Ngofa Majang: Desember 2011

Pengolahan Limbah Secara Biologis

2.1 Air Limbah

Menurut Mara (1975), air limbah adalah buangan dari suatu lingkungan masyarakat dimana bahan ini dapat seluruhnya berasal dari rumah tangga atau dapat juga mengandung air buangan dari industri atau pertanian. Sedangkan menurut Metcalf and Eddy (1991), air limbah adalah campuran dari berbagai cairan dan sampah-sampah yang berasal dari perumahan, institusi, tempat-tempat komersil dan industri yang digabung dengan air tanah,air permukaan dan air hujan yang mungkin ada.

Sedangkan menurut ( Ehler and Stell, 1975 dalam Hakiki, 2004), air limbah adalah cairan yang dibawa atau dialirkan oleh saluran air limbah, sehingga secara umum dapat dikemukakan bahwa air limbah yaitu cairan yang berasal dari rumah tangga, industri, instalasi dan tempat lainnya dan biasanya mengandung zat-zat yang membahayakan kehidupan dan mengganggu kelestarian hidup.

Limbah cair dapat dibedakan berdasarkan sumbernya. Dimana sumber limbah cair ada yang bersumber dari domestik yang mana sumber ini biasanya berasal dari permukiman dan tempat umum. Bersumber dari industri dimana berasal dari industri – industri dan bersumber dari rembesan yang berasal dari aliran air hujan (Metclaf & Eddy, 1991).

Air limbah industri adalah air limbah yang sebagian besar terdiri atas buangan atau limbah hasil dari proses industri. Komponen yang terkandung dalam dalam limbah industri biasanya lebih kompleks kandungannya dan bervariasi yaitu mengandung bahan organik dan anorganik. Hal ini dipengaruhi karena tiap-tiap industri menggunakan bahan yang berbeda-beda dalam proses produksinya. Sehingga tiap industri tersebut memerlukan pemecahan tersendiri dalam mengolah limbahnya sehingga dapat di buang ke badan air dengan aman.

Adapun baku mutu air limbah domestik yang ditentukan oleh pemerintah, sesuai dengan keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup pada Tabel 2.2 dibawah ini:

Parameter	Satuan	Kadar Maksimum
pH	-	6-9
BOD	Mg/l	100
TSS	Mg/l	100
Minyak dan Lemak	Mg/l	10

Tabel 2.1 Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 112 Tahun 2003 Tentang Baku Mutu Air Limbah Domestik Menteri Negara Lingkungan Hidup.

Sumber: Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 112 Tahun 2003

2.1.1 Karakteristik Limbah

A. Karakteristik Fisik

1. Kandungan zat padat Terdiri dari benda organik dan anorganik yang terlarut atau tercampur dimana zat padat dapat mempengaruhi jumlah organik padat, garam, juga merupakan petunjuk pencemaran.

2. Kekeruhan

Penyebabnya benda tersuspensi seperti limbah padat bahan organik, alga dan organisme. Hal ini mempengaruhi pengurangan produksioksigen.

3. Bau

Sumbernya berasal dari pembusukan air limbah oleh bahan volatile, gas terlarut dan hasil pembusukan bahan organik.

4. Warna

Sumbernya berasal dari buangan limbah industri serta benda terlarut.

5. Temperatur

Penyebabnya kondisi udara disekitarnya, air panas yang dibuang ke saluran. Hal ini mempengaruhi kehidupan biologis kelarutan oksigen/gas.

B. Karakteristik Kimia

1. Protein

Protein adalah kandungan utama dari makhluk hidup, termasuk didalamnya tanaman dan binatang bersel satu. Protein bias menyebabkan bau karena adanya proses pembusukan.

1. Karbohidrat

Karbohidrat terdalam dalam gula, kanji, selulosa dan kayu yang kesemuanya dapat dijumpai dalam air limbah.

2. Lemak, minyak dan gemuk

Lemak dan minyak merupakan komponen utama bahan makanan yang juga banyak dijumpai dalam air limbah.

3. Deterjen atau surfektan

Bahan dasar dari deterjen adalah minyak nabati atau minyak bumi.Di dalam air zat ini menimbulkan buih dan selama proses aerasi buih tersebut berada diatas permukaan gelembung udara. Busa ini tahan tarhadap penguraian pada proses biologis.

4. Fenol

Fenol merupakan penyebab timbulnya rasa yang ada di dalam air.

5. Konsentrasi pH

Air limbah dengan konsentrasi yang tidak netral akan menyulitkan proses biologis, sehingga mengganggu proses penjernihannya.

6. Klorida

Klorida dihasilkan dari rembesan yang ada di dalam batuan dan tanah. Adanya klorida menunjukkan bahwa air tersebut telah mengalami pencemaran.

7. Sulfur

Sulfur bisa menyebabkan karat pada pipa.

C. Karakteristik Biologi

1. Binatang

Yang termasuk binatang dalam air limbah adalah bertulang belakang, kerang-kerangan, kutu dan larva.

2. Tumbuhan

Yang termasuk tumbuhan dalam air limbah adalah lumut dan pakis/paku.

3. Protista

Yang termasuk protista dalam air limbah adalah bakteri, ganggang, jamur dan hewan bersel satu.

2.2 Pengolahan Limbah Cair

Berdasarkan proses pengolahannya limbah cair dapat dibedakan menjadi menjadi 3 golongan, yaitu:

a) Pengolahan secara fisik

Merupakan proses pengolahan yang biasanya dilakukan dengan penyaringan, pemarutan, penghilangan bahan butiran dan padatan tersuspensi organic. Unit pengolahannya berupa sumur pengumpul,screen,mixer,bak pengendap dan filter.

Sifat fisik suatu limbah ditentukan berdasarkan jumlah padatan terlarut, tersuspensi dan padatan , alkalinitas, kekeruhan, warna, salinitas, daya hantar listrik, bau dan temperatur.sifat fisik ini beberapa diantaranya dapat dikenali secara visual tetapi untuk mengetahui secara lebih pasti maka digunakan analisa laboraturium.

b) Pengolahan secara kimia

Merupakan proses pengolahan dengan melakukan penambahan bahan kimia, misalnya klor. Meliputi:

a. Adsorpsi

b. Presipitasi

c. Gas transfer

d. Desinfeksi

c) Pengolahan secara biologis

Merupakan proses pengolahan melalui aktivitas mikroorganisme, misalnya bakteri dan ganggang. Pengolahan ini di tujukan untuk menghilangkan bahan organik yang dapat didegradasi dalam air buangan.

Pengolahan secara biologis dapat dibedakan menurut pemakaian oksigennya, yaitu:

1. Proses aerobik, yaitu proses yang memerlukan oksigen,misalnya pada activated sludge, aerated lagoon, aerobic digester dan tricling filter.

2. Proses anaerobik, yaitu proses yang tidak memerlukan oksigen, misalnya pada anaerobic digestion, anaerobic filter dan anaerobic ponds.

3. Proses fakultatif, yaitu proses yang bisa berjalan dengan atau tanpa adanya oksigen, misalnya pada fakultatif lagoon dan maturation ponds.

2.3 Pengolahan Limbah Cair Secara Anaerobik

Pengolahan dengan proses anaerobik telah lama digunakan untuk mengolah air buangan domestik maupun industri. Pada proses ini bahan-bahan organik di ubah menjadi gas methane, yang dapat digunakan sebagai sumber energi. Pada mulanya proses anaerobik digunakan pada pengolahan lumpur tinja domestic, limbah pertanian dengan menggunakan septictank. Perkembangan imu pengetahuan dan teknologi yang pesat telah menciptakan pengolahan secara anaerobik dengan laju yang lebih cepat baik baik secara attac growth maupun suspended growth. Proses operasi demikian akan memperkecil Hydrolic Retention Time (HRT) dengan beben COD yang besar. Kinerja ini terbukti stabil dalam rentang beban organik, tahan terhadap perubahan debit yang masuk dan karakteristik limbah (Marsono, 1996).

Proses pengolahan limbah secara anaerobik merupakan metode yang efektif untuk mengolah berbagai limbah dengan bahan organik yang tinggi. Pengolahan ini dilakukan oleh bakteri anaerobik dalam keadaan tanpa oksigen dimana konversi material organik ke dalam hasil akhir berupa biogas yang mengandung methan dan karbondioksida.

Mikroorganisme yang menguraikan kandungan organik didalam proses anaerob dikelompok menjadi dua yaitu : Kelompok pertama menghidrolisis dan fermentasi kandungan organik yang komplek menjadi organik sederhana yang asam. Pada umumnya disebut dengan asam asetik dan asam propionik. Kelompok mikroorganisme ini berada pada bakteri fakultatif dan anaerob, sama – sama disebut dalam kondisi asam. Kelompok kedua merubah kondisi asam organik yang berasal dari kelompok pertama menjadi gas methan dan gas karbon dioksida. Bakteri yang sangat penting dalam kelompok ini yaitu menguraikan asam asetik dan asam propionik. Mikroorganisme tersebut memiliki percepatan pertumbuhanan yang lambat dan hasil dari metabolismenya dipertimbangkan biasanya kecepatannya terbatas didalam pengolahan anarobik pada limbah organik. Limbah dikatakan stabil bila telah melewati proses asam organik menjadi gas methan dan karbon dioksida. Banyak kelompok lainnya pada bakteri fakultatif dan anaerobik mempunyai kemampuan dalam mengurangai ion – ion yang ada dalam lumpur.

Desulfovibrio mampu untuk mengurangi ion sulfat menjadi sulfida. Dan bakteri lainya mampu mengurangi nitrat menjadi nitrogen. Terutama dalam proses pengolahan air limbah dengan cara anaerob menstabilkan kandungan organik dan merubahnya menjadi bentuk asam kebentuk mentan harus tetap dalam keseimbangan yang dinamik. Supaya dapat terjadi keseimbangan reaktor harus tidak ada mengandung udara dan bebas dari kandungan logam berat dan sulfida. Lingkungan airnya harus mengandung pH 6,6 – 7,6. Bila pH dibawah 6,2 maka pembentukan methan tidak terjadi. Untuk hasil yang memuaskan, alkalinitas biasanya antara 1000 – 5000 mg/l dan asam volatil kurang dari 250 mg/l. Kandungan nutrien supaya dapat lebih diperhatikan, seperti nitrogen dan phospor harus selalu tersedia untuk memastikan pertumbuhan bakteri yang baik. Temperatur yang perlu diperhatikan diantara kisaran untuk mesophilik (85 – 100 °F) dan thermofilik(120 - 135°F). Metabolisme pada bakteri dapat di bedakan menjadi heterotrophic atau autotrphic. Didalam pengolahan air limbah biasanya heterophic sangat penting dalam kelompok karena dibutuhkan untuk mencampur organik untuk sel karbon.

Persamaan reaksi anaerobik :

Kandungan organic + kombinasi Anaerobik sel + energi + CH₄ + CO₂ + Produksi akhir oksigen mikroba baru untuk sel

Sumber dari kombinasi oksigen meliputu radikal dari CO₃^-2, SO₄^-2, NO₃^-1 dan PO₄^-3. Produk akhirnya berupa gas H₂S, H₂, dan N_2.

Penguraian pada karbohidrat :

Karbohidrat Gula Alkohol aldelid Asam organik

Penguraian pada protein :

Proetein Asam amino Asam organik +NH₃

Penguraian pada lemak dan minyak binatang / tumbuhan :

Lemak dan minyak Asam organik

Rekasi methana pada bakteri :

Asam organik CH₄ + CO₂

Reaksi fermentasi methan menghasilkan asam :

1. Asam asetik

CH₃COOH CH₄+CO₂

2. Asam propionik

CH₃CH₂COOH+0,5H₂O CH3COOH+0,25CO₂+0,75CH₄

CH₃COOH CH₄+CO₂

CH₃CH₂COOH+0,5H₂O 1,25CO₂+1,75CH₄

Tabel 2.2 : Kondisi optimum untuk pengolahan air limbah secara anaerob

Temperatur optimum : 1. Mesophilik 2. Thermophilik	85 – 100°F 120 - 135°F
Nutirien biologi yang harus dipenuhi : 1. Nitrogen 2. Phospor 3. Lainya Kondisi anaerob (tidak ada udara)
pH optimum	6,6 – 7,6
Tidak mengandung bahan beracun

Sumber : (Metclaf & Eddy,1978)

Skema pada tingkat – tingkat reaksi :

1. Hydrolisis

Molekul yang besar dan tersuspensi tidak dapat langsung dimetabolisme olah anaerob. Hidrolisis bertujuan menghancurkan molekul kompel yang besar baik yang terurai maupun yang tidak terurai ke dalam molekul kecil supaya dapat dipindah ke dalam sel metabolisme.

2. Acetogenesis dan Formation

Mikroorganisme yang sama bahwa merupakan reaksi hidrolisis menjadikan fermentasi perlahan – perlahan pada tingkat ini. Hasil akhir dari proses ini adalah asam organik, molekul yang lebih ringan mengandung hidrogen dan karbondioksida.

3. Methanogensis

Pada tahap ini terjadinya pembentukan gas methan. Skema mektan dapat dilihat pada skema dibawah ini:

1. Skema proses terbentuknya metan

Organik polymer

Hidrolisis

Fermentasi mikroorganime

4% 20%

Acetogenesis

24% 32%

28% 72%

Hidrogenophilic methananogens Acetopilic methanogens

CH₄, CO₂

Metanogenesis

Gambar 2.1 skema proses terbentuknya metan

2.3.1 Contoh-Contoh Pengolahan Anaerobik

Pengolahan secara anaerobik Ialah pengolahan dimana dalam proses pengolahannya tanpa membutuhkan udara. Sehingga dalam proses ini bakteri yang berperan dalam proses pengolahan adalah baktri anaerobik, Dimana dalam proses pengolahan secara anaerob pengolahannya relatif lama. Namun lumpur yang dihasilkan sedikit.

Contoh – contoh proses pengolahan anaerob :

1. ABR

2. Continuous flow SBR

3. Up flow anaerobic sludge blanket

2.3.2 Mikroba Anaerob

Mikroba yang umumya terdapat pada anaerobik adalah : Pseudomonas, Flavobakterium, Alcaligenes, Escherichia dan Aerobacter. Jenis mikroba ini jarak / range pHnya relatif besar. Bakteri yang merubah asam organik menjadi gas methan dan karbondioksida adalah Methanogenic / Methanoformer. Ada beberapa jenis – jenis bakteri Methanogenic antara lain: Methanobacterium, Methanobacillius, Methanococcus, Methanosarcina. Selain itu ada juga bakteri non methanogenic yang dapat diisolasi dan dimasukan kedalam pengolahan anaerobik antara lain: Clostidium spp, Peptococcusbacillius, Actimomyas, Staphylococcus dan Escherichia coli.

Metabolisme pada bakteri dapat dikelompokan sebagai heterotrophic atau autotrphic. Didalam pengolahan air limbah biasanya heterophic sangat penting dalam kelompok karena dibutuhkan untuk mencampur organik untuk sel karbon.

Tabel 2.3 Jenis Exothermic Biochemical reaksi

Biochimical energi reaksi	Nutrisi pada bakteri
C₆H₁₂O₆+6O₂6CO₂+6H₂O	Heterotrophic, aerobik
C₆H₁₂O₆+6O₂3CH₄+3CO₂	Heterotrophic, anaerobic
2NH₄⁺+3O₂2NO₂^-+2H₂O+4H⁺	Autotrophic, chemosynthetic, aerobik
5S+2H₂O+6NO₂^- 5SO₄^--+3N₂+4H⁺	Autotrophic, chemosynthetic, anerobik

Sumber : (Metclaf & Eddy,1978)

2.3.3 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Proses Anaerobik

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi dalam proses air limbah secara anaerobik, yaitu :

1. Nutrien

Beberapa nutrien makro (C, N, P, S) dan nutrient mikro (Mg, K, Mn, Ca) harus ada dalam reaktor anaerobic dalam konsentrasi yang cukup sehingga tidak membatasi tingkat penguraian. Penambahan beberapa nutrien tertentu selain nutrisi mikro seringkali diperlukan untuk mendukung pertumbuhan dan aktifitas mikroorganisme.

2. Faktor Lingkungan

Faktor lingkungan yang mempengaruhi adalah temperature dan nilai pH.

1. Temperatur

Temperature sangat mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme. Kecepatan reaksi kimia dalam proses biologis merupakan fungsi langsung dari temperatur. Bila temperatur menurun kecepatan reaksi akan lebih rendah, dengan demikian penggunaan substrat oeh mikroorganisme juga akan berkurang. Dimana temperatur sangat penting dalam mempercepatan reaksi biologis yang ada didalam proses pengolahan air limbah. Temperatur juga memberi pengaruh terhadap kecepatan trasnfer gas dan karekteristik pengendapan pada padatan biologis. Tingginya efisiensi proses pengolahan anaerobik berdasarka pada temperatur reaktor (Bogte et al, 1993; Van Haandel and Leetinga, 1994).

2. Nilai pH

Menurut Benefield dan Randall (1980), nilai pH optimum untuk proses anaerobik adalah (6,5-8,2). Pengaruh pertama pH pada proses anaerobik adalah terhadap bakteri methanogen.

Nilai dan stabilitas pH sangat berpengaruh dalam reaktor anaerobik karena tinggi kecepatan proses menthanogenesis ketika pH nya berada pada kondisi netral (6,3 – 7,8) (Van Haandel and Leetinga, 1994).

3. Senyawa toxic

Senyawa toxic yang dihasilkan pada pengolahan anaerobic adalah NH3 dan H2S. Senyawa toxic ini dapat mengganggu pengolahan air limbah secara biologis dalam reaktor,karena senyawa ini dapat mengganggu kehidupan bakteri.

2.3.4 Kelebihan Dan Kekurangan Pengolahan Anaerobik

Dalam pengolahan air limbah secara anaerobik mempunyai kelebihan dan kekurangan bila dibandingkan dengan proses pengolahan lainnya. Kelebihan dan kekurangannya antara lain sebagai berikut :

A. Kelebihan dari proses anaerobik:

1. Sedikitnya energi yang digunakan.

2. Tidak dibutuhkan tenaga untuk aerasi.

3. Efisiensi removal COD tinggi untuk beban organik yang tinggi.

4. Produksi lumpur sedikit.

5. Lebih sedikit nutrien yang yang dibutuhkan.

6. Memproduksi gas methan, berpotensi sebagai sumber energi.

7. Volume reaktor yang dibutuhkan lebih kecil.

8. Tidak menghasilkan pencemaran udara.

B. Kekurangan dari proses anaerobik:

1. Tidak dibutuhkan tenaga untuk aerasi.

2. Proses start-up lebih lama untuk pembuatan cadangan biomassa.

3. Terkadang diperlukan pengolahan lebih jauh dengan pengolahan aerobik untuk memenuhi effluent yang diinginkan.

4. Tidak memungkinkan removal nitrogen dan fosfor.

5. Kadang rentan terhadap gangguan zat toxic potensial dalam memproduksi baud an gas kerosif.

6. Penyisihan kandungan nutrien dan patogen yang rendah.

2.4 Anaerobic Baffled Reactor ( ABR ) atau Reaktor Anaerob Bersekat

Anaerobic Baffeld Reactor (ABR) dikembangkan oleh Bachman dan McCarty pada tahun 1981. ABR adalah pengolahan biologis yang dapat melakukan pemisahan zat padat tersuspensi dengan proses pengolahan anaerobik. Reaktor Anaerobic Baffeld Reactor (ABR) terdiri dari beberapa komportemen, sistem ini tidak memerlukan pompa karena konfigurasi UASB yang vertical telah dimodifikasi menjadi horizontal. Sehingga untuk menciptakan kondisi tersebut, dibuat baffle yang berfungsi sebagai pengatur arah aliran dan sekaligus sebagai pengaduk untuk meningkatkan kontak intim antara biomassa dengan air limbah yang mengalir didalamnya.

Menurut Singgih Pranoto (2002) bahwa unit pengolahan Anaerobic Baffeld Reactor (ABR) ini cocok untuk banyak macam limbah cair, termasuk limbah domestic. Efisensi removal COD dalam pengolahan antara 65%-90%, sedangkan BOD antara 70%-95%. Faktor penting yang harus diperhatikan dalam desain adalah waktu kontak yang ditunjukkan dengan kecepatan aliran ke atas. Apabila waktu terlampau cepat maka proses penguraian tidak terjadi secara sempurna. Agar air limbah yang masuk terdistribusi secara merata dianjurkan panjang tiap kompertemen antara 0,5-0,6 dari tinggi komportemen.

Menurut Grobicki dan Stickey (1992) bahwa Anaerobic Baffeld Reactor (ABR) juga tidak memerlukan granular sludge (lumpur glanular) meskipun penggumpalannya dapat saja terjadi setiap saat. Ini merupakan kelebihan dari ABR bila dibandingkan UASB yang membutuhkan granular sludge dalam pengoperasiannya, mengingat sulitnya mengontrol penggumpalan dan tingginya biaya untuk granular tersebut. Penelitian dengan skala laboraturium telah menunjukkan bahwa ABR sangat stabil dalam kondisi menerima kejutan bahan organic dan beban hidrolik, serta tahan terhadap kejutan waktu detensi 5,5-1 jam dalam periode waktu 2-3 jam.

Menurut Barberdan Stuckey (1999) hal yang juga penting dari sistem Anaerobic Baffeld Reactor (ABR) ini adalah kemampuannya dalam mengatasi perubahan fluktuasi beban organic limbah dengan menghasilkan kualitas effluent yang relative stabil.

Menurut Polprasert (1992) bahwa Anaerobic Baffeld Reactor (ABR) dapat digunakan untuk mengolah beberapa jenis air limbah, baik air limbah dengan beban organik tinggi maupun beban organik rendah ataupun air limbah dengan padatan yang tinggi. Pengolahan limbah dengan konsentrasi COD yang rendah yaitu dengan konsentrasi 480 - 730 mg/L, efisiensi yang diperoleh tidak sebesar jika menggunakan limbah dengan konsentrasi besar.

Dalam pengoperasiannya Anaerobic Baffeld Reactor (ABR) terdapat 3 (tiga) zona yaitu zona Asidogenesis, methanogenesis dan zona buffer. Pada zona asidifikasi terjadi pada kompartemen awal reactor dimana terjadi penurunan pH. Pada zona methanase akan terjadi pembentukan gas methan dan pada zona buffer ini digunakan untuk mempertahankan agar proses pada reaktor dapat berjalan dengan baik. Air limbah akan mengalir dengan aliran keatas (up flow) melalui lumpur anerobik yang menghasilkan gas pada setiap kompartemen. Bakteri tumbuh, mengendap dan bergerak secara horizontal dalam reactor dengan kecepatan yang relative lambat sehingga dapat meningkatkan Cell Retetion Time (CRT) selama 100 hari pada Hidrolik Retention Time (HRT) 20 jam. Menurut McCarty dan Bchmann (1985). Reaktor di desain dengan menggunakan beberapa seri baffle yang mendorongair limbah yang terdiri dari bahan organik yang mengalir melalui bagian bawah dan sepanjang baffle dari inlet menuju ke outlet. Air limbah dapat dikontakan dengan biomassa yang aktif dalam jumlah besar dengan HRT yang relatif singkat 6 – 24 jam (Metcalf & Eddy,1978).

2.4.1 Kelebihan-kelebihan ABR :

A. Kontruksi:

1. Desainnya sederhana

2. Tanpa pengadukan mekanik

3. Biaya kontruksi rendah

4. Volume pori rendah

5. Reduksi Clogging

6. Biaya operasi dan pemeliharaan rendah

B. Biomassa :

Ngofa Majang

Rabu, 07 Desember 2011

Kriteria Baku Kerusakan Lingkungan Hidup

Kamis, 01 Desember 2011

Pengolahan Limbah Secara Biologis Pabrik Gula

My Friends

Fandy Naser