BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Limbah Cair dan Pengolahannya

Limbah cair atau air limbah adalah air yang tidak terpakai lagi,

yang merupakan hasil dari berbagai kegiatan manusia sehari-hari. Dengan semakin bertambah dan meningkatnya jumlah penduduk dengan segala kegiatanya, maka jumlah air limbah juga mengalami peningkatan. Pada umumnya limbah cair dibuang ke dalam tanah, sungai danau dan laut. Jika jumlah air limbah yang dibuang melebihi kemampuan alam untuk menerima atau menampungnya, maka akan terjadi kerusakan lingkungan (pencemaran). Salah satu limbah cair yang dapat mencemari lingkungan sekitar adalah Lindi. Lindi atau air luruhan sampah merupakan tirisan cairan sampah hasil ekstrasi bahan terlarut maupun tersuspensi. Pada umumnya lindi terdiri atas senyawa-senyawa kimia hasil dekomposisi sampah dan air yang masuk dalam timbulan sampah. Air tersebut dapat berasal dari air hujan, saluran drainase, air tanah atau dari sumber lain di sekitar lokasi TPA (Tempat Pembuangan Akhir). Pada saat terjadi hujan di lokasi tempat pembuangan akhir, maka air hujan akan masuk dan meresap kedalam tumpukan sampah yang kemudian membawa zat-zat berbahaya dengan kepekatan zat pencemar yang tinggi keluar dari timbunan sampah berupa limbah cair yang dinamakan lindi. Pada TPA yang masih beroperasi, BOD lindi dapat mencapai antara 2.000 - 30.000 mg/l, COD antara 3.000 60.000 mg/l, TOC antara 1.500 - 20.000 mg/l dan pH antara 4,5 7,5.(Djoko H Martono,1998). Namun pada TPA yang sudah beroperasi lebih dari 15 tahun, pada umumnya akan terjadi penurunan kandungan BOD, COD maupun TOC, bahkan pH dari lindi cenderung mendekati

BAB II Tinjauan Pustaka

7

netral dan mempunyai kandungan karbon organik dan mineral yang relatif

menurun (Martin, 1991).

Masalah utama dalam penanganan lindi di sebuah TPA adalah masalah kuantitas dan kualitas lindi. Debit lindi yang keluar dari TPA,

sangat berfluktuasi tergantung dari kondisi penutupan tanah, kualitas

kontruksi lapisan dasar area pengurugan dan tentunya juga dipengaruhi

oleh kelembaban atau kandungan air dari sampah itu sendiri. Sementara itu dengan komposisi sampah yang sangat bervariasi, menimbulkan lindi

dengan kualitas yang sangat bervariasi, dan adanya dekomposisi alami dari material organik di dalam timbunan sampah akan sangat mempengaruhi kualitas lindi yang ditimbulkannya. Berdasarkan penelitian, kualitas lindi di Indonesia memiliki karakteristik unik dengan tingkat keasaman rendah dan COD tinggi (Damanhuri , Enri, 2000). Pengolahan

dimaksudkan

untuk

mengurangi

limbah

yang

terbentuk, yaitu dengan mengurangi volume limbah, konsentrasi kontaminan, dan toksisitas sehingga limbah memenuhi syarat untuk dibuang ke lingkungan. Untuk limbah cair seperti lindi sebaiknya diproses secara biologi (biological treatment) untuk menguraikan (degradasi) bahan/zat

dalam

air

limbah

dengan

melibatkan

penggunaan

bakteri/mikroorganisme anaerobik (tanpa udara) maupun aerobik (dengan udara/oksigen). Secara umum limbah cair dapat dikelompokkan berdasarkan parameter organik, karakter fisik, dan kontaminan spesifik. Parameter organik merupakan jumlah zat organik yang terkandung dalam limbah. Jenis parameter ini terdiri dari Total Organik Carbon (TOC), Chemical Oxygen Demand (COD), Biochemical Oxygen Demand (BOD). Jenis

pencemar fisik dalam limbah cair terdiri dari Total Suspended Solid (TSS), pH, temperatur, warna, bau, dan potensial produksi. Kontaminan spesifik dalam limbah cair dapat berupa senyawa organik atau anorganik. Jenis kontaminan dalam limbah cair dapat dilihat pada tabel 2.1

Penurunan Kandungan COD Dalam Lindi Menggunakan Digester Anaerobik Dua Tahap Dengan Hasil Samping Biogas, 2012


8

Tabel 2.1 Jenis kontaminan dalam limbah cair Parameter Limbah Cair Parameter Organik TOC COD BOD Minyak dan lemak / TPH Parameter fisik TSS pH Temperatur Warna Bau Potensial reduksi-oksidasi Parameter Kontaminan Spesifik NH3/NO3 Posfat Logam Berat Surfaktan Sulfida Fenol Toxic organik Sianida

Keterangan Dapat beracun, mengurangi oksigen terlarut Dapat beracun, mengurangi oksigen terlarut Mengurangi oksigen terlarut badan air penerima Merusak vegetasi dan kehidupan aluatik Memengaruhi turbiditas; meracuni kehidupan akuatik Asam dan basa dapat meracuni kehidupan akuatik Memengaruhi kehidupan akuatik Memengaruhi aestetik dan merusak algae Memengaruhi kehidupan akuatik dan manusia; aestetik Meracuni kehidupan akuatik Meracuni kehidupan akuatik ; eutrofikasi Eutrofikasi Memengaruhi kehidupan akuatik dan manusia Memengaruhi kehidupan akuatik dan manusia; aestetik Memengaruhi kehidupan akuatik dan manusia Memengaruhi kehidupan akuatik dan manusia Memengaruhi kehidupan akuatik dan manusia Memengaruhi kehidupan akuatik dan manusia

Salah satu pengolahan limbah cair adalah dengan menggunakan pengolahan biologi, yaitu suatu kegiatan yang bertujuan untuk mengurangi kontaminan senyawa organik atau anorganik yang terdapat di dalam air buangan terutama yang terlarut maupun yang berbentuk koloid dengan bantuan aktivitas mikroorganisme. Berdasarkan jenis pertumbuhan mikroba, pengolahan biologi dapat dibedakan menjadi : 1. Sistem pertumbuhan tersuspensi (suspended growth) Sistem pertumbuhan tersuspensi merupakan pengolahan secara biologi dengan bantuan mikroorganisme untuk mengkonversi senyawa

senyawa

organik di dalam limbah cair menjadi biogas dan biomassa yang berada dalam kondisi tersuspensi dalam cairan 2. Sistem pertumbuhan terlekat (attached growth) Sistem pertumbuhan terlekat merupakan pengolahan secara biologi dengan bantuan mikroorganisme untuk mengkonversi senyawa

senyawa organik

di dalam limbah cair menjadi biogas dan biomassa yang melekat pada



9

medium inert, seperti batuan atau bahan keramik dan plastik dengan

desain khusus

2.2

Karakteristik Lindi Dalam merencanakan bangunan pengolahan lindi, dilakukan

pendekatan terhadap karakteristik lindi. Secara teoritikal berdasarkan hasil penelitian (DR. Enri Damanhuri), lindi mempunyai karakter yang khas, yaitu : a.

Lindi dari TPST (Tempat Pembuangan Sampah Terpadu) yang muda (umur < 2 tahun) bersifat asam, berkandungan organik yang tinggi, mempunyai ion-ion terlarut yang tinggi serta rasio BOD atau COD relatif tinggi.

b.

Lindi dari TPST yang sudah tua (umur > 10 tahun) sudah mendekati netral, mempunyai kandungan karbon organik dan mineral menurun serta rasio BOD atau COD relatif menurun.

Secara teori, beberapa karakteristik utama lindi diuraikan pada Tabel 2.2. Tabel 2.2 Karakteristik utama lindi No

Parameter

Umur < 2 tahun BOD5 (ppm) 2.000 30.000 1 TOC (ppm) 1.500 20.000 2 COD (ppm) 3.000 45.000 3 Total suspended solids (ppm) 200 2.000 4 Organik Nitrogen (ppm) 10 600 5 Ammonia Nitrogen (ppm) 10 800 6 Nitrite (ppm) 5 40 7 Total Phosporus (ppm) 1 70 8 Alkalinity as CaCO 3 (ppm) 1.000 10.000 9 4.5 7.5 10 pH 300 10.000 11 Total Kesadahan (ppm CaCO3) 200 3.000 12 Kalsium (ppm) 50 150 13 Magnesium (ppm) 200 2.000 14 Potasium (ppm) 200 2.000 15 Sodium (ppm) 100 3.000 16 Chlorida (ppm) 100 1.500 17 Sulfat (ppm) 50 600 18 Total Besi (ppm) Sumber : E.D. Mc Bean, F.A. Rovers, G.J. Farquher, (1995), Solid Waste Landfill Engineering and Design Penurunan Kandungan COD Dalam Lindi Menggunakan Digester Anaerobik Dua Tahap Dengan Hasil Samping Biogas, 2012

Landfill Umur > 10 tahun 100 200 80 160 100 500 100 - 400 80 120 20 40 5 10 5 10 200 1.000 6.6 7.5 200 500 100 400 50 200 50 500 100 - 200 100 4.000 200 550 20 200


10

Berdasarkan hal tersebut, untuk kebutuhan optimasi di Sarimukti

ini diambil asumsi kualitas lindi dengan umur landfill < 2 (dua) tahun.

Kualitas lindi (minimum) sesuai dengan Tabel diatas, sebelum diolah adalah sebagai berikut :

a. BOD (Biochemical Oxygen Demand) : 5.000 mg/l

b. COD (Chemical Oxygen Demand) : 6.500 mg/l

c. pH : 4.5

7.5

d. SS (Suspended Solids) : 200 mg/l

e. TOC (Total Organik Carbon) : 1.500 mg/l

Effluen dari Instalasi Pengolahan Lindi saat ini dibuang ke Badan Air Penerima Kali Cimeta, dimana berdasarkan peruntukannya, kali tersebut di bagian hilir diperuntukkan untuk pertanian, sehingga berdasarkan Keputusan Peraturan Pemerintah No. 82 Tahun 2001 tentang penetapan Baku Mutu Lingkungan dapat dikatagorikan sebagai Baku Mutu Air pada sumber air klasifikasi golongan D (peruntukan pertanian), dengan parameter sebagai berikut : a.

BOD (Biochemical Oxygen Demand) : 150 mg/l

b.

COD (Chemical Oxygen Demand) : 300 mg/l

c.

SS (Suspended Solids) : 400 mg/l Dalam pekerjaan ini dilakukan pengujian kualitas lindi untuk

mengetahui kinerja instalasi eksisting. Hasil pengujian akan disampaikan dalam laporan akhir pekerjaan ini. Namun demikian, berdasarkan observasi lapangan diperoleh beberapa fakta sebagai berikut : -

Cairan lindi berwarna kehijauan dan berbau tidak sedap dan relatif agak pekat yang mengalir di dalam saluran influen menuju kolam anaerobik,

-

Warna lindi yang berada di saluran effluen, menuju ke badan air (setelah

melalui

instalasi

pengolahan)

belum

berubah/berkurang bila dibandingkan dengan influen ,


banyak


11

-

Secara keseluruhan, perlu dilakukan perbaikan atau penyempurnaan pengolahan terhadap lindi sehingga diharapkan hasil pengolahan

mempunyai kualitas di bawah baku mutu

Gambar 2.1 Lindi dalam Saluran Effluen dan Saluran Influen

2.3

Proses Pengolahan Biologi Proses pengolahan biologi terbagi menjadi dua jenis pengolahan yaitu proses aerob dan proses anaerob.

2.3.1

Proses Aerob Istilah aerobik yang digunakan dalam proses penanganan secara biologis

berarti

proses

di

mana

terdapat oksigen terlarut

(memerlukan oksigen) dalam proses pengolahan limbah. Oksidasi bahan organik menggunakan

molekul

oksigen

sebagai

aseptor

elektron terakhir adalah proses utama yang menghasilkan energi kimia untuk mikroorganisme. Mikroba yang menggunakan oksigen sebagai aseptor elektron terakhir adalah mikroorganisme aerobik, sedangkan sebaliknya disebut anaerobik. Organisme aerobik atau aerob adalah organisme yang melakukan metabolisme

dengan

bantuan oksigen.

Mikroorganisme


aerob


12

menggunakan

oksigen

untuk mengoksidasi substrat

(sebagai

contoh gula dan lemak) untuk memperoleh energi.

2.3.2

Anaerobik adalah kata teknis yang secara harfiah berarti "tanpa

Proses Anaerob

udara" (dimana "udara" biasanya berarti oksigen). Kata yang berlawanan dengannya adalah aerobik. Anaerobik dapat merujuk pada aktifitas anaerobik pemecahan bahan-bahan organis oleh mikroorganisme dalam keadaan tanpa oksigen Proses ini menghasilkan gas CH4, CO2, H2O, dan sejumlah kecil biomassa padat dengan bantuan aktivitas mikroorganisme anaerobik. Syarat untuk menggunakan pengolahan secara anaerobik adalah jika limbah cair memiliki kandungan BOD lebih besar dari 3.000 mg/L. Material organik yang terkumpul pada digester (reaktor) akan diuraikan menjadi dua tahap dengan bantuan dua jenis bakteri. Tahap pertama material orgranik akan didegradasi menjadi asam asam lemah dengan bantuan bakteri pembentuk asam. Bakteri ini akan menguraikan sampah pada tingkat hidrolisis dan asidifikasi. Hidrolisis yaitu penguraian senyawa kompleks atau senyawa rantai panjang seperti lemak, protein, karbohidrat menjadi

senyawa

yang

sederhana.

Sedangkan

asidifikasi

yaitu

pembentukan asam dari senyawa sederhana. Setelah material organik berubah menjadi asam asam, maka tahap kedua dari proses anaerobik adalah pembentukan gas metana dengan bantuan bakteri pembentuk metana seperti methanococus, methanosarcina, methano bacterium. Proses

anaerobik

memiliki

beberapa

keuntungan

jika

di

bandingkan dengan proses aerobik, keuntungan tersebut antara lain proses anaerobik mampu mengolah limbah berkadar organik tinggi, produksi lumpur sedikit, kebutuhan nutrisi (untuk mikroba) sedikit, peralatan lebih praktis (ukuran reaktor lebih kecil), tidak diperlukan lahan yang luas, Penurunan Kandungan COD Dalam Lindi Menggunakan Digester Anaerobik Dua Tahap Dengan Hasil Samping Biogas, 2012


13

kebutuhan energi relatif rendah, biaya operasi lebih murah, pengurangan

kadar BOD dan COD dapat mencapai lebih dari 85%, dan berpotensi

menghasilkan biogas (Reynold, 1982).

2.4

Reaktor Anaerobik

Digester anaerobik adalah sebuah tempat yang kondisinya dijaga

sedenilkian rupa sehingga proses dekomposisi dapat berjalan dengan optimum. Parameter optimum dari proses ini adalah produksi biogas yang

tinggi dengan waktu reterisi yang tidak terlalu lama. Sejumlah bahan organik yang tidak dapat dirubah secara aerobik, dengan pengolahan anaerobik dalam reaktor ini bahan tersebut dapat di urai sehingga dapat mengurangi pencemaran ketika di buang ke lingkungan. Jenis digester anaerob dibedakan berdasarkan kecepatan laju alir digester, dimana menurut Reynolds (1982) terdapat dua macam digester anaerobik, yaitu digester kecepatan rendah (low rate digester ) dan digester kecepatan tinggi (high rate digester ).

2.4.1

Digester Kecepatan Rendah Digester kecepatan rendah adalah digester yang memiliki waktu tinggal (HRT) sekitar 30 limbah 0,04 terputus A.

60 hari, tidak dilengkapi pemanas, penambahan

0,1 lb VSS/ft3/hari, serta input dan output dilakukan secara

putus. Jenis digester kecepatan rendah antara lain :

Fixed Dome Plant

Pada fixed dome plant, digesternya tetap. Penampung gas ada pada bagian atas digester. Ketika gas mulai timbul, gas tersebut menekan slurry ke bak slurry. Jika pasokan kotoran ternak terus menerus, gas yang timbul Penurunan Kandungan COD Dalam Lindi Menggunakan Digester Anaerobik Dua Tahap Dengan Hasil Samping Biogas, 2012


14

akan terus menekan slurry hingga meluap keluar dari bak slurry. Gas yang

timbul dikeluarkan lewat pipa gas yang diberi katup.

B.

Floating Drum Plant

Floating drum plant terdiri dari satu digester dan penampung gas

yang bisa bergerak. Penampung gas ini akan bergerak keatas ketika gas

bertambah dan turun lagi ketika gas berkurang, seiring dengan penggunaan dan produksi gasnya.

C.

Jenis Balon Reaktor balon merupakan jenis reaktor yang banyak digunakan

pada skala rumah tangga yang menggunakan bahan plastik sehingga lebih efisien dalam penanganan dan perubahan tempat biogas. reaktor ini terdiri dari satu bagian yang berfungsi sebagai digester dan penyimpan gas masing masing bercampur dalam satu ruangan tanpa sekat. Material organik terletak dibagian bawah karena memiliki berat yang lebih besar dibandingkan gas yang akan mengisi pada rongga atas.

2.4.2

Digester Kecepatan Tinggi Digester kecepatan tinggi adalah digester yang memiliki waktu tinggal (HRT) sekitar 10 limbah 0,15 terputus

20 hari, dilengkapi pemanas, penambahan

0,4 lb VSS/ft3/hari, laju alir limbah dapat kontinyu maupun

putus, dan homogen. Jenis digester kecepatan rendah ini terdiri

atas : A.

Anaerobik Contact Reaktor

Pada proses kontak anaerobik, limbah yang tidak terdegradasi tercampur dengan lumpur padat hasil daur ulang. Setelah didegradasi, campuran limbah dipisahkan di dalam clarifier kemudian supernatant Penurunan Kandungan COD Dalam Lindi Menggunakan Digester Anaerobik Dua Tahap Dengan Hasil Samping Biogas, 2012


15

dikeluarkan sebagai effluen. Adanya daur ulang padatan menjadikan

Hydraulic Retention Time singkat (0,5-5 hari) dan mampu menghasilkan

efisiensi yang tinggi dengan volume reaktor yang kecil. Reaktor ini bekerja optimum pada suhu 25

1 % volatile solids. Reaktor ini merupakan salah satu contoh reaktor

anaerobik dengan sistem pertumbuhan tersuspensi.

B.

500C dan konsentrasi padatan terlarut 0,5

Anaerobik Filter Reaktor

Reaktor filter anaerobik adalah sebuah kolom yang berisi media padatan yang digunakan untuk mengolah senyawa organik terkarbonasi didalam air limbah. Limbah dialirkan dari bagian atas melalui kolom sehingga terjadi kontak antara limbah cair yang akan di olah dengan bakteri yang menempel pada media. Bakteri yang tumbuh dan melekat pada media tidak keluar bersama aliran effluen menyebabkan Solid Retention Time (SRT) yang diperlukan untuk proses ini dapat mencapai

100 hari. C.

Fluidized Bed Reaktor

Dalam reaktor ini air limbah yang diolah dipompa ke atas kolom yang mengandung media tertentu (misalnya pasir) tempat tumbuhnya bakteri. Effluen didaur ulang untuk mengencerkan limbah yang baru masuk dan untuk menghasilkan laju alir yang cukup untuk menjaga kolom dalam kondisi terfluidisasi. D.

Upflow Anaerobik Sludge Blanket (UASB)

Dalam reaktor UASB, limbah dialirkan dari bagian bawah reaktor kemudian terjadi kontak dengan lumpur aktif yang bereaksi secara biologi membentuk partikel. Gas yang diproduksi dalam reaksi anaerobik menyebabkan sirkulasi internal yang membantu dalam pembentukan dan pemeliharaan partikel.



16

E.

Anaerobik Baffled Reaktor

Anaerobik Baffled Reaktor (ABR) merupakan sistem pengolahan

tersuspensi

anaerob,

tersuspensi

(suspended

dalam

biorektor

growth)

lebih

berpenyekat.

Pertumbuhan

menguntungkan

dibanding

pertumbuhan melekat (attached growth) karena tidak membutuhkan media

pendukung serta tidak mudah tersumbat. Reaktor ABR terdiri dari

beberapa kompartemen yang menghasilkan gas pada tiap kompartemen,

Anaerobik Baffled Reaktor didesain dengan menggunakan beberapa baffle

vertikal yang mendorong air limbah mengalir dengan aliran ke atas (upflow)

melalui

lumpur

aktif

sehingga

terjadi

kontak

antara

mikroorganisme dengan air limbah. Pada pengoperasian ABR terdapat tiga zona yaitu asidifikasi, methanasi, dan zona buffer. Zona asidifikasi terjadi pada kompartemen awal reaktor di mana terjadi penurunan pH akibat adanya pembentukan volatile fatty acid dan selanjutnya akan naik karena meningkatnya

kapasitas

buffer.

Adanya

zone

buffer

ini

digunakan

untuk

memepertahankan agar proses dalam reaktor dapat berjalan dengan baik. Pada zona methanasi terjadi pembentukan gas metana. Air limbah dapat kontak dengan biomassa yang aktif dalam jumlah besar dengan HRT yang relatif singkat (6-20 jam), di mana effluen yang dihasilkan relatif bebas dari padatan dimana hal ini ditunjukkan dengan removal COD yang tinggi sehingga akan berakibat pada dimensi reaktor

yang menjadi lebih kecil sehingga dapat menghemat biaya. F.

Anaerobik Rotating Biological Contractor

Anaerobik Rotating Biological Contactor (ARBC) adalah suatu

proses perngolahan air limbah secara biologis yang terdiri atas disc melingkar yang diputar oleh poros dengan kecepatan tertentu. ARBC mempunyai beberapa keuntungan, antara lain mudah dioperasikan, mudah Penurunan Kandungan COD Dalam Lindi Menggunakan Digester Anaerobik Dua Tahap Dengan Hasil Samping Biogas, 2012


17

dalam perawatan, tidak membutuhkan banyak lahan, beberapa variasi

parameter dapat di kontrol seperti kecepatan putaran disc, resirkulasi, dan

waktu detensi.

2.5

Tipikal Reaktor Anaerobik

Tipikal pengolahan limbah cair dengan reaktor anaerobik umumnya mengacu pada upaya penyisihan parameter yang dipersyaratkan oleh baku mutu limbah cair. Pada teknologi reaktor anaerobik kecepatan

tinggi (high rate), memiliki beberapa kriteria khusus pada kondisi operasinya. Tabel 2.3 menunjukkan berbagai jenis reaktor yang disertai dengan spesifikasi hasil pengolahannya. Tabel 2.3 Tipikal kondisi operasi untuk jenis reaktor anaerobik Tipe Reaktor Load (Kg COD/m3 day) Conventional 1-5 anaerobik reaktor Anaerobik contact 1-6 reaktor Anaerobik sequencing batch 1-10 reaktor Anaerobik filter 2-15 Fluidized bed 2-50 UASB 2-30 Anaerobik baffled 3-35 reaktor Two phase 5-30 anaerobik digestion Sumber : Marmara University. 2010

2.6

HRT (Hour)

COD removal (%)

240-360

60-80

24-120

70-95

6-24

75-90

10-85 1-4 2-72

80-95 80-90 80-95

9-32

75-95

20-150

70-85

Pertumbuhan Mikroba Tumbuh dalam pengertian umum diartikan sebagai bertambahnya ukuran, sedangkan berkembang diartikan sebagai bertambahnya kuantitas. Oleh karena itu pertumbuhan dapat ditunjukkan dengan adanya pertambahan panjang, luas, volume, berat maupun kandungan tertentu,



18

sedangkan berkembang ditunjukan dengan bertambahnya jumlah individu

dan terbentuknya alat reproduksi. Dengan demikian dari segi ukuran, maka

tumbuh merupakan proses dari pendek menjadi panjang, dari sempit menjadi luas, dari kosong menjadi berisi, dari ringan menjadi berat, sedangkan berkembang adalah dari sedikit menjadi banyak.

Pertumbuhan mikroorganisme dimulai dari awal pertumbuhan

sampai dengan berakhirnya aktivitas merupakan proses bertahap yang dapat digambarkan sebagai kurva pertumbuhan. Kurva pertumbuhan

umumnya terdiri atas 7 fase pertumbuhan, tetapi yang utama hanya 4 fase yaitu : lag, eksponensial, stasioner, dan kematian. Kurva pertumbuhan yang lengkap merupakan gambaran pertumbuhan secara bertahap (fase) sejak awal pertumbuhan sampai dengan terhenti mengadakan kegiatan. Kurva pertumbuhan biasanya terbagi dalam 5 fase pertumbuhan, tetapi lebih terinci dalam 7 fase yakni sebagai berikut :

Gambar 2.2 Kurva pertumbuhan mikroorganisme

1. Fase lag disebut juga fase persiapan, fase permulaan, fase adaptasi atau fase penyesuaian yang merupakan fase pengaturan suatu aktivitas dalam lingkungan baru. Waktu yang diperlukan pada fase ini digunakan untuk mensintesa enzim. Sehingga mencapai konsentrasi yang cukup untuk melaksanakan pertumbuhan ekponensial. Oleh karena itu selama fase ini pertambahan massa atau pertambahan Penurunan Kandungan COD Dalam Lindi Menggunakan Digester Anaerobik Dua Tahap Dengan Hasil Samping Biogas, 2012


19

jumlah sel belum begitu terjadi, sehingga kurva fase ini umumnya

mendatar. Selang waktu fase lag tergantung kepada kesesuaian

waktu yang dibutuhkan semakin cepat. 2. Fase akselerasi merupakan fase setelah adaptasi, sehingga sudah mulai

aktivitas perubahan bentuk maupun pertambahan jumlah dengan

pengaturan aktivitas dan lingkungannya. Semakin sesuai maka selang

kecepatan yang masih rendah. 3. Fase eksponensial atau logaritmik merupakan fase peningkatan aktivitas perubahan bentuk maupun pertambahan jumlah mencapai kecepatan maksimum sehingga kurvanya dalam bentuk eksponensial. Peningkatan aktivitas ini harus diimbangi oleh banyak faktor, antara lain : faktor biologis, misalnya : bentuk dan sifat mikroorganisme terhadap lingkungan yang ada, asosiasi kehidupan diantara organisme yang bersangkutan dan faktor non-biologis, misalnya : kandungan hara di dalam medium kultur, suhu, kadar oksigen, cahaya, bahan kimia dan lain-lain. Jika faktor-faktor di atas optimal, maka peningkatan kurva akan tampak tajam atau semakin membentuk sudut tumpul terhadap garis horizontal (waktu). 4. Fase retardasi atau pengurangan merupakan fase dimana penambahan aktivitas sudah mulai berkurang atau menurun yang diakibatkan karena beberapa faktor, misalnya : berkurangnya sumber hara, terbentuknya senyawa penghambat, dan lain sebagainya. 5. Fase stasioner merupakan fase terjadinya keseimbangan penambahan aktivitas dan penurunan aktivitas atau dalam pertumbuhan koloni terjadi keseimbangan antara yang mati dengan penambahan individu. Oleh karena itu fase ini membentuk kurva datar. Fase ini juga diakibatkan karena sumber hara yang semakin berkurang, terbentuknya senyawa penghambat, dan faktor lingkungan yang mulai tidak menguntungkan.



20

6. Fase kematian merupakan fase mulai terhentinya aktivitas atau dalam

pertumbuhan

koloni

terjadi

kematian

yang

mulai

melebihi

bertambahnya individu.

7. Fase kematian logaritmik merupakan fase peningkatan kematian yang

semakin meningkat sehingga kurva menunjukan garis menurun.

Pada

kenyataannya

bahwa

gambaran

kurva

pertumbuhan

mikroorganisme tidak linear seperti yang dijelaskan di atas jika faktorfaktor lingkungan yang menyertainya tidak memenuhi persyaratan. Beberapa penyimpangan yang sering terjadi, misalnya : fase lag yang terlalu lama karena faktor lingkungan kurang mendukung, tanpa fase lag karena pemindahan ke lingkungan yang identik, fase eksponensial berulang-ulang karena medium kultur kontinyu, dan lain sebagainya.

2.6.1

Faktor yang Memengaruhi Pertumbuhan Mikroorganisme A.

Faktor Alam

1.

Temperatur Umumnya

batas

daerah

temperatur

bagi

kehidupan

mikroorganisme terletak antara 0 - 90oC. Temperatur minimum adalah suhu paling rendah dimana kegiatan mikroorganisme masih dapat berlangsung. Temperatur maksimum adalah temperatur tertinggi yang masih dapat digunakan untuk aktifitas mikroorganisme, tetapi pada tingkatan kegiatan fisiologis paling minimal. Sedang temparatur yang paling

baik

bagi

aktivitas

hidup

disebut

temperatur

optimum.

Berdasarkan pada daerah aktivitas temperatur, mikroorganisme dapat dibagi menjadi tiga golongan utama yaitu:



21

Tabel 2.4 Daerah aktivitas temperatur mikroorganisme

Golongan

Minimum (oC) 0 Psychrophilic 15-25 Mesophilic 24-45 Thermophilic Sumber : Reynold 1982

Optimum (oC) 1o-15 25-37 50-60

Maksimum (oC) 30 40-55 60-90

Bakteri-bakteri patogen pada manusia termasuk bakteri Mesofilik.

Suhu optimumnya sama dengan suhu tubuh manusia ( 37 oC ). Titik

kematian termal suatu jenis mikroorganisme ialah nilai temperatur yang dapat mematikan jenis tersebut didalam waktu 10 menit pada kondisi tertentu. Sedang waktu kematian termal adalah waktu yang diperlukan untuk membunuh suatu jenis mikroorganisme pada suatu temperatur yang tetap. Faktor-faktor yang memengaruhi titik kematian termal antara lain: waktu,

temperatur,

kelembaban,

bentuk

dan

jenis

spora,

umur

mikroorganisme, pH dan komposisi medium. Komposisi medium juga mempengaruhi kepekaan bakteri terhadap pemanasan. Adanya partikel atau benda padat dan senyawa tertentu di dalam medium akan menaikkan resistensi ( ketahanan ) mikroorganisme terhadap panas, sebab penetrasi panas kedalam medium terhalang oleh adanya benda atau zat tadi. Temperatur rendah menyebabkan gangguan pada metabolisme, jenisnya tergantung pada temperatur dan cara perlakuanya.

Kematian

mikroorganisme

pada

temperatur

rendah

disebabkan oleh terjadinya perubahan keadaan koloid protoplasma yang tidak reversible. Penurunan temperatur yang tiba-tiba di atas titik beku dapat menyebabkan kematian, akan tetapi penurunan temperatur secara bertingkat hanya mengakibatkan gangguan kegiatan metabolisme untuk sementara saja. Bila suspensi bakteri didinginkan dengan cepat dari 45oC, maka jumlah bakteri yang mati mencapai 95%, tetapi pendinginan secara bertingkat menyebabkan jumlah kematian tersebut akan berkurang.



22

Kematian akibat penurunan temperatur yang tiba-tiba, mungkin

karena air menjadi tidak siap untuk kegiatan fisiologi. Misalnya pada

pembekuan, mungkin terjadi kerusakan sel oleh adanya kristal es di dalam air antar sel. Proses pendinginan di bawah titik beku dan di dalam keadaan

hampa udara secara bertingkat, banyak digunakan untuk mengawetkan

biakan dan proses tersebut disebut lyofilisasi. Hasil lyofilisasi merupakan

tepung yang terdiri atas sel yang lyofilik dan sangat mudah menarik air, juga tidak menyebabkan denaturasi protein sebab molekul air protoplasma

di dalam proses ini langsung dirubah menjadi uap air tanpa melalui fase cair (sublimasi ). 2.

Cahaya Sebagian

besar

bakteri

adalah

chemotrophe,

karena

itu

pertumbuhannya tidak tergantung pada cahaya matahari. Pada beberapa spesies, cahaya matahari dapat membunuhnya karena pengaruh sinar ultraviolet. 3.

Kelembaban Air sangat penting untuk kehidupan bakteri terutama karena bakteri

hanya dapat mengambil makanan dari luar dalam bentuk larutan (holophytis). Semua bakteri tumbuh baik pada media yang basah dan udara yang lembab. Dan tidak dapat tumbuh pada media yang kering. Mikroorganisme mempunyai nilai kelembaban optimum. Pada umumnya untuk pertumbuhan ragi dan bakteri diperlukan kelembaban yang tinggi diatas 85%, sedang untuk jamur dan aktinomiset diperlukan kelembaban yang rendah dibawah 80%. Kadar air bebas didalam larutan merupakan nilai perbandingan antar tekanan uap air larutan dengan tekanan uap air murni, atau 1 / 100 dari kelembaban relatif. Nilai kadar air bebas didalam larutan untuk bakteri pada umumnya terletak diantara 0,90 sampai 0,999 sedang untuk bakteri halofilik mendekati 0,75. Banyak mikroorganisme yang tahan hidup didalam keadaan kering untuk waktu yang lama seperti Penurunan Kandungan COD Dalam Lindi Menggunakan Digester Anaerobik Dua Tahap Dengan Hasil Samping Biogas, 2012


23

dalam bentuk spora, konidia, arthrospora, kamidiospora dan kista. Seperti

halnya

dalam

pembekuaan,

proses

pengeringan

menyebabkan kegiatan metabolisme terhenti. Pengeringan secara perlahan menyebabkan kerusakan sel akibat pengaruh tekanan osmosa dan

pengaruh lainnya dengan naiknya kadar zat terlarut.

4.

protoplasma,

pH pH sangat berpengaruh terhadap pertumbuhan mikroorganisme.

Umumnya asam mempunyai pengaruh buruk terhadap pertumbuhan bakteri. Lebih baik hidup dalam suasana netral ( pH 7,0 ) atau sedikit basa (pH 7,2 - 7,4), tetapi pada umumnya dapat hidup pada pH 6,6

7,5.

Bakteri-bakteri yang patogen pada manusia tumbuh baik pada pH 6,8 - 7,4, yaitu sama dengan pH darah. Batas pH untuk pertumbuhan jasad merupakan suatu gambaran dari batas pH bagi kegiatan enzim. Untuk itu jasad dikenal nilai pH minimum, optimum, dan maksimum. Bakteri memerlukan nilai pH antara 6,5 - 7,5, ragi antara 4,0 - 4,5, sedang jamur dan aktinomiset tertentu mempunyai daerah pH yang luas. Atas dasar daerah-daerah pH bagi kehidupan mikroorganisme dibedakan adanya tiga golongan besar,yaitu: a. Mikroorganisme yang asidofilik, yaitu jasad yang dapat tumbuh pada pH antara 2,0 - 5,0 b. Mikroorganisme yang mesofilik (Neutrofilik), yaitu jasad yang dapat tumbuh pada pH antara 5,5 - 8,0 c. Mikroorganisme yang alkalifilik, yaitu jasad yang dapat tumbuh pada pH antara 8,4 - 9,5. 5.

O2 dari udara Untuk melangsungkan hidupnya, makhluk hidup membutuhkan O2

yang diambil dari udara melalui pernafasan. Fungsi O2 ini sudah jelas yaitu untuk pembakaran zat-zat jaringan, sehingga dihasilkan panas dan tenaga. Hidup dalam lingkungan yang mengandung O2 dalam jumlah yang normal Penurunan Kandungan COD Dalam Lindi Menggunakan Digester Anaerobik Dua Tahap Dengan Hasil Samping Biogas, 2012


24

disebut hidup secara aerob. Organisme yang tidak hidup dalam lingkungan

yang mengandung O2 bebas disebut organisme anaerob. Berdasarkan

responnya terhadap O2 bebas, maka bakteri dibagi dalam tiga golongan yaitu :

a. Bakteri aerob (obligate aerob)

Bakteri yang hanya hidup dalam lingkungan yang mengandung O2

bebas. Misalnya : Vibroiro cholera, Corynebacterium diphtheriea . b. Bakteri anaerob (obligate anaerob) Bakteri yang hanya dapat hidup di dalam lingkungan yang tidak mengandung oksigen bebas. Misal: Clostridium tetani, Treptonema pallida.

c. Fakultatif aerob Bakteri yang hidup di dalam lingkungan yang mengandung oksigen bebas maupun tidak. Misal : Salmonella typhi, Neisseria mengitidis . Bakteri-bakteri fakultatif aerob pada umumnya lebih baik tumbuh pada pada lingkungan yang sedikit mengandung oksigen bebas. Karena itu lebih tepat bila dinamakan bakteri microaerophil. 6.

Tekanan osmotik Air keluar masuk sel bakteri melalui proses osmosis, karena

perbedaan tekanan osmotik antara cairan yang ada di dalam dengan sel yang ada di luar bakteri. Protoplasma selalu mengandung zat yang terlarut di dalamnya, karena itu tekanan osmotiknya selalu tinggi dari air murni. Bila bakteri dimasukkan dalam aquades, maka air akan masuk ke dalam sel bakteri. Hal ini menyebabkan bakteri menggembung, mungkin pecah dan mati. Peristiwa ini disebut Plasmoptysis. Sebaliknya bila bakteri



25

dimasukkan ke dalam cairan hipertonis akan menyebabkan plasma dari

dinding sel dan kematian bakteri. Peristiwa ini disebut Plasmolisa.

Pada umumnya larutan hipertonis menghambat pertumbuhan,

karena dapat menyebabkan plasmolisa. Tekanan osmosa tinggi banyak

digunakan di dalam praktek untuk pengawetan bahan-bahan makanan,

seperti pengawetan ikan dengan penambahan garam, untuk pengawetan

buah-buahan dengan penambahan gula. Beberapa mikroorganisme dapat

menyesuaikan diri terhadap kadar garam atau kadar gula yang tinggi, antara lain ragi yang osmofil (dapat tumbuh pada kadar garam tinggi), bahkan beberapa mikroorganisme dapat tahan di dalam substrat dengan kadar garam sampai 30%,golongan ini bersifat halodurik. 7.

Pengaruh mikroorganisme di sekitarnya Kehidupan organisme di alam tidak dapat dipisahkan dari adanya

organisme lain. Seperti halnya manusia tidak dapat hidup bila tidak ada tumbuhan atau hewan. Organisme-organisme di alam ini berada dalam suatu keseimbangan yang disebut keseimbangan biologis.

B.

Faktor kimia Mengubah permeabilitas membran sitoplasma sehingga lalu lintas

zat-zat

yang keluar masuk sel mikroorganisme menjadi kacau.

Oksidasi,beberapa oksidator kuat dapat mengoksidasi unsur sel tertentu sehingga fungsi unsur terganggu. Misal, mengoksidasi suatu enzim. Terjadinya ikatan kimia, ion-ion logam tertentu dapat mengikatkan diri pada beberapa enzim. Sehigga fungsi enzim terganggu. Memblokir beberapa reaksi kimia, misal preparat sulfat memblokir sintesa folic acid di dalam sel mikroorganisme. Hidrolisa, asam atau basa kuat dapat menghidrolisakan struktur sel hingga hancur. Mengubah sifat koloidal protoplasma sehingga menggumpal dan selnya mati. Penurunan Kandungan COD Dalam Lindi Menggunakan Digester Anaerobik Dua Tahap Dengan Hasil Samping Biogas, 2012


26

Faktor zat kimia yang mempengaruhi pertumbuhan:

Logam-logam berat

f. Klor dan senyawa klor

b. Fenol dan senyawa-senyawa sejenis

g. Zulfonomida

c. Alkohol

h. Detergen

d. Aldehid

i. Zat pewarna

e. Yodium

j. Peroksida

2.7

Tahap

Tahap Degradasi Limbah Cair Proses Anaerob

2.7.1

Tahap Hidrolisis Pada tahap ini, hidrolisa senyawa organik baik yang terlarut maupun yang tersuspensi dari berat molekul besar (polimer) menjadi senyawa organik sederhana (monomer) yang dilakukan oleh enzim-enzim ekstraseluler (selulosa, amylase, protease, dan lipase) mikroorganisme. Mikroorganisme yang digunakan pseudomonas sp, flavobacteriumsp, alcaligenessp, eschericiasp, dan aerobactersp (Reynold, 1982).

Serat / selulosa (C6H10O5)n

2.7.2

Glukosa (C6H12O6)

(2.1)

Tahap Acidogenesis Pengubahan senyawa sederhana menjadi asam organik yang mudah menguap seperti asam asetat, asam butirat, asam propionat dan lain-lain. Dengan terbentuknya asam organik maka pH akan terus menurun namun pada waktu yang bersamaan akan terbentuk buffer yang akan menetralisir pH. Acid forming bacteria menguraikan senyawa glukosa menjadi :

C6H12O6+ 2H2O

2CH3COOH + 2CO2+ 4H2 (asam asetat)


(2.2)


27

C6H12O6

CH3CH2CH2COOH + 2CO2+ 2H2 (2.3) (asam butirat)

C6H12O6+ 2H2

2CH3CH2COOH + 2H2O

(2.4)

(asam propionat)

2.7.3

Tahap Asetogenesis

Pembentukan asam dari senyawa-senyawa organik sederhana

(monomer) dilakukan oleh bakteri-bakteri penghasil asam yang terdiri dari sub divisi acids/farming bacteria dan acetogenic bacteria. Asam propionat

dan butirat diuraikan oleh acetogenik bacteria menjadi asam asetat. Acetogenic bacteria menguraikan asam propionat dan asam butirat

menjadi : CH3CH2COOH

CH3COOH + CO2+ 3H2 (asam asetat)

(2.5)

CH3CH2CH2COOH

2CH3COOH + 2H2 (asam asetat)

(2.6)

Acetoclastic methane menguraikan asam asetat menjadi :

CH3COOH

2.7.4

CH4+ CO2 (metana)

(2.7)

Tahap Metanogenesis Bakteri metanogenik (methanococus, methanobacterium, dan methanoscarcina ) (Reynold, 1982), mensintesa senyawa dengan berat

molekul rendah menjadi senyawa dengan berat molekul tinggi, sebagai contoh bakteri ini menguraikan hidrogen dan karbon dioksida menjadi : 2H2 + CO2

CH4 + 2H2O (metana)


(2.8)


28

Bakteri penghasil asam membentuk keadaan atmosfir yang ideal

untuk bakteri penghasil metan. Sedangkan bakteri pembentuk gas metan

menggunakan asam yang yang dihasilkan bakteri penghasil asam.

S rni Kp s (r hirt, prt in, ipi)

5%

20%

Hidrolisis

S rni S rhn 35% (s in, us, p pti)

20%

Acidogenesis

13%

As rnti pnjn (prpint, utirt)

Cpurn 2, 28%

17%

C 3C C 4 n C2

72%

Gambar 2.3 Mekanisme penguraian senyawa organik secara anaerobik (Speece 1996).

2.8

Biogas Biogas atau gas bio merupakan salah satu gas mudah terbakar dan jenis energi yang dapat dibuat dari banyak jenis bahan buangan dan bahan sisa (senyawa organik). Pada umumnya semua jenis bahan organik bias diproses untuk menghasilkan biogas, namun hanya bahan organik (pada dan cair) homogen yang cocok untuk sistem biogas. Jenis bahan organik yang diproses sangat mempengaruhi produktifitas sistem biogas, disamping parameter

parameter lain seperti temperatur, digester, pH, dan

tekanan. Gas campuran ini dari proses perombakan bahan organik oleh mikroba dalam kondisi anaerob. Gas utama yang terkadung dalam biogas adalah gas metan dan karbondioksida. Penurunan Kandungan COD Dalam Lindi Menggunakan Digester Anaerobik Dua Tahap Dengan Hasil Samping Biogas, 2012


29

Salah satu cara menentukan bahan organik yang sesuai untuk

menjadi bahan masukkan sistem biogas adalah dengan mengetahui

perbandingan karbon (C) dan Nitrogen (N) atau disebut rasio C/N. Bahan organik dimasukkan ke dalam ruangan tertutup kedap udara (digester)

sehingga bakteri anaerob akan membusukkan bahan organik tersebut yang

kemudian menghasilkan biogas. Komposisi biogas dapat dilihat pada tabel

2.4 (Indartono, 2005).

Tabel 2.5 Komponen Utama Biogas.

No.

Komponen

Rumus Molekul

Komposisi (% Volume)

1.

Gas metana (% vol)

CH4

55 - 75

2.

Karbon dioksida (% vol)

CO2

25 - 45

3.

Nitrogen (% vol)

N2

4.

Hidrogen (% vol)

H2

5.

Oksigen ( ppm)

O2

6.

Hidrogen sulfide (ppm)

H 2S

0

0,3

1-5 0,1

0,5

0-3

Sumber : Hambali, 2007 dan Widarto,1997

2.9

Parameter dalam Pengolahan Anaerob

2.9.1

COD (Chemical Oxygen Demand) Chemical Oxygen Demand (COD) adalah jumlah oksigen yang

diperlukan untuk mengurai seluruh bahan organik yang terkandung dalam air (Boyd, 1990). Hal ini karena bahan organik yang ada sengaja diurai secara kimia dengan menggunakan oksidator kuat kalium bikromat pada kondisi asam dan panas dengan katalisator perak sulfat (Boyd, 1990; Metcalf & Eddy, 1991), sehingga segala macam bahan organik, baik yang mudah urai maupun yang kompleks dan sulit urai, akan teroksidasi. Dengan demikian, selisih nilai antara COD dan BOD memberikan gambaran besarnya bahan organik yang sulit urai yang ada di perairan. Bisa saja nilai BOD sama dengan COD, tetapi BOD tidak bisa lebih besar



30

dari COD. Jadi COD menggambarkan jumlah total bahan organik yang

ada. 2.9.2

BOD (Biochemical Oxygen Demand)

BOD menunjukkan jumlah oksigen terlarut yang dibutuhkan oleh

organisme hidup untuk memecah atau mengoksidasi bahan-bahan buangan

dalam air. Pemeriksaan BOD juga diperlukan untuk menentukan beban

pencemaran akibat air buangan dan untuk mendesain sistem pengolahan secara biologis. Jika konsumsi oksigen tinggi yang ditunjukkan dengan

semakin kecilnya sisa oksigen terlarut, maka berarti kandungan bahanbahan buangan yang membutuhkan oksigen tinggi (Fardiaz,1992). Uji coba BOD digunakan untuk menentukan kekuatan atau daya cemar air limbah, atau sampah industri,. Uji BOD penting untuk mengetahui banyaknya zat anorganik yang terkandung dalam air limbah. Makin banyak zat organik, makin tinggi BOD-nya. Nilai BOD dipengaruhi oleh suhu, cahaya, matahari, pertumbuhan biologik, gerakan air dan kadar oksigen. Pemeriksaan BOD didasarkan atas reaksi oksidasi zat organik dengan oksigen di dalam air dan proses tersebut berlangsung dengan bantuan bakteri aerobik.

2.9.3

VSS (Volatil Suspended Solids) VSS merupakan suatu pendekatan untuk memperhitungkan jumlah mikroorganisme yang terlibat dalam proses pengolahan air limbah. Nilai VSS didapat dari berat zat padat yang hilang sewaktu TSS dibakar pada suhu 500 (± 50)oC.

2.9.4

pH pH adalah derajat keasaman yang digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh suatu larutan. Pada



31

proses anaerob, mikroorganisme pembentuk metan lebih peka terhadap pH

bila dibandingkan dengan bakteri pembentuk asam. pH optimum untuk

pertumbuhan bakteri anaerob terletak pada pH netral (7,0

7,2) (Reynold,

1982).

2.9.5

Temperatur

Digester anaerob biasanya dioperasikan pada 3 (tiga) macam

rentang temperatur. Pada umumnya digester anaerob beroperasi pada kisaran temperatur mesofilik (30-400C) dengan temperatur optimal sekitar

350C (Reynold, 1982).

2.9.6

DO (Dissolve Oxygen ) DO merupakan parameter untuk mengetahui jumlah total oksigen terlarut dalam satuan ppm atau mg/L. Oksigen ini dimanfaatkan oleh bakteri dalam air limbah untuk aktivitas metabolisme.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents