LABORATORIUM PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRISEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2014/2015

MODUL : Pengolahan Air Limbah Secara Anaerobik

PEMBIMBING: Herawati Budiastuti, Ph.D.

Tanggal Praktikum: 24 Maret 2015Tanggal Penyerahan : 31 Maret 2015(Laporan)

Oleh:

Kelompok:VIII (Delapan)Nama, NIM:1. Abdussalam Topandi,1214240012. Pria Gita Maulana,1214240243. Sarah Eka Putri D,121424030Kelas:3A

PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIHJURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG2015PENGOLAHAN AIR LIMBAH SECARA ANAEROBIKI. Pendahuluan1.1. Latar BelakangMetode pengolahan air limbah secara anaerobik merupakan metode pengolahan untuk air limbah yang mempunyai kandungan organik tinggi ( 2000 mg/L). Dengan tingginya kandungan organik biasanya pengolahan secara aerobik tidak dapat berlangsung dengan efisisen karena waktu yang dibutuhkan untuk dekomposisi bahanbahan organik terlalu lama dan ukuran reaktor yang dibutuhkan terlalu besar. Pengolahan anaerobik juga ditujukan untuk menghasilkan biogas yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi. Pengolahan anaerobik membutuhkan bakteri anaerobik yang pertumbuhannya sangat lambatdan penjagaan kondisi kedap oksigen bebas yang cukup ketat. Dengan demikian tahap persiapan penumbuhan bakteri anaerobik (tahap start-up) merupakan salah satu kendala dalam implementasi pengolahan air limbah secara anaerobik. Penjagaan kondisi kedap oksigen bebas membutuhkan penanganan khusus dan biaya yang tidak murah. Maka dalam aplikasi di industri pengolahan anaerobic biasanya dikombinasikan dengan pengolahan aerobik.1.2. Tujuan Menentukan konsentrasi kandungan organik (COD) dalam efluen. Menentukan kandungan MLVSS efluen yang mewakili kandungan mikroorganisme dalam reaktor.

II. Tinjauan PustakaProses pengolahan air limbah secara biologi dapat dilakukan secara aerobik dan secara anaerobik. Pada pengolahan air limbah secara aerobik mikroorganisme pendekomposisi bahan-bahan organik dalam air limbah membutuhkan oksigen bebas (O2) dalam sistem pengolahannya. Dalam pengolahan air limbah secara aerobic, mikroorganisme mengoksidasi dan mendekomposisi bahan-bahan organik dalam air limbah dengan menggunakan oksigen yang disuplai oleh aerasi dengan bantuan enzim dalam mikroorganisme. Pada waktu yang sama mikroorganisme mendapatkan energi sehingga mikroorganisme baru dapat bertumbuh. Pada dasarnya, pertumbuhan mikroba dalam peralatan pengolah air limbah terdapat dua macam pertumbuhan mikroorganisme, yaitu pertumbuhan tersuspensi dan pertumbuhan terlekat. Pertumbuhan tersuspensi (suspended growth) merupakan pertumbuhan dimana mikroba pendegradasi bahan-bahan organik bercampur merata dengan air limbah dalam peralatan pengolah limbah, sedangkan pertumbuhan terlekat (attached growth) merupakan pertumbuhan mikroba yang melekat pada bagian pengisi yang terdapat pada peralatan pengolah air limbah. Contoh pengolah limbah secara anaerobik yang menggunakan sistem pertumbuhan mikroba tersuspensi diantaranya yaitu Laguna Anaerobik dan Up-Flow Anaerobic Sludge Blanket. Sedangkan Filter Anaerobik dan Anaerobic Fluidized Bed Reactor merupakan contoh peralatan pengolahan air limbah/reaktor yang menggunakan sistem pertumbuhan mikroba terlekat secara anaerobik. Contoh peralatan pengolahan aerobic diantaranya yaitu Lumpur Aktif dan Laguna Teraerasi. Sedangkan reaktor yang menggunakan sistem pertumbuhan mikroba terlekat secara aerobik diantaranya yaitu Trickling Filter dan Rotating Biological Contactor. Berdasarkan jumlah tahapan reaksi daldam pengolahan secara anaerobik terdapat dua macam sistem pengolahan yaitu Pengolahan Satu Tahap dan Pengolahan Dua Tahap. Dalam Pengolahan Satu Tahap semua reaksi pengolahan secara anaerobik yakni hidrolisis, asetogenesis, dan metanogenesis berlangsung dalam satu reaktor. Sedangkan dalam Pengolahan Dua Tahap reaksi hidrolisis berlangsung daldam reaktor pertama dan reaksi asetogenesis dan metanogenesis berlangsung daldam reaktor kedua. Reaksi hidrolisis dijaga pada pH 5,8, reaksi asetogenesis dan metanognesis dijaga pada pH netral. Dengan pemisahan tahapan reaksi yang berlangsung pada rentang pH yang berbeda maka Pengolahan Dua Tahap diharapkan akan terjadi pengolahan air limbah dengan efisiensi yang lebih tinggi. Secara skematis tiga tahapan reaksi degradasi air limbah secara anaerobic ditunjukan pada gambar dibawah ini:

Lingkungan memiliki pengaruh besar terhadap laju pertumbuhan mikroorganisme baik pada proses aerobik maupun anaerobik. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses anaerobik antara lain: temperatur, pH, konsentrasi substrat dan zat beracun. TemperaturGas dapat dihasilkan jika suhu antara 4 60C dan suhu dijaga konstan. Bakteri akan menghasilkan enzim yang lebih banyak pada temperatur optimum. Semakin tinggi temperatur reaksi juga akan semakin cepat tetapi bakteri akan semakin berkurang. Proses pembentukan metana bekerja pada rentang temperatur 30-40C, tapi dapat juga terjadi pada temperatur rendah, 4C. Laju produksi gas akan naik 100-400% untuk setiap kenaikan temperatur 12C pada rentang temperatur 4-65C. Mikroorganisme yang berjenis thermophilic lebih sensitif terhadap perubahan temparatur daripada jenis mesophilic. Pada temperatur 38C, jenis mesophilic dapat bertahan pada perubahan temperatur 2,8C. Untuk jenis thermophilic pada suhu 49C, perubahan suhu yang dizinkan 0,8C dan pada temperatur 52C perubahan temperatur yang dizinkan 0,3C. pH (keasaman)Bakteri penghasil metana sangat sensitif terhadap perubahan pH. Rentang pH optimum untuk jenis bakteri penghasil metana antara 6,4 7,4. Bakteri yang tidak menghasilkan metana tidak begitu sensitif terhadap perubahan pH, dan dapat bekerja pada pH antara 5 hingga 8,5. Karena proses anaerobik terdiri dari dua tahap yaitu tahap pambentukan asam dan tahap pembentukan metana, maka pengaturan pH awal proses sangat penting. Tahap pembentukan asam akan menurunkan pH awal. Jika penurunan ini cukup besar akan dapat menghambat aktivitas mikroorganisme penghasil metana. Untuk meningkatkat pH dapat dilakukan dengan penambahan kapur. Konsentrasi SubstratSel mikroorganisme mengandung Carbon, Nitrogen, Posfor dan Sulfur dengan perbandingan 100 : 10 : 1 : 1. Untuk pertumbuhan mikroorganisme, unsur-unsur di atas harus ada pada sumber makanannya (substart). Konsentrasi substrat dapat mempengaruhi proses kerja mikroorganisme. Kondisi yang optimum dicapai jika jumlah mikroorganisme sebanding dengan konsentrasi substrat. Kandungan air dalam substart dan homogenitas sistem juga mempengaruhi proses kerja mikroorganisme. Karena kandungan air yang tinggi akan memudahkan proses penguraian, sedangkan homogenitas sistem membuat kontak antar mikroorganisme dengan substrat menjadi lebih intim. Zat BeracunZat organik maupun anorganik, baik yang terlarut maupun tersuspensi dapat menjadi penghambat ataupun racun bagi pertumbuhan mikroorganisme jika terdapat pada konsentrasi yang tinggi. Untuk logam pads umumnya sifat racun akan semakin bertambah dengan tingginya valensi dan berat atomnya. Bakteri penghasil metana lebih sensitif terhadap racun daripada bakteri penghasil asam.Air limbah beserta mikroba tersuspensi dalam air limbah tersebut biasa disebut dengan mixed liquor. Untuk mengetahui kuantitas mikroba tersuspensi pendekomposisi atau pendegradasi air limbah maka ditentukan dengan mengukur kandungan padatan tersuspensi yang mudah menguap (mixed liquor volatile suspended solids/MLVSS) dalam reaktor.III. Metodologi Praktikum1. 2. 3. 3.1. Alat dan Bahan Alat yang digunakan2 buah labu erlenmeyer 250 ml1 buah oven

2 buah corong gelas1 buah furnacee

2 buah cawan porselen1 buah hach COD digester

1 buah desikator2 buah tabung hach

1 buah neraca analitis1 buah buret , klem, dan statif

Bahan kimia yang digunakanNama bahanKonsentrasi(g/L)Volume(mL)

Glukosa2,0-

NH4HCO30,15

KH2PO40,15-

NaHCO30,5-

K2HPO40,5-

Trace Metal Solution-1

MgSO4.7H2O5,0-

Trace Metal Solution-1

FeCl35,0

CaCl25,0

KCl5,0

CoCl21,0

NiCl21,0

FAS--

Indikator Ferroin( 3 tetes)-

Kertas saring--

3.2. Prosedur Kerja Tahap Percobaan

Penentuan COD Sampel

Penentuan MLVSS

IV. Data Praktikum Data percobaan CODSampelVolume Penitran (ml)Volume Penitran(ml)Rata-rata(ml)

Reaktor 11,6661,6601,663

Reaktor 21,7761,7801,778

Blanko2,1602,1642,162

Data percobaan MLVSS Reaktor 1Berat cawan pijar + kertas saring sebelum dipanaskan = 34,4060 gramBerat cawan pijar + kertas saring sesudah dipanaskan = 33,4918 gram Reaktor 2Berat cawan pijar + kertas saring sebelum dipanaskan = 41,4137 gramBerat cawan pijar + kertas saring sesudah dipanaskan = 40,4919 gramV. Pengolahan Data5.1. Perhitungan CODCOD reactor 1= = = 7984 mg/lCOD reactor 2= = = 6144 mg/l

5.2. Perhitungan MLVSSMLVSS reactor 1= x 106= x 106= 0,0228 x 106 mg/lMLVSS reaktor 2= x 106= x 106= 0,0230 x 106 mg/l

VI. PembahasanPada praktikum ini dilakukan pengolahan air limbah secara anaerobik. Proses anaerobik merupakan proses pemecahan bahan-bahan organik oleh mikroorganisme dalam keadaan tanpa oksigen. Bahan utama yang digunakan pada praktikum ini yaitu limbah cair yang memiliki COD 2000 mg/L. Sementara itu peralatan utama yang digunakan pada praktikum ini adalah dua buah reaktor anaerobik yang berfungsi sebagai reaktor tempat terjadinya dekomposisi bahan-bahan organik yang terkandung di dalam air limbah yang dilakukan oleh mikroorganisme. Pada praktikum ini dua buah reaktor anaerobik tersebut disusun secara paralel, dimana kandungan organik dari efluen salah satu reaktor tidak akan mempengaruhi kandungan organik dari efluen reaktor lainnya.Pengolahan anaerobik merupakan pengolahan air limbah dengan mikroorganisme tanpamenggunakan oksigen(udara). Kehadiran O2 dalam sistem pengolahan dapat menyebabkan pertumbuhan mikroorganisme pendekomposisi bahan bahan organik dalam air limbah terganggu. Pengolahan secara anaerobik digunakan untuk air limbah yang mengandung bahan organik (COD) 2000 mg/L. Dalam sampel limbah, ditambahkan nutrisi sebagai sumber makanan bagi mikroorganisme yang akan mendekomposisi bahan organik sehingga menurunkan kandungan organik dalam sampel.Pada percobaan, dilakukan pengukuran COD efluen masing-masing reaktor untuk mengetahui kandungan organik dalam sampel. Pengukuran COD dilakukan untuk mengetahui banyaknya oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi kandungan organik dalam sampel. Semakin tinggi nilai COD, kandungan organik dalam sampel pun semakin banyak, dan kualitas air semakin buruk. Dalam analisis COD, reaksi yang terjadi adalah reaksi redoks dalam keadaan asam. Sampel efluen perlu diencerkan terlebih dahulu sebanyak 20 kali agar tidak terlalu pekat, sehingga mempermudah penentuan titik akhir titrasi. Selain itu, pengenceran diperlukan agar Hach COD Digester dapat bekerja secara optimum. Nilai COD aquades juga diukur sebagai blanko. Dalam tabung Hach, ditambahkan 1,5 ml larutan kalium bikromat yang merupakan oksidator kuat sebagai sumber oksigen. Selanjutnya ditambahkan juga 3,5 ml larutan asam sulfat dengan Ag2SO4 untuk menghilangkan gangguan dari klorida dan mempercepat reaksi. Tabung Hach dimasukkan ke dalam Hach COD Digester selama 2 jam pada suhu 150oC secara duplo.Efluen dari tabung Hach kemudian didinginkan dan dilakukan titrasi menggunakan larutan FAS 0,1 N dengan indikator ferroin. Penitrasian dengan larutan FAS bertujuan untuk mengetahui kalium bikromat yang tidak tereduksi. Blanko berfungsi sebagai faktor pengkoreksi untuk menghindari adanya zat organik dari pelarut yang ikut teroksidasi saat reaksi berlangsung sehingga volume titran yang diperoleh dari proses titrasi hanya volume titran yang bereaksi dengan sampel. Dari percobaan diperoleh nilai COD reaktor 1 dan 2 secara berurutan adalah 7984 mg/L dan 6144 mg/L. Nilai COD masih terbilang tinggi dikarenakan kondisi operasi percobaan yang belum optimum, misalnya temperatur, serta kesalahan saat mengambil sampel dalam tabung Hach. Pada saat pengambilan sampel sebanyak 2,5 ml, sampel yang telah diencerkan mengalami pengadukan, sehingga terdapat kemungkinan sebagian mikroorganisme ikut masuk ke dalam tabung Hach. Selain itu, terjadi kebocoran yang dapat mengganggu jalannya proses pengolahan anaerobik. Pada pengolahan anaerobik, akan dihasilkan gas yang sebagian besar berupa gas metana (CH4). Gas tersebut merupakan biogas yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif. Volume gas metana yang terbentuk dari proses pengolahan limbah secara anaerobik ini dapat ditentukan dengan mengukur volume air yang keluar dari tabung gas collection. Gas metana yang terbentuk tersebut akan mendorong air keluar dari tabung gas collection sehingga volume air yang keluar dari tabung gas collection tersebut sama dengan volume gas yang metana yang terbentuk.Praktikum ini menggunakan pengolahan satu tahap, dimana reaksi pengolahan yang meliputi reaksi hidrolisis, asetogenesis, dan metanogenesis berlangsung dalam satu reaktor. Secara teoritis, penurunan kadar organik relatif cepat jika produksi gas metana stabil. Namun, kadar organik yang terlalu tinggi yang ditunjukkan dari efluen reaktor 1 dan 2 menyebabkan produksi asam berlebih sehingga mengganggu proses metanogenesis. Fluktuasi kadar organik dapat terjadi karena pengadukan yang kurang optimal sehingga mikroba tidak tercampur secara merata dan tidak dapat bekerja secara optimal. Kemudian, dilakukan pengukuran nilai MLVSS (Mixed Liquor Volatile Suspended Solid) dari efluen reaktor 1 dan 2,dimana nilai MLVSS sama dengan nilai VSS. Nilai VSS merupakan kandungan organik yang mudah teruapkan, yang nilainya dapat mewakili jumlah mikroorganismeyang ada di dalamnya. Pengukuran MLVSS dilakukan untuk mengetahui kuantitas mikroba yang mendekomposisi bahan organik. Dari percobaan tersebut diperoleh nilai MLVSS dari reaktor 1 dan 2 masing-masing adalah 0,0228x106 mg/L dan 0,023x106 mg/L. Dari nilai MLVSS yang diperoleh, nilai tersebut sudah memenuhi baku mutu dan dapat langsung dibuang ke lingkungan. Artinya, proses pengolahan anaerobik sudah optimum untuk menurunkan nilai MLVSS. Namun, terdapat kemungkinan kesalahan pengukuran MLVSS dikarenakan pada saat proses penyaringan, sebagian sampel bisa jadi masih tertinggal di dinding gelas atau alat filtrasi sehingga pengukuran MLVSS kurang akurat.

VII. Kesimpulan Nilai COD yang diperoleh pada praktikum ini adalah 7984 mg/L untuk reaktor 1 dan 6144 mg/L untuk reaktor 2. Nilai COD yang diperoleh pada praktikum ini masih terbilang tinggi dikarenakan kondisi operasi percobaan yang belum optimum, misalnya temperatur, serta kesalahan saat mengambil sampel dalam tabung Hach. Nilai MLVSS dari reaktor 1 dan 2 pada praktikum ini masing-masing adalah 0,0228x106 mg/L dan 0,023x106 mg/L. Dari nilai MLVSS yang diperoleh, nilai tersebut sudah memenuhi baku mutu dan dapat langsung dibuang ke lingkungan. Artinya, proses pengolahan anaerobik sudah optimum untuk menurunkan nilai MLVSS.VIII. Daftar PustakaBudiastuti, Herawati, 2010, Buku Ajar Bioteknologi Lingkungan, Jurusan Teknik Kimia Polban, Bandung.Pengajar Pengolahan Limbah Industri (TIM), 2006, Petunjuk Praktikum Pengolahan Limbah Industri, Jurusan Teknik Kimia Polban, Bandung.