Tinjauan Kapasitas Denitrifikasi Landfill Bioreaktor Untuk Pengolahan In Situ Air Lindi Dengan Umur Sampah Yang Berbeda

Tinjauan Kapasitas Denitrifikasi Landfill Bioreaktor Untuk Pengolahan In Situ Air Lindi Dengan Umur Sampah Yang Berbeda Khristian, Gabriel S.B. Andari K., dan Irma Gusniani Program Studi Teknik Lingkungan, Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, 33546, Indonesia

[email protected]

ABSTRAK Pada penelitian ini, dilakukan pengamatan terhadap kemampuan denitrifikasi in situ pada bioreaktor landfill yang berisikan sampah berumur 2 tahun (R2) dan 4 tahun (R4) dengan 3 titik ketinggian sampling pada bioreaktor landfill (#1,#2,#3) yang menggambarkan distribusi kemampuan denitrifikasi pada bagian atas, tengah, dan bawah bioreaktor landfill. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui umur sampah yang paling efektif serta pengaruh ketinggian sampah terhadap proses denitrifikasi in situ yang terjadi. Hasil penelitian menunjukkan, bahwa sampah berumur 2 tahun (R2) memiliki kemampuan reduksi nitrat yang lebih besar dibandingkan sampah berumur 4 tahun (R4). Untuk kemampuan reduksi nitrat pada ketinggian sampah yang berbeda, menunjukkan pola yang tidak sama pada kedua bioreaktor (R2 dan R4), hal ini dapat diakibatkan karena kurang meratanya sebaran kandungan material organik pada bioreaktor landfill. Kata Kunci : Landfill bioreaktor, kapasitas denitrifikasi, penghilangan nitrogen, umur sampah, ketinggian sampah

ABSTRACT In this research, done observation ability of denitrification at landfill bioreactor with refuse was 2 years old ( R2 ) and 4 years ( R4 ) by 3 points the height of sampling at bioreactor landfill ( # 1, # 2, # 3 ), which describing the distribution ability of denitrification, in the upper, middle, and lower part of bioreactor landfill.The purpose of this research is to find out the age of refuse which most effective as well as the influence of the height of refuse against the process of denitrification.The result showed, that refuse’s 2 years old ( R2 ) has higher ability to the reduction of nitrate than refuse’s four years old ( R4 ).To the ability of the reduction of nitrate at an altitude of refuse different, shows the pattern that is not the same in both bioreactor ( R2 and R4 ), this could arise because of lacking evenly distributed to scatter the content of organic material in bioreactor landfill. Key Word : Bioreactor landfills, denitrification capacity, nitrogen removal, ages of refuse, elevation of refuse

Pendahuluan Sampah merupakan produk sampingan yang dihasilkan oleh setiap kegiatan manusia. Dari waktu ke waktu komposisi dan jenis sampah semakin beranekaragam, oleh

1

Tinjauan kapasitas..., Khristian , FT UI, 2014

2

karenanya diperlukan pengelolaan sampah yang tepat dan bertanggungjawab agar tidak menimbulkan dampak negatif bagi lingkungan hidup (UU No 32 tahun 2009). Pengelolaan sampah idealnya dilakukan dengan metode landfill. Dimana dalam penerapannya, metode landfill menghasilkan timbulan air lindi sebagai limbah cair yang berasal dari badan landfill. Air lindi yang dihasilkan dari timbunan sampah yang ada pada badan landfill memiliki kandungan yang beragam sesuai dengan komposisi sampah yang ada(Tchobanoglous, 1993). Kandungan yang terdapat dalam air lindi tersebut berupa karbon organik yang disertai dengan kandungan senyawa nitrogen dalam berbagai bentuk senyawa: amonia, nitrat, dan nitrit (Berge., et al. 2005 ). Kandungan senyawa nitrogen yang terdapat pada air lindi dapat menyebabkan pencemaran lingkungan berupa amonitrifikasi. Oleh karena itu, pada penelitian ini akan dilakukan peninjauan terhadap proses denitrifikasi yang terjadi pada dua sampel sampah yang memiliki usia 2 tahun dan 4 tahun, dengan tujuan penelitian sebagai berikut : 1) menganalisa kapasitas denitrifikasi yang terjadi dalam bioreaktor landfill dengan usia sampah yang berbeda; 2)

menganalisa

kapasitas denitrifikasi yang terjadi pada ketinggian sampah yang berbeda didalam bioreaktor landfill; dan 3) menganalisa

pengaruh perubahan karakteristik air lindi

(amonia, nitrat, nitrit, COD, DO, dan pH) terhadap besarnya nilai kapasitas denitrifikasi yang terjadi Teori Dasar Limbah Padat merupakan sisa kegiatan sehari-hari yang berasal dari aktifitas manusia dan/atau dari proses alam yang berbentuk padat, dimana dalam proses pengelolaannya harus diperhatikan dan dilaksanakan sesuai dengan peraturan perundang-undangan yang berlaku dalam upaya mencegah terjadinya pencemaran terhadap lingkungan sekitar (Undang-undang Nomor 18 tahun 2008). Umumnya limbah padat dikumpulkan dan dikelola pada suatu area tertentu yang sudah diperuntukkan khusus sebagai tempat pengelolaan limbah dalam jumlah yang besar yang disebut sebagai landfill. Landfill merupakan tempat dimana sampah diisolasi secara aman agar tidak menimbulkan gangguan terhadap lingkungan sekitarnya serta tidak memberikan dampak negatif bagi kesehatan manusia (Ritzkowski and Stegmann, 2003). Namun, dalam proses pengelolaan limbah padat pada badan landfill terdapat limbah sampingan berupa air lindi yang berpotensi untuk mencemari lingkungan disekitarnya. Oleh karenanya diperlukan suatu


3

unit pengolahan air lindi pada badan landfill. Berikut ini adalah contoh struktur unit pengolahan air lindi pada badan landfill

Gambar 1. Unit Pengolahan air lindi pada landfill Air lindi yang dihasilkan oleh limbah padat yang terdapat pada badan landfill, merupakan produk sisa dari proses biologis yang terjadi pada limbah padat( Pohland,1995). Berikut ini adalah serangkaian proses biologis yang terjadi:

•

Dekomposisi Limbah Padat Merupakan proses degradasi material sampah pada badan landfill disebabkan karena

proses biologi. Perubahan secara fisik dan kimiawi serta produksi air lindi dan produksi gas yang berhubungan langsung dengan aktivitas biologis di dalam landfill. Ada 3 fase utama dari aktivitas biologis yang terjadi dan merupakan satu rangkaian( Pohland, 1995) yaitu : 1) Dekomposisi aerobic dengan menggunakan oksigen yang tersedia di dalam landfill; 2) Dekomposisi anaerobic oleh organisme anaerobic dan fakultatif, menghasilkan komponen yang lebih sederhana yang dapat larut; 3) Bakteri Methanogenic mulai mengkonsumsi komponen yang lebih sederhana, menghasilkan methan dan CO2. •

Nitrifikasi Nitrifikasi merupakan proses biologis yang terjadi pada reduksi ammonia menjadi

nitrat maupun nitrit pada kondisi aerob yang dilakukan oleh bakteri nitrifikasi (U.S EPA, 1993), tahapan yang terjadi adalah amonia dioksidasi menjadi nitrit(NO2-)

oleh bakteri

Nitrosomonas, kemudian nitrit(NO2-) akan dioksidasi oleh bakteri Nitrobacter menjadi nitrat(NO3- ) (Rittman and McCarty, 2001). Berikut ini reaksi yang berlangsung secara kimiawi dalam proses nitrifikasi :


4

2NH!! + 3O! → 4H ! + 2H! O + 2NO! ! 2NO2- + O2 à 2NO3

(2-1) (2-2)

Proses oksidasi yang terjadi selama nitrifikasi berlangsung memerlukan keberadaan oksigen (O2 ) yang berperan sebagai aseptor elektron (Rittman and McCarty, 2001). Pada reaksi kimia yang berlangsung didalam proses nitrifikasi dihasilkan ion H+ mengakibatkan pH dilingkungannya akan mengalami penurunan (Khalil., et al. 2004). Dalam proses pengelolaan air lindi yang terjadi proses

nitrifikasi secara umum dilakukan secara ex situ, hal ini

dikarenakan kondisi landfill yang dalam keadaan anaerob. •

Denitrifikasi

Denitrifikasi merupakan proses kelanjutan dari nitrifikasi, dimana hasil akhir senyawa nitrogen dari proses nitrifikasi yang berupa nitrat (NO3-) didegradasi oleh bakteri anaerob mempergunakan sumber elektron dari karbon organik yang ada yang menghasilkan nitrogen bebas di akhir proses denitrifikasi tersebut (Rittman and McCarty, 2001). Berikut ini reaksi kimia yang terjadi selama proses denitrifikasi : ! ! ! NO! ! + 2e + 2H → NO! + H! O

(2-3)

! ! NO! ! + e + 2H → NO + H! O

(2-4)

2NO + 2e! + 2H ! → N! O + H! O

(2-5)

N! O + 2e! + 2H ! → N!(!) + H! O

(2-6)

Dalam sebuah badan landfill, sulit untuk berlangsung ketiga hal tersebut secara sekaligus yakni proses dekomposisi limbah padat, proses nitrifikasi dan denitrifikasi. Hal ini dikarenakan proses nitrifikasi yang terjadi memerlukan kondisi lingkungan yang aerob atau pengolahan secara ex situ( diluar badan landfill) yang memerlukan biaya yang cukup besar dalam operasionalnya, sedangkan pada landfill umumnya kondisi lingkungannya adalah anaerob. Oleh karenanya diperlukan suatu metode campuran yang menggabungkan pengolahan secara in situ yang didalamnya dapat berlangsung proses nitrifikasi. Metode ini sebelumnya telah pernah dilakukan oleh para peneliti, seperti oleh : Burton-Watson-Craik ( 1999), Price et all ( 2003), Vigneron et al (2006), serta Chen et all (2009) dimana penelitian mereka mengacu pada metode bioreaktor landfill yang berisi sampah yang kemudian dikondisikan agar dapat terjadi proses nitrifikasi dan denitrifikasi dengan penambahan larutan kimia kalium nitrat (KNO3 ). Penelitian-penelitian tersebut bertujuan untuk menentukan besarnya kapasitas denitrifikasi yang dimiliki oleh masing-masing jenis sampah yang dijadikan sampel.


5

METODOLOGI PENELITIAN Penelitian terhadap kapasitas denitrifikasi pada sampah dalam skala bioreaktor landfill yang dilakukan kali ini, berlangsung selama 216 jam yang mempergunakan dua sampel sampah muda

berusia 2 tahun (R2) dan 4 tahun (R4) yang berasal dari laboratorium

penyehatan lingkungan. Dimana tahap awal penelitian adalah melakukan proses pengisian sampah ke dalam bioreaktor landfill. Pada tahap ini sampah dimasukkan ke dalam bioreaktor landfill dengan pemadatan sampah mencapai nilai 800 kg/m3 yang diberikan lapisan kerikil pada bagian bawah dan bagian atas tumpukan sampah. Selanjutnya dilakukan proses reduksi kandungan amonia dalam sampah hingga mencapai nilai dibawah 150 mg/L dengan cara mengalirkan air suling sebanyak 18 liter ke dalam bioreaktor landfill sampah. Kemudian melakukan penambahan larutan larutan KNO3 (1000 mg NO3—NL-1) sebanyak 6,6 liter yang berfungsi sebagai sumber nitrat yang dibutuhkan dalam proses denitrifikasi pada sampah.

Keterangan : 1 = lubang resirkulasi dddair lindi 2 = lapisan kerikil 3-5 = titik sampling 6 = sampah 7 = penampungan air aaaalindi

Gambar 2. Desain Bioreaktor Landfill


6

Selanjutnya dilakukan pengukuran terhadap parameter yang sudah ditetapkan dari sampel air lindi yang dihasilkan oleh bioreaktor. Pengukuran awal dilakukan pada 11 jam pertama untuk setiap jamnya, tahap selanjutnya pengukuran dilakukan setiap 12 jam untuk 84 jam berikutnya, dan setiap 24 jam sekali untuk tahap selanjutnya sampai akhir penelitian ( dimana kandungan nitrat mencapai nilai 0), dimana sampel air lindi yang diambil sebanyak 10 ml pada masing-masing titik sampling. Parameter yang diukur adalah amonia, nitrat, nitrit, COD, DO, dan pH.

Hasil Penelitian Hasil dari pengukuran tiap parameter dapat dilihat dalam gambar berikut ini: 600

R4

250

500

200

400

#1

150

#2

100

#3

50

#1

300

#2

200

#3

100

0 0

100

200

0

300

0

Jam ke -‐

100

200

300

Jam ke -‐

R4

300

700

R2

600

Konsentrasi NO2 (mg/l)

350 Konsentrasi NO2 (mg/l)

R2

Konsentrasi NO3-‐ (mg/l)

Konsentrasi NO3-‐ (mg/l)

300

500

250 200

#1

150

#2

100

#3

400

#1

300

#2

200

#3

100

50

0

0 0

100

200

300

0

100

200

Jam ke -‐

Jam ke -‐


300

7

200

R4

200 150 #1

100

#2 #3

50

Konsentrasi Amonia (mg/L)

Kandungan Amonia(mg/L)

250

160 140 120 100

#1

80

#2

60

#3

0 0

100 200 Jam ke-‐

9.2 #1

8.8

Konsentrasi COD (mg/L)

# 1 # 2 # 3

8.8 8.6

#3

8.4

100 200 Jam ke-‐

0

300

100

200

6000

R4

5000 4000

#1

3000

#2

2000

300

Jam ke-‐

6000

R2

8.2 0

300

9

#2

8.2

Nilai pH

9.2

#3

1000

konsentrasi COD (mg/L)

Nilai pH

9.4

9

100 200 Jam ke-‐

9.6

9.4

8.4

20 0

R4

8.6

40 0

300

9.6

R2

180

R2

5000 4000 #1 3000

#2

2000

#3

1000

0 0

100 200 Jam ke-‐

300

0 0


100 200 Jam ke-‐

300

8

Konsentrasi DO (mg/L)

5

5

Konsentrasi DO (mg/L)

R2

4.5

4.5

4

4

R4

3.5 3

#1

2.5

#2

2

#3

1.5

3.5 3

#1

2.5 #2

2

1.5

#3

1

1

0.5

0.5

0

0 0

100 200 Jam ke-‐

300

0

100

200

300

Jam ke-‐

Gambar 3. Grafik Pengukuran Tiap Parameter Pada 3 Ketinggian (#1 = 15cm, #2 = 40cm, #3= 60 cm) Untuk Bioreaktor R2( sampah 2 tahun) dan R4(sampah 4 tahun)

Karakteristik awal sampel sampah 2 tahun dan 4 tahun

Parameter Uji

Sampah 4 Tahun

Sampah 2 Tahun

Amonia

0,1025 g/kg

0,055 g/kg

Nitrat

0,1125 g/kg

0,2 g/kg

Nitrit

0,5 g/kg

0,5 g/kg

pH

10,3

10,3

Water Content

79,01%

78,88%

Karbon total

39,5%

15%

Nitrogen total

4,4%

8%

C/N

8,977

1,875

VS(Organic

Matter)

76,53 %

73,08%

Gambar 4. Tabel Karakteristik awal sampel sampah


9

Pembahasan Denitrifikasi merupakan proses reduksi nitrat menjadi nitrogen bebas (N2) yang dibantu oleh bakteri denitrifier dalam kondisi lingkungan anaerob. Dimana bakteri denitrifier mempergunakan organik karbon yang terkandung dalam sampah sebagai sumber energi utama dalam proses reduksi nitrat (Price et al. 2003). Proses denitrifikasi yang terjadi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu heterotrophic denitrification dan autotrophic denitrification. Dalam proses heterotrophic denitrification, kandungan nitrat yang ada direduksi menjadi nitrit (NO2-), nitric oxide(NO), nitrous oxide(N2O), dan gas nitrogen(N2) pada akhir proses (Rittman and McCarty, 2001) karbon organik dijadikan sebagai donor elektron yang berperan dalam proses denitrikasi yang terjadi. Reaksi kimia yang berlangsung selama proses heterotrophic denitrification digambarkan sebagai berikut : NO3- + 2 e- + 2 H+ à NO2- + H2O

( 4.1)

NO2- + e- + 2 H+ à NO + H2O

(4.2)

2 NO + 2 e- + 2 H+ à N2O + H2O N2O + 2 e- + 2 H+ à N2(g) + H2O

(4.3) (4.4)

Sedangkan dalam proses autotrophic denitrification, terjadi reduksi nitrat(NO3-) menjadi nitrogen bebas (N2) pada kondisi lingkungan dimana bakteri

Thiobacillus

denitrificans mempergunakan kandungan material anorganik sulfur (i.e. H2S, S, SO32-) (Onay and Pohland, 2001). Reaksi kimia yang berlangsung adalah sebagai berikut : 2 NO3- + 1.25 HS- + 0.75 H+ à N2 + 1.25 SO42- +H2O ( 4.5) Nitrat merupakan sumber utama dalam proses denitrifikasi yang berlangsung, penurunan nitrat yang berlangsung dari awal proses penelitian sampai akhir menunjukkan bahwa diantara kedua sampel sampah usia muda yaitu usia 2 tahun dan 4 tahun, penurunan nitrat pada sampel sampah usia 2 tahun lebih cepat dibandingkan dengan sampel sampah usia 4 tahun. Dimana, untuk sampah usia 2 tahun kandungan nitrat mencapai nilai nol pada rentang waktu jam ke- 168, sedangkan pada usia sampah 4 tahun kandungan nitrat mencapai nilai nol pada jam ke- 206 selama proses penelitian berlangsung. Perbedaan kecepatan diantara keduanya dapat terjadi dikarenakan nilai ratio C/N kondisi awal kedua sampah yang berbeda. Untuk sampah 2 tahun memiliki nilai C/N sebesar 8,977 sedangkan untuk sampah 4 tahun nilai C/N nya adalah 1,875. Kandungan karbon organik pada sampel sampah 2 tahun lebih besar dibandingkan pada sampel sampah 4 tahun, karena berperan sebagai donor elektron


10

yang dipergunakan dalam proses reduksi nitrat yang terjadi, sampah usia 2 tahun memiliki keuntungan yang lebih besar dalam pengadaan elektron (e-) yang diperlukan selama proses denitrifikasi berlangsung. Oleh karenanya kecepatan reduksi nitrat pada sampah usia 2 tahun lebih tinggi dibandingkan kecepatan reduksi nitrat sampah usia 4 tahun. Apabila dilakukan perhitungan secara first orde maka grafik penurunan nitrat untuk sampah usia 2 tahun memiliki nilai 0,0302 mg/L/jam sedangkan untuk sampah usia 4 tahun adalah 0,0226 mg/L/jam.

8

7

7

6

6

ln konsentrasi nitrat

ln konsentrasi Nitrat (mg/L)

8

5 4 3 2

5 4 3 y = -‐0.0302x + 5.7838

2 1

1

y = -‐0.0226x + 5.497

0 0

50

100 150 Jam ke-‐

0 200

250

0

50

100 Jam ke-‐

150

200

Gambar 5. Grafik first orde perubahan nilai nitrat pada Sampel Lindi dari Bioreaktor yang berisi Sampel Sampah berumur 2 tahun (kanan) dan 4 tahun (kiri)

Selanjutnya perubahan kandungan COD yang menunjukkan pemakaian zat organik sebagai elektron donor. Kandungan COD yang terdapat dalam air lindi sampah menunjukkan banyaknya material organik yang berperan sebagai elektron donor (e-) dalam proses denitrifikasi yang berlangsung (Cole and Brown, 1980). Dari grafik dapat dilihat bahwa terjadi penurunan kandungan COD dari awal proses penelitian sampai akhir proses penelitian, penurunan terbesar terjadi pada awal-awal penelitian dimana untuk sampah pada bioreaktor R2 menunjukkan bahwa pada jam ke 0 sampai jam ke-48 terjadi penurunan nilai COD yang cukup besar, hal ini menandakan bahwa penggunaan karbon organik dalam proses denitrifikasi heterotrof

lebih dominan dibandingkan dengan penggunaan material sulfat

dalam proses denitrifikasi autotrof. Berbeda halnya dengan sampah pada bioreaktor R4


11

menunjukkan bahwa proses penurunan nilai COD terjadi secara signifikan dari jam ke-0 sampai jam ke-120. Penggunaan karbon organik yang lebih besar pada bioreaktor R2 dibandingkan pada bioreaktor R4 pada awal-awal penelitian dapat disebabkan oleh nilai rasio C/N pada sampah R2 lebih besar dibandingkan pada sampah R4, sehingga efektifitas penggunaan karbon organik pada sampah R2 akan lebih besar dan memerlukan waktu yang lebih cepat ketika melakukan proses denitrifikasi secara heterotrof dibandingkan dengan apa yang terjadi pada sampah R4. Kemudian apabila dilakukan perhitungan secara matematis mempergunakan metode first orde, maka nilai penurunan COD pada sampah R2 adalah 0,0007 mg/L/ jam dan

untuk sampah R4 memiliki laju penurunan COD sebesar 0,002

mg/L/jam. Walaupun penurunan COD pada

sampah R4 lebih besar dibandingkan pada

sampah R2 namun laju penurunan nitrat R4 lebih kecil dibandingkan R2. Hal ini disebabkan oleh besarnya nilai C/N sampah usia 4 tahun (1,875) lebih kecil dibandingkan sampah usia 2 tahun( 8,977). Efektifitas penggunaan material organik pada sampah dalam proses denitrifikasi dilihat pada nilai C/N nya, karena yang berperan penting dalam proses denitrifikasi adalah karbon(donor elektron) dan nitrogen(nitrat yang direduksi) (Cole and Brown, 1980). Selanjutnya perubahan nilai pH yang terjadi yang menunjukkan penggunaan ion H+ selama proses denitrifikasi berlangsung. Proses denitrifikasi yang berlangsung selama penelitian memiliki kecenderungan akan meningkatkan nilai pH sampah yang ada didalam bioreaktor landfill seiring dengan meningkatnya kecepatan reduksi nitrat yang terjadi. Hal tersebut dikarenakan pemakaian ion H+ yang terjadi selama proses denitrifikasi akan meningkatkan nilai pH lingkungan (Rittman and McCarty, 2001). Dari grafik nilai pH pada kedua sampel terlihat bahwa kenaikan pH cukup besar terjadi pada 24 jam pertama penelitian berlangsung. Pada hari pertama penelitian, nilai pH pada kedua sampel berkisar antara 8,5 – 8,7 sedangkan pada 24 jam setelahnya, nilai pH meningkat dikisaran 9,3 – 9,5. Peningkatan nilai pH ini seiring dengan penurunan kandungan nitrat yang terjadi yaitu dari nilai 366,67 mg/L menjadi 80 mg/L untuk sampel sampah 2 tahun dan untuk sampah 4 tahun penurunan terjadi dari nilai 213,33 mg/L menjadi 65 mg/L hal ini sesuai dengan teori yang ada bahwa semakin cepat nilai penurunan kandungan nitrat akan disertai dengan kenaikan nilai pH lingkungannya. Namun, ketika kecepatan penurunan nitrat yang terjadi semakin melambat maka nilai pH lingkungan yang ada akan cenderung stabil ( Chen, et all. 2009). Pada akhir proses penelitian terjadi penurunan nilai pH seiring dengan berakhirnya proses denitrifikasi yang terjadi.


12

Selanjutnya perubahan kandungan nitrit yang terjadi selama proses denitrifikasi berlangsung. Paramater nitrit (NO2-) yang ada menunjukkan proses heterotrophic denitrification berlangsung, sesuai dengan reaksi kimia yang ada, yaitu:

NO3- + 2 e- + 2 H+ à NO2- + H2O

( 4.1)

NO2- + e- + 2 H+ à NO + H2O

(4.2)

Dalam reaksi tersebut nitrit dihasilkan dan direduksi menjadi oksida nitrogen(NO), penurunan kandungan nitrit yang terjadi sampai kandungan nitrit menjadi nol, menggambarkan selang waktu proses heterotrophic denitrification berlangsung. Dimana apabila dilihat dari grafik yang ada, pada grafik sampel sampah usia 2 tahun kandungan nitrit habis pada jam ke- 48 sedangkan pada sampel sampah usia 4 tahun kandungan nitrit habis pada jam ke- 192. Sehingga untuk sampel sampah usia 2 tahun proses denitrifikasi yang berlangsung setelah jam ke- 48 hanyalah jenis autotrophic denitrification, begitu pula pada usia sampel sampah 4 tahun setelah jam ke- 192 proses denitrifikasi yang terjadi hanya jenis autotrophic denitrification. Perbedaan selang waktu lamanya heterotrophic denitrification terjadi diantara kedua sampel dapat disebabkan oleh kandungan ratio C/N yang berbeda. Dimana ratio C/N sampel sampah usia 2 tahun(8,977) lebih besar dibandingkan sampel sampah usia 4 tahun(1,875). Dimana kandungan karbon organic yang lebih besar pada sampel sampah 2 tahun sebagai donor elektron mempercepat proses heterotrophic denitrification yang terjadi (Cole and Brown, 1980). Kemudian untuk parameter amonia, dalam awal penelitian telah dilakukan pengaliran air suling dan penambahan larutan KNO3 sebagai proses rekayasa terjadinya nitrifikasi secara in-situ dalam bioreaktor landfill. Namun dalam hasil pengukuran data terhadap parameter amonia menunjukkan adanya proses lain yang terjadi selain proses denitrifikasi yang berlangsung selama penelitian didalam bioreaktor landfill sampah. Hal tersebt dikarenakan selama proses denitrifikasi berlangsung, seharusnya nilai kandungan amonia cenderung menurun atau stabil namun yang terjadi selama proses penelitian adalah kandungan amonia mengalami peningkatan. Hal ini dapat disebabkan oleh reaksi fiksasi nitrogen yang berlangsung salama penelitian yang dikarenakan kesalahan teknis pada penutupan lubang sirkulasi udara, yang menyebabkan gas N2 yang dihasilkan dalam bioreaktor terakumulasi dan bereaksi membentuk amonia kembali melalui proses fiksasi nitrogen.


13

Untuk perbedaan kapasitas denitrifikasi yang terjadi pada masing-masing ketinggian titik sampling, maka dilakukan perhitungan secara grafik first orde yang menunjukkan laju penurunan nitrat yang terjadi sebagai berikut :

#1

ln konsentrasi nitrat(mg/L)

8 6 4 2

y = -‐0.029x + 5.8492

0 0

50

100 jam ke-‐

200

#2

8 ln konsentrasi nitrat (mg/L)

150

7 6 5 4 3 y = -‐0.0363x + 5.9003

2 1 0 0

20

40

60

80 jam ke-‐

100

120

140

160

140

160


#3 8 6 4 2

y = -‐0.0304x + 5.5401

0 0

20

40

60

80

100

120

jam ke-‐

Gambar 6. Grafik first order perubahan nilai nitrat pada ketinggian #1(15 cm), #2(40 cm) dan #3(65cm) dari Bioreaktor yang berisi Sampel Sampah berumur 2 tahun


14


#1

8 6 4 2

y = -‐0.0223x + 5.4437

0 0

50

100

150

200

250

#2

8 ln konentrasi nitrat (mg/L)

jam ke-‐

7 6 5

y = -‐0.0195x + 5.3909

4 3 2 1 0


0

50

100

jam ke-‐

150

200

250

#3

8 6 4

y = -‐0.0237x + 5.5221

2 0 0

20

40

60

80 100 jam ke-‐

120

140

160

180

Gambar 7. Grafik first order perubahan konsentrasi nitrat pada ketinggian #1(15 cm), #2(40 cm) dan #3(65cm) dari Bioreaktor yang berisi Sampel Sampah berumur 4 tahun


15

Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan, maka dapat diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Kapasitas denitrifikasi pada sampah muda berusia 2 tahun lebih besar dibandingkan pada sampah muda berusia 4 tahun. 2. Untuk bioreaktor landfill sampah usia 2 tahun, kapasitas denitrifikasi terbesar terjadi pada ketinggian sampah #2 (40 cm) sedangkan pada bioreaktor landfill sampah usia 4 tahun, kapasitas denitrifikasi terbesar terjadi pada ketinggian sampah #3 (65 cm). 3. Pengaruh konsentrasi COD serta nilai pH dalam proses denitrifikasi serta perubahan konsentrasi amonia yang terjadi: a. Terjadi penurunan nilai COD selama proses denitrifikasi berlangsung didalam bioreaktor landfill, dengan laju penurunan COD pada sampah berusia 2 tahun sebesar 0,0007 mg/L/ jam dan untuk sampah berusia 4 tahun memiliki laju penurunan COD sebesar 0,002 mg/L/jam. b. Terjadi peningkatan kandungan amonia yang disebabkan oleh proses biologis fiksasi nitrogen, akibat kesalahan penutupan lubang sirkulasi udara pada bioreaktor landfill serta tidak disediakannya wadah penampungan gas. c. Selama proses denitrifikasi berlangsung, terjadi peningkatan nilai pH akibat penggunaan ion H+ selama proses denitrifikasi berlangsung. Pada sampah berusia 2 tahun nilai pH meningkat dari 8,5 menjadi 8,9 ,sedangkan pada sampah usia 4 tahun nilai pH meningkat dari 8,6 menjadi 9,1. Saran Untuk perbaikan dan perkembangan penelitian kapasitas denitrifikasi pada sampah, berikut ini diberikan beberapa saran : a. Untuk penelitian selanjutnya, lebih baik sampel sampah yang digunakan mewakili sampah usia mudah (<5 tahun) dan sampah usia tua (> 5 tahun), agar dapat diketahui perbedaan kapasitas denitrifikasi yang terjadi pada karakteristik sampah yang berbeda secara golongan usia. b. Kapasitas denitrifikasi pada sampah usia lebih muda (2 tahun) memiliki nilai yang lebih besar. Sehingga dapat memberikan perkiraan waktu pengolahan air lindi yang lebih efektif dilakukan pada kondisi lapangan yang sebenarnya yakni pada badan landfill yang memiliki timbulan sampah berusia muda dibandingkan ketika sampah berusia tua. c. Karena nilai kesalahan relatif yang cukup kecil pada perhitungan data first orde daripada zero orde, maka pada penelitian selanjutnya dlebih baik mempergunakan metode fisrt orde. d. Untuk penelitian yang lebih lanjut dan lebih detail, diperlukan proses pengukuran serta pengambilan data lebih dari 1x agar dapat mendekati data


16

yang benar-benar terjadi pada saat penelitian berlangsung atau memperkecil peluang eror data.

DAFTAR REFERENSI APHA, 1998. Standard Methods for Examination of Water and wastewater, 20th edn. American Public Health Association Balai Laboratorium Kesehatan Surabaya tahun 2005 mengenai kondisi badan air terkait kasus kesehatan warga Jawa Timur Berge, N.D., Reinhart, D.R., Townsend, T.G. (2005). The Fate of Nitrogen in Bioreactor Landfills. Critical Reviews in Environmental Science and Technology 35 (4), 365-399. Borglin S.E., Hazen T.C., Oldenburg C.M. (2005) Comparison of aerobic and anaerobic biotreatment of municipal solid waste. J Air Waste Manag 54, 815-822. Burger, M., and Jackson, L. E. (2003). Microbial immobilization of ammonium and nitrate in relation to ammonification and nitrification rates in organic and conventional cropping systems, Soil Biology and Biochemistry, 35(1), 29-36. Burton, S.A.Q., Watson-Craik, I.A. (1998). Ammonia and nitrogen fluxes in landfill sites: applicability to sustainable landfilling. Waste Management and Research 16, 41-53. Chen, Y., et al. (2009). Denitrification capacity of bioreactors filled with refuse at different landfill ages. Journal of Hazardous Materials, 159 – 165 Chung, J.W., Bae, W., 2002. Nitrite reduction by a mixed culture under conditions relevant to shortcut biological nitrogen remlval. Biodegradation 13, 163-170. Erses, A.S., Onay, T.T., Yenigun, O. (2008). Comparison of aerobic and anaerobic degradation of municipal solid waste in bioreactor landfills. Bioresource Technology 99, 5418-5426. El-Mahrouki, I.M.L. dan Watson-Craik, I.A. (2004). The effects of nitrate and nitratesupplemented leachate addition on methanogenesis from municipal solid waste. Journal of Chemical Technology: Biotechnology 79, 842 – 850. Florida Center for Solid and Hazardous Waste. (2004). “Bioreactor Landfill Demonstration Project.”

Grady, C. P., Daigger, G. T., and Lim, H. C. (1999). Biological Wastewater Treatment, Marcel Dekker, Inc, New York, NY. J.A. Cole, C.M. Brown, Nitrite reduction to ammonia by fermentative bacteria: a short circuit in the biological nitrogen cycle, FEMS Microbiol. Lett. 7 (1980) 65–72.


17

Kjeldsen, P., Barlaz, M.A., Rooker, R., Baun, A., Ledin, A. and Christensen, T.H. (2002). Present and Long-Term Composition of MSW Landfill Leachate: A Review, Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 32(4), 297-336. Kulikowska D. and Klimiuk E. (2008). The effect of landfill age on municipal leachatecomposition. Biores Tec 99, 5981-5985. Laboratorium Kanehisa, Kyoto tahun 2014 mengenai penelitian siklus nitrogen dalam atmosfer bumi Lubberding H., Valencia R., Salazar R., Lens P. (2010) Release and conversion of ammonia in bioreactor landfill simulators. J Env Manag, 1-5. McCreanor, P.T., Reinhart, D.R. (2000). Mathematical Modeling of Leachate Routing in a Leachate Recirculating Landfill. Water Research 34(4), 1285-1295. Morris J., Vasuki N., Baker J. and Pandleton C. (2003). Findings from long-termo monitoring studies at MSW landfill facilities with leachate recirculation. Waste Manag 23, 653666. Ozkaya B., Demir A., Basturk A. and Bilgili M.S.(2004). Investigation of leachate recirculation effects in Istanbul Odayeri sanitary landfill. J Env Sci Health A39, 873883. Pohland, F.G. (1995). Landfill Bioreactors: Historical Perspective, Fundamental Principles and New Horizons in Design and Operations. Pada EPA Seminar Publication: Landfill Bioreactor Design and Operation Pohland, F.G., Kim, J.C. (2000). Microbially mediated attenuation potential of landfill bioreactor systems. Water Science Technology 41, 247-254. Price, G. A. (2001). Long-Term Nitrogen Management in Bioreactor Landfills, MS Thesis, North Carolina State University, Raleigh, NC. Qasim, Syed R. 1985. Wastewater Treatment Plants : Planning, Design, and Operation. Texas : Holt, Rinehart, and Winston Reinhart, D.R., Townsend, T.G. (1998). Landfill Bioreactor Design and Operation, Boca Raton, New York, USA: CRC Press LLC.


18

Reinhart, D.R., Mccreanor, P.T., Townsend, T. (2002). The bioreactor landfill; its status and future. Waste ManagementResource 20, 172-186. Ritzkowski M. and Stegmann R. (2003). Emission behaviour of aerated landfills: Results of laboratory scale investigations. Sardinia 2003 Ninth Waste Management and Landfill Symposium, Cagliari, Italy Sawyer,Clair N. Chemistry For Environmental engineering and Sciencs. New York : Mc Graw Hill Inc. Tchobanoglous, G., Theisen H., dan Vigil, S. (1993). Integrated Solid Waste Management. Tiedje, J. M. (1988). Ecology of Denitrification and Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium. Biology of Anaerobic Microorganisms, J. B. A. Zehnder, ed., John Wiley and Sons, New York, NY. U.S EPA, 1993 Nitrogen Control, EPA/625/R-93/010, U.S. EPA., Cincinnati, Ohio W.E. Newton, Nitrogen fixation, in: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, New York, NY, 2005. DOI:10.1002/0471238961.1409201814052320.a01.pub2


19


Tinjauan Kapasitas Denitrifikasi Landfill Bioreaktor Untuk Pengolahan In Situ Air Lindi Dengan Umur Sampah Yang Berbeda

Recommend Documents