Jl. Sutera Tiara 3 No.20, Alam Sutera, Tangerang, Banten 15143
08111009933 - 081959009933

Menghitung Kapasitas Biofilter Metode VTR

Biofilter memiliki peran penting dalam dalam sistem aquakultur kolam resirkulasi (RAS), dimana biofilter berperan dalam proses nitrifikasi yaitu mengolah limbah Nitrogen (TAN) yang berbahaya untuk ikan menjadi unsur yang tidak berbahaya.  Jika kerja biofilter tidak optimal akan mengakibatkan kandungan limbah TAN menumpuk dalam kolam yang pada konsentrasi diatas 5 gr/liter akan membahayakan ikan, ikan bisa sakit atau bahkan mati karena keracunan.  Dampak lain yang ditimbulkan akibat kinerja biofilter yang kurang baik adalah menurunnya kualitas parameter air yang berdampak air menjadi bau, berbusa dan keruh.

Biofilter pada kolam biasanya terdiri dari chamber-camber yang berisi media filter namun sayangnya banyak pehobi yang mengukur kapasitas biofilter dengan cara trial and error mengganti media dengan media yang mahal yang belum tentu dapat mengatasi persoalan yang timbul karena fungsi biofilter tidak hanya tergantung media yang digunakan tetapi tergantung juga besarnya kapasitas pompa yang digunakan.  Untuk itu kita perlu mengetahui berapa kapasitas biofilter dan besarnya Flow Rate dari pompa agar biofilter dapat bekerja optimum               .

Banyak cara menghitung kapasitas biofilter mulai dari pendekatan ilmiah sampai dengan cara pendekatan berdasarkan best practice.  Salah satu cara yang paling mudah adalah perhitungan dengan  cara pendekatan “Volumetric TAN Conversion Rate” (VTR) yaitu kapasitas untuk mengurai TAN dari suatu media dalam sehari dengan satuan unit (gr TAN/m3/hari).  Untuk menghitung kapasitas biofilter dengan cara ini dapat dilakukan melalui beberapa tahap yaitu,

  1. Tetapkan kadar maksimum kandungan TAN yang boleh ada di kolam, biasanya diambil 1 – 2 ppm.
  2. Hitung jumlah pakan yang diberikan setiap hari
  3. Konversikan jumlah pakan tersebut menjadi limbah TAN.
  4. Tetapkan angka VTR yang  didasarkan pada suatu media tertentu
  5. Hitung volume media yang dibutuhkan berdasarkan VTR
  6. Hitung Flow Rate yang digunakan

 

Menetapkan kandungan TAN yang diijinkan

Biofilter akan bekerja normal pada kondisi maksimum kandungan TAN sebesar 3,15 mg/L (Rolando. et al, 2013), angka ideal yang baik untuk kolam agar bekerja optimum adalah 1-2 mg/L, dalam kasus umum gunakan angka 1,5 mg/L

 

Menghitung jumlah pakan

Jumlah pakan perhari dapat dihitung berdasarkan asumsi 2% dari berat ikan perhari.

 

 Konversi Pakan ke TAN 

Untuk menghitung jumlah TAN yang dihasilkan akibat konsumsi pakan perhari digunakan asumsi umum yang berlaku sebagai berikut, (Losordo 2015, et  al)

  • Nitrogen yang tidak terolah oleh ikan dan menjadi limsah di kolam adalah sebesar 50%
  • Untuk setiap 1 gr protein mengandung 16% Nitrogen
  • Untuk setiap 1 gram Nitrogen menghasilkan 1,2 gr TAN

Sehingga jumlah TAN dapat dihitung sebagai,

Total TAN (gr/hr) = Total Pakan (gr) x Protein (%) x 50% waste Nitrogen x 0,16 Nitrogen/gr Protein x 1,2 gr TAN/gr Nitrogen

 

Menetapkan angka VTR

Angka VTR bisa diambil dengan cara berikut,

Cara Praktis 1 (Didasarkan pada angka best practice), (Losordo. et al,2015)

    • Untuk static bed media diambil angka VTR = 90 gr TAN/m3/hr
    • Untuk moving bed media diambil angka VTR = 350 gr TAN/m3/hr

Cara Praktis 2

 VTR = ATR x SSA media

dimana,

ATR = Area TAN Removal ( mg/m2/hr), biasanya diambil 300 mg/m2/hr

          SSA =  Specific Surface Area dari media yang digunakan (m2/m3)

Cara Teoritis (tidak dibahas)

Secara teoritis besarnya VTR dapat dihitung berdasarkan rumus berikut, (Colt et al. 2006; Pfeiffer & Malone
2006).

VTR = KC x (TAN in – TAN out) x QR / Vb

dimana:

VTR = Jumlah gram TAN yang diconversi per m3 setiap hari

QR = Flow rate (L/min)

Vb = Volume media filter (m3)

KC = Factor Konversi diambil 1,44

TAN in = TAN influent (mg/L)

TAN out= TAN effluent (mg/L)

 

Menghitung volume media yang dibutuhkan

Volume media yang diperlukan dapat dihitung menggunakan rumus, (Losordo. et al,2015)

Volume Media  (m3) = Total Produksi TAN (gr TAN/hr) / VTR (gr TAN/m3/hr)

 

Menghitung kebutuhan Flow Rate

Flow rate adalah jumlah aliran air yang melewati media dalam satuan waktu tertentu untuk menurunkan kandungan TAN yang diijinkan.  Pada realitas sebenarnya Flow Rate digunakan untuk menentukan kapasitas pompa yang dibutuhkan, dengan memperhitungkan effisiensi biofilter dan pompa.

Effisiensi biofilter harus diperhitungkan karena

  1. Reaksi nitrifikasi membutuhkan oksigen yang cukup besar jadi ketersediaan kandungan oksigen terlarut (DO) menjadi faktor penentu kinerja biofilter
  2. Bakteri yang hidup di media tidak seluruhnya bakteri nitrifikasi ada porsi media yang ditinggali oleh bakteri heterotropik sehingga proses nitrifikasi menjadi berkurang.
  3. Parameter lain seperti PH dan temperatur turut mempengaruhi kinerja bakteri nitrifikasi.

Saat ini hampir sebagian besar effisiensi biofilter (n) dalam menghilangkan TAN berkisar di 50-80 % sehingga besarnya aliran (Flow Rate) harus disesuaikan kembali.

Selain effisiensi dari biofilter kita dapat memamfatkan nitrifikasi pasif yang berlangsung dikolam, dalam kondisi yang sangat optimum nitrifikasi pasif dapat mengurangi sampai 30% limbah TAN. Kita bisa menggunakan angka nitrifikasi pasif ini untuk mengurangi beban biofilter

Untuk memberi gambaran dalam menetapkan Flow Rate dapat dilihat gambar dibawah ini,

Bearnya Flow Rate dapat diturunkan berdasarkan rumus, (Losordo. et al,2015)

TAN discharge (gr/hr) = TAN Kolam ( mg/L)/1000 x Debit Aliran (L/hr) x n  atau

Debit Aliran (L/hr) = n x  TAN discharge (gr/hr) / TAN Kolam (mg/L) x 1000

Besarnya TAN discharge dapat dikurangi terlebih dahulu dengan porsi yang diolah oleh pasif nitrification di kolam.

 

Untuk memudahkan pemahaman dapat dipelajari contoh perhitungan dibawah ini,

Sebuah kolam memiliki volume air total 18 ton berisi sejumlah ikan seberat 200 kg.  Jenis pakan yang digunakan mengandung protein 40%. Direncanakan biofilter akan menggunakan media Bioball dengan SSA= 300 m2/m3.

Hitung kebutuhan media bioball yang diperlukan serta Flow Rate yang diperlukan untuk mendapatkan nilai kandungan TAN di kolam tidak melebihi 1 mg/L.  Jika Angka Effisiensi pompa diasumsikan 0,85, panjang instalasi pipa 6 meter termasuk 2 elbow dan beda tinggi air jatuh dikolam = 50 cm, Berapa kapasitas pompa yang sebaiknya digunakan?

Jawab:

Cara Praktis

Maksimum kandungan TAN yang diijinkan = 1 mg/L

Jumlah pakan per hari = 2% x 200 kg = 4 kg/hari = 4.000 gr/hari

Limbah TAN yang dihasilkan = 4.000 gr/hr x 40% x 50% x 16% x 1,2  (gr/hr) = 153,6 gr/hr

Menghitung VTR

Cara Praktis 1 :

Angka VTR yang digunakan = 90 gr TAN/m3/hr

Cara Praktis 2 :

VTR = 300 (mg/m2/hr) x 300 (m2/m3) /1000 =   90 gr TAN/m3/hr  (bioball)

Volume Media yang dibutuhkan = 153,6 : 90 = 1,707 m3 atau 1.707 L

Debit aliran (Flow Rate) dihitung tampa mempertimbangkan pasif nitrifikasi dan effisiensi biofilter=50% atau n=2  maka Flow Rate dihitung sbb,

Flow Rate = 2 x 153,6 gr/hr : 1 gr/L x 1000 = 307.200 L/hr = 12.800  L/jam atau 12.800 LPH

Perhitungan kebutuhan pompa yang digunakan dapat dilihat di https://koiart.net/2018/05/19/menghitung-kapasitas-pompa-kolam-koi/

Total Penurunan kapasitas pompa = (0,5×2000)+(6×100) + (2×500) LPH = 2.600 LPH

Jadi Pompa yang harus disediakan = (12.800 + 2.600) / 0,85 = 18.117 LPH didekatkan menjadi 20.000 LPH

 


Referensi:

  1. James M. Ebeling, Ph.D.|  Biofiltration‐Nitrification Design Overview | The University of Arizona, Recirculating Aquaculture Systems Short Course | 2006
  2. JamesM.Ebeling,Ph.D.Ph.D. and M.B.Timmons,Ph.D. | WarmWater System Design | The University of Arizona, Recirculating Aquaculture Systems Short Course | 2006
  3. Thomas M. Losordo, Ph.D. |Flow rate estimation for RAS | Global Aquacultur Advocate | 2015
  4. Thomas M. Losordo, Ph.D. |Estimating biofilter size for RAS systems | Global Aquacultur Advocate | 2015
  5. V. J. Rejish Kumar, Valsamma Joseph, Rosamma Philip and I. S. Bright Singh | Nitrification in brackish water recirculating aquaculture system integrated with activated packed bed bioreactor | IWA Publishing | 2010
  6. Rolando Chamy and Francisca Rosenkranz |Biodegradation: Engineering and Technology | Intech | 2013
  7. Nathapron Areerachakul | Biofilers In Recirculation Aquaculture System | Faculty of Industrial Technology, Suansunandha Rajhabhat University, Bangkok, Thailand | 2018
  8. Somerville, C., Cohen, M., Pantanella, E., Stankus, A. & Lovatelli, A | Small-scale aquaponic food production. Integrated fish and plant farming | FAO Fisheries and Aquaculture Technical PaperNo. 589 | 2014

This post created by Drajat W. on 9/05/2020 updated 09/05/2020 – Copyrights (c) 2017 Koi Art, All Rights Reserved


 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

error: Content is protected !!
WhatsApp us