Belajar › Konsep dasar

Debit dan beban pencemar

Rujukan buku: Buku 3, Bab 8

Semua ukuran unit berawal dari dua besaran: berapa banyak air yang datang (debit) dan berapa banyak kotoran yang dibawanya (beban). Salah data di sini merambat ke seluruh rancangan.

Rumus dasar

Jiwa      = SR x jiwa/SR
Q_rata    = Jiwa x q x fp / 1000
Q_puncak  = Q_rata x fpk
Beban     = C x Q_rata / 1000

SR = jumlah sambungan rumah; q = pemakaian air bersih (L/orang/hari)
fp = faktor pengembalian (tanpa satuan); fpk = faktor puncak (tanpa satuan)
Q_rata = debit rata-rata (m3/hari); Q_puncak = debit puncak (dengan satuan yang sama)
C = kadar pencemar (mg/L, setara g/m3); Beban = kg/hari

Pembagian 1000 pada rumus beban mengubah gram menjadi kilogram. Konversi: m3/hari dibagi 24 menjadi m3/jam; dikali 1.000/86.400 menjadi L/detik.

Data pelayanan

Jumlah sambungan rumah (SR)

Coba di simulasi →

Jumlah sambungan rumah adalah banyaknya rumah yang pipanya benar-benar tersambung ke jaringan IPAL. Angka ini mengalikan seluruh debit dan beban. Bila diisi terlalu kecil, IPAL kelebihan beban setelah warga baru tersambung; bila terlalu besar, waktu tinggal nyata jauh lebih panjang dari rancangan dan biaya terbuang. Simulasi menerima nilai minimal 1 SR; kriterianya disusun untuk skala puluhan sampai beberapa ratus SR. Pakai jumlah SR rencana akhir. Kalau muncul PERIKSA pada lahan atau mutu, jangan mengurangi layanan; pertimbangkan rangkaian lain atau membagi layanan menjadi dua IPAL.

Jiwa per sambungan

Coba di simulasi →

Jiwa per sambungan adalah rata-rata jumlah penghuni satu rumah yang tersambung. Nilai ini bersama jumlah SR menghasilkan jumlah jiwa terlayani, dasar perhitungan debit dan volume lumpur. Terlalu kecil membuat IPAL kurang besar; terlalu besar membuat unit boros. Di permukiman Indonesia nilainya umumnya 4 sampai 6 jiwa; simulasi hanya mensyaratkan nilai lebih dari 0. Kalau muncul PERIKSA, jangan menurunkan angka ini sekadar agar status menjadi OK.

Pemakaian air bersih

Coba di simulasi →

Pemakaian air bersih adalah volume air yang dipakai satu orang per hari (L/orang/hari) untuk mandi, cuci, masak, dan kakus. Bila terlalu kecil, debit rancangan kurang dan unit kelebihan beban hidrolis; bila terlalu besar, debit membengkak sementara kadar pencemar sebenarnya lebih encer. Untuk permukiman perkotaan nilai yang lazim sekitar 100 sampai 150 L/orang/hari; simulasi hanya mensyaratkan nilai lebih dari 0. Kalau muncul PERIKSA pada kriteria hidrolis, cocokkan angka ini dengan data PDAM atau survei; debit berubah sebanding dengannya.

Faktor pengembalian air limbah

Coba di simulasi →

Faktor pengembalian adalah bagian air bersih yang kembali sebagai air limbah ke pipa; sisanya terserap, menguap, atau dipakai menyiram tanaman. Nilai 0,80 berarti 80 persen air bersih menjadi air limbah. Terlalu kecil membuat debit rancangan kurang; terlalu besar sedikit memboroskan volume. Nilai yang lazim 0,70 sampai 0,90; simulasi membatasi lebih dari 0 dan paling besar 1,00. Kalau muncul PERIKSA pada kecepatan naik atau beban permukaan, menurunkan faktor ini memang memperkecil debit, tetapi hanya sah bila ada data pengukuran.

Faktor puncak

Coba di simulasi →

Faktor puncak adalah perbandingan debit pada jam tersibuk (pagi dan sore) terhadap debit rata-rata harian. Debit puncak menentukan ukuran unit yang peka terhadap aliran sesaat: saringan, bak pengumpul, kecepatan naik di ABR dan filter anaerobik, desinfeksi, dan bak ukur. Faktor terlalu kecil membuat lumpur terangkat keluar saat jam sibuk; terlalu besar membuat unit-unit itu boros. Untuk permukiman komunal nilainya umumnya 1,5 sampai 3,0, makin kecil untuk layanan yang makin besar; simulasi mensyaratkan minimal 1,0. Kalau muncul PERIKSA pada kecepatan aliran naik, faktor puncak sering menjadi penyebabnya; lebih aman memperbesar luas unit daripada menurunkan faktor ini tanpa data.

Debit rancangan

Debit rata-rata

Debit rata-rata adalah volume air limbah per hari dibagi rata sepanjang 24 jam, dihitung dengan Q_rata = Jiwa x q x fp / 1000 (m3/hari). Debit ini dipakai untuk unit dengan waktu tinggal panjang dan beban harian: pengendap awal, tangki septik, ABR, filter anaerobik, biofilter, aerasi, dan lahan basah. Debit rata-rata bukan masukan, melainkan hasil hitungan. Kalau muncul PERIKSA pada waktu tinggal atau beban permukaan, cek dulu apakah debit rata-rata masuk akal (misalnya sekitar 100 L/orang/hari); bila benar, ubahlah ukuran unit, bukan debitnya.

Debit puncak

Debit puncak adalah debit tertinggi yang diperkirakan terjadi pada jam sibuk, yaitu Q_puncak = Q_rata x fpk. Unit yang dirancang atau diperiksa dengan debit puncak: saringan (kecepatan kisi), pemisah minyak dan lemak, bak pengumpul, dan desinfeksi (waktu tinggal pada debit puncak), ABR dan filter anaerobik (kecepatan naik), pengendap akhir (beban permukaan puncak), dan bak ukur (tinggi air di atas ambang). Debit puncak bukan masukan; ubah faktor puncak bila datanya berbeda. Kalau muncul PERIKSA pada unit-unit tersebut, perbesar luas atau volume unit, atau tambah modul paralel.

Debit menentukan tingkat baku mutu

Debit rata-rata bukan hanya dasar ukuran unit. Permen LH/BPLH 11/2025 membagi baku mutu menjadi tiga tingkat menurut volume air limbah domestik yang dihasilkan per hari: lebih dari 50 m3/hari, lebih dari 3 sampai 50 m3/hari, dan 3 m3/hari atau kurang. Studio IPAL memakai Q_rata untuk menentukan tingkat secara otomatis (lihat tingkat debit). Akibatnya, mengubah jumlah SR, jiwa per SR, atau pemakaian air dapat memindahkan IPAL ke tingkat lain, dengan baku mutu bawaan yang berbeda. Perhatikan juga bahwa pada tingkat lebih dari 50 m3/hari tidak ada standar teknologi dalam peraturan; yang mengikat hanya baku mutu.

Kadar dan beban pencemar

Selain BOD, COD, dan TSS, Studio IPAL memuat tiga kadar masuk lain sebagai asumsi umum air limbah domestik (bukan kutipan peraturan): amoniak (NH3-N) 40 mg/L, minyak dan lemak 25 mg/L, dan fecal coliform 10 pangkat 7 MPN/100 mL. Ketiganya dikalikan debit dengan cara yang sama dengan BOD, dan sebaiknya diganti dengan hasil uji laboratorium. Amoniak dibahas di halaman amoniak dan nitrifikasi.

BOD air limbah masuk

Coba di simulasi →

BOD (kebutuhan oksigen biokimia) adalah ukuran bahan organik yang dapat diuraikan bakteri, dinyatakan sebagai oksigen yang diperlukan dalam 5 hari (mg/L). Nilai ini menentukan beban organik unit biologis dan, bersama penyisihan, mutu keluaran. Terlalu kecil membuat unit biologis kekecilan dan keluaran melampaui baku mutu; terlalu besar membuat unit boros. Air limbah domestik campuran kakus dan dapur kira-kira 150 sampai 400 mg/L, makin pekat bila pemakaian air hemat; simulasi hanya mensyaratkan lebih dari 0. Kalau muncul PERIKSA pada mutu BOD keluaran, BOD masuk yang tinggi menuntut rangkaian berpenyisihan lebih besar.

COD air limbah masuk

Coba di simulasi →

COD (kebutuhan oksigen kimiawi) adalah ukuran seluruh bahan yang dapat dioksidasi secara kimia, termasuk yang sulit diuraikan bakteri (mg/L). COD selalu lebih besar dari BOD; pada air limbah domestik perbandingan COD : BOD umumnya sekitar 2. Di simulasi COD menentukan beban organik ABR dan filter anaerobik. Nilai terlalu kecil membuat kedua unit tampak lulus padahal kelebihan beban. Kalau muncul PERIKSA pada beban COD, perbesar volume unit atau tambah unit pengolahan di depannya; jangan menurunkan COD di bawah sekitar dua kali BOD tanpa data uji.

TSS air limbah masuk

Coba di simulasi →

TSS (padatan tersuspensi total) adalah padatan yang tertahan pada saringan kertas laboratorium (mg/L). TSS menentukan mutu TSS keluaran dan jumlah lumpur yang harus dikuras dan dikeringkan. Nilai terlalu kecil membuat bak pengering lumpur kekecilan; terlalu besar membuat bak itu boros. Air limbah domestik umumnya sekitar 150 sampai 350 mg/L; simulasi hanya mensyaratkan lebih dari 0. Kalau muncul PERIKSA pada mutu TSS keluaran, pertimbangkan rangkaian dengan pengendap awal atau pengendap akhir; mengubah TSS masuk hanya sah bila ada hasil uji.

Beban BOD (kg/hari)

Beban BOD adalah massa bahan organik yang masuk per hari, Beban = BOD x Q_rata / 1000 dengan BOD dalam mg/L dan Q dalam m3/hari. Beban, bukan kadar, yang menentukan ukuran unit biologis: dua permukiman dengan kadar sama tetapi debit berbeda membutuhkan unit yang berbeda pula. Beban ini menjadi dasar beban organik, perbandingan F/M, dan kebutuhan oksigen. Sebagai pegangan kasar, satu orang menghasilkan sekitar 40 sampai 60 g BOD per hari. Beban BOD bukan masukan; ia berubah bila jumlah jiwa, pemakaian air, atau kadar BOD diubah. Kalau muncul PERIKSA pada beban organik suatu unit, perbesar volume atau luas unit tersebut.

Kesalahan yang sering terjadi

Memakai jumlah rumah yang ada di peta, padahal sebagian tidak akan tersambung (atau sebaliknya, lupa rencana perluasan).
Memakai debit rata-rata untuk memeriksa kecepatan naik atau waktu kontak desinfeksi, yang semestinya memakai debit puncak.
Lupa membagi 1000 pada rumus beban sehingga beban BOD seribu kali terlalu besar.
Mengecilkan jumlah SR atau pemakaian air agar debit turun ke tingkat baku mutu yang lebih longgar. Yang dinilai adalah volume yang benar-benar dihasilkan.
Mencampur satuan: m3/hari dengan L/detik, atau menukar mg/L dengan g/m3 (keduanya sama) dengan kg/m3 (seribu kali lebih besar).
Memakai angka kadar amoniak, minyak dan lemak, atau fecal coliform bawaan seolah hasil ukur. Itu asumsi umum; ganti dengan hasil uji.

Studi kasus: Griya Asri

Studi kasus

Data: 300 SR, 5 jiwa/SR, 125 L/orang/hari, faktor pengembalian 0,80, faktor puncak 2,5, BOD 400 mg/L, COD 800 mg/L, TSS 300 mg/L.

Jumlah jiwa = 300 SR x 5,0 jiwa/SR = 1.500 jiwa.
Debit rata-rata = 1.500 x 125 x 0,80 / 1000 = 150,0 m3/hari = 6,25 m3/jam = 1,74 L/detik.
Debit puncak = 1,74 L/detik x 2,50 = 4,34 L/detik = 15,62 m3/jam.
Beban BOD = 400 mg/L x 150,0 m3/hari / 1000 = 60,0 kg/hari (40 g/orang/hari).
Beban COD = 120,0 kg/hari; beban TSS = 45,0 kg/hari.
Tingkat debit: 150,0 m3/hari lebih dari 50 m3/hari, sehingga berlaku kolom tingkat terbesar pada Lampiran I (BOD 30, COD 100, TSS 30, amoniak 10, minyak dan lemak 5 mg/L, fecal coliform 1.000 MPN/100 mL).
Beban amoniak (asumsi 40 mg/L) = 40 x 150,0 / 1000 = 6,0 kg N/hari; beban minyak dan lemak (asumsi 25 mg/L) = 25 x 150,0 / 1000 = 3,75 kg/hari.

Debit puncak 15,62 m3/jam inilah yang menentukan ukuran ABR pada rangkaian R1: luas kompartemen dipilih agar kecepatan naik tidak melampaui 2,0 m/jam (lihat waktu tinggal dan kriteria penentu).

Latihan

Soal 1 (mudah). Sebuah permukiman 120 SR dengan 4 jiwa per SR, pemakaian air 100 L/orang/hari, dan faktor pengembalian 0,80. Hitung debit rata-rata (m3/hari dan m3/jam), lalu tentukan tingkat debitnya menurut Permen LH/BPLH 11/2025.

Soal 2 (sedang). Dengan faktor puncak 2,5, hitung debit puncak (m3/jam dan L/detik). Bila BOD masuk 300 mg/L dan amoniak masuk 35 mg/L, hitung beban BOD dan beban amoniak (kg/hari), dan beban BOD per orang (g/orang/hari).

Soal 3 (menantang). Berapa jumlah SR paling sedikit agar permukiman pada Soal 1 berpindah ke tingkat lebih dari 50 m3/hari? Apa akibatnya pada baku mutu BOD dan pada ketersediaan standar teknologi?

Kunci jawaban.

Jiwa = 120 x 4 = 480. Q_rata = 480 x 100 x 0,80 / 1000 = 38,4 m3/hari = 1,60 m3/jam. Karena 3 < 38,4 <= 50, tingkatnya lebih dari 3 sampai 50 m3/hari.
Q_puncak = 1,60 x 2,5 = 4,00 m3/jam = 4,00 x 1000/3600 = 1,11 L/detik. Beban BOD = 300 x 38,4 / 1000 = 11,52 kg/hari; beban amoniak = 35 x 38,4 / 1000 = 1,344 kg N/hari; beban BOD per orang = 11,52 x 1000 / 480 = 24 g/orang/hari (lebih rendah dari pegangan 40 sampai 60 g, tanda bahwa BOD 300 mg/L pada pemakaian air 100 L cukup encer atau datanya perlu dicek).
Q per SR = 4 x 100 x 0,80 / 1000 = 0,32 m3/hari. SR minimal = 50 / 0,32 = 156,25, jadi 157 SR (Q = 50,24 m3/hari; pada 156 SR Q = 49,92 m3/hari, masih tingkat menengah). Pada tingkat lebih dari 50 m3/hari, baku mutu BOD bawaan turun dari 50 menjadi 30 mg/L dan standar teknologi (Lampiran III) tidak lagi mengikat: yang berlaku hanya baku mutu, dan teknologi di luar standar menuntut standar teknis (Pasal 10-11).

Rujukan

Buku 3, Bab 8.
Metcalf & Eddy. Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery.
Sasse, L. (1998). DEWATS: Decentralised Wastewater Treatment in Developing Countries.
Permen LH/BPLH Nomor 11 Tahun 2025 tentang Baku Mutu Air Limbah dan Standar Teknologi Pengolahan Air Limbah untuk Air Limbah Domestik, Lampiran I huruf A angka 2.

← Mengenal IPAL domestik komunal Baku mutu dan penyisihan →