Lowtech solutions Aerobic ponds Facultative ponds Anaerobic ponds

Low-tech solutions • Aerobic ponds • Facultative ponds • Anaerobic ponds

Aerobic ponds • Shallow ponds (<1 m deep) • Light penetrates to bottom • Active algal photosynthesis • Organic matter converted to CO 2, NO 3 -, HSO 4 -, HPO 42 -, etc.

Facultative ponds • Ponds 1 - 2. 5 m deep • td = 30 - 180 d • not easily subject to upsets due to fluctuations in Q, loading • low capital, O&M costs Aerobic Facultative Anaerobic

Anaerobic Ponds • Primarily used as a pretreatment process for high strength, high temperature wastes • Can handle much high loadings • 2 stage: – Acid fermentation: Organics Org. acids – Methane fermentation Org. Acids CH 4 and CO 2

Screens and grease traps screen Overflow Organics from kitchen pipe sorted out in a plastic screen Jan-Olof Drangert, Linköping university, Sweden

Sedimentation pond Karin Tonderski, Linköping university, Sweden

Simple septic tank Scum layer Bird’s eye view Sediment Jan-Olof Drangert, Linköping university, Sweden

Anaerobic pond CH 4, CO 2 scum layer sludge Karin Tonderski, Linköping university, Sweden

Off-plot system Anaerobic Baffled Reactor (ABR) Anaerobic baffled reactor Pedro Kraemer, BORDA, India

Anaerobic Filter (off-plot biogas system) Courtesy of Pedro Kraemer, BORDA, India

UASB Reactor biogas Air pump Jan-Olof Drangert, Linköping university

Land Wetland Application • Spray irrigation and infiltration • Overland flow • Wetlands Source: Environmental Science, 4 th ed. , B. J. Nebel and R. T. Wright, Prentice. Hall, N. J. , c. 1981

Horizontal subsurface flow wetlands o 2 o 2 Internal water level Influent Outlet shaft Cross distribution trench Main filter filled with graded gravel and sand Cross collection trench Collection and drainage pipe Effluent Courtesy of Roshan Shrestha, UN-Habitat, Nepal

Construction of horizontal flow wetlands Karin Tonderski, Linköping university, Sweden

Soil filters – leachfield or mound systems Jan-Olof Drangert, Linköping university, Sweden

Vertical flow subsurface wetland o 2 o 2 Influent Main filter filled with graded gravel and sand Collection and drainage pipe Effluent Courtesy of Roshan Shrestha, UN-Habitat, Nepal (revised)

Biofilter and wetland for greywater treatment Biofilter with nozzle distribution Wetland Total area 100 m 2 Courtesy of Thor-Axel Stenström, SMI, Sweden

Common problems in soil filters 1. Overloading (suspended solids, high BOD, water) 2. Uneven distribution (over surface, over clay) 3. Failure in drainage (waterlogging, roots) 4. Wrong choice of sand gravel (texture, 1 mineral particle shape) 2 3 4 Jan-Olof Drangert, Linkoping university, Sweden

Improved distribution using controlled clogging Geotextile unit Pre- treatment in sedimentation tank 10 m 0. 6 m in sand 3 m in silt Courtesy of Peter Ridderstolpe, WRS. Sweden

Bird´s eye view of a mulch bed system for a single house Registro de Distribution división de flujos boxes Mulch beds Cajete de acolchado Bath kitchen Wash room Courtesy of Kim Andersson, Colombia

Mulch bed filter Greywater pipe from household Mulch from garden Depth max. 40 cm Entrance with stones 3 -10 litres of greywater per m 2 per day Courtesy of Kim Andersson, Colombia

Wetland irrigation and overland flow Karin Tonderski, Linköping university, Sweden

23

Aerobic biofilters and energy Extensive Sorption and irrigation systems Intensive Rapid infiltration systems - Drain mulch basin Soil filters: - Swales & resorption trenches - Infiltration (open, covered submerged - Wetland irrigation (overland flow & subsurface flow, and impounding wetlands) - Sandfilters Artificial filter media: - Indrän, infiltra etc. Biofilter reactors - Trickling filter - Bio-rotors Revised from P. Ridderstolpe, WRS, Uppsala

Removal rate of microorganisms in various wastewater treatments (log units) Process Primary sedimentation: Plain Chemically assisted Bacteria Helminths Viruses Cysts 0 -1 1 -2 0 -2 1 -3 0 -1 0 -1 UASB 1 -2 Activated sludge 0 -2 0 -1 Sub-surface flow wetland 1 -2 2 -6 2 -3 0 -2 Aerated lagoon 1 -2 1 -3 1 -2 0 -1 Slow sand filtration/infiltration 2 -3 3 -6 Disinfection 2 -6 0 -1 0 -4 0 -3 Waste stabilization pond 3 -6 1 -3 2 -4 1 -4 Large variations in practice due to quality of management Sources: WHO, 2006 and Jimenez et al. , 2010

E: Limits Cd Old 20 -40 New 5 Cr 150 Treatment of sludge Cu Hg Ni 1, 100 - 16 -25 300 -400 1, 750 400 5 50 New limits on organics proposed under Option 3 from EU (2008) PAH 6 mg/kg dry matter PCB 0. 8 mg/kg dry matter PCDD/F 100 ng ITEQ/kg dry matter LAS 5 g/kg dry matter NPE 450 mg/kg dry matter Pb Zn 7501, 200 250 2, 5004, 000 600 - All treatment processes produce sludge, be it much or little -Choice of treatment according to kind of reuse - We need to de-toxify our chemical society Source: EU, 2008

Start from the end ! (centralised example) We decide what quality we would like the final products to have. Sludge drying bed itself e g d lu s d ie r D CO 2 & methane gases Our thinking is now on global challenges as well as on local wishes for system performance and status percolating effluent water Jan-Olof Drangert, Linköping university, Sweden

KOLAM STABILISASI 1. Fungsi Kolam Stabilisasi : i. Sebagai Reservoir ii. iii. Pengendap Pertama Penguraian bahan organik secara alami (natural biodegradasi) baik aerobik maupun anaerobik iv. Penurunan bakteri pathogen 2. Karakkateristik : i. Waktu proses lama ii. Pemurnian air limbah secara alami iii. Kualitas bakteriologis lebih baik. 28

2. Konfigurasi kolam Stabilisasi : 1. Kolam Anaerobik 2. Kolam Fakultatif 3. Kolam Maturasi 29

30

31

32

Kolam Anaerobik 1. Fungsi : • • Menurunkan beban organik secara anaerobik, dimana proses yang terjadi seperti pada “Septik tank”. Sebagai pengolah pendahuluan karena beban organik yang masih tinggi dalam air limbah. Bahan Organik BOD + Mikro Organisme X CO; CH 4; H 2 S; M. Org. baru Biogas & X 33

• Kriteria Perencanaan : – Waktu tinggal minimum = (3 – 5 ) hari – Kedalaman kolam = (2 – 5 ) m – Efisiensi Penyisihan BOD = (50 – 85) % • Tipikal – Beban Volumetrik = 60 % = 300 gr BOD/m 3. hari. • Rumus : – Luas Area, • Si = BOD influen, mg/l • Q = Debit, m 3/hari • H = Kedalaman kolam, m 34

• Langkah Perhitungan : – Tetapkan kedalaman Kolam – Hitung kebutuhan lahan berdasarkan pada beban organik yang ditetapkan. – Cek waktu tinggal hidrolik, jika waktu minimum tidak terpenuhi, maka hitung ulang kebutuhan lahan berdasar pada waktu tinggal minimum yang disyaratkan dalam kriteria perencanaan. – Sketsa dimensi kolam dengan disertai penetapan model serta lokasi inlet sedemikian rupa agar terjadi aliran semerata mungkin pada seluruh area kolam. 35

KOLAM FAKULTATIF • Terjadi Proses Biodegradasi secara Aerobik dan Anaerobik. 1. 2. • Biodegradasi Aerobik terjadi pada permukaan sampai pada ¾ kedalaman kolam Biodegradasi Anaerobik terjadi pada lumpur didasar kolam sampai pada ¼ kedalaman. Kolam berfungsi sebagai bioreaktor alami tanpa resirkulasi lumpur aktif. 36

37

1. Formulasi perhitungan : a. Efisiensi proses untuk reaksi Orde Satu • • • : Se = BOD efluen So = BOD influen k = Koefisien biodegradasi = (0, 05 – 0, 8)/hari k fungsi temperatur, k. T = 0, 25 (1, 06)T - 20 b. Beban organik berdasar rumus Empiris Mc Garry & Pescod T = suhu dalam o. F 38

2. Kriteria Perencanaan : 1. Kedalaman kolam = (1 – 2) m 2. % Penyisihan BOD = (80 – 95) % 3. Sudut kemiringan kolam = 1 : 3 4. Beban BOD = (40 – 120) kg BOD/ha. hari “Untuk peningkatan efisiensi dan penurunan kebutuhan lahan kolam dapat disusun secara seri “ F 1 Fn-1 Fn 39

• Langkah Perhitungan : – Hitung nilai k sesuai suhu air pada perencanaan. – Berdasar pada % removal BOD hitunglah td* – Tetapkan kedalaman kolam – Hitung luas area yang dibutuhkan – Cek beban organik. – Hitung ulang kebutuhan kolam secara seri dan bandingkan dengan hasil perhitungan I 40

KOLAM MATURASI 1. FUNGSI : • • • Peningkatan kualitas efluen (Penyisihan BOD) Penyisihan bakteri pathogen akibat sinar UV matahari Penyisihan nutrien (N dan P). 2. KONFIGURASI : • • Diletakkan setelah kolam fakultatif Umumnya dibuat secara seri 41

3. Kriteria Perencanaan : 1. 2. 3. 4. Waktu Tinggal Hidrolik = (12 – 18 ) hari Kedalaman kolam = (0, 5 – 1) m %Penyisihan BOD = (60 – 80)% Beban BOD < 10 kg BOD/(ha. hari) 4. Efisiensi Penyisihan Bakteri E Coli : – – Ne & Ni = Konsentrasi E Coli pada efluen dan influen kb = koefisien kematian E. Coli kbt = 2, 6 (1, 19)T-20 42

5. Kolam maturasi tersusun seri : AN F 1 F 2 M 1 M 2 KONFIGURASI KOLAM STABILISASI SECARA UMUM 43

6. Langkah perhitungan : – Hitung nilai k dan kb berdasarkan pada suhu operasional yang diinginkan. – Hitung penurunan E Coli dari kolam Anaerobik dan kolam fakultatif yang telah direncanakan. – Hitung nilai td kolam maturasi berdasarkan pada penyisihan BOD dan E. Coli yang diinginkan. – Pilih nilai td yang lebih besar dan hitung kebutuhan luas area kolam stabilisasi dengan menetapkan kedalam kolam terlebih dahulu. 44

7. Kelemahan kolam stabilisasi : – Dibutuhkan lahan yang luas – Sering timbul bau akibat proses biodegradasi anaerob. – Biaya investasi mahal. Kelebihan : Proses sederhana, mudah dan murah dalam operasi – perawatan. 45

Latihan Soal : • Kawasan permukiman dengan populasi 50000 jiwa dengan kebutuhan air bersih 125 lt/org. hari dan konversi air bersih menjadi air buangan sebesar 72 %. Buangan organik yang dinyatakan sebagai BOD rata – rata sebesar 45 gram/org. hari; kadar E. Coli sebesar 108 MPN/100 ml. suhu rata – rata air buangan sebesar 28◦C. Tentukan kebutuhan lahan kolam fakultatif dan maturasi yang disusun 2 buah secara seri untuk BODef<20 mg/l dan E. Coli < 100 MPN/100 ml. 46