Biakan melekat dan IPAL kecil: tangki septik, biofilter anaerob-aerob, trickling filter, kontaktor biologis putar, dan memilih sistem untuk gedung

Sebuah hotel kecil di daerah wisata memasang IPAL biofilter paket berbahan fiberglass yang ditanam di bawah halaman parkir. Air limbah kamar, dapur, dan laundry kecilnya mengalir ke ruang pengendap, ruang anaerob, ruang aerob dengan blower, lalu ruang pengendap akhir dan bak kontrol. Selama tiga tahun tidak ada keluhan. Lalu tetangga mengeluhkan bau dari saluran di depan hotel, dan air di bak kontrol berwarna hitam keabu-abuan.

Teknisi yang membuka tutup-tutup IPAL menemukan tiga hal. Blower ruang aerob sudah tiga minggu mati karena sekringnya putus, dan tidak ada yang memeriksa karena letaknya di kotak tertutup di sudut parkir. Ruang pengendap dan ruang anaerob penuh lumpur, karena IPAL tidak pernah dikuras sejak dipasang. Dan laundry hotel membuang air bilas pemutih langsung ke IPAL setiap pagi. IPAL biakan melekat dikenal "tidak perlu banyak diurus", tetapi tidak berarti tidak perlu diurus sama sekali. Bab ini menjelaskan cara kerja jenis-jenis IPAL kecil ini dan hal-hal yang menentukan apakah ia bekerja.

Batas pembahasan

Bab ini membahas pengolahan biologis dengan biakan melekat dan IPAL kecil dari sisi teknisi gedung dan operator: perbedaan dengan lumpur aktif, proses anaerob, tangki septik, biofilter anaerob-aerob, trickling filter, kontaktor biologis putar, beban organik dan hidraulik, pemilihan sistem, perawatan, dan gangguan. Rancangan rinci dan perizinan IPAL ditetapkan perancang yang berwenang. Karakteristik air limbah ada di Bab 16; pengolahan pendahuluan dan sedimentasi di Bab 17; lumpur aktif dan kebutuhan udara di Bab 18; biofilm di Bab 5 · Biologi & Mikrobiologi; IPAL laundry di Bab 17 · Laundry; disinfektan di Bab 4 · Biologi & Mikrobiologi; ruang terbatas di Bab 11 · Keselamatan. Sumbernya adalah narasi Teknik Air dan Lingkungan, terutama buku pegangan operasi instalasi, buku matematika operator air limbah, buku pengolahan air limbah industri, dan buku pegangan rancangan plumbing, ditambah pengetahuan umum yang ditandai di peta sumber. Rentang angka ditandai nilai literatur umum; angka contoh adalah angka latihan.

Biakan melekat dan biakan tersuspensi

Pada lumpur aktif di Bab 18, mikroba melayang dalam cairan campuran dan dikembalikan dari bak pengendap. Pada biakan melekat, mikroba tumbuh sebagai lapisan biofilm di permukaan media: batu, plastik bergelombang, sarang tawon, bola plastik, atau cakram. Narasi Teknik Air dan Lingkungan mengutip buku pegangan rancangan plumbing bahwa biofilm terbentuk ketika bakteri melekat pada permukaan padat dan membungkus dirinya dengan polisakarida lengket, proses yang sama dengan biofilm di pipa dan mesin pada Bab 5 · Biologi & Mikrobiologi. Di IPAL, biofilm ini sengaja ditumbuhkan.

Perbedaan yang penting bagi operator (nilai literatur umum):

1. Tidak ada MLSS yang diatur: banyaknya mikroba ditentukan luas media dan beban, tidak oleh lumpur balik dan lumpur buang.
2. Lebih tahan perubahan beban: biofilm yang tebal tidak tersapu oleh semburan debit, sehingga cocok untuk debit yang tidak merata.
3. Energi lebih kecil: sebagian jenis tidak memerlukan blower, atau memerlukan udara lebih sedikit.
4. Biofilm terlepas sendiri: lapisan yang tua dan tebal terlepas dari media dan harus diendapkan sesudahnya. Narasi yang sama mengutip buku matematika operator air limbah bahwa bahan yang terlepas dari media itu disebut lapisan lepasan.
5. Media dapat tersumbat: bila beban padatan atau lemak terlalu tinggi, atau biofilm tumbuh terlalu tebal.

Proses anaerob

Narasi Teknik Air dan Lingkungan mengutip buku matematika operator air limbah bahwa penguraian anaerob berlangsung tanpa oksigen bebas. Bakteri anaerob mengurai bahan organik bertahap menjadi asam organik, lalu menjadi gas metana dan karbon dioksida. Prosesnya lebih lambat dari penguraian aerob, menghasilkan lumpur lebih sedikit, dan tidak memerlukan listrik untuk aerasi.

Narasi yang sama mengutip buku pengolahan air limbah industri tentang reaktor anaerob yang menyisihkan COD 85 persen dan menghasilkan biogas, dan bahwa reaktor selimut lumpur aliran ke atas, reaktor bermedia tetap, dan reaktor hamparan terfluidisasi juga dipakai. Untuk IPAL gedung, bagian anaerob biasanya berupa ruang bermedia atau ruang pengendap tertutup.

Hal yang perlu diingat (nilai literatur umum):

1. Gas berbahaya: metana mudah terbakar, dan hidrogen sulfida beracun serta berbau telur busuk. Ruang anaerob tidak dimasuki tanpa prosedur ruang terbatas di Bab 11 · Keselamatan.
2. Suhu: proses anaerob melambat pada suhu rendah; iklim tropis menguntungkan.
3. Zat penghambat: narasi yang sama mengutip buku pengolahan air limbah industri tentang daftar penghambat umum penguraian anaerob. Klorin, disinfektan, logam, dan pH ekstrem dari laundry termasuk di dalamnya.
4. Penyisihan tidak lengkap: efluen anaerob masih membawa BOD dan berbau, sehingga hampir selalu diikuti pengolahan aerob.

Tangki septik

Tangki septik adalah bak tertutup bersekat tempat padatan mengendap dan sebagian bahan organik diurai secara anaerob. Lumpur menumpuk di dasar, buih dan lemak di permukaan, dan cairan di tengah mengalir keluar ke pengolahan berikutnya atau ke bidang resapan (nilai literatur umum).

Tangki septik sederhana, murah, dan tidak memerlukan listrik, tetapi penyisihannya terbatas: efluennya masih membawa sebagian besar BOD terlarut, bakteri, dan bau. Untuk gedung komersial, tangki septik biasanya hanya tahap pertama. Lumpurnya harus dikuras berkala, biasanya setiap beberapa tahun menurut volume ruang lumpur dan jumlah pemakai; tangki yang tidak pernah dikuras penuh lumpur, sehingga padatan langsung terbawa keluar dan menyumbat unit berikutnya atau bidang resapan.

Biofilter anaerob-aerob

Biofilter anaerob-aerob adalah susunan yang banyak dipakai untuk IPAL paket gedung, hotel, dan klinik. Urutan yang umum (nilai literatur umum):

1. Ruang pengendap awal: menangkap padatan dan lemak, berfungsi seperti tangki septik.
2. Biofilter anaerob: satu atau beberapa ruang berisi media; air mengalir melewati media dan bahan organik sebagian diurai tanpa oksigen.
3. Biofilter aerob: ruang berisi media dengan udara dari blower yang dihembuskan dari bawah; biofilm aerob menyelesaikan penguraian, dan amonia dapat diubah menjadi nitrat.
4. Ruang pengendap akhir: biofilm yang terlepas diendapkan.
5. Sirkulasi balik: sebagian air dari ruang pengendap akhir dipompa kembali ke ruang anaerob, sehingga nitrat diubah menjadi gas nitrogen dan lumpur ikut kembali.
6. Desinfeksi dan bak kontrol: bila izin mensyaratkan, klorin atau sinar ultraviolet sebelum air dibuang; bak kontrol untuk mengambil sampel.

Media yang dipakai berupa plastik sarang tawon, bola plastik berongga, atau bahan lain dengan luas permukaan spesifik, misalnya sekitar 150 sampai 250 m² per m³ (nilai literatur umum). Narasi Teknik Air dan Lingkungan mengutip buku pegangan operasi instalasi tentang gambar media yang menunjukkan kegiatan biologis di permukaannya. Media yang luas permukaannya besar menampung lebih banyak biofilm, tetapi juga lebih mudah tersumbat bila beban padatan tinggi.

Trickling filter

Trickling filter adalah bak berisi media batu atau plastik tempat air limbah dipercikkan dari atas oleh lengan penyebar yang berputar, lalu menetes melewati biofilm di permukaan media. Udara masuk dari bawah secara alami. Narasi Teknik Air dan Lingkungan mengutip buku pegangan operasi instalasi tentang diagram alir trickling filter untuk pengolahan air limbah, dan buku matematika operator air limbah tentang parameter rancangan dan operasi kunci trickling filter.

Sebagian air dari keluaran filter atau bak pengendap sering dikembalikan ke atas filter. Narasi yang sama mengutip buku matematika operator bahwa debit total ke trickling filter adalah debit masuk ditambah debit resirkulasi. Resirkulasi menjaga media tetap basah, mengencerkan air limbah yang kuat, dan membantu melepas biofilm tua secara teratur. Gangguan yang khas adalah genangan di permukaan media karena tersumbat, bau, dan lalat kecil bila media terlalu lama kering.

Kontaktor biologis putar

Kontaktor biologis putar terdiri dari deretan cakram plastik pada poros yang berputar pelan, dengan sebagian cakram terendam air limbah, biasanya sekitar 40 persen, dan berputar sekitar satu sampai dua putaran per menit (nilai literatur umum). Biofilm di cakram bergantian menyerap bahan organik saat terendam dan mengambil oksigen saat di udara. Narasi Teknik Air dan Lingkungan mengutip buku pegangan operasi instalasi tentang penampang kontaktor biologis putar dan bahwa unit modularnya dipasang berurutan.

Kelebihannya adalah kebutuhan energi kecil dan pengoperasian sederhana. Kelemahannya terletak pada bagian mekanis: poros, bantalan, dan penggerak harus dirawat, dan biofilm yang terlalu berat dapat membebani poros sampai patah. Narasi yang sama mengutip buku matematika operator tentang menentukan luas media yang diperlukan dan tentang beban hidraulik pada kontaktor ini.

Beban organik dan beban hidraulik

Dua angka menilai apakah unit biakan melekat sesuai dengan air limbah yang datang. Narasi Teknik Air dan Lingkungan mengutip buku matematika operator air limbah tentang definisi beban organik dan beban hidraulik dengan rumus. Dalam satuan SI, beban organik volumetrik adalah:

dalam kg BOD per m³ media per hari, dengan $Q$ dalam m³/hari, BOD dalam mg/L, dan $V_m$ volume media dalam m³. Untuk media dengan luas permukaan spesifik $a$, beban per luas permukaan adalah:

dalam g BOD per m² per hari. Beban hidraulik adalah debit, termasuk resirkulasi, dibagi luas permukaan atas unit:

dengan $R$ perbandingan resirkulasi, yaitu debit resirkulasi dibagi debit masuk. Narasi yang sama mengutip buku matematika operator tentang rumus perbandingan resirkulasi. Beban organik yang terlalu tinggi membuat biofilm tumbuh terlalu tebal dan bagian dalamnya membusuk; beban hidraulik yang terlalu rendah membuat sebagian media kering, sedangkan yang terlalu tinggi menyapu biofilm. Batas angka untuk setiap jenis media dan unit diambil dari perancang dan pembuatnya.

Memilih sistem untuk gedung

Pertimbangan yang umum saat memilih atau menilai IPAL kecil (nilai literatur umum):

1. Debit dan beban: dihitung dari karakteristik air limbah seperti di Bab 16, termasuk debit puncak dan air limbah laundry yang tidak merata.
2. Lahan: IPAL paket yang ditanam memerlukan lahan kecil; trickling filter dan kolam memerlukan lahan lebih luas.
3. Listrik: lumpur aktif dan biofilter aerob memerlukan blower yang bekerja terus; tangki septik dan biofilter anaerob tidak.
4. Kemampuan operator: lumpur aktif memerlukan pengamatan dan kendali harian; biakan melekat lebih toleran, tetapi tetap memerlukan pemeriksaan teratur.
5. Mutu efluen yang disyaratkan: tangki septik saja jarang cukup untuk izin gedung komersial; biofilter anaerob-aerob atau lumpur aktif diperlukan, kadang ditambah filtrasi dan desinfeksi.
6. Air limbah laundry: pH, suhu, disinfektan, dan surfaktan dapat mengganggu biofilm. Pengolahan pendahuluan dan ekualisasi di Bab 17 sering diperlukan sebelum air limbah laundry digabung.
7. Lumpur dan akses: semua sistem menghasilkan lumpur; jalan bagi truk penyedot dan lubang kuras yang mudah dibuka menentukan apakah pengurasan benar-benar dilakukan.

Perawatan dan gangguan IPAL paket

Pemeriksaan teratur yang umum (nilai literatur umum):

1. Blower: bekerja, suara dan suhu normal, saringan udara bersih, dan ada tanda yang terlihat atau alarm bila mati. Gelembung udara harus tampak merata di permukaan ruang aerob.
2. Ketinggian lumpur: diukur di ruang pengendap awal, ruang anaerob, dan ruang pengendap akhir; pengurasan dijadwalkan sebelum lumpur memenuhi ruangnya.
3. Media: tidak tergenang di atasnya dan tidak berbau busuk di ruang aerob; media yang tersumbat dibersihkan menurut petunjuk pembuat.
4. Pompa sirkulasi: bekerja dan debitnya sesuai setelan.
5. Bak kontrol: warna, bau, dan kejernihan air keluaran diamati; sampel diambil menurut jadwal pemantauan.
6. Masukan dari hulu: laundry dan dapur tidak membuang bahan kimia pekat, minyak, atau pemutih dalam jumlah besar sekaligus.

Gejala dan penyebab yang umum:

1. Air keluaran hitam dan berbau: ruang aerob kehabisan udara, atau lumpur penuh sehingga air anaerob langsung keluar.
2. Air keluaran keruh dengan serpihan: biofilm terlepas berlebihan, ruang pengendap akhir penuh lumpur, atau beban mendadak.
3. Busa tebal di ruang aerob: surfaktan dari laundry, atau biofilm muda setelah gangguan.
4. Bau di sekitar IPAL: tutup tidak rapat, ventilasi tersumbat, atau ruang aerob kekurangan udara.
5. Kinerja turun mendadak setelah pagi tertentu: pembuangan pemutih, disinfektan, atau bahan kimia lain yang membunuh biofilm. Disinfektan yang efektif di laundry, seperti di Bab 4 · Biologi & Mikrobiologi, juga efektif terhadap biofilm IPAL.

Memulai IPAL baru dan memulihkan setelah gangguan

Biofilm tidak langsung ada ketika IPAL baru diisi air. Pada iklim tropis, biofilm yang cukup biasanya terbentuk dalam beberapa minggu, dan bagian anaerob memerlukan waktu lebih lama (nilai literatur umum). Selama masa itu, mutu efluen belum mencerminkan kemampuan IPAL sebenarnya. Cara yang umum untuk mempercepat dan menjaga masa awal:

1. Pembibitan: lumpur dari IPAL lain yang sehat atau dari tangki septik ditambahkan sebagai sumber mikroba, menurut petunjuk perancang.
2. Beban bertahap: air limbah dimasukkan sedikit demi sedikit, atau laundry disambungkan setelah bagian domestik berjalan baik.
3. Blower bekerja sejak awal, supaya ruang aerob tidak menjadi anaerob sebelum biofilm aerob terbentuk.
4. Pengamatan lebih sering: warna dan bau ruang aerob, gelembung udara, dan kejernihan bak kontrol dicatat setiap hari selama bulan pertama.

Setelah gangguan, seperti blower mati berminggu-minggu atau pembuangan pemutih, langkahnya serupa: penyebab dihentikan dulu, lumpur yang berlebihan dikuras, udara dipulihkan, lalu beban dinaikkan bertahap. Pemulihan biasanya memerlukan beberapa minggu, sehingga pemilik perlu diberi tahu bahwa air keluaran tidak langsung jernih pada hari blower diperbaiki.

Contoh kerja

Contoh 1: penyisihan bertahap. Air limbah 20 m³/hari dengan BOD 300 mg/L. Ruang pengendap dan biofilter anaerob menyisihkan sekitar 50 persen (angka latihan), sehingga BOD masuk ke biofilter aerob 150 mg/L. Biofilter aerob menyisihkan 80 persen dari sisanya, sehingga BOD keluaran sekitar 30 mg/L, atau 90 persen secara keseluruhan.

Contoh 2: beban organik biofilter aerob. BOD 150 mg/L pada 20 m³/hari membawa 3 kg/hari. Media aerob 6 m³ memberi $B_v = 3/6 = 0{,}5$ kg BOD/m³/hari. Bila batas rancangan yang dipakai 0,5 kg BOD/m³/hari (angka latihan), unit ini bekerja tepat di batas; penambahan debit dari laundry akan melampauinya.

Contoh 3: beban per luas media. Media 6 m³ dengan luas spesifik 200 m²/m³ memberi 1.200 m² permukaan. Beban $3.000/1.200 = 2{,}5$ g BOD/m²/hari.

Contoh 4: beban hidraulik trickling filter. Trickling filter berdiameter 3 m mempunyai luas $\pi \times 1{,}5^2 = 7{,}07$ m². Debit masuk 20 m³/hari dengan resirkulasi $R = 1$ memberi $q = 20 \times 2/7{,}07 = 5{,}7$ m³/m²/hari.

Contoh 5: beban organik trickling filter. Media setinggi 1,8 m pada luas 7,07 m² bervolume 12,7 m³. Dengan BOD masuk 150 mg/L pada 20 m³/hari, $B_v = 3/12{,}7 = 0{,}24$ kg BOD/m³/hari. Resirkulasi tidak menambah beban organik, karena BOD air resirkulasi sudah rendah, tetapi menambah beban hidraulik.

Contoh 6: kontaktor biologis putar. Kontaktor dengan luas cakram 2.000 m² menerima 20 m³/hari dengan BOD 150 mg/L. Beban hidraulik $20/2.000 = 0{,}01$ m³/m²/hari atau 10 L/m²/hari, dan beban organik $3.000/2.000 = 1{,}5$ g BOD/m²/hari.

Contoh 7: udara untuk biofilter aerob. BOD yang disisihkan di biofilter aerob $3 \times 0{,}8 = 2{,}4$ kg/hari. Dengan 1,5 kg oksigen per kg BOD dan efisiensi perpindahan 5 persen untuk diffuser gelembung kasar di ruang dangkal (angka latihan), udara yang diperlukan $2{,}4 \times 1{,}5/(0{,}28 \times 0{,}05) = 257$ m³/hari, sekitar 0,18 m³/menit, ditambah cadangan. Tanpa blower, kebutuhan oksigen itu tidak terpenuhi sama sekali, seperti pada kasus pembuka.

Contoh 8: jadwal pengurasan. Ruang pengendap awal mempunyai ruang lumpur 3 m³, dan pengukuran menunjukkan lumpur bertambah sekitar 0,1 m³ per bulan (angka latihan). Ruang itu penuh dalam sekitar 30 bulan. Pengurasan dijadwalkan setiap sekitar dua tahun, dengan pengukuran ketinggian lumpur setiap tiga bulan untuk memastikan.

Contoh 9: pemutih dari laundry. Laundry membuang 2 m³ air bilas pemutih dengan klorin tersedia sekitar 100 mg/L ke IPAL dalam waktu singkat. Klorin yang masuk sekitar 200 g. Bila bercampur dengan 20 m³ air di ruang-ruang awal IPAL, kadarnya sekitar 10 mg/L, cukup untuk merusak sebagian biofilm. Pembuangan dapat diatur bertahap, digabung dulu dengan air limbah lain di bak ekualisasi, atau klorinnya dinetralkan lebih dulu, menurut keputusan perancang.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan minta keputusan perancang, penyelia, atau pemilik IPAL bila:

1. Pekerjaan memerlukan masuk ke ruang IPAL, terutama ruang anaerob dan pengendap, tanpa izin masuk ruang terbatas, uji udara, ventilasi, dan penjaga.
2. Ada nyala api, percikan, atau pekerjaan panas di dekat lubang ruang anaerob yang dapat mengandung metana.
3. Panel blower atau pompa harus dibuka tanpa isolasi energi listrik.
4. Lumpur hasil pengurasan akan dibuang ke tempat yang tidak diizinkan.
5. Air limbah meluap dari IPAL ke saluran umum atau tanah sekitar.

Salah tafsir yang sering terjadi

1. "IPAL biofilter tidak perlu diurus." Blower, lumpur, media, dan pompa sirkulasi tetap memerlukan pemeriksaan teratur.
2. "Tangki septik sudah cukup untuk gedung komersial." Efluen tangki septik masih membawa BOD, bakteri, dan bau; jarang memenuhi izin tanpa pengolahan lanjutan.
3. "Lumpur tidak ada di biakan melekat." Biofilm yang terlepas dan padatan yang mengendap menjadi lumpur yang harus dikuras.
4. "Ruang anaerob aman dibuka dan dimasuki karena tidak ada mesin." Gas metana dan hidrogen sulfida membuatnya ruang terbatas yang berbahaya.
5. "Resirkulasi menambah beban organik." Resirkulasi menambah beban hidraulik dan membantu proses; beban organiknya tetap dari air limbah yang masuk.
6. "Biofilm tahan semua bahan kimia." Biofilm lebih tahan dari mikroba bebas, tetapi pemutih, disinfektan, dan pH ekstrem dalam jumlah besar tetap merusaknya.
7. "Blower yang berbunyi berarti udara sampai." Pipa udara bocor atau diffuser tersumbat membuat blower berbunyi normal tetapi gelembung tidak muncul di ruang aerob.

Hubungan dengan bab lain

Bab 16 memberi karakteristik air limbah, Bab 17 pengolahan pendahuluan, Bab 18 lumpur aktif dan kebutuhan udara, Bab 5 · Biologi & Mikrobiologi biofilm, Bab 17 · Laundry IPAL laundry, Bab 4 · Biologi & Mikrobiologi disinfektan, dan Bab 11 · Keselamatan ruang terbatas. Bab berikutnya di rak ini membahas filtrasi media dan karbon aktif.

Latihan dan pembahasan

1. Biofilter aerob bermedia 4 m³ menerima 15 m³/hari dengan BOD 160 mg/L. Berapa beban organik volumetriknya?
2. Media itu berluas spesifik 180 m²/m³. Berapa beban per luas permukaan?
3. Trickling filter berluas 5 m² menerima 12 m³/hari dengan resirkulasi 1,5 kali debit masuk. Berapa beban hidraulik?
4. Mengapa ruang anaerob harus diperlakukan sebagai ruang terbatas?
5. Air keluaran IPAL biofilter hitam dan berbau busuk. Apa dua hal yang diperiksa pertama?
6. Pemilik ingin menyambungkan laundry baru ke IPAL biofilter gedung. Apa yang harus dinilai lebih dulu?

Kunci jawaban beralasan

1. Beban BOD $15 \times 160/1.000 = 2{,}4$ kg/hari, jadi $B_v = 2{,}4/4 = 0{,}6$ kg BOD/m³/hari.
2. Luas permukaan $4 \times 180 = 720$ m², jadi beban $2.400/720 = 3{,}3$ g BOD/m²/hari.
3. $q = 12 \times (1 + 1{,}5)/5 = 6$ m³/m²/hari.
4. Ruang anaerob tertutup, berventilasi buruk, dan menghasilkan metana yang mudah terbakar serta hidrogen sulfida yang beracun, sedangkan oksigennya dapat kurang. Masuk memerlukan uji udara, ventilasi, izin, dan penjaga.
5. Pertama, apakah blower bekerja dan udara benar-benar keluar di ruang aerob. Kedua, ketinggian lumpur di ruang pengendap dan anaerob, karena ruang yang penuh membuat air anaerob langsung keluar.
6. Debit dan beban laundry, termasuk puncaknya; pH, suhu, minyak, surfaktan, dan disinfektan; apakah volume media dan blower masih cukup setelah beban ditambah; dan apakah diperlukan ekualisasi atau pengolahan pendahuluan terpisah. Keputusan akhirnya di tangan perancang.

Referensi