7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Penelitian Terdahulu

1. Berdasarkan penelitian terdahulu oleh Reza Faisal Febriyana Jurusan

Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas

Negeri Semarang tahun 2014, jurnal mengenai “Prototype Unit

Pengolahan Limbah (Activated Sludge Biosand Filter Reactor) Untuk

Menurunkan Kadar Chemical Oxygen Demand (Cod), Biological Oxygen

Demand (Bod) Dan Total Suspended Solid (Tss) Pada Limbah Cair Tahu”.

Hasil Penelitian menyimpulkan bahwa Parameter limbah awal yang

diperoleh dari penelitian ini menunjukkan angka COD 1990,9 mg/L, BOD

1267 mg/L dan TSS 995 mg/L,dari hasil tersebut air limbah industri tahu

mempunyai kecenderungan mencemari lingkungan yang cukup tinggi.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui apakah unit gabungan activated

sludge dan biosand filter reactor dapat menurunkan kadar COD, BOD dan

TSS pada limbah cair tahu. Hasil menunjukkan bahwa penggunaan

prototype pengolahan limbah secara activated sludge-biosand filter dapat

menurunkan COD sebesar 85 % (292, 8 mg/L), BOD 89% (136, 7 mg/L)

dan TSS 97 % (27 mg/L) dari pengukuran limbah awal.

2. Berdasarkan penelitian terdahulu oleh Ahmad T.Yukiansyah Sarto, Kholid

Mawardi, Inamullah Afian N dan Meiana, media teknik No.2 tahun

XXVIII Edisi Mei 2006, jurnal mengenai “Pengolahan Limbah Cair

Pabrik Penyamakan Kulit Secara Biologi Dengan Aerasi”. Hasil penelitian

menyimpulkan Hasil percobaan menunjukkan bahwa penurunan BOD dan

COD dipengaruhi oleh laju alir udara,jumlah nutrisi dan lumpur.Untuk

1200 ml air limbah dengan BOD sekitar 170 mg / l dan COD 410 mg / l,

kondisi optimum laju alir udara, NPK, TSP, dan masing-masing lumpur

adalah 2776 ml / min 2g, 1g dan 500 ml. Setelah perlakuan telah dioperasi

selama 8 jam, BOD produk sekitar 45 mg / l dan COD sekitar 137 mg

/l.tingkat persamaan untuk proses biologis ini juga diperoleh.

8

Tabel II.1

Persamaan Dan Perbedaan Penelitian

No Nama

peneliti

Judul Persamaan penelitian terdahulu dan

sekarang

Perbedaan penelitian terdahulu

dan sekarang

1. Reza Faisal

Febriyana

Prototype Unit Pengolahan

Limbah (Activated Sludge

Biosand Filter Reactor) Untuk

Menurunkan Kadar Chemical

Oxygen Demand (Cod),

Biological Oxygen Demand

(Bod) Dan Total Suspended

Solid (Tss) Pada Limbah Cair

Tahu

- Penggunaan aerasi lumpur aktif

dalam menurunkan parameter air

limbah

- Parameter yang diteliti sama (TSS

dan BOD)

- Jenis limbah yang

digunakan

- Penambahan biosand filter

dan Penggunaan alat

diffuser disk dan aerator

- Jenis penelitian

2. Ahmad

T.Yukiansya

h Sarto,dkk

Pengolahan Limbah Cair Pabrik

Penyamakan Kulit Secara

Biologi Dengan Aerasi

- Penggunaan aerasi lumpur aktif

dalam menurunkan parameter air

limbah

- Jenis limbah yang digunakan

(penyamakan kulit)

- Parameter yang diteliti sama(BOD)

- Penambahan alat

- Jenis penelitian

9

Keterangan :

Perbedaan

1. Penelitian terdahulu (Reza Faisal Febriyana) dan sekarang

a. Jenis limbah

1) Pada peneliti terdahulu jenis limbah yang digunakan limbah

cair tahu .

2) Peneliti sekarang limbah cair pabrik penyamakan kulit

b. Penambahan alat/media

1) Pada peneliti terdahulu terdapat penambahan media biosand

filter

2) Pada peneliti sekarang terdapat penambahan alat yaitu

diffuser disk dan aerator

c. Jenis penelitian

1) Pada peneliti terdahulu jenis penelitian analitik

2) Pada peneliti sekarang jenis penelitian deskriptif

d. Subyek penelitian

1) Pada peneliti terdahulu Penggunaan Prototype Unit

Pengolahan Limbah (Activated Sludge Biosand Filter

Reactor) Untuk Menurunkan Kadar Chemical Oxygen

Demand (Cod), Biological Oxygen Demand (Bod) Dan

Total Suspended Solid (Tss) air limbah.

2) Pada peneliti sekarang Efektifitas alat pada proses aerasi

terhadap penurunan TSS dan BOD air limbah

2. Penelitian terdahulu (Ahmad T.Yukiansyah Sarto,dkk) dan

sekarang.

a. Penambahan alat

1) Pada peneliti terdahulu tidak menggunakan alat

2) Pada peneliti sekarang terdapat penambahan alat (diffuser

disk dan aerator).

10

b. Jenis penelitian

1) Pada peneliti terdahulu jenis penelitian analitik

2) Pada peneliti sekarang jenis penelitian deskriptif

B. Telaah Pustaka Lain Yang Sesuai

1. Limbah

a. Definisi Limbah Cair

Limbah cair adalah sisa dari suatu hasil usaha dan atau kegiatan yang

berwujud cair yang dibuang ke lingkungan dan diduga dapat

menurunkan kualitas lingkungan. Sedangkan menurut Sugiharto

(1987) air limbah (waste water) adalah kotoran dari masyarakat, rumah

tangga dan juga yang berasal dari industri, air tanah, air permukaan,

serta buangan lainnya.

Begitupun dengan Metcalf & Eddy (2003), mendefinisikan limbah

berdasarkan titik sumbernya sebagai kombinasi cairan hasil buangan

rumah tangga (permukiman),instansi perusahaaan, pertokoan, dan

industri dengan air tanah, air permukaan, dan air hujan.

Limbah cair merupakan sisa buangan hasil suatu proses yang sudah

tidak dipergunakan lagi, baik berupa sisa industri, rumah tangga,

peternakan, pertanian, dan sebagainya.Komponen utama limbah cair

adalah air (99%) sedangakan komponen lainnya bahan padat yang

bergantung asal buangan tersebut.(Rustama et. al, 1998).

b. Pengelompokan Limbah

1) Pengelompokan Berdasarkan Jenis Senyawa

a) Limbah Organik

Limbah organik merupakan limbah yang memiliki unsur

hidrokarbon (hidrogen dan karbon) yang mudah diuraikan oleh

mikroorganisme. Contoh: Jasad Makhluk hidup, sisa makanan,

kertas, kotoran hewan.Limbah organik yang mudah membusuk

dapat dimanfaatkan kembali dengan cara dijadikan kompos.

Kompos dapat dimanfatkan sebagai pupuk/penyubur tanaman.

11

Pembuatan kompos dari limbah organik dapat menjadi salah

satu solusi untuk menangani limbah organik.

b) Limbah Anorganik

Limbah anorganik merupakan limbah yang tidak memiliki

unsur hidrokarbon (hidrogen dan karbon) dan sulit diuraikan

oleh mikroorganisme. Contoh: plastik, karet, besi, kaleng

bekas, pecahan kaca. Limbah anorganik tidak dapat dibiarkan

begitu saja karena sulit diuraikan secara alami oleh

mikroorganisme, untuk itu limbah anorganik dapat didaur

ulang menjadi produk-produk yang dapat digunakan kembali

oleh manusia, seperti kaleng almunium didaur ulang menjadi

kaleng almunium kembali atau kertas bekas didaur ulang

menjadi kertas siap pakai lagi. Salah satu cara agar

pemanfaatan limbah dapat dilakukan dengan efektif dan efisien

adalah dengan memilah limbah tersebut saat dibuang.

2) Pengelompokan Berdasarkan Wujud

a) Limbah Wujud Cair

Limbah cair adalah segala jenis limbah yang berwujud cairan,

berupa air beserta bahan-bahan buangan lain yang tercampur

(tersuspensi) maupun terlarut dalam air.

Limbah cair dapat diklasifikasikan dalam 4 kelompok, yaitu:

- Limbah cair domestik (domestic wastewater), yaitu limbah

cair hasil buangan darri perumahan (rumah tangga),

bangunan, perdagangan, perkantoran, dan sarana

jenis. Contoh : Air detergen sisa cucian, air sabun, dan air

tinja.

- Limbah cair industri (Industrial wastewater), yaitu limbah

cair hasil buangan industri. Contoh: air sisa cucian daging,

buah, atau sayur dari industri pengolahan makanan dan dari

sisa pewarnaan kain/bahan dari industri tekstil.

12

- Rembesan dan luapan (infiltration and inflow), yaitu limbah

cair yang berasal dari berbagai sumber yang

memasukisaluran pembuangan limbah cair melalui

rembesan kedalam tanah atau melalui luapan dari

permukan.Contoh: halaman, Air buangan dari talang atap,

pendingin ruangan (AC), halaman, bangunan perdagangan

industri, serta pertanian atau perkebunan.

- Air Hujan (storm water), yaitu limbah cair yang berasal

dari aliran air hujan diatas permukaan tanah. Aliran air

hujan dipermukaan tanah dapat melewati dan membawa

partikel-partikel buangan padat atau cair sehingga dapat

disebut limbah cair.

b) Limbah Wujud Padat

Limbah padat merupakan salah satu limbah yang paling banyak

terdapat dilingkungan Biasanya limbah padat disebut sampah.

Limbah padat di klasifikasikan menjadi 6 kelompok :

- Sampah organik mudah busuk (garbage), yaitu limbah

padat semi basah, berupa bahan-bahan organik yang mudah

membusuk atau terurai mikroorganisme. Contoh : sisa

dapur, sisa makanan, sampah sayuran, kulit buah-buahan.

- Sampah anorganik dn organik tak membusuk (Rubbish),

yaitu limbah padat anorganik atau organik cukup kering

yang sulit terurai oleh mikroorganisme, sehingga sulit

membusuk. Contoh: Selulosa, kertas, plastik, kaca, logam.

- Sampah Abu (ashes), yaitu limbah padat yang berupa abu,

biasanya hasil pembakaran. Sampah ini mudah terbawa

angin karena ringan dan tidak mudah membusuk.

- Sampah bangkai binatang (dead animal), yaitu semua

limbah yang berupa bangkai binatang, seperti tikus, ikan

dan binatang ternak yang mati.

13

- Sampah sapuan (street sweeping), yaitu limbah padat hasil

sapuan jalanan yang berisi berbagai sampah yang tersebar

di jalanan, sperti dedaunan, kertas dan plastik.

- Sampah Industri (Industrial waste), yaitu semua limbah

padat yang bersal dari buangan industri. Komposisi sampah

ini tergantung dari jenis industrinya.

c) Limbah Berwujud Gas

Limbah gas biasanya dibuang keudara. Di udar,terkandung

unsur-unsur kimia seperti O2, N2, NO2, Co2, H2, dan lain-lain.

Penambahan gas keudara yang melampaui kandungan udara

alami akan menurunkan kualitas udara. Limbah gas yang

dibuang keudara biasanya mengandung partikel-partikel bahan

padatan atau cairan yang berukuran sangat kecil dan ringan

sehingga tersuspensi dengan gas-gas tersebut. Bahan padatan

dan cairan tersebut disebut sebagai materi partikulat.

d) Limbah Suara

Yaitu, Limbah yang berupa gelombang bunyi yang merambat

diudara. Limbah suara dapat dihasilkan dari mesin kendaraan,

mesin-mesin pabrik, peralatan elektronikdan sumber-sumber

yang lainnya.

3) Pengelompokan Berdasarkan Sumber

a) Limbah Domestik

Adalah limbah yang berasal dari kegiatan pemukiman

penduduk (rumah tangga) dan kegiatan usaha seperti pasar,

restoran, dan gedung perkantoran. Contoh : sisa makanan,

kertas, kaleng, plastik, air sabun, detergen, tinja.

b) Limbah Pertanian

Adalah limbah yang beraasal dari limbah pertanian, limbah ini

biasanya berupa senyawa-senyawa anorganik dari bahan kimia

yang digunakan untuk kegiatan pertanian. Contoh: Pupuk,

pestisida, sisa-sisa tumbuhan.

14

c) Limbah Industri

Adalah limbah buangan hasil industri, jenis limbah yang di

haasilkan tergantung pada jenis industri. Contoh: Limbah

organik cair atau padat akan banyak dihasilkan oleh industri

pengolahan makanan, sedangkan limbah anorganik seperti

logam berat dihasilkan oleh industri tekstil, Industri yang

melakukan proses pembakaran menghasilkan limbah gas.

d) Limbah Pertambangan

Adalah limbah yang berasal dari kegi kegiatan pertambangan.

Kandungan limbah ini terutama berupa material tambang.

Contoh: Logam atau batuan.

c. Karakteristik Limbah Cair

Meliputi sifat – sifat fisika, kimia dan biologi. Sifat-sifat tersebut dapat

dipahami dengan mempelajari konsentrasinya dan sejauh mana tingkat

pencemaran yang dapat ditimbulkan limbah terhadap lingkungan.

Pemahaman tentang karakteristik dapat diketahui melalui pengambilan

sampel, misalnya : limbah cair mempunyai tingkat keasaman, pH= 6

dan mengandung kadar besi 5 mg/l. Konsentrasi yang dikandung

limbah akan menentukan beban limbah terhadap lingkungan.

1) Karakteristik fisik

a) TS (total suspended)

b) TSS (total suspended solid)

c) Warna

d) Kekeruhan

e) Temperatur

f) Bau

g) Minyak dan lemak

2) Karakteristik kimia

a) Biological Oxygen Demand (BOD) dan COD (Chemical

Oxygen Demand).

b) Derajat keasaman

15

c) Logam berat

d) Cu (Tembaga)

e) Cd (Cadmium)

d. Dampak Pencemaran Limbah Cair

Limbah cair bisa berupa limbah yang yang terbentuk dari bahan

organik dan anorganik. Apabila meresap kedalam permukaan tanah,

limbah cair dapat merusak tanah terutama kesuburan tanah dan juga

sumber air yang ada di dalamnya. Bila kita hidup pada tanah yang

telah tercemar dan mengkonsumsi segala sesuatu darinya bisa

membahayakan kesehatan tubuh dan berbagai penyakit seperti diare,

dan disentri dapat timbul di tengah – tengah kita. Limbah cair pada

perairan atau sungai juga dapat merusak air sungai, mengotori air

sungai, mengganggu bahkan merusak ekosistem air yang dapat

berdampak kematian pada makhluk hidup yang ada, dan yang pasti

dapat menyebabkan banjir juga limbah tersebut merupakan sampah

yang dibuang oleh masyarakat, dan bbisa menyebabkan penyakit juga

bagi orang-orang yang tinggal di sekitar perairan atau sungai.

e. Prinsip Pengolahan Air Limbah

Berbagai teknik pengolahan air buangan untuk menyisihkan bahan

polutannya telah dicoba dan dikembangkan selama ini. Teknik-teknik

pengolahan air buangan yang telah dikembangkan tersebut secara

umum terbagi menjadi 3 metode pengolahan:

1) Pengolahan Secara Fisika

Pada umumnya, sebelum dilakukan pengolahan lanjutan terhadap

air buangan, diinginkan agar bahan-bahan tersuspensi berukuran

besar dan yang mudah mengendap atau bahan-bahan yang terapung

disisihkan terlebih dahulu. Penyaringan (screening) merupakan

cara yang efisien dan murah untuk menyisihkan bahan tersuspensi

yang berukuran besar. Bahan tersuspensi yang mudah mengendap

dapat disisihkan secara mudah dengan proses pengendapan.

Parameter desain yang utama untuk proses pengendapan ini adalah

16

kecepatan mengendap partikel dan waktu detensi hidrolis di dalam

bak pengendap.

Proses flotasi banyak digunakan untuk menyisihkan bahan-bahan

yang mengapung seperti minyak dan lemak agar tidak mengganggu

proses pengolahan berikutnya. Flotasi juga dapat digunakan

sebagai cara penyisihan bahan-bahan tersuspensi (clarification)

atau pemekatan lumpur endapan (sludge thickening) dengan

memberikan aliran udara ke atas (air flotation).

Proses filtrasi di dalam pengolahan air buangan, biasanya

dilakukan untuk mendahului proses adsorbsi atau proses reverse

osmosis-nya, akan dilaksanakan untuk menyisihkan sebanyak

mungkin partikel tersuspensi dari dalam air agar tidak mengganggu

proses adsorbsi atau menyumbat membran yang dipergunakan

dalam proses osmosa.

Proses adsorbsi, biasanya dengan karbon aktif, dilakukan untuk

menyisihkan senyawa aromatik (misalnya: fenol) dan senyawa

organik terlarut lainnya, terutama jika diinginkan untuk

menggunakan kembali air buangan tersebut.Teknologi membran

(reverse osmosis) biasanya diaplikasikan untuk unit-unit

pengolahan kecil, terutama jika pengolahan ditujukan untuk

menggunakan kembali air yang diolah. Biaya instalasi dan

operasinya sangat

2) Pengolahan Secara Kimia

Pengolahan air buangan secara kimia biasanya dilakukan untuk

menghilangkan partikel-partikel yang tidak mudah mengendap

(koloid), logam-logam berat, senyawa fosfor, dan zat organik

beracun; dengan membubuhkan bahan kimia tertentu yang

diperlukan. Penyisihan bahan-bahan tersebut pada prinsipnya

berlangsung melalui perubahan sifat bahan-bahan tersebut, yaitu

dari tak dapat diendapkan menjadi mudah diendapkan (flokulasi-

17

koagulasi), baik dengan atau tanpa reaksi oksidasi-reduksi, dan

juga berlangsung sebagai hasil reaksi oksidasi.

Pengendapan bahan tersuspensi yang tak mudah larut dilakukan

dengan membubuhkan elektrolit yang mempunyai muatan yang

berlawanan dengan muatan koloidnya agar terjadi netralisasi

muatan koloid tersebut, sehingga akhirnya dapat diendapkan.

Penyisihan logam berat dan senyawa fosfor dilakukan dengan

membubuhkan larutan alkali (air kapur misalnya) sehingga

terbentuk endapan hidroksida logam-logam tersebut atau endapan

hidroksiapatit. Endapan logam tersebut akan lebih stabil jika pH air

> 10,5 dan untuk hidroksiapatit pada pH > 9,5. Khusus untuk krom

heksavalen, sebelum diendapkan sebagai krom hidroksida

[Cr(OH)3], terlebih dahulu direduksi menjadi krom trivalent

dengan membubuhkan reduktor (FeSO4, SO2, atau Na2S2O5).

Penyisihan bahan-bahan organik beracun seperti fenol dan sianida

pada konsentrasi rendah dapat dilakukan dengan mengoksidasinya

dengan klor (Cl2), kalsium permanganat, aerasi, ozon hidrogen

peroksida.Pada dasarnya kita dapat memperoleh efisiensi tinggi

dengan pengolahan secara kimia, akan tetapi biaya pengolahan

menjadi mahal karena memerlukan bahan kimia.

3) Pengolahan Secara Biologi

Semua air buangan yang biodegradable dapat diolah secara biologi.

Sebagai pengolahan sekunder, pengolahan secara biologi

dipandang sebagai pengolahan yang paling murah dan efisien.

Dalam beberapa dasawarsa telah berkembang berbagai metode

pengolahan biologi dengan segala modifikasinya.Pada dasarnya,

reaktor pengolahan secara biologi dapat dibedakan atas dua jenis,

yaitu:

Reaktor pertumbuhan tersuspensi (suspended growth reaktor)

Reaktor pertumbuhan lekat (attached growth reaktor).

18

Di dalam reaktor pertumbuhan tersuspensi, mikroorganisme

tumbuh dan berkembang dalam keadaan tersuspensi. Proses

lumpur aktif yang banyak dikenal berlangsung dalam reaktor jenis

ini. Proses lumpur aktif terus berkembang dengan berbagai

modifikasinya, antara lain: oxidation ditch dan kontak-stabilisasi.

Dibandingkan dengan proses lumpur aktif konvensional, oxidation

ditch mempunyai beberapa kelebihan, yaitu efisiensi penurunan

BOD dapat mencapai 85%-90% (dibandingkan 80%-85%) dan

lumpur yang dihasilkan lebih sedikit. Selain efisiensi yang lebih

tinggi (90%-95%), kontak stabilisasi mempunyai kelebihan yang

lain, yaitu waktu detensi hidrolis total lebih pendek (4-6 jam).

Proses kontak-stabilisasi dapat pula menyisihkan BOD tersuspensi

melalui proses absorbsi di dalam tangki kontak sehingga tidak

diperlukan penyisihan BOD tersuspensi dengan pengolahan

pendahuluan.

Kolam oksidasi dan lagoon, baik yang diaerasi maupun yang tidak,

juga termasuk dalam jenis reaktor pertumbuhan tersuspensi. Untuk

iklim tropis seperti Indonesia, waktu detensi hidrolis selama 12-18

hari di dalam kolam oksidasi maupun dalam lagoon yang tidak

diaerasi, cukup untuk mencapai kualitas efluen yang dapat

memenuhi standar yang ditetapkan. Di dalam lagoon yang diaerasi

cukup dengan waktu detensi 3-5 hari saja.Di dalam reaktor

pertumbuhan lekat, mikroorganisme tumbuh di atas media

pendukung dengan membentuk lapisan film untuk melekatkan

dirinya. Berbagai modifikasi telah banyak dikembangkan selama

ini, antara lain:

trickling filter

cakram biologi

filter terendam

reaktor fludisasi

19

Seluruh modifikasi ini dapat menghasilkan efisiensi penurunan

BOD sekitar 80%-90%. Ditinjau dari segi lingkungan dimana

berlangsung proses penguraian secara biologi, proses ini dapat

dibedakan menjadi dua jenis:

Proses aerob, yang berlangsung dengan hadirnya oksigen.

Proses anaerob, yang berlangsung tanpa adanya oksigen.

Apabila BOD air buangan tidak melebihi 400 mg/l, proses aerob

masih dapat dianggap lebih ekonomis dari anaerob. Pada BOD

lebih tinggi dari 4000 mg/l, proses anaerob menjadi lebih

ekonomis.

2. BOD Dan TSS Air Limbah

a. BOD

1) Definisi BOD

BOD atau Biochemical Oxygen Demand adalah suatu analisa

empiris yang mencob mendekati secara global proses-proses

mikrobiologis yang benar-benar terjadi di dalam air. Angka BOD

adalah jumlh oksigen yang dibutuhkan oleh bakteri untuk

menguraikan (mengoksidasi) hampir semua zat organik yang

terlrut dan sebagian zat-zat organik yang tersuspensi dalam air

(Sugiharto,2014)

2) Dampak BOD Tinggi

Jika air limbah yang dibuang ke badan air memiliki kadar BOD

tinggi maka akan memberikan dampak :

a) Terganggunya kehidupan biota air

b) Mengganggu estetika

c) Mencemari badan air

3) Penanggulangan Penanggulangan Kelebihan Kadar BOD

Penanggulangan penanggulangan kelebihan kadar BOD adalah

dengan cara sistem lumpur aktif yang efisien dapat menghilangkan

padatan tersuspensi dan BOD sampai 90%. Ada pula cara yang lain

20

yaitu dengan Sistem Constructed Wetland merupakan salah satu

cara untuk pengolahan lindi yang memanfaatkan simbiosis

mikroorganisme dalam tanah dan akar tanaman. Sistem ini juga

merupakan sistem pengolahan limbah yang ekonomis. Penelitian

ini bertujuan menganalisis kemampuan sistem sub-surface

constructed wetland untuk menurunkan kandungan COD dan

BOD.

Apabila kandungan zat-zat organik dalam limbah tinggi, maka

semakin banyak oksigen yang dibutuhkan untuk mendegradasi zat-

zat organik tersebut, sehingga nilai BOD dan COD limbah akan

tinggi pula. Oleh karena itu untuk menurunkan nilai BOD dan

COD limbah, perlu dilakukan pengurangan zat-zat organik yang

terkandung di dalam limbah sebelum dibuang ke perairan.

Pengurangan kadar zat-zat organik yang ada pada limbah cair

sebelum dibuang ke perairan, dapat dilakukan dengan

mengadsorpsi zat-zat tersebut menggunakan adsorben. Salah satu

adsorben yang memiliki kemampuan adsorpsi yang besar adalah

zeolit alam. Kemampuan adsorpsi zeolit alam akan meningkat

apabila zeolit terlebih dahulu diaktifkan.

b. TSS

1) Definisi TSS

TSS (Total Susppended Solid) adalah Zat yang tersuspensi

biasanya terdiri dari zat organik dan anorganik yang melayang-

layang dalam air, secara fisika zat ini sebagai penyebab kekeruhan

pada air. Merupakan jumlah berat dalam mg/l kering lumpur yang

ada di dalam air limbah setelah mengalami penyaringan dengan

membran berukuran 0,45 mikron (Sugiharto, 1987). Total

Suspended Solid atau Padatan tersuspensi adalah padatan yang

menyebabkan kekeruhan air, tidak terlarut dan tidak dapat

langsung mengendap, terdiri dari partikel-partikel yang ukuran

maupun beratnya lebih kecil dari sedimen.

21

2) Dampak TSS tinggi

Jika air limbah yang dibuang ke badan air memiliki kadar TSS

tinggi maka akan memberikan dampak :

a) Pendangkalan air sungai.

b) Mengganggu proses fotosintesis.

c) Menyebabkan turunnya oksigen terlarut yang dilepas ke dalam

air oleh tanaman.

d) Menyebabkan kekeruhan pada badan air.

3. Sistem Pengolahan Limbah Cair

Pengolahan limbah cair sangat tergantung dengan karakteristik limbah

cair. Karakteristik limbah cair akan menentukan kelengkapan rangkaian

sistem pengolahan limbah cair. Sistem pengolahan limbah cair rumah

dibagi dalam pengolahan pertama, pengolahan kedua dan pengolahan

ketiga.

a. Pengolahan Pertama (primary Treatment)

Ditujukan untuk mereduksi bahan-bahan pencemar yang bersifat

mengapung, bahan-bahan mudah mengendap dan tersuspensi.

Pengolahan pertama juga disebut dengan pengolahan fisikan, karena

seluruh proses pengolahan pada tingkat pengolahan pertama

menggunakan prinsip-prinsip fisika, seperti penyaringan, pengapungan

dan pengendapan secara gravitasi. Unit-unit pengolahan limbah cair

pada tahap pengolahan pertama, seperti : alat ukur debit limbah cair,

penyaringan, pengapungan, unit penghancur, unit pengendap pasir dan

kerikil (grid chamber), bangunan sumur pengumpul (sump well),

bangunan penangkap lemak (grease trap) dan unit pengendap awal

(primary settling), netralisasi, equalisasi dan koagulasi (bila

diperlukan).

22

Gambar 2.1 Pengolahan Pertama

b. Pengolahan Kedua (Secondary Treatment)

Atau sering juga disebut dengan pengolahan biologis, karena dalam

proses pengolahan mengandalkan aktivitas mikroorganisme dengan

bantuan oksigen (aerobik) maupun tanpa bantuan oksigen (an aerobik).

Unit pengolahan limbah cair tahap ini, berdasarkan kelompok aerobik

dan an aerobik.

Kelompok aerobik : lumpur aktif, oxydation ditch, trickling filter,

kolam aerasi, bio tower, dan bentuk modifikasi lainnya.

Kelompok an aerobik : an aerobik sludge blanked, an aerobik bio

filter dan bentuk modifikasi lainnya.

Gambar 2.2 Pengolahan Kedua

Air baku

Communicator

Penangkap Air

Alat ukur debit

Pengolahan

Dari unit

pengolahan

pertama

Aerator

Pengendap

kedua

Endapan

lumpur

Sirkulasi

lumpur

Pengolahan

lumpur

23

c. Pengolahan Ketiga (Tertiery Treatment)

Sering juga diseut dengan pengolahan lanjut (advanced treatment).

Pengolahan ketiga dimaksudkan untuk menyempurnakan hasil

pengolahan pertama dan pengolahan kedua sebelum dilakukan

pembuangan akhir ke lingkungan (badan air penerima). Salah satu

bentuk pengolahan ketiga adalah melakukan desinfeksi terhadap

effluen hasil pengolahan limbah sebelum dibuang ke lingkungan.

Bentuk-bentuk pengolahan ketiga antara lain : desinfeksi, ion

exchange, penghilangan phospor, dan zat-zat pencemar lain yang

belum dapat diselesaikan pada pengolahan pertama dan kedua.

Berikut ini beberapa gambar rangkaian sistem pengolahan limbah cair

yang umum diterapkan.

Gambar 2.3 Pengolahan Ketiga

Influen

Screen

Grid

Chamber

Pengendap

awal

Tangki

Aerasi Pengendap

Kedua Chlorinator

Lumpur

Kering

Dewatering

An aerobik

Digester

Buangan

Lumpur

24

4. Aerasi

Salah satu kegunaan dari aerasi pada pengolahan air limbah adalah

memberikan suplai oksigen pada proses pengolahan biologi secara

aerobik. Pengaruh lamanya waktu pada proses oksidasi akan

mempengaruhi kemampuan mikroorganisme untuk mendegradasi bahan

organik yang terdapat dalam air buangan. Semakin lamanya waktu yang

diberikan pada proses oksidasi maka akan memberi kesempatan bagi

mikroorganisme untuk tumbuh dan melakukan degradasi bahan organik

(Droste, 1997). Tahapan dari aerasi (Pencampuran dengan O2)

memberikan tingkat pengikatan Oksigen yang paling cepat dengan

meningkatkan derajat aerasi pada aliran oksigen ditangki (Tapered

Aeration) yang dialirkan dalam interval selama aerasi disebut step

aeration atau aerasi bertahap. Pada proses aerasi ini terjadi penambahan

oksigen, dimana hal ini merupakan salah satu usaha dari pengambilan zat

pencemar yang terkandung dalam air limbah, sehingga konsentrasi zat

pencemar akan berkurang atau bahkan dapat dihilangkan sama sekali. Zat

yang diambil dapat berupa gas, cairan, ion, koloid atau bahan tercampur.

Tingginya effisiensi yang dihasilkan oleh kedua unit juga dapat

dipengaruhi oleh suplai oksigen yang diberikan sebagai sumber oksigen

bagi mikro organisme. Pada perinsipnya, dengan adanya proses aerasi ini

dapat menyebabkan kandungan oksigen terlarut (Disolved Oxygen) pada

air limbah meningkat. Disolved Oxygen ini digunakan untuk mengoksidasi

senyawa-senyawa organik yang ada pada air limbah dan menguraikannya

menjadi CO2 dan H2O. Pada reaksi oksigen ini hampir semua zat yaitu

sekitar 85% dapat teroksidasi menjadi CO2 dan H2O dalam suasana asam

dengan reaksi sebagai berikut :

Organik + O2 CO2 + H2O + Energi

Adanya proses penambahan kandungan oksigen pada proses aerasi maka

nilai konsentrasi BOD, COD akan mengalami penurunan, hal ini

disebabkan karena pada proses aerasi adanya suplai oksigen yang dapat

digunakan untuk melakukan oksidasi proses penguraian.

25

5. Alat Aerasi

a. Diffuser

Pada aerasi secara difusi, sejumlah udara dialirkan ke dalam air limbah

melalui diffuser. Udara yang masuk ke dalam air limbah nantinya

akan berbentuk gelembung-gelembung (bubbles). Gelembung yang

terbentuk dapat berupa gelembung halus (fine bubbles) atau kasar

(coarse bubbles). Hal ini tergantung dari jenis diffuser yang

digunakan. Terdapat beberapa macam gelembung halus(fine bubbles)

pada alat diffuser :

1) Gelembung Halus Tube Diffuser

Biomicrobe Tabung Membran Diffusers fitur, desain dipatenkan

unik untuk gelembung aerasi yang baik. Diffusers Biomicrobe

perakitan mudah dan tersedia dengan semua koneksi ke pipa.

Gelembung yang dikeluarkan alat ini beukuran 2 mm.

2) Gelembung Halus Disc Diffuser

Biomicrobe Baik gelembung diffusers Disk adalah teknologi

pengendalian pencemaran digunakan untuk menganginkan air

limbah untuk limbah treatment.Fine diffusers gelembung

menghasilkan sejumlah besar gelembung udara yang sangat kecil

yang naik perlahan dari lantai pabrik pengolahan tangki aerasi

instalasi pengolahan air limbah atau kotoran dan memberikan

substansial dan perpindahan massa efisien oksigen ke dalam air.

Oksigen, dikombinasikan dengan sumber makanan, limbah,

memungkinkan bakteri untuk menghasilkan enzim yang membantu

memecah limbah sehingga dapat menetap di clarifiers sekunder

atau disaring oleh membran.

3) Gelembung Halus Plate Diffuser

Halus Plate Diffuser mempunyai cirri sebagai berikut :

a) Tinggi efisiensi perpindahan oksigen. Kehilangan tekanan

rendah.

26

b) Berbagai aliran udara yang luas. Standar industri ukuran dan

bentuk. Membran yang dipertukarkan dengan produsen lain,

c) Membran kompresi dibentuk dengan termokopel individu

dalam setiap rongga=100% kontrol kualitas,Volume

gelembung yang paling tepat.

d) distribusi gelembung seragam,

e) Sistem aerasi dengan desain daya apung yang sangat rendah

f) Mudah dan cepat instalasi dengan pelana atau puting

sambungan pipa.

b. Aerator

1) Waterfall aerator ( aerator air terjun).

Pengolahan air aerasi dengan metoda Waterfall/Multiple aerator

seperti pada gambar susunannya sangat sederhana dan tidak mahal

serta memerlukan ruang yang kecil.

Multiple Tray Aerator

Gambar 2.4 Multiple Tray Aerator

Jenis aerator terdiri atas 4-8 tray dengan dasarnya penuh lobang-

lobang pada jarak 30-50 cm. Melalui pipa berlobang air dibagi rata

melalui atas tray, dari sini percikan-percikan kecil turun kebawah

dengan kecepatan kira-kira 0,02 m /detik per m2 permukaan tray.

Tetesan yang kecil menyebar dan dikumpulkan kembali pada

setiap tray berikutnya. Tray-tray ini bisa dibuat dengan bahan yang

cocok seperti lempengan-lempengan absetos cement berlobang-

27

lobang, pipa plastik yang berdiamter kecil atau lempengan yang

terbuat dari kayu secara paralel.

2) Cascade Aerator

Pada dasarnya aerator ini terdiri atas 4-6 step/tangga, setiap step

kira-kira ketingian 30 cm dengan kapasitas kira-kira ketebalan 0,01

m3 /det per meter2. Untuk menghilangkan gerak putaran

(turbulence) guna menaikan effesien aerasi, hambatan sering

ditepi peralatan pada setiap step. Dibanding dengan tray aerators,

ruang ( tempat ) yang diperlukan bagi casade aerators agak lebih

besar tetapi total kehilangan tekanan lebih rendah. Keuntungan lain

adalah tidak diperlukan pemeliharaan.

Cascade Aerator

Gambar 2.5 Cascade Aerator

Keterangan

A = Air baku

B = Air sudah diaerasi

C = Inlet

D = Lubang pembersih

E = Out let.

Cascade Aerator tampak atas

Gambar 2.6 Cascade Aerator tampak atas

Aerasi tangga aerator seperti pada gambar di bawah ini

peangkapan udaranya terjadi pada saat air terjun dari lempengan-

28

lempengan trap yang membawanya. Oksigen kemudian

dipindahkan dari gelembung-gelembung udara kedalam air . Total

ketinggian jatuh kira-kira 1,5 m dibagi dalam 3-5 step. Kapisitas

bervariasi antara 0,005 m3/det dan 0,5 m3/det per meter luas.

3) Sumberged Cascade Aerator

Gambar 2.7 Sumberged Cascade Aerator

4) Multiple Plat Form Aerator

Memakai prinsip yang sama, lempengan-lempengan untuk

menjatuhkan air guna mendapatkan kontak secara penuh udara

terhadap air.

Multiple Plat From Aerator

Gambar 2.8 Multiple Plat Form Aerator

5) Spray Aerator

Terdiri atas nozel penyemprot yang tidak bergerak (Stationary

nozzles) dihubungkan dengan kisi lempengan yang mana air

disemprotkan ke udara disekeliling pada kecepatan 5-7 m /detik.

Spray aerator sederhana diperlihatkan pada gambar, dengan

pengeluaran air kearah bawah melalui batang-batang pendek dari

pipa yang panjangnya 25 cm dan diameter 15 -20 mm. piringan

29

melingkar ditempatkan beberapa centimeter di bawah setiap ujung

pipa, sehingga bisa berbentuk selaput air tipis melingkar yang

selanjutnya menyebar menjadi tetesan-tetesan yang halus. Nosel

untuk spray aerator bentuknya bermacam-macam, ada juga nosel

yang dapat berputar-putar.

Spray Aerator

Gambar 2.9 Spray Aerator

6) Aerator Gelembung Udara ( Bubble aerator)

Jumlah udara yang diperlukan untuk aerasi bublle (aerasi

gelembung udara) tidak banyak, tidak lebih dari 0,3 – 0,5 m3

udara/m3 air dan volume ini dengan mudah bisa dinaikan

melalui suatu penyedotan udara. Udara disemprotkan melalui

dasar dari bak air yang akan diaerasi.

Bubble Aerator

Gambar 2.10 Bubble Aerator

6. Lumpur Aktif

Sistem lumpur aktif adalah salah satu proses pengolahan air limbah secara

biologi, dimana air limbah dan lumpur aktif dicampur dalam suatu reaktor

atau tangki aerasi. Padatan biologis aktif akan mengoksidasi kandungan

zat di dalam air limbah secara biologis, yang di akhir proses akan

30

dipisahkan dengan sistem pengendapan. Proses lumpur aktif mulai

dikembangkan di Inggris pada tahun 1914 oleh Ardern dan Lockett dan

dinamakan lumpur aktif karena prosesnya melibatkan massa

mikroorganisme yang aktif, dan mampu menstabilkan limbah secara

aerobik (Badjoeri et al, 2002).

Prinsip dasar sistem lumpur aktif yaitu terdiri atas dua unit proses utama,

yaitu bioreaktor (tangki aerasi) dan tangki sedimentasi. Dalam sistem

lumpur aktif, limbah cair dan biomassa dicampur secara sempurna dalam

suatu reaktor dan diaerasi. Pada umumnya, aerasi ini juga berfungsi

sebagai sarana pengadukan suspensi tersebut. Suspensi biomassa dalam

limbah cair kemudian dialirkan ke tangki sedimentasi (tangki dimana

biomassa dipisahkan dari air yang telah diolah). Sebagian biomassa yang

terendapkan dikembalikan ke bioreaktor, dan air yang telah terolah

dibuang ke lingkungan (Badjoeri et al, 2002). Agar konsentrasi biomassa

di dalam reaktor konstan (MLSS=3-5 gfL), sebagian biomassa dikeluarkan

dari sistem tersebut sebagai excess sludge. Proses perombakan bahan

organik berlangsung secara optimum syarat berikut harus terpenuhi

bahwa:

a. Polutan dalam limbah cair harus kontak dengan mikroorganisme.

b. Suplai oksigen cukup.

c. Kecukupan nutrient.

d. Kecukupan waktu tinggal (waktu kontak).

e. Kecukupan biomasa (jumlah dan jenis).

Pada umunya mekanisme pengolahan limbah dengan sistem lumpur aktif

yaitu aliran umpan air limbah atau subtrat, bercampur dengan aliran

lumpur aktif yang dikembalikan sebelum masuk rektor. Campuran lumpur

aktif dan air limbah membentuk suatu campuran yang disebut cairan

tercampur (mixed liquor). Memasuki aerator, lumpur aktif dengan cepat

memanfaatkan zat organik dalam limbah untuk didegradasi. Kondisi

lingkungan aerobik diperoleh dengan memberikan oksigen ke tangki

aerasi. Pemberian oksigen dapat dilakukan dengan penyebaran udara

31

tekan, aerasi permukaan secara mekanik, atau injeksi oksigen murni.

Aerasi dengan difusi udara tekan atau aerasi mekanik mempunyai dua

fungsi, yaitu pemberi udara dan pencampur agar terjadi kontak yang

sempurna antara lumpur aktif dan senyawa organik di dalam limbah

(Badjoeri et al, 2002).

Pada tangki pengendapan (clarifier), padatan lumpur aktif mengendap dan

terpisah dengan cairan sebagai effluent. Sebagian lumpur aktif dari dasar

tangki pengendap dipompakan kembali ke reaktor dan dicampur dengan

umpan (subtrat) yang masuk, sebagian lagi dibuang. Dalam reaktor

mikroorganisme mendegradasi bahan-bahan organik dengan persamaan

stoikiometri pada reaksi di bawah ini: Proses Oksidasi dan Sintesis :

CHONS + O2 + Nutrien CO2 + NH3 + C5H7NO2 + Produksi lainnya

Pada pemisahan senyawa karbon (bahan organik), polutan berupa bahan

organik dioksidasi secara enzimatik oleh oksigen yang berada dalam

limbah cair. Jadi, senyawa karbon dikonversi menjadi karbon dioksida.

Eliminasi nutrien (nitrogen dan fosfor) dilakukan terutama untuk

mencegah terjadinya eutrofikasi pada perairan (Badjoeri et al, 2002).

Parameter yang umum digunakan dalam lumpur aktif (Herlambang, 2005)

adalah:

a. Mixed-Liqour Suspended Solids (MLSS). Isi tangki aerasi dalam

sistem lumpur aktif disebut sebagai mixed liqour yang diterjemahkan

sebagai lumpur campuran. MLSS adalah jumlah total dari padatan

tersuspensi yang berupa material organik dan mineral, termasuk

didalamnya adalah mikroorganisme. MLSS ditentukan dengan cara

menyaring lumpur campuran dengan kertas saring (filter), kemudian

filter dikeringkan pada temperatur 105 0C, dan berat padatan dalam

contoh ditimbang.

b. Food to Microorganism Ratio (F/M Ratio). Parameter ini merupakan

indikasi beban organik yang masuk kedalam sistem lumpur aktif dan

diwakili nilainya dalam kilogram BOD per kilogram MLSS per hari

rasio F/M dikontrol oleh laju sirkulasi lumpur aktif. Lebih tinggi laju

32

sirkulasi lumpur aktif lebih tinggi pula rasio F/M-nya. Untuk tangki

aerasi konvensional rasio F/M adalah 0,2-0,5 lb BOD5/hari/lb MLSS,

tetapi dapat lebih tinggi hingga 1,5 jika digunakan oksigen murni

(Hammer, 1986). Rasio F/M yang rendah mencerminkan bahwa

mikroorganisme dalam tangki aerasi dalam kondisi lapar, semakin

rendah rasio F/M pengolah limbah semakin efisien.

c. Hidraulic Retention Time (HRT). Waktu tinggal hidraulik (HRT)

adalah waktu rata-rata yang dibutuhkan oleh larutan influent masuk

dalam tangki aerasi untuk proses lumpur aktif; nilainya berbanding

terbalik dengan laju pengenceran (Herlambang, 1999).

d. Umur lumpur (Sludge age). Umur lumpur adalah waktu tinggal rata-

rata mikroorganisme dalam sistem. Jika HRT memerlukan waktu

dalam jam, maka wakt cgu tinggal sel mikroba dalam tangki aerasi

dapat dalam hari lamanya. Parameter ini berbanding terbalik dengan

laju pertumbuhan mikroba. Umur lumpur dapat bervariasi antara 5-15

hari dalam konvensional lumpur aktif. Pada musim dingin lebih lama

dibandingkan musim panas (U.S. EPA, 1987). Parameter penting yang

mengendalikan operasi lumpur aktif adalah laju pemuatan organik,

suplay oksigen, dan pengendalian dan operasi tangki pengendapan

akhir. Tangki ini mempunyai dua fungsi penjernih dan penggemukan

mikroba. Untuk operasi rutin, orang harus mengukur laju pengendapan

lumpur dengan menentukan indeks volume lumpur (SVI)

(Herlambang, 2005).

Proses lumpur aktif termasuk proses pengolahan biologi aerobic. Yang

termasuk dalam sistem pertumbuhan tersuspensi. Dalam sistem lumpur

aktif terjadi proses penyisihan zat organik dan nutrisi menggunakan

mikroorganisme. Berbagai modifikasi sistem lumpur aktif telah

dikembangkan. Pada prinsipnya proses lumpur aktif adalah mengkotakkan

air limbah dengan massa biologi (biomassa) dalam tangki aerasi,

kemudian mengendapkan biomassa dalam tangki pengendap. Biomassa

dalam sistem lumpur aktif memiliki kemampuan mengadsorpsi zat organik

33

dalam bentuk koloid dan suspensi dalam air limbah. Ketika flok lumpur

aktif kontak dengan materi organik (air limbah) akan terjadi proses

biosorpsi materi organik tersebut. Materi organik yang diadsorpsi tidak

terjadi melalui proses sintesa atau oksidasi biologi, tetapi tersimpan

sebagai cadangan makanan. Flok biomassa akan menggunakan cadangan

materi organik tersebut untuk tetap hidup ketika tidak terdapat

makanan/substrat di sekelilingnya. Cadangan materi organik tersebut

digunakan ketika flok biologis mengalami tahap penstabilan, flok biologis

akan diaktifkan kembali kemampuan adsorpsinya terhadap materi organik.

Proses inilah yang disebut dengan stabilisasi lumpur (Herlambang, 2005).

Bakteri merupakan unsur utama dalam flok lumpur aktif. Lebih dari 300

jenis bakteri yang dapat ditemukan dalam lumpur aktif. Bakteri tersebut

bertanggung jawab terhadap oksidasi material organik dan tranformasi

nutrien, dan bakteri menghasilkan polisakarida dan material polimer yang

membantu flokulasi biomassa mikrobiologi. Genus yang umum dijumpai

adalah Zooglea, Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Bacillus,

Achromobacter, Corynebacterium, Comomonas, Brevibacterium, dan

Acinetobacter, disamping itu ada pula mikroorganisme berfilamen, yaitu

Sphaerotilus dan Beggiatoa. (Herlambang dan Heru, 1999).

Proses lumpur aktif terjadi karena penguraian senyawa organik oleh

mikroorganisme yang terdiri atas bakteri, fungi, protozoa dan

mikroorganisme lain menghasilan gas CO2 dan H2O. Aktivitas

mikroorganisme tersebut sangat dipengaruhi oleh tersedianya nutrien dan

kondisi lingkungan terutama pH dan oksigen terlarut dalam air limbah.

Secara umum proses mikrobiologi yang terjadi dalam dalam sistem umpur

aktif berlangsung didalam reaktor aerasi. Proses biodegradasi oleh

mikroorganisme aerobik akan berlangsung optimal, jika dan nutrisi

tersedia pada konsentrai yang sesuai (Syamsudin, 2006). Penggunaan

lumpur aktif sebagai media pertumbuhan mikroorganisme, menilai salah

satu faktor yang mempengaruhi lintasan senyawa-senyawa kimia tersebut

adalah mikroba. Penggunaaan mikroba dalam pengolahan limbah

34

memberikan efisiensi penyisian BOD 80-85 % Mikroba dapat menunda

dan atau menghilangkan ancaman pencemaran jenis kimia. Penambahan

lumpur mampu mengubah populasi mikroba (Nugroho 2001).

7. Indikator Efektifitas

Angka efisiensi alat ataupun metode dapat dilihat melalui persentase

penurunan parameter yang diteliti. Menurut Bowo Joko Marsono Untuk

pengolahan limbah penyamakan kulit pada proses aerasi menggunakan

lumpur aktif angka persentase yang dapat dikatakan efektif jika :

1. Penurunan BOD mencapai 80-90%

2. Penurunan COD mencapai 80-90%

3. Penurunan TSS mencapai 70-90%

4. Penurunan TP mencapai 75-85%

35

C. Kerangka Studi

Bagan II.1 Kerangka studi

Limbah domestik

Limbah pertanian

Limbah Industri kulit

Sumber Limbah Cair

anan

Limbah Pertambangan

Kualitas Fisika Kualitas Kimia Kualitas Biologi

TSS BOD

Pengolahan Limbah

TSS tinggi Kadar BOD tinggi

Kekeruhan dan pendangkalan pada badan air Mengganggu Kehidupan Biota Air

Pengolahan primary Pengolahan secondary Pengolahan tertiary

Aerasi lumpur aktif

Alat aerasi lama (diffuser disk)

Alat aerasi baru (aerator)

Pemeriksaan hasil

TSS BOD

Analisa efektifitas Standar Baku Mutu

Pengambilan sampel secara kimia

TMS MS Di buang ke

badan air