PRA – PERLAKUAN AIR SUNGAI SEBAGAI AIR BAKU DENGAN TEKNOLOGI FIXED BED REACTOR
MEGA AYU YUSUF
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Pra-Perlakuan Air Sungai sebagai Air Baku dengan Teknologi Fixed Bed Reactor adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Juli 2012
Mega Ayu Yusuf NIM F351100061
ABSTRACT MEGA AYU YUSUF. Pre-Treatment of Raw Water Using Fixed Bed Reactor Technology. Under supervision of SUPRIHATIN and MUHAMMAD ROMLI Quality of raw water (river water) is decreasing, as result of industrial and domestic wastes discharge into river without any treatment. Therefore, pretreatment is needed to improve the raw water quality. An alternative for pretreatment of the raw water is fixed bed reactor (FBR) system, in which organic substances can be removed biologically.In this experiment, an FBR was used to reduce concentrations of organic, ammonia, total suspended solid (TSS), color and turbidity in raw water. Three type of media were used namely honeycomb tube type made of plastic,recycled plastic bottled of drinking water and pumice. The system is equipped with circulator and aerator to support the microorganism growth on the media surface as biofilms.The experiments were conducted at HRT (Hydraulic Retention Time) between 1–4 hours. HRT of 3 hours was found to be optimum for the reactor with recycled plastic bottled of drinking water with removal efficiency of organic, ammonia, total suspended solid (TSS), color and turbidity are 70%, 61%, 66%, 67% and 63% respectively. With the use of fixed bed reactor is able to reduce the need of PAC to 0.07 mL and save production cost on WTP Cihideung for Rp90 720 000.00 /month. Keywords: Raw water pre-treatment, fixed bed reactor, removal efficiency
RINGKASAN MEGA AYU YUSUF. Pra-Perlakuan Air Sungai sebagai Air Baku dengan Teknologi Fixed Bed Reactor.Dibimbing oleh SUPRIHATIN dan MUHAMMAD ROMLI. Air bersih sebagai sumber kehidupan persediaannya terbatas dan kualitasnya semakin menurun akibat cemaran dari hasil kegiatan industri dan rumah tangga. Sampah/limbah apabila tidak diolah dan dibuang langsung ke lingkungan akan menyebabkan pencemaran lingkungan dan kualitas air menjadi turun. Kualitas air sungai yang dipakai sebagai sumber air baku perusahaan air minum (PAM) semakin menurun seiring dengan kenaikan jumlah penduduk, sebagai akibatnya biaya produksi semakin mahal.Pada kondisi tertentu PAM tidak dapat lagi memberikan pelayanan yang baik kepada masyarakat karena kualitas air olahan buruk. Penurunan kualitas air baku mengakibatkan biaya proses pengolahan menjadi lebih besar karena bahan kimia yang dibutuhkan meningkat. Salah satu cara meningkatkan kualitas air bersih adalah dengan cara biologis. Cara biologis ini dapat dilakukan dalam suatu bioreaktor yang berisi media yang disebut sebagaifixed bedreactor. Selama operasi, gas atau liquid atau keduanya akan melewati reaktor dan bahan pengisi, sehingga akan terjadi pertumbuhan mikroorganisme pada permukaan media padat. Metode ini merupakan sebuah cara pemurnian limbah berupa bahan organik yang ada pada air dengan bantuan bahan pengendali biologis yang sangat efektif dan tidak membahayakan perairan maupun mencemari perairan. Adapun pemanfaatan penanganan secara biologis ini seringkali digunakan untuk mengurangi kadar organik dalam perairan seperti ammonium, nitrat, dan bahan organik lainnya serta total suspended solid (TSS). Penelitianinibertujuanuntukmengetahui pengaruh waktu tinggal pada kinerja teknologi fixed bed reactordan memperoleh kondisi proses terbaik pada fixed bed reactor dengan berbagai media yang diberikan (media plastik tipe sarang tawon, media plastik AMDK, dan media batu apung). Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat yaitu meningkatnya kualitas air baku dari sungai Cihideung yang akan diolah oleh WTP IPB, sehingga dapat mengurangi penggunaan bahan kimia (PAC) yang biasa digunakan untuk pengolahan air sungai. Biaya yang dikeluarkan oleh pihak Water Treatment Plant (WTP) diharapkan dapat berkurang. Penelitian dilakukan dengan variasi waktu tinggal hidrolis (WTH) 1 sampai 4 jam untuk mendapatkan WTH terbaik. Pengukuran WTH diatur dengan cara menentukan laju alir air baku (debit), dimanauntukmendapatkanWTH 4 jam debit diaturpada 1.68 liter/menit, WTH 3 jam setara dengan debit 0.84 liter/menit, WTH 2 jam setara debit 0.56 liter/menitdan WTH 1 jam setara dengan debit 0.42 liter/menit. Kinerja masing-masing reactor diukur dengan tingkat penyisihanorganik, amonium, TSS, warna dan kekeruhan. Berdasarkan hasil analisa data penelitian dipilih WTH 3 jam dengan menggunakan media plastik AMDK dengan pertimbangan kelayakan waktu tinggal hidrolis yang tercepat tetapi efisiensi penyisihan senyawa organik,amonium, TSS, warna dan kekeruhan tertinggi. Pengoperasian fixed bed reactor dengan media plastik AMDK untuk mengolah air baku dengan WTH 3 jam mampu menyisihkan senyawa organik,
amonium, TSS, warna dan kekeruhan dengan efisiensi berturut-turut 70%, 61%, 66%, 67% dan63%. Bila WTH semakin pendek menyebabkan laju pembebanan semakin besar dan efisiensi penyisihan organik, amonium, TSS, warna dan kekeruhan semakin kecil. Untuk membuat reaktor berkapasitas 135 m3 dengan media plastik AMDK dan WTH 3 jam diperlukan biaya investasi sebesar Rp85 287 500.00 serta biaya operasi sebesar Rp4 510 050.00 per bulan. Dengan penggunaan fixed bed reactor ini mampu menurunkan kebutuhan pemakaian koagulan hingga 0.07 mL PAC dan menghemat biaya produksi air bersih di WTP Cihideung sebesar Rp90 720 000.00 per bulan.
Kata kunci: pra-perlakuan air baku, fixed bed reactor, efisiensi penyisihan
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2012 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang Dilarangmengutip sebagianatau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB Dilarang mengumumkan danmemperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
PRA – PERLAKUAN AIR SUNGAI SEBAGAI AIR BAKU DENGAN TEKNOLOGI FIXED BED REACTOR
MEGA AYU YUSUF
Tesis sebagaisalahsatusyaratuntukmemperolehgelar Magister Sains PadaProgram StudiTeknologiIndustriPertanian
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis:Dr. Ir. Mohamad Yani, M.Eng
LEMBAR PENGESAHAN
JudulTesis
:Pra – Perlakuan Air Sungai sebagai Air Baku dengan Teknologi Fixed Bed Reactor
Nama
:Mega Ayu Yusuf
NRP
: F351100061
Disetujui KomisiPembimbing
Prof. Dr.-Ing. Ir. Suprihatin Prof. Dr. Ir. Muhammad Romli, M.Sc. St Anggota Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi TeknologiIndustriPertanian
DekanSekolahPascasarjana
Dr. Ir. Machfud, MS
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr
Tanggal Ujian: 25 Juni 2012
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur dipanjatkan kepada Allah SWT atas karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasi ldiselesaikan. Penelitian dengan judul Pra-Perlakuan Air Sungai sebagai Air Baku dengan Teknologi Fixed Bed Reactor dilaksanakan di Laboratorium Teknik Manajemen Lingkungan sejak bulan Desember 2011 sampai Maret 2012. Pada penyusunan karya ilmiah ini penulis telah banyak dibantu oleh berbagai pihak baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada Prof. Dr.-Ing. Ir. Suprihatinsebagai dosen pembimbing I dan Prof. Dr. Ir. Muhammad Romli, M.Sc, St. sebagai dosen pembimbing II yang tiada henti memberikan bimbingan dan kritik positif kepada penulis, serta Dr. Ir. Mohamad Yani, M.Eng sebagai dosen penguji atas saran yang membangun bagi penulis. Di samping itu, penulis juga menyampaikan terima kasih kepada pimpinan dan staf WTP IPB atas kerjasamanya dalam pengambilan sampel penelitian. Ungkapan terima kasih yang tulus juga disampaikan kepada orang tua dan adik terkasih, abang Junaidi tersayang, sertaseluruh keluarga atas dukungan, pengertian, kesetiaan dan pengorbanan yang tidak terhingga. Kepada rekan-rekan TIP 2010 (khususnya mbak Lya Agustina, Diklusari Isnarosi Norsita dan Riska Kartika Asri), penulis ucapkan terima kasih atas segala bantuan dan kebersamaannya selama menempuh pendidikan, serta kepada laboran, staf TIP, Nurhidayanti dan Bunga Cahyaputri yang telah banyak membantu penulis selama menjalankan penelitian. Akhirnya penulis berharap semoga karya ilmiah ini bermanfaat dan memberikan kontribusi yang nyata terhadap perkembangan ilmu pengetahuan di bidang TeknologiIndustriPertanian.
Bogor, Juli 2012
Mega Ayu Yusuf
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Merauke pada tanggal 10 November 1987 sebagai anak pertama dari Ayahanda ArmanYusuf, S.Sos dan Ibunda Joice Pesik, S.Sos, MM. Penulis menempuh pendidikan Sekolah Dasar di SDN Inpres Mopah Baru Merauke pada tahun 1992 sampai tahun 1998. Penulis melanjutkan pendidikan ke Sekolah Menengah Tingkat Pertama di SMPN 2 Merauke dan menyelesaikannya pada tahun 2001. Pada tahun 2004 Penulis berhasil menyelesaikan Sekolah Menengah Umum di SMUN 1Merauke. Pendidikan sarjana ditempuh di Jurusan Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI dan lulus pada tahun 2008.Penulis mendapatkan kesempatan untuk melanjutkan studi S2 dengan beasiswa pendidikan dari BPPS pada tahun 2010 di Program Studi Teknologi Industri Pertanian Institut Pertanian Bogor. Penulis bekerja sebagai staf dosen di Program Studi Teknik Pertanian Universitas Musamus Merauke, Papua.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL..............................................................................................
xiii
DAFTAR GAMBAR.........................................................................................
xv
DAFTAR LAMPIRAN......................................................................................
xvii
1
PENDAHULUAN 1.1 LatarBelakang...................................................................................... 1.2 Tujuan Penelitian.................................................................................. 1.3 Hipotesis............................................................................................... 1.4 Ruang Lingkup..................................................................................... 1.5 Manfaat Penelitian................................................................................
1 3 4 4 4
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penelitian Terdahulu............................................................................. 2.2 Teori yang Mendasari........................................................................... 2.2.1 Karakteristik Air Baku dan Air Permukaan............................... 2.2.2 Senyawa Organik dalam Air...................................................... 2.2.3 Senyawa Amoniak..................................................................... 2.2.4 Proses Nitrifikasi........................................................................ 2.2.5 Pengaruh Senyawa Nitrogen...................................................... 2.2.6 Padatan Tersuspensi dan Kekeruhan.......................................... 2.2.7 Efisiensi Proses Penyisihan........................................................ 2.2.8 Pengertian Mikroorganisme....................................................... 2.2.9 Pengolahan Biologis.................................................................. 2.2.10 Teknologi Fixed Bed Reactor.................................................... 2.2.11 Biofilm...................................................................................... 2.2.12 Media pada Fixed Bed Reactor.................................................. 2.3 KerangkaPemikiran.............................................................................
5 6 6 7 8 9 12 13 14 15 16 18 23 27 28
2
3
METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan WaktuPenelitian............................................................... 3.2 Bahandan Alat...................................................................................... 3.3 Metode Penelitian.................................................................................
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Air Baku Aliran Sungai Cihideung....................................................... 4.2 Start – up Reaktor................................................................................. 4.3 Perubahan Waktu Tinggal Hidrolik...................................................... 4.4Pengaruh WTH terhadap Penyisihan Organik, Amonium, Total Solid Suspended (TSS) dan Kekeruhan.......................................................... 4.5Penentuan WTH dan Media Terpilih.................................................... 4.6Analisis Biaya dan Kebutuhan Koagulan.............................................
31 31 32
4
37 38 43 45 60 64
5
SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan.............................................................................................. 5.2 Saran.....................................................................................................
69 69
DAFTAR PUSTAKA........................................................................................
71
LAMPIRAN.......................................................................................................
75
DAFTAR TABEL Halaman 1 Waktu pengendapan untuk berbagai macam partikel..........................
14
2 Jenis bakteri pembentuk biofilm pada air dan limbah cair.................
26
3 Debit air bakudenganwaktutinggalhidrolik......................................
34
4 Rata-rata efisiensipenyisihanpolutandenganvariasi WTH 1-4 jam padareaktordengan media plastiktipesarangtawon...........................
60
5 Rata-rata efisiensipenyisihanpolutandenganvariasi WTH 1-4 jam padareaktordengan media plastikAMDK...........................................
60
6 Rata-rata efisiensipenyisihanpolutandenganvariasi WTH 1-4 jam padareaktordengan media batu apung.................................................
61
7 Kualitas air bakudanhasilpengolahandengan WTH 1-4 jam padareaktordengan media
62
plastiktipesarangtawon.................................... 8 Kualitas air baku dan hasil pengolahan dengan WTH 1-4 jam pada reactor dengan media plastikAMDK....................................................
62
9 Kualitas air baku dan hasil pengolahan dengan WTH 1-4 jam pada reactor dengan media batu apung..........................................................
63
10 Perkiraan biaya investasifixed bed reactor...........................................
66
11Biaya kebutuhan listrik..........................................................................
66
12 Total biaya operasional.........................................................................
66
13 Konsentrasi PAC optimum pada tingkat kekeruhan berbeda...............
69
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Siklus Nitrogen.........................................................................................
10
2 Proses pengolahan air secara biologis......................................................
17
3 Mekanisme metabolisme di dalam reaktor..............................................
19
4 Pembentukan biofilm...............................................................................
25
5 Bagan kerangka pemikiran.......................................................................
29
6SkemaUp Flow Fixed Bed Reactor........................................................
32
7 Media penyanggapadaUp Flow Fixed Bed Reactor...............................
33
8 Diagram Alir Penelitian............................................................................
35
9 Lokasi WTP IPB Sungai Cihideung........................................................
37
10Konsentrasiamoniumselama proses start-up........................................
39
11Konsentrasi nitratselama proses start-up.................................................
40
12Nilai CODselama proses start-up............................................................
42
13Dinamika WTH terhadap COD................................................................
44
14Penyisihan COD (a) danefisiensipenyisihan COD dengan WTH 1- 4jam padareaktordengan media plastiktipesarangtawon (R1), reaktordengan media plastikamdk( R2), danreaktordengan media batuapung (R3)................................................................................................
47
15 Penyisihan amonium(a) dan efisiensi penyisihan amonium dengan WTH 1-4 jam pada reaktor dengan media plastik tipe sarang tawon (R1), reaktor dengan media plastik amdk( R2), dan reaktor dengan
50
media batu apung (R3)............................................................................. 16Konsentrasinitrat (a) danpeningkatannitrat (b) dengan WTH 1- 4 jam padareaktordengan media plastiktipesarangtawon (R1), reaktordengan media plastikamdk( R2), danreaktordengan media batuapung (R3)...............................................................................................
52
17Penyisihan TSS (a) danefisiensipenyisihan TSS (b) dengan WTH 1- 4 jam padareaktordengan media plastiktipesarangtawon (R1), reaktordengan media plastikamdk( R2), danreaktordengan media batuapung (R3).......................................................................................
55
18Kekeruhan (a) danefisiensipenyisihankekeruhan (b) dengan WTH 1- 4 jam
padareaktordengan
media
plastiktipesarangtawon
(R1),
reaktordengan media plastikamdk( R2), danreaktordengan media batuapung (R3)........................................................................................
57
19Warna (a) danefisiensipenyisihanwarna (b) dengan WTH 1- 4 jam padareaktordengan media plastiktipesarangtawon (R1), reaktordengan media
plastikamdk(
R2),
danreaktordengan
media
batuapung
(R3)................................................................................................
59
20Rata-rata efisiensipenyisihanpolutandengan WTH 1-4 jam padareaktordengan media
63
plastiktipesarangtawon...................................... 21Rata-rata efisiensipenyisihanpolutandengan WTH 1-4 jam
63
padareaktordengan media plastikAMDK...................................................... 22Rata-rata efisiensipenyisihanpolutandengan WTH 1-4 jam padareaktordengan media batuapung............................................................ 23Pengendapanpadatandengankoagulan PAC..........................................
64 67
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1
Hasil analisa laboratorium terhadap konsentrasi zat selama masa startup..............................................................................................................
77
2
Efisiensipenyisihan TSS pada WTH 1-4 jam..........................................
78
3
Efisiensipenyisihanwarnapada WTH 1-4 jam.......................................
80
4
Efisiensipenyisihankekeruhanpada WTH 1-4 jam................................
82
5
EfisiensipenyisihanCODpada WTH 1-4 jam........................................
84
6
Peningkatan nitratpada WTH 1-4 jam.....................................................
86
7
Efisiensipenyisihanamoniumpada WTH 1-4 jam..................................
88
8
Analisa Jar Test pada efluen R1, R2, R3................................................
90
9
Analisa Jar Test untuk air sungai yang diencerkan................................
91
10 Perhitunganbiayapemakaiankoagulan (PAC)........................................
92
11 PPRI No. 82 Tahun 2001..........................................................................
93
12 Prosedur analisa laboratorium..................................................................
95
13 Data kualitas air baku sungai Cihideung WTP IPB................................
97
1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Air merupakan unsur utama bagi kehidupan. Dalam era kehidupan ekonomi modern seperti saat ini, air merupakan elemen utama, yaitu untuk kebutuhan domestik, perikanan, peternakan, budidaya pertanian, industri, pembangkit tenaga listrik dan transportasi dan bahkan sampai kebutuhan sekunder seperti rekreasi dan olahraga. Setiap orang hendaknya dapat memanfaatkan air secara bijak dan dijaga terhadap cemaran, karena air
tercemar dapat menimbulkan berbagai
penyakit dan beresiko terhadap kehidupan. Ketergantungan manusia terhadap air semakin besar sejalan dengan bertambahnya penduduk. Sebagian besar air di bumi merupakan air asin dan hanya sekitar 2.5% saja
berupa air tawar. Hanya 1%
sedangkan sisanya merupakan air tanah
dapat dikonsumsi,
dalam atau berupa es di daerah
kutub.Dengan keterbatasannya ini, seharusnya orang tidak mengeksploitasi air secara berlebih. Semakin terbatas jumlah air, maka berlaku hukum ekonomi, bahwa air merupakan benda ekonomis. Banyak orang rela bersusah-susah dan berani membayar mahal untuk membeli air ketika terjadi krisis air. Masyarakat desa di negara tropis, seperti Indonesia, harus berjalan puluhan kilometer untuk mencari sumber air di musim kemarau. Sementara masyarakat perkotaan belum semuanya mendapatkan pelayanan air bersih, baik kuantitas maupun kualitas. Air bersih sebagai sumber kehidupan ini persediaannya terbatas dan kualitasnya semakin menurun akibat cemaran dari hasil kegiatan diantaranya oleh industri dan rumah tangga
menghasilkan limbah/sampah. Sampah/limbah
dihasilkan apabila tidak diolah dan dibuang langsung ke lingkungan akan menyebabkan pencemaran lingkungan dimana akan menyebabkan kuantitas dan kualitas sumber-sumber air menjadi ikut tercemar. Penyediaan air bersih di Indonesia masih menghadapi berbagai kendala kompleks, mulai dari kelembagaan, teknologi, anggaran, pencemaran, maupun sikap dari masyarakat. Pengelolaan air bersih ini berpacu dengan pertumbuhan penduduk yang meningkat pesat serta perkembangan wilayah dan industri yang cepat. Tanpa disadari, krisis ekonomi di Indonesia juga ikut mengancam pasokan
air bersih. Membengkaknya biaya operasional berpengaruh terhadap kegiatan operasi Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) sebagai pengelola air minum karena kesulitan mendanai biaya operasi yang melonjak, terutama oleh kenaikan harga suku cadang, bahan kimia, dan tarif listrik yang meningkat. Studi yang dilakukan oleh Bappenas dan Persatuan Perusahaan Air Minum (Perpamsi) pada November tahun lalu menunjukkan, 87 dari 303 PDAM di seluruh Indonesia berada dalam kondisi kritis (US-AEP Monthly Report, Januari 1999).Selain masalah dana, PDAM juga dibelit dengan masalah efisiensi sehingga belum dapat melayani masyarakat dengan optimal. PDAM dibutuhkan masyarakat perkotaan untuk mencukupi kebutuhan air bersih yang layak untuk dikonsumsi. Hal ini dikarenakan air tanah di perkotaan telah tercemar oleh bakteri dan logam. Penyedotan air tanah secara berlebihan telah menurunkan permukaan air tanah dan menyusupnya (intrusi) air laut. Penurunan permukaan air tanah dan intrusi air laut terus berlangsung, sehingga kualitas air tanah pun makin menurun. Selain itu kuantitas air tanah juga semakin berkurang karena air hujan tidak mampu mengisi air tanah disebabkan banyaknya rumah yang berdesakan, gedung bertingkat menjulang,
serta
jalan
aspal
dan
permukaan
tanah
yang
dilapisi
beton,menghalangi air hujan masuk ke dalam tanah. Adanya permasalahan kuantitas dan kualitas air tanah (ground water) yang makin merosot, menyebabkan penyediaan air bersih di masa depan akan bergantung kepada air permukaan (surface water) seperti air sungai. Padahal sungai ini sudah tercemar oleh limbah industri dan limbah rumah tangga yang dibuang ke sungai. Seperti halnya air sungai Cihideung yang merupakan sumber air baku yang digunakan oleh IPB (Institut Pertanian Bogor). Kerap kali pihak pengolahan air baku atau WTP (Water Treatment Plant) IPB mengalami kesulitan dalam pengolahan air baku yang berasal dari sungai Cihideung. Tingkat kekeruhan air dan bahan organik terlarut sulit dikendalikan akibat perubahan cuaca yang sering terjadi di daerah Bogor. Apabila kondisi hujan terjadi tingkat kekeruhan air sungai dapat meningkat hingga 50 FTU bahkan lebih, hal ini dapat berdampak pada pengolahan air baku yaitu penambahan dosis koagulan atau PAC (Poly Aluminium Chloride) dan pada sistem UF (Unit Filtrasi) sistem ini tidak dapat dioperasikan karena alat dapat rusak apabila air baku yang diolah memiliki
tingkat kekeruhan >50 FTU. Untuk mengelola bahan baku air yang tercemar, tentu dibutuhkan teknologi dan biaya yang lebih mahal. Penurunan kualitas air baku mengakibatkan biaya proses pengolahan menjadi lebih besar, bahan kimia yang dibutuhkan meningkat dan kualitas air olahan tidak memenuhi kriteria mutu air sebagai air baku. Salah satu cara meningkatkan kualitas air bersih adalah dengan cara biologis. Cara biologis ini dapat dilakukan dalam suatu bioreaktor yang berisi media padat. Jenis reaktor ini biasa disebut fixed bed reactor.Fixed bed reactordapat didefinisikan sebagai suatu tube silindrikal yang dapat diisi dengan partikel-partikel katalis. Selama operasi, gas atau liquid atau keduanya akan melewati tube dan partikel-partikel katalis, sehingga akan terjadi reaksi. Salah satumedia yang dapat digunakan dalam fixed bed reactoradalah media plastik, karena yang dapat dijadikan sebagai media tanam
sehingga
dapat
dijadikan
tempat
tumbuh
atau
media
untuk
mikroorganisme. Metode ini merupakan sebuah cara pemurnian limbah berupa bahan organik yang ada pada air dengan bantuan bahan pengendali biologis yang sangat efektif dan tidak membahayakan perairan maupun mencemari perairan. Adapun pemanfaatan penanganan secara biologis ini seringkali digunakan untuk mengurangi kadar organik dalam perairan seperti amonium, nitrat, dan bahan organik lainnya serta total suspended solid (TSS). Apabila konsentrasi bahan organik terlalu tinggi dalam perairan maka dampaknya akan menimbulkan pencemar bagi ekosistem di perairan tersebut dan dampak tidak langsung bagi manusia oleh karena itu dibutuhkan pengendalian terlebih dahulu. Waktu tinggal dalam fixed bed reactorini sangat penting diketahui untuk mendapatkan efluen yang optimum, oleh karena itu waktu tinggal yang tepat/ optimum perlu diketahui dalam menerapkan teknologi fixed bed reactor.
1.2 Tujuan Penelitian Tujuan dilakukan penelitian ini adalah : 1. Mendapatkanwaktu tinggal hidrolik padafixed bed reactor 2. Mendapatkan jenis media terbaik dilihat dari kualitas air hasil olahan dan kecepatan waktu tinggal.
1.3 Hipotesis Berkaitan dengan latar belakang dan tujuan yang telah dikemukakan maka hipotesis pada penelitian ini adalah sistem mampu menurunkan kandungan bahan organik, amonium, serta parameter lain seperti nitrat, nitrit, TSS, warna, kekeruhan dan stabil terhadap kondisi gangguan (laju pembebanan)
1.4 Ruang Lingkup 1. Penelitian dilaksanakan dengan cara menggunakan air baku yang bersumber dari air sungai Cihideung menggunakan up flow fixed bed reactor dengan media plastik bekas AMDK. 2. Pre-Treatment dilakukan dengan fokus terhadap pengaruh waktu kontak air dalam fixed bed reactor. 3. Parameter yang dianalisa adalah konsentrasi senyawa organik (COD), anorganik (amonium) dan sifat fisiknya (Total Solid Suspended/TSS, kekeruhan dan warna). 4. Mikroba yang digunakan berasal dari mikroba alamidi dalam air baku, dan dikembangbiakkan secara alami dalam bioreaktor. 5. Hasil analisa kualitas effluent akan dibandingkan dengan penggunaan PAC dengan cara melakukan uji Jar Test
1.5 Manfaat Penelitian Berdasarkan hasil penelitian ini diharapkan kualitas air baku dari sungai Cihideung yang diolah oleh WTP IPB dapat meningkat, sehingga dapat mengurangi penggunaan bahan kimia (PAC) yang biasa digunakan untuk pengolahan air sungai. Biaya yang dikeluarkan oleh pihak Water Treatment Plant (WTP) diharapkan dapat berkurang.
2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penelitian terdahulu Beberapa penelitian tentang perlakuan pendahuluan dengan menggunakan teknologi fixed bed reactor telah dilakukan. Lucero et al. (2003) telah berhasil menggunakan teknologi up flow fixed bed reactor yang dilakukan untuk mengolah limbah persawahan dengan Waktu Tinggal Hidrolik(WTH) selama 32-42 menit, laju ar influen = 1 – 5 Liter/menit dan menghasilkan efisiensi penyisihan COD sebesar 90-91%. Westermandan Bicudo (2006) menggunakan biofilter dengan media plastik (poly styrene) untuk mengolah limbah pada pabrik minuman keras dan menghasilkan penyisihan nitrat sebesar 62% dan BOD sebesar 34%. Farizogluet al. (2003) mengadakan penelitian untuk mengetahui kinerja biofilter aerobik menggunakan media batu kerikil sebagai biofilter untuk mengolah limbah pabrik tahu dan menghasilkan penyisihan COD sebesar 73% dan MLSS = 75%. Watten dan Sibrell (2006) menentukan parameter kualitas (kelembaban, persen konten , pH dan konduktivitas) pada limbah landfill serta mengevaluasi efektifitas terhadap penghilangan nitrat pada air permukaan menggunakan biofilter dengan bahan pengisi batu, potongan rumputdan kompos dari landfill dan dari pencampuran tersebut dapat meningkatkan penghilangan nitrat sebesar 70%.Widayat (2010) mengkaji karakteristik reaktor biofilter dengan media plastik tipe sarang tawon terhadap penyisihan konsentrasi senyawa organik, amonia, deterjen, dan TSS dalam air baku perusahaan air minum danan menghasilkan WTH semakin pendek, laju pembebanan semakin besar dan efisiensi penyisihan organik, amonia, deterjen, dan TSS semakin kecil.Kondisi operasi terpilih pada waktu tinggal hidrolik adalah 2 jam dan suplai udara 20 L/menit dengan efisiensi penyisihan organik, amonia, deterjen, dan TSS adalah 68%, 65%, 64%, dan 74%.Li (2010) melakukan pengolahan limbah landfill dengan up flow fixed bed reactor terbaik pada WTH = 8 hari, menggunakan konsentrasi COD influen sebesar 6000 mg/L dan penyisihan COD sebesar 76%.
2.2 Teori yang Mendasari 2.2.1 Karakteristik Air Baku dan Air Permukaan Menurut Watten dan Sibrell (2006) karakteristik air baku permukaan secara umum digolongkan menjadi : 1. Air permukaan dengan tingkat kekeruhan tinggi Air permukaan ini telah melalui permukaan tanah yang rentan terhadap erosi atau ditutupi dengan vegetasi yang rendah kerapatannya. Air ini umumnya telah stagnant di waduk atau di danau yang sedikit mengandung gulma atau tanaman air. 2. Air permukaan dengan tingkat kekeruhan rendah sampai sedang Air ini adalah seperti pada golongan yang pertama hanya telah mengalami pengendapan yang cukup lama di suatu badan air 3. Air permukaan dengan tingkat kekeruhan temporer Air permukaan ini biasanya dari daerah pegunungan, dimana pada saat tidak turun hujan airnya jernih tetapi pada saat hujan terjadi kekeruhan sesaat. Air ini mengalir melalui permukaan yang tertutup oleh vegetasi yang cukup lebat dan curam sehingga pada waktu tidak hujan menghasilkan air yang jernih, tetapi pada waktu hujan menjadi keruh karena terjadi lonjakan tingkat sedimen akibat erosi. Setelah hujan selesai sekitar 2-3 jam air kembali ke aliran dasar (base flow) dan jernih kembali. 4. Air permukaan dengan kandungan warna sedang sampai tinggi Air yang demikian umumnya telah melalui daerah dengan tingkat humus tinggi dan akibat terlarutnya zat tanin dari sisa-sisa humus tingkat warnanya menjadi tinggi, selain itu akibat proses alami pH air menjadi asam. Air ini umumnya terdapat di daerah rawa dan gambut. 5. Air permukaan dengan kesadahan tinggi Kesadahan paling banyak dijumpai di air laut, dan pada air permukaan tawar umumnya diakibatkan oleh Ca dan Mg dalam kadar yang tinggi yaitu lebih besar dari 200 mg/L CaCO3, sehingga air yang mengalir pada daerah batuan kapur akan mempunyai tingkat kesadahan yang tinggi.
6. Air permukaan dengan kekeruhan sangat rendah Air seperti ini dapat dijumpai pada danau-danau yang masih belum tercemar atau air yang masih baru saja keluar dari mata air. 7. Air permukaan dengan polutan rendah sampai tinggi Air seperti ini sering dijumpai di kota-kota besar. Aktivitas manusia melalui kegiatan domestik maupun industri mengakibatkan pencemaran, sehingga kadar polutan seperti organik, amonia, detergen, logam-logam dan pencemar lainnya meningkat seiring dengan peningkatan jumlah penduduk.
2.2.2 Senyawa Organik dalam Air Metcalf dan Eddy (2003) mengatakan bahwa bahan organik terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen. Zat organik di alam dapat dijumpai pada air permukaan maupun bawah tanah. Senyawa organik dalam air berasal dari: 1 Alam
: minyak/lemak hewan, tumbuh-tumbuhan, dan gula
2 Sintesa
: berbagai macam persenyawaan yang dihasilkan oleh industri
3 Fermentasi : alkohol, aseton, gliserol, asam-asam dan sejenisnya yang berasal dari kegiatan mikroorganisme tehadap bahan organik. Zat organik dalam air dapat diketahui dengan menentukan angka permanganatnya, walaupun KMnO4 sebagai oksidator tidak dapat mengoksidasi semua zat organik yang ada, namun cara ini sangat praktis dan cepat pengerjaannya. Penentuan bilangan permanganat ditujukan untuk menentukan kandungan zat organik dalam air alam, seperti air sungai, sumur dan danau (Horran 1990). Menurut Winkler (1981) di dalam pengolahan zat organik akan menghasilkan efek rasa dan bau, akibat dari pembusukan secara biologi. Warna dalam air merupakan hasil kontak air dengan reruntuhan organik, seperti tumbuhan, kayu, dan pembusukan dalam beberapa tingkatan variasi dekomposisi. Asam humat dan humus yang berasal dari pembusukan lignin dianggap sebagai penyebab utama timbulnya warna. Warna dapat dikelompokkan menjadi 2 (dua) yaitu warna semu (apparent color) disebabkan adanya partikel tersuspensi dan warna nyata (true color) disebabkan oleh ekstraksi dari asam organik tumbuhan yang berbentuk koloid.
Zat organik dapat disisihkan secara biologi, dengan beberapa variabel yang berpengaruh antara lain jumlah oksigen terlarut (DO), waktu kontak, senyawa pengganggu (inhibitor), jenis dan jumlah mikroorganisme pengurai (Bitton 1994). Adanya oksigen menyebabkan proses oksidasi aerob dapat berlangsung, bahan– bahan organik akan dirubah menjadi produk – produk akhir yang relatif stabil dan sisanya akan disintesis menjadi mikroba baru. Secara umum mekanisme penguraian organik dapat dilihat pada persamaan di bawah ini: Mikroba Bahan organik + O2
CO2 + H2O + Energi Sel-sel baru
Standar maksimum kandungan zat organik khususnya kloroform dalam air minum menurut Keputusan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 907/MENKES/SK/VII/2002 tentang syarat-syarat dan pengawasan kualitas air minum sebesar 200μg/liter. Bila telah melampaui batas maksimum yang telah ditentukan tersebut maka dapat menyebabkan bau yang tidak sedap pada air minum dan dapat menyebabkan sakit perut. Adanya zat organik dalam air dapat diketahui dengan perubahan fisik dari air terutama dengan timbulnya warna, rasa, bau dan kekeruhan.
2.2.3 Senyawa Amonia Barnes (1980) mengatakan amonia (NH3) merupakan senyawa nitrogen yang menjadi NH4+ atau disebut dengan amonium. Nitrogen amonia keberadaannya di dalam air adalah sebagai amonium (NH4+), yaitu berdasarkan reaksi kesetimbangan: NH3 + H2O ↔ NH4+ + OHAmonia dalam air permukaan berasal dari air seni, tinja dan oksidasi secara mikrobiologis zat organik yang berasal dari air alam atau air buangan industri dan domestik. Adanya amonia tergantung pada beberapa faktor yaitu, sumber amonia, tanaman air yang menyerap amonia sebagai nutrien, konsentrasi oksigen dan suhu. Konsentrasi amonia dapat berubah-ubah sepanjang tahun, pada musim panas konsentrasi senyawa ini lebih rendah, hal ini disebabkan amonia diserap
oleh tumbuhan, selain itu dapat dipengaruhi oleh suhu. Suhu air yang tinggi yang dapat mempengaruhi proses nitrifikasi, sedangkan pada suhu yang rendah yaitu musim dingin pertumbuhan bakteri berkurang dan proses nitrifikasi berjalan lambat sehingga menyebabkan konsentrasi amonia pada sungai tinggi (Jennings 1991). Menurut Dewi (1998) amonia banyak ditemukan pada air permukaan dan air tanah dari mulai kadar rendah hingga mencapai 30 mg/L lebih (air limbah). Kadar amonia yang tinggi pada air sungai menimbulkan gangguan kehidupan perairan. Keberadaan amonia pada air minum menimbulkan rasa kurang enak serta mengganggu kesehatan, sehingga pada air minum kadarnya harus nol dan pada air sungai harus dibawah 1 mg/L. Barnes (1980) juga mengatakan bahwa amonia dapat menyebabkan kondisi toksik bagi kehidupan perairan. Kadar amonia bebas dalam air meningkat sejalan dengan meningkatnya pH dan suhu. Kehidupan di perairan terpengaruh oleh kehadiran amonia, dimana pada konsentrasi 1 mg/L dapat menyebabkan hewan air mati lemas karena oksigen terlarut berkurang. Senyawa amonia dalam air dapat dihilangkan secara mikrobiologi melalui proses nitrifikasi hingga menjadi nitrit dan nitrat dengan penambahan oksigen melalui proses aerasi. Senyawa amonia dapat mengurangi keefektifan klor yang biasanya digunakan sebagai tahap akhir dalam pengolahan air untuk mereduksi mikroorganisma dan bahan organik yang tersisa. Asam hipoklorid dapat bereaksi dengan amonia membentuk kloramin dengan daya disinfektan rendah (Benefiled dan Randall 1980).
2.2.4 Proses Nitrifikasi Senyawa nitrogen merupakan senyawa yang sangat penting dalam kehidupan, karena nitrogen merupakan salah satu nutrien utama yang berperan dalam pertumbuhan organisme hidup. Senyawa ini merupakan komponen dasar protein yang keberadaannya di perairan digunakan oleh hewan dan tumbuhtumbuhan untuk memproduksi sel. Nitrogen di atmosfir sebagian besar dalam bentuk gas nitrogen, jumlahnya ± 78% dan sangat terbatas dalam lingkungan air.
Pada umumnya gas nitrogen ini tidak dapat dipergunakan secara langsung oleh makhluk hidup, hanya beberapa organisme khusus yang dapat mengubahnya ke dalam bentuk organik nitrogen dan proses yang terjadi dinamakan fiksasi. Peran senyawa nitrogen dalam proses pertumbuhan diketahui dari bentuk serta perubahannya yang terjadi di alam dalam suatu siklus yang disebut siklus nitrogen. Gambar 1 menunjukkan siklus nitrogen yang terjadi di lingkungan perairan (Manahan 1994).
Gambar 1 Siklus Nitrogen (Manahan 1994)
Senyawa nitrit merupakan bahan peralihan dalam siklus biologi. Senyawa ini dihasilkan dari proses oksidasi biokimia amonium, tetapi sifatnya tidak stabil karena pada kondisi aerobik terbentuk nitrit, dan dengan cepat nitrit dioksidasi menjadi nitrat oleh bakteri nitrobacter. Nitrat dalam kondisi anaerobik direduksi menjadi ntrit yang selanjutnya hasil reduksi tersebut dilepas sebagai gas nitrogen. Nitrit yang ditemui pada air minum dapat juga berasal dari bahan inhibitor korosi yang dipakai industri untuk mengalirkan air dari sistem distribusi PAM. Pada air permukaan, konsentrasi nitrit sangat rendah, tetapi konsentrasi yang tinggi ditemukan pada air limbah dan rawa atau tempat dimana kondisi anaerobik sering dijumpai. Di Indonesia konsentrasi nitrat di dalam air minum tidak boleh melebihi 10 mg/L (Alerts dan Santika 1984). Proses nitrifikasi didefinisikan sebagai
konversi nitrogen amonium (N-NH4) menjadi nitrit (N-NO2) yang kemudian menjadi nitrat (N-NO3) yang dilakukan oleh bakteri autotropik dan heterotropik (Grady dan Lim 1980). Proses nitrifikasi ini dapat dibagi dalam dua tahap yaitu: 1
Tahap nitritasi, merupakan tahap oksidasi ion amonium (NH4+) menjadi ion nitrit (NO2-) oleh bakteri nitrosomonas dengan reaksi berikut: NH4++ 1½ O2→ NO2- + 2H++ H2O + 2,75 KJ Nitrosomonas
2
Tahap nitrasi merupakan tahap oksidasi ion nitrit menjadi ion nitrat (NO 3-) oleh bakteri nitrobacter dengan reaksi berikut: NO2-+ ½O2→ NO3-+ 75 KJ Nitrobacter
Secara keseluruhan proses nitrifikasi adalah sebagai berikut: NH4++ 2 O2→ NO3- + 2H++ H2O Menurut Arifin (1994) kedua reaksi diatas adalah reaksi eksotermik (reaksi yang menghasilkan energi). Jika kedua jenis bakteri tersebut ada, baik di tanah maupun di perairan maka konsentrasi nitrit akan berkurang karena nitrit dioksidasi oleh bakteri Nitrobacter menjadi nitrat. kedua bakteri ini dikenal sebagai bakteri autotropik yaitu bakteri yang dapat mensuplai karbon dan nitrogen dari bahanbahan anorganik dengan sendirinya. Bakteri ini menggunakan energi dari proses nitrifikasi untuk membentuk sel sintesa yang baru. Sedangkan bakteri heterotropik merupakan bakteri yang membutuhkan bahan-bahan organik untuk membangun protoplasma. Walaupun bakteri nitrifikasi autotropik keberadaannya lebih banyak di alam, proses nitrifikasi dapat juga dilakukan oleh bakteri jenis heterotropik (Arthobacter) dan jamur (Aspergillus). Horran (1990) berpendapat bahwa senyawa N-NH4+ yang ada di perairan akan dioksidasi menjadi nitrat tetapi mengingat kebutuhan O2 yang cukup besar maka akan terjadi penurunan oksigen di dalam perairan tersebut sehingga mengakibatkan kondisi septik. Pada proses pengolahan senyawa N-NH4+ secara biologis kebutuhan O2 cukup besar sehingga kebutuhan O2 yang tinggi dapat dipenuhi dengan cara memperbesar transfer O2 ke dalam instalasi pengolahan.
Pada reaktor biofilter seperti yang digunakan dalam penelitian ini transfer O 2 yang besar dapat diperoleh dengan cara menginjeksikan udara ke dalam reaktor. Adanya injeksi udara menggunakan blower diharapkan akan terjadi kontak antara gelembung udara dan air yang diolah, dengan luas kontak yang sebesar-besarnya. Miwa (1991) menyatakan ada beberapa faktor pengontrol proses nitrifikasi dalam pengolahan air , yaitu: 1
Konsentrasi oksigen terlarut (Dissolved Oksigen) Proses nitrifikasi merupakan proses aerob dan berjalan baik jika oksigen terlarut > 1 mg/L.
2
Suhu Kecepatan pertumbuhan bakteri nitrifikasi dipengaruhi oleh temperatur antara 8 – 30°C, sedangkan temperatur optimalnya sekitar 30°C.
3
pH pH optimal bakteri nitrosomonas dan nitrobacter antara 7.5 – 8.5 dan aktivitasnya akan mengalami penurunan pada pH di bawah 6 atau diatas 9.
2.2.5 Pengaruh Senyawa Nitrogen Manahan (1994) mengatakan bahwa senyawa nitrogen dalam jumlah yang berlebih dengan berbagai bentuk dalam siklusnya dapat menyebabkan pencemaran lingkungan dan gangguan kesehatan, diantaranya: 1
Proses eutrofikasi yaitu dengan kehadiran senyawa nitrat dengan konsentrasi tinggi dapat menstimulasi pertumbuhan ganggang dalam jumlah yang tidak terkendali sehingga air kekurangan oksigen terlarut dan akibatnya kondisi perairan menjadi septik.
2
Proses nitrifikasi mengakibatkan konsentrasi oksigen terlarut berkurang sehingga mengakibatkan kerusakan kehidupan air.
3
Senyawa nitrit dapat membahayakan kesehatan karena dapat bereaksi dengan hemoglobin dalam darah sehingga pengikatan oksigen oleh hemoglobin terganggu (metahaemoglobin).
4
Nitrat direduksi menjadi nitrit di dalam usus manusia, sehingga dapat menyebabkan penyakit eyanosis (metahemoglobin) terutama terjadi pada bayi atau yang lebih dikenal dengan penyakit blue-baby.
5
Konsentrasi senyawa amonia> 1 mg/L akan menyebabkan korosi pada pipa, terutama yang terbuat dari tembaga.
2.2.6 Padatan Tersuspensi dan Kekeruhan Air mengandung bermacam-macam senyawa polutan baik yang tersuspensi, berupa koloid maupun yang terlarut.Senyawa-senyawa polutan yang ada dalam air tersebut, secara umum dapat digolongkan menjadi tiga kelompok yakni senyawa atau zat yang terlarut (dissolved substances), padatan tersuspensi (suspended solids, SS), dan partikel koloid (colloidal particles).Zat terlarut adalah semua senyawa yang larut dalam air, dengan ukuran kurang dari beberapa nanometer.Senyawa-senyawa ini umumnya berupa ion positif atau ion negatif.Selain itu juga termasuk gas-gas yang terlarut misalnya oksigen, karbondioksida, hidrogen sulfida dan lain-lain.Zat padat tersuspensi merupakan senyawa bentuk padat yang berada dalam kondisi tersuspensi dalam air.Padatan tersebut kemungkinan berasal mineral-mineral misalnya pasir yang sangat halus, silt, lempung atau berasal dari zat organik misalnya asam humus, asam vulvat yang merupakan hasil penguraian jasat tumbuh-tumbuhan atau binatang yang telah mati.Di samping itu, padatan tersuspensi ini juga dapat berasal dari mikroorganisme misalnya plankton, bakteria, alga, virus dan lain-lainnya.Semua elemen-elemen tersebut umumnya menyebabkan kekeruhan atau warna dalam air.Kekeruhan dalam air juga dapat disebabkan oleh keberadaan partikel koloid dalam air. Partikel koloid hampir sama dengan padatan tersuspensi hanya mempunyai ukuran yang lebih kecil yakni kurang dari 1 μm (mikron), dengan kecepatan pengendapan yang sangat rendah sekali. Proses koagulasi-flokulasi adalah merupakan proses dasar pengolahan air untuk menghilangkan padatan tersuspensi dan partikel-partikel koloidal. Poses ini biasanya dilakukan pada tahap akhir dari proses pemisahan zat cair dan zat padat (Degremont 1991). Dispersi koloid dalam air merupakan partikel-partikel bebas yang tertahan dalam air dalam bentuk suspensi.Hal ini disebabkan karena ukuran partikel yang sangat halus (1-200 nm), hidrasi oleh air dan adanya muatan listrik permukaan.Suatu koloid dikatakan stabil apabila tidak dapat menggumpal secara alami.Faktor yang paling mempengaruhi stabilitas koloid dalam air adalah ukuran
partikelnya.Partikel dengan ukuran yang lebih besar, ratio luas permukaan partikel terhadap berat partikel kecil sehingga pengendapan secara gravitasi menjadi dominan.Beberapa contoh waktu pengendapan untuk berbagai jenis partikel dapat dilihatseperti pada Tabel 1.
Tabel 1 Waktu pengendapan untuk berbagai macam partikel Diameter partikel mm
µm
Å
Tipe partikel
Waktu pengendapan dalam 1 meter air
Luas spesifik m2/m3
10
104
108
Kerikil
1 detik
6.102
1
103
107
Pasir
10 detik
6.103
10-1
102
106
Pasir halus
2 menit
6.104
10-2
10
105
Lempung
2 jam
6.105
10-3
1
106
Bakteri
8 hari
6.106
10-4
10-1
105
Koloid
2 tahun
6.107
10-5
10-2
104
Koloid
20 tahun
6.108
10-6
10-3
103
Koloid
200 tahun
6.109
Sumber : Dumont (2009)
2.2.7 Efisiensi Proses Penyisihan Perhitungan penyisihan senyawa polutan didasarkan atas perbandingan pengurangan konsentrasi zat pada titik masuk dan keluar terhadap konsentrasi zat di titik masuk. Tingkat efisiensi yang didapat merupakan gabungan antara hasil asimilasi
oleh
mikroorganisme
heterotrof
dan
proses
biologis
oleh
mikroorganisme. Perhitungan tingkat efisiensi ini dilakukan dengan menggunakan rumus perhitungan sebagai berikut: Eff-C =
Cin - Cout
X 100 %
Cin dimana ; Eff-C = Persentase penyisihan konsentrasi zat (%) Cin = Konsentrasi zat dalam titik masuk (mg/L) Cout = Konsentrasi zat dalam titik keluar (mg/L)
2.2.8 Pengertian Mikroorganisme Menurut Lay dan Hastowo (1992), mikroorganisme atau mikroba adalah substansi bersel satu yang membentuk koloni atau kelompok dimana satu sama lain dalam koloni tersebut saling berinteraksi. Dalam pertumbuhannya mikroorganisme memerlukan sumber energi, karbon dan nutrisi. Berdasarkan kebutuhan nutrisinya bakteri dikelompokkan menjadi 3 bagian, yaitu: 1. Heterotrop yaitu bakteri yang mengambil karbon dari karbon organik saja. 2. Autotrop yaitu bakteri yang menggunakan CO2 dan HCO3- sebagai sumber karbon tunggal. 3. Fakultatif autotrop yaitu bakteri yang menggunakan senyawa organik maupun CO2 sebagai sumber karbon. Lay dan Hastowo (1992) juga menyatakan bahwa bakteri memerlukan energi untuk melakukan aktivitasnya. Berdasarkan sumber energi bakteri dapat dibedakan menjadi: 1. Phototrop yaitu bakteri yang menggunakan cahaya sebagai sumber energi. 2. Chenamotrop yaitu bakteri yang menggunakan reaksi kimia (reaksi reduksi oksidasi bahan organik). Setiap jenis mikroorganisme dapat hidup baik pada rentang temperatur tertentu. Temperatur yang paling baik utuk aktivitas mikroorganisme disebut temperatur optimal. Berdasarkan hal itu bakteri dapat digolongkan menjadi tiga yaitu: 1. Bakteri Psikrofil (oligotermik) yaitu bakteri yang hidup pada temperatur antara 0oC – 30oC dengan temperatur optimum 10oC – 20oC. 2. Bakteri Mesofil (mesotermik) yaitu bakteri yang hidup pada temperatur antara 5oC – 60oC dengan temperatur optimum 25oC – 40oC. 3. Bakteri Termofil (politermik) yaitu bakteri yang hidup pada suhu antara 40oC -80oC dengan temperatur optimum 55oC – 65oC. Metcalf dan Eddy (2003) menyatakan bahwa jenis-jenis mikroorganisme yang sering dijumpai pada proses pengolahan biologis adalah bakteri, jamur, protozoa, alga, crustacea dan virus. Sel bakteri adalah sel yang paling berperan dan banyak dipakai secara luas di dalam proses pengolahan air baku sehingga struktur sel mikroorganisme lainnya dapat dianggap sama dengan bakteri.
Menurut Miwa (1991), beberapa jenis dari mikroorganisme seperti bakteri, jamur, lumut, protozoa dan invertebrata adalah habitat dalam biofilm tertentu, walaupun demikian bakteri, jamur dan lumut biasanya merupakan mayoritas. Bakteri dan jamur mengambil zat-zat gizi dan zat-zat lainnya, sedangkan protozoa dan invertebrata diharapkan hidup dari mereka. Kematian biomassa dari mikroorganisme akan diuraikan oleh bakteri dan di dalam biofilm tersebut ada sejenis rantai makanan.
2.2.9 Pengolahan Biologis Miwa (1991) mengatakan bahwa di dalam proses pengolahan air yang mengandung polutan senyawa organik, teknologi yang digunakan sebagian besar menggunakan aktifitas mikroorganisme untuk menguraikan senyawa polutan organik tersebut. Proses pengolahan air limbah dengan aktifitas mikroorganisma biasa disebut dengan proses biologis. Proses pengolahan secara biologis dapat dilakukan pada kondisi aerobik (dengan udara), kondisi anaerobik (tanpa udara) atau kombinasi anaerobik dan aerobik. Proses biologis aeorobik biasanya digunakan untuk pengolahan air dengan beban BOD yang tidak terlalu besar, sedangkan proses biologis anaerobik digunakan untuk pengolahan air dengan beban BOD yang sangat tinggi. pengolahan air yang mengandung polutan zat organik dapat dilakukan secara biologis. Pada prinsipnya proses biologis akan mengubah bahan-bahan pencemar yang berbentuk koloid atau terlarut yang ada didalam air baku menjadi bentuk lain dalam bentuk gas, maupun jaringan sel yang dapat dipisahkan dengan proses fisis seperti pengendapan. Begitupun juga dengan Pelezar dan Chan (1996) mengatakan bahwa pengolahan biologis didefinisikan sebagai proses pemurnian sendiri di dalam air dengan penyesuaian kondisi yang sesuai untuk meningkatkan efisiensi. Dalam beberapa penelitian kualitas air sungai menyatakan apabila zat pencemar dibuang pada hulu mengalir ke hilir melalui sungai, dengan berjalannya waktu sejumlah konsentrasi polutan akan berkurang, hilang atau tereduksi pada derajat konsentrasi tertentu, gejala ini dikenal dengan pemurnian sendiri oleh sungai (self cleaning service). Aktivitas ini berjalan alami, mikroorganisme sebagai peran utama pada proses penyisihan ini tumbuh, menempel pada permukaan kerikil dan tumbuhan air di sungai.
Pengolahan air limbah secara bilogis secara garis besar dapat dibagi menjadi tiga yakni proses biologis dengan biakan tersuspensi (suspended culture), proses biologis dengan biakan melekat (attached culture) dan proses pengolahan dengan sistem lagoon atau kolam. Proses biologis dengan biakan tersuspensi menggunakan aktifitas mikro-organisme untuk menguraikan senyawa polutan yang ada dalam air dan mikro-organime yang digunakan dibiakkan secara tersuspesi di dalam suatu reaktor. Beberapa contoh proses pengolahan dengan sistem ini antara lain : proses lumpur aktif standar/konvesional (standard activated sludge), step aeration, contact stabilization, extended aeration, oxidation ditch (kolam oksidasi sistem parit) dan lainya. Proses biologis dengan biakan melekat berbeda dengan biakan tersuspensi dimana proses pengolahan air dimana mikro-organisme yang digunakan dibiakkan pada suatu media sehingga mikroorganisme tersebut melekat pada permukaan media. Proses ini disebut juga dengan proses film mikrobiologis atau proses biofilm. Beberapa contoh teknologi pengolahan air limbah dengan cara ini antara lain : trickling filter, biofilter tercelup, reaktor kontak biologis putar (rotating biological contactor, RBC), contact aeration/oxidation (aerasi kontak) dan lainnnya (Bitton 1994). Secara garis besar klasifikasi proses pengolahan air limbah secara biologis dapat dilihat pada Gambar2.
Gambar 2 Proses pengolahan air secara biologis (Bitton 1994)
2.2.10 Teknologi Fixed Bed Reactor Dalam proses pengolahan air yang mengandung polutan senyawa organik, teknologi yang digunakan sebagian besar menggunakan aktivitas mikroorganisme untuk menguraikan senyawa organik polutan tersebut (Miwa 1991). Fixed bed reactor adalah reaktor berbentuk pipa besar yang didalamnya berisi katalisator padat. Bisanya digunakan untuk reaksi fasa gas atau cair dengan katalisator padat.Katalisator
disini
digunakan
sebagai
media
pertumbuhan
mikroorganisme.Cara pemurnian limbah dengan bantuan bahan pengendali biologis yang sangat efektif dan tidak membahayakan perairan maupun mencemari perairan. Fixed bedreactor biasanya terdiri dari katalis partikel padat (stationary solid catalyst particle) yang bereaksi dengan aliran fluida. Aliran fluida bisa berupa gas atau liquid (atau campuran keduanya) (Elma2010).Keuntungan penggunaan fixed bed reactor, antara lain relatif stabil terhadap perubahan kualitas influen dan keberadaan senyawatoksik, konsentrasi biomassa yang tinggi dan waktu retensi solid yang panjang dapat dicapai (Malone and Timothy 2006), mudah dalam proses aklimatisasi dan mampu mengatasi influen limbah yang bervariasi tanpa kesalahan proses (Umana 2008). Salah satu penjelasan mengenai peningkatan aktivitas biodegradasi yaitu dimulai
dengan
peningkatan
jumlah
dari
konsentrasi
biomassa
dalam
pertumbuhan sistem.Aktivitas yang tinggi ini juga dilengkapi untuk meningkatkan konsentrasi dari nutrien yang melekat di dalam biofilm.(Madigan1997). Sehubungan dengan bentuknya yang berlumpur, biofilm tersebut menjerab zat partikulat dari pengolahan air, jadi konsentrasi nutrien dalam biofilm biasanya lebih tinggi dibandingkan air yang bebas dari kandungan organik. Tingginya konsentrasi
nutrien
dapat
menyebabkan
tinggi
pula
laju
pertumbuhan
mikroorganisme dan mempertinggi aktivitas degradasi.Penjelasan mengenai peningkatan aktivitas biodegradasi lainnya dapat dilihat dari perbedaan fisik antara lekatan dan suspensi mikroorganisme.Perbedaan ini dapat menunjukkan kecepatan laju pertumbuhan, aktivitas metabolik yang meningkat, dan hambatan besar atau keracunan (Cohen 2000).
Menurut Bitton (1994), mekanisme proses metabolisme di dalam sistem biofilm dalam suasana aerobik secara sederhana dapat dilihat pada Gambar3.
Gambar3 Mekanisme metabolisme di dalam reactor (Bitton 1994)
Gambar ini menunjukkan suatu sistem metabolisme
yang terdiri dari
medium penyangga, lapisan biofilm yang melekat pada pada medium, lapisan air yang diolah dan lapisan udara yang terletak di luar. Senyawa polutan yang ada di dalam air seperti amonium, nitrat, phospor, dan senyawa organik lainnya akan terdifusi ke dalam lapisan atau film biologis yang melekat pada permukaan medium. Pada saat yang bersamaan dengan menggunakan oksigen yang terlarut di dalam air, senyawa polutan tersebut akan diuraikan oleh mikroorganisme yang ada di dalam lapisan biofilm dan energy yang dihasilkan akan diubah menjadi biomassa. Suplai oksigen pada lapisan biofilm dapat dilakukan dengan beberapa. Cara misalnya pada sistem RBC yakni melalui kontak dengan udara luar, pada sistem trickling filter dengan aliran balik udara, sedangkan pada sistem fixed bedreactor tercelup dengan mengunakan blower udara dan dibantu dengan pompa sirkulasi. Di dalam proses biologis ini apabila ini apabila lapisan biofilm cukup tenang, maka pada bagian luar lapisan biofilm akan berada dalam kondisi aerobik sedangkan pada bagian dalam biofilm yang melekat pada medium akan berada dalam kondisi anaerobik. Pada kondisi anaerobik akan terbentuk gas H2S,dan jika
konsentrasi oksigen terlarut cukup besar maka gas H2S yang terbentuk tersebut akan diubah menjadi sulfat (SO4) oleh baktri sulfat yang ada di dalam biofilm. Pada zona aerobik, nitrogen-amonium akan diubah menjadi nitrit dan nitrat kemudian pada zona anaerobik nitrat yang terbentuk mengalami proses denitrifikasi menjadi gas nitrogen. Dalam proses biologis terjadi kondisi aerobik dan anaerobik pada saar bersamaan , oleh karena itu dengan sistem biofilm ini proses penyisihan senyawa nitrogen menjadi lebih mudah (Bitton 1994). Menurut
Metcalf
dan
Eddy
(2003)
proses
metabolisme
pada
mikroorganisme adalah sebagai berikut: Oksidasi COHNS + O2 + bakteri
CO2 + NH3 + produk +energy akhir (Materi organik)
Sintesa COHNS + O2 + bakteri + energi
C5H7NO2(Materi organik)
Respirasi C5H7NO2 + 5 O2
5 CO2 + NH3 + 2H2O + energi
Pelezar dan Chan (1996) mengatakan bahwa pengolahan biologi efektif dalam menyisihkan bahan-bahan organik. Beberapa factor yang mempengaruhi efisiensi proses pengolahan antara lain: 1. Suhu (temperatur) air Suhu optimal antara 20oC-30oC dan efisiensi pengolahan akan berkurang pada temperature yang lebih rendah atau lebih tinggi. 2. Nilai pH Nilai pH optimal antara 7-7,5 3. Oksigen terlarut Oksidasi dan penguraian dari zat-zat organik, nitrifikasi amonia dengan mikroorganisme membutuhkan oksigen, sehingga apabila menginginkan efisiensi lebih tinggi perlu ditambahkan aerasi atau suplai udara. 4. Penghambat Kehadiran dari beberapa pencemar seperti logam berat, minyak, zat organik berbahaya, tanah dan pasir halus yang tersuspensi menutup lapisan biofilm dapat menghambat aktivitas biologis.Sehingga efisiensi pengolahan berkurang.
5. Frekuensi kontak Frekuensi kontak dapat diartikan sebagai kapasitas pengolahan per unit luas permukaan biofilm. Frekuensi kontak antara air yang akan diolah dengan biofilm semakin tinggi maka efisiensi penyisihan akan meningkat. Dalam proses pengolahan air yang mengandung polutan senyawa organik, teknologi yang digunakan sebagian besar menggunakan aktivitas mikroorganisme untuk menguraikan senyawa organik polutan tersebut (Miwa 1991). Fixed bed reactordidefinisikan sebagai suatu tube silindrikal yang dapat diisi dengan partikel-partikel katalis. Selama operasi, gas atau liquid atau keduanya akan melewati tube dan partikel-partikel katalis, sehingga akan terjadi reaksi, baik reksi kimia maupun raksi biologis (Yariv 2001). Katalisator disini digunakan sebagai media pertumbuhan mikroorganisme. Cara penanganan limbah dengan bantuan bahan pengendali biologis sangat efektif dan tidak membahayakan perairan maupun mencemari perairan. Fixed bed reactorbiasanya terdiri dari katalis partikel padat (stationary solid catalyst particle) yang bereaksi dengan aliran fluida. Aliran fluida bisa berupa gas atau liquid (atau campuran keduanya) (Elma 2010). Keuntungan penggunaan fixed bed reactor, antara lain relatif stabil terhadap perubahan kualitas influen dan keberadaan senyawa toksik, konsentrasi biomassa yang tinggi dan waktu retensi solid yang panjang dapat dicapai, mudah dalam proses aklimatisasi dan mampu mengatasi influen limbah yang bervariasi tanpa kesalahan proses (Umana et al. 2008). Biofilm heterogen biasa tumbuh di dalam media yang digunakan bioreaktor. Biofilm tersebut dapat menyebabkan korosif bila berada di air permukaan, namun pada
bioreaktor-bioereaktor
tertentu
biofim
ini
menjadi
sesuatu
yang
menguntungkan seperti pada bioreaktor trickling filters, submerged, aerated fixed bed reactors, dan rotating disc reactors (Wiesmann et al.2007). Fixed bed reactorberoperasi secara aerobik dimana pada area bawah reaktor terdapat aerator, fixed bed reactorini memproduksi aliran dua fase pada sistem tiga fase dengan aliran naik ke atas (up flow) (Westerman 2006). Biomassa yang terdapat dalam bioreaktor ini dapat melekat pada permukaan media dan juga
tersuspensi didalam air seperti flok. Hal yang tidak mudah untuk menghindari hambatan pada daerah biofilm yang memiliki ketebalan yang besar dan dengan laju alir yang rendah. Sehingga fixed bed reactorharus dibersihkan sewaktu-waktu dengan meningkatkan laju alir air (Schulz dan Menningmann 1999). Dalam rangka meningkatkan efisiensi penyisihan bahan organik dan kotoran yang berada dalam air (influent) dibutuhkan laju bioreaksi yang rendah dalam reaktor yang memiliki biofilm di dalamnya sehingga dibutuhkan juga laju substrat yang rendah.Tujuan lainnya yaitu untuk mengontrol kesatabilan biofilm karena adanya aliran air ke dalam biofilm tersebut (Martinov et al.2010). Menurut Blackwell (2010), energi yang digunakan pada bioreaktor dengan sistem aerasi (sehingga terbentuk gas dalam CO2) dalam pengolahan limbah cair memiliki empat fungsi utama, yaitu untuk menghilangkan karbon (senyawa organik), proses nitrifikasi, menghillangkan phosphor, pencuci hama, menghilangkan kotoran berupa mikroorganisme. Grady dan Lim (1980) menyatakan ada beberapa keuntungan dari jenis reaktor biofilter ini antara lain: 1. Pengoperasiannya mudah Di dalam proses pengolahan air sistem biofilm, dengan dilakukan ataupun tanpa dilakukan sirkulasi lumpur tidak menimbulkan masalah bulking seperti yang terjadi pada proses dengan biakan tersuspensi misalnya pada sistem lumpur aktif, oleh karena itu pengelolaannya lebih mudah. 2. Lumpur yang dihasilkan sedikit Lumpur yang dihasilkan proses biofilm relatif lebih kecil dibandingkan dengan proses lumpur aktif, dimana 30–60% dari organik yang dihilangkan diubah menjadi lumpur aktif (biomasa) sedangkan pada proses biofilm hanya sekitar 10-30%. Hal ini disebabkan karena pada proses biofilm rantai makanan lebih panjang dan melibatkan aktifitas mikroorganisme dengan orde yang lebih tinggi dibandingkan pada proses lumpur aktif. 3. Tepat untuk mengolah air dengan konsentrasi polutan rendah maupun tinggi. Proses pengolahan air dengan sistem biofilm ini mikroorganisme melekat pada permukaan media penyangga, sehingga pengontrolan proses pengolahan terhadap aktivitas mikroorganisma lebih mudah. Proses biofilm cocok
digunakan untuk mengolah air limbah dengan konsentrasi rendah sampai konsentrasi tinggi. 4. Tahan terhadap fluktuasi jumlah air baku maupun konsentrasi polutan Mikroorganisma dalam proses biofiltrasi melekat pada permukaan unggun media, akibatnya konsentrasi biomassa mikroorganisme persatuan luas atau volume media relatif besar sehingga tahan terhadap fluktuasi beban organik maupun fluktuasi beban hidrolik. 5. Pengaruh penurunan suhu terhadap efisiensi pengolahan kecil Jika suhu air baku turun aktifitas mikroorganisme berkurang, tetapi oleh karena didalam proses biofilm substrat maupun enzim dapat terdifusi sampai ke bagian dalam lapisan biofilm dan lapisan biofilm cukup tebal maka pengaruh penurunan suhu (suhu rendah) tidak begitu besar.
2.2.11 Biofilm Biofilm adalah kumpulan selmikroorganisme, khususnya bakteri, yang melekat di suatu permukaan dan diselimuti oleh pelekat karbohidrat yang dikeluarkan oleh bakteri.Biofilm terbentuk karena mikroorganisme cenderung menciptakan lingkungan mikro dan relung (niche) mereka sendiri.Biofilm memerangkap nutrisi untuk pertumbuhan populasi mikroorganisme dan membantu mencegah lepasnya sel-sel dari permukaan pada sistem yang mengalir.Permukaan sendiri adalah habitat yang penting bagi mikroorganisme karena nutrisi dapat terjerap pada permukaan sehingga kandungan nutrisinya dapat lebih tinggi daripada di dalam larutan.Konsekuensinya, jumlah dan aktivitas mikrobaa pada permukaan biasanya lebih tinggi daripada di air.Bukti-bukti menunjukkan bahwa pembentukan biofilm lebih disukai oleh mikroorganisme, dan hampir semua permukaan yang terkena kontak dengan mikroba dapat mendukung pembentukan biofilm. Selain bakteri, mikroorganisme lainnya seperti alga dan khamir (fungi bersel satu) juga dapat membentuk biofilm (Madigan et al. 2006) Biofilm terbentuk karena prakarsa koloni bakteri dan sianobakteri yang melekat pada batuan tersebut.Sampai saat ini, fosil tersebut adalah fosil organisme hidup tertua yang diketahui sehingga biofilm diperkirakan sudah ada pada awal
mula kehidupan di bumi.Komposisi biofilm terdiri dari sel-sel mikroorganisme, produk ekstraseluler, detritus, polisakarida sebagai bahan pelekat, dan air yang adalah bahan penyusun utama biofilm dengan kandungan hingga 97% (Rodser et al. 2004).Polisakarida (polimer dari monosakarida atau gula sederhana) yang diproduksi oleh mikroba untuk membentuk biofilm termasuk eksopolisakarida (EPS) yaitu polisakarida yang dikeluarkan dari dalam sel. EPS yang disintesis oleh
sel
mikrobaa
berbeda-beda
komposisi
dan
sifat
kimiawi
dan
fisikanya.Beberapa adalah makromolekul yang bersifat netral, namun mayoritas bermuatan karena keberadaan asam uronat (Asam D-glukuronat), Asam Dgalakturonat, dan Asam D- manuroniat. Ada biofilm yang bersifat kaku karena EPS-nya terdiri dari ikatan ß-1,4 atau ß-1,3 glikosida (ikatan monosakarida monomer penyusun polisakarida) seperti EPS xanthan gum yang dihasilkan oleh Xanthomonas campestris tetapi ada juga yang bersifat fleksibel karena memiliki ikatan α-1,2 atau α-1,6 glikosida yang banyak ditemukan pada dekstran. Beberapa contoh EPS selain xanthan gum adalah asam kolanat yang diproduksi oleh Escherichia coli, alginat oleh P. aeruginosa, dan galaktoglukan oleh Vibrio cholerae. Bahan-bahan penyusun biofilm yang lain contohnya adalah protein, lipid, dan lektin (Prescott et al. 2002). Struktur dari suatu biofilm adalah unik tergantung dari lingkungan tempatnya berada, contohnya adalah kandungan nutrisi dan keadaan fisik.Selain itu, di alam, sangat jarang terdapat biofilm yang hanya terdiri dari satu spesies, biasanya biofilm tersusun dari beberapa spesies dalam lapisan-lapisan yang berbeda (Romeo 2008).Mikroorganisme fotosintetik ada di permukaan paling atas, mikroorganisme kemoorganotrof anaerob fakultatif di bagian tengah, sedangkan di bagian dasar adalah mikroorganisme anaerob pereduksi sulfat. Pada bagian atas, cahaya matahari lebih mudah didapat sehingga dapat digunakan untuk fotosintesis, sedangkan bagian tengah dapat dihuni oleh mikroba kemoorganotrof fakultatif anaerob karena dapat mentolerir kandungan udara yang sedikit serta banyak dapat mengakses bahan organik sebagai sumber energinya (Zhang et al. 1998). Pada bagian dasar, tidak terdapat kandungan udara sehingga mikroba anaerob pereduksi sulfat dapat tumbuh dan energi dengan cara mereduksi sulfat.
Pemodelan habitat mikroba-mikroba tersebut dapat diamati menggunakan Kolom Winogradsky. Struktur biofilm yang lebih kompleks dapat berbentuk empat dimensi (x,y,z, dan waktu) dengan agregat sel, pori-pori, dan saluran penghubung. Tergantung dari kondisi lingkungannya, biofilm dapat menjadi sangat besar dan tebal sehingga dapat dilihat dengan mata telanjang contohnya pada lingkungan air laut dapat terbentuk stromatolit.Struktur dan ukuran biofilm sangat bergantung pada konsentrasi substrat (Rigent et al. 1999).
Gambar 4 Pembentukan biofilm (Rigent et al. 1999)
Komunikasi antar sel penting bagi perkembangan dan pemeliharaan biofilm.Pelekatan suatu sel pada suatu permukaan adalah hasil dari sinyal untuk mengekspresikan gen-gen pembentuk biofilm.Gen-gen ini mengkodekan proteinprotein untuk mensitensis sinyal komunikasi antarsel dan memulai pembentukan polisakarida. Pada bakteri gram negatif seperti Pseudomonas aeruginosa, molekul sinyal yang utama adalah komponen yang disebut homoserin lakton yang berfungsi sebgai agen kemostatik untuk mengumpulkan sel-sel P. aeruginosa yang berdekatan (melalui mekanisme quorum sensing) dan membentuk biofilm. Ada 5 tahap pembentukan biofilm yaitu: 1. Pelekatan awal: mikroba melekat pada permukaan suatu benda dan dapat diperantarai oleh fili (rambut halus sel) contohnya pada P.aeruginosa. 2. Pelekatan permanen: mikroba melekat dengan bantuan eksopolisakarida (EPS). 3. Maturasi I: proses pematangan biofilm tahap awal.
4. Maturasi II: proses pematangan biofilm tahap akhir, mikroba siap untuk menyebar. 5. Dispersi: Sebagian bakteri akan menyebar dan berkolonisasi di tempat lain (Stoodley et al. 1999). Alasan bakteri membentuk biofilm adalah karena daya tahan hidup/sintasan (survival) meningkat dan pertumbuhan menjadi lebih baik (Wimpenny dan Colasanti 1997). Setidaknya ada empat alasan yang mendasari hal tersebut: 1. Pertahanan Biofilm berfungsi sebagai mekanisme pertahanan bagi bakteri dengan cara meningkatkan resistensi terhadap gaya fisik yang dapat menyapu bersih selsel yang tidak menempel, fagositosis oleh sel-sel sistem imun (kekebalan) tubuh, dan penetrasi dari senyawa beracun seperti antibiotik. Bakteri di dalam biofilm lebih resisten 10-1.000 kali dibandingkan bila tidak di dalam biofilm. 2. Pelekatan pada relung Dengan menggunakan biofilm, bakteri dapat melekat pada permukaan yang kaya akan nutrisi seperti jaringan sel hewan, atau permukaan substrat pada sistem yang mengalir contohnya permukaan batu di dalam aliran air. 3. Kolonisasi Pembentukan biofilm membantu sel-sel bakteri untuk hidup berdekatan dan membentuk koloni.Contohnya adalah Pseudomonas aeruginosa yang berkoloni dengan biofilm sehingga memfasilitasi komunikasi antar sel dengan molekul sinyal, dan meningkatkan peluang pertukaran materi genetik. Di alam, biofilm adalah cara hidup alami bagi beberapa bakteri tertentu dengan alasan terbatasnya nutrisi, tidak seperti medium buatan yang kaya akan nutrisi bagi bakteri. Tabel 2 Jenis bakteri pembentuk biofilm pada air dan limbah cair Bakteri gram positif
Bakteri gram negatif
Mikroorganisme lain
Corynebacterium spp.
Acinetobacter spp.
Candida spp.
Enterococcus spp.
Escherichia coli
Candida albicans
Staphylococcus aureus
Pseudomonas aeruginosa Candida tropicalis
Streptococcus pneumoniae Serratia marcescens
Mycobacterium chelonae
4. Pengolahan limbah Pemanfaatan biofilm untuk mengolah limbah sudah diaplikasikan saat ini contohnya untuk mengolah limbah cair.Pada biofilm di fasilitas pengolahan limbah cair, terdapat berbagai macam mikroba yang dapat menguraikan senyawa-senyawa baik organik maupun inorganik pada limbah .Misalnya saja bakteri pengoksidasi sulfur (S) yang berperan untuk mendaur ulang sulfur, lalu bakteri pengikat Uranium (U) yaitu Desulfovibrio desulfuricans.Alat yang digunakan untuk mengolah limbah dengan biofilm berupa bioreaktor yang memiliki biofilm contohnya sequencing batch biofilm reactor (SBBR).
2.2.12 Media pada Fixed Bed Reaktor 2.2.12.1 Batu Apung Batu Apung Batu apung (pumice) adalah jenis batuan yang berwarna terang, mengandung buih yang terbuat dari gelembung berdinding gelas, dan biasanya disebut juga sebagai batuan gelas volkanik silikat. Batuan ini terbentuk dari magma asam oleh aksi letusan gunung api yang mengeluarkan materialnya ke udara, kemudian mengalami transportasi secara horizontal dan terakumulasi sebagai batuan piroklastik. Batu apung mempunyai sifat vesicular yang tinggi, mengandung jumlah sel yang banyak (berstruktur selular) akibat ekspansi buih gas alam yang terkandung di dalamnya, dan pada umumnya terdapat sebagai bahan lepas atau fragmen-fragmen dalam breksi gunung api (Fauzi2010). Menurut Dinas Pertambangan dan Energi Propinsi Sumatera Utara (2009) komposisi kimia dari batu apung adalah sebagai berikut : CaO = 2.86%, MgO = 2.57%, Al2O3 = 17.59%, SiO2 = 60.56%, Fe2O3 = 4.08%. Batu apung ini mempunyai sifat hydraulis. Pumice berwarna putih abu-abu, kekuningan sampai merah, tekstur vesikuler dengan ukuran lubang yang bervariasi tidak
struktur
baik
berhubungan
skorious
dengan
satu lubang
sama yang
lain
terorientasi.
atau Kadang-
kadang lubang tersebut terisi oleh zeolit atau kalsit. Batuan ini tahan terhadap pembekuan embun (frost), tidak begitu higroskopis (mengisap air).Mempunyai sifat pengantar panas yang rendah dan kekuatan tekan antara 30-20 kg/cm2(Wesley 2001).
2.2.12.2 Media Biakan Kemasan Plastik Tipe Sarang Tawon Faktor yang mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme pada media biakan (penyangga) adalah kecepatan aliran bentuk, jenis dan konfigurasi media. Media biakan yang baik harus mempunyai beberapa syarat antara lain : 1. Luas permukaan besar 2. Tidak bersifat racun (toksik) terhadap mikroorganisme 3. Sifat fisika dan kimia stabil 4. Celah difusi udara dapat dilewati oleh lapisan biofilm yang mati dan terlepas. Media yang digunakan dapat berupa kerikil, batu pecah (split), media plastik (polivinil klorida), dan partikel karbon aktif dan lainnya. Media yang sering digunakan pada proses biologis khususnya biofilter adalah media plastik tipe sarang tawon. Kelebihan media plastik tipe sarang tawon ini antara lain : 1. Luas permukaan per satuan volume (luas spesifik) besar antara 85-226 m2/m3 2. Volume rongga besar (±95%) sehingga resiko kebuntuan kecil 3. Ringan, mudah diaplikasikan dan dapat disusun sampai ketinggian 10 m. Di dalam reaksi biofilter, mikroorganisme tumbuh melapisi keseluruhan permukaan media dan pada saat beroperasi air mengalir melalui celah-celah media kemudian kontak dengan lapisan mikroba (biofilm). Proses awal pertumbuhan mikroba dan pembentukan lapisan film pada media membutuhkan waktu 14-60 hari, yang dikenal dengan proses pematangan (Watten 2006). Pada awalnya tingkat efisiensi penyisihan sangat rendah yang kemudian akan mengalami peningkatan setelah terbentuknya lapisan film biologis. Mekanisme perpindahan masa yang terjadi pada permukaan media dinyatakan sebagai berikut : 1. Difusi substansi air (mengandung polutan) ke dalam masa mikroba yang melapisi media 2. Reaksi peruraian bahan organik maupun anorganik oleh mikroba 3. Difusi hasil penguraian ke luar dari badan air yang mengandung polutan.
2.3 Kerangka Pemikiran Sejalan dengan pertambahan jumlah penduduk, air baku mengalami penurunan kualitas sehingga sumber air baku berupa air sungai di beberapa
tempat sudah tidak memenuhi kriteria mutu air baku. Penurunan kualitas air baku menyebabkan pemakaian bahan kimia untuk proses koagulasi meningkat sehingga biaya pengolahan semakin mahal. Zat pencemar yang berasal dari limbah domestik maupun industri seperti organik, amonia, nitrit dan nitrat dapat direduksi dengan proses biologis. Penerapan perlakuan pendahuluan air baku menggunakan teknologi fixed bed reactordengan beberapa media yang diberikan berupa media batu apung,plastik komersil dan plastik AMDK diharapkan dapat mereduksi zat pencemar, sehingga kualitas air baku meningkat dan pemakaian bahan kimia dapat ditekan sehingga biaya operasional lebih murah. Indikator keberhasilan pada teknologi fixed bed reactoryang dilakukan ini dapat ditentukan dengan cara melihat efisiensi reduksi polutan, kecepatan reduksi polutan yang berkaitan dengan waktu tinggal hidrolik yang paling singkat namun efisiensi penyisihan zat pencemarnya tinggi, serta kualitas hasil air olahan dilihat dari beberapa parameter yang diamati. Berdasarkan uraian kerangka pemikiran di atas kemudian dirumuskan dalam bentuk diagram alir seperti disajikan dalam Gambar4.
Limbah industri
Limbah pertanian, peternakan, perikanan, dll.
Pencemaran Air sungai
Penerapan Fixed bed reactor
-kualitas air olahan meningkat -biaya pengolahan turun
Gambar5 Bagan kerangka pemikiran
Limbah domestik
3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilakukan di Water Treatment Plant (WTP) sungai Cihideung milik Institut Pertanian Bogor (IPB) kabupaten Bogor, Jawa Barat.Analisa laboratorium
dilakukan
di
Laboratorium
TML
(Teknologi
Manajemen
Lingkungan) Departemen Teknologi Industri Pertanian IPB.Penelitian dimulai pada bulan November 2011 hingga Maret 2012.
3.2 Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini dapat dibagi menjadi bahan-bahan dalam fixed bed reactor, jar test dan bahan untuk analisa sampel. Bahan utama berupa air sungai, air sungai yang digunakan dalam penelitian ini yaitu air dari aliran sungai Cihideung. Dalam jar test dibutuhkan air sungai yang memiliki tingkat kekeruhan berbeda-beda serta PAC (Poly Alumunium Chloride). Kemudian bahan yang diperlukan untuk analisis antara lain yaitu amonium molybdate, SnCl2, Asam borat, H2SO4 0.02 N, NaOH 6 N, NaCl, H2SO4 pekat, asam oksalat 0.01 N, H2SO4 8 N, dan aquades. Peralatan utama yang terdiri dari fixed bed reactor, media penyangga dari plastik tipe sarang tawon, plastik bekas AMDK, dan batu apung, terdapat pompa sirkulasi, pompa aerasi, keran pengatur, sistem kelistrikan dan sistem perpipaan dirakit selanjutnya diletakkan pada tempat dekat dengan pipa intake, sebelum instalasi pengolahan air. Peralatan pembantu yang terdiri dari alat sampling dan alat pengukur DO, suhu dan pH. Peralatan laboratorium dipersiapkan di Laboratorium Teknik dan Manajemen Lingkungan TIN-IPB. Alat-alat tersebut untuk membantu analisis antara lain yaitu spektrofotometer, timbangan, pH meter, hot plate, buret, dan Kjeldahl. Dalam mengambil sample juga dibutuhkan alat berupa drum pengangkut. Untuk menguji hubungan antara hasil (efluent dari fixed bed reactor) pada setiap perlakuan dengan penggunaan PAC optimum digunakan jar test dengan enam baker glass dalam sekali runing.
3.3 Metode Penelitian 3.3.1Start-up Reaktor Start-up reaktor dilakukan dengan cara mengalirkan air baku secara kontinyu ke dalam reaktor melalui media sampai terbentuk lapisan biofilm yang melekat pada media dengan WTH 4 jamselama 29 hari. Indikasi keberhasilan start-up reaktor adalah terbentuknya biofilm yang melekat pada media dan penyisihan organik. Pengamatan dilakukan secara visual berupa TSS, warna dan kekeruhan serta menganalisa nilai COD, nitrat, amoniumsampai diperoleh efisiensi penyisihan stabil (kondisi steady state). Modelfixed bed reactor yang digunakan dalam penelitian ini terbuat dari bahan FRP (fiberglass reinforce plastic)dengan media penyangga berupa plastik tipe sarang tawon, plastik bekas AMDK dan batu apung seperti diperlihatkan pada Gambar 5 dan 6.
Keterangan : a : aerator b : sirkulator c : kran keluar d :kran
Gambar6SkemaUp flow fixed bed reactor
(a)
(b)
(c)
Gambar7 Media penyangga plastik tipe sarang tawon (a), plastik AMDK (b) dan batu apung (c) pada up flow fixed bed reactor Total volume reaktor adalah 130 liter, sedangkan volume kerja yang digunakan adalah total air dan media sebesar 120.63 liter dengan dimensi diameter tabung tengah 48.5 cm dan tinggi 25 cm serta diameter tabung bawah 38.5 cm dan tinggi 64 cm. Ketiga reaktor ini dirancang dengan tinggi media yang sama yaitu sebesar 25 cm dan dilengkapi dengan pompa aerasi dan pompa sirkulasi dengan tinggi 20 cm.Media plastik tipe sarang tawon yang digunakan terbuat dari bahan plastik transparan dengan ukuran modul 30x30x25 cm, luas permukaan 226 m2/m3, porositas 98% dan total volume media yang digunakan adalah 68.65 liter.Media plastik AMDK yang digunakan sebelumnya dipotongpotong dengan ukuran 5 cm sebanyak 66.68 liter, sedangkan batu apung yang digunakan berukuran kurang lebih diameter 5 cm sebanyak 51.2 liter. Suplai udara diberikan oleh pompa aerator dengan kapasitas 3 liter/menit. Reaktor ini juga dilengkapi dengan lubang inlet dan lubang outlet yang terletak pada kedua sisi
reaktor.Reaktor
dari
drum
tersebut
dirancang dengan
pipa
yang
menghubungkan ke air sungai. Fixed bed reactorini beroperasi secara up flow yaitu aliran mengalir dari bawah ke atas. Pengaturan laju alir dilakukan dengan pengaturan putara keran sampai menunjukkan debit sesuai dengan waktu tinggal hidrolik seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.
Tabel 3 Debit air baku sesuai waktu tinggal hidrolik No.
WTH (Jam)
Debit air (liter/menit)
1
1
1.68
2
2
0.84
3
3
0.56
4
4
0.42
3.3.2 Pelaksanaan Penelitian Air baku diambil dari pipa utama intake WTP IPB dialirkan ke dalam reaktor melalui keran pengatur untuk mengatur laju alir sesuai dengan variabel WTH yang ditentukan. Air baku masuk ke dalam drum penampung dari atas ke bawah selanjutnya masuk ke dalam unggun media sarang tawon dari bawah ke atas (up flow). Selama reaktor bekerja diberikan udara menggunakan pompa aerasi dan sebagian air disirkulasi dengan pompa sirkulasi secara terus menerus. Dalam penelitian ini dilakukan variasi WTH dari 1, 2, 3 dan 4 jam. Sampel diambil dan dilakukan analisa laboratorium dari masing masing WTH baik titik masuk (air baku) maupun titik keluar (air olahan) untuk mendapatkan data efisiensi penyisihan organik, amonium, deterjen dan TSS. WTH terbaik diambil dengan cara memilih WTH terendah namun efisiensi penyisihan zat tinggi. Pengambilan sampel pertama dilakukan untuk identifikasi air baku. Selanjutnnya yang kedua sampel diambil secara berkala sampai bioreaktor telah mencapai kondisi stabil. Penentuan kondisi stabil dilakukan dengan mengukur konsentrasi zat organik seperti COD, nitrat dan amonium pada saat start-up reaktorterhadap waktu pada masing-masing titik sampling. Pengambilan sampel yang ketiga yaitu pada saat pelaksanaan percobaan inti yaitu setiap hari pukul 08.00 – 09.00 (disesuaikan dengan WTH) pada masing-masing titik sampling yaitu titik masuk (air baku) dan titik keluar (hasil pengolahan). Sampel yang diambil langsung dianalisa laboratorium pada saat itu juga. Parameter-parameter yang diukur pada penelitian ini adalah konsentrasi senyawa organik yaitu COD, senyawa anorganik (amonium dan nitrat), selain itu dianalisis pula sifat fisik air seperti TSS (Total Suspended Solid), tingkat kekeruhan, warna dan pH. Tahap selanjutnya dilakukan uji jar test untuk menentukan jumlah
koagulan PAC (Poly Aluminium Choride) optimum pada air baku dengan tingkat kekeruhan dan TSS yang berbeda. Sampel berupa air sungai sebanyak 500 ml dimasukkan ke dalam enam baker glass. Satu baker glass dijadikan kontrol, dan lima baker glass lainnya ditambahkan PAC dengan volume yang berbeda-beda. Uji jar test dilakukan selama 30 menit dan diaduk dengan kecepatan 45 rpm, setelah diaduk sampel yang diberi perlakuan tersebut didiamkan selama 30 menit. Hasil uji jar test ini dibandingkan dengan hasil pengolahan air baku di fixed bed reactor. Diagram alir tahapan penelitian dapat dilihat pada Gambar 7.
Persiapan alat dan bahan
Start-up reaktor
Pelaksanaan percobaan
Variasi WTH 4, 3, 2 dan 1 jam
Sampling dan analisa laboratorium
Analisis dan pengolahan data
Laporan penelitian
Gambar8Diagram Alir Penelitian
4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Air Baku Aliran Sungai Cihideung Sumber air baku yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan air bersih di Institut Pertanian Bogor diambil dari dua aliran sungai yaitu sungai Cihideung dan sungai Ciapus. Kedua sumber air baku tersebut diolah terlebih dahulu di Water Treatment Plan milik IPB. Pada penelitian ini sampel air baku yang digunakan berasal dari sungai Cihideung.Laju alir produksi air bersih di setiap unit WTP Cihideung sekitar12.5 L/ detik, namun bila tingkat kekeruhan air baku meningkat terlalu tinggi maka laju alir produksi menjadi terganggu.Lokasi WTP seperti ditunjukkan pada Gambar 8. x
Perumahan rakyat, perkebunan dan persawahan
w
Perumahan rakyat, perkebunan dan persawahan
Gambar 9Lokasi WTP IPB Darmaga
Penelitian ini dilakukan pada musim hujan dengan kondisi iklim di kota Bogor suhu rata-rata 26oC dengan suhu terendah 21.8oC dan suhu tertinggi 30.4oC serta kelembaban udara 70% dan curah hujan rata-rata 3500 – 4000 mm. Hasil analisa air baku WTP IPB yaitu air sungai Cihideung, menunjukkan sifat fisik seperti TSS rata dalam air baku sebesar 69.29 mg/L, warna 232.97 PtCo, kekeruhan 42.97 FTU serta konsentrasi senyawa organik (COD) rata-rata
245mg/L, amonium 3.09 mg/L, dan nitrat 3.596 mg/Lserta pH yang berkisar antara 4.5-6.9. Berdasarkan hasil penelitian, tingkat kekeruhan dan TSS pada saat hujan lebih tinggi dibandingkan saat cerah. Kondisi ini diakibatkan pada saat hujan endapan di sekitar air berlonjak ke atas dan kotoran-kotoran di sekitar sungai ikut terbawa arus sehingga tingkat kekeruhan sangat tinggi begitu pula dengan TSS dan warna pada air baku. Oleh karena itu, pada saat hujan kebutuhan koagulan untuk mengendapkan atau menyisihkan padatan terlarut dan tidak terlarut semakin meningkat. Variasi kondisi air baku sungai Cihideung pada bulan Januari hingga Maret 2012 untuk TSS berkisarantara 68-246 mg/L, warna berkisar antara 144-1100 PtCo, kekeruhan berkisarantara 41-300 FTU, COD berkisar antara 124-224 mg/L, nitrat berkisar 3,1-5,8 mg/L dan amonium berkisar antara 3,1-6,8 mg/L.
4.2 Start-up Reaktor Start-up reaktor dilakukan pada 3 unit reaktor yang mempunyai ukuran dan desain yang identik. Kondisi operasi reaktor selama start-up dilakukan pada suhu ruang dan pH 6.8-7.4. Mikroorganisme pengurai dibiarkan tumbuh secara alami yaitu dengan cara mengalirkan air baku secara terus menerus ke dalam fixed bed reactoryang telah diisi media sampai terbentuk lapisan biofilm yang melekat pada permukaan media tersebut. Proses pertumbuhan mikroorganisme ini didukung dengan suplai udara 3 liter/menit secara terus menerus, dengan demikian air baku akan kontak dengan mikroorganisme yang tersuspensi di dalam air maupun yang menempel pada permukaan media, sehingga terjadi penguraian senyawa organik (Widayat 2010). Sistem ini dilakukan dengan tujuan untuk proses aklimatisasi mikroorganisme.
Aklimatisasiadalah
suatu
proses
menumbuhkan
dan
mengadaptasikan mikroorganisme pada media yang ada dimana mikroorganisme tersebut yang nantinya akan berperan dalam mendegradasi bahan-bahan organik dan anorganik. Mikroorganisme tersebut dapat tumbuh atau melekat pada media hingga membentuk lapisan berupa biofilm karena di dalam air sungai terkandung unsur-unsur
atau
substrat
yang
dibutuhkan
untuk
pertumbuhan
dan
perkembangbiakan mikroorganisme seperti unsur N dari amonium dan unsur P dari senyawa fosfat.
Selama proses start-up dialirkan umpan air sungai sebanyak 0.42 liter/menit dan diresirkulasi yang bertujuan untuk menaikkan dan menahan pertumbuhan biofilm. Dengan adanya suplai oksigen yang cukup serta laju alir yang kecil menyebabkan pembentukan biofilm pada media biofilter. Hasil selama proses start-updi analisis konsentrasi amonium, nitrat dan nilai COD. Proses start-up dilakukan hingga tercapai keadaan tunak (steady state).Pada hari pertama hingga hari ke-16 terjadi penurunan konsentrasi amonium pada ketiga reaktor. Penurunan konsentrasi amonium ini masih bersifat fluktuatif dimana nilainya berkisar antara 0.3-1.8 mg/L. Hal ini disebabkan oleh mikroorganisme yang ada masih beradaptasi dengan lingkungannya yang baru sehingga proses penguraian senyawa amonium belum berjalan dengan baik ditandai dengan lapisan biofilmyang terbentuk masih tipis. Pada hari ke 18 hingga hari ke-29konsentrasi amonium pada air olahan sudah mencapai kondisi tunak (steady state) dimana nilainya berada di titik 0,3 mg/L. Pada fase ini disebut proses pematangan dan setelah mencapai kondisi stabil disimpulkan mikroorganisme pengurai telah tumbuh dan bekerja dengan baik (Winkler 1981). Widayat (2010) melakukan aklimatisasi pada air sungai dengan WTH 8 jam selama dua minggu. Aklimatisasi yang dilakukan lebih cepat karena dipengaruhi oleh WTH yang lebih lama. Bakteri yang berperan pada proses ini adalah jenis bakteri Nitrosomonas (Widayat 2010). Hasil pengujian amonium masing-masing reaktor selama proses start-up reaktor ditunjukkan pada Gambar10.
Konsentrasi NH4+ (mg/L)
6
Influen Efluen R1 (media plastik tipe sarang tawon) Efluen R2 (media plastik amdk) Efluen R3 (media batu apung)
4
2
0 0
5
10
15 Waktu (hari)
20
25
Gambar10Konsentrasi amonium selama proses start-up reaktor.
30
Konsentrasi amonium (NH4+) dan nitrat (NO3-) akan berbanding terbalik selama proses nitrifikasi dalam fixed bed reactor. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa mikroorganisme membutuhkan unsur-unsur seperti N dari amonium dan P dari senyawa fosfat yang ada dalam air sungai untuk tumbuh dan berkembang biak. Ammoniak akan berubah menjadi amonium didalam air sesuai dengan persamaan reaksi NH3 + H2O
NH4 + O2(Liet al.2010). Pada proses
nitrifikasi dengan bantuan mikroorganisme amonium akan berubah menjadi nitrit dan kemudian menjadi nitrat, berikut ini adalah tahapan dari nitirfikasi yang dapat dibagi ke dalam dua tahapan, yaitu: 1. Tahap nitritasi, merupakan tahap oksidasi ion amonium (NH4+) menjadi ion nitrit (NO2-) oleh bakteri Nitrosomonas, melalui reaksi berikut ini: NH4+ + 1 ½ O2NO2- + H2O + 2,75 KJ 2. Tahap nitrasi merupakan tahap oksidasi ion nitrit menjadi ion nitrat (NO3-) oleh bakteri Nitrobacter dengan melalui reaksi berikut ini: NO2- + 1 ½ O2NO3- + 75 KJ Secara keseluruhan proses nitrifikasi adalah sebagai berikut: NH4+ + 2O2NO3- +2 H- + H2O Penurunan konsentrasi amonium diikuti oleh peningkatan konsentrasi nitrat terjadi selama proses start-up. Peningkatan konsentrasi nitrat pada masing-masing reaktor menunjukkan kerja bakteri pada proses nitrifikasi berjalan dengan cukup baik seperti ditunjukkan pada Gambar 11. 7
Konsentrasi NO3- (mg/L)
6 5 4 3 2
Influen Efluen R1 (media plastik tipe sarang tawon) Efluen R2 (media plastik amdk) Efluen R3 (media batu apung)
1 0 0
5
10
15 Waktu (hari)
20
25
Gambar 11Konsentrasi nitrat selama start-up reaktor.
30
Dari Gambar 11 dapat dilihat peningkatan konsentrasi nitrat yang terjadi pada masing-masing reaktor. Konsentrasi nitrat influen berada di bawah nilai 4 mg/L, sedangkan masing-masing reaktor memiliki influen lebih dari nilai tersebut. Efluen R1 memperlihatkan nilai yang cukup tinggi di awal dan berfluktuasi hingga hari ke-16. Efluen R2 dan R3 rata-rata memiliki nilai yang tidak jauh berbeda yaitu kisaran 4.05-5 mg/L. Pada hari ke-18, ketiga reaktor berada pada nilai yang hampir sama dan sudah mencapai kondisi yang stabil hingga hari ke29. Peningkatan konsentrasi nitrat ini terjadi karena adanya proses nitrifikasi dimana senyawa seperti nitrogen amonium akan dirubah menjadi nitrit dan nitrat dan pada kondisi anaerobik nitrat yang terbentuk akan mengalami proses denitrifikasi menjadi gas nitrogen yang lepas ke udara. Oleh karena itu, senyawa amonium akan turun dan nitrat akan meningkat. Mikroorganisme merupakan faktor penting pada proses biologis, baik dalam penyisihan zat organik maupun dalam proses nitrifikasi. Berdasarkan penelitian Widayat (2010) bakteri Basilus subtilis, Clostridium, dan Proteus sp diidentifikasi sebagai pengurai senyawa organik, sedangkan pengurai amonium dalam proses nitrifikasi adalahNitrosomonas dan Nitrobacter. Mikroorganisme tersebut membutuhkan oksigen untuk menunjang aktifitasnya. Salah satu variabel kontrol agar terjadi degradasi senyawa organik adalah oksigen terlarut (DO/ Dissolve Oxigen). Proses degradasi akan berjalan dengan baik apabila DO air di dalam fixed bed reactor>1 mg/L (Widayat 2010). Pada akhir proses start-updilakukan pengujian konsentrasi DO pada masing-masing fixed bed reactorberaerasi ini yaitu R1 mencapai 6.35mg/L, R2 sebanyak 6.3 mg/L dan R3 sebanyak 6.32 mg/L. Hal ini menandakan bahwa proses degradasi terjadi di dalam ketiga fixed bed reactortersebut berjalan dengan baik. Proses degradasi yang terjadi ditandai dengan penurunan nilai COD. Prosesstart-up dilakukan hingga tercapai keadaan tunak(steady state), yaitu nilai COD dengan fluktuasi 10% (Ahmad 2003). Pada tahap start-up, influen yang masuk berada pada kisaran 180-230 mg/L. Nilai COD yang tinggi tersebut digunakan untuk meningkatkan konsentrasi biomassa dan mempertahankan pertumbuhan biofilm pada ketiga media yang ada. Penurunan nilai COD selama proses start-up ini seperti ditunjukkan pada Gambar 12.
300
Influen Effluen R1 (media plastik tipe sarang tawon) Effluen R2 (media plastik amdk) Effluen R3 (media batu apung)
COD (mg/L)
250 200 150 100 50 0 0
5
10
15 Waktu (hari)
20
25
30
Gambar 12Nilai COD selama proses start-up reaktor.
Gambar 12 menunjukkan perubahan nilai COD cenderung menurun dan sedikit berfluktuasi. Menurut (Martinov et al. 2010) bahwa selama masa start-up, reaktor aerob akan tetap dalam keadaan non tunak sampai biofilm berkembang secara penuh. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa pada awal masa start-up, reaktor masih dalam kondisi non tunak diperlihatkan dengan menurunnya dan berfluktuasinya konsentrasi COD mulai dari hari pertama hingga hari ke-16. Setelah hari ke-18, fluktuasi konsentrasi COD relatif sangat kecil dan memperlihatkan kestabilan. Menurunnya nilai COD pada tahap start-up dari kisaran 200-230 mg/L menjadi 47-50 mg/L terjadi dalam waktu 18 hari. Penurunan ini membuktikan bahwa pembentukan lapisan mikroorganisme pada media plastik tipe sarang tawon, media plastik AMDK dan media batu apung berlangsung diikuti dengan degradasi senyawa-senyawa organik. Pendegradasian tersebut akan berpengaruh terhadap nilai COD yang dihasilkan, berarti jika nilai COD rendah menunjukkan kandungan senyawa organik di dalam air olahan akan rendah juga. Proses dapat dikatakan telah selesai apabila kondisi tunak (steady state) telah tercapai yakni nilai COD menunjukkan fluktuasi 10%. Hasil pengamatan menunjukkan pada hari ke-18 hingga hari ke-29, fluktuasi kurang dari 10%, oleh karena itu kondisi dinyatakan tunak (steady state). Kondisi steady state untuk COD yang didapatkan oleh Widayat (2010) adalah pada hari ke 14. Hal ini dikarenakan WTH yang digunakan lebih lama yaitu 8 jam menyebabkan
kontak antara mikroba pada biofilm dengan substrat pada influen lebih sering dan lebih lama. Akibatnya kondisi steady state lebih cepat didapatkan. Jenis bakteri yang berperan pada proses degradasi COD adalah jenis protozoa, Lactobacillus, Bacillus, Acinetobacter sp, Sacharomyces (Metcalf dan Eddy 2003). 4.3 Perubahan Waktu Tinggal Hidrolik Setelah biofilm pada media plastik sarang tawon, media plastik AMDK dan media batu apung terbentuk maka mikroorganisme yang berperan dalam proses degradasi senyawa organik ini diduga tumbuh. Selanjutnya dilakukan pengamatan pada dinamika perubahan nilai parameter COD terhadap perubahan waktu tinggal hidrolik. Pengaturan laju alir influen dilakukan untuk memperoleh waktu tinggal hidrolik yang diinginkan yaitu 4 jam, 3 jam, 2 jam dan 1 jam. Pada WTH 4 jam, pengukuran dilakukan setiap setengah jam hingga jam ke-4. Setelah itu pengukuran dilakukan setiap 4 jam sekali. Pada WTH 3 jam, pengukuran dilakukan setiap setengah jam hingga jam ketiga selanjutnya pengukuran dilakukan 3 jam sekali. Untuk WTH 2 jam, pengukuran setengah jam sekali dilakukan hingga jam ke-2 dan selanjutnya dilakukan pengukuran sebanyak 2 jam sekali. Begitu juga dengan WTH 1 jam, dimana pengukuran setengah jam dilakukan hingga jam ke-1, setelah itu dillakukan pengukuran sebanyak 1 jam sekali. Dinamika perubahan WTH terhadap COD seperti ditunjukkan pada Gambar 13. Gambar 13 menunjukkan pada WTH 4 jam, nilai COD di R1 mengalami penurunan sampai keadaan tunak sebesar 48-51 mg/L, R2 sebesar 45-46 mg/Ldan R3 sebesar 52-54 mg/L. Ketiga media tersebut mencapai kondisi tunak dengan waktu 32 jam. Pada WTH 3 jam, nilai COD di R1 mengalami penurunan sampai keadaan tunak sebesar 65-67 mg/L, R2 sebesar 60-62 mg/Ldan R3 sebesar 65-69 mg/L. Ketiga media tersebut mencapai kondisi tunak dengan waktu 24 jam. Pada WTH 2 jam, nilai COD di R1 mengalami penurunan sampai keadaan tunak sebesar 76-79 mg/L, R2 sebesar 72-75 mg/Ldan R3 sebesar 77-80 mg/L. Ketiga reaktor tersebut mencapai kondisi tunak dengan waktu kurang dari 24 jam.
44
250
WTH 4 jam
WTH 3 jam
WTH 1jam
WTH 2 jam
COD (mg/l)
200
150
100
50
0 0
20
40
60 waktu operasi (jam)
influen Reaktor dengan media plastik amdk
80
100
120
Reaktor dengan media plastik tipe sarang tawon Reaktor dengan media batu apung
Gambar 13 Dinamika perubahan WTH terhadap COD
140
45
Pada WTH 1 jam, nilai COD di R1 mengalami penurunan sampai keadaan tunak sebesar 83-87 mg/L, R2 sebesar 80-84 mg/Ldan R3 sebesar 83-89 mg/L. Ketiga media tersebut mencapai kondisi tunak dengan waktu 8 jam. Adanya fluktuasi atau kondisi dinamik ini disebabkan oleh perubahan laju alir yang masuk menyebabkan sistem bekerja ulang. Pada saat dilakukan pengukuran, efluen yang diukur belum mewakili efluen WTH 4 jam yang sebenarnya. Hal ini dikarenakan, efluen yang keluar belum sepenuhnya diolah dengan waktu tinggal hidrolik selama 4 jam. Nilai COD selama perubahan WTH pada masing-masing reaktor menunjukkan kecenderungan menurun dan berfluktuasi. Adanya beban organik yang berfluktuasi juga mempengaruhi konsentrasi COD di dalam sistem. Hal ini dapat terjadi karena jika terdapat peningkatan beban organik menimbulkan peningkatan kandungan atau senyawa-senyawa organik yang terukur sebagai COD yang ada di dalam air.
4.4 Pengaruh WTH Terhadap Penyisihan Organik, Amonium, Total Solid Suspended (TSS) dan Kekeruhan Setelah terbentuk biofilm pada media dan telah mencapai kondisi stabil, debit air masuk kemudian diatur agar mendapatkan WTH 4 jam, selanjutnya dilakukan dengan cara yang sama, WTH diatur 1-3 jam secara berurutan sampai WTH terakhir 1 jam. Tahapan ini dilakukan untuk mengamati pengaruh waktu tinggal hidrolik air sungai terhadap kualitas air baku tersebut dalam fixed bed reactor. Rata-rata penyisihan senyawa organik, amonium, TSS dan kekeruhan diambil setelah kondisi proses telah mencapai kondisi steady state.
4.4.1
Pengaruh WTH Terhadap Penyisihan Bahan Organik Zat organik dapat disisihkan secara biologi, yang dipengaruhi oleh beberapa
variabel yaitu oksigen terlarut (DO), waktu kontak, jenis dan jumlah mikroorganisme pengurai (Bitton1994). Bakteri heterotrof memanfaatkan senyawa atau zat organik untuk dijadikan sumber energinya (Liao et al. 2001). Pada penelitian ini senyawa yang mewakili adanya kandungan bahan organik di air diukur sebagaiCOD (Chemical Oxygen Demand). Menurut Metcalf dan Eddy (2003) bakteri yang memanfaatkan substrat organik sebagai sumber energinya
46
adalah bakteri heterotrof. Pada awal pengkondisian WTH 4 jam, laju alir (debit) air baku diturunkan dari 1.68 liter/menit menjadi 0.42 liter/menit. Adanya kondisi ini mengakibatkan kembali terjadi perbedaan beban hidrolik dan kontak antara senyawa air baku dengan lapisan biofilm. Pada kondisi tersebut, mikroorganisme kembali beradaptasi namun kali ini tidak memerlukan waktu yang lama yaitu sekitar 28 jam dan menunjukkan kondisi steady state dimulai pada jam ke 32. Hal ini ditandai dengan nilai COD efluen dari masing-masing reaktor serta efisiensi penyisihan bahan organiknya masih bersifat fluktuatif untuk sementara waktu hingga jam ke 28. Selanjutnya pada jam ke 32 proses bakteri heterotrof menyesuaikan aktifitasnya sesuai dengan pembebanan zat. Penyisihan COD pada WTH 1-4 jam seperti ditunjukkan pada Gambar 14. Gambar 14 menunjukkan nilai COD masing-masing reaktor dipengaruhi oleh perubahan waktu tinggal hidrolik. Semakin tinggi WTH maka nilai COD semakin kecil. Data diperoleh dari merata-ratakan lima titik yang sudah steady state.Pada grafik ini, error bartidak bisa terlihat karena nilainya sangat kecil. Apabilaerror bar semakin kecil berarti variasi data juga kecil, sedangkan jika error bar semakin besar, maka variasi data juga besar. Error bar pada grafik menunjukkan bahwa variasi data sangat kecil yang berarti perbedaan data tidak signifikan atau tidak berbeda nyata.Pada WTH 1 jam, nilai COD rata-rata influen adalah 164 mg/L, sedangkan rata-rata nilai COD efluen pada R1 adalah 84.6 mg/L, R2 sebesar 81.8 mg/L dan R3 sebesar 85.6 mg/L. Pada WTH 2 jam, nilai COD rata-rata influen adalah 177 mg/L, sedangkan rata-rata nilai COD efluen pada R1 adalah 77.5 mg/L, R2 sebesar 73.5 mg/L dan R3 sebesar 78.5 mg/L. Pada WTH 3 jam, nilai COD rata-rata influen adalah 205 mg/L, sedangkan rata-rata nilai COD efluen pada R1 adalah 65.8 mg/L, R2 sebesar 60.6 mg/L dan R3 sebesar 67.2 mg/L. Pada WTH 4 jam, nilai COD rata-rata influen adalah 173 mg/L, sedangkan rata-rata nilai COD efluen pada R1 adalah 49 mg/L, R2 sebesar 45.4 mg/L dan R3 sebesar 52.8 mg/L. Waktu kontak antara air baku dengan lapisan biofilm sangat diperlukan oleh mikroorganisme untuk memanfaatkan zat organik dalam proses metabolisme (Widayat 2010). Oleh karena itu, semakin lama WTH maka semakin sedikit COD pada efluen. Selanjutnya dengan perubahan WTH menjadi 3 jam,
47
efisiensi penyisihan COD mengalami penurunan menjadi 68%. Setelah itu reaktor dioperasikan dengan menurunkan WTH dari 3 jam menjadi 2 jam. Efisiensi penyisihan rata-rata senyawa organik turun sampai 56%.
250
Effluen COD R1 Effluen COD R2 Effluen COD R3 Influen
COD (mg/l)
200
(a)
150 100 50
0 0
1
2
3
4
WTH (jam) 80 Efisiensi penyisihan COD (%)
70 60 50
(b)
Efisiensi R1 (%) Efisiensi R2 (%) Efisiensi R3 (%)
40 30 20 10 0 0
1
2 WTH (jam)
3
4
Gambar 14Penyisihan COD (a) dan efisiensi penyisihan COD dengan WTH 1-4 jam pada reaktor dengan media plastik tipe sarang tawon (R1), reaktor dengan media plastik AMDK ( R2), dan reaktor dengan media batu apung (R3) Penurunan efisiensi penyisihan senyawa organik juga terlihat pada reaktor kedua dengan media plastik AMDK (R2). Kondisi steady state tercapai setelah jam ke 32 dengan efisiensi penyisihan rata-rata sebesar 74%. Selanjutnya WTH
48
dirubah menjadi 3 jam. Efisiensi penyisihan rata-rata pada WTH 3 jam setelah mencapai steady stateturun menjadi 70%. Setelah itu reaktor dioperasikan dengan menurunkan WTH dari 3 jam menjadi 2 jam dan menghasilkan efisiensi penyisihan rata-rata senyawa organik turun sampai 59%. Pada saat WTH diturunkan dari 2 jam menjadi 1 jam, efisiensi penyisihan rata-rata senyawa organik mengalami penurunan menjadi 50%. Perubahan WTH juga mengakibatkan penurunan efisiensi senyawa organik pada reaktor ketiga yang berisi media batu apung (R3). Efisiensi penyisihan ratarata pada WTH 4 jam lebih kecil dibandingkan dengan reaktor pertama dan reaktor kedua yaitu hanya sebesar 69%.Selanjutnya WTH reaktor dirubah menjadi 3 jam, sehingga efisiensi penyisihan rata-rata turun menjadi 67%. Setelah itu WTH reaktor diturunkan menjadi 2 jam dan menghasilkan efisiensi penyisihan COD sebesar 56%. Efisiensi penyisihan rata-rata senyawa organik mengalami penurunan menjadi 48% pada WTH 1 jam.Efisiensi yang diperoleh sangat baik jika dibandingkan dengan perolehan hasil Nurhidayanti (2011) yang hanya mendapatkan efisiensi sebesar 30% pada WTH 3 jam.Waktu kontak yang sedikit kurang mencukupi mikroorganisme untuk melakukan penguraian senyawa organik, dan mengakibatkan efisiensi penyisihan senyawa organik mengalami penurunan.
4.4.2
Pengaruh WTH Terhadap Penyisihan Amonium Senyawa amonia akan menjadi amonium bila berada di dalam air. Amonium
akan berkurang akibat adanya proses nitrifikasi. Penurunan efisiensi penyisihan senyawa amonia sebanding dengan penurunan waktu tinggal hidrolik. Penurunan konsentrasi senyawa amonia di dalam sistem biofiltrasi menunjukkan telah terjadinya proses penguraian amonia pada saat terjadinya nitrifikasi. Menurut Wisjnuprapto (1995) penguraian amonia pada saat nitrifikasi dilakukan oleh mikroorganisma autotrof maupun heterotrof untuk mensintesa sel. Gambar 15 memperlihatkan konsentrasi amonium pada efluen masingmasing reaktor dipengaruhi oleh waktu tinggal hidrolik. Semakin tinggi WTH maka semakin kecil konsentrasi amoniumnya. Data diperoleh dari merata-ratakan lima titik yang sudah steady state.Error barmenunjukkan besarnya variasi dari
49
data-data yang ditampilkan. Apabila error bar semakin kecil berarti variasi data juga kecil, sedangkan jika error bar semakin besar, maka variasi data juga besar. Error bar pada grafik menunjukkan bahwa variasi data sangat kecil yang berarti perbedaan data tidak signifikan atau tidak berbeda nyata. Pada WTH 1 jam, konsentrasi amonium rata-rata influen adalah 4.4 mg/L, sedangkan rata-rata konsentrasi amonium efluen pada R1 adalah 3.4 mg/L, R2 dan R3 sebesar 3.3 mg/L. Pada WTH 2 jam, konsentrasi amonium rata-rata influen adalah 4.5 mg/L, sedangkan rata-rata konsentrasi amonium efluen pada R1 adalah 2.9 mg/L, R2 sebesar 2.8 mg/L dan R3 sebesar 2.9 mg/L. Pada Gambar 15 juga dapat dilihat bahwa penyisihan rata-rata konsentrasi amonium pada masing-masing reaktor terhadap WTH cenderung sama. Efisiensi penyisihan amonium ini mengalami peningkatan seiring dengan kenaikan waktu tinggal hidrolik di dalam reaktor, hal ini disebabkan semakin besar waktu kontak antara air baku dengan lapisan biomassa yang tumbuh di media, sehingga amonium yang terurai semakin besar. Efisiensi penyisihan rata-rata tertinggi pada reaktor dengan media plastik tipe sarang tawon (R1) didapat pada pengkondisian waktu tinggal hidrolik 4 jam yaitu sebesar 68%, diikuti dengan waktu tinggal hidrolik 3 jam sebesar 60%, kemudian waktu tinggal hidrolik 2 jam menghasilkan efisiensi penyisihan sebesar 37% dan paling rendah pada waktu tinggal hidrolik 1 jam sebesar 24%. Efisiensi penyisihan amonia pada waktu tinggal hidrolik antara 3 jam sampai dengan 4 jam masih tergolong tinggi ini disebabkan waktu kontak antara mikroba dengan air baku dan oksigen terlarut masih mencukupi untuk kebutuhan mikroba melakukan sintesa. Hasil yang diperoleh menunjukkan rata-rata efisiensi untuk WTH 4 jam hampir mendekati hasil yang diperoleh oleh Widayat (2010) sebesar 71%, sedangkan untuk WTH 1-3 jam lebih tinggi yaitu berturut-turut 44%, 65%, dan 68%. Hal ini diduga disebabkan oleh kemampuan organisme yang ada pada reaktor berkurang akibat tingginya beban organik yang masuk. Efisiensi penyisihan rata-rata tertinggi pada reaktor dengan media plastik AMDK didapat pada pengkondisian waktu tinggal hidrolik 4 jam yaitu sebesar 70%, diikuti dengan waktu tinggal hidrolik 3 jam sebesar 61%, kemudian waktu tinggal
50
hidrolik 2 jam menghasilkan efisiensi penyisihan sebesar 37% dan paling rendah pada waktu tinggal hidrolik 1 jam sebesar 24%.
Konsentrasi amonium (mg/l)
7
Effluen amonium R1 Effluen amonium R2 Effluen amonium R3 influen
6 5
(a)
4 3 2 1 0 0
1
2
3
4
WTH (jam)
Efisiensi penyisihan amonium (%)
80 70 60
(b)
50 Efisiensi R1 (%) Efisiensi R2 (%) Efisiensi R3 (%)
40 30 20 10 0 0
1
2
3
4
WTH (jam)
Gambar 15Penyisihan amonium(a) dan efisiensi penyisihan amonium dengan WTH 1-4 jam pada reaktor dengan media plastik tipe sarang tawon (R1), reaktor dengan media plastik AMDK ( R2), dan reaktor dengan media batu apung (R3) Efisiensi penyisihan rata-rata tertinggi pada reaktor dengan media batu apung(R3) didapat pada pengkondisian waktu tinggal hidrolik 4 jam yaitu sebesar 70%, diikuti dengan waktu tinggal hidrolik 3 jam sebesar 61%, kemudian waktu tinggal hidrolik 2 jam menghasilkan efisiensi penyisihan sebesar 36% dan paling
51
rendah pada waktu tinggal hidrolik 1 jam sebesar 25%. Efisiensi ini sangat baik jika dibandingkan dengan perolehan hasil yang dilakukan Nurhidayanti (2011) karena dari hasil pengujian yang dilakukannya tidak terlihat penyisihan parameter amonium yang terukur. Waktu kontak yang sedikit kurang mencukupi mikroorganisme
untuk
melakukan
penguraian
senyawa
organik,
dan
mengakibatkan efisiensi penyisihan senyawa organik mengalami penurunan. Pada saat yang bersamaan, penyisihan konsentrasi amonia di dalam air yang diakibatkan oleh adanya proses nitrifikasi di dalam bioreaktor menyebabkan terjadinya peningkatan konsentrasi nitrat. Proses nitrifikasi ini mengubah amonium menjadi nitrit dan kemudian dirubah menjadi nitrat. Peningkatanratarata konsentrasi nitrat pada masing-masing reaktor dengan WTH 1-4 jamditunjukkan seperti pada Gambar16. Gambar 16 memperlihatkan konsentrasi nitrat pada efluen masing-masing reaktor dipengaruhi oleh waktu tinggal hidrolik. Semakin tinggi WTH maka semakin besar konsentrasi nitratnya. Pada WTH 1 jam, konsentrasi nitrat rata-rata influen adalah 3.2 mg/L, sedangkan rata-rata konsentrasi nitrat efluen pada R1 adalah 3.3 mg/L, R2 sebesar 3.5 mg/L dan R3 sebesar 3.3 mg/L. Pada WTH 2 jam, konsentrasi nitrat rata-rata influen adalah 3.1 mg/L, sedangkan rata-rata konsentrasi nitrat efluen pada R1 adalah 3.6 mg/L, R2 sebesar 3.9 mg/L dan R3 sebesar 3.6 mg/L. Pada WTH 3 jamkonsentrasi nitrat rata-rata influen adalah 3.1 mg/L, sedangkan rata-rata konsentrasi nitrat efluen pada R1 adalah 3.7 mg/L, R2 sebesar 4.2 mg/L dan R3 sebesar 3.8 mg/L. Pada WTH 4 jam, konsentrasi nitrat rata-rata influen adalah 3.9 mg/L, sedangkan rata-rata konsentrasi nitrat efluen pada R1 adalah 4.8 mg/L, R2 sebesar 5.1 mg/L dan R3 sebesar 4.8 mg/L. Widayat (2010) mendapatkan peningkatan nitrat tertinggi pada WTH 4 jam sebesar 71% dan terendah pada WTH 1 jam sebesar 44%. Peningkatan konsentrasi nitrat ini dikarenakan perubahan debit air baku menjadi lebih sedikit dan waktu kontak antara air baku dengan lapisan biofilm semakin besar, sehingga waktu kontak yang tinggi mencukupi mikroorganisme untuk melakukan penguraian senyawa organik dan menyebabkankonsentrasi nitrat mengalami peningkatan.
52
6
Konsentrasi Nitrat (mg/l)
5 4
(a)
3 Effluen nitrat R1 Effluen nitrat R2 Effluen nitrat R3 influen
2 1 0 0
1
2
3
4
WTH (jam) 30
Peningkatan nitrat (%)
25 20
(b)
15 10 Efisiensi R1 (%) Efisiensi R2 (%) Efisiensi R3 (%)
5 0 0
1
2
3
4
WTH (jam)
Gambar 16Konsentrasi nitrat(a) dan peningkatan nitrat (b) dengan WTH 1-4 jam pada reaktordengan media plastik tipe sarang tawon (R1), reaktor dengan media plastik AMDK( R2), dan reaktor dengan media batu apung (R3) Peningkatan konsentrasi nitrat (NO3-N) dapat disebabkan adanya suplai oksigen ke dalam reaktor, sehingga terjadi reaksi seperti dibawah ini : NO2-+ 1/2O2→ NO3NH4++ 2O2→ NO3- + 2H++ H2O Senyawa nitrit merupakan senyawa peralihan yang terjadi dalam siklus biologi. Senyawa ini dihasilkan dari suatu proses oksidasi NH4-N, tetapi sifatnya tidak
53
stabil karena pada kondisi aerobik selama nitrit terbentuk dengan cepat nitrit dioksidasi menjadi nitrat oleh bakteri nitrobacter, oleh karena itu senyawa nitrit ditemukan dalam jumlah yang kecil (Karagozogluet al. 2002). Berdasarkan standar mutu air yang ditetapkan oleh Peraturan Pemerintah Republik Indonesia (PP) No.82 Tahun 2001, batas maksimum nitrat dalam N pada air golongan 1 tidak boleh melebihi 10 mg/L. Pada pengujian ini nitrat NO3 yang dianalisis dalam bentuk nitrat total. Sedangkan penelitian ini adalah proses pengolahan air baku yang nantinya akan di olah menjadi air golongan 1 yaitu air yang menjadi air baku untuk air minum atau air bersih.Nilai konsentrasi nitrat total yang dihasilkan dari pengolahan fixed bed reactor<6mg/L hal ini menunjukkan bahwa kadar nitrat hasil pengolahan memenuhi standar baku mutu air golongan 1.
4.4.3
Pengaruh WTH Terhadap Sifat Fisik Air Baku Kualitas fisik air sangat penting untuk memenuhi kebutuhan air bersih.
Karakter fisik air meliputi kekeruhan, total padatan tersupensi (TSS), dan warna. Sifat fisik air ini lebih berpengaruh kepada estetika yang ditampilkan. Kekeruhan, TSS, dan warna memiliki kaitan yang sangat erat. Kaitan yang dimaksud disini adalah penurunan tingkat kekeruhan akan diikuti dengan penurunan TSS dan warna. Kekeruhan air dapat ditimbulkan karena adanya bahan-bahan anorganik dan organik yang terkandung di dalam air seperti lumpur dan bahan yang dihasilkan oleh buangan industri ataupun domestik. Zat tersuspensi yang berada di dalam air juga terdiri dari berbagai macam zat sama halnya dengan penyebab kekeruhan, hanya saja TSS berfungsi untuk mengukur jumlah atau konsentrasi padatan yang tersuspensi di dalam air, sedangkan kekeruhan mengamati padatan secara umum yang tidak terlihat oleh mata. Warna air juga dapat ditimbulkan oleh kehadiran organisme atau bahan-bahan tersuspensi yang berwarna dan oleh ekstrak senyawa-senyawa organik dan juga tumbuh-tumbuhan. Tingginya tingkat kekeruhan dan TSS juga mengindikasi terdapatnya padatan tersuspensi seperti sel mikroorganisme dan senyawa organik yang larut dalam air. Oleh karena itu, sifat fisik air baku ini perlu ditingkatkan kualitasnya.
54
Gambar 17 menunjukkan waktu tinggal hidrolik berpengaruh pada konsentrasi efluen dari ketiga reaktor. Semakin tinggi WTH semakin rendah konsentrasi TSS efluennya. Data diperoleh dari merata-ratakan lima titik yang sudah steady state. Error bar pada grafik menunjukkan bahwa variasi data sangat kecil yang berarti perbedaan data tidak signifikan atau tidak berbeda nyata. Pada WTH 1 jam, konsentrasi TSS rata-rata influen adalah 131 mg/L, sedangkan ratarata konsentrasi TSS efluen pada R1 adalah 55 mg/L, R2 sebesar 53 mg/L dan R3 sebesar 56 mg/L. Pada WTH 2 jam, konsentrasi TSS rata-rata influen adalah 72,5 mg/L, sedangkan rata-rata konsentrasi TSS efluen pada R1 adalah 42 mg/L, R2 sebesar 45 mg/L dan R3 sebesar 46 mg/L. Pada WTH 3 jam, konsentrasi TSS rata-rata influen adalah 95.8 mg/L, sedangkan rata-rata konsentrasi TSS efluen pada R1 adalah 31 mg/L, R2 sebesar 32 mg/L dan R3 sebesar 33 mg/L. Pada WTH 4 jam, konsentrasi TSS rata-rata influen adalah 64 mg/L, sedangkan ratarata konsentrasi TSS efluen pada R1 adalah 16, R2 sebesar 18 dan R3 sebesar 20 mg/L. Semakin lama waktu tinggal hidrolik menyebabkan konsentrasi TSS semakin berkurang. Hal ini dikarenakan zat-zat tersuspensi memiliki waktu yang lebih lama tertahan pada media yang ada di dalam reaktor dan akhirnya terurai menjadi bentuk yang larut dalam air. Pada gambar 17 juga memperlihatkan efisiensi penyisihan konsentrasi TSS dari ketiga reaktor menunjukkan hasil yang cenderung sama. Kestabilan sistem terjadi dalam penyisihan TSS pada ketiga reaktor. Fluktuasi konsentrasi TSS dalam air baku pada titik masuk dapat diturunkan dengan baik melalui kestabilan sistem dalam reaktor, sehingga efisiensi penyisihan TSS cukup tinggi. Pada R1, efisiensi penyisihan TSS pada WTH 4 jam adalah 75%, WTH3 jam sebesar 68%, WTH2 jam sebesar 42% dan pada WTH 1 jam turun menjadi 36%. Hasil ini mendekati perolehan Widayat (2010) yaitu pada WTH 1-4 jam berturut-turut memiliki efisiensi 57%, 75%, 76% dan 78%. Pada R2, efisiensi penyisihan TSS untuk WTH 4 jam adalah 72%, WTH3 jam sebesar 66%, WTH2 jam sebesar 37% dan pada WTH1 jam turun menjadi 38%. Pada R3, untuk WTH 4 jam penyisihan TSS mencapai 68%, kemudian turun menjadi 66% pada WTH 3 jam, pada WTH 2 jam menjadi 37%, dan 34% pada WTH 1 jam.
55
140 Effluen TSS R1 Effluen TSS R2 Effluen TSS R3 influen
Konsentrasi TSS (mg/l)
120 100
(a)
80 60 40 20 WTH (jam)
0 0
1
2
3
4
5
90
Efisiensi penyisihan TSS (%)
80 70
(b)
60 50 Efisiensi R1 (%) Efisiensi R2 (%) Efisiensi R3 (%)
40 30 20 10 0 0
1
2
3
4
5
WTH (jam)
Gambar17Penyisihan TSS (a) dan efisiensi penyisihan TSS (b)dengan WTH 1-4 jam pada reaktordengan media plastik tipe sarang tawon (R1), reaktor dengan media plastik AMDK( R2), dan reaktor dengan media batu apung (R3) Kadar zat tersuspensi (suspended solid) erat sekali hubungannya dengan kekeruhan, karena kekeruhan pada air memang disebabkan oleh adanya zat-zat tersuspensi yang ada dalam air tersebut. Pada penelitian ini, penurunan konsentrasi TSS diikuti penurunan kekeruhan dan warna. Zat tersuspensi yang ada dalam air terdiri dari berbagai macam zat, misalnya pasir halus, liat dan lumpur
56
alami yang merupakan bahan-bahan anorganik atau dapat pula berupa bahanbahan organik yang melayang-layang dalam air. Bahan-bahan organik yang merupakan zat tersuspensi terdiri dari berbagai jenis senyawa seperti selulosa, lemak, protein yang melayang-layang dalam air atau dapat juga berupa mikroorganisme seperti bakteri, algae, dan sebagainya. Bahan-bahan organik ini selain berasal dari sumber-sumber alamiah juga berasal dari buangan kegiatan manusia seperti kegiatan industri, pertanian, pertambangan atau kegiatan rumah tangga. Kekeruhan pada dasarnya juga disebabkan oleh adanya zat tersuspensi dalam air, namun karena zat-zat tersuspensi yang ada dalam air terdiri dari berbagai macam zat yang bentuk dan berat jenisnya berbeda-beda maka kekeruhan tidak selalu sebanding dengan kadar zat tersuspensi. Gambar 18 menunjukkan bahwa waktu tinggal hidrolik berpengaruh pada konsentrasi kekeruhan pada efluen masing-masing reaktor. Semakin tinggi WTH, semakin kecil konsentrasi kekeruhan pada efluen. Pada WTH 1 jam, konsentrasi kekeruhan rata-rata influen adalah 37 FTU, sedangkan rata-rata konsentrasi kekeruhan efluen pada R1 dan R2 adalah 28 FTU, R3 sebesar 26 FTU. Pada WTH 2 jam, konsentrasi kekeruhan rata-rata influen adalah 40 FTU, sedangkan rata-rata konsentrasi kekeruhan efluen pada R1 adalah 23 FTU, R2 sebesar 24 FTU dan R3 sebesar 21 FTU. Pada WTH 3 jam, konsentrasi kekeruhan rata-rata influen adalah 62 FTU, sedangkan rata-rata konsentrasi kekeruhan efluen pada R1 adalah 17 FTU, R2 sebesar 20 FTU dan R3 sebesar 16 FTU. Pada WTH 4 jam, konsentrasi kekeruhan rata-rata influen adalah 42 FTU, sedangkan rata-rata konsentrasi kekeruhan efluen pada R1 adalah 12 FTU, R2 sebesar 13FTU dan R3 sebesar 22 FTU. Kekeruhan berkaitan erat dengan TSS dan warna pada air. Penurunan konsentrasi TSS diikuti juga oleh penurunan konsentrasi kekeruhan yang disebabkan oleh zat-zat atau bahan-bahan tersuspensi dan terlarut dalam air akan tertahan pada media dan akan terurai menjadi bentuk yang larut dalam air. Pada Gambar 18 juga dapat dilihat semakin tinggi WTH menghasilkan efisiensi penyisihan yang tinggi pula.
57
70
Effluen kekeruhan R1 Effluen kekeruhan R2 Effluen kekeruhan R3 influen
Kekeruhan (FTU)
60 50
(a)
40
30 20 10 0 0
1
2 WTH (jam)
3
4
Efisiensi penyisihan kekeruhan (%)
90 80 70 60
(b)
50 Efisiensi R1 (%) Efisiensi R2 (%) Efisiensi R3 (%)
40 30 20 10 0 0
1
2
3
4
WTH (jam)
Gambar 18Kekeruhan (a) dan efisiensi penyisihan kekeruhan (b)dengan WTH 1-4 jam pada reaktordengan media plastik tipe sarang tawon (R1), reaktor dengan media plastik AMDK( R2), dan reaktor dengan media batu apung (R3) Fluktuasi konsentrasi kekeruhan dalam air baku pada titik masuk dapat diturunkan dengan baik melalui kestabilan sistem dalam reaktor, sehingga efisiensi penyisihan kekeruhancukup tinggi. Pada R1, efisiensi penyisihan kekeruhanuntuk WTH 4 jam adalah 71%, kemudian efisiensi naik menjadi 72% pada WTH 3 jam setelah itu turun lagi pada WTH 2 jam sebesar 44%, dan terus turun menjadi 25% pada WTH 1 jam. Pada R2, efisiensi penyisihan kekeruhan yang terjadi pada WTH 4 jam adalah sebesar 67%, kemudian turun pada WTH 3
58
jam menjadi 67% pada WTH 2 jam sebesar 39% dan terus turun menjadi 25% pada WTH 1 jam. Pada R3, efisiensi mencapai 71% untuk WTH 4 jam, kemudian naik menjadi 75% pada WTH 3 jam, dan kemudian turun lagi menjadi 48% pada WTH 2 jam dan menjadi 30% pada WTH 1 jam. Selain TSS dan kekeruhan, warna air juga dapat ditimbulkan oleh kehadiran organisme atau bahan-bahan tersuspensi yang berwarna dan oleh ekstrak senyawa-senyawa organik dan juga tumbuh-tumbuhan.Gambar 19 menunjukkan waktu tinggal hidrolik berpengaruh pada kepekatan warna pada efluen masingmasing reaktor. Semakin tinggi WTH, semakin kecil kepekatan warna pada efluen. Selain TSS dan kekeruhan yang terlihat, warna yang ada pada air baku juga dapat ditimbulkan oleh kehadiran organisme atau bahan-bahan tersuspensi yang berwarna dan oleh ekstrak senyawa-senyawa organik dan juga tumbuhtumbuhan. Kekeruhan, TSS dan warna memiliki kaitan yang sangat erat. Sehingga dengan adanya penurunan nilai konsentrasi TSS akan diikuti dengan penurunan tingkat kekeruhan dan kepekatan warna. Data diperoleh dari merata-ratakan lima titik yang sudah steady state.Error barmenunjukkan besarnya variasi dari datadata yang ditampilkan. Apabila error bar semakin kecil berarti variasi data juga kecil, sedangkan jika error bar semakin besar, maka variasi data juga besar. Error bar pada grafik menunjukkan bahwa variasi data sangat kecil yang berarti perbedaan data tidak signifikan atau tidak berbeda nyata. Pada WTH 1 jam, kepekatan warna rata-rata influen adalah 220 PtCo, sedangkan rata-rata kepekatan warna efluen pada R1 adalah 82 PtCo, R2 sebesar 96 PtCo dan, R3 sebesar 85 PtCo. Pada WTH 2 jam, kepekatan warna rata-rata influen adalah 236 PtCo, sedangkan rata-rata kepekatan warna efluen pada R1 adalah 78 PtCo, R2 sebesar 95 PtCo dan R3 sebesar 77 PtCo. Pada WTH 3 jam,kepekatan warna rata-rata influen adalah 227 PtCo, sedangkan rata-rata kepekatan warna efluen pada R1 adalah 63 PtCo, R2 sebesar 84 PtCo dan R3 sebesar 65 PtCo. Pada WTH 4 jam, kepekatan warna rata-rata influen adalah 230 PtCo, sedangkan rata-rata kepekatan warna efluen pada R1 adalah 55 PtCo, R2 sebesar 69 PtCo dan R3 sebesar 63 PtCo.
59
250
Warna (PtCo)
200
Effluen warna R1 Effluen warna R2 Effluen warna R3 influen
150
(a)
100
50
0
Efisiensi penyisihan warna (%)
0
1
2 WTH (jam)
3
4
90 80 70 60
(b)
Efisiensi R1 (%)
50
Efisiensi R2 (%)
40
Efisiensi R3 (%)
30 20 10 0 0
1
2 WTH (jam)
3
4
Gambar 19Warna (a) dan efisiensi penyisihan warna (b)dengan WTH 1-4 jam pada reaktordengan media plastik tipe sarang tawon (R1), reaktor dengan media plastik AMDK( R2), dan reaktor dengan media batu apung (R3) Pada Gambar 19 juga dapat dilihat semakin tinggi WTH menghasilkan efisiensi penyisihan kepekatan warna yang tinggi pula. Pada R1, efisiensi penyisihan kepekatan warna untuk WTH 4 jam adalah 77%, pada WTH 3 jam sebesar 72%, pada WTH 2 jam sebesar 67% dan pada WTH 1 jam turun sampai 62%. Pada R2, hanya mencapai 70% pada WTH 4 jam, pada WTH 3 jam sebesar 63%, pada WTH 2 jam sebesar 60% dan pada WTH 1 jam turun sampai 56%.
60
Pada R3, efisiensinya cukup tinggi dimana pada waktu tinggal hidrolik 4 jam efisiensi mencapai 72%. Setelah waktu tinggal hidrolik dirubah menjadi 3 jam ternyata efisiensi penurunan kepekatan warna juga masih termasuk tinggi yaitu sekitar 71%. Pada waktu tinggal hidrolik 2 jam dan 1 jam, efisiensi penurunan kepekatan warnanya turun menjadi 67% dan 61%.
4.5 Penentuan WTH dan Media Terpilih WTH terpilih ditentukan melalui seleksi nilai efisiensi penyisihan senyawa organik, amonium, TSS, warna dan kekeruhan dengan mempertimbangkan teknis perencanaan dan kelayakan aplikasi teknologi biofilter. Waktu tinggal hidrolik yang dipilih adalah WTH yang paling singkat namun efisiensi penyisihan tinggi. Nilai efisiensi penyisihan rata-rata senyawa organik, amonium, TSS, kekeruhan dan warna dengan WTH 1-4 jam pada berbagai media dapat dilihat pada Tabel 4, 5 dan 6.
Tabel 4Rata-rata efisiensi penyisihan polutan dengan variasi WTH 1-4 jam pada reaktor dengan media plastik tipe sarang tawon WTH (jam)
Rata-rata efisiensi penyisihan (%) Organik (COD)
Amonium
TSS
Kekeruhan
Warna
1
48.29
23.75
35.82
25.26
62.54
2
56.27
36.59
41.69
44.08
66.98
3
67.84
54.59
68
72.51
72.06
4
71.67
68.38
75
70.69
76.09
Tabel 5Rata-rata efisiensi penyisihan polutan dengan variasi WTH 1-4 jam pada reaktor dengan media plastik AMDK WTH (jam)
Rata-rata efisiensi penyisihan (%) Organik (COD)
Amonium
TSS
Kekeruhan
Warna
1
50
24.32
38.16
24.65
56.48
2
58.53
37
37.53
39.11
59.68
3
70.38
61.13
66.37
67.02
63.15
4
73.75
69.79
71.69
67.36
69.92
61
Tabel 6Rata-rata efisiensi penyisihan polutan dengan variasi WTH 1-4 jam pada reaktor dengan media batu apung WTH (jam)
Rata-rata efisiensi penyisihan (%) Organik (COD)
Amonium
TSS
Kekeruhan
Warna
1
47.68
25.36
34.34
29.54
61.45
2
55.71
36.18
36.89
47.82
67.19
3
67.15
60.87
65.76
74.77
71.26
4
69.47
69.86
68.57
71.09
72.61
Menurut Widayat (2010) beberapa hal penting yang perlu diperhatikan di dalam teknis perencanaan dan aplikasi reaktor biofilter, antara lain: 1. Waktu tinggal hidrolik dalam reaktor singkat 2. Efisiensi penyisihan polutan tinggi 3. Ukuran lahan yang dipakai kecil 4. Bentuk rancangan fleksibel 5. Biaya investasi dan operasional rendah 6. Air hasil olahan memenuhi kriteria mutu Golongan I, PPRI Nomor 82 tahun 2001
Ukuran atau dimensi reaktor, bobot reaktor, efisiensi penyisihan dan kebutuhan energi merupakan faktor penting dalam perencanaan pembangunan instalasi pengolahan air. Ukuran reaktor menjadi acuan dalam penyediaan lahan sedangkan bobot reaktor menjadi pertimbangan konstruksi, dimana semakin kecil waktu tinggal hidrolik ukuran reaktor semakin hemat dalam penggunaan lahan dan dengan bobot reaktor yang lebih kecil memerlukan konstruksi yang lebih ringan. Reaktor dengan efisiensi tinggi pada laju alir (debit) yang sama mempunyai kemampuan yang lebih besar dalam mengolah air sehingga lebih efisien dalam pemakaian energi untuk peralatan pendukung seperti pompa dan blower. Kualitas air hasil pengolahan juga merupakan faktor yang penting di dalam penentuan pemilihan waktu tinggal hidrolik. Kualitas air baku dan hasil pengolahan dari proses biofiltrasi dengan WTH 1-4 jam pada berbagai media dapat dilihat pada Tabel 7,8 dan 9.
1 62
Tabel 7 Kualitas air baku dan hasil pengolahan dengan WTH 1-4 jam padareaktor dengan media plastik tipe sarang tawon Konsentrasi rata-rata (mg/Liter) Organik (COD) Nitrat TSS FTU Influen Efluen Influen Efluen Influen Efluen Influen Efluen 4 173 49 3.89 v 4.85 v 64.2 15.8 v 42.4 12.4 v 3 205 65.8 3.07 v 3.73v 95.8 30.8 v 61.8 17 v 2 177 77.5 3.10 v 3.65 v 72.5 42.25 v 40.25 22.5 v 1 164 84.6 3.06 v 3.35 v 131 54.8 37.2 27.8 Keterangan : v = Memenuhi kriteria mutu air golongan 1 PPRI No. 82/2001 WTH (jam)
PtCo Influen Efluen 230 55 227 63.4 236.25 78 220.2 82.4
Tabel 8 Kualitas air baku dan hasil pengolahan dengan WTH 1-4 jam pada reaktor dengan media plastik AMDK Konsentrasi rata-rata (mg/Liter) Organik (COD) Nitrat TSS FTU Influen Efluen Influen Efluen Influen Efluen Influen Efluen 4 173 45.4 3.89 v 5.14 v 64.2 18.2 v 42.4 13.8 v 3 205 60.6 3.08 v 4.18 v 95.8 32.2 v 61.8 20.4 v 2 177 73.5 3.10 v 3.94v 72.5 45.25 v 40.25 24.5 v 1 164 81.8 3.07 v 3.53 v 131 52.8 37.2 28 Keterangan : v = Memenuhi kriteria mutu air golongan 1 PPRI No. 82/2001 WTH (jam)
PtCo Influen Efluen 230 69.2 227 83.6 236.25 95.25 220.2 95.8
Tabel 9 Kualitas air baku dan hasil pengolahan dengan WTH 1-4 jam pada reaktor dengan media batu apung WTH (jam) 4 3
Organik (COD)
Nitrat
Konsentrasi rata-rata (mg/Liter) TSS
FTU
Influen
Efluen
Influen
Efluen
Influen
Efluen
Influen
Efluen
173 205
52.8 67.2
3.89 v 3.08 v
4.76 v 3.76 v
64.2 95.8
20.2 v 32.8 v
42.4 61.8
12.2 15.6
40.25 37.2
21 26.2
2 177 78.5 3.10 v 3.60v 72.5 45.75 v 1 164 85.6 3.07 v 3.35 v 131 56 Keterangan : v = Memenuhi kriteria mutu air golongan 1 PPRI No. 82/2001
PtCo Influen
Efluen
v v
230 227
63 65.2
v
236.25 220.2
77.5 84.8
2
Dari Tabel 7, 8 dan 9 dapat dilihat bahwa efluen dari WTH 2-4 jam telah memenuhi kriteria mutu air golongan 1 PPRI No. 82/2001 kecuali pada parameter COD. Oleh karena itu jika dilihat dari kemampuan efluen, belum bisa dipilih untuk digunakan sebagai air baku untuk air minum. Hal ini dapat disebabkan oleh biomassa yang ada pada sistem belum cukup banyak untuk menguraikan substrat atau bisa juga disebabkan karena kemampuan biomassa yang ada baru sampai tahap itu. Oleh karena itu, perlu dilakukan usaha untuk membuat air baku yang diolah bisa memenuhi kriteria mutu air golongan 1 tersebut. Akan tetapi jika dilihat dari efisiensi penyisihan senyawa organik, anorganik dan peningkatan sifat fisik air baku maka dapat diperoleh WTH dengan tingkat efisiensi paling tinggi. Dalam upaya mempermudah pembacaan, menganalisis dan menentukan WTH serta media terpilih maka data disajikan dalam grafik batang yang dapat dilihat pada Gambar20, 21 dan22. Efisiensi penyisihan polutan (%)
80 60 40 20 0 1
2
3
4
WTH (jam) COD
Amonium
TSS
Kekeruhan
Warna
Efisiensi penyisihan polutan (%)
Gambar20 Rata-rata efisiensi penyisihan polutan dengan WTH 1-4 jam pada reaktor dengan media plastik tipe sarang tawon 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1
2 COD
Amonium
3 WTH (jam) TSS Kekeruhan
4 Warna
3
Gambar21 Rata-rata efisiensi penyisihan polutan dengan WTH 1-4 jam pada reaktor dengan media plastik AMDK Efisiensi penyisihan polutan (%)
80 60 40 20 0 1
2
3
4
WTH (jam) COD
Amonium
TSS
Kekeruhan
Warna
Gambar22 Rata-rata efisiensi penyisihan polutan dengan WTH 1-4 jam pada reaktor dengan media batu apung Gambar 20, 21 dan22 menunjukkan rata-rata efisiensi penyisihan polutan dari masing-masing media. Dari gambar tersebut menunjukkan hasil yang tidak berbeda nyata antara ketiga media. Jika dilihat dari kemampuan efluen, maka ketiga media tersebut menunjukkan kinerja yang sama. Akan tetapi dengan beberapa pertimbangan lain seperti kemudahan memperoleh media, biaya yang tidak mahal serta berperan dalam mengurangi limbah padat maka media plastik AMDK dapat diambil sebagai media terpilih.
4.6 Analisis Biaya dan Kebutuhan Koagulan 4.6.1
Analisis Biaya Dalam rangka mengaplikasikan penelitian yang telah dilakukan, maka dapat
dianalisa kebutuhan biaya operasionalnya. Model reaktor menggunakan jenis reaktor biologis yang terbuat dari bahan beton. Volume kerja reaktor yang digunakan diasumsikan sebesar135 m3. Reaktor dilengkapi dengan lubang inlet dan lubang outlet yang terletak pada kedua sisi reaktor. Reaktor juga dilengkapi dengan blower udara dan pompa sirkulasi di bagian dasar. Perkiraan biaya investasi yang diperlukan dapat dilihat pada Tabel 10.
4
Tabel 10 Perkiraan biaya investasifixed bed reactor Jumlah
Harga Satuan (Rp)
m3 kg
135 675
500 000.00 4 500.00
Blower udara Pompa sirkulasi
unit unit
1 1
4 650 000.00 6 500 000.00
4 650 000.00 6 500 000.00
Instalasi listrik
paket Total
1
3 600 000.00
3 600 000.00 85 287 500.00
No.
Uraian
Satuan
1 2
Reaktor Media biofilter
3 4 5
Total (Rp)
67 500000.00 3 037 500.00
Biaya operasional dihitung dengan memperkirakan biaya kebutuhan listrik untuk blower udara dan pompa sirkulasi, biaya perawatandan tenaga operator. Perhitungan biaya kebutuhan listrik dapat dilihat pada Tabel 10.
Tabel 11 Biaya kebutuhan listrik No.
Peralatan
Listrik (WATT)
Jam Operasi/hari
1 2
Pompa sirkulasi Blower udara
400 250
20 20
Jumlah KWH/hari 8 5
Total 13 Jika diasumsikan biaya perawatan sebesar Rp1 800 000.00 per bulan dan tenaga operator sebesar Rp1 200 000.00 per orang per bulan, maka total biaya operasional dapat dilihat pada Tabel 12.
Tabel 12 Total biaya operasional No.
Jenis Biaya
1 2 3
Total biaya listrik Biaya perawatan Biaya tenaga operator
Jumlah unit 13 KWH 2 orang Total
Satuan Rp 795/KWH Rp1 200 000.00/org/bln
Total biaya per hari (Rp) 10 335.00 60 000.00 80 000.00 150 335.00
Dari hasil di atas dapat dihitung biaya operasional sebesar Rp4 510 050.00 per bulan. Jika diketahui jumlah air yang diolah sebanyak 135 m 3, maka dapat dihitung biaya pengolahan air bersih yaitu Rp150 335.00/135 m 3 = Rp1 113.00/m3.
5
4.6.2
Kebutuhan Koagulan Koagulasi/flokulasimerupakan
prosesdimanapartikel
terdispersidikumpulkanbersama untukmembentukpartikelyang lebih besar (Yang 2010).Koagulasiterjadi karena destabilisasi koloid dengan menetralkan muatan sehingga membuat partikel tetap terpisah, dimana kationik memberikan muatan listrik positif untuk mengurangi muatan negatif
dari koloid sehingga
mengakibatkan partikel-partikel bertabrakan untuk membentuk partikel yang lebih besar. Dengan demikian koagulasi menyiratkan pembentukan agregat kompak yang lebih kecil, sedangkan flokulasi akan membentuk partikel yang lebih besar dari partikel yang dibentuk dari koagulasi (Rahman 2010). Poly Aluminium
Chloride
(PAC)
merupakan
bentuk
polimerisasi
kondensasi dari garam aluminium, berbentuk cair dan merupakan koagulan yang sangat baik. PAC mempunyai daya koagulasi lebih besar daripada alum dan dapat menghasilkan flok yang stabil walaupun pada suhu yang rendah dan pengerjaannya pun mudah (Alaerts 1987). Beberapa keuntungan yang dapat diperoleh dari PAC antara lain: a. Efektif pada rentang pH 5-10 b. Jumlah lumpur yang dihasilkan lebih sedikit c. Efek korosi yang ditimbulkan jauh lebih kecil d. Efek koagulasi 2-3 kali lebih cepat dari garam-garam aluminium lainnya e. Harga PAC lebih murah dibandingkan dengan koagulan organik sehingga menghemat biaya(Li et al. 2010).
Bahan koagulan PAC biasa digunakan untuk pengolahan air sungai baik di PDAM maupun pengolahan air lainnya seperti WTP (Water Treatment Plant). Pemakaian PAC di WTP Cihideung juga bergantung pada kondisi air baku. Bila musim hujan tingkat kekeruhan meningkat hingga mencapai >100 FTU, sedangkan pada musim kemarau kekeruhan air baku < 50 FTU. Dosis optimum PAC yang digunakan berkisar antara 0.02-0.07 mL/L, namun dosis ini hanya dapat digunakan bila kekeruhan < 50 FTU, sedangkan bila kekeruhan >50 FTU dosis optimum PAC >0.07 mL/L dan bila kekeruhan mencapai 100 FTU dosis optimum PAC yang digunakan dapat mencapai 0.3 mL/L.
6
Pada penelitian ini, dilakukan uji jar test untuk menentukan dosis optimum PAC pada karakteristik air baku yang berbeda-beda, yaitu air baku dengan tingkat kekeruhan, TSS, dan warna yang berbeda. Selain itu juga ingin diketahui seberapa besar penurunan dosis optimum koagulan pada air baku yang telah diolah menggunakan fixed bed reactor. Dalam alat Jar Test terdapat enam wadah, satu wadah sebagai kontrol dan wadah lainnya dijalankan dengan konsentrasi PAC yang berbeda-beda.Wadah kontrol tidak diberi perlakuan apapun baik pemberian PAC maupun aerasi (pengadukan).Kecepatan aerasi yang digunakan dalam Jar Test sebesar 45 rpm dan dijalankan selama 30 menit.Setelah impeler dalam alat Jar Test berhenti berputar wadah yang berisikan sampel didiamkan selama 30 menit untuk menurunkan flok-flok yang terbentuk seperti pada Gambar23.
Gambar23 Pengendapan padatan dengan koagulan PAC sebelum diendapkan (kiri) setelah diendapkan (kanan) Pengambilan sampel dilakukan sehari setelah hujan pada malam sebelumnya, sehingga tingkat kekeruhan sampel yang diteliti pada uji jar test dimulai dari 70 FTU dan kemudian air baku (air sungai Cihideung) diencerkan dengan air kran, perbandingan pengenceran air sungai dengan akuades yaitu 1:1 yang menghasilkan nilai kekeruhan sebesar 33 FTU; 1:2 menghasilkan nilai kekeruhan sebesar 30 FTU; 1:3 menghasilkan nilai kekeruhan sebesar 20 FTU; 1:4 menghasilkan nilai kekeruhan sebesar 14 FTU dan 1:5 menghasilkan nilai kekeruhan sebesar 9 FTU. Hasil selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 8, sedangkan untuk konsentrasi PAC optimum pada tingkat kekeruhan berbeda
7
dalam air baku yang diolah dalam masing-masing reaktor dapat dilihat pada Tabel 13. Tabel 13 Konsentrasi PAC optimum pada tingkat kekeruhan berbeda Kekeruhan konsentrasi PAC optimum (FTU) (ml/L) 70 0.12 42 0.1 33 0.06 30 0.06 20 0.05 19 0.05 16 0.04 14 0.03 13 0.02 9 0.01 Bila dianalisa penghematan pemakaian dan biaya yang dikeluarkan untuk bahan koagulan dengan cara perhitungannya yang terdapat pada Lampiran10, didapat bahwa penghematan PAC setelah melalui pra-treatment air baku dengan menggunakan fixed bed reactor dengan media plastik tipe sarang tawon, media plastik AMDK dan media batu apung dengan rentang tingkat kekeruhan yang berada pada selang 13-19 FTUmencapai 0.07 ml/L. Penghematan penggunaan PAC berakibat pada penurunan biaya produksi air bersih, penurunan biaya produksi di WTP Cihideung akibat pra-treatment menggunakan sistem fixed bed reactordapat mencapai Rp90720000.00 per bulan.
8
5 SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan Teknologi fixed bed reactor dengan media plastik tipe sarang tawon, media plastik AMDK dan media batu apung dapat meningkatkan kualitas air baku. Waktu tinggal hidrolik dan media berpengaruh nyata terhadap penurunan parameter pencemar air.Jika waktu tinggal hidrolik (WTH) semakin pendek maka laju pembebanan semakin besar dan efisiensi penyisihan bahan organik, amonium, TSS, warna dan kekeruhan menjadi semakin kecil. WTH terpilih adalah WTH 3 jam dengan media plastik AMDK dengan pertimbangan waktu tinggal hidrolik yang tercepatdan efisiensi penyisihan polutan tertinggi serta kelayakan biaya. WTH 3 jam mampu menyisihkan senyawa organik, amonium, TSS, warna dan kekeruhan dengan efisiensi berturut-turut 70%, 61%, 66%, 67% dan 63%. Penggunaan media plastik tipe sarang tawon, media plastik AMDK dan media batu apung pada teknologi fixed bed reactordengan WTH 2-4 jam mampu menghasilkan air olahan yang memenuhi kriteria mutu air untuk parameter amonium, nitrat, TSS, kekeruhan dan warna Golongan 1 (air baku air minum) Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 82 Tahun 2001. Untuk membuat reaktor berkapasitas 135 m 3 dengan media plastik AMDK dan WTH 3 jam diperlukan biaya investasi sebesar Rp85 287 500.00 serta biaya operasi sebesar Rp4 510 050.00 per bulan. Dengan penggunaan fixed bed reactor ini mampu menurunkan kebutuhan pemakaian koagulan hingga 0.07 mL PAC dan menghemat biaya produksi air bersih di WTP Cihideung sebesar Rp90720000.00 per bulan.
5.2 Saran Suplai udara berpengaruh terhadap kualitas air olahan pada teknologi fixed bed reactor, sehingga perlu penelitianoptimasi suplai udara pada sistem bioreaktor ini.
9
10
DAFTAR PUSTAKA Alerts G, Santika S. 1987. Metode Penelitian Air. Surabaya: PT. Usaha Nasional, APHA. 2005. 21th Standard methods for the examination of water and wastewater. American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation. Barnes D, BlissePJ. 1980. Biological Control of Nitrogen in Wastewater Treatment. London. New york Benefield LD, RandallCW. 1980. Biological Process Design for Wastewater Treatment. Prentice Hall. New York Bitton G. 1994. Wastewater Miicrobiology. Willey-Liss. New York. Blackwell W. 2010. Environmental Microbiology: Second Edition. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. Cohen Y. 2000. Biofiltration-the treatment of fluids by microorganisms immobilized into the filter bedding material: a review. Bioresource Technology 77: 257-274. Dewi DP. 1998. Studi Pengkajian Efisiensi Sistem Pengolahan Biofilter Aerob terhadap Air Limbah Rumah Tangga dengan WTH yang Berbeda-beda. USNI. Jakarta Degremont. 1991. Water Treatment Handbook. 6th edition. Lavoiser Publishing. Paris Dumont FE, Sacco JA. 2009 .Biochemical Engineering. New York: Nova Science Publishers, Inc. Elma
M. 2010. Tipe & Klasifikasi Reaktor. http://muthiaelma.zoomshare.com/files/Reaktor_ Kimia/Pertemuan_2.pdf. [6 Februari 2011].
Farizoglu B, Nuhoglu A, Yildiz E, Keskinler B. 2003. The performance of pumice as a filter bed material under rapid filtration conditions. Filtr. Sep. 40 (3), 41–46. Fauzi WR. 2010. Kajian Pemberian Zeolit, Dolomit , dan Batu Apung Terhadap Beberapa Sifat Kimia Tanah Gambut Yang Telah Dilindi Air Laut [Skripsi]. Departemen Ilmu Tanah Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara. Grady CPL, LimHC. 1980. Biological Wastewater Treatment : Theory and Application. Marcell Dekker. Inc. New York
11
Horran NJ. 1990. Biological Wastewater Treatment Theory and Application. John Willey and sons. England Jennings JR. 1991. Catalytic Ammonia Synthesis : Fundamentals and Practice. Plenum Press. New York Karagozoglu B, Sarioglu M, Peker I. 2002. Nitrate removal in a fixed-filmcolum n reactor using Paracoccus denitrificans affected by different carbon sources. Fresenius Environ. Bull. 11 (10B), 927–932 Lay BW, HastowoS. 1992. Mikrobiologi. Rajawali Press. Jakarta Liao BQ, Allen DG, Droppo IG, Leppard GG, Liss SN. 2001. Surface properties of sludge and their role in bioflocculation and settleability. Water Research, 35, 339-350. Li F, Jiang JQ, Wu S, Zhang B. 2010. Preparation and performance of a high purity poly-aluminum chloride. Chemical Engineering Journal 156: 64–69. [Terhubung berkala]. www.sciencedirect.com. [April 2011]. Li H. 2010. Nitrogen and Carbon Removal from Frenton treated Leacheate by Denitrification and Biofiltration. Biresource Technology 101: 7736-7743 Lucero BR, MoorillonGVN, MargulisRG. 2003. Wastewater treatment for agricultural use in a fixed bed bioreactor. Agrociencia. 37: 157-166 Madigan MT, Martinko JM., Parker J. 1997. Brock, Biology of Microorganisms. eighth ed. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ. Martinov M, Hadjiev D, Vlaev S. 2010. Liquid flow residence time in a fibrous fixed bed reactor with recycle. Bioresource Technology 101: 1300–1304. [Terhubung berkala]. www.sciencedirect.com. [April 2011]. Manahan SE. 1994. Environmental Chemistry. 6 thedition. Lewis Publishers. Tokyo Metcalf and Eddy. 2003. Wastewater Engineering: Treatment and Rescue4th. Singapore : Me Graw Hill. Miwa M. 1991. Pengolahan air minum Secarabiologi penerapan pada sumber air yang tercemar. Japan International Cooperation Ageny (JICA). Nurhidayanti. 2011. Peningkatan Kualitas Air Baku Menggunakan Teknologi Fixed Bed Reactor Dengan Media Batu Apung [skripsi]. Bogor: Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor Pelezar MJ, ECS Chan. 1996. Dasar-dasar Mikrobiologi. Jakarta: UI Press.
12
Peraturan Pemerintah Republik Indonesia (PPRI) No.82 Tahun 2001. Tentang Penglolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Lingkungan. Jakarta. Prescott LM, Harley JP, Klein DA. 2002. Microbiology. Boston: McGraw-Hill. Hal:620-622Campbell NA, Reece JB. 2003. Biologi Jilid 2. Ed. V. Terjemahan: Manalu W. Jakarta:Erlangga. Hal 92 Rahman F. 2010. Biodiesel dari alga. [terhubung berkala]. http://nr1037.blogspot.com/2010_04_01_archive.html. [7 januari 2011]. Rigent C, Vidal O, Dorel C, Lejeune P. 1999. Abiotic surface sensing and biofilm-dependent regulation of gene expression in Escherichia coli.J Bacteriol 181, 5993-6002. Rodgers M, et al. 2004. Nutrient removal in a sequencing batch biofilm reactor (SBBR) using a vertically moving biofilm system. Environ Technol 25(2):211-8. Romeo T. 2008. Bacterial Biofilms Berlin: Springer. Hal: 73, 136. Schulz JM, Menningmann G. 1999. Submerged fixed bed reactors, in: Environmental Processes, (Biotechnology, Vol. 11a), Wiley-VCH, p. 349– 362. Stoodley P, Dodds I, Boyle JD, Lappin-Scott HM. 1999. Influence of hydrodynamics and nutrients on biofilm structure. J Appl Microbiol 85: S19-S2 Umana O, Svetlana N, Enrique S, Rafael B, Francisco R. 2008. Treatment of screened dairy manure by upflow anaerobic bed reactors packed with waste tyre rubber and combination of waste tyre rubber and zeolite:Effect of hydraulic retention time. Bioresource Technlogy 99 (2008) 7412-7417. Watten BJ, SibrellPL. 2006. Comparative Performance of fixed-film biological filters : Application of Reactor Theory. Aquacultureal Engineering 34: 198213 Wesley LD. 2001. Determination of specific gravity and void ratio of pumice materials. Geotech. Test. J. 24 (4), 418–422. Westerman PW,Bicudo JR. 2006. Upflow Biological aerated filters for the treatment. Bioresource Technology 74:181-190 Widayat W. 2010. Peningkatan Kualitas Air Baku Perusahaan Air Minum Dengan Proses Biofiltrasi Menggunakan Media Plastik Tipe Sarang Tawon [tesis]. Bogor: Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.
13
Wiesmann U, Choi IS, Dombrowski. 2007. Fundamentals of Biological Wastewater Treatment . Weinheim : WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Wimpenny JWT, Colasanti R. 1997. A unifying hypothesis for the structure of microbial biofilms based on cellular automaton models.FEMS Microbiol Ecol 22, 1-16. Winkler MA. 1981. Biological Treatment of Wastewater. John Wiiley and sons. England Yang Z, Gao B, Yue Q. 2010. Coagulation performance and residual aluminum speciation of Al2(SO4)3 and polyaluminum chloride (PAC) in Yellow River water treatment. Chemical Engineering Journal 165: 122–132. [Terhubung berkala]. www.sciencedirect.com. [April 2011]. Yariv C. 2001. Biofiltration - the treatment of fluids by microorganisms immobilizedinto the filter bedding material: a review. Bioresource Technology 77 (2001) 257-274 Zhang XQ, Bishop PL, Kupferle MJ. 1998. Measurement of polysaccharides and proteins in biofilm extracellular polymers. Water Sci Technol 37, 345-348.
14
LAMPIRAN
15
Lampiran 1 Hasil analisa laboratorium terhadap konsentrasi zat selama masa start-up Waktu hari
TSS
Efluen (mg/l)
Warna
Efluen (PtCo)
Kekeruhan
Efluen (FTU)
COD
Efluen (mg/l)
NO3
Efluen (mg/l)
NH4
Efluen (mg/l)
influen
R1
R2
R3
influen
R1
R2
R3
influen
R1
R2
R3
influen
R1
R2
R3
influen
R1
R2
R3
influen
R1
R2
R3
1
Tinggal 4
28
22
20
21
220
181
172
164
57
32
31
29
224
168
134
164
3.776
5.452
4.945
4.803
3.50
1.17
1.17
1.66
3
4
32
16
15
13
183
149
149
125
33
29
27
28
204
138
96
137
3.207
4.496
4.340
4.634
2.94
1.56
1.56
1.56
5
4
36
12
11
9
238
125
109
92
43
23
20
23
199
120
84
120
3.776
5.602
5.043
5.204
3.37
1.56
0.78
1.56
8
4
21
4
8
9
179
68
72
80
33
13
18
15
198
80
72
80
3.198
4.874
4.616
4.607
2.94
0.13
0.13
0.13
10
4
20
7
5
8
165
52
62
67
30
9
12
15
190
72
80
72
3.180
6.180
4.465
4.580
3.11
0.13
0.13
0.13
12
4
20
3
4
4
165
49
53
42
30
8
10
8
176
68
56
48
3.127
4.447
4.838
4.696
3.24
0.13
0.13
0.13
15
4
28
18
17
16
232
164
154
144
41
29
27
26
174
40
40
24
3.216
4.900
4.883
4.803
3.54
1.04
0.65
1.56
17
4
68
32
45
38
460
123
276
149
82
33
52
31
182
36
44
43
3.074
4.514
4.456
4.398
2.07
0.13
0.13
0.13
18
4
48
24
13
29
316
115
102
126
58
22
28
21
179
35
41
39
3.029
4.323
4.296
4.189
2.69
0.13
0.13
0.13
23
4
23
8
10
9
181
89
92
88
32
16
19
16
176
37
42
40
2.754
4.392
4.378
4.434
2.19
0.13
0.13
0.13
24
4
29
11
12
8
193
65
87
64
34
11
12
12
181
36
42
40
2.976
4.392
4.363
4.456
2.20
0.13
0.13
0.13
26
4
246
43
28
22
1100
132
138
94
300
138
135
98
216
40
44
42
2.878
4.260
4.589
4.330
1.46
0.13
0.13
0.13
29
4
33
12
15
18
219
103
105
92
39
19
25
28
176
36
40
40
2.994
4.705
4.763
4.756
1.20
0.13
0.13
0.13
Catatan : Start-up reaktor dilakukan menggunakan WTH 4 jam, R1 = Reaktor dengan media plastik tipe sarang tawon, R2 = Reaktor dengan media plastik AMDK, R3 = Reaktor dengan media batu apung
77
78
Lampiran 2 Efisiensi penyisihan TSS pada WTH 1- 4 jam Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
4
0.5
4
TSS
Efluen (mg/l)
Efisiensi (%)
influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
0.5
68
65
63
62
4.41
7.352
8.82
1
1
68
63
61
63
7.35
10.29
7.35
4
1.5
1.5
67
63
64
64
5.97
4.47
4.47
4
2
2
67
62
65
59
7.46
2.98
11.94
4
2.5
2.5
65
59
63
62
9.23
3.07
4.61
4
3
3
66
61
62
63
7.57
6.06
4.54
4
3.5
3.5
67
60
63
64
10.44
5.97
4.47
4
4
4
68
59
60
61
13.23
11.76
10.29
4
8
8
59
49
47
47
16.94
20.33
20.33
4
12
12
58
47
43
45
18.96
25.86
22.41
4
24
24
71
26
30
22
63.38
57.74
69.01
4
28
28
67
20
28
23
70.14
58.20
65.67
4
32
32
64
17
19
21
73.43
70.31
67.18
4
36
36
69
18
21
23
73.91
69.56
66.66
4
48
48
62
16
18
20
74.19
70.96
67.74
4
52
52
61
14
16
18
77.04
73.77
70.49
4
55
55
65
14
17
19
78.46
73.84
70.76
Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
3
0.5
3
TSS
Efluen (mg/l)
Efisiensi (%)
influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
55.5
70
70
70
70
0
0
0
1
56
71
68
69
68
4.22
2.81
4.22
3
1.5
56.5
71
68
68
69
4.22
4.22
2.81
3
2
57
70
65
68
67
7.14
2.85
4.28
3
2.5
57.5
71
67
68
67
5.63
4.22
5.63
3
3
58
77
68
70
73
11.68
9.09
5.19
3
6
61
74
60
62
64
18.91
16.21
13.51
3
9
64
73
52
55
59
28.76
24.65
19.17
3
12
67
75
51
50
52
32
33.33
30.66
3
24
79
94
31
33
27
67.02
64.89
71.27
3
27
82
93
32
32
36
65.59
65.59
61.29
3
30
85
99
32
33
34
67.67
66.66
65.65
3
33
88
95
30
31
33
68.42
67.36
65.26
3
36
91
98
29
32
34
70.40
67.34
65.30
79
Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
2
0.5
2
1
2
TSS
Efluen (mg/l)
Efisiensi (%)
influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
91.5
57
57
57
92
53
52
53
57
0
0
0
53
1.88
0
0
1.5
92.5
55
54
54
54
1.81
1.81
1.81
2
2
93
56
55
54
55
1.78
3.57
1.78
2
4
95
2
6
97
57
50
52
51
12.28
8.77
10.52
50
48
49
48
4
2
4
2
8
99
53
49
50
47
7.54
5.66
11.32
2
10
101
54
35
32
32
35.18
40.74
40.74
2
12
103
59
41
47
40
30.50
20.33
32.20
2
24
115
72
43
45
48
40.27
37.5
33.33
2
26
117
71
42
48
45
40.84
32.39
36.61
2
28
119
76
43
45
47
43.42
40.78
38.15
2
30
121
71
41
43
43
42.25
39.43
39.43
Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
TSS
1
0.5
1 1
Efluen (mg/l)
Efisiensi (%)
influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
121.5
68
68
68
68
0
0
0
1
122
57
55
55
54
3.50
3.50
5.26
2
123
54
44
40
43
18.51
25.92
20.37
1
3
124
58
35
34
36
39.65
41.37
37.93
1
4
125
59
42
45
42
28.81
23.72
28.81
1
5
126
54
40
42
44
25.92
22.22
18.51
1
6
127
74
44
44
46
40.54
40.54
37.83
1
7
128
85
52
59
40
38.82
30.58
52.94
1
8
129
84
55
52
58
34.51
38.09
30.95
1
9
130
88
57
53
50
35.22
39.77
43.18
1
10
131
83
54
52
57
34.93
37.34
31.32
1
11
132
85
54
53
58
36.47
37.64
31.76
1
12
133
87
54
54
57
37.93
37.93
34.48
80
Lampiran 3 Efisiensi penyisihan warna pada WTH 1- 4 jam Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
4
0.5
4
Warna
Efluen (mg/l)
Efisiensi (%)
influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
0.5
223
222
223
223
0.44
0
0
1
1
223
222
223
222
0.44
0
0.44
4
1.5
1.5
221
220
221
220
0.45
0
0.45
4
2
2
220
220
220
220
0
0
0
4
2.5
2.5
218
215
217
213
1.37
0.45
2.29
4
3
3
217
213
216
212
1.84
0.46
2.30
4
3.5
3.5
218
205
211
208
5.96
3.21
4.58
4
4
4
220
200
209
204
9.09
5
7.27
4
8
8
228
158
161
152
30.70
29.38
33.33
4
12
12
224
119
127
123
46.87
43.30
45.08
4
24
24
278
68
73
69
75.53
73.74
75.17
4
28
28
238
65
72
68
72.68
69.74
71.42
4
32
32
232
59
71
65
74.56
69.39
71.98
4
36
36
234
53
71
64
77.35
69.65
72.64
4
48
48
230
57
69
63
75.21
70
72.60
4
52
52
229
54
68
63
76.41
70.30
72.48
4
55
55
225
52
67
60
76.88
70.22
73.33
Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
Warna
3
0.5
3
Efluen (mg/l)
Efisiensi (%)
influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
55.5
264
264
264
263
0
0
0.37
1
56
273
272
273
270
0.36
0
1.09
3
1.5
56.5
270
268
269
267
0.74
0.37
1.11
3
2
57
268
265
266
267
1.11
0.74
0.37
3
2.5
57.5
269
268
268
265
0.37
0.37
1.48
3
3
58
288
280
285
277
2.77
1.04
3.81
3
6
61
280
253
264
250
9.64
5.714
10.71
3
9
64
271
210
258
243
22.50
4.79
10.33
3
12
67
275
107
132
109
61.09
52
60.36
3
24
79
224
64
87
69
71.42
61.16
69.19
3
27
82
220
63
85
65
71.36
61.36
70.45
3
30
85
232
62
85
64
73.27
63.36
72.41
3
33
88
228
63
80
63
72.36
64.91
72.36
3
36
91
231
65
81
65
71.86
64.93
71.86
81
Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
2
0.5
2
1
2
Warna
Efluen (PtCo)
Efisiensi (%)
influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
91.5
210
207
208
208
1.42
0.95
0.95
92
203
200
202
203
1.47
0.49
0
1.5
92.5
217
201
211
204
7.37
2.76
5.99
2
2
93
219
204
210
205
6.84
4.10
6.39
2
4
95
220
190
202
191
13.63
8.18
13.18
2
6
97
199
174
189
182
12.56
5.02
8.54
2
8
99
207
155
172
160
25.12
16.90
22.70
2
10
101
207
137
150
141
33.81
27.53
31.88
2
12
103
205
84
89
87
59.02
56.58
57.56
2
24
115
234
77
94
78
67.09
59.82
66.67
2
26
117
235
78
96
79
66.80
59.14
66.38
2
28
119
241
78
97
76
67.63
59.75
68.46
2
30
121
235
79
94
77
66.382
60
67.23
Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
1
0.5
1 1
Warna
Efluen (PtCo)
Efisiensi (%)
influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
121.5
245
227
225
220
7.34
8.16
10.20
1
122
234
227
225
220
2.99
3.84
5.98
2
123
234
197
200
202
15.81
14.52
13.67
1
3
124
239
120
116
114
49.79
51.46
52.30
1
4
125
237
218
217
215
8.01
8.43
9.28
1
5
126
225
197
200
202
12.44
11.11
10.22
1
6
127
220
165
157
161
25
28.63
26.81
1
7
128
230
128
127
121
44.34
44.78
47.39
1
8
129
231
83
100
85
64.06
56.70
63.20
1
9
130
227
82
97
85
63.87
57.26
62.55
1
10
131
213
80
95
85
62.41
55.39
60.09
1
11
132
214
83
94
84
61.21
56.07
60.74
1
12
133
216
84
93
85
61.11
56.94
60.64
82
Lampiran 4 Efisiensi penyisihan kekeruhan pada WTH 1- 4 jam Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
Kekeruhan
Efluen (FTU)
Efisiensi (%)
influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
4
0.5
0.5
42
42
42
42
0
0
0
4
1
1
42
42
42
42
0
0
0
4
1.5
1.5
41
38
40
39
7.31
2.43
4.87
4
2
2
41
38
40
39
7.31
2.43
4.87
4
2.5
2.5
39
36
39
37
7.69
0
5.12
4
3
3
40
37
39
38
7.5
2.5
5
4
3.5
3.5
41
38
38
37
7.31
7.31
9.75
4
4
4
42
34
37
35
19.04
11.90
16.66
4
8
8
38
30
33
31
21.05
13.15
18.42
4
12
12
37
17
22
16
54.05
40.54
56.75
4
24
24
45
21
26
19
53.33
42.22
57.77
4
28
28
42
19
23
16
54.76
45.23
61.90
4
32
32
40
13
16
14
67.5
60
65
4
36
36
49
14
16
13
71.42
67.34
73.46
4
48
48
40
12
13
11
70
67.5
72.5
4
52
52
39
11
12
11
71.79
69.23
71.79
4
55
55
44
12
12
12
72.72
72.72
72.72
Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
Kekeruhan influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
3
0.5
55.5
49
47
49
49
4.08
0
0
3
1
56
50
48
50
49
4
0
2
3
1.5
56.5
50
45
48
47
10
4
6
3
2
57
47
41
43
40
12.76
8.51
14.89
3
2.5
57.5
48
41
43
39
14.58
10.41
18.75
3
3
58
52
43
47
44
17.30
9.61
15.38
3
6
61
49
39
43
40
20.40
12.24
18.36
3
9
64
48
37
42
38
22.91
12.5
20.83
3
12
67
51
38
43
39
25.49
15.68
23.52
3
24
79
62
19
23
17
69.35
62.90
72.58
3
27
82
61
17
22
16
72.13
63.93
73.77
3
30
85
64
18
22
17
71.87
65.62
73.43
3
33
88
60
15
17
14
75
71.66
76.66
3
36
91
62
16
18
14
74.19
70.96
77.41
Efluen (FTU)
Efisiensi (%)
83
Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
Kekeruhan
Efluen (FTU)
Efisiensi (%)
influen
R1
R2
R3
2
0.5
91.5
39
39
39
2
1
92
37
36
37
2
1.5
92.5
39
38
2
2
93
38
2
4
95
2
6
97
2
8
2
R1
R2
39
0
0
0
36
2.70
0
2.70
38
37
2.56
2.56
5.12
36
35
35
5.26
7.89
7.89
38
36
35
35
5.26
7.89
7.89
35
32
31
33
8.57
11.42
5.71
99
38
29
27
28
23.68
28.94
26.31
10
101
39
25
26
24
35.89
33.33
38.46
2
12
103
37
22
25
21
40.54
32.43
43.24
2
24
115
40
23
26
22
42.5
35
45
2
26
117
39
22
24
21
43.58
38.46
46.15
2
28
119
42
23
25
22
45.23
40.47
47.61
2
30
121
40
22
23
19
45
42.5
52.5
Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
Kekeruhan influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
1
0.5
121.5
42
42
42
40
0
0
4.76
1
1
122
38
37
38
36
2.63
0
5.26
1
2
123
37
33
35
32
10.81
5.40
13.51
1
3
124
39
33
34
30
15.38
12.82
23.07
1
4
125
41
34
34
31
17.07
17.07
24.39
1
5
126
36
31
30
27
13.88
16.66
25
1
6
127
36
29
30
28
19.44
16.66
22.22
1
7
128
36
30
29
29
16.66
19.44
19.44
1
8
129
36
29
30
27
19.44
16.66
25
1
9
130
39
30
30
28
23.07
23.07
28.20
1
10
131
35
25
26
24
28.57
25.71
31.42
1
11
132
37
27
27
26
27.02
27.02
29.72
1
12
133
39
28
27
26
28.20
30.76
33.33
Efluen (FTU)
R3
Efisiensi (%)
84
Lampiran 5 Efisiensi penyisihan COD pada WTH 1- 4 jam Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
4
0.5
4
COD
Efluen (mg/l)
Efisiensi (%)
influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
0.5
176
124
120
129
29.54
31.81
26.70
1
1
174
99
105
122
43.10
39.65
29.88
4
1.5
1.5
176
109
122
131
38.06
30.68
25.56
4
2
2
178
116
125
127
34.83
29.77
28.65
4
2.5
2.5
170
90
103
111
47.05
39.41
34.70
4
3
3
177
119
115
114
32.76
35.02
35.59
4
3.5
3.5
178
125
123
122
29.77
30.89
31.46
4
4
4
178
123
120
127
30.89
32.58
28.65
4
8
8
155
81
86
90
47.74
44.51
41.93
4
12
12
154
69
69
72
55.19
55.19
53.24
4
24
24
156
75
73
77
51.92
53.20
50.64
4
28
28
179
65
60
72
63.68
66.48
59.77
4
32
32
176
51
45
54
71.02
74.43
69.31
4
36
36
177
49
45
52
72.31
74.57
70.62
4
48
48
170
48
46
53
71.76
72.94
68.82
4
52
52
170
49
45
52
71.17
73.52
69.41
4
55
55
172
48
46
53
72.09
73.25
69.18
Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
3
0.5
3
COD
Efluen (mg/l)
Efisiensi (%)
influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
55.5
180
0
0
0
0
0
0
1
56
182
152
140
145
16.48
23.07
20.32
3
1.5
56.5
182
164
142
148
9.89
21.97
18.68
3
2
57
180
129
121
127
28.33
32.77
29.44
3
2.5
57.5
179
97
90
92
45.81
49.72
48.60
3
3
58
183
113
108
111
38.25
40.98
39.34
3
6
61
180
88
83
84
51.11
53.88
53.33
3
9
64
180
70
67
69
61.11
62.77
61.66
3
12
67
180
68
64
65
62.22
64.44
63.88
3
24
79
202
65
60
67
67.82
70.29
66.83
3
27
82
203
66
61
68
67.48
69.95
66.50
3
30
85
208
67
62
69
67.78
70.19
66.82
3
33
88
203
65
60
67
67.98
70.44
66.99
3
36
91
207
66
60
65
68.11
71.01
68.59
85
COD
Efluen (mg/l)
Efisiensi (%)
Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
2
0.5
91.5
161
0
0
0
0
0
0
2
1
92
161
120
107
118
25.46
33.54
26.70
2
1.5
92.5
162
143
129
131
11.72
20.37
19.13
2
2
93
163
121
115
122
25.76
29.44
25.15
2
4
95
164
137
120
128
16.46
26.82
21.95
2
6
97
160
99
94
102
38.12
41.25
36.25
2
8
99
161
100
95
104
37.88
40.99
35.40
2
10
101
164
82
80
87
50
51.21
46.95
2
12
103
163
75
74
77
53.98
54.60
52.76
2
24
115
176
78
75
79
55.68
57.38
55.11
2
26
117
175
77
73
78
56
58.28
55.42
2
28
119
181
79
74
80
56.35
59.11
55.80
2
30
121
177
76
72
77
57.06
59.32
56.49
Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
1
0.5
1 1
influen
R1
COD
R2
R3
R1
Efluen (mg/l)
R2
R3
Efisiensi (%)
influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
121.5
174
124
110
115
28.73
36.78
33.90
1
122
165
108
100
107
34.54
39.39
35.15
2
123
160
105
93
96
34.37
41.87
40
1
3
124
162
107
95
98
33.95
41.35
39.50
1
4
125
169
107
95
97
36.68
43.78
42.60
1
5
126
165
93
90
92
43.63
45.45
44.24
1
6
127
165
89
89
90
46.06
46.06
45.45
1
7
128
167
87
88
89
47.90
47.30
46.70
1
8
129
165
85
83
88
48.48
49.69
46.66
1
9
130
168
87
84
89
48.21
50
47.02
1
10
131
161
83
80
85
48.44
50.31
47.20
1
11
132
162
84
81
83
48.14
50
48.76
1
12
133
162
84
81
83
48.14
50
48.76
86
Lampiran 6 Peningkatan nitrat pada WTH 1- 4 jam Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
4
0.5
4
NO3
Efluen (mg/l)
Penambahan (%)
influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
0.5
3.99
3.99
4.01
3.99
0.12
0.42
0.10
1
1
3.99
4.02
4.37
4.01
0.67
8.78
0.42
4
1.5
1.5
3.91
3.94
4.05
3.92
0.88
3.38
0.20
4
2
2
3.97
4.00
4.44
4.01
0.64
10.57
0.97
4
2.5
2.5
3.62
3.76
4.10
3.92
3.74
11.90
7.67
4
3
3
3.70
4.22
4.65
4.36
12.17
20.35
14.95
4
3.5
3.5
3.77
4.35
4.78
4.50
13.36
21.10
16.27
4
4
4
3.77
4.35
4.78
4.62
13.44
21.19
18.40
4
8
8
3.56
4.02
4.24
4.41
11.40
16.00
19.34
4
12
12
3.56
4.44
4.60
4.5
19.87
22.60
21.72
4
24
24
4.2
5.0
5.66
5.32
16.06
25.68
21.05
4
28
28
4.2
4.87
5.00
4.99
13.75
16.11
15.96
4
32
32
4.11
4.90
5.21
4.78
16.01
21.10
14.03
4
36
36
4.11
4.90
5.2
4.81
16.05
20.94
14.36
4
48
48
3.80
4.81
5.07
4.73
20.94
25.03
19.64
4
52
52
3.67
4.82
5.09
4.74
23.96
27.90
22.58
4
55
55
3.76
4.82
5.1
4.73
21.91
26.29
20.40
Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
NO3
3
0.5
3
Efluen (mg/l)
Penambahan (%)
influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
55.5
3.91
3.91
3.92
3.91
0
0.25
0.20
1
56
3.91
3.95
3.97
3.97
1.11
1.70
1.65
3
1.5
56.5
3.91
3.9
3.98
3.98
1.68
1.90
1.93
3
2
57
3.90
4.15
4.28
4.18
5.89
8.68
6.63
3
2.5
57.5
4.00
4.33
4.45
4.33
7.64
10.15
7.78
3
3
58
4.10
4.56
4.72
4.5
10.14
13.13
10.65
3
6
61
4.03
4.32
4.50
4.4
6.73
10.46
9.21
3
9
64
4.0
4.21
4.40
4.23
4.66
8.71
5.09
3
12
67
4.02
4.23
4.32
4.80
4.98
6.98
16.20
3
24
79
3.09
3.77
4.17
3.84
17.82
25.71
19.46
3
27
82
3.08
3.6
4.13
3.66
16.34
25.39
15.77
3
30
85
3.09
3.72
4.19
3.67
16.78
26.09
15.60
3
33
88
3.05
3.79
4.29
3.79
19.53
28.85
19.55
3
36
91
3.06
3.67
4.11
3.81
16.70
25.53
19.69
87
Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
2
0.5
2
1
2
NO3
Efluen (mg/l)
Penambahan (%)
influen
R1
R2
R3
R1
91.5
3.21
3.21
3.21
3.21
0
0
0
92
3.10
3.33
3.54
3.43
6.75
12.45
9.49
1.5
92.5
3.34
3.55
3.73
3.67
5.93
10.342
9.05
2
2
93
3.35
3.62
3.81
3.73
7.53
12.07
10.28
2
4
95
3.35
3.63
3.82
3.74
7.54
12.16
10.38
2
6
97
3.32
3.61
3.79
3.72
8.05
12.53
10.72
2
8
99
3.32
3.62
3.89
3.64
8.06
14.53
8.57
2
10
101
3.32
3.62
3.90
3.64
8.09
14.73
8.62
2
12
103
3.32
3.62
3.97
3.76
8.36
16.45
11.72
2
24
115
3.07
3.61
3.95
3.55
15.05
22.19
13.53
2
26
117
3.02
3.55
3.92
3.55
14.77
22.88
14.70
2
28
119
3.18
3.73
3.96
3.65
14.57
19.53
12.82
2
30
121
3.11
3.68
3.90
3.64
15.45
20.15
14.46
Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
NO3
1
0.5
1 1
Efluen (mg/l)
R2
R3
Penambahan (%)
influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
121.5
4.21
4.255
4.27
4.26
0.86
1.26
1.17
1
122
4.19
4.25
4.27
4.26
1.41
1.89
1.78
2
123
3.83
4.24
4.26
4.25
9.71
10.17
10.00
1
3
124
3.95
4.24
4.2
4.26
6.90
7.51
7.25
1
4
125
3.96
4.24
4.27
4.26
6.59
7.22
6.98
1
5
126
3.19
3.37
3.6
3.45
5.50
13.28
7.66
1
6
127
3.19
3.38
3.68
3.54
5.49
13.33
9.71
1
7
128
3.19
3.38
3.67
3.55
5.63
12.97
10.04
1
8
129
3.09
3.31
3.50
3.35
6.55
11.74
7.80
1
9
130
3.00
3.30
3.49
3.34
9.22
14.17
10.14
1
10
131
3.01
3.31
3.5
3.34
9.14
13.94
9.95
1
11
132
3.11
3.36
3.57
3.35
7.45
12.79
7.10
1
12
133
3.12
3.47
3.60
3.36
10.18
13.29
7.08
88
Lampiran 7 Penyisihan amonium pada WTH 1- 4 jam Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
4
0.5
4
NH4
Efluen (mg/l)
Efisiensi (%)
influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
0.5
4.04
3.92
3.90
3.91
2.89
3.26
3.11
1
1
4.18
4.02
4.00
4.01
3.70
4.13
3.99
4
1.5
1.5
3.98
3.37
3.24
3.25
15.15
18.44
18.31
4
2
2
4.14
4.03
4.01
4.00
2.51
3.01
3.16
4
2.5
2.5
4.06
3.92
3.87
3.89
3.34
4.50
4.08
4
3
3
4.32
2.97
2.72
2.81
31.11
37.01
34.83
4
3.5
3.5
5.84
3.01
3.00
3.00
48.49
48.66
48.61
4
4
4
6.75
3.21
3.11
3.12
52.45
53.86
53.72
4
8
8
3.50
2.22
2.25
2.27
36.56
35.79
35.19
4
12
12
3.11
1.90
1.80
1.77
39.05
42.06
42.99
4
24
24
3.50
1.23
1.22
1.22
64.83
65.20
65.03
4
28
28
4.14
1.32
1.27
1.27
68.11
69.27
69.25
4
32
32
4.06
1.22
1.2
1.22
69.87
69.95
69.87
4
36
36
4.32
1.23
1.27
1.24
71.41
70.50
71.22
4
48
48
3.96
1.19
1.21
1.22
69.87
69.31
69.09
4
52
52
4.16
1.23
1.23
1.23
70.24
70.40
70.36
4
55
55
3.94
1.23
1.22
1.23
68.75
68.80
68.73
Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
NH4
3
0.5
3
Efluen (mg/l)
Efisiensi (%)
influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
55.5
4.02
4.02
3.99
4.01
0
0.74
0.24
1
56
4.21
3.96
3.89
3.89
5.77
7.43
7.41
3
1.5
56.5
3.75
2.87
2.81
2.82
23.28
24.93
24.58
3
2
57
4.16
3.09
3.11
3.13
25.60
25.21
24.63
3
2.5
57.5
4.02
3.08
3.07
3.09
23.30
23.45
22.98
3
3
58
3.17
3.00
3.01
3.02
5.44
5.19
4.78
3
6
61
3.12
2.28
2.25
2.22
26.85
27.94
28.71
3
9
64
3.19
2.29
2.25
2.25
28.25
29.50
29.31
3
12
67
3.11
2.27
2.25
2.25
26.92
27.44
27.47
3
24
79
5.88
2.34
2.21
2.32
60.13
62.29
60.42
3
27
82
5.85
2.35
2.21
2.22
59.70
62.22
61.91
3
30
85
5.99
2.43
2.38
2.31
59.43
60.29
61.40
3
33
88
5.99
2.43
2.37
2.37
59.41
60.38
60.31
3
36
91
5.96
2.43
2.36
2.36
59.27
60.46
60.31
89
Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
2
0.5
2
1
2
NH4
Efluen (mg/l)
Efisiensi (%)
influen
R1
R2
R3
R1
91.5
3.11
3.11
3.11
3.11
0
0
0
92
3.24
3.11
3.08
3.1
4.01
4.93
4.32
1.5
92.5
2.94
2.38
2.35
2.41
18.91
19.90
18.07
2
2
93
3.11
2.57
2.48
2.48
17.34
20.37
20.07
2
4
95
3.24
2.58
2.48
2.49
20.37
23.17
23.05
2
6
97
3.50
2.67
2.69
2.68
23.76
23.25
23.39
2
8
99
3.62
2.87
2.89
2.89
20.67
20.31
20.34
2
10
101
3.45
2.51
2.45
2.47
27.29
28.88
28.36
2
12
103
4.20
2.91
2.93
2.92
30.63
30.23
30.37
2
24
115
4.25
2.81
2.66
2.72
33.74
37.34
35.95
2
26
117
4.94
2.82
2.91
2.99
42.89
40.99
39.33
2
28
119
4.03
2.81
2.80
2.80
30.12
30.42
30.29
2
30
121
4.92
2.97
2.98
2.99
39.61
39.26
39.14
Waktu Tinggal (jam)
jam ke-
akumulasi jam
NH4
1
0.5
1 1
Efluen (mg/l)
R2
R3
Efisiensi (%)
influen
R1
R2
R3
R1
R2
R3
121.5
4.02
3.37
3.32
3.32
16.06
17.38
17.23
1
122
4.21
3.57
3.53
3.51
14.98
16.10
16.53
2
123
3.75
2.98
2.89
2.89
20.34
22.74
22.88
1
3
124
4.16
3.31
3.32
3.24
20.33
20.19
21.99
1
4
125
4.02
3.30
3.29
3.21
17.83
18.13
20.04
1
5
126
3.12
2.87
2.91
2.89
7.93
6.78
7.36
1
6
127
3.19
2.58
2.67
2.57
18.99
16.36
19.39
1
7
128
3.65
2.74
2.89
2.89
24.80
20.73
20.86
1
8
129
4.68
3.35
3.35
3.35
28.34
28.45
28.45
1
9
130
4.12
3.21
3.11
3.12
22.14
24.46
24.41
1
10
131
4.19
3.26
3.25
3.22
22.27
22.41
23.20
1
11
132
4.42
3.44
3.44
3.43
22.05
22.12
22.48
1
12
133
4.69
3.57
3.56
3.36
23.95
24.12
28.25
90
Lampiran 8 Analisa Jar Test pada efluen R1. R2. R3 Air sungai Larutan PAC (ml/0.5 L) 1 2 3 4 5 6 7 Kontrol
TSS
Warna
Kekeruhan
5 2 2 2 2 2 4 78
11 4 7 3 1 0 8 240
3 2 3 1 2 1 6 70
TSS
Warna
Kekeruhan
4 2 1 2 1 2 2 2 20
13 3 7 5 0 4 7 5 65
3 2 1 4 0 2 1 1 19
TSS
Warna
Kekeruhan
7 1 2 2 0 0 1 1 22
12 5 4 3 1 0 0 3 71
7 2 2 0 1 0 1 2 16
R1 Larutan PAC (ml/0.5 L) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Kontrol
R2 Larutan PAC (ml/0.5 L) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Kontrol
R3 Larutan PAC TSS Warna Kekeruhan (ml/0.5 L) 0.5 6 9 5 1 5 9 5 1.5 1 3 2 2 0 1 0 2.5 0 1 1 3 1 2 3 3.5 4 6 2 4 2 2 3 Kontrol 19 60 13 Catatan : R1 = Reaktor dengan media plastik tipe sarang tawon, R2 = Reaktor dengan media plastik AMDK, R3 = Reaktor dengan media batu apung. kontrol = tidak diberi perlakuan
91
Lampiran 9 Analisa Jar Test untuk air sungai yang diencerkan Air sungai : air bersih (1:1) Larutan PAC (ml/0.5 L) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Kontrol
TSS 7 3 2 1 2 1 3 49
Warna 12 6 2 2 3 0 3 175
Kekeruhan 6 2 1 0 2 1 2 33
TSS 4 2 7 3 3 2 37
Warna 5 1 7 4 4 1 143
Kekeruhan 2 3 4 3 2 2 30
TSS 3 4 3 3 1 2 24
Warna 3 4 2 4 2 2 79
Kekeruhan 1 4 2 4 3 3 20
TSS 3 4 4 3 1 1 17
Warna 3 3 4 2 0 0 54
Kekeruhan 1 1 2 1 1 0 14
Air sungai : air bersih (1:2) Larutan PAC (ml/0.5 L) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Kontrol
Air sungai : air bersih (1:3) Larutan PAC (ml/0.5 L) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Kontrol
Air sungai : air bersih (1:4) Larutan PAC (ml/0.5 L) 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 Kontrol
Air sungai : air bersih (1:5) Larutan PAC (ml/0.5 L) TSS Warna Kekeruhan 0.25 4 5 4 0.5 0 1 0 0.75 1 2 2 1 1 2 1 1.25 2 2 3 1.5 4 5 2 Kontrol 9 40 9 Catatan : R1 = Reaktor dengan media plastik tipe sarang tawon, R2 = Reaktor dengan media plastik AMDK, R3 = Reaktor dengan media batu apung. kontrol = tidak diberi perlakuan
92
Lampiran 10 Perhitungan biaya pemakaian koagulan (PAC) Dari data yang diperoleh. siketahui bahwa: Harga PAC = Rp 10.000.-/kg ~ Rp 4.025.-/ l (asumsi densitas PAC ᵙ 1 kg/l) Penurunan absolut tingkat kekeruhan setelah proses pengolahan (pada waktu kontak : 3 jam) = 70 FTU Penurunan pemakaian PAC optimum pada penurunan tingkat kekeruhan absolut sebesar 70 FTU = (0.12-0.05) ml/L = 0.07 ml/L Penurunan biaya pemakaian PAC dilihat dari penurunan tingkat kekeruhan: Penurunan biaya/liter air
= ∆ PAC ptimum x harga PAC =
x
=
x
x
= Rp. 0.7/L air Berdasarkan data yang diperoleh dari WTP Cihideung. debit produksi air bersih/ hari = 12.5 L/detik dalam 1 unit (didalam pengolahan air bersih IPB terdapat 4 unit WTP). Maka bila dihitung total air yang diproduksi/ diolah per harinya adalah sebagai berikut: Total produksi volume air/hari
= =
x
x4 x
x4
= 4.320.000 L air/hari Maka. penghematan biaya pemakain PAC per hari = Rp 0.7/ 1 L air x 4.320.000 L air/hari = Rp 3.024.000/ hari Bila dikonversi. penghematan biaya pembelian PAC per bulan = Rp 3.024.000/ hari x 30 hari/ bulan = Rp 90.720.000.-/ bulan
93
Lampiran 11 PPRI No. 82 Tahun 2001 LAMPIRAN PERATURAN PEMERINTAH NOMOR 82 TAHUN 2001 TANGGAL 14 DESEMBER 2001 TENTANG PENGELOLAAN KUALITAS AIR DAN PEGENDALIAN PENCEMARAN AIR Kriteria Mutu Air Berdasarkan Kelas PARAMETER 1
SATUAN 2
KELAS
KETERANGAN
I
II
III
IV
3
4
5
6
deviasi 3 1000 50
deviasi 3 1000 50
deviasi 3 1000 400
deviasi 5 2000 400
6-9
6-9
6-9
6-9
7
FISIKA Temperatur Residu Terlarut Residu Tersuspensi
o
C mg/L mg/L
Deviasi temperatur dari keadaan alamiahnya Bagi pengolahan air minum secara konvensional. residu tersuspensi ≤ 5000 mg/L
KIMIA ORGANIK pH
BOD COD DO Total Fosfat sbg P NO3 sbg N
mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
2 10 6 0.2 10
3 25 4 0.2 10
6 50 3 1 20
12 100 0 5 20
NH3-N
mg/L
0.5
(-)
(-)
(-)
Arsen Kobalt Barium Baron Selenium
mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
0.05 0.2 1 1 0.01
1 0.2 (-) 1 0.05
1 0.2 (-) 1 0.05
1 0.2 (-) 1 0.05
Kadmium Khrom (VI) Tembaga
mg/L mg/L mg/L
0.01 0.05 0.02
0.01 0.05 0.02
0.01 0.05 0.02
0.01 0.01 0.2
Besi
mg/L
0.3
(-)
(-)
(-)
Timbal
mg/L
0.03
0.03
0.03
0.3
Mangan
mg/L
0.1
(-)
(-)
(-)
Air raksa Seng
mg/L mg/L
0.001 0.05
0.002 0.05
0.002 0.05
0.005 2
Khlorida Sianida Fluorida Nitri sebagai N
mg/L mg/L mg/L mg/L
600 0.02 0.5 0.006
(-) 0.02 1.5 0.006
(-) 0.02 1.5 0.006
(-) (-) (-) (-)
Sulfat Khlorin bebas
mg/L mg/L
400 0.03
(-) 0.03
(-) 0.03
(-) (-)
Belerang sbg H2S
mg/L
0.002
0.002
0.002
(-)
Apabila secara alamiah di luar rentang tersebut. maka ditentukan berdasarkan kondisi alamiah
Angka batas minimum
Bagi perikanan. kandungan amonia bebas untuk ikan yang peka ≤ 0.02 mg/L. sebagai NH3
Bagi pengolahan air minum secara konvensional. Cu ≤ 1 mg/L Bagi pengolahan air minum secara konvensional. Fe ≤ 5 mg/L Bagi pengolahan air minum secara konvensional. Pb ≤ 0.1 mg/L
Bagi pengolahan air minum secara konvensional. Zn ≤ 5 mg/L
Bagi pengolahan air minum secara konvensional. NO2-N ≤ 1 mg/L Bagi ABAM tidak dipersyaratkan Bagi pengolahan air minum secara konvensional. S sbg H2S ≤ 0.1 mg/L
94
1
2
3
4
5
6
jml/100 ml
1000
5000
10000
10000
Bq/L Bq/L
0.1 1
0.1 1
0.1 1
0.1 1
Minyak dan lemak Deterjen sbg MBAS Fenol BHC Aldrin/Dieldrin Chloridane DDT Heptachlor epoxide
µg/L µg/L µg/L µg/L µg/L µg/L µg/L µg/L
1000 200 1 210 17 3 2 18
1000 200 1 210 (-) (-) 2 (-)
1000 200 1 210 (-) (-) 2 (-)
(-) (-) (-) (-) (-) (-) 2 (-)
Lindane Methoxychlor Endrin
µg/L µg/L µg/L
56 35 1
(-) (-) 4
(-) (-) 4
(-) (-) (-)
7
MIKROBIOLOGI Total Coliform
Bagi pengolahan air minum secara konvensional. total coliform ≤ 10000 jml/100 ml
RADIOAKTIFITAS Groos A Groos B KIMIA ORGANIK
Keterangan : mg = miligram. µg = mikrogram. ml = mililiter. L = Liter. Bq = Bequerel. MBAS = Methylene Blue Active Substance. ABAm = Air Baku Air Minum. Logam berat merupakan logam terlarut. Nilai di atas merupakan batas maksimum kecuali untuk pH dan Do. Bagi pH merupakan nilai rentang yang tidak boleh kurang atau lebih dari nilai yang tercantum. Nilai DO merupakan batas minimum. Arti (-) di atas menyatakan bahwa untuk kelas termasuk. parameter tersebut tidak dipersyaratkan. Tanda ≤ adalah lebih kecil sama dengan. tanda < adalah lebih kecil.
PRESIDEN REPUBLIK INDONESIA Ttd. MEGAWATI SOEKARNO PUTRI
95
Lampiran 12 Prosedur analisa laboratorium a) Amonium (NH4+). APHA. 2005 Pemeriksaan amonium dilakukan dengan metode Kjeldahl yang biasa digunakan dalam uji TKN (Total Kjeldahl Nitrogen). yaitu dengan menambahkan NaOH 6N dan asam borat yang telah diberi indikator mensel ke dalam alat distilator. Perbandingan antara pemakaian sampel dan pereaksi (NaOH dan asam borat) adalah 1:1. Perubahan warna yang terbentuk (dari ungu menjadi hijau) dititrasi dengan H2SO4 0.02N hingga berwarna ungu. Kemudian konsentrasi NH4 dihitung menggunakan rumus sebagai berikut:
NH4 (mg/L) =
Keterangan : V = Volume b) Nitrat (NO3-). SNI-06-2480-1991 Analisa nitrat dilakukan dengan menggunakan metode yang terdapat di dalam SNI 06-2480-1991. Metode tersebut merupakan metode pengujian kadar nitrat dengan alat spektrofotometer secara brusin sulfat. Sampel dengan volume 10 ml dimasukkan ke dalam erlenmeyer bervolume 50 ml. Setelah itu ke dalam erlenmeyer tersebut dimasukkan pereaksi NaCl sebanyak 2 ml dan H2SO4 pekat sebanyak 10 ml. diaduk perlahan dan biarkan dingin. Setelah dingin ke dalam erlenmeyer tersebut dimasukkan brushin sebanyak 0.5 ml. Setelah semua pereaksi tercampur. erlenmeyer tersebut dipanaskan pada suhu 90oC selama 20 menit dan kemudian didingankan. Setelah dingin sampel siap dibaca dalam alat spektrofotometer tipe DR-2500 dengan panjang gelombang 410 nm. Hasil yang terbaca dalam spektrofotometer diplotkan dalam kurva standar yang telah disiapkan. c) Phosphat (PO43-). APHA. 2005 Pemeriksaan phosphat dilakukan dengan acuan APHA edisi ke 21 yaitu 50 ml sampel dimasukkan ke dalam erlenmeyer 100 ml kemudian ditambahkan 4 ml ammonium molybdate. 0.5 ml SnCl2. Setelah ditetesi SnCl2 sampel didiamkan selama 10 menit dan kemudian sampel dibaca dalam spektrofotometer dengan panjang
96
gelombang 690 nm. Hasil yang terbaca dalam spektrofotometer tipe DR-2500 diplotkan dalam kurva standar.
d) TSS (Total Suspended Solid) Dalam analisa TSS kali ini menggunakan metode absorbansi cahaya dengan menggunakan alat spektrofotmeter tipe DR/2000 menggunakan metode yang disediakan yaitu method 630 (mg/L) yang membutuhkan panjang gelombang senilai 810 nm. e) Kekeruhan Pemeriksaan kekeruhan dilakukan dengan cara yang sama dengan metode pada TSS. hanya saja pada uji kekeruhan ini menggunakan method 750 (FTU turbidity) kemudian panjang gelombang disetting hingga 455 nm.
f)
Warna Pemeriksaan warna dilakukan dengan spektrofotometer DR/2000. Nilai warna (PtCo) dibaca pada spektrofotometer dengan panjang gelombang antara 450.
g) pH Pengujian pH menggunakan pH meter
97
Lampiran 13 Data kualitas air baku sungai Cihideung WTP IPB bulan Maret 2012 Tanggal
standar air baku pH suhu NTU pH suhu 01/03/2012 7.8 24.2 60 7.3 24 02/03/2012 7.8 24.5 4 7.3 24.5 03/03/2012 7.8 30.3 16.1 7.3 30.2 04/03/2012 7.8 25.2 21 7.3 25.3 05/03/2012 7.7 31.5 37 7.6 28.8 06/03/2012 7.7 31.1 16 7.6 28.9 07/03/2012 7.8 23.4 21.8 7.4 25.4 09/03/2012 7.8 23.5 21 7.5 24.6 10/03/2012 7.8 30.2 23 7.4 30.6 11/03/2012 7.8 25.3 19 7.5 25 12/03/2012 7.8 25.1 15 7.5 25.2 13/03/2012 7.8 24.1 17 7.2 24.3 14/03/2012 7.8 24.2 16 7.3 23.8 15/03/2012 7.8 25.3 20 7.3 25 16/03/2012 7.8 24.5 18 7.3 24.6 17/03/2012 7.8 30.4 18 7.1 30 18/03/2012 7.8 25.1 18 7.4 25.2 19/03/2012 7.8 27.9 21 7.5 26.8 20/03/2012 7.8 29.2 17 7.5 26.8 21/03/2012 7.7 32.3 29 7.6 29.1 22/03/2012 7.8 31.3 29 7.4 28.8 23/03/2012 7.8 25.3 25 7.8 25.5 24/03/2012 7.8 30.5 25 7.2 30.3 25/03/2012 7.8 25.3 21 7.3 25.1 26/03/2012 7.8 25.7 20 7.3 25.2 Sumber : Water Treatment Plant (WTP) IPB
TDS 34 41 46 40 50 51 45 47 50 50 46 46 47 40 50 48 50 54 53 54 56 52 50 52 49
NTU 2.6 1.48 1.83 1.17 1.26 1.07 1.79 2.47 2.57 2.52 2.4 1.45 1.68 1.64 1.97 1.5 2.17 1.79 1.24 2.95 1.09 1.17 1.17 1.62 1.4
WTP 1 pH suhu 7.1 23.7 7.2 24.1 7.2 31.3 7.4 25 7.6 28 7.6 28.1 7.3 25.4 7.2 24.7 7.3 30 7.6 25.4 7 25 7.1 20.6 7.3 23.4 7.3 24.8 7.4 24.7 7.2 30.5 7.3 25 7.5 25 7.5 26.1 7.6 28.1 7.5 27.7 7.3 28.3 7.4 25.1 7.3 30.6 7.3 25
TDS 49 43 49 50 47 48 51 51 50 51 48 51 59 55 52 50 51 52 53 52 51 56 50 53 53
NTU 5.17 5.12 5.68 4.71 2.18 1.78 2.86 3.43 4.71 2.5 3.67 3.31 3.95 4.82 3.4 2.65 3.25 2.55 2.9 2.77 3.76 2.17 4.55 2.65 2.7
WTP 2 pH suhu 7.2 24.3 7.3 24.9 7.3 29.5 7.2 25.1 7.7 27.9 7.7 27.9 7.3 25.4 7.2 24.4 7.5 30.1 7.4 25.2 7.4 25.2 7.1 24.6 7.4 24.1 7.4 25 7.6 24.7 7.5 30.5 7.3 25.3 7.3 26.3 7.4 26.5 7.4 27.8 7.3 28.2 7.6 25.2 7.3 30.5 7.2 25.1 7 25.7
TDS 43 45 47 49 46 47 46 45 50 48 47 47 46 48 48 49 50 51 50 51 50 52 53 55 56
NTU 6.8 4.21 7.69 3.8 2.93 1.24 2.9 3.83 2.7 3.2 1.52 3.24 3.83 2.65 2.96 3.75 3.25 1.64 3.59 1.63 3.68 2.7 2.91 2.27 2.37
WTP 3 pH suhu 7.3 24.3 7.6 24.8 7.5 30.1 7.4 28.5 7.7 27.9 7.6 28.2 7.4 25.6 7.4 24.3 7.6 30.7 7.2 25.5 7.4 25.5 7.2 24.5 7.4 24.3 7.6 24.6 7.7 24.8 7.6 30.6 7.5 25.2 7.3 25.7 7.3 26.5 7.4 27.7 7.3 28 7.4 25.5 7.4 30.2 7.5 25.1 7 25.8
TDS 41 43 48 50 49 50 51 44 49 50 49 47 47 50 48 50 51 52 50 51 50 49 52 52 52
NTU 58 4.8 3.51 5.6 7.8 3.78 1.08 1.34 1.07 1.7 2.78 2.35 2.81 3.38 2.92 2.15 2.2 1.62 2.32 3.11 2.11 2.17 2.13 2.17 2.71
WTP 4 pH suhu 7.3 24.4 7.7 24.9 7.6 30.1 7.5 25.3 7.6 28 7.6 28 7.4 25.2 7.2 24.4 7.5 30.3 7.4 25.1 7.7 25.4 7.2 24.7 7.5 24.2 7.4 24.8 7.4 25 7.4 30.4 7.5 25.3 7.3 26.3 7.2 26.7 7.3 27.7 7.3 28.3 7.6 25.1 7.2 30.6 7.1 25 7.9 25
TDS 49 45 52 48 49 49 46 46 51 53 56 62 49 53 53 51 52 51 50 50 51 52 54 52 55
97
