Belajar › Konsep dasar

Waktu tinggal dan kriteria penentu

Rujukan buku: Buku 3, Bab 8

Hampir setiap unit IPAL berupa bak berisi air. Ukurannya dipilih agar air tinggal cukup lama untuk diolah, tetapi juga harus memenuhi syarat lain. Halaman ini menjelaskan keduanya.

Konsep dasar

HRT = V / Q
V   = n x P x L x H

HRT = waktu tinggal hidrolis (jam atau hari)
V = volume efektif (m3); Q = debit (m3/jam atau m3/hari, satuan waktunya mengikuti HRT)
n = jumlah modul atau kompartemen; P, L = panjang dan lebar dalam (m); H = tinggi air (m)

Jika satuan Q m3/jam, HRT keluar dalam jam. Kesalahan paling umum adalah mencampur m3/hari dengan jam.

Untuk bak pengendap ada hubungan langsung antara waktu tinggal dan beban permukaan (SOR): SOR = H / HRT. Bak sedalam 2 m dengan waktu tinggal 2 jam memberi SOR 1 m/jam atau 24 m3/m2/hari.

Waktu tinggal hidrolis (HRT)

Coba di simulasi →

Waktu tinggal hidrolis (HRT, hydraulic retention time) adalah lama rata-rata air berada di dalam bak, yaitu volume efektif dibagi debit. Terlalu singkat: padatan belum sempat mengendap atau bakteri belum sempat mengurai, sehingga keluaran kotor. Terlalu lama: bak boros biaya dan lahan, dan pada bak pengendap air bisa menjadi septik dan berbau. Rentang di simulasi berbeda per unit:

Unit	HRT	Debit acuan
Pemisah minyak dan lemak	30 sampai 90 menit	puncak
Bak pengumpul	10 sampai 60 menit	puncak
Pengendap awal	1,5 sampai 4 jam	rata-rata
Tangki septik	1 sampai 3 hari (setelah ruang lumpur)	rata-rata
ABR	8 sampai 48 jam	rata-rata
Filter anaerobik	12 sampai 48 jam (volume total)	rata-rata
Biofilter aerob	minimal 3 jam	rata-rata
Aerasi	18 sampai 36 jam	rata-rata
Pengendap akhir	2 sampai 6,5 jam	rata-rata
Lahan basah	48 sampai 168 jam (rongga media)	rata-rata

Kalau muncul PERIKSA: HRT terlalu kecil diperbaiki dengan menambah panjang, lebar, atau tinggi air; HRT terlalu besar biasanya muncul karena kriteria lain (kecepatan naik, beban) memaksa bak membesar, jadi periksa kriteria penentunya dulu.

Waktu kontak

Coba di simulasi →

Waktu kontak adalah lama air olahan bersentuhan dengan klor di bak desinfeksi sebelum keluar, yaitu volume bak dibagi debit puncak. Klor membutuhkan waktu untuk membunuh bakteri. Waktu kontak terlalu singkat membuat bakteri tinja lolos; terlalu lama memboroskan bak dan memperbanyak hasil samping klorinasi. Rentang di simulasi 30 sampai 60 menit pada debit puncak (lihat kriteria desinfeksi). Debit puncak dipakai karena pada jam sibuk air paling cepat melintas. Sekat pengarah membuat aliran berkelok sehingga waktu kontak nyata mendekati hitungan. Kalau muncul PERIKSA: perpanjang bak atau tambah tinggi air bila waktu kontak kurang; perkecil bak bila jauh melampaui 60 menit. Menaikkan dosis klor tidak menggantikan waktu kontak yang kurang.

Kriteria penentu

Kriteria penentu adalah syarat yang menghasilkan ukuran paling besar di antara beberapa syarat yang harus dipenuhi sebuah unit, sehingga ukuran itulah yang dipakai. Satu unit jarang cukup diperiksa dengan satu rumus. ABR misalnya harus memenuhi waktu tinggal, beban COD, dan kecepatan aliran naik sekaligus. Simulasi menghitung volume atau luas dari tiap syarat lalu mengambil yang terbesar, karena ukuran terbesar otomatis memenuhi syarat yang lain. Bila hanya satu rumus dipakai, unit bisa lolos satu syarat tetapi gagal syarat lain.

Syarat yang dibandingkan di simulasi:

ABR dan filter anaerobik: waktu tinggal, beban organik, kecepatan aliran naik.
Pemisah minyak dan lemak dan bak pengumpul: waktu tinggal pada debit puncak saja.
Pengendap awal: waktu tinggal, beban permukaan.
Biofilter: beban organik media, waktu tinggal.
Aerasi: F/M, waktu tinggal.
Pengendap akhir: beban permukaan rata-rata, beban permukaan puncak, beban padatan.
Lahan basah: model orde-satu aliran sumbat, beban BOD permukaan, beban hidrolis permukaan.

Kalau muncul PERIKSA, lihat kriteria penentu di langkah hitungan: mengubah parameter yang bukan penentu hampir tidak mengubah ukuran unit.

Volume efektif

Volume efektif adalah volume air yang benar-benar ikut diolah di dalam bak, yaitu panjang x lebar x tinggi air (tanpa jagaan) dikali jumlah modul. Waktu tinggal dan beban dihitung dari volume ini, bukan dari volume bangunan. Volume efektif yang dihitung terlalu besar (misalnya memasukkan jagaan, atau lupa bahwa media dan lumpur mengisi ruang) membuat waktu tinggal nyata lebih singkat dari hitungan. Pada tangki septik, simulasi mengurangkan ruang lumpur sebelum menghitung waktu tinggal air. Pada filter anaerobik, simulasi juga menghitung waktu tinggal pada rongga media (porositas 0,35). Pada lahan basah, volume efektif = luas x tinggi media x porositas (0,38). Tidak ada rentang tersendiri; volume efektif diperiksa lewat waktu tinggal dan beban. Kalau muncul PERIKSA pada waktu tinggal, ubah panjang, lebar, tinggi air, atau jumlah modul.

Kesalahan yang sering terjadi

Memakai debit puncak untuk waktu tinggal unit biologis (unit menjadi kecil dan gagal) atau debit rata-rata untuk waktu kontak desinfeksi (bakteri lolos pada jam sibuk).
Menghitung volume sampai bibir bak, termasuk jagaan.
Hanya memeriksa waktu tinggal ABR, lalu terkejut lumpur terangkat keluar karena kecepatan naik terlalu besar.
Lupa bahwa media filter mengisi sebagian bak: waktu tinggal pada rongga jauh lebih singkat.
Menyamakan bak pengumpul dengan bak ekualisasi. Waktu tinggal 20 menit pada debit puncak hanya menenangkan aliran; ekualisasi sejati memerlukan waktu tinggal beberapa jam.
Mengira waktu tinggal panjang selalu menguntungkan. Pada bak pengendap yang terlalu lama, air menjadi septik dan berbau.

Studi kasus: kriteria penentu di Griya Asri

Studi kasus

Debit rata-rata 6,25 m3/jam, debit puncak 15,62 m3/jam (rangkaian R1).

Pemisah minyak dan bak pengumpul. Keduanya memakai debit puncak. Pemisah minyak: volume perlu 15,62 x 30/60 = 7,81 m3; dipakai 3,55 m x 1,85 m x 1,20 m = 7,88 m3, waktu tinggal nyata 30,3 menit (OK, 30 sampai 90 menit). Bak pengumpul: volume perlu 15,62 x 20/60 = 5,21 m3; dipakai 2,25 m x 1,55 m x 1,50 m = 5,23 m3, waktu tinggal 20,1 menit (OK, 10 sampai 60 menit).

Pengendap awal. Dari waktu tinggal 2 jam: V = 6,25 x 2,00 = 12,50 m3, luas 6,25 m2 pada tinggi air 2,00 m. Dari beban permukaan 24 m3/m2/hari: luas = 150,0 / 24 = 6,25 m2. Kedua syarat memberi luas sama, sesuai hubungan SOR = H / HRT. Dipakai 4,35 m x 1,45 m: volume efektif 12,62 m3, HRT nyata 2,02 jam (OK, 1,5 sampai 4 jam).

ABR (6 kompartemen, tinggi air 2,00 m).

Dari waktu tinggal 10 jam: 6,25 x 10 = 62,50 m3.
Dari beban COD 3,0 kg/m3/hari: 84,0 / 3,00 = 28,00 m3.
Dari kecepatan naik 2,0 m/jam: luas kompartemen 15,62 / 2,00 = 7,81 m2, setara 93,75 m3.

Kriteria penentu: kecepatan aliran naik, volume 93,75 m3. Dipakai 2 modul paralel, lebar 3,30 m, panjang kompartemen 1,20 m: volume efektif 95,04 m3, HRT nyata 15,21 jam (OK, 8 sampai 48 jam).

Filter anaerobik. Dari waktu tinggal 12 jam 75,00 m3; dari beban COD 5,38 m3; dari kecepatan naik 29,69 m3. Penentu: waktu tinggal. Terpasang 4 modul x 2 kompartemen, volume efektif 76,57 m3, HRT 12,25 jam pada volume total tetapi hanya 7,22 jam pada rongga media.

Desinfeksi. Volume perlu 15,62 x 30/60 = 7,81 m3; dipakai 3,95 m x 1,65 m x 1,20 m = 7,82 m3, waktu kontak 30,0 menit (OK, tepat di batas bawah).

Latihan

Soal 1 (mudah). Sebuah bak berukuran dalam 6,0 m x 2,0 m dengan tinggi air 1,5 m menerima 216 m3/hari. Berapa waktu tinggal hidrolisnya (jam)? Apakah memenuhi pengendap awal (1,5 sampai 4 jam)?

Soal 2 (sedang). Sebuah permukiman menghasilkan Q rata-rata 40,0 m3/hari (1,667 m3/jam) dengan faktor puncak 2,5 (Q puncak 4,167 m3/jam), BOD masuk ABR 280 mg/L dan COD 560 mg/L. ABR 6 kompartemen, tinggi air 2,00 m. Tentukan volume menurut tiga syarat (waktu tinggal 10 jam, beban COD 3,0 kg/m3/hari, kecepatan naik 2,0 m/jam) dan kriteria penentunya.

Soal 3 (menantang). Bak desinfeksi Griya Asri dirancang untuk waktu kontak 30 menit pada debit puncak (volume 7,82 m3). Seorang perancang keliru memakai debit rata-rata 6,25 m3/jam untuk menghitung volume 30 menit. (a) Berapa volumenya? (b) Berapa waktu kontak sebenarnya pada debit puncak 15,62 m3/jam? (c) Pada R1 (fecal coliform masuk 10 pangkat 7, ABR dan filter anaerobik masing-masing 0,5 log, penyisihan desinfeksi 3,5 log pada 30 menit), berapa fecal coliform keluar, dan apakah memenuhi 1.000 MPN/100 mL?

Kunci jawaban.

V = 6,0 x 2,0 x 1,5 = 18,0 m3; Q = 216/24 = 9,0 m3/jam; HRT = 18,0/9,0 = 2,0 jam, di dalam rentang 1,5 sampai 4 jam: OK.
Dari waktu tinggal: 1,667 x 10 = 16,67 m3. Dari beban COD: beban = 560 x 40,0 / 1000 = 22,4 kg/hari, V = 22,4/3,0 = 7,47 m3. Dari kecepatan naik: luas satu kompartemen = 4,167/2,0 = 2,08 m2, untuk 6 kompartemen dan tinggi air 2,00 m setara 2,08 x 6 x 2,00 = 25,0 m3. Kriteria penentu: kecepatan aliran naik, volume 25,0 m3 (volume terbesar), sehingga syarat lain otomatis terpenuhi (HRT nyata = 25,0/1,667 = 15 jam).
(a) V = 6,25 x 30/60 = 3,13 m3. (b) Waktu kontak = 3,13/15,62 = 0,20 jam = 12 menit. (c) Log desinfeksi turun proporsional: 3,5 x 12/30 = 1,4 log. Jumlah log = 0,5 + 0,5 + 1,4 = 2,4, sehingga fecal keluar = 10 pangkat (7 - 2,4) = sekitar 39.800 MPN/100 mL, jauh di atas 1.000: tidak memenuhi. Dengan 3,5 log penuh hasilnya 316.

Rujukan

Buku 3, Bab 8.
Sasse, L. (1998). DEWATS: Decentralised Wastewater Treatment in Developing Countries.
Metcalf & Eddy. Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery.
SNI 2398:2017 tentang tangki septik.
Ten States Standards (Recommended Standards for Wastewater Facilities).

← Iuran per sambungan rumah dan kemampuan membayar Membaca gambar teknik IPAL →