PROSES PENGOLAHAN LIMBAH SECARA KIMIA

Nama : JumiatiNama: Sri Budi LestariNIM: 1309045032NIM: 1309045037PROSES PENGOLAHAN LIMBAH SECARA KIMIA

Proses pengolahan kimia digunakan dalam instalasi air bersih dan IPAL. Pengolahan secara kimia pada IPAL biasanya digunakan untuk netralisasi limbah asam maupun basa, memperbaiki proses pemisahan lumpur, memisahkan padatan yang tak terlarut, mengurangi konsentrasi minyak dan lemak, meningkatkan efisiensi instalasi flotasi dan filtrasi, serta mengoksidasi warna dan racun.

Beberapa kelebihan proses pengolahan kimia antara lain dapat menangani hampir seluruh polutan anorganik, tidak terpengaruh oleh polutan yang beracun atau toksik, dan tidak tergantung pada perubahan konsentrasi. Namun, pengolahan kimia dapat meningkatkan jumlah garam pada effluent dan meningkatkan jumlah lumpur.

A. Netralisasi

Netralisasi adalah reaksi antara asam dan basa menghasilkan air dan garam. Dalam pengolahan air limbah, pH diatur antara 6,0 9,5. Di luar kisaran pH tersebut, air limbah akan bersifat racun bagi kehidupan air, termasuk bakteri.

Jenis bahan kimia yang ditambahkan tergantung pada jenis dan jumlah air limbah serta kondisi lingkungan setempat. Netralisasi air limbah yang bersifat asam dapat menambahkan Ca(OH)2 atau NaOH, sedangkan bersifat basa dapat menambahkan H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4, atau CO2 yang bersumber dari flue gas.

Netralisasi dapat dilakukan dengan dua sIstem, yaitu: batch atau continue, tergantung pada aliran air limbah. Netralsasi sistem batch biasanya digunakan jika aliran sedikit dan kualitas air buangan cukup tinggi. Netralisasi sistem continue digunakan jika laju aliran besar sehingga perlu dilengkapi dengan alat kontrol otomatis.

B. PresipitasiPresipitasi adalah pengurangan bahan-bahan terlarut dengan cara penambahan bahan-bahan kimia terlarut yang menyebabkan terbentuknya padatan-padatan. Dalam pengolahan air limbah, presipitasi digunakan untuk menghilangkan logam berat, sufat, fluoride, dan fosfat. Senyawa kimia yang biasa digunakan adalah lime, dikombinasikan dengan kalsium klorida, magnesium klorida, alumunium klorida, dan garam-garam besi.

Adanya complexing agent, misalnya NTA (Nitrilo Triacetic Acid) atau EDTA (Ethylene Diamine Tetraacetic Acid), menyebabkan presipitasi tidak dapat terjadi. Oleh karena itu, kedua senyawa tersebut harus dihancurkan sebelum proses presipitasi akhir dari seluruh aliran, dengan penambahan garam besi dan polimer khusus atau gugus sulfida yang memiliki karakteristik pengendapan yang baik

Pengendapan fosfat, terutama pada limbah domestik, dilakukan untuk mencegah eutrophication dari permukaan. Presipitasi fosfat dari sewage dapat dilakukan dengan beberapa metode, yaitu penambahan slaked lime, garam besi, atau garam alumunium.

C. Koagulasi dan FlokulasiProses koagulasi dan flokulasi adalah konversi dari polutan-polutan yang tersuspensi koloid yang sangat halus didalam air limbah, menjadi gumpalan-gumpalan yang dapat diendapkan, disaring, atau diapungkan.

Partikel koloid sangat sulit diendapkan dan merupakan bagian yang besar dalam polutan serta menyebabkan kekeruhan. Untuk memisahkannya, koloid harus diubah menjadi partikel yang berukuran lebih besar melalui proses koagulasi dan flokulasi. Koagulasi dann flokulasi dapat dilakukan melalui beberapa tahapan proses, yaitu:

Penambahan koagulan/flokulan disertai pengdukan dengan kecepatan tinggi dalam waktu singkat.

Destabilsasi dari sistem koloid

Penggumpalan partikel yang telah mengalami destabilsasi sehingga terbentuk mikroflok.

Penggumpalan lanjutan untuk menghasilkan makroflok yang dapat diendapkan, disaring, dan diapungkan.

Destabilisasi biasanya dilakukan dengan penambahan bahan-bahan kimia yang dapat mengurangi daya penolakan karena mekanisme pengikatan dan absobsi. Berkurangnya daya penolakan biasanya akan diikuti dengan penggumpalan koloid yang telah netral secara elektrostatik, yang akan menghasilkan berbagai gaya yang bekerja di antara partikel hingga terjadi kontak satu sama lain.

a. Koagulasi

Koagulasi bertujuan untuk membuat gumpalan-gumpalan yang lebih besar dengan penambahan bahan-bahan kimia, misalnya Al2SO4, Fe2Cl3, Fe2SO4, PAC, dan sebagainya.

Dasar-dasar perencanaan koagulasi adalah sebagai berikut:

Untuk kemudahan operasi dan perawatan, di gunakan inline mixer

Waktu tinggal untuk reaksi adalah 30 detik 2 menit

Flash mixer digunakan dengan kecepatan 250 rpm atau lebih

Mixer yang digunakan dapat berupa mixer jenis turbine a propeller

Bahan shaft adalah baja tahan karat

Penggunaan bahan kimia bervariasidari 50 ppm 300 ppm

Sangat disarankan untuk melakukan percobaan laboratorium terlebih dahulu.

Jenis dosing pump yang digunakan adalah positive displacem (screw, membrane, peristaltic).

b. FlokulasiFlokulasi bertujuan untuk membuat gumpalan yang lebih besardan pada gumpalan terbentuk selama koagulasi dengan penambahan polimer, misalnya polimer kationik dan anionic yang beredar dipasar dengan nama-nama alliwd koloid, praestol, kurifloc, dan diaflok.

Dasar-dasar perencanaan untuk flokulasi adalah sebagai berikut:

Untuk kemudahan pengoperasian dan perawatan, digunakan sta mixerWaktu tinggal untuk reaksi biasanya antara 20 30 menit

Slow mixer digunakan dengankecepatan antara 20 -60 rpm

Jenis impeller dapat berupa paddle atau turbineMateri shaft sebaiknya baja tahan karat

Penggunaan bahan kimia antara 2 mg -5 mg / liter

Sangat disarankan untuk melakukan percobaan laboratorium terlebih dahulu

Jenis dosing pump yang digunakan adalah positive displaceme (screw, membrane, peristaltic).

PENGOLAHAN AIR LIMBAH SECARA BIOLOGI

Pengolahan air limbah secara biologi adalah pengolahan (treatment) air limbah dengan mendayagunakan mikroorganisme untuk mendekomposisi bahan-bahan organik yang terkandung dalam air limbah menjadi bahan yang kurang menimbulkan potensi bahaya (misalnya keracunan, kematian biotik akibat penurunan DO, maupun kerusakan ekosistem). Pengolahan secara biologi seringkali merupakan pengolahan tahap kedua (secondary treatment) dalam sebuah IPAL.

Prinsip kerja pengolahan ini biasanya disediakan media penunjang sebagai tempat hidup mikroorganisme, baik secara melekat maupun tersuspensi sehingga mereka dapat hidup secara optimal dan menguraikan sampah organik pada air limbah tersebut.

Pemakaian mikroorganisme disebabkan karena mikroorganisme memiliki enzim, enzim inilah yang berfungsi untuk menguraikan bahan organic tersebut. Jenis mikroorganisme yang umum dipergunakan dalam pengolahan air limbah adalah bakteri.

Kehidupan mikroorganisme sangat dipengaruhi oleh lingkungannya, sehingga dalam pengolahan air limbah secara biologi harus memperhatikan lingkungan mikroorganisme yaitu derajat keasaman (pH), temperature, bahan makanan (nutrient) dan kebutuhan oksigen.

Berdasarkan kebutuhan oksigen, pengolahan air limbah secara biologi dapat dibedakan menjadi 3 (tiga) proses yaitu :

Pengolahan air limbah secara biologi aerob, yaitu pengolahan air limbah dengan mikroorganisme disertai dengan injeksi oksigen (udara) kedalam proses. Pada proses ini jenis mikroorganisme yang dipergunakan adalah mikroorganisme yang hidup dengan adanya oksigen. Oksigen yang diinjeksikan dimanfaatkan oleh kehidupan mikroorganisme dan proses oksidasi

Pengolahan air limbah secara biologi anaerob, yaitu pengolahan air limbah dengan mikroorganisme tanpa injeksi oksigen (udara) kedalam proses. Pada proses ini jenis mikroorganisme yang dipergunakan adalah mikroorganisme yang dapat hidup tanpa adanya oksigen.Pengolahan air limbah secara biologi fakultatif, yaitu pengolahan air limbah dengan mikroorganisme tanpa injeksi oksigen (udara) secara langsung kedalam proses. Pada proses ini terdapat dua jenis mikroorganisme yang dipergunakan yaitu mikroorganisme aerob dan anaerob. Pada proses ini, umumnya pada bagian atas kolam (tangki) akan bersifat aerob sedangkan pada bagian bawah kolam akan bersifat anaerob.

Pengolahan limbah biologi aerob

Contoh model pengolahan air limbah secara biologi aerob dengan metode pertumbuhan tersuspensi misalnya lumpur aktif. Istilah lumpur aktif ini identik dengan mikroorganisme aktif, karena prosesnya melibatkan massa mikroorganisme aktif yang tumbuh saat prosesnya, biasanya berwarna kelabu hingga coklat-kehitaman.Massa mikroorganisme aktif tersebut umumnya tersusun atas :

Bakteri (seperti spesies Acinetobacter, nitrosomonas, nitrobacter dan Zoogloea ramigera)

Protozoa (seperti Aspidisca, Carchesium, Opercularia, Trachelophyllum, Vorticella)

Amoeba (seperti Cochliopodium dan Euglypha )

Organisme lain yang ada antara lain jamur, rotifer dan nematod

Langkah operasional lumpur aktif sebagai berikut :

Air limbah mula-mula dilewatkan pada saringan kasar (screen) untuk memisahkan sampah berukuran besar, kemudian dipompa menuju bak pengendap/penampung awal untuk mengendapkan padatan tersuspensi (suspended solid) sekitar 30-40 %. Padatan tersuspensi yang terendapkan akan dibuang ke bak pengering lumpur. Bak pengendap/penampung ini yang juga dilengkapi alat pengatur debit aliran.

Air limpahan dari bak pengendap awal dialirkan ke bak aerasi secara gravitasi. Di dalam bak aerasi ini air limbah dihembus udara (O2) dengan sebuah blower sehingga mikroorganisme yang ada akan menguraikan polutan organik yang ada dalam air limbah, berkembangbiak, hingga terbentuk biomassa aktif berwarna kelabu/coklat kehitaman yang disebut lumpur aktif. Didalam bak aerasi ini unjuk kerja lumpur aktif dilaksanakan.

Dari bak aerasi, air beserta kelebihan lumpur aktif dialirkan ke bak pengendap akhir. Di dalam bak ini sebagian lumpur aktif diendapkan dan dipompa kembali ke bagian inlet bak aerasi dengan pompa sirkulasi lumpur. Sementara sebagian lumpur lagi akan alirkan menuju bak pengering lumpur setelah dilakukan disinfeksi terlebih dahulu untuk kedibuang/dibakar. Pembuangan lumpur ini bertujuan untuk menjaga kestabilan jumlah lumpur aktif.

Air limpahan dari bak pengendap akhir dialirkan ke bak khlorinasi. Di dalam bak kontaktor khlor ini air limbah dikontakkan dengan senyawa khlor (berupa cairan/tablet) untuk membunuh mikroorganisme patogen. Air olahan, yakni air yang keluar setelah proses khlorinasi dapat langsung dibuang ke sungai atau saluran umum/mengalami proses pengolahan selanjutnya.

Pengolahan limbah dengan menggunakan lumpur aktif memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Kelebihan penggunaan lumpur aktif antara lain:

Dapat mengolah air limbah dengan beban BOD yang cukup besar yaitu 250-300 mg/liter

Tidak memerlukan lahan yang luas, mampu membentuk gumpalan (flok) yang dapat menjerap bahan anorganik, seperti logam berat

Jumlah biomassa tidak akan pernah habis (melimpah).

Sedangkan kekurangan dari penggunaan lumpur aktif misalnya perlu pengontrolan yang relatif ketat agar diperoleh perbandingan yang tepat antara jumlah makanan dan jumlah mikroorganisme yang ada, sering menimbulkan bau bila jumlah lumpur terlalu banyak dan banyak menghabiskan suplay oksigen.

Pengolahan limbah biologi anaerob

Pengolahan air limbah secara biologi anaerob merupakan pengolahan air limbah dengan mikroorganisme tanpa injeksi udara/oksigen kedalam proses pengolahan. Pengolahan air limbah secara biologi anaerob bertujuan untuk merombak bahan organik dalam air limbah menjadi bahan yang lebih sederhana yang tidak berbahaya. Disamping itu pada proses pengolahan secara biologi anaerob akan dihasilkan gas-gas seperti gas CH4 dan CO2. Proses ini dapat diaplikasikan untuk air limbah organik dengan beban bahan organik (COD) yang tinggi

Pada proses pengolahan secara biologi anaerob terjadi empat (4) tahapan proses yang terlibat diantaranya :

Proses Hydrolysis yaitu suatu proses yang memecah molekul organik komplek menjadi molekul organic yang sederhana

Proses Acidogenisis yaitu suatu proses yang merubah molekul organik sederhana menjadi asam lemak

Proses Acetogenisis yaitu suatu proses yang merubah asam lemak menjadi asam asetat dan terbentuk gas-gas seperti gas H2, CO2, NH4 dan S

Proses Methanogenisis yaitu suatu proses yang merubah asam asetat dan gas-gas yang dihasilkan pada proses acetogenisis menjadi gas methane CH4 dan CO2.Berdasarkan model pertumbuhan mikroorganisme, pengolahan air limbah secara biologi anaerob dibagi menjadi 2 (dua) model yaitu :1. Model Pertumbuhan Mikroorganisme TersuspensiModel pertumbuhan mikroorganisme tersuspensi, yaitu suatu model pertumbuhan mikroorganisme yang tersuspensi (tercampur merata) didalam air limbah. Pada tangki digester (anaerobic reactor) dilengkapi dengan pengaduk yang bertujuan untuk mensuspensikan mikroorganisme dalam digester. Pada bagian atas tangki terdapat lubang (man hole) agar manusia bisa masuk kedalam tangki digester untuk maintenance (pemeliharaan) dan juga lubang kecil untuk pengukuran tekanan didalam tangki digester. Operasional pengolahan air limbah secara biologi anaerob seperti terlihat dalam gambar berikut :Operasional instalasi pengolahan air limbah secara biologi anaerob dengan model pertumbuhan mikroorganisme tersuspensi seperti berikut

Pembiakan mikroorganisme dalam tangki digester, dan lakukan pengadukan agar mikroorganisme tersuspensi.Alirkan air limbah kedalam tangki digester, besarnya aliran air limbah diatur sesuai dengan waktu tiinggal dalam tangki digester.

Pada proses pengolahan secara biologi anaerob akan dihasilkan gas-gas seperti CH4, CO2 dan NH3, gas-gas ini akan memberikan tekanan pada tangki yang dapat mengakibatkan pecahnya tangki digester akibat tekanan gas. Dalam rangka mengatasi tekanan gas-gas tersebut, maka dibutuhkan pengeluaran gas-gas tersebut secara kontinyu.Air limbah yang telah diolah, dialirkan kedalam tangki clarifier yang bertujuan untuk memisahkan antara air limbah hasil pengolahan dengan mikroorganismenya, air limbah hasil pengolahan mengalir secara over flow dari bagian atas tangki clarifier sedangkan mikroorganisme yang mengendap pada tangki clarifier dipompa dan dialirkan kembali kedalam tangki digester.

Proses pengolahan dengan metode anaerobic digestion dapat dioperasikan dengan multi-stage process yaitu dua (2) atau empat (4) tahapan tergantung pada hasil pengolahan yang akan dicapai dan besarnya bahan organik dalam air limbah.

2. Model Pertumbuhan Mikroorganisme MelekatModel pertumbuhan mikroorganisme melekat, yaitu suatu model pertumbuhan mikroorganisme yang melekat pada suatu media porous. Model pertumbuhan mikroorganisme melekat pada pengolahan air limbah secara biologi anaerob seperti gambar berikut :

Operasional instalasi pengolahan air limbah secara biologi anaerob dengan model pertumbuhan mikroorganisme melekat seperti berikut :

Pembiakan mikroorganisme dalam media trickling filter, pembiakan mikroorganisme dilakukan dengan mengalirkan mikroorganisme kedalam trickiling filter melalui distributor, mikroorganisme akan mengalir dari bagian atas ke bawah dan menempel pada media porous, setelah mencapai ketebalan tertentu dan merata pada media porous aliran mikroorganisme dihentikan.

Alirkan air limbah kedalam trickling filter melalui distributor, pastikan aliran air limbah mengenai media porous secara merata agar terjadi kontak antara air limbah dengan mikroorganismenya.

Air limbah yang telah berkontak dengan mikroorganisme akan keluar melalui bagian bawah trickling filter, aliran air akan mengandung mikroorganisme dalam jumlah yang kecil, mikroorganisme ini dipisahkan dalam tangki clarifier dan dialirkan kembali ke dalam trickling filter, sedangkan air limbah hasil pengolahan akan mengalir secara over flow dari bagian atas tangki clarifier.

Pada proses pengolahan secara biologi anaerob akan dihasilkan gas-gas seperti CH4, CO2, NH3, gas-gas ini dikeluarkan dari bagian atas tangki trickling filter.

Gas-gas yang dihasilkan pada pengolahan air limbah secara biologi anaerob seperti CH4 dan CO2 dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar.

Beberapa faktor yang perlu diperhatikan dalam operasional pengolahan air limbah secara biologi anaerob ini adalah :

Laju alir air limbah masuk, laju alir air limbah yang masuk perlu dilakukan pengendalian agar waktu kontak antara air limbah dan mikroorganisme terpenuhi, laju alir air limbah yang terlalu besar dapat mengakibatkan lepasnya mikroorganisme yang telah melekat pada media porous

Bahan media porous, bahan media yang dipergunakan harus porous agar mikroorganisme dapat melekat dengan kuat dan tidak mudah lepas akibat aliran air limbah

Penyusunan media porous, penyusunan media porous akan mempengaruhi waktu kontak antara air limbah dan mikroorganisme. Media porous disusun sedemikian rupa sehingga dapat memberikan waktu kontak yang agak lama.

LAJU PERTUMBUHAN MIKROORGANISMEPertumbuhan merupakan salah satu karakteristik yang dimiliki oleh semua mikroorganisme hidup. Menurut Benefield dan Randall (1980) pertumbuhan bakteri sederhana didefinisikan sebagai peningkatan jumlah mikroorganisme per unit waktu. Kebanyakan bakteri bereproduksi dengan cara membelah diri, di mana akan terbentuk dua sel baru dari satu sel induk. Waktu yang dibutuhkan untuk membentuk dua sel baru tersebut dinamakan waktu generasi. Waktu generasi bervariasi tergantung pada spesies dan kondisi pertumbuhan, ada yang hanya beberapa menit ada yang sampai beberapa jam.

Jika bakteri ditanam dalam suatu larutan biak, maka bakteri akan terus tumbuh sampai salah satu faktor kebutuhannya mencapai minimum dan pertumbuhan menjadi terbatas. Kalau sepanjang peristiwa ini tidak terjadi tidak terjadi penambahan nutrisi atau penyaluran keluar produkproduk metabolisme, maka pertumbuhan dalam lingkungan hidup seperti ini mematuhi hukum hukum, yang tidak hanya berlaku bagi organisme bersel tunggal saja, tetapi juga untuk organisme bersel banyak dengan pertumbuhan yang dibatasi secara genetik.

Perkembangbiakan bakteri dapat dinyatakan dalam grafik logaritma jumlah sel hidup setiap waktu. Menurut Monod (1949) terdapat beberapa tahap pertumbuhan, yaitu:

Kurva laju pertumbuhan mikroorganisme

a. Fase lagFase ini merupakan fase yang dilakukan mikroorganisme untuk beradaptasi dengan lingkungannya yang baru sebelum memulai pertumbuhan. Waktu yang dibutuhkan untuk berkembang biak cukup lama, kecepatan pertumbuhan berada pada titik yang rendah mendekati nol dengan waktu generasi yang panjang. Ukuran serta kecepatan aktivitas metabolisme berada pada kondisi maksimum. Fase log akan pendek jika inokulum yang dipakai adalah bakteri pada pertumbuhan eksponensial dan media memiliki komposisi yang sama dengan media pertumbuhan sebelumnya. Inokulasi bakteri pada fase stasioner atau inokulasi ke media dengan komposisi berbeda akan menghasilkan fase lag sepuluh sampai dua puluh jam lebih lama. Fase lag mengindikasikan waktu yang diperlukan bakteri untuk mensintesis enzim yang dibutuhkan dalam metabolisme nutrisi baru.

b. Fase akselerasiSetelah aklimatisasi sel akan mengalami fase percepatan pertumbuhan eksponensial, di mana nutrisi digunakan untuk membentuk materi sel baru. Pada tahap ini waktu yang dibutuhkan untuk berkembang biak semakin pendek dan terjadi peningkatan kecepatan pertumbuhan.

c. Fase eksponensialPada tahap ini waktu yang dibutuhkan untuk berkembang biak atau waktu generasi berada pada kondisi minimal atau konstan, kecepatan pertumbuhan spesifik berada pada kondisi maksimal atau konstan. Terjadinya kondisi ini ditandai dengan nilai DNA/sel, RNA/sel, protein/sel dan kerapatan sel berada pada kondisi konstan, sedangkan untuk ukuran sel biasanya minimum. Karena kecepatan pembelahan diri relatif konstan maka tahap ini paling cocok untuk menetapkan kecepatan pembelahan diri dan kecepatan pertumbuhan.

Selain dapat juga digunakan untuk mempelajari faktor faktor lingkungan dan untuk mengetahui kemampuan mikroorganisme dalam menggunakan substrat. Pertumbuhan eksponensial akan terus berlangsung sepanjang komposisi biomassa dan kondisi lingkungan tetap konstan. Dalam reaktor batch laju pertumbuhan merupakan fungsi dari konsentrasi biomassa dan konsentrasi substrat. Oleh karenanya akan terjadi deviasi dari pertumbuhan eksponensial karena keterbatasan substrat.

d. Penurunan fase pertumbuhanPada fase ini terjadi penurunan kecepatan pertumbuhan spesifik yang disebabkan oleh penurunan konsentrasi substrat dan akumulasi hasil metabolisme yang bersifat toksik.

e. Fase stasionerPada fase ini nutrien telah habis, konsentrasi tinggi dari hasil metabolisme yang bersifat toksik, serta mempunyai kepadatan populasi yang tinggi. Fase stasioner merupakan fase keseimbangan antara pertumbuhan dan kematian sel. Sebenarnya dalam fase ini sel berada pada tahap tidak melakukan aktivitas (suspended animation) (Wilkinson, 1975).

f. Fase endogenusDengan berakhirnya fase stasioner akan diikuti dengan mulainya fase kematian. Pada fase ini proses metabolisme berhenti, laju kematian meningkat dan ada kemungkinan sel sel dihancurkan oleh pengaruh enzim yang berasal dari sel itu sendiri (autolisis). Ketika proses lisis terjadi nutrien intraselular terlepas ke dalam medium yang kemudian dapat digunakan oleh mikroorganisme lain yang masih hidup.