STUDI PENGOLAHAN AIR LIMBAH DOMESTIK DENGAN BIOFILTER AERASI MENGGUNAKAN MEDIA BIOBALL DAN ENCENG GONDOK (Eichornia crassipes) STUDY OF THE WASTE WATER TREATMENT WITH AERATION BIOFILTER USING BIOBALL MEDIUM AND ENCENG GONDOK (Eichornia crassipes) Fahrul Yahya
Mahasiswa Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya email:
[email protected],
[email protected]
Absrak: Saat ini pengolahan air limbah yang umum digunakan didaerah permukiman dengan skala komunal adalah menggunakan sistem tangki septik.Pengolahan air limbah rumah tangga tidak baik yang, akan menyebabkan tercemarnya air permukaan oleh limbah rumah tangga. Pengolahan air limbah rumah tangga yang berasal dari Asrama mahasiswa pada sumber grey water dan black water dengan sistem tercampur didalam tangki septik dilakukan pengolahan lanjutan,. Pada reaktor biofilter aerasi pengolahan ini sangat mudah, karena proses aerobik yang berjalan sehingga tidak menimbulkan bau, dan pemanfaatan tanaman enceng gondok (Eichornia crassipes) Dengan penggunaan reaktor biofilter aerasi yang diaerasi kontinyu dengan debit udara 7 l/dt dan Td 2,5 jam yaitu persentase removal fosfat 54,8% pada pengolahan enceng gondok (Eichornia crassipes) setelah melewati media bioball, amonium efisiensi removal tertinggi didapatkan pada kompartemen enceng gondok (Eichornia crassipes) yaitu sebesar 38,4% setelah melewati media bioball, dan pada COD sebesar 50,8% pada media Bioball. Kata Kunci: Aerobik, Eichornia crassipes, bioball, Biofilter, tangki septik
1. Pendahuluan Penggunaan tangki septik dalam untuk air limbah, sebenarnya masih memerlukan pengolahan lanjutan, hal ini dikarenakan tangki septik saja bahan pencemar organik masih belum memenuhi standar pembangan ke lingkungan. Pengolahan lanjutan pada tangki septik diperlukan
untuk mengurangi beban pencemar organik yang masih tinggi. Pada penelitian ini digunakan biofilter sebagai alat pengolahan lanjutan setelah mengalami pengolahan pada tangki septik, biofilter yang dipakai merupakan biofilter aerobik yang dilakukan dengan menggunakan sistem aerasi. Pengolahan dengan menggunakan biofilter pada umumnya memakai sistem anaerobik, karena efisiensinya yang tinggi dalam mengurangi beban pencemar organik, tetapi menimbulkan bau dan menghasilkan gas methan pada pengolahanya. Untuk sistem aerobik, biofilter yang digunakan memiliki keuntungan yaitu selain tidak menimbulkan bau juga tidak menghasilkan gas methan, tetapi untuk efisiensinya yang tinggi penelitian ini digunakan sistem aerasi, yaitu menggunakan difuser degan tekanan yang tinggi. Air limbah yang langsung dibuang ke lingkungan akan menyebabkan berbagai macam permasalahan. Salah satunya adalah pengkayaan zat-zat nutrien
(NH7, NO7, PO47-) dapat
menyebabkan eutrofikasi dalam badan air (Lavoie dan Noue, 1985). Nutrient yang dimaksud adalah berupa beban phosphat (PO47-) dan nitrogen yang berasal dari detergen, sabun, dan lainlain yang biasanya terdapat pada limbah perkotaan dimana pencemar tersebut langsung dibuang tanpa adanya pengolahan terlebih dahulu. Kondisi eutrofik ini sangat memungkinkan alga untuk tumbuh berkembang biak dengan pesat (blooming). Hal ini bisa dikenali dengan warna air yang menjadi kehijauan, berbau tak sedap, dan kekeruhannya menjadi semakin meningkat. Semakin banyak alga yang tumbuh, maka semakin banyak pula oksigen didalam badan air yang akan dimanfaatkan oleh pernafasan alga. Hingga menyebabkan oksigen menjadi berkurang. Sebagai akibatnya, spesies mahkluk hidup air akan berkurang dan mengganggu fungsi ekosistem Bakteri membutuhkan suatu nutrien yang berupa nitrogen dan fosfat yang terdapat pada air limbah. Bakteri dapat mendekomposisi nutrien tersebut dengan melihat jumlah kadar oksigen dan lingkungan yang tercukupi. Selain itu, bakteri akan mengeluarkan karbondioksida (CO2) dari
iii
proses metabolisme dan mendekomposisi nutrien tersebut hingga membantu enceng gondok dalam proses fotosintesisnya. Maka dari itu, seharusnya antara enceng gondok dan bakteri akan menciptakan suatu proses bioreaktor dalam badan air yang dapat mengolah beban pencemar suatu limbah rumah tangga atau limbah domestik.
2. Metodologi Terdapat tiga reaktor yang akan digunakan yaitu reaktor dengan td (waktu tinggal) air limbah 2jam, 2,5jam, 3jam, dan pada kompartemen media bioball dilakukan aerasi, yaitu dengan memberikan diffuser, dengan debit udara 7L/hari, 14 L/hari. Dan dengan adanya bak penampung dimana airnya berasal dari tangki septik asrama mahasiswa
Gambar 2 Reaktor Biofilter Aerasi
Gambar 2 Media Bioball Sebelum melakukan proses pengolahan air limbah domestik, media bioball dan enceng gondok terlebih dahulu dilakukan proses seeding selama 2 minggu, hal tersebut dilakukan untuk didapatkan hasil sampai terjadi steady state pada kondisi air limbah. Tujuan dilakukan seeding selain untuk membenihkan dengan cara memasukkan kedalam air limbah yang akan dilakukan pengolahan supaya media mampu melakukan oksidasi pada zat pencemar organik pada air limbah tersebut dan menumbuhkan atau mengembangbiakan mikroorganisme agar dikondisikan dengan tempat beradaptasinya lingkungan awal, untuk tempat berkembang biaknya mikroorganisme yang akan di ujikan direaktor. Seeding dilakukan dengan cara mengambil air limbah dari tangki septik dengan persentase 25%, 50%, 75%, 100% kandungan air limbah, selanjutnya masukkan media bioball dan eceng gondok kedalam bak selama ± 10 hari lalu dilakukan aerasi. Selain itu perlakuan aklimatisasi pada enceng gondok dan bioball untuk mendapatkan suatu kultur yang bagus dan mikroorganisme yang mampu beradaptasi dengan air limbah. aklimatisasi dapat dilakukan baik didalam maupun diluar reaktor secara kontinyu
v
Gambar 3 Reaktor dan Filter
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengambilan sampel air limbah yang diambil di tangki septik Asrama mahasiswa di Blok I dilakukan analisis awal di Laboratorium Kualitas Lingkungan FTSP-ITS Surabaya. No
Parameter
1 2 3 4 5 6 7 8
COD BOD Nitrogen Pospat pH MLSS MLVSS T (suhu)
Satuan mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L C
Hasil Analisa 168,00 90,00 94,80 10,58 7,15 60 54 24,1
Metode Analisa Refluks Winkler Kjeldahl Spektropotometri pH meter Gravimetri Gravimetri Termometer
Tabel 1 Analisa awal 3.1
Perbandingan Analisis NH4 pada Qaerasi 7 L/hari Dan Qaerasi 14 L/hari Dari hasil analisis laboratorium yang dilakukan penyebab dari fluktuasi konsentrasi
NH4(Amonium) yang dilakukan analisis NH4(Amonium), diakibatkan oleh terjadinya pengenceran sewaktu musim hujan, zat pencemar air limbah yang berbeda setiap harinya,
dimana zat asam yang terkandung diair limbah turut mempengaruhi konsentrasi NH4(Amonium) pada reaktor yang akan dilakukan analisis, sehingga mikroorganisme atau bakteri yang melekat dimedia bioball yang terdapat dalam reaktor biofilter mengalami kematian akibat diluar ambang batas. Pembuangan pembersih atau karbol berbahan kimia yang mengandung asam dengan konsentrasi tinggi berpengaruh pada analisis NH4(Amonium). Analisa NH4 Minggu ke-1: Persentase Efisiensi Analisis NH4 Reaktor 1
30 Aerasi 7 L/hari (%)
20
Aerasi 14 L/hari (%)
10 0 Eff Bioball
Eff E.crassipes
Titik Sam pling
Gambar 4 Grafik efisiensi NH4 Reaktor 1 Minggu ke-1 Persentase Efisiensi Analisis NH4 Reaktor 2
Persentase (%)
30 25 20 Aerasi 7 L/hari (%)
15
Aerasi 14 L/hari (%)
10 5 0 Eff Bioball
Eff E.crassipes
Titik Sam pling
Gambar 5 Grafik efisiensi NH4 Reaktor 2 Minggu ke-1 Persentase Efisiensi Analisis NH4 Reaktor 3 20 Persentase (%)
Persentase (%)
40
15 Aerasi 7 L/hari (%)
10
Aerasi 14 L/hari (%)
5 0 Eff Bioball
Eff E.crassipes
Titik Sam pling
Gambar 6 Grafik efisiensi NH4 Reaktor 3 Minggu ke-1
vii
Analisa NH4 Minggu ke-2: Persentase Efisiensi Nilai NH4 Reaktor 1 Persentase (%)
50 40 30
Aerasi 7 L/hari (%)
20
Aerasi 14 L/hari (%)
10 0 Eff Bioball
Eff E.crassipes
Titik sam pling
Gambar 7 Grafik efisiensi NH4 Reaktor 1 Minggu ke-2
Persentase Efisiensi Analisis NH4 Reaktor 2
Persentase (%)
20 15 Aerasi 7 L/hari (%)
10
Aerasi 14 L/hari (%)
5 0 Eff Bioball
Eff E.crassipes
Titik Sam pling
Gambar 8 Grafik efisiensi NH4 Reaktor 2 Minggu ke-2
Persentase Efisiensi Nilai NH4 Reaktor 3
Persentase (%)
20 15 Aerasi 7 L/hari (%)
10
Aerasi 14 L/hari (%)
5 0 Eff Bioball
Eff E.crassipes
Titik Sam pling
Gambar 9 Grafik efisiensi NH4 Reaktor 3 Minggu ke-2
3.2
Perbandingan Analisis PO4 pada Qaerasi 7 L/hari Dan Qaerasi 14 L/hari Dari hasil analisis laboratorium yang dilakukan penyebab dari fluktuasi konsentrasi
PO4(Fosfat) yang dilakukan analisis PO4(Fosfat), diakibatkan oleh terjadinya pengenceran sewaktu musim hujan, zat pencemar air limbah yang berbeda setiap harinya, dimana zat asam
yang terkandung diair limbah turut mempengaruhi konsentrasi PO4(Fosfat) pada reaktor yang akan dilakukan analisis, sehingga mikroorganisme atau bakteri yang melekat dimedia bioball yang terdapat dalam reaktor biofilter mengalami kematian akibat diluar ambang batas. Pembuangan pembersih atau karbol berbahan kimia yang mengandung asam dengan konsentrasi tinggi berpengaruh pada analisis PO 4(Fosfat). Analisis PO4 Minggu ke-1: Persentase Efisiensi Analisis PO4 Reaktor 1
Persentase (%)
40 30 Aerasi 7 L/hari (%)
20
Aerasi 14 L/hari (%)
10 0 Eff Bioball
Eff E.crassipes
Titik Sam pling
Gambar 10 Grafik efisiensi PO4 Reaktor 1 Minggu ke-1
Prosentase Efisiensi Analisis PO4 Reaktor 2
Persentase (%)
50 40 30
Aerasi 7 L/hari (%)
20
Aerasi 14 L/hari (%)
10 0 Eff Bioball
Eff E.crassipes
Titik Sam pling
Gambar 11 Grafik efisiensi PO4 Reaktor 2 Minggu ke-1
Persentase (%)
Persentase Efisiensi Analisis PO4 Reaktor 3 30 25 20 15 10 5 0
Aerasi 7 L/hari (%) Aerasi 14 L/hari (%)
Eff Bioball
Eff E.crassipes
Titik Sam pling
Gambar 12 Grafik efisiensi PO4 Reaktor 3 Minggu ke-1
ix
Analisa PO4 Minggu ke-2: Persentase Efisiensi Analisis PO4 Reaktor 1
Persentase (%)
40 30 Aerasi 7 L/hari (%)
20
Aerasi 14 L/hari (%)
10 0 Eff Bioball
Eff E.crassipes
Titik Sam pling
Gambar 13 Grafik efisiensi PO4 Reaktor 1 Minggu ke-2
Persentase Efisiensi Analisis PO4 Reaktor 2
Persentase (X)
60 50 40
Aerasi 7 L/hari (%)
30
Aerasi 14 L/hari (%)
20 10 0 Eff Bioball
Eff E.crassipes
Titik Sam pling
Gambar 14 Grafik efisiensi PO4 Reaktor 2 Minggu ke-2
Persentase Efisiensi Nilai PO4 Reaktor 3
Persentase (%)
15 10
Aerasi 7 L/hari (%) Aerasi 14 L/hari (%)
5 0 Eff Bioball
Eff E.crassipes
Titik Sam pling
Gambar 15 Grafik efisiensi PO4 Reaktor 3 Minggu ke-2 3.3
Perbandingan Analisis COD pada Qaerasi 7 L/hari Dan Qaerasi 14 L/hari Dari hasil analisis laboratorium yang dilakukan penyebab dari fluktuasi konsentrasi COD
yang dilakukan analisis COD, diakibatkan oleh terjadinya pengenceran sewaktu musim hujan, zat pencemar air limbah yang berbeda setiap harinya, dimana zat asam yang terkandung diair limbah turut mempengaruhi konsentrasi COD pada reaktor yang akan dilakukan analisis,
sehingga mikroorganisme atau bakteri yang melekat dimedia bioball yang terdapat dalam reaktor biofilter mengalami kematian akibat diluar ambang batas. Pembuangan pembersih atau karbol berbahan kimia yang mengandung asam dengan konsentrasi tinggi berpengaruh pada analisis COD. Analisa COD Minggu ke-1 Persentase Efisiensi Nilai COD Reaktor 1
Persentase (%)
60 50 40
Aerasi 7 L/hari (%)
30
Aerasi 14 L/hari (%)
20 10 0 Eff Bioball
Eff E.crassipes
Titik Sampling
Gambar 16 Grafik efisiensi COD Reaktor 1 Minggu ke-1
Persentase Efisiensi Analisis COD Reaktor 2
Persentase (%)
50 40 30
Aerasi 7 L/hari (%)
20
Aerasi 14 L/hari (%)
10 0 Eff Bioball
Eff E.crassipes
Titik Sam pling
Gambar 17 Grafik efisiensi COD Reaktor 2 Minggu ke-1
Persentase Efisiensi Analisis COD Reaktor 3
Persentase (%)
25 20 15
Aerasi 7 L/hari (%)
10
Aerasi 14 L/hari (%)
5 0 Eff Bioball
Eff E.crassipes
Titik Sam pling
Gambar 18 Grafik efisiensi COD Reaktor 3 Minggu ke-1
xi
Analisa COD Minggu ke-2:
Persentase Efisiensi Analisis COD Reaktor 1
Persentase (%)
20 15 Aerasi 7 L/hari (%)
10
Aerasi 14 L/hari (%)
5 0 Eff Bioball
Eff E.crassipes
Titik Sam pling
Gambar 19 Grafik efisiensi COD Reaktor 1 Minggu ke-2
Persentase (%)
Persentase Efisiensi Analisis COD Reaktor 2 7 6 5 4 3 2 1 0
Aerasi 7 L/hari (%) Aerasi 14 L/hari (%)
Eff Bioball
Eff E.crassipes
Titik Sampling
Gambar 20 Grafik efisiensi COD Reaktor 2 Minggu ke-2
Persentase Efisiensi Nilai COD Reaktor 3
Persentase (%)
6 5.8 5.6
Aerasi 7 L/hari (%)
5.4
Aerasi 14 L/hari (%)
5.2 5 4.8 Eff Bioball
Eff E.crassipes
Tititk Sam pling
Gambar 21 Grafik efisiensi COD Reaktor 3 Minggu ke-2
4. KESIMPULAN Pada penelitian ini dapat disimpulkan bahwa: 1.
Dari hasil analisis laboratorium pada Qaerasi 7L/hari didapatkan kesimpulan, untuk nilai persentase terbesar dengan nilai efisiensi removal dari media bioball adalah sebagai berikut: COD 50,8%, Amonium 38,4%, Fosfat 54,8%
2. Dari hasil analisis laboratorium dengan td (waktu tinggal) 2jam, 25jam, 3jam didapatkan persentase terbesar dengan nilai efisiensi removal dari media bioball dan enceng gondok adalah sebagai berikut: COD 15,4%, Amonium 12,4%, Fosfat 49,1%
Daftar Pustaka Anonim. 2010. ”Bofilm”. (http://id.wikipedia.org/wiki/Biofilm/. Atnyonowati.2003. Tugas Akhir: Studi Literatur Pengendalian Enceng Gondok Secara Biologis Di Beberapa Lokasi Kritis. Surabaya: Jurusan Teknik Lingkungan FTSP ITS. Al-Jayyousi. 2003. Grey Water Reuse: Towards Sustainable Water Management. Journal of Desalination 156pp 181-192. Abu Ghunmi, L., Zeeman, G., Fayyad, M., Van Lier, J.B. 2010. Grey Water Treatment In A Series Anaerobic–Aerobic System For Irrigation. Journal of Bioresource Technology 101pp 41-50. Garcia, J., Mujeriego, R., Marine, M., Hernandez. 2000. High Rate Algal Pond Operating Strategies for Urban Wastewater Nitrogen Removal. Journal of Applied Phycology. 12:331-339 Ghufran, M. Kordi K, H. Baso Andi. 2007. Pengelolaan Kualitas Air Dalam Budidaya Perairan. Penerbit Rineka Cipta. Jakarta. Hardyanti, N dan Rahayu, SS. 2007. Fitoremediasi Phospat Dengan Pemanfaatan (Eichhornia crassipes) (Studi Kasus Pada Limbah Cair Industri Kecil Laundry). Jurnal Presipitasi 2, 1: 28-32 Hindarko, S. 2003. Mengolah Air Limbah Supaya Tidak Mencemari Orang Lain. Penerbit Esha. Jakarta. Liu, S., Butler D., Memon, F.A., Makropoulos, C., Avery, L., Jefferson. 2010. Impacts Of Residence Time During Storage On Potential Of Water Saving For Grey Water Recycling System. Journal of Water Research 44pp 267-277.
xiii
Liu, X.Y., Ou, T.Y., Yuan, D.X., Wu, X.Y. 2010. Study Of Municipal Wastewater Treatment With Oyster Shell As Biological Aerated Filter Medium. Journal of Desalination 254 149-153. Mara, Duncan. 2003. Domestic Wastewater Treatment. London: Earthscan. Mangkoedihardjo, S. 2002. Disertasi: Efek Zat Organik Air Limbah Terhadap Pertumbuhan Eceng Gondok. Malang: Program Pascasarjana Universitas Brawijaya. Metcalf dan Eddy. 2003. Wastewater Engineering Treatment And Reuse. 4th edition. New York: Mc Graw Hill. Oswald, W.J., Gotaas H.B., Golueke, C.G., Kellen, W.R. 1957. “Algae in WasteTreatment”. Sewage ind. Waste . 29, 437-457 Reynolds, T.D. and Richards, P.A. 1996, Unit Operations and Process in Environmental Engineering, 2nd edition, An International Thomson Publishing Company. Sumariyanti A., 2002. Tugas Akhir: Studi Literatur Penurunan Kandungan Logam Berat (Cu dan Cd) Dalam Limbah Cair Dengan Memanfaatkan Tumbuhan Air. Surabaya: Jurusan Teknik Lingkungan FTSP ITS. Wang, X.J., Xia, S.Q., Chen, L., Zhao, J.F., Renault., Chovelon, J.M. 2006. Nutrient Removal From Municipal Wastewater By Chemical Precipitation In A Moving Bed Biofilm Reactor. Journal Of Process Biochemistry. 41 824-828. Xie, W., Wang, Q., Song, G, Kondo, M., Teraoka, M., Ohsumi, Y., Ogawa, H.I. 2004. Upflow Biological Filtration With Floating Filter Media. Journal of Process Biochemistry 39pp 765-770.
