1

TRICKLING FILTER

Marisa Handajani

Latar Belakang

Pengolahan air buangan secara biologi yang paling dulu dikembangkan (abad 19)

http://www.ase.com.na

2

http://www.microbelibrary.org/microbelibrary/files/ccImages/Articleimages/biofilms/hires/043h.jpg

Aquatic Biofilm

Attached Growth System

• Nonsubmerged attached growth process TF, RBC

• Suspended growth process with fixed film packing RBC

• Submerge attached growth aerobic process upflow&downflow fixed bed reactor, fluidized-bed reactor

3

Kelebihan Attached Growth System

• Membutuhkan energi lebih sedikit• Pengoperasian lebih sederhana tidak perlu

kontrol Mixed Liquor dan pembuangan lumpur• Tidak ada masalah bulking sludge pada 2nd

clarifier• Lumpur lebih mudah dipekatkan• Kebutuhan pemeliharaan peralatan lebih sedikit• Lebih cepat pulih dari shock loading

Prototype TF pertama• Media batu alam• Konstruksi penyangga : konstruksi beton

bertulang• Ketebalan media 1,8-2,4m• Peruntukan: pengolahan air buangan domestik• Feeding :

– intermittent ada periode feeding dan periode istirahat

– Merata menggunakan feeder berputar karena tekanan hidrolik

4

Klasifikasi TF• Berdasarkan :

– HLR (hydraulic loading rate) = Q/A

– OLR (organic loading rate) = (So x Q)/V

• Klasifikasi: – Standard rate /low rate– Intermediate rate– High rate– Super high rate

5

Klasifikasi TF (tabel 9-1, Metcalf&Eddy 2004)

Standard rate/Low rate

• Relatif sederhana dan sangat tergantung pada peralatan yang ada

• Menghasilkan efluen yang kualitasnya konsisten dari influen yang berfluktuasi

• Hydraulic loading dijaga konstan suction level controlled pump atau dosing siphon

• Tanpa resirkulasi• Banyak lalat

6

Two stage TF

• Dua TF dalam sistem seri yang ditengahi oleh clarifier

• Penggunaan : beban organik tinggi• Diaplikasikan jika diperlukan proses

nitrifikasi– TF I : menyisihkan material organik– TF II : menyisihkan material nitrogen

http://erhardtconstruction.com/blog/uploaded_images/Wyoming-Clean-Water-Plant-Project-790044.JPG

Konstruksi

7

Desain TF

Faktor-faktor yang harus diperhatikan:1. Type dan karakteristik fisik filter medium

yang digunakan 2. Dosing rate3. Type dan karakteristik sistem distribusi4. Konfigurasi sistem underdrain5. Ketersediaan ventilasi yang cukup6. Desain bak pengendap yang diperlukan

Media Pendukung• TF yang menggunakan batu atau batu pecah

sebagai media harus memliki ukuran media yang seragam

• Tidak boleh mengandung lebih dari 5% (berat) yang mempunyai ukuran terpanjang lebih dari 3 kali ukuran terpendek.

• Tidak boleh ada yang pipih/tipis, panjang ataupun datar.

• Tidak boleh mengadung debu, lempung (tanah liat), pasir atau material halus lainnya

8

Ukuran Media Filter• Analisa ayakan:

– Lewat screen Ø 4,5” = 100%– Tertahan ada screen Ø 3” = 95-100%– Lewat screen Ø 2” = 0-2%– Lewat screen Ø 1” = 0-1%

• Contoh diameter 5cm akan menghasilkan luas permukaan sekitar 100m2 per m3 reaktor dan memiliki rongga sebesar 50%

• Ukuran media yang lebih kecil akan membuat luas permukaan media yang lebih besar, akan tetapi void(rongga) yang lebih kecil dan dapat menghambat keluarnya biomassa yang terkelupas menghambat aliran udara diantara rongga

Modifikasi Media

• Untuk mendapatkan luas spesifik permukaan media yang besar dengan volume rongga yang cukup besar telah dikembangkan pemakaian media filter dari plastik.

• Inovasi ini memungkinkan TF didesain dengan ketebalan/kedalaman sampai 12m mengolahan a.b. dengan beban yang lebih besar dari limbah domestik

http://www.wassercare.com

9

Struktur Penyangga

• Media batu konstruksi beton bertulang atau struktur lain yang mampu menahan tumbukan media yang disusun secara vertikal

• Media plastik struktur lebih ringan, namun harus cukup kuat sewaktu-waktu diisi dengan air secara penuh

• Bila tebal media cukup besar sampai dengan 12m struktur harus kuat sebagaimana pada penggunaan media batu

Dosing Rate (DR)• Dosing rate: tinggi cairan yang dialirkan pada

permukaan media pada setiap kali dilewati sistem feeding

• Untuk mengoptimalkan kinerja pengolahan TF

• Kecepatan putaran sistem distribusi (n) DR

• Konvensional n= 0,5-2 min per revolusi;

10

Dosing rate yang tinggi semakin besar volume air yang digunakan setiap putarannya,

1. Meningkatan efisiensi pembasahan2. Memperbesar agitasi solid flush out >>3. Biofilm lebih tipis4. Memperkecil jumlah lalat (membuang

telur-telur lalat)5. Menurunkan efisiensi pengolahan waktu

kontak cairan dalam filter berkurang

Dosing rate yang diperlukanBeban organik (BOD)Kg/m3.d

Dosing Ratemm/pass

0,25 10-300,50 15-451.00 30-902.00 40-1203.00 60-1804.00 80-240

hDRA

mmmqn T

min/60./103

n = rpm

qT = total beban hidraulic (m3/m2.h) = q + qR

A = jumlah lengan distribusi

DR = dosing rate, mm/passMetcalf&Eddy, 2004

11

Flushing dose• Dalam TF pertumbuhan dan

pengelupasan biomassa harus terjadi secara kontinu dan uniform perlu periode dosing rate yang lebih tinggi daripada yang biasa digunakan flushing dose

• Flushing dose: dosing rate yang besar secara berkala (intermittent) per harinya mengendalikan ketebalan biofim dan jumlah solid

• Pengoperasian kombinasi 1xper hari flushing dose dgn dosing rate harian yang rendah

Beban organik (BOD)Kg/m3.d

Flushing dosemm/pass

0,25 ≥ 200

0,50 ≥ 200

1.00 ≥ 300

2.00 ≥ 400

3.00 ≥ 600

4.00 ≥ 800

Sistem distribusi• Terdiri dari 2 atau lebih

lengan distributor yang dipasang ada sumbu di bagian tengah filter dan berputar pada bidang horizontal

• Sistem perputaran hidraulis atau mekanis

• Kecepatan putaran ditentukan dengan persamaan DR

• Jarak sistem distribusi dengan permukaan media 150-225 mm perataan penyebaran air limbah yang keluar dari nozzle

• Debit aliran harus seragam antara yang dekat pusat filter dengan tepi filter

• Headloss 0,6-1,5m

12

PERATAAN ALIRAN MELALUI BANYAK OUTLET

q1 qN

hf

p1/ρ pN/ρ

qo

13

Underdrain• Sistem pengumpulan air

buangan dalam TF mengumpulan & mengalirkan air hasil olahan dan padatan yang terlepas dari media ke clarifier.

• Slope lantai dan blok underdrain 1-5% ke arah saluran pengumpul

• Kecepatan minimum 0,6m/detik

• Fungsi lain: 1. pendukung media filter

harus cukup kuat menyangga tumpukan media diatasnya

2. Ventilasi filter supply udara

14

Ventilasi (Air Flow)• Kegunaan

– Mempengaruhi kinerja TF– Mencegah timbulnya bau

• Sistem : alamiah (natural draft) atau low-pressure fans

• Natural draft : Gaya dorong :∆ temperatur udara ambien dengan udara dalam pori

• Sistem underdrain dan saluran pengumpul tidak boleh terisi penuh ( max setengah penuh)

Settling Tank• Fungsi : menghasilkan efluen yang jernih

• Memiliki SS yang rendah

• Tidak ada resirkulasi lumpur

• Lumpur langsung diolah dalam unit pengolahan lumpur

• Desain = clarifier untuk lumpur aktif

15

Desain Proses

• Loading dan kualitas efluen

Kinerja (Metcalf&Eddy)

n

i

e qDkSS exp

k20 = konstanta pengolahan pada kedalaman D, T=20oC (L/detik)n/m2

D = kedalaman TF (m)

q = beban hidrolis (L/m2.detik) atau Q/A

n = konstanta percobaan, biasanya n = 0,5

2020 035,1 T

T kk

16

Nilai k20 (k1)untuk kedalaman TF 6,1m (D1); influen BOD 150 mg/l (S1)

menggunakan media plastik

Jenis air buangan* k20

(l/det)0,5

/m2Domestik 0,210

Industri pengalengan buah

0,181

Pengepakan daging 0,216

Industri kertas 0,108

Pemrosesan kentang 0,351

Refinery 0,059

* Tabel 9-6 Metcalf&Eddy

Untuk media batu pecaj tidak ada data

xx

SS

DDkk

2

1

2

112

K2 = konstanta untuk kedalaman D2, dan beban S2

K1 = konstanta untuk kedalaman D1 dan beban S1

X = 0,5 untuk media

batu/batu pecah

= 0,3 untuk media plastik

D2 = kedalaman untuk lokasi spesifik (m)

S2 = influen BOD untuk lokasi spesifik (mg/l)

Resirkulasi

• Minimum hydraulic loading rate = 0,5 L/m2.detik

• Resirkulasi digunakan bila HLR < HLR minimum pada OLR yang besar.

• Resirkulasi – meningkatkan pembasahan dan flushing media filter– Dilusi beban organik

17

Faktor Pembatas

• Kinerja filter untuk menyisihkan beban organik dibatasi oleh proses transfer oksigen

• Pada beban organik tinggi (> 400-500 mg/l BOD), kinerja filter akan terbatas dan timbul kondisi anaerob timbul masalah bau (Schroeder&Tchobanoglous, 1976)

Contoh Perhitungan• Desain TF dengan media plastik (diameter TF, Volume

TF, debit resirkulasi bila diperlukan, Flushing dan Dose rate normal, mm/pass, Kecepatan sistem distribusi (flushing dan normal), diameter clarifier

• Kondisi Desain (air limbah domestik)Rincian Satuan Effluen

Primary Treatment

Target Effluen

Debit m3/detik 15.140BOD g/m3 125 20TSS g/m3 65 20

Min temp oC 14

18

• Desain parameter (asumsi)– 2 tower TF pada kedalaman 6,1 m,– Cross flow media dengan luas permukaan

spesifik 90m3/m2– Koefisien media (n) =0,5– Sistem distribusi 2 lengan– Wetting rate minimum 0,5 L/m2.detik– Rasio debit puncak/rata-rata = 1,5

Perhitungan1. Tentukan k20 untuk

desaink1 = 0,210 (l/det)0,5.m2S1 = 150 mg/lS2 = 125 mg/lD1 = 6,1 mD2 = 6,1 m

k2 = 0,230 (l/det)0,5.m2

Koreksi temperatur k14 = 0,187

xx

SS

DDkk

2

1

2

112

2020 035,1 T

T kk

19

2. HLR dan luas, volume dan diameter filtera. HLR

q = 0,3875 L/m2.detik

b. Luas filter (AF)= Q/q = 452.2 m2

c. Volume media = AF x DF = 2758 m3

d. Diameter tower:AF setiap tower = AF/2 = 226,1 m2Diameter = 17m

n

i

e qDkSS exp

3. Resirkulasia. Debit resirkulasi

Wetting rate min = 0,5 L/m2.detik = q + qrqr = 0,11 L/m2.det

b. Rasio resirkulasi (R) = qr/q = 0,28

20

4. Flushing dan Normal Dose ratea. OLR = QSo/V = 0,69 kg/m3.hari

b. Dosing rate (Tabel 9.3)a. Flushing dose = 300 mm/passb. Operating dose = 50 mm/pass

5. Kecepatan sistem distribusi

A = 2; R = 0,28q = Q/A = 1,4 m3/m2.jam

a. Flushing : n = 0,0498 rev/menit = 20 menit/rev

b. Normal dosing rate:n = 0,30 rev/menit = 3,33 menit/rev

hDRA

mmmQn T

min/60./103

21

6. Bak pengendapOver flow rate untuk debit puncak 1,1m/jamDebit = 630,8 m3/jam

Luas Bak pengendap = 630,8 m3/jam : 1,1 m/jam = 573,5 m2

Jumlah bak pengendap = 2Diameter tiap bak = 14,1 m