1
Pemulihan Kualitas Air Limbah Laundry dengan Reaktor Biofilter Satria Pratama Putra Nasution, dan Prof. Dr. Ir. Nieke Karnaningroem, M.Sc. Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail:
[email protected]
Abstrak— Seiring banyaknya permintaan oleh warga yang menginginkan jasa pencucian secara instan, maka usaha laundry sangat berkembang di kota Surabaya. Karena kurangnya kesadaran dari pemilik laundry hampir semua usaha Laundry membuang air limbahnya langsung ke badan air, seperti sungai, maupun selokan. Tujuan dari penelitian ini untuk menguji kemampuan Biofilter dan Slow Sand Filter dalam menurunkan konsentrasi Phosphat (PO ) dan kadar COD 4 pada air limbah laundry dengan menggunakan variabel diameter media. Metode yang akan dilakukan dalam penelitian ini menggunakan reaktor Biofilter dengan mengambil air sampel dari Limbah Laundry di perumahan Semolowaru Elok. Hasil yang didapat yaitu, removal COD dan Phospat yang paling baik adalah dengan menggunakan reaktor Biofilter B (diameter media 2cm) adalah 34% dan 30%. Kata Kunci— Biofilter , Intermitten, Laundry.
I. PENDAHULUAN
L
AUNDRY merupakan suatu usaha sangat berkembang di kota Surabaya seiring banyaknya permintaan oleh warga yang menginginkan jasa pencucian secara instan. Hal ini menjadikan usaha Laundry kian menjamur di wilayah kota Surabaya. Proses kerja dari usaha laundry ini sangatlah konvensional yaitu mencampurkan air dengan deterjen yang mengandung surfaktan karena deterjen memiliki kesadahan yang lebih baik daripada air sabun (Anonim, 2002). Detergen mengandung banyak sekali muatan zat natrium tripoly-phosphat yang berfungsi sebagai surfaktan dan builder, sehingga air limbah dari usaha laundry ini mengandung phosphat (HERA, 2003). Karena kurangnya kesadaran dari pemilik laundry hampir semua usaha Laundry membuang air limbahnya langsung ke badan air, seperti sungai, maupun selokan, tanpa disadari menyebabkan pencemaran air yang berakibat menurunnya kualitas perairan. Pencemaran tersebut dapat berakibat menurunnya daya dukung yang dimiliki oleh air. Deterjen yang masuk dalam air juga dapat berakibat
oksigen sulit terlarut di dalam permukaan air karena deterjen mengandung surfaktan dan berbahan dasar organik sehingga mengakibatkan perairan menjadi bersifat septik bau tidak sedap dan berubah warna kehitaman. Berdasarkan dari dampak yang sudah disebutkan diatas, maka diperlukan suatu teknologi untuk mengolah limbah laundry sebelum limbah itu dibuang ke badan air. Teknologi ini digunakan agar mencegah penurunan kualitas air dari limbah laundry yang dibuang. Teknologi yang digunakan adalah teknologi dengan memanfaatkan Biofilter. Pada penelitian ini akan digunakan suatu media filter berupa batu kali dengan tujuan dapat memperbaiki kualitas air limbah laundry yang dibuang sehingga mengurangi penurunan kualitas perairan atau lingkungan. Tujuan penelitian ini adalah untuk menguji kemampuan Biofilter dalam menurunkan konsentrasi Phosphat (PO ) dan 4 kadar COD pada air limbah laundry dengan menggunakan variabel diameter media Biofilter. II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 COD (Chemical Oxygen Demand) COD merupakan jumlah total oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi bahan organik secara kimiawi, baik yang dapat didegradasi secara biologis maupun yang sukar didegradasi secara biologis menjadi CO2 dan H2O. Pengukuran COD didasarkan pada kenyataan bahwa hampir semua bahan organik dapat dioksidasi menjadi karbon dioksida dan air dengan bantuan oksidator kuat (kalium dikromat/K2Cr2O7) dalam suasana asam. Dengan penggunaan dikromat sebagai oksidator, diperkirakan sekitar 95%-100% bahan organic dapat dioksidasi. Keuntungan utama uji COD adalah sedikitnya waktu yang dibutuhkan untuk mengevaluasi, 96% hasil uji COD yang dilakukan selama 10 menit akan setara dengan hasil uji BOD selama 5 hari (Sukawati, 2008). 2.2 Phosphat Fosfat adalah bentuk persenyawaan fosfor yang berperan penting dalam menunjang kehidupan aquatik (Susana, 2008). Fosfat merupakan salah satu unsur hara makro essensial dalam budidaya tanaman dan merupakan sumber utama unsur kalium
2 dan nitrogen. Fosfat dalam deterjen juga memiliki fungsi sebagai pencegah datangnya kotoran ke dalam pakaian yang sudah dicuci kembali. Penggunaan deterjen tersebut pada akhirnya akan mempertambah konsentrasi fosfat dalam badan air buangannya sehingga memicu pertumbuhan algae (Paytan & McLaughin,2007). 2.3 Biofilter Biofilter adalah reaktor yang dikembangkan dengan prinsip mikroba tumbuh dan berkembang pada suatu media filter dan membentuk lapisan biofilm (attached growth) (Slamet dan Masduqi, 2000). Pengolahan air limbah dengan proses Biofilter dilakukan dengan cara mengalirkan air limbah ke dalam reaktor biologis yang di dalamnya telah diisi dengan media penyangga yang berguna sebagai pengembangbiakkan mikroorganisme. Sedangkan senyawa polutan yang ada di dalam air limbah, misalnya senyawa organik (BOD, COD), amonia, fosfor, dan lainnya akan terdifusi ke dalam lapisan biofilm yang melekat pada permukaan media.
nutrient yang cukup dalam laju penanganan biologic yang tinggi adalah 100:10:1. Manfaatnya adalah untuk memperoleh kadar nitrogen dan fosfor yang rendah dalam efluen (Putu Evy. 1994). III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tahapan Penelitian Tahapan penelitian meliputi studi literatur, penentuan variabel dan parameter penelitian, persiapan peralatan dan bahan, penelitian pendahuluan, pengoperasian reaktor, analisa parameter, analisa data, pembahasan dan kesimpulan. Adapun kerangka penelitian dapat dilihat dalam gambar berikut.
2.4 Media Biofilter Media Biofilter yang digunakan secara umum dapat berupa bahan material organik atau bahan materail anorganik. Untuk media Biofilter dari bahan organik misalnya, dalam bentuk tali, bentuk jaring, bentuk butiran tak teratur (random packing), bentuk papan (plate), bentuk sarang tawon, dan lainlain. Sedangkan media dari bahan anorganik misalnya, batu pecah (split), kerikil, batu marmer, batu tembikar, dan lainlain. 2.5 Biofilm Biofilm didefinisikan sebagai material organik terdiri dari mikroorganisme terlekat pada matriks polimer (materi polimer ekstraseluler) yang dibuat oleh mikroorganisme itu sendiri, dengan ketebalan lapisan biofilm berkisar antara 100 µm-10 mm yang secara fisik dan mikrobiologis sangat kompleks (Barros, 2000). Lapisan biofilm yang sudah matang atau terbentuk sempurna akan tersusun dalam tiga lapisan kelompok bakteri. lapisan paling luar adalah sebagian besar berupa jamur, lapisan tengah adalah jamur dan algae, dan lapisan paling dalam adalah bakteri, jamur dan algae (Slamet dan Masduqi, 2000). Biofilm dapat tumbuh dengan tersedianya unsur karbon (C), Nitrogen (N), dan Fosfor (P).Unsur tersebut merupakan nutrient utama yang dibutuhkan mikroorganisme untuk tumbuh.Akan tetapi, melalui penelitian jangka panjang, dapat disimpulkan bahwa fosfor merupakan elemen kunci diantara semua nutrient tersebut. Meskipun demikian, agar lapisan biofilter lebih cepat tumbuh, perlu kondisi yang memadai pada biofilter, dan langkah yang diambil adalah dengan penambahan zat yang kaya akan unsur karbonPertumbuhan lapisan biofilm dapat mencapai ketebalan yang berkisar antara 100 mikro meter sampai 10mm tergantung pada kondisi tempat biofilm tumbuh (Metcalf dan Eddy, 2004). Perbandingan N dan P yang dirancang untuk menjamin
Gambar.1 Kerangka Penelitian
3.2 Kondisi Awal Penelitian Penelitian ini dilakukan untuk memperoleh data yang digunakan untuk melihat efisiensi dari filter yang digunakan yaitu Biofilter yang nanti hasilnya adalah nilai removal yang diperoleh dari filter tersebut. Kemudian data yang telah diperoleh tersebut dilakukan analisis untuk melihat adakah hubungan antara variabel yang dipakai dengan hasil yang telah dicapai demi kesempurnaan tujuan dari penelitian ini.
3 Untuk media dipilih batu kali karena mudah untuk didapatkan serta diaplikasikan ke dalam reaktor. Limbah laundry dihasilkan dari rumah laundry di daerah Perumahan Semolowaru Elok. 3.3 Pembuatan Reaktor Reaktor Biofilter berbentuk persegi panjang dengan luas alas sebesar 20 x 20 cm dengan tinggi media 80 cm (lihat pada gambar 2). Dimensi tersebut didapatkan dari perhitungan debit dikali td selama 8 jam. Hasil dibagi dengan tinggi media sebesar 80cm. Pada pengolahan limbah air limbah laundry ini digunakan aliran down flow dengan sistem intermitten. Pada bagian inlet diberi ketinggian muka air dari media sebesar 5 cm untuk menjaga agar pada bagian atas media tidak kering (Rustanto, 2012).
penelitian yaitu memperoleh pengaruh variasi diameter media pada efisiensi persen removal COD dan fosfat air limbah laundry, selain itu akan dianalisa efektifitas reaktor Biofilter terhadap penurunan kadar COD dan fosfat air limbah laundry.
IV. PEMBAHASAN 4.1 Data dan Analisis Efisiensi Penurunan Phosphat Pada Air Limbah Laundry di Reaktor Biofilter Hasil analisa COD dan Phosphat pada air limbah Laundry di reaktor Biofilter A (diameter media 1,5cm) dan B (diameter media 2,5cm) dapat dilihat pada tabel 4.1 sampai dengan 4.4 sebagai berikut. Tabel 4.1 Hasil Analisa COD Pada Air Limbah Laundry di Reaktor Biofilter A (diameter media 1,5cm) hari Inlet Outlet persentase no ke (mg/liter) (mg/liter) removal (%) 1 1 1057 824 22,04 2 2 968 734 24,17 3 3 1012 782 22,72 4 4 1100 831 24,45 5 5 965 719 25,49 6 6 877 649 25,97 7 7 934 685 26,65 8 8 903 661 26,79 9 9 1006 794 21,07 10
Gambar.2 Desain Biofilter (Rustanto, 2012)
3.4 Proses Aklimatisasi Proses seeding/aklimatisasi dilakukan dengan merendam media kerikil didalam reaktor Biofilter dengan air limbah laundry didalam wadah yang dibiarkan mengalami kontak langsung dengan udara untuk menumbuhkan bakteri aerob pembentuk biofilm. Pertumbuhan biofilm diamati setelah kurang lebih 8 sampai 14 hari dengan ditandai permukaan media yang berubah menjadi agak licin bila dipegang (Rizki, 2012). Media yang telah ditumbuhi bakteri tersebut selanjutnya dipindahkan pada reaktor Biofilter. 3.5 Proses Running Proses running ini dilakukan dengan proses intermitten yaitu pengambilan data per hari selama 10 hari.Dilakukan pengambilan sample pada titik sampling yaitu outlet Dalam proses ini diukur dahulu inlet yang akan dimasukkan kedalam reaktor, setelah itu diukur kandungan Phosphat dan COD pada outlet. 3.6 Analisis dan Pembahasan Analisis dan pembahasan dilakukan berdasarkan tujuan dari
10
911
756
17,01
Tabel 4.2 Hasil Analisa Phosphat Pada Air Limbah Laundry di Reaktor Biofilter A (diameter media 1,5cm) hari Inlet Outlet persentase no ke (mg/liter) (mg/liter) removal (%) 1 1 4,17 3,7 11,27 2 2 4,05 3,54 12,59 3 3 3,93 3,61 8,14 4 4 4,1 3,18 22,43 5 5 4 3,09 23,13 6 6 3,88 2,85 26,54 7 7 3,96 2,9 26,76 8 8 4,11 3,12 24,08 9 9 4,2 3,25 22,61 10 10 3,9 3,3 15,38
no
Tabel 4.3 Hasil Analisa COD Pada Air Limbah Laundry di Reaktor Biofilter B (diameter media 2,5cm) Inlet Outlet persentase hari ke (mg/liter) (mg/liter) removal (%)
1
1
1057
846
19,96
2
2
968
745
23,03
3
3
1012
739
26,97
4
4
1100
798
27,45
5
5
965
686
28,91
6
6
877
621
29,19
7
7
934
615
34,15
8
8
903
626
30,67
4 9
9
1006
784
22,06
10
10
911
713
21,73
no
Tabel 4.4 Hasil Analisa Phosphat Pada Air Limbah Laundry di Reaktor Biofilter B (diameter media 2,5cm) Inlet Outlet persentase hari ke (mg/liter) (mg/liter) removal (%)
1
1
4,17
3,51
15,82
2
2
4,05
3,37
16,79
3
3
3,93
3,23
17,81
4
4
4,1
3,19
22,19
5
5
4
3,01
25,12
6
6
3,88
2,8
27,83
7
7
3,96
2,74
30,80
8
8
4,11
2,89
29,68
9
9
4,2
3,1
26,19
10
10
3,9
3,02
22,56
Sedangkan Grafik hasil penurunan rata-rata nilai COD dan Phosphat dapat dilihat pada gambar 3 dan 4 sebagai berikut.
merah) memiliki kemampuan lebih baik daripada reaktor Biofilter A. hal ini menunjukkan bahwa variabel diameter media sangat berpengaruh terhadap penurunan kadar COD pada media. Namun keadaan mulai mengalami penurunan pada hari ke 9 dikarenakan pada hari ke 9 ini lapisan biofilm sudah mengalami pengelupasan karena ketebalan dari biofilm sudah maksimal. Pada kondisi ini sumber makanan tidak bisa terdifusi sampai lapisan paling dalam oleh mikroorganisme. Akibatnya mikroorganisme memasuki fase endogeus, dimana pada fase ini bakteri akan kehilangan kemampuan menempel pada media sehingga akan terlepas dan terbawa keluar dari biofilter.
Berdasarkan Gambar 4 analisis yang dapat diambil adalah pada gambar diatas terlihat bahwa persentase dari Biofilter B dalam penurunan kadar Phospat (diwakili warna merah) memiliki kemampuan lebih baik daripada reaktor Biofilter A. hal ini menunjukkan bahwa variabel diameter media sangat berpengaruh terhadap penurunan kadar COD pada media. Fase Endogeus pada biofilm terjadi pada hari ke 9, hal ini dapat dilihat dari menurunnya persentase removal yang didapatkan. 4.2 Penambahan Unsur N Dari hasil removal yang dilakukan baik menggunakan Biofilter, didapatkan hasil yang masih belum mencukupi ambang batas untuk dibuang di dalam badan air. Oleh karena itu perlu ditambahkan nutrisi ulang pada kedua reaktor tersebut. Nutrisi ini ditambahkan sebagai peningkat kinerja dari mikroorganisme dalam meremoval kandungan COD dalam air limbah laundry. Dengan mengacu pada rasio C:N:P 100:10:1 maka nilai dari penambahan N yang diperlukan dapat dilihat pada table 4.5 dan 4.6. Tabel 4.5 Tabel Penambahan Unsur N yang dibutuhkan pada Reaktor Biofilter A (diameter media 1,5cm)
Gambar.3 Grafik Persentase Rata-rata Penurunan COD Pada Reaktor Biofilter
faktor C:N:P pada Biofilter A rasio 100:10:1 (semua satuan dalam mg/l) hari outlet N yang outlet hasil C setelah no ke COD dibutuhkan P penambahan N 824 100 3.7 82.4 1 1
Gambar.4 Grafik Persentase Rata-rata Penurunan Phosphat Pada Reaktor Biofilter
Berdasarkan Gambar 3, analisis yang dapat diambil adalah pada gambar diatas terlihat bahwa persentase dari Biofilter B dalam penurunan kadar COD (diwakili warna
2
2
734
100
3.54
73.4
3
3
782
100
3.61
78.2
4
4
831
100
3.18
83.1
5
5
719
100
3.09
71.9
6
6
649
100
2.85
64.9
7
7
685
100
2.9
68.5
8
8
661
100
3.12
66.1
9
9
794
100
3.25
79.4
10
10
756
100
3.3
75.6
Tabel 4.6 Tabel Penambahan Unsur N yang dibutuhkan pada Reaktor Biofilter B
5 (diameter media 2,5cm)
telah banyak memberikan dukungan baik langsung maupun dengan doa yang telah dipanjatkan kehadirat Allah SWT.
faktor C:N:P pada Biofilter B rasio 100:10:1 outlet N yang outlet hasil C setelah COD dibutuhkan P penambahan N
no
hari ke
1
1
846
100
3.51
84.6
2 3
2 3
745
100
3.37
74.5
739
100
3.23
73.9
4
4
798
100
3.19
79.8
5 6
5 6
686
100
3.01
68.6
621
100
2.8
62.1
7
7
615
100
2.74
61.5
8 9
8 9
626
100
2.89
62.6
784
100
3.1
78.4
10
10
713
100
3.02
71.3
DAFTAR PUSTAKA [1]
[2]
[3]
[4]
[5] [6]
Berdasarkan tabel diatas, limbah yang diolah sudah memenuhi untuk dibuang ke badan air sesuai dengan Peraturan Gubenur Jawa Timur No. 45 Tahun 2002 yang menyebutkan bahwa kadar maksimum air limbah untuk dibuang ke badan air sesuai dengan peruntukannya yaitu golongan 3 adalah untuk COD 300mg/l dan untuk Phosphat adalah 10mg/l.
[7]
[8] [9]
[10]
V. KESIMPULAN/RINGKASAN Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini adalah: Reaktor Biofilter dengan media batu kali dengan diameter media 2 cm (Biofilter B) mampu meremoval COD dan phospat lebih baik daripada reaktor yang memiliki diameter media hanya 1,5 cm (Biofilter A). Penambahan unsur N sesuai dengan rasio C:N:P pada penelitian ini terbukti mampu menjadikan limbah yang seharusnya tidak memenuhi baku mutu menjadi layak buang sesuai dengan kriteria yang ditentukan dalam Peraturan Gubenur Jawa Timur. Saran yang dapat diambil dari penelitian ini adalah: Perlu diadakan penelitian lanjutan dengan cara peninggian reaktor Biofilter agar media dan air limbah yang ditampung dapat lebih banyak, sehingga hasil removal yang dihasilkan dapat lebih besar dari penelitian yang telah dilakukan sebelumnya. Dan peninggian reaktor juga dapat menghemat area penempatan reaktor apabila diletakkan di rumah Laundry. UCAPAN TERIMA KASIH Sebagai penutup dari jurnal ilmiah ini hendaknya penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada Ibu Dosen pembimbing, yaitu Prof. DR. Ir. Nieke Karnaningroem, M.Sc. atas segala bimbingan dan dukungan yang telah beliau berikan kepada penulis. Serta Keluarga dan teman satu angkatan yang
[11] [12] [13]
[14]
[15] [16]
[17]
Anonim. (2002). “Keputusan Gubernur Nomor 45 Tahun 2002 tentang Baku Mutu Limbah Cair bagi Industri atau Kegiatan Usaha Lainnya di Jawa Timur”. Barros, L.A.F., Leal Filho, L.S., dan Peres, A.E.C., (2000). Technical Note Plant PracticeInnovations In A Phospate Concentrator. Dept of Minning Engineering, USP, Brazil.. Evy, Putu Ardiana. 1994. Penurunan Kandungan COD dalam Air Limbah Buatan Dengan Sistem Biofilm Aerobik Pada Media Berbutir. Jurusan Teknik Lingkungan FTSP ITS. Logdon, G.S., Kohne, R., Abel, S., LaBonde, S., (2002). Slow Sand Filter for Small for Small Water Systems, J. Environt. Engineering, Canada. Metcalf & Eddy. 2004. Wastewater Engineering Treatment and Reuse 4th Edition. Singapore. Mc.Graw Hill. Paytan, A., dan McLaughin, K., (2007). Phosporus in Our Waters. Oceanography (20) 2:200-208. Puspitahati, Cony. 2012. Studi Kerja Biosand Filter Dalam Mengolah Limbah Laundry Dengan Parameter Fosfat.Jurusan Teknik Lingkungan FTSP ITS. Rizky, Ananda. 2012. Penurunan Kadar COD Air Limbah Pencucian Motor dengan Biofilter. Jurusan Teknik Lingkungan FTSP ITS. Rustanto, Denny. 2012. Penurunan Kadar Phosphat Air Limbah Pencucian Mobil dengan Biofilter. Jurusan Teknik Lingkungan FTSP ITS. Slamet, A., dan Masduqi, A. 2000. Satuan Proses. Surabaya : Jurusan Teknik Lingkungan FTSP ITS. SK Gubernur no.413., (1987). Standart Baku Mutu Limbah Cair Yang Ditetapkan untuk BOD Dan COD. SNI 3981:2008., (2008). Perencanaan Instalasi Saringan Pasir Lambat. Badan Standarisasi Nasional (BSN). S. Sukawati, T., (2008). Penurunan kadar Chemical Oxygen Demand (COD) Pada Air Limbah Laundry Menggunakan Reaktor Biosand Filter dan Activated Carbon.Tugas Akhir Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan UII, Yogyakarta. Susana, T., dan Suyarso, (2008). Penyebaran Fosfat dan Deterjent di Perairan Pesisir dan Laut di Cirebon Jawa Barat. Pusat Penelitian Oseanografi – LIPI, Bandung. Tri, Febriwahyudi Chandra. 2012. Resirkulasi Air Tambak Bandeng dengan Slow Sand Filter. Jurusan Teknik Lingkungan FTSP ITS. Yuniarto, A. 1999. Studi Kemampuan Batubara untuk Menurunkan Konsentrasi Surfaktan dalam Larutan Deterjen dengan Proses Adsorpsi. Surabaya: Tugas Akhir Teknik Lingkungan ITS. Wotton, R., Hirabayashi, K., (1998). Midge Larvae in Slow Sands Filter Beds. Dept of Biology University College London, Great Britain.
