Studio IPALbelajar · simulasi · rancang

Belajar › Unit pengolahan

Reaktor bersekat anaerobik (ABR)

Rujukan buku: Buku 3, Bab 8

Coba di simulasi →

Apa fungsinya

Reaktor bersekat anaerobik (anaerobic baffled reactor, ABR) adalah bak panjang yang dibagi beberapa kompartemen oleh sekat. Air limbah dipaksa turun lalu naik melewati lapisan lumpur aktif anaerobik di dasar tiap kompartemen. Bakteri dalam lumpur itu menguraikan bahan organik menjadi gas metana dan karbon dioksida tanpa oksigen dan tanpa listrik.

ABR adalah unit utama penyisih BOD pada rangkaian DEWATS. Pada suhu tropis, penyisihan BOD 70-80 persen lazim tercapai. Aplikasi memakai penyisihan TSS 70 persen.

Cara kerja

Setiap kompartemen terdiri atas ruang turun (pipa atau celah di balik sekat) dan ruang naik. Air masuk ke dasar ruang naik, lalu bergerak ke atas menembus selimut lumpur. Di sinilah kontak antara air limbah dan bakteri terjadi. Air yang sudah lebih bersih keluar di bagian atas menuju kompartemen berikutnya.

Kompartemen tersusun seri: kompartemen awal menerima beban dan lumpur terbanyak, kompartemen akhir menerima air yang sudah encer.

Keberhasilan ABR bergantung pada satu syarat: lumpur harus tetap tinggal di dalam reaktor. Bila air naik terlalu cepat, lumpur terangkat dan hanyut keluar, sehingga bakteri hilang. Karena itu kecepatan aliran naik pada debit puncak sering menjadi pembatas utama.

Rumus dan cara menghitung

Volume dihitung dengan tiga cara. Yang terbesar menjadi kriteria penentu.

(1) V_HRT  = Q_jam x HRT_min
(2) V_COD  = Beban_COD / L_COD,maks
(3) A_naik = Qp,jam / v_naik,maks ;  V_naik = N x A_naik x H
V_perlu = maksimum (V_HRT, V_COD, V_naik)
A_komp = V_perlu / (N x H)
  • Q_jam, Qp,jam = debit rata-rata dan debit puncak (m3/jam)
  • HRT_min = waktu tinggal minimum, baku 10 jam
  • Beban_COD = COD masuk x Q_hari / 1000 (kg/hari)
  • L_COD,maks = beban COD volumetrik maksimum, baku 3,0 kg/m3/hari
  • v_naik,maks = kecepatan naik maksimum, baku 2,0 m/jam
  • N = jumlah kompartemen, baku 6; H = tinggi air, baku 2,00 m
  • A_komp = luas satu kompartemen (m2)

Luas kompartemen lalu dibagi menjadi modul paralel. Aplikasi mengambil panjang kompartemen sekitar 0,6 x tinggi air, sehingga lebar perlu = A_komp / (0,6 x H). Bila lebar ini melebihi 3,50 m, dibuat beberapa modul. Lebar dan panjang dibulatkan ke atas per 0,05 m. Panjang satu modul = N x panjang kompartemen + (N - 1) x 0,12 m tebal sekat. Jagaan baku 0,40 m.

Pemeriksaan sesudah pembulatan:

HRT_nyata = V_terpasang / Q_jam
v_naik = (Qp,jam / n_modul) / (L x P_komp)
L_COD = Beban_COD / V_terpasang

Perkiraan penyisihan BOD = 60 persen + 2 persen untuk tiap jam waktu tinggal di atas 8 jam, maksimum 80 persen. Bila suhu di bawah 25 derajat C, hasilnya dikali 0,9. Kehilangan tinggi tekan = 0,04 m per kompartemen + 0,05 m.

Kriteria perancangan

Kriteria Rentang Acuan
Waktu tinggal hidrolis 8 - 48 jam Buku 3, Bab 8; DEWATS (Sasse 1998)
Kecepatan aliran naik (debit puncak) maksimum 2,0 m/jam Buku 3, Bab 8; Sasse 1998
Beban COD volumetrik maksimum 3,0 kg/m3/hari Buku 3, Bab 8
Jumlah kompartemen 4 - 6 buah Buku 3, Bab 8; Sasse 1998
Panjang kompartemen : tinggi air 0,30 - 0,80 Sasse 1998

Kalau muncul PERIKSA:

  • Kecepatan naik terlampaui: luas kompartemen terlalu kecil. Tambah lebar maksimum atau turunkan tinggi air. Menambah waktu tinggal saja tidak menolong bila kecepatan naik menjadi penentu.
  • Waktu tinggal di bawah 8 jam: naikkan waktu tinggal minimum.
  • Beban COD terlampaui: air masuk terlalu pekat; perbesar volume atau tambahkan pengendap awal.
  • Jumlah kompartemen di luar 4-6: kurang dari 4 menurunkan kinerja, lebih dari 6 menambah sekat tanpa banyak manfaat.
  • Rasio panjang kompartemen : tinggi air: ubah tinggi air. Lihat panjang kompartemen.

Kesalahan yang sering terjadi

  • Merancang hanya dari waktu tinggal. Pada IPAL komunal yang encer, kecepatan naik pada debit puncak sering lebih menentukan.
  • Membuat kompartemen panjang dan dangkal. Aliran naik tidak merata dan lumpur di sudut tidak tersentuh air.
  • Ujung pipa turun terlalu tinggi dari dasar. Air tidak menembus selimut lumpur dan kontak berkurang. Ujung pipa turun lazimnya beberapa puluh sentimeter di atas dasar.
  • Lupa pipa gas dan ventilasi. Gas metana terkumpul di bawah tutup, berbau, dan berbahaya.
  • Menguras lumpur sampai habis. Reaktor perlu berbulan-bulan untuk membentuk lumpur aktif kembali.

Pemeliharaan dan pengoperasian

ABR memerlukan waktu penyesuaian (start-up) beberapa bulan sebelum mencapai kinerja rancangan. Penyemaian dengan lumpur tangki septik mempercepatnya. Ukur tebal lumpur tiap kompartemen setahun sekali. Kuras bila lumpur sudah mendekati pipa keluar, dan sisakan sebagian lumpur di dasar. Kompartemen pertama biasanya paling cepat penuh.

Studi kasus: ABR Griya Asri

Studi kasus

Rangkaian R1 (abr-af), debit rata-rata 6,25 m3/jam, debit puncak 15,62 m3/jam, suhu 27 derajat C. Air masuk dari pengendap awal: BOD 280 mg/L (42,0 kg/hari), COD 560 mg/L (84,0 kg/hari), TSS 114 mg/L.

Langkah hitungan dari aplikasi:

  1. Dari waktu tinggal: 6,25 x 10 = 62,50 m3.
  2. Dari beban COD: 84,0 / 3,00 = 28,00 m3.
  3. Dari kecepatan naik: luas satu kompartemen 15,62 / 2,00 = 7,81 m2; untuk 6 kompartemen, 6 x 7,81 x 2,00 = 93,75 m3.
  4. Kriteria penentu: kecepatan aliran naik. Volume rancangan 93,75 m3.
  5. Luas satu kompartemen 7,81 m2. Lebar perlu 7,81 / (0,6 x 2,00) = 6,51 m, lebih dari 3,50 m, sehingga dibuat 2 modul paralel dengan lebar 3,30 m dan panjang kompartemen 1,20 m.
  6. Panjang satu modul = 6 x 1,20 + 5 x 0,12 = 7,80 m. Ukuran satu modul 7,80 m x 3,30 m x 2,40 m (tinggi air 2,00 m + jagaan 0,40 m).
  7. Volume terpasang 95,04 m3.

Hasil pemeriksaan:

Kriteria Nilai Batas Status
Waktu tinggal hidrolis 15,21 jam 8 - 48 OK
Kecepatan aliran naik (puncak) 1,97 m/jam maks. 2,0 OK
Beban COD volumetrik 0,88 kg/m3/hari maks. 3,0 OK
Jumlah kompartemen 6 buah 4 - 6 OK
Panjang kompartemen : tinggi air 0,60 0,30 - 0,80 OK

Waktu tinggal 15,21 jam memberi penyisihan BOD 60 + 2 x 7,21 = 74 persen. Air keluar: BOD 71,7 mg/L dan TSS 34,2 mg/L, lalu masuk ke filter anaerobik. Kehilangan tinggi tekan 0,29 m.

Perhatikan bahwa waktu tinggal dan beban COD jauh di bawah batasnya. Volume ditentukan oleh kecepatan naik puncak, yang kurang dari 1,5 persen di bawah batas. Bila faktor puncak dinaikkan, aplikasi akan memperbesar luas kompartemen, bukan menambah waktu tinggal minimum.

Rujukan

  • Sasse, L. (1998). DEWATS: Decentralised Wastewater Treatment in Developing Countries.
  • Buku 3, Bab 8 (seri Menggambar Teknik untuk Teknik Lingkungan).
  • Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery.
← Tangki septik komunal Filter anaerobik →