Annual Report 2014
BAB II PILOT PLANT IPAL LINDI TPA 2.1. Latar Belakang Saat ini pengelolaan sampah di Indonesia khususnya sampah domestik sebagian besar menggunakan sistem Tempat Pembuangan Akhir (TPA) open dumping. Pada kondisi pengelolaan seperti ini, kebanyakan sampah hanya ditumpuk dalam suatu area TPA yang terbuka. Sehingga pada saat hujan air rembesan sampah yang dikenal dengan air lindi akan keluar dan apabila tidak dikelola dan diolah dengan benar, maka akan berpotensi mencemari lingkungan sekitar TPA. Dalam kebanyakan TPA air lindi terbentuk oleh rembesan kadar air dalam sampah maupun oleh sumber-sumber dari luar seperti pengaruh drainase, air hujan dan lain sebagainya yang melalui tumpukan sampah. Air lindi mengandung polutan padatan tersuspensi dan terlarut, zat-zat kimia baik organik maupun an-organik yang terkandung dalam sampah yang konsentrasinya cukup tinggi seperti Amonia, Nitrat, Nitrit, Sulfida, logam berat organik nitrogen dan lain sebagainya. Tingginya konsentrasi polutan tersebut, berpotensi pencemaran terhadap lingkungan sangat besar. Oleh karena itu perlu dicari teknologi yang tepat untuk dapat mengolah air lindi sampai air hasil olahannya tidak berbahaya terhadap lingkungan. Teknologi pengolahan air lindi konvensional yang banyak diaplikasikan di TPA di Indonesia adalah sistem lagoon dengan proses aerobik dan wetland/kolam stabilisasi. Teknologi ini dari segi biaya operasional memang relatif murah, karena lebih mengandalkan lamanya waktu tinggal/waktu reaksi di bak pengolah air lindi. Namun dengan cara seperti ini banyak kekurangannya diantaranya adalah lahan yang diperlukan sangat luas karena untuk sistem lagoon waktu reaksinya limbahnya memerlukan 30 hari. Pada sistem lagoon kondisinya terbuka sehingga muncul masalah bau. Selain itu di air lindi konsentrasi amoniaknya tinggi dibanding organiknya. Sehingga dengan sistem lagoon tersebut amoniak sebagian besar hanya terolah menjadi nitrat dan nitrit yang membawa dampak buruk ke lingkungan. Padahal proses pengolahan senyawa nitrogen amonia harus sampai terbentuk nitrogen gas. Berkaitan dengan permasalahan tersebut
maka
untuk mengatasinya perlu
dikembangkan teknologi pengolahan air lindi yang tidak mencemari lingkungan. Untuk
7
Annual Report 2014
mendapatkan hasil yang optimal teknologi pengolahan ini harus diuji coba sampai mencapai sasaran.
2.2. Tujuan Tujuan kegiatan dari WBS Pilot Plant Teknologi Efisiensi Pemanfaatan Sumber Daya Air Melalui Daur Ulang Limbah, meliputi: 1. Membangun pilot plant instalasi pengolahan air lindi dan melakukan uji coba kinerja Pilot Plant IPAL Lindi dalam mengolah air lindi. 2. Melakukan uji coba pengolahan air lindi dengan teknologi pilot plant IPAL Lindi. Kegiatan yang dilakukan untuk mencapai tujuan tersebut, secara garis besar adalah sebagai berikut:
Survei lapangan untuk mengetahui kondisi riil di TPA bagaimana proses terbentuknya lindi, memperkirakan jumlah air lindi dan mengetahui secara langsung visual air lindi yang keluar dari TPA. Pada tahapan ini juga dilakukan analisa karakteristik air lindi secara langsung di lokasi yaitu meliputi pH, daya hantar listrik serta warna.
Sampling untuk mengetahui karakteristik kimia air lindi dari TPA. Air lindi dari TPA ini dipilih mana yang akan dipakai untuk diteliti teknologi proses pengolahannya.
Persiapan pembangunan Pilot Plant IPAL lindi yang meliputi perencanaan alat, perencanaan proses yang akan digunakan dan penentuan spesifikasi alat.
Pembuatan alat dilakukan di workshop Geostek, Serpong.
Evaluasi hasil dan uji
coba sistem: Evaluasi ini diperlukan untuk mengetahui
kekurangan-kekurangan dari instalasi. Setelah dipastikan alat terinstal dengan baik, selanjutnya dilakukan uji coba kerja sistem dengan memasukkan air lindi ke dalam sistem tersebut dan di tes kinerja pompa, blower serta sistem alirannya.
2.3. Hasil Kegiatan 2.3.1. Hasil Survai Lapangan Survai Lapangan telah dilakukan di TPA Bantar Gebang yang terletak di pinggiran kota Jakarta. Sistem Tempat Pemrosesan Akhir (dahulu Tempat Pembuangan Akhir) sampah merupakan komponen yang tidak dapat dihilangkan dalam sistem pengelolaan sampah kota. Hal ini karena tidak semua sampah kota dapat didaur ulang, bernilai ekonomi maupun didegradasi hingga hilang sama sekali. Ini menjadikan hampir seluruh 8
Annual Report 2014
kota/kabupaten di Indonesia menjadi sangat bergantung pada keberadaan TPA. Apalagi
hampir
sejak
kemerdekaan,
kebanyakan
otoritas
pengelola
sampah
menerapkan paradigma kumpul-angkut-buang, maka TPA hampir selalu menjadi tumpuan sistem pengelolaan. Masalahnya adalah dengan paradigma yang ada, TPA menjadi cenderung dikelola apa adanya tanpa teknologi atau sistem tertentu. TPA open dumping menjadi tren dan hampir sebagian besar TPA di Indonesia menerapkan sistem ini. Mengingat saat ini terdapat tidak kurang dari 400 TPA open dumping di seluruh Indonesia, maka akan menjadi tantangan sekaligus peluang bagi lembaga litbang persampahan dalam hal menerapkan teknologi sanitary landfill maupun controlled landfill seperti yang dipersyaratkan dalam PP No. 16 tahun 2005. Pengembangan kompetensi ini meliputi kemampuan dalam mendesain TPA baik desain fisik, desain sistem operasi, maupun desain kelembagaan. Mengingat suatu pekerjaan desain TPA akan lebih tepat sasaran dengan mengambil suatu kasus lokasi, maka dalam pekerjaan ini juga mengambil lokasi TPA di Bantar Gebang yang akan mengembangkan TPA lama dari open dumping menuju controlled landfill. Pengelolaan sampah di Tempat Pengolahan Sampah Terpadu (TPST) Bantar Gebang Kota Bekasi, sesuai kontrak. Dalam klausul kontrak dengan Pemerintah Provinsi (Pemprov) DKI Jakarta bersama pengelola PT. Godang Tua Jaya (GTJ) dan PT. Navigat Organic Energy Indonesia (NOEI) selama 15 tahun, sudah ada tahapantahapannya. Saat ini, TPST sudah menghasilkan 60 ton pupuk kompos setiap hari. Jika pemasaran kompos membaik, produksi ini dapat ditingkatkan. Tetapi, pemasaran pupuk organik itu agak sulit sejak awal hingga kini, sehingga perlu dukungan pemerintah atas penggunaan pupuk organik. Pemanfaatan gas metan menggunakan teknologi sudah menghasilkan listrik 5-6 MW. Saat musim kemarau, pernah menghasilkan 10 MW. Kapasitas teknologi terpasang untuk pembangkit listrik sudah mampu memproduksi 16 MW. Namun, karena kandungan gas metan tidak stabil, produksi listrik belum maksimal. Saat ini, dari hasil pemilahan sampah organik dengan sampah non-organik, PT. GTJ joint operation (jo) dengan PT. NOEI, telah membangun pabrik daur ulang sampah plastik. Industri daur ulang sampah plastik itu sejak setahun lalu hingga sekarang sudah menghasilkan 5-7 ton bijih plastik per hari. Produksi ini justru sudah 9
Annual Report 2014
over produksi dari yang semula ditargetkan 4 ton per hari. Dengan sistem pengelolaan yang dilaksanakan sejak tahun 2009 dan pada tahun 2013 lalu TPST Bantar Gebang milik Pemprov DKI ini mendapat penghargaan dari Kementerian Lingkungan Hidup sebagai tempat pengolahan sampah yang berwawasan lingkungan.
Gambar 2.1. Lokasi dan TPA Bantar Gebang
2.3.2. Uji Coba Kinerja Pilot Plant IPAL Lindi .
Uji coba akan dilakukan dengan teknologi yang telah dikembangkan oleh Pusat
Teknologi Lingkungan BPPT yaitu untuk mengolah air lindi dengan sistem anaerobik, aerobik dan denitrifikasi. Teknologi ini mempunyai beberapa kunggulan diantaranya :
Memerlukan lahan yang jauh lebih hemat dibanding sistem lagoon.
Menghasilkan gas methan dari proses anaerob yang dapat dimanfaatkan sebagai energi.
Bau relatif berkurang dibanding sistem lagoon. 10
Annual Report 2014
Penghilangan polutan amonia, nitrat nitrit lebih maksimal karena dilengkapi dengan proses denitrifikasi.
Biaya investasi lebih murah.
Kegiatan uji coba kinerja pilot plant IPAL Lindi meliputi pengumpulan data, pembuatan pilot IPAL Lindi dan pelaksanaan uji coba pengolahan air lindi di pilot plant tersebut.
2.3.3. Air Lindi yang akan Diolah Air lindi yang akan diolah dengan pilot plant ini adalah utamanya air lindi yang berasal dari TPA konvensional yaitu system dry. Selain itu juga dimungkinkan untuk mengolah air lindi yang berasal dari sistem RSL, apabila di sistem ini terjadi kelebihan air lindi sehingga air lindi tersebut harus dibuang. Sebelum dibuang ke lingkungan, air lindi ini diolah terlebih dahulu dengan Pilot Plant Instalasi Pengolahan Air Lindi. Karakteristik air lindi yang dihasilkan dari TPA adalah seperti yang tertuang dalam tabel 2.1. di bawah ini.
Tabel 2.1. Karakteristik Air Lindi Yang Diambil dari TPA NO
PARAMETER
SATUAN
GOLONGAN
HASIL
BAKU MUTU
ANALISA Leachate
I
II
C
38
40
26,0
0
(inlet)
1.
Suhu (lab)
2.
Zat Padat Terlarut (TDS)
mg/L
2.000
4.000
12.060
3.
Zat Padat Tersuspensi
mg/L
200
400
243
4.
(TSS)
mg/L
6,0 - 9,0
6,0 – 9,0
8,6
5.
pH (260C)
mg/L
1
5
94,24
6.
Amoniak Bebas (NH3-N)
mg/L
20
30
15,3
7.
Nitrat (NO3-N)
mg/L
1
3
8,123
8.
Nitrit (NO2-N)
mg/L
50
150
954
9.
BOD5
mg/L
100
300
2.524
A. 10. COD
mg/L
5
10
mg/L
0,5
1
2,999
mg/L
7,5
30
1,2
11.
Surfactan anion (MBAS)
B. 12. Fenol C.
Minyak dan Lemak
11
6,20
Annual Report 2014
Tabel 2.1. menunjukan bahwa kandungan air lindi yang berpotensi untuk mencemari lingkungan karena masih melebihi standar baku mutu antara lain: nitrat nitrogen (NO3--N), nitrit nitrogen (NO2--N), COD dan BOD dan amonia. Untuk parameter BOD5 dan COD memiliki konsentrasi yang sangat tinggi yaitu 954 mg/l dan 2.524 mg/l. Sedangkan ammonik bebas sampai mencapai 94,24 mg/l. Dengan demikian perlu proses pengolahan yang tepat sedemikian rupa sehingga effluent air lindi aman untuk di buang ke lingkungan.
2.3.4.Teknologi yang Diaplikasikan Polutan utama yang ada dalam air lindi adalah organik COD, BOD dan amoniak. Polutan organik dapat dihilangkan dengan menggunakan teknologi proses biologis baik anaerobik maupun aerobik. Demikian halnya polutan amoniak. Polutan amoniak pada proses biologis aerobik akan berubah menjadi senyawa nitrat dan nitrit. Senyawa ini masih menjadi masalah di lingkungan dan perlu penanganan lebih lanjut untuk mereduksi senyawa nitrat dan nitrit tersebut. Dengan melihat karakteristik air lindi tersebut, maka ditetapkan teknologi pilot plant pengolahan air lindi adalah dengan menggunakan proses biologis anaerobik, aerobik dan denittrifikasi.
a. Kriteria Perencanaan Perencanaan Pilot Plant IPAL Lindi dilakukan berdasarkan kualitas air lindi yang akan diolah. Kualitas air lindi sebagai dasar perencanaan adalah sebagai berikut:
COD
:< 8.000 mg/l
Amoniak-nitrogen
:< 1.500 mg/l
Nitrat-nitrogen
: <1.500 mg/l
Nitrit-nitrogen
:<100 mg/l
COD Loading
: <0,63 g-COD/lt/hari
Nitrat Loading
:< 1 g-N/lt/hari
Kapasitas
: 1000 liter per hari.
Waktu Tinggal
: 8 hari (anaerobik), Efisiensi COD 60%
8 hari (aerobik), Efisiensi
: COD 90%, amoniak 90%
4 hari denitrifikasi, Efisiensi : COD 20%, amoniak 40%, Nitrat/Nitrit 95%
12
Annual Report 2014
Penelitian dilakukan dengan menggunakan reaktor “Bench Scale” dengan kombinasi proses biofilter anaerob-aerob dengan media isian plastik tipe sarang tawon, dan proses denitrifikasi dengan media isian belerang dan batu kapur.
1) Perencanaan Bioreaktor Anaerobik Dimensi Bak: Panjang
: 320 cm
Lebar
: 200 cm
Tinggi
: 230 cm
Tinggi ruang bebas
: 0,4 cm
Material
: Fiber Reinforced Plastic
Spesifikasi area
: 150-226 m2/m3
Bioreaktor diisi media isian plastik tipe sarang tawon dengan total volume media 2,5 m3, atau luasan media 600 m2. Standar perencanaan untuk media tipe sarang tawon 0,5 – 2,5 kg/m3 media/hari untuk efisiensi 90%.
2) Perencanaan Bioreaktor Aerobik Dimensi Bak: Panjang
: 250 cm
Lebar
: 200 cm
Tinggi
: 220 cm
Tinggi ruang bebas
: 0,4 cm
Material
: Fiber Reinforced Plastic
Fine Bubble Diffucer: Kapasitas
: 60-70 liter/hari
Jumlah
: 1 unit
Satu unit dilengkapi dengan sistem suplai udara dan unit lainnya dipakai untuk sistem pengendapan. Kelengkapan Bioreaktor Aerobik : Blower type HI-BLOW 100
3) Perencanaan Bioreaktor Denitrifikasi Dimensi Bak: Panjang Lebar
: 150 cm : 100 cm 13
Annual Report 2014
Tinggi
: 100 cm
Material Bahan Isian
: Fiber Reinforced Plastic (tahan asam) : belerang dan batu kapur
Feed bioreactor denitrifikasi adalah outlet bioreactor aerobik.
4) Uraian Proses Pengolahan Air Lindi dengan Pilot Plant IPA Lindi Pertama limbah dipompa ke dalam bak pengendap yang bertujuan untuk mengendapkan partikel padatan sebelum masuk ke dalam reaktor biologi. Setelah itu air limbah dialirkan ke reaktor biologi anaerob. Pada reaktor ini limbah dikontakkan dengan mikroorganisme yang melekat pada media biofilter dalam kondisi tidak ada udara (anaerob). Kemudian limbah masuk ke dalam reaktor biologi aerob dan selanjutnya dialirkan ke reaktor denitrifikasi. Pada proses anaerob diperoleh hasil gas metan melalui beberapa tahapan. Pada prosesnya hampir semua polimer organik dapat diuraikan menjadi senyawa karbon tunggal. Tahap penguraian ini meliputi tahap pembentukan asam (acidification) dan tahap pembentukan gas metan (gasification). Proses asidifikasi dilakukan oleh kelompok bakteri acidogenik yang menghidrolisa senyawa-senyawa polimer dan mengkonversinya menjadi asam-asam organik yang merupakan hasil antara. Kemudian bakteri metanogenik pada tahap gasifikasi akan mengubah hasil-hasil antara ini menjadi metan sebagai produk akhir. Pada proses pengolahan air limbah dengan bakteri aerob, polutan organik, senyawa kimia lain seperti sulfida dan amonia akan diuraikan menjadi senyawa yang stabil dan aman terhadap lingkungan. Proses pengurian secara aerob ini adalah sebagai berikut :
Reaksi Penguraian Organik : Oksigen (O2) Senyawa Polutan organik
CO2 + H20 Heterotropik
Reaksi Nitrifikasi : NH4+ + 1,5 O2
NO2- + 2 H+ + H2O
NO2- + 0,5 O2
NO3-
Reaksi Oksidasi Sulfur : 14
+ NH4 + Biomasa
Annual Report 2014
S2 - + ½ O 2 + 2 H +
S0 + H2O
2 S + 3 O2 + 2 H2O
2 H2SO4
Dari reaksi-reaksi kimia tersebut di atas, oksigen diperlukan untuk menguraikan polutan dan besarnya oksigen yang diperlukan sebanding dengan jumlah organik, sulfida dan amonia yang ada dalam air limbah. Untuk proses denitrifikasi dilakukan dengan menggunakan reaktor dengan media isian belerang dan batu kapur menggunakan bakteri autotroph. Mikroba autotroph adalah jenis mikroba atau bakteri yang dalam melakukan aktifitas maupun pertumbuhannya tidak memerlukan bahan organik tapi cukup dengan menggunakan bahan anorganik dan sumber karbon dari CO 2. Salah satu jenis mikroba ini adalah Thiobacillus denitrificans yang dapat mereduksi nitrat menjadi nitrogen gas dengan menggunakan senyawa belerang tereduksi seperti batuan belerang, thiosulfat, feri sulfat maupun hidrogen sulfida sebagai donor elektron. Senyawa belerang ini pada akhir reaksi denitrifikasi akan teroksidasi menjadi sulfat dengan reaksi sebagai berikut: 1.114So + NO3- + 0.699H2O + 0.337CO2 + 0.0842HCO3- + 0.0842 NH4+ → 1.114SO42- + 0.5N2 + 1.228H+ +
0.0842C5H7O2N (biomass)
0.844S2O32- + NO3- + 0.434H2O + 0.347CO2 + 0.0865HCO3- + 0.0865NH4+ → 1.689SO42- + 0.5N2 + 0.697H+ + 0.0865C5H7O2N (biomass) 0.422H2S + NO3- + 0.422HS- + 0.346CO2 + 0.0865HCO3- + 0.0865NH4+ → 0.844SO42- + 0.5N2 + 0.288H+ + 0.403H2O + 0.0865C5H7O2N (biomass)
Diagram proses pengolahan pengolahan air lindi dengan proses biofilter anaerob-aerob dan proses denitrifikasi dengan media isian belerang dan batu kapur dapat dilihat pada gambar 2.1.
15
Annual Report 2014
Gambar 2.2. Diagram Proses Pengolahan Air Lindi dengan Proses Biofilter Anaerob-Aerob dan Proses Denitrifikasi dengan Media Isian Belerang dan Batu Kapur
Uji coba pengolahan air lindi dilakukan pilot plant pengolahan air lindi proses biofilter anaerob-aerob dan proses denitrifikasi dengan media isian belerang dan batu kapur, seperti yang terlihat pada gambar 2.3. Setelah dilakukan penumbuhan mikroba di media biofilter maka biofilter akan terlihat seperti pada gambar 2.4.
Gambar 2.3. Proses Pengolahan Air Lindi dengan Proses Biofilter AnaerobAerob dan Proses Denitrifikasi dengan Media Isian Belerang dan Batu Kapur.
16
Annual Report 2014
Gambar 2.4. Pertumbuhan Mikroba di permukaan Media Biofilter.
Proses pembiakan bakteri di dalam reaktor dilakukan dengan menggunakan air limbah domestik yang disirkulasikan ke dalam reaktor selama satu minggu, selanjutnya di alirkan air lindi secara bertahap. Proses pembiakan mikroba dilakukan selama satu bulan. Selanjutnya dilakukan penelitian dengan menggunakan air lindi dengan mengatur waktu tinggal di dalam reaktor.
2.3.5. Uji Coba Kinerja Pilot Plant IPAL Lindi Di dalam penelitian ini, total waktu tinggal yang digunakan adalah 12 hari, yakni waktu tinggal di dalam reaktor anaerobik 8 (delapan) hari, waktu tinggal di dalam reaktor aerobik 3 (tiga) hari dan waktu tinggal di dalam reaktor denitrifikasi 1 (satu) hari. Dari penelitian tersebut didapatkan hasil seperti di bawah ini: 1. Konsentrasi COD dari 8000 mg/l turun menjadi sekitar 100 mg/l dengan efisiensi penurunan rata-rata 98% yang tertera pada gambar 2.5. 2. Parameter TSS dengan konsentrasi Inlet sekitar 380 mg/l setelah pengolahan turun menjadi 55 mg/l berarti efisiensi penurunan rata–rata 85% yang dapat dilihat pada gambar 2.6. 3. Konsentrasi awal amonia air limbah adalah sebesar 2.597 mg/l dan konsentrasi setelah pengolahan sebesar 202 mg/l, sehingga efisiensi pengolahan untuk amoniak adalah 92% yang dinyatakan pada gambar 2.7 .
17
Annual Report 2014
4. Nilai efisiensi penurunan nitrat sebesar 65%, dengan nilai konsentrasi awal adalah 1.495 mg/l dan konsentrasi setelah pengolahan sebesar 519 mg/l terlihat pada gambar 2.8. 5. Konsentrasi nitrit awal 20 mg/l meningkat menjadi 140 mg/l dan selanjutnya mengalami penurunan lagi menjadi 100 mg/l yang dapat dilihat pada gambar 2.9.
Gambar 2.5. Konsentrasi & Efisiensi
Gambar 2.6. Konsentrasi& Efisiensi
Penurunan COD
Penurunan TSS
Gambar 2.7. Konsentrasi & Efisiensi
Gambar 2.8. Konsentrasi & Efisiensi
Penurunan Ammonia
Penurunan Nitrat
18
Annual Report 2014
Gambar 2.9. Konsentrasi Nitrit
2.4. Kesimpulan dan Saran Pilot plant IPAL Lindi menggunakan teknologi biofilter anaerob-aerob dan denitrifikasi. Hasil uji coba menunjukkan bahwa penurunan polutan cukup signifikan khususnya dari parameter COD yakni mencapai 98%. Polutan lain seperti nitrat, nitrit, masih berada diatas baku mutu. Ini lebih disebabkan karena kondisi reaktor denitrifikasi yang tidak dalam kondisi anoxic, melainkan cenderung ke aerobik. Mengingat parameter nitrat, nitrit merupakan pencermar lingkungan, disarankan untuk melanjutkan uji coba dengan melakukan variasi waktu reaksi dan memodifikasi reaktor denitrifikasi sedemikian rupa sehingga parameter nitrat maupun nitrit dapat mencapai baku mutu lingkungan.
Daftar Pustaka 1.
Asaoka Tadatomo, “ Yousui Haisui Shori Gijutsu “, Tokyo, 1973.
2.
Benefiled, L.D., Judkins, J.F., and Weand, B.L., "Process Chemistry For Water And Waste Treatment", Prentice-Hall, Inc., Englewood, 1982.
3.
Fair, G.M., Geyer, J.C., AND Okun, D.A., " Element Of Water Supply And Waste Water Disposal ", Second Edition, John Wiley And Sons, New York, 1971.
4.
Hamer, M. J., " Water And Waste water Technology ", Second Edition, John Wiley And Sons, New York, 1986.
5.
Peavy, H.S., Rowe, D.R, AND Tchobanoglous, S.G., "Environmental Engineering ", Mc Graw-Hill Book Company, Singapore, 1986.
6.
Nugroho, R. Dinda Rita K.H “ Pengolahan Air Lindi dengan Proses Denitrifikasi” BPPT Press, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, 2014. 19
