Merancang IPAL harus dilakukan melalui beberapa perhitungan yang tepat. Ada beberapa parameter desain yang harus diperhatikan tergantung teknologi apa yang akan diterapkan. Diantara bebarapa teknologi pengolahan air limbah yang biasa diterapkan yaitu septic tank, ABR, AF dan RBC. 

Perhitungan Bak Septic Tank/Sedimentasi 

            Sedimentasi adalah proses pemisahan partikel padatan yang terkandung dalam air limbah oleh gaya gravitasi, baik padatan organik maupun padatan anorganik. Pada sistem pengolahan air limbah, proses sedimentasi dilakukan pada awal (primary sedimentation tank), dan juga sesudah proses biologis (secondary clarifier) atau sesudah proses koagulasi. Dalam sistem kombinasi anaerobik dan aerobik, proses sedimentasi dilakukan pada awal dan akhir.

 
Prinsip utama pada pengendapan adalah gaya gravitasi bumi, maka permukaan air dibuat / dijaga supaya tenang, tidak terjadi turbulensi ataupun velocity yang terlalu besar, supaya gaya gravitasi dapat bekerja maksimal terhadap partikel padatan yang ada.

Sedimentasi awal/ Primary Sedimentation Tank

Parameter utama dalam perhitungan sedimentasi awal (primary sedimentation tank) adalah Surface-Loading dan detention-time. Parameter lain yang perlu juga diperhatikan adalah Weir-Loading.

• Surface Loading

Hubungan antara volume limbah yang masuk selama 1 hari (m³) (yang berisi sejumlah partikel padatan yang akan diendapkan), berbanding dengan luas permukaan tangki.

Surface Loading tipikal:  30 – 50 m³/m².hari

• Retention Time/ Waktu Tinggal

Waktu yang yang dibutuhkan bagi partikel padatan untuk mengendap

Retention Time tipikal:  1,5 – 2,5 jam ²⁾

Perhitungan ABR (Anaerobic Baffled Reactor)

Anaerobic BaffledReactor terdiri dari pre-sedimentation tank dengan satu seri baffled reactor di mana aliran air limbahnya diarahkan dari bawah ke atas (up-flow) dan pengolahan dengan proses anaerobik terjadi karena air limbah berkontak dengan lumpur (mikroba) yang berada dalam setiap reaktor.Up-flow velocity (kecepatan aliran keatas) dalam setiap reaktor dijaga cukup rendah supaya ada cukup waktu kontak antara air limbah dengan lumpur/ mikroba dalam reaktor, juga untuk menjaga supaya lumpur tidak hanyut ke hilir.

Keuntungan Anaerobic Baffled Reactor adalah konstruksinya sederhana, tidak ada peralatan mekanik, pengoperasiannya gampang dan ekonomis, jarang terjadi penyumbatan. Dengan Anaerobic Baffled Reactor yang didesain dan dioperasikan dengan baik, penurunan COD/BOD yang jauh lebih besar dari pada septic tank bisa tercapai. Sedangkan kekurangannya adalah hanyut nya (wash-out) dari lumpur/mikroba, yang mengakibatkan proses penguraian kurang dan efisiensi turun. Konstruksi ini kurang sesuai untuk IPAL skala besar karena kebutuhan lahannya cukup luas.

Di ruang pertama proses pengolahan yang terjadi ialah proses pengendapan (sama seperti yang terjadi pada septic tank). Sesudah padatan yang mudah terendap dipisahkan, air limbah masuk ke ruangan berikutnya di mana terjadi proses penguraian kandungan organik (proses biologis anaerobik) karena air limbah berkontak dengan lumpur mikroba yang berada dalam kondisi tersuspensi di bagian bawah dalam ruangan tersebut. Baffled reactor yang baik mempunyai chamber (ruangan) reaktor minimum 4 buah.

Salah satu parameter yang penting dalam desain baffled reactor antara lain adalah up-flow velocity di dalam reaktor. Bila terlampau cepat maka lumpur microba akan hanyut ke hilir (wash out), maka up-flow velocity ini jangan lebih dari 2 m/jam. Up-flow velocity ini bisa dihitung dari debit limbah (m³ /jam) dan luas penampang baknya yaitu panjang x lebar (m²)

Karena prinsip kerjanya adalah kontak antara air limbah yang masuk dengan akumulasi endapan lumpur/mikroba, maka supaya terjadi kontak yang baik, ratio antara panjang bak reaktor dengan kedalamannya perlu diperhatikan. Sehingga parameter desain berikutnya adalah hubungan antara panjang (L) dengan dalam (D). Agar limbah yang masuk terdistribusi /kontak secara merata maka dianjurkan L = 0.5 - 0.6 xD⁽²⁾.

Parameter desain yang lain adalah organic loading. Karena studi mengenai Anaerobic Baffled Reactor masih terbatas, belum ada nilai standar yang tetap untuk parameter tersebut. Barber and Stuckey³⁾ melakukan percobaan untuk berbagai jenis air limbah dengan COD loading sekitar 2 sampai 28 kg/m³xhari (untuk air limbah domestik, 2.2kg/m³xhari). Sedangkan BORDA merekomendasikan COD loading lebih rendah dari 3 kg/m³xhari²⁾

Parameter berikut adalah HRT (hydraulic retention time). Barber dan Stuckey melakukan studi dengan HRT 6 sampai 24 jam. Sedangkan BORDA menganjurkan HRTminimum 8 jam

Perhitungan AF (Anaerobic Filter)

Konstruksi bak Anaerobic Filter mirip dengan Anaerobic Baffled Reactor, bedanya bahwa dalam bak AF (Anaerobic Filter) tersebut diisi dengan media supaya mikroorganisme dapat melekat/menempel pada permukaan media tersebut atau diakomodasi di dalam ruangan yang dibentuk oleh medianya. Karena tidak ada pasokan oksigen, mikroba yang aktif pada sistim ini adalah jenis anaerobik. Air limbah dapat mengalir/lewat diantara media, dan sewaktu dialiri limbah mikroba akan menguraikan bahan organik terlarut dan organik yg terdispersi didalam limbah, sehingga hasilnya adalah pengurangan kandungan organik pada effluent.

Dibandingkan dengan Anaerobic Baffled Reactor, kontak antara mikroba dan organik dalam air limbah pada Anaerobic Filter lebih efisien, sehingga Anaerobic Filter dapat menerima organic loading yang lebih tinggi. Akan tetapi Anaerobic Filter juga memiliki kekurangan, yaitu bertambahnya biaya pembuatan karena adanya media, selain itu ada resiko terjadinya penyumbatan di bagian reaktor yang diisi media jika terlalu banyak mikroba yang tumbuh dan melekat pada medianya, atau jika influent mengandung banyak suspended solid. Untuk mengontrol konsentrasi mikroba dan padatan yang lain dalam bagian media agar menghindari penyumbatan, bisa dilakukan “back wash” secara periodik.

Media yang digunakan ada berbagai jenis, tetapi prinsipnya lebih luas permukaannya maka mikroba yang melekat juga akan lebih banyak sehingga sistim pengolahan lebih efisien. Untuk keperluan tersebut biasanya media dibuat khusus dari plastik cetak, akan tetapi bisa juga dengan bahan/materi lain yang awet atau tidak mudah membusuk seperti batu koral, pecahan keramik, Plastik cetak, dan lain sebagainya. Media yang baik luas permukaannya (surface area) kira kira 100 – 300 m² per m³ volume yang ditempatinya. Ada parameter yang lain dari media yaitu “Void Ratio”. Void Ratio berarti perbandingan antar volume massa media dengan volume ruangan yang kosong dimana airnya bisa mengalir. Void Ratio tersebut secara langsung berpengaruh pada Volume bak reaktor dan/atau HRT (Hydraulic Retention Time ) dari Anaerobic Filter. Untuk media yang Void Rationya kecil seperti batu akan mengakibatkan volume bak bertambah besar, sehingga biaya konstruksi dan kebutuhan lahan jadi meningkat.

Dengan pola pikir itu maka kita cenderung untuk memilih media yang mempunyai surface area yang luas (media dengan butiran kecil, atau jarak sela antar media sempit), tetapi perlu diingatkan bahwa mikroba yang melekat akan tumbuh semakin tebal, sehingga jika jarak sela antar media terlalu kecil, maka setelah mikrobanya tumbuh akan menyumbat lubang/ sela tersebut dan terjadi blocking dan akibatnya aliran air limbah hanya lewat bagian reaktor yang tidak tersumbat saja/ by-pass, hal tersebut akan mengakibatkan performance dari IPAL menurun secara drastis. Karena itu memilih media harus sedemikian agar surface area-nya cukup luas tetapi tidak sampai tersumbat (blocking/clogging).

Perhitungan RBC (Anaerobic Baffled Reactor)

Untuk perhitungan RBC, silahkan lihat di buku manual perancangan IPAL yang dikeluarkan Pusteklim.