme yang diperlukan untuk

proses perombakan/pengubahan tersebut (spesialis) harus tersedia dalam konsentrasi yang cukup tinggi laju perombakan tinggi

– Biomassa dalam unit sedimentasi harus mudah dipisahkan

19

20

Kelompok Mikro-

organisme

Sumber C Donor Elektron

Penerima Elektron

Produk proses

perom-bakan

Karakteristik Aktivitas

Perombak primer

C organik (terlarut)

C organik O2, NO3, NO2, C organik

CO2, NH4, NO2, N2, C

organik

Bakteri kemo-organo-heterotrof: bakt. Aerob, nitrifier, denitrifier, bakt. ananerob

Perombak sekunder

C organik (partikuler)

C organik O2 CO2, NH4 Ciliata, Metazoa

Nitrifier CO2

CO2

NH4

NH4

O2

O2

NO2

NO3

Bakt. Kemolito-ototrof, special: NH3 & NO2 oxidizer,

• Bakteri heterotrof: untuk pembentukan sel tubuhnya, terutama untuk sintesa protein, digunakan komponen organik

• Organisme kemotrof: energi untuk sintesa protein berasal dari reaksi kimia

• Organisme organotrof: melepaskan elektron dari bahan organik, dan memberikannya ke dalam bahan-bahan lain, yang disebut sebagai elektron aseptor

21

• Bakteri aerobik:– O2 terlarut sbg penerima elektron

– Energi yang dihasilkan tinggi – Produk reaksi berupa air dan karbon dioksida

• Bakteri anaerobik: – Elektron dipindahkan hanya ke bahan organik– Produk reaksi: bahan organik, seperti asam lemak,

alkohol, dan keton

22

• Anerobik fakultatif: Utamanya hidup dalam kondisi aerobik, tetapi jika tidak ada oksigen berubah menjadi bakteri anaerobik

• Banyak bakteri kemo-organo-heterotrof dapat memberikan elektron tidak ke O2 tetapi ke Nitrat atau nitrit kondisi reaksi anoksik

23

24

PEROBMBAKAN BAHAN ORGANIK TERLARUT OLEH BAKTERI KEMOORGANOTROF

BAKTERIBAHAN

ORGANIK

O2

(BOD)

PERTUMBUHAN BAKTERI

CO 2

H2O

NH3

100

50

50

OKSIDASI ENDOGEN BAKTERI

BAKTERI

O2

(BOD)

CO 2

H2O

NH3

25

KONSUMSI BAKTERI OLEH CILIATA

CILIATABAKTERI

O 2

PERTUMBUHAN C IL IATA

CO 2

H2O

NH3

100

10

90

OKSIDASI NITRAT ANOKSIS

BAKTERIBAHAN

ORGANIK

NO3

PERTUMBUHAN BAKTERI

CO2

H2O

NH3

N2

26

OKSIDASI ANAEROBIK OLEH BAKTERI KEMOORGANOTROF

BAKTERIBAHAN

ORGANIK

PERTUMBUHAN BAKTERI

CO2

H2O

CH4

NH3

As. or ganik

ASIMILASI OLEH ORGANISME TANAMAN

TANAMAN

CO2H2OCH4N03

-

PERTUMBUHAN TANAMAN

O2

REKASI KIMIA (FISIKO-KIMIA) ANTARA BAKTERI DAN SENYAWA KIMIA

BAHAN KIMIA + BAKTERI BAHAN KIMIA BAKTERI

Nitrifikasi– Pelaku: bakteri pengoksidasi ammoinium dan

nitrit; Golongan akteri yang berperan: Kemo-lito-ototrof

– Terjadi jika ada oksigen (oksigen sbg penerima lektron)

– Akibat pemindahan elektron tsb dihasilkan energi sintesa protein (kemotrof);

– Ammonia dan nitrit “terombak” (litrotrof); – Bahan dasar untuk sintesa protein: karbon dan

amonia (autotrof)

27

Dasar – Dasar Nitrifikasi

28

N organik + H2O NH4+ + OH-

Hidrolisis

Nitrifikasi Tahap I oleh Nitrosomonas

NH4+ + 1.5 O2 NO2

- + 2H+ + H2O + Energi

Nitrifikasi Tahap II oleh Nitrobakter

NO2- + 0.5 O2 NO3

- + Energi

NH4+ + 2 O2 NO3

- + 2H+ + H2O + Energi

Reaksi Total

Sifat Nitrifikasi

• Perlu Oksigen dalam jumlah besar

(4.6g O2 per 1 g NH4-N)

• Menurunkan Alkalinitas/meningkatkan Aciditas/pH

(2 mol H+ per 1 mol NH4-N)

• Energi yang dihasilkan digunakan untuk pembentukan sel

29

NH4+ + HCO2

- + 4 CO2 + H2O + Energi C5H7O2N + 10 [O]

Nitrifier:Nitrifier:• Bakteri autotrof

• Sebagai Sumber Karbon : Karbon anorganik (CO2)

30

Dibebaskan Oksigen, yang dapat digunakan untuk

oksidasi

Terbentuk Biomassa, menyebabkan peningkatan

COD Biomassa keluar dari sistem, sebagai Excess Sludge; atau terombak di dalam sistem dan memerlukan oksigen

31

NH4+ + 1.83 O2 + 1.98 HCO3

- 0.021C5H7O2N + 0.98NO3- + 1.041H2O +

1.88 H2CO3

Kebutuhan Oksigen menurun :dari 4.6 menjadi 4.2 g O2/g NH4-N

Oksidasi 1 mol NH4+ (14 g NH4-N) akan

terbentuk 0.021 mol Biomassa Untuk oksidasi 1 mol Biomassa memerlukan 5

mol O2,

1 mol Biomassa 160 g COD Kebutuhan oksigen meningkat dari 4.3 menjadi 4.4 g O2 per g NH4-N

• Dari persamaan diatas, dapat ditentukan yield untuk nitrifikasi, yaitu :Yield untuk bakteri nitrifier = 0.17 g biomassa / g NH4-N; lebih rendah daripada bakteri heterotrof

32

• Nitrifikasi : 2 mol H+ dibebaskan per mol dan NO3–

diproduksi

• Denitrifikasi : 1 mol H+ digunakan per mol

• Amonifikasi : perlu 1 mol H+ per mol N organik

• Pembentukan N Organik : dilepaskan 1 mol H+ per mol

NH4+ yang diserap

33

pH Optimum untuk nitrifikasi adalah 7,5 – 8,5

Faktor yang berpengaruh pada proses Nitrifikasi:

– Bahan Beracun

– NO2-N dapat menghambat pertubuhan Nitrobacter

– NH4-N

34

• Pertumbuhan spesifik nitrifier (max)

• Tergantung pada temperatur– Nitrosomonas : max = 0,47x1,10(T-15)

– Nitrobacter : max = 0,78x1,06(T-15) untuk T= 8-30oC

35

Pertumbuhan spesifik nitrifier (max):

36

Temperatur(oC)

max (d-1

)

Nitrosomonas Nitrobacter

1015202530

0,290,470,760,231,97

0,580,781,041,401,87

37

Pada suhu 30 oC; Laju Pertumbuhan max Nitrosomonas < Nitrobacter

sehingga laju pertumbuhan max nitrosomonas menentukan

max = 0,47x1,103(T-15)

Konsentrasi Amonium Aktivitas Nitrifikasi = f [NH4-N)

max ~ --> dideskripsikan dengan : Kinetika Monod

KN untuk mitrosomonas :

KN = 0,73x1,125(T-20)

KN = 1,0x1,123(T-20)

Pada 10 oC KN = 0,3 g NH4-N/l

Saran untuk praktek: 0,5–1,0 mg/l

Konsentrasi Oksigen Terlarut

38

Aktivitas Nitrifier = f [O2]

ko = 0,15 – 2,0 mg/L

[O2] >= 2 mg/l tanpa hambatan nitrifikasi

Laju Kematian (bA)• Bkateri tidak hanya tumbuh, tetapi juga mati atau

juga dimakan oleh sel lainnya• Laju kematian bakteri nitrifier tidak tergantung

konsentrasi substrat• bA dalam daerah tanpa oksigen terlarut dapat

diabaikan• bA = 0,04x1,029(T-20) d-1

• bA = 0,05 – 0,12 d-1

39

40

Latihan: Nilai max, kn dan bA berapakah yang akan anda gunakan untuk perhitungan dalam IPAL untuk nitrifikasi

Bakteri harus mampu tumbuh dalam suatu jangka waktu ‘umur lumpur’ tertentu

Bakteri harus memiliki laju pertumbuhan cukup tinggi agar mampu tetap bertahan dalam system

Agar suatu jenis bakteri tetap berada dalam system, maka:

c 1/max

Umur Lumpur (Sludge age, c)

41

Nitrifier memiliki laju pertumbuhan relatif rendah

IPAL harus dirancang agar c 1/max

Nitrifier hanya mampu tumbuh dalam kondisi aerob

Laju pertumbuhan nitrifier dihitung hanya atas dasar jumlah sludge dalam zona aerob

Untuk nitrifikasi :• c, aerob = MLSSR.VN/MLSS.V

• VN = Volume zona aerob

• MLSS = laju produksi sludge (kg/m3.d)• V = Volume reaktor total• Sludge age = lama waktu tinggal sel dalam zona

aerob

42

DENITRIFIKASIStokiometri:• Pada kondisi tidak ada oksigen terlarut, nitrat dan nitrit

digunakan oleh bakteri sbg penerima hidrogen, dimana berbagai produk dihasilkan: nitrat (NO3

-), nitrit (NO2-),

gas nitrogen (N2)

• NO3- + 0,5 H2O 0,5 N2 + 2,5 O + OH-

• DN menghasilkan oksigen: 2,86 g O2/g NO3--N

• Dihasilkan ion OH- : Denitrifikasi 1 mol NO3--N

memerlukan 1 mol H+

43

44

Anoksik:

5C6H12O6+ 24 NO3- + 24 H+ 12 N2 + 30 CO2 + 42

H20

G = -13,5 MJ/reaksi

Aerobik:

5C6H12O6+ 30 O2 + 24 H+ 30 CO2 + 30 H20

G = -14,4 MJ/reaksi pH meningkat 990 g bCOD 336 g NO3-N bCOD/ NO3-N 10 agar eliminasi nitrat total

Reaksi dalam kondisi anoksik vs dalam kondisi aerob:Reaksi dalam kondisi anoksik vs dalam kondisi aerob:

Mikrobiologi DN• DN dilakukan oleh berbagai jenis mikroorganisme, terutama:

– Pseudomonas– Alcaligenes– Acinetobacter– Hyphomicrobium– Thiobacillus

45

Bakteri aerobik fakultatif, bukan bakteri anaerobik fakultatif karena tidak dapat menggunakan bahan organik sebagai penerima elektron

Syarat untuk Denitrifikasi• Cukup tersedia nitrat• Tidak ada oksigen terlarut Kondisi anoksik• Ada bakteri fakultatif• Ada substrat organik sebagai sumber energi

Latihan:Mengapa untuk proses denitrifikasi, kebutuhan oksigen mikroorganisme harus tinggi ?

46

Eliminasi Nitrat• Sebagian besar bakteri heterotrof (pengkonsumsi ikatan

karbon), juga dapat memakai nitrat sebagai penerima hidrogen pada saat tidak ada oksigen untuk merombak ikatan karbon organik

• Pemakaian oksigen (dan juga pemakaian nitrat) oleh bakteri heterotrof tergantung pada berbagai faktor, seperti: beban BOD, dan temperatur

47

PENGARUH SUHU PADA DNDN sangat dipengaruhi oleh temperatur (Persamaan Van’t

Hoff-Arrhenius):

vt = v20 * (t-20)

Dengan vt = laju denitrifikasi pada temperatur t, v20 = laju denitrifikasi pada suhu 20 oC, t= suhu (20 oC), dan = kosntanta

48

49

Kecepatan DN (g NO3-N/kg VSS.jam)

Donor H Faktor v20 Suhu (oC)

Methanol 1,12 10 10 – 25

Air Limbah 1,15 3 5 – 20

Bahan Organik

Sel

1,20 0,4 15 - 25

50

• pH optimum untuk DN 7

• Ukuran zona untuk DN (kondisi anoksik) ditentukan oleh:– Tingkat eliminasi nitrogen yang diinginkan– Porsi BOD yang mudah terdegradasi dalm influen– Umur lumpur (sludge age)– Konsentrasi MLSS dalam bioreaktor– Suhu air limbah

FAKTOR DENITRIFIKASI

• Faktor berikut berpengaruh positif terhadap DN:– N/BOD5 < 0,2

– Tanpa pengendapan primer (waktu tinggal < 20 menit)– BOD terlarut/BOD total besar– DN di depan sebagai kaskade– Pengasaman air limbah (influen)– Penyemimbangan konsentrasi dan debit influen

51

• Faktor berikut berpengaruh negatif terhadap DN:– Porsi air hujan tinggi– Konsentrasi BOD mudah terdegradasi kecil– Lama tinggal air limbah di pengendapan primer terlalu lama– N/BOD5 > 0,3

– Pengendapan P infleun– BOD terlatut/BOD total kecil– Oksigen terlarut terbawa ke bagian anoksik– BOD dan N berfluktuasi

• Latihan: sebutkan alasan faktor-faktor tersebut di atas berpengaruh Latihan: sebutkan alasan faktor-faktor tersebut di atas berpengaruh positif atau negatif terhadap proses DNpositif atau negatif terhadap proses DN

52

VARIASI PROSES DN• Setiap IPAL dapat dioperasikan untuk nitrifikasi, jika

– umur lumpur cukup tinggi– suplai oksigen cukup

• Harus ada zona bebas oksigen terlarut untuk proses DN

• Pengadukan pada zona anoksik harus cukup, sehingga tidak terjadi pengendapan biomass

• Harus cukup tersedia bahan organik bagi bakteri heterotrof pada zona DN

53

Model 1: Pre-Denitrifikasi

54

EfluenDN N Clarifier

Excess Sludge

Influen, Q

DN = R/(R+1).100%

R=(Q1+Q2)/Q

Q1

Q2

Pre-Denitrifikasi:• Influen (sumber BOD), sludge resirkulasi eksternal, sludge

resirkulasi internal (kaya akan nitrat) dicampur di dalam zona aonoksik Tersedia cukup bahan organik dalam influen

• Semua influen di alirkan ke zona DN, nitrat berasal dari resirkulasi drai zona N dan return sludge dari clarifier

• Air limbah domestik: – R = 1, – waktu tinggal dalam kondisi anoksik = 2,5 jam

• Untuk meningkatkan efisiensi eliminasi nitrat, R ditingkatkan menjadi 2 -4

55

• Resirkulasi Tingkat eliminasi NO3-

• Akan tetapi ada batasnya, karena Resirkulasi dapat juga mengakibatkan:– Beban hidrolik zona DN meningkat, – Waktu kontak menurun, – Oksigen terlarut terbawa ke zona DN menghambat DN

56

Denitrifikasi Kaskade

57

NDN DN N DN N Clarifier

Influen

Q1 Q2 Q3

Excess Sludge

Post-Denitrifikasi.

58

N DN Clarifier

Excess Sludge

Influen, Q

(External C source)(External C source)

ELIMINASI FOSFOR

• Fosfat, sebagaimana nitrat, merupakan nutrien bagi tanaman penyebab eutrofikasi

• All complex phosphorus in the water gradually converts to PO43-

• Phosphorus– Raw wastewater contains 4 – 16 mg/L as P– Effluent may restrict to less than 1 mg/L as P– Forms are

• Orthophosphate: PO43-, HPO4

2-, H2PO4-, H3PO4

• Polyphosphate (polymerized; important in biological phosphorous removal)• Organic phosphorous (low in raw wastewater)

• PO43- in Wastewater

– Conventional treatment removes about 20-40% of P (5-10 mg/L)– Primarily regulated for wastewaters discharged into lakes or streams and rivers that

flow into lakes– Effluent standard, 0.1-2 mg/L

59

60

Subdivision of Total Influent P

Influent TP(Pti)

Organicallybound P (Pti - Psi)

70 ~ 90% 10 ~ 30%

100%

Sol. PO43-

(Psi)

10 ~ 20%in the activatedsludge process

• Removal of PO43- is achieve by chemical

precipitation– Ferric Chloride (FeCl3)– Alum (Al2(SO4)3)– Lime (Ca(OH)2)

• Biological removal is also possible

• Phosphorus removal - chemical precipitation– lime (CaOH2)– alum (Al2SO4)– Ferric chloride (FeCl)– Accomplished at a secondary clarifier

61

Why is it sometimes necessary to remove P from WWTPs?

• Reduce phosphorus, which is a key limiting nutrient in the environment

• Improve receiving water quality by:– Reducing aquatic plant growth and DO depletion– Preventing aquatic organism kill

• Reduce taste and odor problems in downstream drinking water supplies

62

• Eliminasi secara kimiawi: • Pretisipasi dengan ion: Fe3+, Al3+, Fe2+, Ca2+, atau

kombinasi

• Keuntungan: – Mudah– Mereduksi BOD

• Kelemahan: – Biaya bahan kimia tinggi– Produksi sludge tinggi

63

P Removal

• Chemical precipitation– Coagulants (alum/iron)

• Alum + 2PO43- 2AlPO4 + 3SO4

= + 14.3 H2O– Alum = Al2(SO4)3•14.3 H2O

– 1:1 molar ratio

• Since Alum is also consumed by HCO3-, need about a 13-22:1 ratio for 75-95% removal of P

• Similar reaction and phenomena with FeCl3

64

65

Reactions

Ferric Chloride

Alum

Lime

ClHFePOHPOFeCl 4243

244

24342 3222)( SOHAlPOHPOSOAl

OHOHOHPOCaHPOOHCa 63)4(3)(5 235242

Need to have additional reaction basin and sedimentation basins.FeCl3 and Alum can be added to the aeration tank after primary sedimentation.

Where in the treatment plant flow could chemical precipitants be added?

• At pretreatment• Before primary clarifiers• After aeration basins• At final clarifiers• Ahead of effluent filters• Considerations:

– Effective mixing– Flexibility– Sludge production

66

67

Chemical Phosphorus Removal

Final

Clarifier

RAS WAS

Effl

Q

Aerobic

Zone

Chemical

Coagulant

P Removal

Primary

Clarifier

Chemical

Coagulant

• Fosfat, sebagaimana nitrat, merupakan nutrien bagi tanaman penyebab eutrofikasi

• Eliminasi secara kimiawi: – Presipitasi dengan ion: Fe3+, Al3+, Fe2+, Ca2+, atau kombinasi

• Keuntungan: – Mudah– Mereduksi BOD

• Kelemahan: – Biaya bahan kimia tinggi– Produksi sludge tinggi

68

69

Kapur:

1. 5 Ca22+ 3 PO4

3- + OH- Ca5(PO4)3OH

2. Mg2++ 2 OH- Mg(OH)2

3. Ca2+ + CO32- CaCO3

Alum:

1. Al3+ + PO43- AlPO4

2. Al3+ 3 OH- Al(OH)3

Ion Fe3+:

1. Fe3+ + PO43- - FePO4

2. Fe3+ + 3 OH- Fe(OH)3

Contoh:• Limbah cair mengandung 6,3 mg/L. dari hasil

percobaan diketahui bahwa pemberian alum dengan dosis 13 mg/L sebagai Al3+ mampu menghasilkan efluen dengan kadar P 0,9 mg/L

• Reaksi: Al3++PO43+ AlPO4

• BM: 27 95 122 (atau 31 sbg P)

31 mg P menghasilkan sludge AlPO4 122 mg5,4 mg/L P (6,3 – 0,9 mg/L) setara dengan 122/31 x

5,4 = 21,3 mg/L sludge AlPO4

Jumlah Al3+ yang dipakai: 27 mg Al3+/31 mg P x 5,4 mg/L P = 4,7 mg/L Al3+

Excess Al3+ = 13 – 4,7 = 8,3 mg/L

70

• Kelebihan Al3+kemungkinan digunakan untuk membentuk alumunium hidroksida: Al3+ + 3OH- AL(OH)3

BM 27 3(17) 78

• Produksi AL(OH)3: 8,3 mg/L Al3+ x 78 mg Al3+ =24 mg/L Al(OH)3 sebagai sludge

• Jadi total produksi sludge: AlPO4 + Al(OH)3 = 21,3 + 24 = 45 mg/L

71

72

• Kualitas efluen (tipikal):

BOD5 (mg/L)

SS(mg/L)

P(mg/L)

Raw wastewater 250 220 8

After primary treatment

175 60 7

After secondary treatment

15 15 6

After tertiary treatment

10 10 0,5

ELIMINASI FOSFAT SECARA BIOLOGIS

• Dasar: pemanfaatan karakteristik khusus mikroorganisme untuk mengakumulasi fosfor

• Mikroorganisme yang berperan: Acinetobacter (gram negatif, diameter: 1,5 m, panjang: 2 - 3 m)

• Mikroorganisme menggunakan P untuk sintesis ATP atau asam nukleat

• Daya pengikatan P dapat ditingkatkan dengan cara pengaturan kondisi tumbuh mikroorgansime (penggantian secara periodik kondisi aerob dan anaerob)

73

• Pada kondisi anaerobik: Mikroorganisme melepas P (memecah ATP) sehingga konsentrasi P dalam air limbah meningkat

• Pada kondisi aerobik: Mikroorganisme mingikat P (membentuk ATP) sehingga konsentrasi P dalam air limbah menurun

• Jumlah P yang dilepas pada kondisi anaerobik lebih kecil daripada jumlah P yang diikat selama kondisi aerobik, sehingga terjadi akumulasi P dalam biomassa

74

75

AnerobikAnerobik3030--45 min45 min

AnoksikAnoksik3030--45 min45 min

AerobikAerobik9090--180 min180 min

ClarifierClarifier

Internal recycleInternal recycle

Return SludgeReturn Sludge

Excess Sludge (Excess Sludge (kayakayaakanakan P)P)

InflInfl.. EfflEffl..AnerobikAnerobik3030--45 min45 min

AnoksikAnoksik3030--45 min45 min

AerobikAerobik9090--180 min180 min

ClarifierClarifier

Internal recycleInternal recycle

Return SludgeReturn Sludge

Excess Sludge (Excess Sludge (kayakayaakanakan P)P)

InflInfl.. EfflEffl..

76

Biological Phosphorus Removal

Final

Clarifier

RAS WAS

EfflQ

P Release

Anaerobic

Zone

Aerobic

Zone

P Luxury Uptake

P Removal

77

Biological Phosphorus Removal (BPR)

Return sludge

Influent Anaerobic Aerobic To clarifier

Conc.

Time

Sol. BOD

Orthophosphorus

78

ClarifierAnaerobic stage

Anoxic stage

Aerobic stage

Recycle

Return Sludge

Waste sludge

containing P

Influent Effluent

Kombinasi Pr oses El iminasi N dan P: Pr oses A2/ O

79

ClarifierAnaerobic Anoxic Aerobic

Recycle

Return Sludge

Waste sludge

containing P

InfluentEffluent

Kombinasi Pr oses El iminasi N dan P: F ive St age Bar denpho

Aerobic Anoxic

80

Kombinasi Pr oses El iminasi N dan P: UCT Pr oc ess

ClarifierAnaerobic Anoxic Aerobic

Recycle 1

Return Sludge

Waste sludge

containing P

Influent EffluentAnoxic

Recycle 2

81

Kombinasi Pr oses El iminasi N dan P: VIP Pr ocess

ClarifierAnaerobic Aerobic

Recycle 1

Return Sludge

Waste sludge

containing P

Influent EffluentAnoxic

Recycle 2

82

200-400100-600400100-300% of influentInternal Recycle

50-10050-10050-10020-50% of influentReturn Activated Sludge

1-21-2

2,5-4

1-22-44-122-4

1-22-44-122-4

0,5-1

0,5-1,50,5-5-1,03,5-6,0

hHRT?Anaerobic zone ?Anoxic zone-1?Aerobic zone-1?Anoxic zone-2?Aerobic zone-2

1,5-32-42-43-5g/LMLSS

5-1010-3010-404-27dMCRT

0,1-0,20,1-0,20,1-0,20,15-0,25kgBOD/kgMLVSS.d

F/M ratio

VIPUCTBardenpho (5-stage)

A2/OSatuan

200-400100-600400100-300% of influentInternal Recycle

50-10050-10050-10020-50% of influentReturn Activated Sludge

1-21-2

2,5-4

1-22-44-122-4

1-22-44-122-4

0,5-1

0,5-1,50,5-5-1,03,5-6,0

hHRT?Anaerobic zone ?Anoxic zone-1?Aerobic zone-1?Anoxic zone-2?Aerobic zone-2

1,5-32-42-43-5g/LMLSS

5-1010-3010-404-27dMCRT

0,1-0,20,1-0,20,1-0,20,15-0,25kgBOD/kgMLVSS.d

F/M ratio

VIPUCTBardenpho (5-stage)

A2/OSatuan

Typical Design Information

Chemical-Biological• Chemical precipitation of P and biological removal of

organic matters– Add coagulants before primary clarifies, directly to secondary

basin, or prior to final clarifier• Also benefits in greater BOD and SS removal• High SO4 production (corrosion and odor)• Increase in sludge mass (20-60%)

• Phosphorus removal - biological process– “luxury phosphorus uptake”– manipulate process to encourage bacteria to store excess P

within their cells, when waste

83

• How is P removed by conventional secondary (biological) WWTPs?– Biological assimilation– Biomass = C60H86O23N12P– 0.03 kg P/kg of Biomass– GROW Biomass, WASTE Biomass = REMOVE P

• What would be the effect on sludge production for each of the advanced treatment processes?– “There aren't no such thing as a free lunch.”– REMOVE MORE STUFF = GET MORE SLUDGE– More BOD & TSS Removal MORE SLUDGE– Add chemicals MORE SLUDGE– N & P Removal MORE SLUDGE– Some processes produce more sludge than others:

• Electro/mechanical – some sludge• Biological – more sludge• Chemical – MOST sludge

84