BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Air Limbah 1. Pengertian air Limbah Air limbah (waste water) adalah kotoran dari masyarakat dan rumah tangga dan juga yang berasal dari industri, air tanah, air permukaan serta buangan lainnya. Dengan demikian air buangan ini merupakan hal yang bersifat kotoran umum. 3) Air limbah atau air buangan adalah sisa air yang dibuang yang berasal dari rumah tangga, industri maupun tempat-tempat umum lainnya dan pada umumnya mengandung bahan-bahan atau zat-zat yang dapat membahayakan bagi kesehatan manusia serta mengganggu lingkungan hidup. Batasan lain mengatakan bahwa air limbah adalah kombinasi dari cairan dan sampah cair yang berasal dari daerah pemukiman, perdagangan, perkantoran, dan industri, bersama-sama dengan air tanah, air permukaan dan air hujan yang mungkin ada. 8) Dari beberapa definisi limbah cair tersebut dapat disimpulkan bahwa limbah cair merupakan gabungan atau campuran dari air dan bahan-bahan pencemar yang terbawa oleh air, baik dalam keadaan terlarut maupun tersuspensi yang terbuang dari sumber domestik (perkantoran, perumahan dan perdagangan) sumber industri, dan pada saat tertentu tercampur dengan air tanah, air permukaan, dan air hujan. 4 )
2. Sumber Air Limbah Air limbah ini berasal dari berbagai sumber, secara garis besar dapat dikelompokkan menjadi : a. Air limbah yang bersumber dari rumah tangga (domestic wastes water) Air limbah ini berasal dari kegiatan perumahan / pemukiman penduduk, perkantoran, perdagangan dan pelayanan jasa. Karakteristik limbah cair dari ke empat kegiatan itu (domestic wastes water) secara umum mempunyai kesamaan, pada umumnya terdiri dari ekskreta (tinja dan air seni ), air bekas
cucian dapur dan kamar mandi dan pada umumnya terdiri dari bahan-bahan organik
4 ,8 , 3)
b. Air limbah industri (Industrial wastes water) Air limbah ini berasal dari berbagai jenis industri akibat proses industri. Jumlah aliran air limbah yang berasal dari industri sangat bervariasi tergantung dari jenis dan besar kecilnya industri, pengawasan pada proses industri, derajat penggunaan air, derajat pengolahan air limbah yang ada. Zatzat yang terkandung didalamnya sangat bervariasi sesuai dengan bahan baku yang dipakai oleh masing-masing industri, antara lain nitrogen, sulfide, amaniak, lemak, garam-garam, zat pewarna, mineral, logam berat dan sebagainya. 3, 4,8) c. Air limbah kota praja (Municipal wastes water) Air limbah ini berasal dari limbah domestic, limbah industri, rembesan dan luapan, serta aliran terusan (intercepted flow) dari system saluran gabungan. Pada umumnya zat-zat yang terkandung dalam jenis air limbah ini sama dengan air limbah rumah tangga. 3, 4,8)
3. Komposisi Air Limbah Sesuai dengan sumber asalnya, maka air limbah mempunyai komposisi yang sangat bervariasi dari setiap tempat dan setiap saat. Akan tetapi, secara garis besar zat-zat yang terdapat di dalam air limbah dapat dikelompokkan seperti pada skema berikut ini. 3)
Air limbah
Bahan Padat (0,1%)
Air (99,9%)
Organik
Anorganik
Protein (65 %)
Butiran
Karbohidrat (25%)
Garam
Lemak (10%)
Metal
Gambar 2.1. Skema pengelompokkan bahan yang terkandung didalam air limbah
Dari skema diatas, bahan-bahan tersebut berada dalam air limbah dalam bentuk : 1) Bahan mengapung disebut Fluating material ; 2) Bahan yang larut atau dissolved solids ; 3) Bahan koloidol atau colloids ; 4) Bahan mengendap atau sediment ; 5) Bahan yang melayang atau dispersed solids atau suspended solids.
4.
Dampak Air Limbah Beberapa dampak/ gangguan yang disebabkan oleh air limbah, antara lain: 9 ) a. Gangguan terhadap kesehatan
3)
Air limbah sangat berbahaya terhadap kesehatan manusia mengingat bahwa banyak penyakit yang dapat ditularkan melalui air limbah. Air limbah ini ada yang hanya berfungsi sebagai media pembawa saja seperti penyakit kolera, radang usus, hepatitis infektiosa, serta skhistosomiasis. Selain sebagai pembawa penyakit didalam air limbah itu sendiri banyak terdapat bakteri pathogen penyebab penyakit seperti : 1) Virus (menyebabkan penyakit polio myelitis dan hepatitis) ; 2) Vibrio Kolera (menyebabkan penyakit kolera asiatika) ; 3) Salmonella Typhosa a dan Salmonella Typhosa b (merupakan penyebab typhus abdominalis dan para typhus) ; 4) Salmonella Spp ( menyebabkan keracunan makanan) ; 5) Shigella Spp (penyebab disentri bacsillair) dan sebagainya..
b. Gangguan terhadap Kehidupan Biotik 3) Dengan banyaknya zat pencemar yang ada didalam air limbah, maka akan menyebabkan menurunnya kadar oksigen yang terlarut didalam air limbah. Dengan demikian akan menyebabkan kehidupan didalam air yang membutuhkan oksigen akan terganggu, dalam hal ini akan mengurangi perkembangannya. Selain kematian kehidupan didalam air disebabkan karena kurangnya oksigen didalam air dapat juga disebabkan karena adanya zat beracun yang berada didalam air limbah tersebut. Selain matinya aikan dan bakteri-bakteri didalam air juga dapat menimbulkan kerusakan pada tanaman atau tumbuhan air. Sebagai akibat matinya bakteri-bakteri, maka proses penjernihan sendiri yang seharusnya bisa terjadi pada air limbah menjadi terhambat. Sebagai akibat selanjutnya adalah air limbah akan sulit untuk diuraikan c. Gangguan Terhadap Keindahan 3) Dengan semakin banyaknya zat organik yang dibuang oleh perusahaan yang memproduksi bahan organik, maka setiap hari akan dihasilkan air limbah yangberupa bahan-bahan organik dalam jumlah yang sangat besar. Ampas yang berasal dari pabrik ini perlu dilakukan pengendapan terlebih dahulu sebelum dibuang ke saluran air limbah, akan tetapi memerlukan waktu yang sangat lama. Selama waktu tersebut maka air limbah mengalami proses pembusukan dari zat organik yang ada didalamnya. Sebagai akibat selanjutnya adalah timbulnya bau hasil pengurangan dari zat organik yang sangat menusuk hidung. Disamping bau yang ditimbulkan, maka dengan menumpuknya ampas akan memerlukan tempat yang banyak dan mengganggu keindahan tempat disekitarnya. Pembuangan yang sama akan dihasilkan juga oleh perusahaan yang menghasilkan minyak dan lemak, selain menimbulkan bau juga menyebabkan tempat disekitarnya menjadi licin. Selain bau dan tumpukan ampas yang mengganggu, maka warna air limbah yang kotor akan menimbulkan gangguan pemandangan yang tidak kalah besarnya. Keadaan yang demikian akan lebih parah lagi, apabila pengotoran ini dapat mencapai
daerah pantai di mana daerah tersebut merupakan daerah rekreasi bagi masyarakat sekitarnya. d. Gangguan terhadap Kerusakan Benda
3)
Apabila air limbah mengandung gas karbondioksida yang agresif, maka mau tidak mau akan mempercepat proses terjadinya karat pada benda yang terbuat dari besi serta bangunan air kotor lainnya. Dengan cepat rusaknya benda tersebut maka biaya pemeliharaannya akan semakin besar juga, yang berarti akan menimbulkan kerugian material. Selain karbondioksida agresif, maka tidak kalah pentingnya apabila air limbah itu adalah air limbah yang berkadar pH rendah atau bersifat asam maupun pH tinggi yang bersifat basa. Melalui pH yang rendah maupun pH yang tinggi akan mengakibatkan timbulnya kerusakan pada benda-benda yang dilaluinya. Lemak yang merupakan sebagian dari komponen air limbah mempunyai sifat yang menggumpal pada suhu udara normal, dan akan berubah menjadi cair apabila berada pada suhu yang lebih panas. Lemak yang berupa benda cair pada saat dibuang kesaluran air limbah akan menumpuk secara kumulatif pada salauran air limbah karena mengalami pendinginan dan lemak ini akan menempel pada dinding saluran air limbah yang pada akhirnya akan dapat menyumbat aliran air limbah. Selain penyumbatan akan dapat juga terjadi kerusakan pada tempat di mana lemak tersebut menempel yang bisa berakibat timbulnya kebocoran.
B. Limbah Industri Tempe 1. Jenis limbah Industri tahu pada umumnya banyak menggunakan air untuk proses maupun untuk pencucian alat dan biji kedelai. Perkiraan jumlah air buangan yang dikeluarkan oleh industri tahu untuk memproduksi 1 ton tahu dihasilkan 3000-5000 liter air limbah. Selain limbah cair, industri tahu juga menghasilkan limbah padat berupa kulit kedelai, kerikil, batang kedelai serta kedelai cacat dari proses pencucian, perebusan dan perendaman. 13,14 )
Jenis limbah yang dihasilkan oleh industri tempe adalah limbah padat (kering dan basah) dan limbah cair. 13) a. Limbah padat kering Limbah padat padat kering yang dihasilkan oleh industri tahu berupa padatan (kering dan basah) dan cairan (whey). 1) Kotoran yang tercampur dalam kedelai, misalnya : kerikil, kulit, dan batang keelai, serta kedelai cacat fisik/rusak/busuk. 2) Kulit ari kedelai yang berasal dari pengelupasan kering. Limbah kering umumnya lebih mudah diatasi dan tidak menimbulkan masalah, misalnya dibakar ataupun dikubur dalam tanah. Manfaat limbah padat kering, khususnya kulit kdeelai kering, adalah sebagai campuran pakan ternak atau sebagai pupuk tanaman (setalah direndam 2 x 24 jam). b. Limbah padat basah Limbah basah dari proses pembuatan tahu berupa ampas yang masih banyak mengandung unsur gizi. Dalam keadaan baru, ampas tahu ini tidak berbau. Bau bususk datang secara berangsur sejak 12 jam sesudah ampas dihasilkan. Limbah padat basah ini masih dapat dimanfaatkan, antara lain sebagai berikut : 1) Bahan pembuatan tepung kedelai 2) Bahan pengembang (shortening) produk roti dan kue kering 3) Bahan pembuatan tempe gembus, tempe enjes, oncom, dan kecap 4) Bahan campuran pakan ternak. c. Limbah cair Limbah cair yang dihasilkan dari usaha pembuatan tahu setiap harinya tidak kurang dari sepuluh kali volume kedelai yang diproses. Sebagaimana halnya ampas kedelai, dalam kondisi baru limbah cair ini tidak menimbulkan bau, dan baru berbau setelah 12 jam kemudian. Limbah cair tahu masih dapat dimanfaatkan untuk beberapa keperluan sebagai berikut : 1) Bahan penggumpal tahu pada periode berikutnya (setelah disimpan selama 24 jam). 2) Bahan minuman ternak.
3) Bahan pupuk tanaman. 4) Bahan campuran pakan ikan (lele). 5) Bahan pembuatan nata de soya dan asam cuka. 6) Lahan penanaman eceng gondok. Dengan memaksimalkan pemanfaatan berbagai jenis limbah proses pengolahan kedelai menjadi tahu, berarti mengurangi pencemaran lingkungan. Sementara, sisanya yang berupa cairan dapat dinetralkan dengan tanaman eceng gondok yang dapat memberikan hasil tersendiri, dan di bagian bawahnya dapat digunakan untuk memelihara lele.
2. Karakteristik air limbah industri tempe a. Temperatur Temperatur air limbah industri tahu biasanya lebih tinggi dari temperatur normal di badan sungai. Hal ini dikarenakan dalam proses pembuatan tahu selalu pada temperatur panas, baik pada saat penggumpalan atau pada saat menyaring yaitu pada suhu 60-800 C. Pencucian yang menggunakan air dingin selama proses berjalan tidak mampu menurunkan suhu limbah tersebut. Limbah panas yang dikeluarkan adalah sisa air susu tahu yang tidak tergumpal menjadi tahu, biasanya berwarna kuning mua dan apabila direndam dalam satu hari akan berasa asam (kecut).6) b. Warna Warna air limbah transparan sampai kekuningan dan disertai adanya suspensi warna putih. Zat terlarut dan tersuspensi yang mengalami penguraian biologi maupun kimia akan berubah warna, karena adanya proses dimana kadar oksigen didalam air limbah menjadi nol, maka air limbah berubah menjadi warna hitam dan busuk.6) c. Bau Bau air limbah industri tahu dikarenakan proses pemecahan protein oleh mikroba alam. Bau sungai atau saluran menyengat apabila disaluran tersebut sudah berubah anaerob. Bau tersebut adalah terpecahnya penyusun dari protein dan karbohidrat sehingga timbul bau busuk dari gas H2S.6)
d. Kekeruhan Padatan yang terlarut dan tersuspensi dalam air limbah industri tahu menyebabkan air keruh. Zat yang menyebabkan air keruh adalah zat organik atau zat-zat yang tersuspensi dari tahu atau kedelai yang tercecer atau zat organik terlarut yang sudah terpecah sehingga air limbah berubah seperti emulsi keruh.6) e. Biochemical Oxygen Demand (BOD) Padatan yang terdapat dalam air limbah terdiri dari zat organik dan zat anorganik. Zatorganik tersebut misalnya protein, karbohidrat, lemak dan minyak. Protein dan karbohiodrat biasanya lebih mudah terpecah secara proses biologi menghasilkan amoniak, sulfide dan asam-asam lainnya, sedangkan lemak lebih stabil terhadap perusakan biologi, namun apabila ada asam mineral dapat menguraikan asam lemak menjadi glycerol. Pada limbah tahu adanya lemak ditandai dengan banyaknya zat-zat terapung berbentuk skum.6) Untuk mengetahui berapa besarnya jumlah zat organik yang terlarut dalam limbah dapat diketahui dengan melihat besarnya angka BOD. Angka BOD ini menunjukkan jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk keperluan aktivitas mikroba dalam memecah zat orgnik biodegradasi di dalam air limbah, angka BOD dalam satuan mg per liter atau ppm (part per millon) dan biasanya dinyatakan dalam beban yaitu gram atau kg per satuan waktu.6) f. Chemical Oxygen Demand (COD) Parameter ini dalam air limbah menunjukkan juga zat organik, terutama zat organik non biodegradasi, selain itu zat dapat dioksidasi oleh bahan kimia k 2 Cr2 O7 dalam asam, misalnya SO3 (Sulfit), NO 2 (Nitrit) kadar lebih tinggi dan zat-zat reduktor lainnya. Besarnya angka COD biasanya lebih besar dari BOD, biasanya 2 sampai 3 kali lebih besarnya BOD.6) g. pH pH dalam air limbah sangat dipengaruhi oleh kegiatan perendaman kedelai yang bertujuan untyuk menurunkan derajat keasaman kedelai sehingga dapat ditumbuhi kapang. Proses inilah yang membuat air limbah cenderung asam. Air
limbah cenderung asam dan pada keadaan asam ini terlepas zat-zat yang mudah menjadi gas.6)
3. Sumber air limbah industri tahu Sumber air limbah tahu berasal dari proses pembuatan, baik dari pencucian bahan baku (kedelai), sampai pada proses penggumpalan tahu yang meliputi pencucian alat produksi. Air cucian bekas kedelai, rendaman kedelai, sisa air asam dan termasuk dari glontoran. Proses sortasi ( pembersihan ) biasanya dilakukan dngan mencuci berkali-kali sampai benda yang terikat terapung dan dibuang. Kemudian pada proses perendaman, secara bertahap air diganti. Pada saat penggilingan, pemasakan bubur kedelai dan proses penyaringan tidak ada limbah yang dibuang. Sedangkan pada proses penyaringan dihasilkan limbah dari air yang tidak menggumpal. Air ini selain temperaturnya panas juga mengandung polutan zat organik. Pada proses pengepresan/pencetakan tahu juga menghasilkan air limbah.6) Secara lengkap sumber air limbah dapat di lihat pada bagan proses pembuatan tahu di bawah ini :11,13,19)
Kedelai
Sortasi & Pembersihan
Pencucian
Air dingin
Perendaman
Air dingin
Air limbah
Air limbah Pengupasan Kulit
Penggilingan
Air dingin
Pemasakan bubur kedelai
Air panas/dingin
Bubur kedelai
Ampas
Sari kedelai
Garam kunyit
Gambar 2.2. Diagram Alir Pembuatan Tahu C. Pengolahan Air Limbah 1. Tujuan pengolahan air limbah Tujuan utama pengolahan air limbah adalah untuk mengurangi BOD, partikel tercampur serta membunuh organisme patogen. Selain tujuan diatas, diperlukan juga tambahan pengolahan untuk menghilangkan bahan nutrisi/kandungan nutrien, komponen/bahan kimia beracun, serta senyawa atau bahan yang tidak dapat didegradasikan agar konsentrasi yang ada menjadi rendah. 3, 4 ) 2. Klasifikasi pengolahan air limbah Berdasarkan pada karakteristik air, pengolahan air limbah dibagi menjadi tiga cara, yaitu : 1) Pengolahan buangan secara fisis ; 2) Pengolahan buangan secara kimia ; 3) Pengolahan buangan secara biologis. 2 ) Beberapa contoh dari sistem pengolahan tersebut adalah :2,3,7)
a. Secara fisis, antara lain :1) filtrasi ; 2) evaporasi ; 3) screening ; 4) sentrifugasi ; 5) flotasi ; 6) reverse osmosis. b. Secara kimia, antar lain : 1) koagulasi ; 2) ion-exchange resin ; 3) klurinasi ; 4) ozonisasi. c. Secara biologis, antara lain : 1) lumpur aktif ; 2) trickling filter ; 3) kolam oksidasi ; 4) fermentasi metan (penguraian anaerobik) ; 5) dekomposisi materi taksik ; 6) denitrifikasi. 3. Tahapan dalam perngolahan air limbah Adapun secara garis besar, kegiatan pengolahan air limbah dapat dikelompokkan menjadi 6 (enam) bagian, antara lain : 3) a. Pengolahan pendahuluan (pre-treatment), bertujuan untuk memisahkan padatan kasar, mengurangi ukuran padatan, memisahkan minyak atau lemak dan proses menyetarakan fluktuasi aliran limbah pada bak penampung. Adapun kegiatan tersebut berupa pengambilan benda terapung dan pengambilan benda yang mengendap seperti pasir. Beberapa proses pengolahan yang berlangsung pada tahap ini ialah screen and grit removal, equalization and storage, serta oil separation.3,4,12) b. Pengolahan pertama (primary treatment), adalah proses pengolahan yang bertujuan untuk mengurangi atau menghilangkan kandungan / zat padat tersuspensi
/
tercampur
melalui
pengendapan
(sedimentation)
atau
pengapungan. Bahan kimia dapat juga ditambahkan untuk menetralkan keadaan dan meningkatkan kemampuan pengurangan padatan atau partikel kecil yang tersuspensi / tercampur. Proses yang terjadi pada pengolahan tahap pertama ialah neutralization, chemical addition and coagulation, flotation, sedimentation, dan filtration. 1,3,4,12) c. Pengolahan kedua (secondary treatment) merupakan aplikasi dari proses biologis yang bertujuan untuk mengurangi zat organik melalui mekanisme oksidasi biologis dengan mikroorganisme yang ada didalamnya. Pada proses ini sangat dipengaruhi oleh jumlah air limbah yang masuk ke unit pengolahan, tingkat kotoran, jenis kekotoran, kemampuan mengutrangi zat organik yang ada pada limbah tersebut (biodegradability of waste) serta tersedianya lahan.
Peralatan pengolahan yang umum digunakan pada pengolahan tahap ini ialah activated sludge, anaerobic lagoon, tricking filter, aerated lagoon, stabilization basin, rotating biological contactor, serta anaerobic contactor and filter.1,3,4,12) d. Pengolahan
ketiga
(tertiary
pengolahan-pengolahan
treatment),
terdahulu.
merupakan
Pengolahan
jenis
kelanjutan ini
baru
dari akan
dipergunakan apabila pada pengolahan pertama dan kedua masih banyak terdapat zat-zat tertentu yang masih berbahaya bagi masyarakat umum. Pengolahan ini merupakan pengolahan secara khusus sesuai dengan kandungan zat yang terbanyak dalam air untuk menghilangkan kontaminan tertentu ataupun menyiapkan limbah cair tersebut untuk pemanfaatan kembali. Proses-proses pengolahan air limbah pada tahap ketiga ini ialah coagulation and sedimentation, filtration, carbon adsorption, ion exchange, membrane separation, serta thickening gravity or flotation. 3,4,12) e. Pembunuhan bakteri (desinfection) bertujuan untuk mengurangi atau membunuh mikroorganisme patogen yang ada dalam air limbah. Mekanisme pembunuhan sangat dipengaruhi oleh kondisi dari zat pembunuhnya dan mikroorganisme itu sendiri. 4 ) f. Pengolahan lanjutan (ultimate disposal). Dari setiap tahap pengolahan air limbah maka hasilnya adalah berupa lumpur yang perlu diadakan pengolahan secara khusus agar lumpur tersebut dapat dimanfaatkan kembali untuk keperluan kehidupan. Lumpur yang terbentuk dari beberapa tahap pengolahan sebelumnya tersebut kemudian diolah kembali melalui proses digestion or wet combustion, pressure filtration, vacuum filtration, centrifugation, lagooning or drying bed, incineration, atau landfill.4,12)
D. Pengolahan Air Limbah Secara Biologis Unit proses biologis adalah proses-proses pengolahan air limbah yang memanfaatkan aktivitas kehidupan mikroorganisme untuk memindahkan polutan. Proses biologis dapat berlangsung secara aerobik ( membutuhkan oksigen ), maupun dengan cara anaerobik (tidak membutuhkan oksigen ).1,3) Dalam unit pengolahan air limbah secara biologi, diharapkan terjadi proses pengurangan secara alami untuk membersihkan air sebelum dibuang. Dibandingkan dengan proses alam, proses biologi biasanya berlangsung lebih cepat dan membutuhkan tempat yang lebih sedikit. 15) Berdasarkan teknik pengedalian (immobilisasi) mikroorganisme dalam media yang digunakan, pengolahan limbah cair secara biologis dapat dikelompokkan menjadi : 1. Suspended growth Processes Suspended Growth Processes adalah pengolahan dengan memanfaatkan mikroorganisme pengurai zat organik yang tersuspensi dalam limbah cair yang akan di olah. Yang termasuk dalam kelompok ini antara lain : proses lumpur aktif (activated sludge processes) dan kolam stabilisasi atau oksidasi (waste stabilitation ponds). 4,15) a. Pengolahan dengan lumpur aktif (actived sluadge processes)
Adalah pengolahan dengan cara membiakkan bakteri aerobik dalam tangki aerasi yang bertujuan untuk menurunkan organik karbon atau organik nitrogen. Dalam penurunan organik karbon, bakteri yang berperan adalah bakteri heterotropik. Sumber energi berasal dari oksidasi senyawa organik dan sumber karbon yang berasal dari organik karbon. BOD dan COD dipakai sebagai ukuran atau satuan yang menyatakan konsentrasi organik karbon. Yang selanjutnya disebut substrat. 4 ) b. Kolam Stabilisasi atau oksidasi (wastes stabilization ponds) Kolam oksidasi mirip dengan kolam dangkal yang luas, biasanya berbentuk empat persegi panjang dengan kedalamn hanya 1-1,5 meter. Pada proses ini, seluruh limbah cair diolah secara alamiah dengan melibatkan ganggang hijau untuk mengolah limbah cair yang berasal dari rumah tangga ataupun kotoran dari kakus. 4 ) Kolam ini merupakan cara yang paling ekonomis untuk pengolahan limbah cair selama luas tanah memungkinkan dan harganya relatif murah. Keuntungan yang diperoleh dari sistem ini, antara lain pemeliharaannya mudah dan murah. 4 ) 2. Attached Growth Processes Attached Growth Processes adalah pengolahan yang memanfaatkan mikroorganisme yang menempel pada media yang membentuk lapisan film untuk menguraikan zat organik. Proses ini sering disebut juga dengan fix bed. Influen akan melakukan kontak dengan media ini sehingga terjadi proses biokimia. Akibatnya bahan organik yang ada pada limbah cair tersebut dapat diturunkan kandungannya. Beberapa teknik pengolahan limbah cair yang termasuk di dalam kelompok ini, antara lain : saringan tetes (trickling filter) (akan dibahas pada sub bab berikutnya) 4,15)
E. Mikroorganisme Dalam Pengolahan Air Limbah Secara Biologis Mikroba adalah jasad hidup yang memerlukan sumber nutrien dan lingkungan kehidupan yang sesuai untuk aktivitasnya (metabolisme, perkembangbiakan dan penyebaran). Karena di dalam air limbah kadang-kadang didapatkan sejumlah benda
asing yang mungkin bersifat racun, maka pengaruhnya harus dapat dikontrol sebaikbaiknya. 2 ) Proses pengolahan limbah secara biologis akan menghasilkan indikator biologis yang terdiri dari jenis-jenis mikroba yang berperan, tergolong dalam bakteria, mikroalgae dan protozoa. Selain mikroba tersebut adapula jasad lain yang ikut aktif, walaupun tidak merupakan jasad utama seperti jamur, serangga air dan hewan lainnya. 5) Bakteri diperlukan untuk menguraikan bahan organik yang ada didalam air limbah. Oleh karena itu, diperlukan jumlah bakteri yang cukup untuk menguraikan bahan-bahan tersebut. Bakteri itu sendiri akan berkembang biak apabila jumlah makanan yang terkandung didalamnya cukup tersedia. Sehingga pertumbuhan bakteri dapat dipertahankan secara konstan. 5)
F. Trickling Filter 1. Pengertian Trickling filter Trickling filter merupakan salah satu aplikasi pengolahan air limbah dengan memanfaatkan teknologi biofilm. Trickling filter ini terdiri dari suatu bak dengan media permeabel untuk pertumbuhan organisme yang tersusun oleh lapisan materi yang kasar, keras, tajam dan kedap air. 2, 4 ) Kegunaannya adalah untuk mengolah air limbah dengan mekanisme air yang jatuh mengalir perlahan-lahan melalui media filter untuk kemudian tersaring. 5)
2. Komponen sistem trickling filter Trickling filter mempunyai 3 komponen utama yaitu : a. Distributor Air limbah yang akan ditangani didistribusikan baik secara kontinu maupun sewaktu-waktu pada bagian atas lengan distributor yang dapat berputar. 4,5) b. Pengolahan (pada media trickling filter) Sistem pengolahan pada trickling filter terdiri dari suatu bak atau bejana dengan media permeabel untuk pertumbuhan bakteri. Bentuk bejana biasanya bundar luas dengan diameter 6-60 meter, dindingnya biasanya terbuat dari
beton atau bahan lain tetapi tidak perlu kedap air. Disepanjang dinding diberi ventilasi dengan maksud agar terjadi pertukaran udara secara baik (aerasi) sehingga proses biologis aerobik dapat berlangsung dengan baik. Pada beberapa trickling filter, media disususn tanpa dinding jadi tidak diperlukan ventilasi tetapi konstruksi seperti ini kurang baik. 2 ) c. Pengumpul Filter juga dilengkapi dengan underdrain untuk mengumpulkan biofilm yang mati, kemudian diendapkan dalam bak sedimentasi. Bagian cairan yang keluar biasanya dikembalikan lagi ke trickling filter sebagai air pengencer air baku yang diolah. 4,5)
3. Faktor-faktor yang berpengaruh pada efisiensi penggunaan trickling filter Agar fungsi trickling filter dapat berjalan dengan baik, diperlukan persyaratan-persyaratan sebagai berikut : a. Persyaratan Abiotis, yaitu 1) Jenis media Bahan untuk medi trickling filter harus kuat, keras, tahan tekanan, tahan lama, tidak mudah berubah dan mempunyai luas permukaan per unit volume yang tinggi. Bahan yang biasa digunakan adalah kerikil, batu kali, antrasit, batu bara dan sebagainya. Akhir-akhir ini telah digunakan media plastik yang dirancang sedemikian rupa sehingga menghasilkan panas yang tinggi. 2 ) 2) Diameter media Diameter media trackling filter biasanya antara 2,5-7,5 cm. Sebaiknya dihindari penggunaan media dengan diameter terlalu kecil karena akan memperbesar kemungkinan penyumbatan. Makin luas permukaan media, maka makin banyak pula mikroorganisme yang hidup diatasnya. 2 ) 3) Ketebalan susunan media Ketebalan media trickling filter minimum 1 meter dan maksimum 3-4 meter. Makin tinggi ketebalan media, maka akan makin besar pula total
luas permukaan yang ditumbuhi mikroorganisme sehingga makin banyak pula mikroorganisme yang tumbuh menempel diatasnya. 2 )
4) Lama waktu tinggal trickling filter Diperlukan lama waktu tionggal yang disebut dengan masa pengkondisian atau pendewasaan agar mikroorganisme yang tumbuh diatasnya permukaan media telah tumbuh cukup memadai untuk terselenggaranya proses yang diharapkan. Waktu aerasi dirancang umumnya antyara 3 – 8 hari.10) Lama waktu tinggal ini dimaksudkan agar mikroorganisme dapat menguraikan bahan-bahan organik dan tumbuh di permukaan media trickling filter membentuk lapisan biofilm atau lapisan berlendir. Penelitian
yang
dilakukan
oleh
Istikomah
(2007),
pertumbuhan
mikroorganisme pada media batu kali mulai terbentuk lapisan biofilm pada hari ke-3 masa pengkondisian.11) 5) pH Pertumbuhan mikroorganisme khususnya bakteri, dipengaruhi oleh nilai pH. Agar pertumbuhan baik, diusahakan nilai pH mendekati keadaan netral. Nilai pH antara 4-9,5 dengan nilai pH yang optimum 6,5-7,5 merupakan lingkungan yang sesuai. 2 ) 6) Aerasi Agar aerasi berlangsung dengan baik, media trickling filter harus disusun sedemikian rupa sehingga memungkinkan masuknya udara kedalam sistem trickling filter tersebut. Keterbatasan udara dalam hal ini adalah oksigen
sangat
berpengaruh
terhadap
proses
penguraian
oleh
mikroorganisme. 2 ) b. Persyaratan Biotis Persyaratan biotis yang diperlukan dalam penggunaan trackling filter adalah jenis, jumlah dan kemampuan mikroorganisme dalam trackling filter serta asosiasi kehidupan di dalamnya. 2 )
4. Prinsip kerja trickling filter Air buangan yang diolah dengan trickling filter harus terlebih dahulu diendapkan, karena pengendapan dimaksudkan untuk mencegah penyumbatan pada distributor dan media filter. 2 ) Air limbah diteteskan secara periodik dan terus-menerus keatas media trickling filter. Bahan organik yang ada dalam air limbah diuraikan oleh mikroorganisme yang menempel pada media filter. Bahan organik sebagai substrat yang terlarut dalam air limbah diabsorbsi biofilm atau lapisan berlendir dan kemudian dilepaskan sebagai bahan suspensi yang berkoagulasi yang kemudia karena massanya lebih berat maka lebih mudah mengendap. 5) Bahan organik yang ada dalam limbah cair diuraikan oleh mikroorganisme yang menempel pada media filter. Pada bagian luar biofilm, bahan organik diuraikan oleh mikroorganisme aerobik. Pertumbuhan mikroorganisme akan mempertebal lapisan biofilm (0,1-0,2 mm). Oksigen yang terdifusi dapat dikonsumsi sebelum biofilm mencapai ketebalan maksimum. Pada saat mencapai ketebalan penuh, oksigen dapat mencapai penetrasi secara penuh, akibatnya bagian dalam atau permukaan media menjadi anaerobik. 4 ) Pada saat lapisan biofilm mengalami penambahan ketebalan bahan organik yang diabsorbsi dapat diuraikan oleh mikroorganisme, namun tidak dapat mencapai mikroorganisme yang berada di permukaan media. Dengan kata lain, tidak tersedia bahan organik untuk sel karbon pada bagian permukaan media sehingga mikroorganisme pada bagian permukaan akan mengalami fase indigenous (mati). Pada akhirnya, mikroorganisme sebagai biofilm tersebut akan lepas dari media. Cairan yang masuk akan turut melepas atau mencuci dan mendorong biofilm keluar. Setelah itu lapisan biofilm baru akan segera tumbuh. Fenomena lepasnya biofilm dari media disebut juga sloughing. 4 )
5. Mikroorganisme yang terdapat dalam trickling filter Mikroorganisme yang umum didapatkan dalam trickling filter serta turut berperan dalam proses penguraian bahan-bahan organik terutama air limbah yang berasal dari industri pangan seperti tahu adalah bakteri dan mikroalgae, jamur, protozoa dan mikrofauna merupakan tambahan saja.2,6) Air limbah tahu yang banyak mengandung bahan-bahan organik akan diuraikan mikroorganisme dan merangsang pertumbuhan mikroorganisme pada permukaan media yang berupa lapisan biofilm.5) lapisan biologis (biofilm) biasanya mempunyai ketebalan 0,1 – 0,2 mm dan terdiri dari bakteri, protozoa, dan fungi.10) Lapisan biofilm terdiri dari bakteri, protozoa dan fungi (antara lain : Zoogloea ramiqera, carchesum dan Opercularia vorticella). Ketika air limbah mengalir melalui biofilm tersebut, zat-zat organik yang larut akan segera diuraikan dan zat-zat organik koloidal diserap pada permukaan biofilm tersebut. Pada saat itu mikroorganisme akan tumbuh secara cepat.20)
G. Bak Aerasi Lagun aerasi berbeda dari kolam oksidasi, mempertahankan kondisi aerobik dengan peralatan aerasi mekanik atau terdifusi. Umumnya lagun/bak adalah wadah terbuat dari tanah liat yang dilindungi bagian sisinya dari gerakan gelombang yang disebabkan oleh unit aerasi.5) Aerasi merupakan proses pengolahan air dengan cara mengontakkan ke udara. Pada prinsipnya dapat dibedakan menjadi proses absorbsi (penyerapan gas) dan desorbsi (pelepasan gas).10) Keuntungan utama dari lagun aerasi ini adalah perpindahan oksigen yang kontinyu oleh alat aerasi. Suplai oksigen yang kontinyu ini membuat unit ini dapat menangani lebih banyak air limbah per unit volume per hari. Lagun aerasi telah digunakan untuk memperbaiki mutu efluen dari kolam oksidasi yang bebannya berlebihan, untuk menghilangkan gangguan terhadap kondisi unit, untuk menangani limbah tanpa penanganan terlebih dahulu.5) Peubah utama yang harus dievaluasi untuk rancangan unit adalah laju reaksi biologik dalam lagun aerasi, pengaruh suhu terhadap laju reaksi, kebutuhan oksigen,
sintesis dan oksidasi padatan dalam lagun, kebutuhan pengadukan, serta keseimbangan pH dan nutrient.5) Kolam/bak aerasi biasanya dikuti oleh kolam fakultatif. Kolam aerasi digunakan pada penanganan awal dari limbah rumah tangga dan pra pengolahan buangan industri. Kedalaman kolam 3,0 – 3,7 meter dan diaerasi secara mekanis dengan “holding mechanical units”.10) limbah cair didistribusikan pada bagian atas dengan suatu lengan distributor yang dapat berputar.4) Peralatan aerasi biasanya bekerja 24 jam sehari.5) Pengurangan BOD tergantung dari waktu aerasi, temperatur dan keadaan dari air buangan sendiri. Waktu aerasi dirancang umumnya 3 – 8 hari. Bila vektor tak mampu mensuplai oksigen atau waktu aerasi kurang, dekomposisi akan terjadi secara anaerobik dan proses ini menimbulkan bau.10)
H. Biochemical Oxygen Demand (BOD) Biochemical Oxygen Demand (BOD) adalah banyaknya oksigen dalam milligram per liter (mg/l) yang dibutuhkan oleh mikroorganisme pada waktu melakukan proses dekomposisi bahan organik yang ada di perairan. Pengukuran konsentrasi oksigen yang digunakan untuk dekomposisi lebih penting daripada pengukuran DO.1,3) Air buangan domestik yang tidak mengandung limbah industri mempunyai BOD kira-kira 200 ppm. Limbah pengolahan pangan umumnya lebih tinggi dan sering kali lebih dari 1000 ppm. 5) Berdasarkan Menteri Negara Lingkungan Hidup No. KEP51/MENLH/10/1995 tentang baku mutu limbah cair bagi kegiatan industri. Batas minimum limbah cair yang perbolehkan dibuang kebadan air yaitu 50 mg/l, sedangkan batas maksimum yang diperbolehkan adalah 150 mg/l. 1) Kadar BOD ditentukan dengan mengukur jumlah oksigen yang diserap oleh sampel limbah cair akibat adanya mikroorganisme selama satu periode waktu tertentu, biasanya 5 hari, pada satu temperatur tertentu, umumnya 20 0 C . Konsumsi oksigen dapat diketahui dengan mengoksidasi air pada suhu 20 0 C selama 5 hari dan nilai BOD yang menunjukkan jumlah oksigen yang dikonsumsi dapat diketahui dengan menghitung selisih konsentrasi oksigen terlarut sebelum dan sesudah
inkubasi. Pengukuran selama 5 hari pada suhu 20 0 C ini hanya menghitung sebanyak 68 persen bahan organik yang teroksidasi.
I. Kerangka Teori
Air limbah tahu
Sifat fisik
Sifat Biologi
Sifat Kimia
Karakteristik air limbah: - Temperature - BOD - Warna - COD - Bau - PH - Kekeruhan
BOD melebihi buku mutu
BOD sesuai baku mutu
Pengolahan air limbah
Fisik
Biologi
kimia
-
Diameter media Lama waktu tinggal Jenis media Ketebalan media Jenis mikroorganisme Jumlah mikroorganisme Kemampuan mikroorganisme - pH - Suhu - Aeresi
Trickling filter
Proses trickling filter
Penurunan kadar BOD
Sumber : modifikasi 2, 3, 13 Gambar 2.4 Kerangka Teori J. Kerangka Konsep
Variabel bebas Lama waktu tinggal media dalam bak aerasi
Variabel terikat Kadar BOD air limbah
Variabel pengganggu - Diameter media - Ketebalan media - jenis media - jenis mikroorganisme - jumlah mikroorganisme - kemampuan mikroorganisme - aerasi - pH - Suhu
Gambar 2.5 Kerangka Konsep
K. Hipotesis Ada perbedaan penurunan kadar BOD air limbah tahu berdasarkan lama waktu tinggal tempurung kelapa dalam bak aerasi pada proses trickling filter di Kelurahan Jomblang Kecamatan Candi Sari Kota Semarang.
