Limbah cair laundry dan IPAL

Selama 30 hari, sebuah studi mengambil sampel air limbah satu laundry komersial di Brasil. pH air limbah rata-rata sekitar 5,6 dengan rentang 3,3 sampai 6,8, sepertiga sampel berada di bawah rentang pH 5 sampai 9 yang dipakai sebagai acuan di lokasi studi, dan konsentrasi surfaktan anionik berkisar dari sekitar 12 sampai lebih dari 1.000 mg/L. Limbah laundry tidak selalu basa, dan tidak seragam.

Angka itu sejalan dengan cara praktik laundry memandang limbah: limbah bukan anomali, melainkan hasil langsung dari cara sistem dirancang dan dijalankan, dan ia membawa jejak keputusan yang diambil pada air, kimia, arsitektur proses, mesin, dan panas. Instalasi pengolahan air limbah (IPAL, wastewater treatment plant) adalah rangkaian unit yang mengolah air limbah fasilitas, dan perannya adalah penjaga keseimbangan, bukan tempat membuang kesalahan.

Batas pembahasan

Bab ini membahas limbah cair dari proses cuci sebagai akibat proses dan sebagai alat diagnosis: sumber beban, fluktuasi, parameter, pengambilan sampel, ekualisasi, dan batas IPAL. Setiap keputusan di bab-bab sebelumnya, dari dosis alkali sampai jumlah bilasan, akhirnya muncul di saluran buang. Alur pengolahan air limbah dan desain unitnya dibahas di Bab 2 · Air & Pengolahan Air tentang aliran pengolahan air dan air limbah dan di Bab 3 · Air & Pengolahan Air tentang koagulasi, pemisahan, filtrasi, dan desinfeksi. Baku mutu yang berlaku ditentukan oleh jenis usaha, lokasi, dan persetujuan teknis atau izin pembuangan masing-masing fasilitas, misalnya ketentuan air limbah domestik bila laundry bergabung dengan IPAL hotel atau ketentuan daerah untuk usaha laundry. Bab ini tidak menyalin angka baku mutu; fasilitas mengambilnya dari dokumen izinnya sendiri.

Sumber beban dari tiap tahap

Beban (load) limbah adalah massa suatu zat yang dibawa air limbah dalam satu periode. Praktik laundry mengenal tiga asal beban limbah: sisa kimia yang tidak terbilas sempurna, kotoran yang terlepas dari linen, dan air bilasan yang dipakai untuk menjaga hasil akhir. Bila dipetakan ke tahap program dari Bab 11 tentang arsitektur program cuci:

Dua sifat langsung terlihat. Pertama, beban organik dan kimia terkumpul di awal program, sedangkan debit terbesar ada di bilasan. Kedua, pH air buang berubah dari basa kuat ke asam dalam satu siklus. Studi di atas tidak menjelaskan penyebab pH asamnya, dan tidak satu pun dari 30 sampelnya bersifat basa. Titik pengambilan sampel, porsi air bilas akhir, dan jenis kimia yang dipakai adalah kemungkinan yang belum diuji; yang dapat dipastikan hanyalah bahwa pH limbah laundry tidak dapat diandaikan dari pH cuci utama.

Penambahan kimia untuk mengompensasi masalah lain, kenaikan suhu, atau perpanjangan waktu proses sering berujung pada limbah yang lebih berat, bukan proses yang lebih efektif. Hubungan ini adalah bentuk lain dari pelajaran Bab 5 tentang lima faktor pencucian: kompensasi di hulu punya harga di hilir.

Debit, konsentrasi, dan beban

Fluktuasi adalah sifat bawaan limbah laundry: debit dan konsentrasi mengikuti ritme produksi, jam sibuk, jenis linen, dan variasi proses. Satu mesin besar membuang ratusan liter dalam satu atau dua menit pada setiap pembuangan, lalu tidak membuang apa-apa selama tahap berikutnya berjalan. Beberapa mesin yang dijadwalkan bersamaan menghasilkan puncak debit yang jauh di atas rata-rata harian.

Konsentrasi juga berubah. Studi laundry komersial tidak menemukan pola dalam konsentrasi bahan organik selama periode pengambilan sampel, dan mencatat konsentrasi kebutuhan oksigen kimiawi yang sangat bervariasi. Sampel sesaat (grab sample) adalah sampel yang diambil sekali pada satu waktu, sedangkan sampel komposit (composite sample) adalah campuran sampel kecil yang diambil berkala selama periode tertentu. Akibat praktisnya: satu sampel sesaat tidak mewakili limbah laundry. Penilaian beban memerlukan sampel komposit yang mengikuti debit, atau sampel dari bak ekualisasi yang sudah tercampur.

Beban dan debit rata-rata dihitung dengan

$$m = C\, V, \qquad \bar{Q} = \frac{V}{t}$$

dengan $C$ konsentrasi dalam mg/L, $V$ volume air buang dalam L, dan $m$ beban dalam mg (1 kg = $10^6$ mg); untuk debit rata-rata $\bar{Q}$ dalam m³/jam, $V$ ditulis dalam m³ dan $t$ adalah jam operasi. Rumus beban hanya bermakna bila $C$ mewakili seluruh volume, sehingga $C$ diambil dari sampel komposit; Contoh 1 menghitung neraca beban harian.

Parameter yang diukur

Parameter berikut umum dipakai untuk limbah laundry. Angka contoh berasal dari satu studi laundry komersial dan bukan acuan umum.

Kebutuhan oksigen kimiawi (chemical oxygen demand, COD) dan kebutuhan oksigen biokimiawi (biochemical oxygen demand, BOD) dijelaskan di Bab 1 · Air & Pengolahan Air tentang mutu air dan parameter yang benar-benar diukur dan di Bab 2 · Air & Pengolahan Air tentang aliran pengolahan air dan air limbah. Untuk laundry, perbandingan BOD terhadap COD memberi petunjuk seberapa besar beban organik dapat diolah secara biologis, karena sebagian surfaktan dan pengkelat terurai lambat.

Mengambil sampel yang mewakili

Karena limbah laundry berfluktuasi, cara pengambilan sampel menentukan arti angkanya. Tiga aturan kerja dipakai rak ini.

1. Komposit menurut debit. Sampel kecil diambil berkala sepanjang jam operasi, dan volume tiap sampel sebanding dengan debit saat itu, lalu dicampur: $v_i = V_{\text{komposit}}\, Q_i / \sum Q$, dengan $v_i$ volume sampel ke-$i$ dan $Q_i$ debit saat sampel itu diambil (Contoh 2). Hasilnya mewakili beban rata-rata. Bila debit tidak diukur, sampel dari keluaran bak ekualisasi yang tercampur baik adalah pendekatan terbaik.
2. Ukur di tempat untuk parameter yang cepat berubah. pH dan suhu diukur segera di lapangan, karena keduanya berubah dalam wadah, seperti dibahas di Bab 9 tentang pH dan pengukuran kimia.
3. Ikuti laboratorium untuk parameter lain. Wadah, pengawetan, dan batas waktu analisis COD, BOD, minyak dan lemak, serta surfaktan mengikuti ketentuan laboratorium yang dipakai, dan setiap sampel dicatat waktu, titik, dan keadaan produksinya. Oksidator sisa, seperti klorin atau hidrogen peroksida, mengganggu uji BOD dan COD, sehingga keberadaannya dicatat dan penanganannya mengikuti aturan laboratorium.

Titik penaatan (compliance point) adalah titik tempat baku mutu dinilai, dan titik itu ditetapkan dalam izin. Sampel dari saluran satu mesin berguna untuk diagnosis proses, tetapi tidak dipakai untuk menilai penaatan.

Pengambilan sampel air limbah membawa bahaya kimia dan biologis. Air buang cuci utama panas dan basa, air bilas akhir dapat asam, dan limbah laundry layanan kesehatan membawa bahaya biologis. Sampel diambil dari titik yang ditetapkan dengan sarung tangan dan pelindung mata, dan bak atau sumur pengumpul tidak dimasuki tanpa prosedur ruang terbatas, karena limbah yang membusuk dapat menghasilkan hidrogen sulfida yang beracun dan oksigen dapat kurang; prosedur itu mencakup pengukuran gas, ventilasi, dan orang siaga di luar. Air buang cuci utama dapat melukai bila terpercik saat panas. Pekerja yang menangani limbah laundry layanan kesehatan menjaga kebersihan tangan dan mengikuti program vaksinasi fasilitas.

Ekualisasi dan penyangga

Bak ekualisasi (equalization tank) adalah bak yang menampung air buang dari jadwal pembuangan yang tidak rata lalu mengalirkannya ke pengolahan dengan debit dan mutu yang lebih tetap. Stabilitas adalah tujuan utama IPAL, bukan hasil terbaik sesekali, dan penyangga adalah bagian arsitektur sistem limbah yang menghaluskan fluktuasi debit dan konsentrasi; memperbesar kapasitas tanpa mengelola aliran dan beban yang masuk tidak memberi kestabilan. Bak ekualisasi melakukan tiga hal untuk limbah laundry.

Meratakan debit. Puncak pembuangan ditampung lalu dialirkan ke pengolahan dengan debit yang lebih tetap.

Mencampur pH. Air buang basa dari cuci utama dan air buang asam dari bilas akhir bercampur dan sebagian saling menetralkan, sehingga koreksi pH yang diperlukan lebih kecil dan lebih stabil. pH campuran bukan rata-rata pH aliran; hasilnya ditentukan oleh alkalinitas dan keasaman tiap aliran, seperti dibahas di Bab 9 tentang pH dan pengukuran kimia. Air buang pemutih klorin yang bertemu air bilas akhir yang asam di bak dapat melepaskan gas klorin, sehingga bak diberi ventilasi dan klorin sisa dikendalikan di hulu.

Mendinginkan. Air buang panas bercampur dengan air bilasan yang lebih dingin dan kehilangan panas di bak. Bila kalor jenis semua aliran dianggap sama dan kehilangan panas diabaikan, suhu campuran $T_{\text{campur}} = \sum V_i T_i / \sum V_i$, dengan $V_i$ volume dan $T_i$ suhu tiap aliran (Contoh 3).

Ukuran bak ekualisasi ditentukan oleh pola pembuangan harian, bukan hanya volume harian. Bab 2 · Air & Pengolahan Air tentang aliran pengolahan air dan air limbah membahas dasar ekualisasi, dan Contoh 1 menghitung debit rata-rata dan beban harian sebagai titik awal. Penyaring serat sebelum bak ekualisasi dan pompa mengurangi penyumbatan, karena serat lepas dari linen dan pasir dari kotoran menumpuk di saluran dan pompa.

Rangkaian pengolahan yang umum

Rangkaian pengolahan limbah laundry biasanya dimulai dari penyaringan serat dan pasir, ekualisasi, dan penyesuaian pH, lalu diikuti pengolahan fisika-kimia seperti koagulasi dan flokulasi untuk padatan dan sebagian surfaktan, dan pengolahan biologis untuk bahan organik terlarut. Surfaktan yang tinggi dapat menimbulkan busa di bak aerasi dan mengganggu perpindahan oksigen. Pilihan rangkaian dan rancangannya dibahas di Bab 2 · Air & Pengolahan Air dan Bab 3 · Air & Pengolahan Air tentang pengolahan air limbah; yang ditekankan di sini adalah bahwa setiap unit bekerja lebih stabil bila beban dari hulu stabil.

IPAL sebagai cermin hulu

IPAL yang sering bermasalah adalah sinyal tentang proses di hulu, dan perubahan mendadak pada karakter limbah sering berkorelasi dengan perubahan proses pencucian. Limbah juga indikator yang jujur: perubahan warna, bau, atau kestabilan limbah sering memberi petunjuk lebih awal tentang ketidakseimbangan sistem dibandingkan keluhan hasil cuci. Beberapa hubungan yang dapat dipakai:

Tabel ini adalah hipotesis awal untuk diuji dengan data proses, sejalan dengan cara berpikir di Bab 3 · Sistem, Diagram & Diagnosis tentang gejala, hipotesis, dan uji pembeda; perubahan limbah menunjuk arah, bukan sebab yang pasti. Log dosis dan log program menjadi pembanding yang paling berguna.

Batas IPAL dan tanggung jawab proses

IPAL memiliki batas, dan bila batas itu terus dilampaui, perbaikan yang hanya berfokus pada IPAL makin mahal dan tidak efektif; tanggung jawab kembali ke sistem secara keseluruhan. Beberapa beban lebih murah dicegah di hulu daripada diolah di hilir:

• dosis kimia berlebih karena dispenser tidak dikalibrasi atau formula tidak diskalakan, seperti di Bab 1 · Dispensing Kimia tentang kalibrasi dispenser peristaltik dan Bab 12 tentang penskalaan dosis;
• cuci ulang yang menggandakan kimia, air, dan beban limbah untuk linen yang sama;
• klorin sisa yang dapat mengganggu pengolahan biologis;
• pH ekstrem dari pembuangan satu jenis tahap tanpa pencampuran.

Pengurangan di hulu juga mengubah beban limbah secara terukur, sehingga dampak perubahan formula dapat dibuktikan dengan sampel komposit sebelum dan sesudah perubahan, dinormalkan per kilogram linen, dan diulang beberapa hari karena variasinya besar.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya. Sampel diambil dari titik yang ditetapkan dengan sarung tangan dan pelindung mata, dan bak atau sumur pengumpul tidak dimasuki tanpa prosedur ruang terbatas.

Contoh 1: neraca beban harian di laundry hotel. Laundry sebuah hotel menjalankan tiga mesin, masing-masing 8 siklus per hari. Setiap siklus memakai sekitar 1.200 L air. Konsentrasi COD rata-rata komposit air buang, dari sampel mengikuti debit, 1.500 mg/L. Volume harian:

$$V = 3 \times 8 \times 1.200 = 28.800\ \text{L} \approx 28{,}8\ \text{m}^3$$

Beban COD harian:

$$m_{\text{COD}} = 1.500\ \text{mg/L} \times 28.800\ \text{L} = 43.200.000\ \text{mg} \approx 43\ \text{kg/hari}$$

Bila operasi berjalan 10 jam, debit rata-rata sekitar 2,9 m³/jam. Puncaknya jauh lebih besar: bila dua mesin membuang 300 L bersamaan dalam 2 menit, debit sesaat mencapai 600 L per 2 menit, setara 18 m³/jam, sekitar enam kali rata-rata. Puncak inilah yang menentukan volume bak ekualisasi serta ukuran saluran dan pompa yang mengisinya, sedangkan pompa dari bak ke pengolahan dirancang mendekati debit rata-rata; itulah tujuan ekualisasi.

Contoh 2: sampel komposit menurut debit di IPAL hotel. Teknisi IPAL sebuah hotel mengambil satu sampel tiap jam selama empat jam, dengan debit 1,5; 4,5; 3,0; dan 1,0 m³/jam, untuk komposit 2,0 L. Volume tiap sampel sebanding debitnya:

$$v_i = V_{\text{komposit}} \times \frac{Q_i}{\sum Q} = 2{,}0\ \text{L} \times \frac{Q_i}{10{,}0}$$

Hasilnya 300, 900, 600, dan 200 mL. Bila tiap jam diambil sama banyak, 500 mL, jam keempat yang hanya membawa 10% debit mendapat bobot 25%, dan komposit tidak lagi mewakili beban rata-rata. pH dan suhu tetap diukur di tempat pada setiap pengambilan.

Contoh 3: suhu campuran air buang. Dalam satu jam, bak ekualisasi menerima 400 L air buang cuci utama pada 70 °C dan 1.600 L air bilasan pada 35 °C. Anggap kalor jenis sama dan abaikan kehilangan panas:

$$T_{\text{campur}} = \frac{400 \times 70 + 1.600 \times 35}{2.000} = \frac{28.000 + 56.000}{2.000} = 42\ \text{°C}$$

Suhu ini lebih rendah daripada air buang cuci utama, tetapi masih di atas suhu yang sesuai bagi sebagian proses biologis. Bila jadwal membuat beberapa mesin membuang cuci utama bersamaan tanpa bilasan, suhu sesaat bak naik jauh lebih tinggi. Ekualisasi yang cukup dan, bila dinilai layak, pemulihan panas dari air buang seperti di Bab 16 tentang panas dan utilitas laundry menurunkan suhu yang masuk pengolahan.

Contoh 4: memangkas bilasan. Program memakai tiga bilasan masing-masing 300 L dan satu bilas akhir 150 L, ditambah pracuci 300 L dan cuci utama 200 L, total 1.550 L per siklus. Massa kimia yang akhirnya dibuang dianggap tetap 2,0 kg per siklus, karena dosis tidak berubah. Konsentrasi rata-rata kimia di air buang:

$$C_{3} = \frac{2.000\ \text{g}}{1.550\ \text{L}} \approx 1{,}29\ \text{g/L}$$

Bila satu bilasan dipangkas, volume menjadi 1.250 L dan konsentrasi rata-rata $2.000/1.250 = 1{,}60$ g/L, naik sekitar 24%. Massa kimia tetap adalah pendekatan pertama. Air berkurang 300 L, tetapi massa kimia yang dibuang tidak berkurang, dan Bab 11 tentang arsitektur program menunjukkan bahwa sisa di linen dan kebutuhan penetral justru naik. Penghematan air yang sebenarnya menurunkan beban limbah adalah yang disertai penurunan dosis kimia yang terbukti tidak mengurangi hasil.

Contoh 5: membandingkan formula di laundry rumah sakit. Sebelum formula diganti, beban COD rata-rata 43 kg/hari untuk 2.400 kg linen per hari; sesudahnya 40 kg/hari untuk 2.000 kg linen per hari, keduanya dari sampel komposit beberapa hari.

$$\frac{43.000\ \text{g}}{2.400\ \text{kg}} \approx 17{,}9\ \text{g/kg}, \qquad \frac{40.000\ \text{g}}{2.000\ \text{kg}} = 20{,}0\ \text{g/kg}$$

Beban harian turun sekitar 7%, tetapi beban per kilogram linen naik sekitar 12%. Penurunan harian berasal dari produksi yang lebih kecil, bukan dari formula. Formula baru belum terbukti mengurangi beban, dan pengukuran diulang beberapa hari lagi sebelum keputusan diambil.

Contoh 6: harga cuci ulang di laundry hotel. Laundry hotel pada Contoh 1 menjalankan 24 siklus produksi per hari, 1.200 L per siklus, dengan COD komposit 1.500 mg/L. Angka cuci ulang 6% menambah sekitar 1,44 siklus per hari:

$$V = 0{,}06 \times 24 \times 1.200 = 1.728\ \text{L}, \qquad m_{\text{COD}} = 1.500\ \text{mg/L} \times 1.728\ \text{L} \approx 2{,}6\ \text{kg/hari}$$

Menurunkan cuci ulang ke 2% menghemat sekitar 1.150 L air dan 1,7 kg COD per hari. Angka ini batas bawah, karena program perlakuan ulang biasanya memakai dosis lebih tinggi, seperti di Bab 12 tentang sortir dan penskalaan dosis. Mencegah cuci ulang di hulu lebih murah daripada mengolah bebannya di IPAL.

Kondisi berhenti

Keadaan berikut adalah kondisi berhenti untuk pengambilan sampel, pekerjaan di bak, dan kesimpulan tentang penaatan, masing-masing dengan pihak yang mengambil alih.

1. Bak atau sumur pengumpul perlu dimasuki. Bak tidak dimasuki tanpa prosedur ruang terbatas, karena limbah yang membusuk dapat menghasilkan hidrogen sulfida yang beracun dan oksigen dapat kurang; prosedur itu mencakup pengukuran gas, ventilasi, dan orang siaga di luar, dan dijalankan oleh personel yang ditunjuk prosedur itu.
2. Sarung tangan atau pelindung mata tidak tersedia, atau sampel hendak diambil dari titik selain yang ditetapkan. Pengambilan ditunda sampai keduanya terpenuhi, karena air buang cuci utama panas dan basa dapat melukai bila terpercik, air bilas akhir dapat asam, dan limbah laundry layanan kesehatan membawa bahaya biologis; titik pengambilan mengikuti penetapan penanggung jawab IPAL atau izin.
3. Tercium bau klorin di sekitar bak ekualisasi. Orang menjauh dari bak, dan penanggung jawab IPAL bersama pengawas laundry memeriksa ventilasi bak dan klorin sisa dari hulu sebelum pekerjaan di sekitar bak dilanjutkan.
4. Hasil sampel sesaat atau sampel dari saluran satu mesin hendak dipakai untuk menyatakan pelanggaran atau penaatan baku mutu. Kesimpulan ditahan: penaatan dinilai di titik penaatan yang ditetapkan izin, dan sebelum menyimpulkan pelanggaran, pengelola IPAL memeriksa kalibrasi alat, titik dan cara pengambilan sampel, jadwal pembuangan pada jam itu, dan pH bak ekualisasi.
5. Angka studi atau angka contoh di bab ini hendak dipakai sebagai baku mutu atau acuan penaatan. Angka itu tidak dipakai; baku mutu diambil pengelola IPAL dari persetujuan teknis atau izin pembuangan fasilitas.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 1 · Air & Pengolahan Air tentang mutu air memberi dasar parameter, Bab 2 · Air & Pengolahan Air dan Bab 3 · Air & Pengolahan Air tentang pengolahan air limbah memberi dasar alur pengolahan, ekualisasi, koagulasi, dan pemisahan, dan Bab 3 · Sistem, Diagram & Diagnosis tentang gejala dan hipotesis memberi cara menyusun hipotesis dari gejala. Di rak Laundry, bab ini bersandar pada Bab 4 tentang air, Bab 6 tentang kimia pembersih, Bab 8 tentang oksidator, Bab 9 tentang pH dan pengukuran kimia, Bab 11 tentang arsitektur program, Bab 12 tentang penskalaan dosis, dan Bab 16 tentang panas dan utilitas, serta menjadi dasar Bab 20 tentang konsistensi operasi, Bab 21 tentang K3 laundry, dan Bab 22 tentang biaya per kg.

Latihan dan pembahasan

Tuliskan rumus, satuan, dan asumsi yang dipakai. Angka dalam soal adalah data latihan.

Referensi