Belajar › Unit pengolahan

Biofilter aerob

Rujukan buku: Buku 3, Bab 8

Coba di simulasi →

Apa fungsinya

Biofilter aerob adalah bak berisi media plastik (sarang tawon, bioball) atau batu yang terendam air limbah dan terus diberi gelembung udara. Bakteri tumbuh sebagai lapisan lendir (biofilm) pada permukaan media dan memakan bahan organik terlarut dengan bantuan oksigen. Unit ini dipakai sesudah pengendap awal bila dibutuhkan keluaran lebih baik dan lahan lebih kecil daripada pengolahan anaerobik. Imbalannya: kempa udara (blower) harus menyala terus, jadi ada biaya listrik dan perlu operator.

Cara kerja

• Air limbah masuk dari bawah dan mengalir naik melalui media (aliran naik). Bak dibagi beberapa kompartemen yang disusun seri.
• Pipa penyebar udara (difuser) di dasar bak meniupkan udara. Gelembung memberi oksigen dan sekaligus mengaduk air agar seluruh media terlayani.
• Biofilm terus tumbuh. Bagian yang tua mengelupas dan terbawa air sebagai padatan halus, sehingga sesudah biofilter selalu diperlukan pengendap akhir.
• Karena bakteri melekat pada media, tidak perlu resirkulasi lumpur seperti pada lumpur aktif. Ini yang membuat biofilter lebih mudah dioperasikan.

Rumus dan cara menghitung

Ukuran biofilter ditentukan oleh dua syarat; yang menghasilkan luas lebih besar menjadi kriteria penentu.

(1) B_BOD  = C_BOD x Q / 1000
    V_media = B_BOD / L_v          luas_1 = V_media / h_media
(2) V_hrt   = Q_jam x HRT_min      luas_2 = V_hrt / h_air
    luas    = maks(luas_1, luas_2)

• B_BOD = beban BOD masuk (kg/hari); C_BOD = kadar BOD masuk unit (mg/L); Q = debit rata-rata (m3/hari)
• L_v = beban organik rancangan terhadap volume media (kg BOD/m3 media/hari)
• h_media = tinggi media (m); h_air = tinggi air = h_media + 0,40 m (ruang di bawah media) + 0,30 m (air di atas media)
• Q_jam = debit rata-rata (m3/jam); HRT_min = waktu tinggal minimum (jam)

Luas dibagi rata ke beberapa kompartemen. Bila satu kompartemen lebih lebar dari lebar maksimum (3,50 m), bak dipecah menjadi beberapa modul paralel. Sesudah ukuran dibulatkan, beban nyata dan waktu tinggal nyata dihitung ulang dari volume terpasang.

Kebutuhan oksigen dan udara:

O2     = f_O2 x B_BOD                    (kg O2/hari)
udara  = O2 / (0,28 x OTE)               (m3/hari)

• f_O2 = kebutuhan oksigen per kg BOD terurai (baku 1,20 kg O2/kg BOD)
• 0,28 = kg oksigen dalam 1 m3 udara
• OTE = efisiensi transfer oksigen difuser (baku 0,09)

Daya kempa dihitung dengan rumus kompresi adiabatik terhadap tekanan kolom air setinggi h_air; lihat daya blower. Angka ini daya teoritis: kehilangan tekan di pipa dan difuser belum dimasukkan, jadi pilih blower dengan cadangan tekanan.

Kriteria perancangan

Parameter baku yang dipakai aplikasi (boleh diubah di simulasi):

Waktu tinggal lebih panjang dari batas bawah tidak merugikan proses; yang membatasi biofilter adalah beban organik media.

Pemeliharaan dan pengoperasian

Periksa blower setiap hari (bunyi, suhu, saringan udara) dan gilir blower kerja dengan cadangan setiap minggu. Amati gelembung di permukaan: daerah tanpa gelembung menandakan difuser tersumbat. Bila oksigen terlarut di kompartemen akhir di bawah sekitar 2 mg/L, tambah udara. Endapan di dasar bak dan lumpur pengendap akhir dibuang berkala ke pengering lumpur.

Studi kasus: biofilter aerob Griya Asri

Rangkaian R3: debit rata-rata 150,0 m3/hari (6,25 m3/jam). Sesudah pengendap awal, BOD masuk biofilter 280 mg/L dan TSS 114 mg/L.

1. Beban BOD = 280 x 150,0 / 1000 = 42,0 kg/hari.
2. Volume media dari beban organik = 42,0 / 0,60 = 70,00 m3. Pada tinggi media 1,50 m, luas = 46,67 m2.
3. Tinggi air = 1,50 + 0,40 + 0,30 = 2,20 m. Luas dari waktu tinggal 3 jam = 6,25 x 3 / 2,20 = 8,52 m2.
4. Kriteria penentu: beban organik media (46,67 m2 lebih besar dari 8,52 m2).
5. Dibagi 2 kompartemen = 23,33 m2 per kompartemen. Lebar hitung jauh melampaui 3,50 m, sehingga dipecah 4 modul paralel. Tiap kompartemen 2,20 m x 2,70 m; panjang satu modul 2 x 2,20 + 0,12 (sekat) = 4,55 m.
6. Volume media terpasang 71,28 m3 (luas lekat 10.692 m2); beban nyata 0,59 kg BOD/m3/hari.
7. Volume efektif 104,54 m3; waktu tinggal nyata 16,73 jam.
8. Oksigen = 1,20 x 42,0 = 50,4 kg O2/hari. Udara = 50,4 / (0,28 x 0,09) = 2.000 m3/hari = 1,39 m3/menit. Daya kempa teoritis 0,68 kW; dipasang 2 blower.

Pemeriksaan: beban media 0,59 (OK, 0,30-1,00), waktu tinggal 16,73 jam (OK, ≥ 3), tinggi media 1,50 m (OK).

Rujukan

• Buku 3, Bab 8 (seri Menggambar Teknik untuk Teknik Lingkungan).
• Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery.
• Permen LHK No. 68 Tahun 2016 tentang Baku Mutu Air Limbah Domestik.