PILOT PLANT KOMBINASI BIOFILTRASI DENGAN …

Wahyu Widayat : Pilot Plant Kombinasi Biofiltrasi Dengan Ultrafiltrasi Untuk Penyediaan Air Minum JAI Vol.8 No.1. 2015

47

PILOT PLANT KOMBINASI BIOFILTRASI DENGAN ULTRAFILTRASIUNTUK PENYEDIAAN AIR MINUM

Combined Biofiltration-Ultrafiltration Pilot Plant For Dringking Water Supply

Oleh :Wahyu Widayat

Pusat Teknologi Lingkungan, BPPT

Abstrak

Kota-kota besar di Indonesia menggunakan air sungai sebagai air baku PAM (Perusahaan AirMinum). Konsentrasi senyawa organik dan amoniak di dalam air baku PAM terus meningkatakibat pencemaran limbah industri dan domestik. Kombinasi proses biofiltrasi dengan ultrafiltrasimerupakan salah satu alternatif untuk mereduksi konsentrasi senyawa organik, amoniak, besi,mangan dan kekeruhan di dalam air baku. Pengolahan menggunakan reaktor biofilter denganmedia tipe sarang tawon dikombinasikan dengan ultrafiltrasi. Kondisi operasional pengolaandengan variasi HRT (Hydraulyc Rentention Time) antara 1-4 jam dengan suplai udara 0-30l/menit. Kondisi operasional terpilih adalah pada HRT 2 jam dan suplai udara 20 l/menit yaitudengan efisiensi konsentrasi organik, amoniak, besi, mangan, dan kekeruhan secara berturut-turut adalah 68 %, 65 %, 68 %, 67 %, dan 72 %.

Kata Kunci: Biofiltrasi, ultrafiltrasi, media tipe sarang tawon, efisiensi reduksi, air minum.

AbstractIn big cities of Indonesia using river water as raw water PAM (drinking water company). Theconcentration of organic matter and ammonia in the raw water PAM is increasing due toindustrial and domestic waste pollution. Biofiltration combination with ultrafiltration process isuse as one alternative to reduce concentration of organic matter, ammonia, iron, manganeseand turbidity in raw water. In this treatment, biofilter reactor is use with plastic of Honeycombtube type as media combined with ultrafiltration. Operational condition of treatment is variationof HRT (Hydraulyc Retention Time) between 1–4 hours and air supply between 0–30 l/min. Theselected operational condition of treatment found at HRT of 2 hours and air supply of 20 l/min,with removal efficiency of concentration of organic, ammonia,iron, manganese, and turbidity are68 %,65 %, 68 %, 67 %, and 72 % respectively.

Keywords: Biofiltration, ultrafiltration, honeycomb tube, removal efficiency, drinking water.

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Pelayanan air bersih di Indonesia dalam skalayang besar masih terpusat di daerah perkotaan, dandikelola oleh Perusahan Daerah Air Minum (PDAM)kota yang bersangkutan. Pelayanan 300 PDAM secaranasional belum mencukupi, yaitu dibawah 17 %(2014). Daerah yang belum mendapatkan pelayananair bersih dari PAM umumnya mereka menggunakanair tanah (sumur), air sungai, air hujan, air sumber(mata air) dan lainnya. Prosentase banyaknya rumahtangga dan sumber air minum yang digunakan diberbagai daerah di Indonesia sangat bervariasitergantung dari kondisi geografisnya. Secara nasionaladalah sebagai berikut: pengguna air PAM 16,8 %, airtanah (pompa) 11,7%, air sumur (perigi) 49,6%, mata

air (air sumber) 12,7%, air sungai 4,8%, air hujan 2,5%daur ulang dan lainnya 1,1 %. [1].

Kualitas air sungai yang dipakai sebagaisumber air baku perusahaan air minum (PAM)semakin menurun seiring dengan peningkatan jumlahpenduduk, sebagai akibatnya biaya produksi semakinmahal dan pada kondisi tertentu menyebabkan PAMtidak dapat lagi memberikan pelayanan yang baikkepada masyarakat karena kualitas air olahan buruk.Masalahnya adalah dengan semakin buruknyakualitas air baku untuk air minum, maka disampingbiaya produksinya membesar, hasil pengolahanberupa air bersih juga kurang baik bahkan tidak layakdigunakan sebagai air minum. Salah satu masalahyang sering dijumpai pada air minum di dunia akhir-akhir ini yakni timbulnya senyawa yang dinamakanTrihalomethanes atau disingkat THM, sebagai hasilsamping dari proses disinfeksi dengan gas klor atau


48

senyawa hipoklorit. Konsentrasi THM tertinggi didalam air minum ditemukan setelah proses klorinasiberlangsung. THM terbentuk akibat reaksi antaraklorine dengan senyawa natural seperti "humicsubstance" yang ada dalam air baku.[16]

THM adalah senyawa organik yang merupakanturunan dari methana (CH4). Tiga buah atomHidrogen (H)-nya diganti oleh atom halogen yaitu klor(Cl), Brom (Br), Iodium (I). Beberapa senyawa THMyang sering dijumpai adalah dibromokloromethan(CHBr2Cl), bromodikholomethan (CHBrCl2), kloroform(CHCl3), dan bromoform (CHBr3). Senyawa kloroformadalah merupakan salah satu senyawa THM yangpaling umum dan sangat berpotensi sebagaipenyebab kanker. Jumlah total ke empat senyawatersebut sering disebut total trihalomethan (TTHM).Selain ke empat senyawa tersebut di atas masih adabeberapa senyawa trihalomenthan lainnya tetapibiasanya kurang stabil.[20]

Senyawa prekusor THM adalah Senyawa-senyawa yang secara potensial dapat menyebabkanterjadinya THM. Salah satu precursor THM adalahsenyawa humus (Humic and Fulvic Substances) yangsecara alami terbentuk akibat proses pelapukan daundaun yang gugur atau sisa tumbuh-tumbuan yangtelah mati oleh aktifitas mikroorganisme. Airlimpasan hujan (Run Off) membawa senyawa humusdari daerah hutan atau pertanian, kemudian masukke aliran sungai pada. Air limbah baik domestikmaupun industri juga mengandung zat organik yangbesar, apabila tidak dikelola dengan baik akan masukke badan air sungai akan menjadi prekusor THM.[17]

Air sungai yang mengandung prekursor THMini digunakan sebagai sumber air baku PAM. Senyawaprecursor THM tersebut bereaksi dengan senyawaklor dalam proses desinfeksi sehingga terbentuklahsenyawa THM dan senyawa halogen organik lainnya.Kandungan amoniak dalan air baku juga akanbereaksi dengan klor membentuk senyawa kloramineyang mempunyai daya disinfeksi lebih rendah,sebagai akibatnya konsumsi senyawa klor yangmeningkat, sehingga terbentuknya THM juga semakinbesar. [8]

Beberapa negara maju seperti Amerika,Canada, Eropa dan Jepang, konsentrasi total THMsdalam air minum maksimum yang dibolehkan yakni0.1 mg/l. Jepang menetapkan, jika konsentrasi COD(permanganate number) air permukaan yang dipakaisebagai air baku PAM lebih besar 12 mg/l atau warnalebih besar skala 20 atau lebih dibanding dengan airtanah, maka perusahaan air minum harus mulaimelakukan pemantauan terhadap THM dalam airminum.[19]

Masalah THM di Indonesia sampai saat inibelum menjadi perhatian. Perusahaan air minum ataudalam hal ini PAM, hanya berkonsentrasi mengenaikwantitas dibanding dengan kualitas. Melihat kondisi

air baku untuk PAM khususnya di kota-kota besar,misalnya Jakarta termasuk di dalamnya Tangerangdan Bekasi, Surabaya, Semarang serta kota-kotalainnya yang mengambil air bakunya dari sungaidengan kualitas yang sangat buruk, maka seharusnyamasalah THM ini juga menjadi prioritas untuk dicaripemecahannya, karena THM ini adalah senyawa yangsecara potensial dapat menyebabkan kanker(carcinogen).[19]

PDAM Tirta Kerta Raharja kabupatenTangerang melakukan pemantauan kualitas air bakupada instalasi pangolahan air (IPA) wilayah BojongRenged, Tangerang pada bulan September 2000.Kualitas air baku (sungai Cisadane) sudah tidak layaklagi digunakan sebagai sumber air baku PAM, karenasalah satu parameter yaitu amoniak tidak memenuhikriteria mutu air Golongan I.[12] Konsentrasi amoniakantara 0.06-1.09 mg/l, kondisi tersebut menjadi duakali lipat bahkan lebih pada musim kemarau. Bulanagustus 2009 konsentrasi amoniak (NH4-N) mencapai3.8 mg/l sehingga IPA Bojong Renged menghentikanproses pengolahan untuk sementara waktu, karenainstalasi pengolahan yang ada sudah tidak mampulagi mengolah dengan kondisi air baku sepertitersebut diatas.

PAM di Indonesia umumnya menggunakansenyawa klor (gas klor atau kalsium hipoklorit) untukmereduksi mikroorganisma (desinfeksi). Selamaproses desinfeksi gas klor juga bereaksi dengansenyawa organik, amoniak, logam besi dan mangan.Meningkatnya konsentrasi zat pencemar tersebutmengakibatkan kebutuhan klor semakin banyak,sebagai akibatnya muncul hasil samping dari prosesklorinasi, yaitu terbentuknya senyawa trihalometan(THM) dan diikuti kenaikan konsentrasi senyawahalogen organik lainnya. Amoniak dalam air bakubereaksi dengan klor membentuk kloramin dengandaya desinfeksi lebih lemah, sehingga konsumsi khlormenjadi lebih besar, sebagai akibatnya biayaoperasional meningkat.

Upaya PAM meningkatkan kualitas air olahanadalah dengan menerapkan pengolahan lanjutan(advanced treatment), yaitu menggunakan karbonaktif bubuk di bak pengendap akhir atau granularpada filter karbon aktif. Cara ini mampumeningkatkan kualitas air olahan, namunmembutuhkan biaya yang tidak sedikit dan karbonaktif yang telah dipakai tidak dapat digunakan lagi(limbah padat). PAM sampai saat ini belummemungkinkan membuat instalasi baru yangmenyesuaikan kualitas air baku, salah satu cara yangperlu dipertimbangkan saat ini adalah denganmelakukan pengolahan awal (pretreatment)menggunakan proses biologis (biological process)untuk meningkatkan kualitas air baku denganpenerapan proses biofiltrasi menggunakan mediaplastik tipe sarang tawon selanjutnya dilakukan


49

pengolahan konvensional atau menggunakanultrafiltrasi sebagai pengolahan akhir.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah mengkajikarakteristik dan membuat rekomendasi disainreaktor biofilter dengan media plastik tipe sarangtawon untuk dikombinasikan dengan ultrafiltrasidalam menyediakan air minum yang memenuhipersyaratan sebagai air minum terhadap penyisihankonsentrasi senyawa organik, amoniak, besi, mangandan kekeruhan dalam air baku PAM

1.3 Ruang Lingkup

Lingkup penelitian ini adalah: penerapanproses biofiltrasi dengan reaktor biofilter (bioreaktor)dan ultrafiltrasi, pembiakan mikroorganisma,pelaksanaan penelitian, analisa laboratorium danperhitungan efisiensi penyisihan organik, amoniak,besi, mangan dan kekeruhan.

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Mekanisme Penguraian Polutan diBiofilter

Mikroorganisme di dalam reaktor biofilter,tumbuh melapisi keseluruhan permukaan media.Pada saat operasi, air yang mengadung polutanmengalir melalui celah media dan kontak langsungdengan lapisan massa mikroba (biofilm).Mikroorganisma yang ada pada biofilm akanmendegradasi senyawa organik yang ada di dalam air.Lapisan biofilm yang semakin tebal akanmengakibatkan berkurangnya difusi oksigen kelapisan biofilm yang dibawahnya hal inimengakibatkan terjadinya lingkungan anaerob padalapisan biofilm bagian dalam. Mekanisme yang terjadipada biofilter adalah: [11] Transportasi dan adsopsi zat organik dan nutrien

dari fasa liquid ke fasa biofilm Transportasi mikroorganisma dari fasa cair

(liquid) ke fasa biofilm Adsorpsi mikroorganisma yang terjadi dalam

lapisan biofilm Reaksi metabolisma mikroorganisma yang terjadi

dalam lapisan biofim, memungkinkan terjadinyamekanisme pertumbuhan, pemeliharaan,kematian dan lysis sel.

Penempelan sel, yaitu pada saat lapisan biofilmmulai terbentuk dan terakumulasi secara kontinudan gradual pada lapisan biofim.

Mekanisme pelepasan biofilm (detachmentbiofilm) dan produk lainnya (by product).

Pertumbuhan mikrooorganisme akan terusberlangsung pada lapisan (slime) yang sudahterbentuk sehingga ketebalan slime semakinbertambah. Difusi makanan dan O2 berlangsungsampai ketebalam maksimum, sampai makanan danO2 tidak mampu lagi mencapai permukaan padat ataubagian terjauh dari fase cair, sehingga menyebabkanlapisan biomassa terbagi menjadi dua bagian, yaitulapisan aerob dan lapisan anaerob. Jika lapisanbiofilm bertambah tebal maka daya lekatmikroorganisme terhadap media penyanggamelemah dan tidak akan kuat menahan gaya beratlapisan biofilm, sehingga terjadi pengelupasan lapisanbiomasa. Pengelupasan dapat juga terjadi karenapengikisan berlebihan cairan yang mengalir melaluibiofilm. Koloni mikroorganisma yang baru akanterbentuk pada bagian yang terkelupas ini.Mekanisme proses yang terjadi pada sistem biofiltersecara sederhana dapat ditunjukkan seperti padaGambar 1.[6]

Gambar 1 : Mekanisme Proses Di Biofilm.

Efisiensi proses aerobik menurun denganbertambahnya lapisan maksimum dan semakintebalnya lapisan anaerob. Walaupun lapisanbiomassa mempunyai ketebalan sampai 0,2 mmmilimeter tetapi hanya lapisan luar setebal 0,05-0,15mm yang merupakan lapisan aerob. Penghilangansubstrat oleh lapisan mikroba akan bertambah secaralinier dengan bertambahnya ketebalan film sampaidengan ketebalan maksimum, penghilangan tetapkonstan dengan bertambahnya ketebalan lebihlanjut.[6]

2.2 Proses Biologis untuk menghilangkanSenyawa organik dan amoniak

Pengolahan air secara biologis merupakansuatau proses penguraian bahan-bahan pencemar,baik yang terlarut maupun yang tidak terlarut


50

menjadi bentuk yang lain berupa gas atau padatan.Hasil dari transformasi tersebut dipengaruhi olehkondisi lingkungan pada saat proses berlangsungyaitu kondisi aerobik dan anaerobik.[[2]

Proses pengolahan biologis secara aerobikmerupakan suatu proses yang membutuhkan oksigenuntuk menunjang berlangsungnya prosesmetabolisme biokimia oleh mikroorganisma dalamperuraian bahan-bahan organik menjadi bentuk yanglebih sederhana yaitu CO2, H2O, senyawa-senyawaoksida seperti nitrat, sulfat, phosphat danterbentuknya massa sel yang baru.[6]

Pada pengolahan secara biologis,pertumbuhan mikroorganisme dapat dilakukansecara melekat pada permukaan media penyangga(attached growth), yakni suatu proses pengolahandimana senyawa-senyawa organik atau senyawa–senyawa lainnya yang terdapat dalam air diuraikanoleh mikro-organisme yang melekat pada permukaanmedia penyangga menjadi senyawa yang lebihsederhana serta membentuk biomasa atau sel-selbaru. [22]

2.3 Biofilter Unggun Tetap (Fixed bed Biofilter)

Struktur reaktor biofilter menyerupai saringan(filter) yang terdiri dari susunan atau tumpukanbahan penyangga yang disebut dengan mediapenyangga dengan susunan secara teratur maupunacak di dalam suatu bejana. Fungsi media penyanggaadalah sebagai tempat tumbuh dan berkembangnyamikroorganisma yang akan melapisi permukaanmedia membentuk lapisan massa yang tipis (biofilm)dan menguraikan bahan organik dan polutan lainnyayang ada dalam air. Media penyangga merupakansalah satu kunci keberhasilan proses biofilter.Efektifitas media tergantung pada :[2] Luas permukaan, yaitu semakin luas permukaan

media maka semakin besar jumlah biomassa perunit volume.

Volume rongga, yaitu semakin besar volumerongga atau ruang kosong maka semakin besarkontak antara substrat dalam air buangandengan biomassa yang menempel

Faktor terpenting yang mempengaruhipertumbuhan bakteri pada media penyangga adalahkecepatan aliran, bentuk dan jenis konfigurasi media.Media yang digunakan dapat berupa kerikil, batupecah (split), media plastik (polivinil chlorida), danpartikel karbon aktif dan lainnya. Media yang seringdigunakan pada proses biologis khususnya biofiteradalah media plastik yang terbuat dari PVC.Keuntungan penggunaan penggunaan media plastikini antara lain : [2]

Ringan, mudah dibentuk dan fleksibel dalamaplikasi

Luas permukaan spesifik besar (luas permukaanper satuan volume) antara sebesar 85-226m2/m3.

Volume rongga lebih besar dibanding medialainnya (sampai 95%) sehingga resiko kebuntuankecil.

Di dalam reaktor biofilter ini, mikroorganismamenempel, tumbuh dan melapisi keseluruhpermukaan media. Pada saat beroperasi air mengalirmelalui celah-celah media dan berhubungan langsungdengan lapisan massa mikroba (biofilm). Mekanismeperpindahan massa yang terjadi pada permukaansuatu media dinyatakan sebagai berikut : Diffusi substansi air buangan dari cairan induk ke

dalam masa mikroba yang melapisi media. Reaksi peruraian bahan organik maupun

anorganik oleh mikroba. Diffusi produk peruraian ke luar menuju cairan

induk limbah.Permukaan media yang kontak dengan air

yang mengandung polutan atau nutrisi yang terdapatdalam air buangan ini mengandung mikroorganismayang membentuk lapisan aktif biologis. Disamping ituoksigen terlarut juga merupakan fator penting didalam pembentukan lapisan film. Proses awalpertumbuhan mikroba dan pembentukan lapisan filmpada media membutuhkan waktu antara 15 sampai60 hari, tergantung dari komposisi air yang akandiolah dan dikenal dengan “proses pematangan”.Pada awalnya tingkat efisiensi penyisihan polutansangat rendah, selanjutnya mengalami peningkatandengan terbentuknya lapisan film yang setabil.[9]

2.4 Lapisan Biomassa

Lapisan biomassa atau biofilm didefinisikansebagai lapisan sel mikroba yang berkaitan denganpenguraian zat organik yang melekat pada suatupermukaan media. Proses penempelan,pembentukan koloni dan pertumbuhan lapisan selmikroba dapat dilihat pada Gambar 2. [2]

Kecepatan pertumbuhan lapisan biofilm padapermukaan media akan bertambah seiring denganperkembangbiakan dan adsorpsi yang terus berjalansampai terjadi proses akumulasi lapisan biomassadalam bentuk lapisan lendir (slime). Pertumbuhanmikroorganisma terus berlangsung pada slime yangsudah terbentuk sampai ketebalan slime mencapaimaksimum. Difusi makanan dan oksigen juga terusberlangsung sehingga tercapai ketebalan maksimumdan pada kondisi ini difusi makanan maupun oksigentidak mampu lagi mencapai permukaan padatan,akibatnya lapisan biomassa terbagi menjadi duazona yaitu zona aerob dan zona anaerob. Padakondisi ini mulai terjadi proses pengelupasan lapisan


51

biomassa yang selanjutnya segera terbentuk kolonimikroorganisme baru, dengan demikianpembentukan biofilm terus berlangsung selamapolutan atau nutrisi mencukupi. Proses pengelupasanini juga disebabkan oleh pengikisan cairan yangberlebih yang mengalir melalui biofilm.[22]

Gambar 2 : Proses Pembentukan Biofilm PadaPermukaan Media.

Efisiensi penghilangan amoniak pada prosesbiofilter oleh lapisan biomassa dapat mencapaimaksimum bila lapisan tipis di sebelah luar lapisanbiomassa telah mencapai ketebalan maksimumdalam kondisi aerobik.[21]

Mekanisme proses penguraian senyawapolutan yang terjadi pada lapisan biofilm secarasederhana dapat diilustrasikan seperti pada Gambar1, sedangkan ilustrasi dari mekanisme prosespenguraian amoniak di dalam biofilm dapat dilihatpada Gambar 4. Lapisan terluar media penyanggaadalah lapisan tipis zona aerobik, senyawa amoniakdioksidasi dan diubah ke dalam bentuk nitrit.Sebagian senyawa nitrit ada yang diubah menjadi gasdinitrogen oksida (N2O) dan sebagian ada yangdiubah menjadi nitrat. Proses yang terjadi tersebutdinamakan proses nitrifikasi.

Gambar 3 : Ilustrasi Dari Mekanisme ProsesPenguraian Amoniak Di Dalam Biofilm.

Semakin lama, lapisan biofilm yang tumbuhpada media penyangga tersebut semakin tebalsehingga menyebabkan oksigen tidak dapat masuk kedalam lapisan biofilm yang mengakibatkanterbentuknya zona anaerobik. Pada zona anaerobikini, senyawa nitrat yang terbentuk diubah ke dalambentuk nitrit yang kemudian dilepaskan menjadi gasnitrogen (N2). Proses demikian tersebut dinamakanproses denitrifikasi.[11]

3. PENGOLAHAN AIR DENGAN PROSESBIOFILTRASI

3.1 Proses Pengolahan

Proses biofiltrasi dilakukan di dalam reaktorbiofilter yang dilengkapi dengan media. Reaktorbiofilter dibuat dari bahan FRP dengan dimensipanjang 180 cm, lebar 100 cm dan tinggi 160 cm.Total volume reaktor biofilter 2880 liter, sedangkanvolume kerja adalah 2520 liter. Media biofilterterbuat dari plastik tipe sarang tawon dengan ukuranmodul 30x30x25 cm, luas permukaan 226 m2/m3,porositas 98% dan total volume media yangdigunakan adalah 0.855 m3. Spesifikasi reaktorbiofilter secara lengkap dapat dilihat pada tabel 1.

Reaktor biofilter dibagi menjadi 3 ruang, yaitupengendap awal, media dilengkapi denganpenyangga dan pengendap akhir. Lubang masuk airbaku (inlet) dan lubang air produk (outlet) terletakpada kedua sisi reaktor. Lumpur yang terendapkandapat dikeluarkan melalui lubang ruang lumpur padabagian bawah reaktor. Rancangan reaktor biofilterdapat dilihat pada Gambar 4 dan aplikasinya adalahseperti pada Gambar 5.

3.2 Pembiakan Mikroorganisme (Seeding)

Pembiakan (seeding) mikroorganisma dilakukansecara alami yaitu dengan cara mengalirkan air bakusecara terus menerus ke dalam reaktor biofiltersampai terbentuknya lapisan biofilm yang melekatpada media biofilter dengan WTH 6 dan 8 jam.Proses pertumbuhan mikroorganisma ini didukungsuplai udara 30 liter/menit secara terus menerus. Airbaku kontak dengan mikroorganisma yangtersuspensi di dalam air maupun yang menempelpada permukaan media sehingga terjadi penguraiansenyawa organik Pembiakan mikroba dilakukan duatahap, tahap pertama dilakukan pengamatan secaravisual tanpa analisa laboratorium, dimana pada tahapawal proses pengolahan ini belum berjalan denganbaik karena mikroorganisma belum tumbuh optimal.Setelah proses berjalan ke tahap dua yaitu mulai adaindikasi mikroba tumbuh yang ditandai dengan


52

terbentuknya lapisan lendir (biofilm) pada permukaanmedia, mulai dilakukan analisa laboratorium. Lapisanbiofilm ini mengandung mikroorganisma penguraisenyawa organik dalam air baku. Pertumbuhanmikroorganisme diamati dengan mengukurpenyisihan senyawa organik di dalam bioreaktorsetelah 7 hari proses sampai penyisihan senyawaorganik stabil (steady state).

Gambar 4 : Rancangan Reaktor Biofilter.

Gambar 5 : Reaktor Biofilter.

Efisiensi penyisihan organik pada awalpengoperasian masih rendah yaitu 29%, hal inidisebabkan pertumbuhan mikroorganisme belumbaik yang ditandai dengan biofilm yang terbentukmasih tipis. Minggu kedua efisiensi mulai meningkatmenjadi 40% dan minggu ketiga mencapai 69%.Proses pengolahan pada akhir minggu ketiga telahmencapai kesetabilan, selanjutnya WTH diturunkanmenjadi 6 jam. Perubahan WTH dari 8 jam menjadi 6jam mengakibatkan laju alir meningkat dari 5.25menjadi 7 liter/menit. Peningkatan laju alir air bakumengakibatkan waktu kontak air baku dengan lapisanbiofilm menurun dan diikuti dengan kenaikan lajupembebanan senyawa organik, sehingga

mengakibatkan efisiensi menurun. Setelah reaktorlima hari beroparasi dengan WTH 6 jam efisiensisudah mulai menunjukkan kesetabilan. Fase inidisebut pematangan dan setelah mencapai kondisistabil disimpulkan mikroorganisme pengurai telahtumbuh dan bekerja dengan baik.[9]Efisiensi rata-rata penyisihan organik dengan WTH 6jam sebesar 77% dan untuk mendapatkan WTH sertaefisiensi penyisihan terbaik dilanjutkan denganpenurunan WTH menjadi 4 jam. Penyisihan organikpada saat seeding dapat dilihat pada Gambar6.

Tabel 1 : Spesifikasi Reaktor Biofilter.

No Uraian Keterangan Jumlah1 Dimensi reaktor:

PanjangLebarTinggiVolume reaktorVolume efektifBahan

180 Cm100 Cm160 Cm2880 liter2520 literFRP

1 unit

2 Media biofilter :Bahan / warnaTipeUkuran lubangKetebalan sheetUkuran modulLuas permukaanBerat spesifikPorositas media

Plastik/ transparanSarang tawon(2 x 2) cm0.5 mm(30 x 30 x 25)cm 226 m2/ m3

30 – 35 kg / m3

98%

0,855 m3

3 FlowmeterKapasitasDiameter in/out

0-26 liter/menit½ inch

2 unit

4 Blower udaraTipedayaKapasitas

Hiblow 30,60 W/220 V30 liter/ menit

2 unit

5 Difuser (diffucer)TipediameterKapasitas

Gelembung (Bubble)7.5 Cm20 liter/menit

4 unit

6 Pompa sirkulasiTipeKapasitasDaya

Celup (submercible)2-15 liter/menit100 W; 220 V

1 unit

7 Perpipaankelistrikan

Instalasi ½ “ – 4”110 W, 220 V

1 paket

Gambar 6 :Penyisihan Organik (Kmno4) SelamaProses Seeding.


53

3.3 Penyisihan Amoniak

Penyisihan organik lebih mudah dibandingkandengan penyisihan amoniak sehingga pengamatanpenyisihan amoniak di dalam penelitian ini menjadidasar penentuan waktu tinggal hidrolis dan jumlahsuplai udara.

3.3.1 Pengaruh WTH Terhadap PenyisihanAmoniak (NH4-N)

Penurunan efisiensi penyisihan senyawaamoniak sebanding dengan penurunan WTH.Penurunan konsentrasi amoniak dalam biofitermenunjukkan terjadinya proses penguraian amoniakpada saat nitrifikasi. Penguraian amoniak pada saatnitrifikasi dilakukan oleh mikroorganisma autotrofmaupun heterotrof untuk mensintesa sel. Sepertiditunjukkan pada Gambar 7, efisiensi penyisihanamoniak pada WTH 1-4 jam sebesar 44%, 65%, 68%,dan 71%.

Gambar 7 : Penyisihan Amoniak (WTH 1-4 Jam).

Gambar di atas memperlihatkan efisiensipenyisihan amoniak menurun seiring denganberkurangnya WTH di dalam reaktor, hal inidisebabkan berkurangnya waktu kontak antara airbaku dengan lapisan biomassa yang tumbuh di media,akibatnya amoniak yang terurai semakin kecil.Efisiensi penyisihan rata-rata tertinggi didapat padapengkondisian WTH 4 jam yaitu sebesar 71% danterendah saat WTH 1 jam sebesar 44%. Efisiensipenyisihan amoniak pada WTH antara 2 sampai 4jam masih tergolong tinggi, hal ini disebabkan waktukontak antara mikroba dengan air baku dan oksigenterlarut masih mencukupi untuk kebutuhan mikrobamelakukan sintesa. Pada saat terjadinya penyisihankonsentrasi amoniak di dalam air, terjadi peningkatankonsentrasi nitrat. Perubahan konsentrasi nitratsebelum dan sesudah pengolahan ditujukkan sepertipada gambar 8.

Gambar 8 : Peningkatan Konsentrasi Nitrat(NO3-N) Pada WTH 1-4 Jam.

Peningkatan konsentrasi nitrat (NO3-N) dapatdisebabkan adanya suplai oksigen ke dalam reaktorbiofilter, dengan reaksi seperti di bawah ini:[2]

NO2- + 1/2O2 → NO3

-- (1)NH4

+ + 2O2 → NO3-- + 2H+ + H2O (2)

Senyawa nitrit merupakan senyawa peralihandi dalam siklus biologi. Senyawa ini dihasilkan darisuatu proses oksidasi NH4-N, tetapi sifatnya tidakstabil karena pada kondisi aerobik selama nitritterbentuk, selanjutnya dengan cepat nitrit dioksidasimenjadi nitrat oleh bakteri nitrobacter, oleh karenaitu senyawa nitrit ditemukan dalam jumlah yang kecil.Perubahan konsentrasi nitrit sebelum dan sesudahpengolahan ditujukkan seperti pada gambar 10.

Gambar 9 : Penyisihan Nitrit (NO2-N) PadaWTH 1-4 Jam.

3.3.2 Laju Pembebanan Amoniak (NH4-N)

Terjadinya penurunan efisiensi amoniak adalahakibat dari penurunan WTH, sehingga lajupembebanan amoniak semakin besar. PenurunanWTH diikuti oleh penurunan efisiensi penyisihan,peningkatan debit air baku dan laju pembebananamoniak.


54

Penurunan WTH mengakibatkan debit air bakumeningkat sehingga beban hidrolis juga meningkat,sebagai akibatnya efisiensi penyisihan amoniakmengalami penurunan. Laju pembebanan amoniakdalam reaktor biofilter bermedia plastik tipe sarangtawon dengan luas permukaan 226 m2/m3 pada WTH1-4 jam adalah 0.4, 0.2, 0.1, dan 0.1 g/m2 media.hari,sedangkan efisiensi penyisihan adalah 47%, 65%,68%, dan 71%.

Gambar 10 berikut ini menunjukkan hubunganlinear antara laju pembebanan dengan efisiensipenyisihan amoniak, dengan persamaan sebagaiberikut:

ya = -91.19xa + 77.12 (3)

dengan R2 = 0.92

dimana,ya = Efisiensi penyisihan amoniak, NH4-N (%)xa = Laju pembebanan amoniak, NH4-N (g/m2 media/hari)

y = -91.19x + 77.12R2 = 0.92

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45

Laju pembebanan NH4-N (g/m2 media.hari)

Efis

iens

i pen

yisih

an N

H4-

N (

%)

Efisiensi Linear (Efisiensi)

Gambar 10 : Laju Pembebanan Dengan EfisiensiPenyisihan Amoniak.

Laju Pembebanan amoniak diikuti denganpenurunan efisiensi amoniak.

3.3.3 Penentuan WTH Tepilih

WTH terpilih ditentukan melalui seleksi nilaiefisiensi penyisihan senyawa amoniak, denganmempertimbangkan penyisihan amoniak lebih sulitdibandingkan dengan parameter lainnnya sehinggadapat mewakili data untuk keperluan teknisperencanaan, kelayakan dan aplikasi teknologibiofilter. Waktu tinggal hidrolis yang dipilih adalahWTH tersingkat namun efisiensi penyisihan optimalatau tertinggi dan setabil. Efisiensi penyisihanamoniak rata-rata pada WTH 4 jam sebesar 71%.Efisiensi penyisihan rata-rata amoniak dapat dilihatpada Tabel 3.

Tabel 3 : Rata-Rata Efisiensi Penyisihan Amoniak PadaWTH 1-4 Jam.

WTH (jam) Rata-rata efisiensi penyisihanAmoniak [NH4-N](%)

1 442 653 684 71

Beberapa hal penting yang perlu diperhatikandi dalam teknis perencanaan dan aplikasi reaktorbiofilter, antara lain: Waktu tinggal hidrolis dalam reaktor singkat Efisiensi penyisihan polutan tinggi Ukuran lahan yang dipakai kecil Bentuk rancangan fleksibel Biaya investasi dan operasional rendah Air hasil olahan memenuhi kriteria mutu air

Golongan I.[12]

Ukuran, bobot reaktor, efisiensi penyisihan dankebutuhan energi merupakan faktor penting dalamperencanaan pembangunan instalasi pengolahan air.Ukuran reaktor menjadi acuan dalam penyediaanlahan sedangkan bobot reaktor menjadipertimbangan konstruksi, dimana semakin kecil WTH,ukuran reaktor semakin hemat dalam penggunaanlahan dan dengan bobot reaktor yang lebih kecilmemerlukan konstruksi yang lebih ringan. Reaktordengan efisiensi tinggi mempunyai kemampuan yanglebih besar dalam mengolah air sehingga lebih efisiendalam pemakaian energi untuk peralatan pendukungseperti pompa dan blower. Kualitas air hasilpengolahan juga merupakan faktor yang penting didalam penentuan pemilihan waktu tinggal hidrolis.Kualitas air baku dan hasil pengolahan prosesbiofiltrasi pada WTH 1-4 jam dapat dilihat pada Tabel4.

Tabel 4 : Kualitas Air Baku Dan Hasil Pengolahan PadaWTH 1-4 Jam.

WTH(jam)

Konsentrasi rata-rata amoniak (mg/liter)Masuk Keluar

1 1.11 X 0.60 V2 1.03 X 0.39 V3 1.10 X 0.37 V4 1.08 X 0.33 V

Keterangan:x = Tidak memenuhi mutu air golongan I PPRI No. 82/2001 (0,5 mg/l)v = Memenuhi kriteria mutu air golongan I PPRI No. 82/2001(0,5 mg/l)

Waktu tinggal hidrolis 2 jam diambil sebagaiWTH terpilih, dimana WTH 2 jam adalah WTHterpendek dengan efisiensi penyisihan amoniak relatiftinggi. Pertimbangan lain adalah air hasil pengolahan


55

memenuhi kriteria mutu golongan I, yaitu air yangdapat digunakan sebagai air baku air minum.[11]

3.3.4 Pengaruh Suplai Udara TerhadapPenyisihan Amoniak (NH4-N)

Efisiensi penyisihan amoniak dengan WTH 2jam dan variasi suplai udara 0-30 liter/menitditunjukkan pada Gambar 11. Penurunan konsentrasiamoniak diikuti dengan peningkatan konsentrasinitrat, hal ini menunjukkan bahwa di dalam reaktorbiofilter telah terjadi proses nitrifikasi. Mikroba yangterlibat dalam proses ini adalah bakteri autotrof yangberperan dalam proses nitrifikasi, sedangkan bakteriheterotrof berperan dalam penguraian bebanorganik. Walaupun bakteri autotrof berperan dalamproses nitrifikasi, proses ini dapat juga terjadi denganadanya bakteri heterotrof.

Gambar 11 : Penyisihan Amoniak Pada WTH 2 JamDan Suplai Udara 0-30 Liter/Menit.

Pengolahan dengan pengkondisian WTH dari 2jam dan suplai udara 0-30 liter/menit menghasilkanefisiensi penyisihan rata-rata berturut-turut sebesar37%, 43%, 65% dan 65%. Penurunan konsentrasiamoniak pada air olahan menunjukkan terjadinyaproses penguraian amoniak pada saat nitrifikasi didalam reaktor biofilter. Penguraian amoniak padaproses nitrifikasi dilakukan oleh mikroorganismeautotrof maupum heterotrof dalam mensintesa sel.

Identifikasi mikroorganisma yang terdapatdalam biofilm, terdapat bakteri nitrosomonas dannitrobacter (Laboratorium FKH IPB, 2010). Nitrifikasimerupakan proses pengubahan NH4-N menjadi NO2-Nyang kemudian menjadi NO3-N yang dilakukan olehbakteri autotropik dan heterotropik. PengubahanNH4-N menjadi NO2-N dilakukan oleh bakterinitrosomonas dan selanjutnya NO2-N yang terbentukdiubah menjadi NO3-N oleh bakteri nitrobacter.Kedua jenis bakteri diatas berlangsung dalamkeadaan aerob sehingga memerlukan konsentrasioksigen yang cukup untuk sumber energi dalammenunjang proses metabolisme, dan juga prosesnitrifikasi merupakan suatu proses aerob sehingga

keberadaan oksigen sangat penting dalam proses ini.Konsentrasi oksigen terlarut yang diperlukan agarproses nitrifikasi dapat berjalan dengan baik yaitu jikaDO minimumnya 1 mg/l tetapi bila konsentrasi DOdibawah 1 mg/l maka proses nitrifikasi menjadilambat.

Fungsi suplai udara pada reaktor biofilteradalah mensuplai oksigen untuk mendukungmikroorganisma melakukan penguraian polutandalam air baku dan digunakan untuk menjagakestabilan biofilm dari gangguan material yangmenghalangi lapisan biomasa dan merontokkanbiofilm yang telah mati. Perubahan suplai udara dari20 menjadi 10 dan 0 liter/menit mengakibatkanefisiensi penyisihan senyawa organik turun denganefisiensi rata-rata penyisihan 43% dan 37%. DO yangterukur pada titik masuk sekitar 5.5 mg/l dan padatitik keluar sekitar 3 mg/l. Syarat DO yang diperlukandalam proses biofiltrasi mencukupi mikroorganismauntuk melakukan penguraian senyawa amoniak,walaupun mendekati syarat minimal. Suhu operasireaktor biofilter antara 28.2-28.7 dan pH antara 7.1-7.5 adalah kondisi yang baik untuk mikroorganismamelakukan penguraian.

Inhibitor maupun toksik tidak teridentifikasi didalam sistem, faktor penghambat yang menghalangilapisan biofilm kontak dengan air baku kemungkinanbisa terjadi dari pengendapan tanah, lempung danpasir halus yang menutupi sebagian lapisan biomasa.Lempung dan tanah halus yang tersuspensi di dalamair baku. Penurunan efisiensi penyisihan senyawaamoniak di dalam reaktor biofilter pada variasi suplaiudara 0-10 liter/menit dapat dikatakan akibattertutupnya biofilm oleh tanah halus dan lempungsehingga luas kontak antara biofilm dengan air bakuberkurang dan mikrooganisma tidak mendapatkansuplai oksigen dan makanan yang mencukupi.

Gambar 12 : Penyisihan NO2-N Pada WTH 2 Jam DanSuplai Udara 0-30 Liter/Menit.

Penurunan konsentrasi amoniak (NH4-N)diikuti dengan penurunan nitrit (NO2-N) danpeningkatan konsentrasi nitrat (NO3-N). Perubahan


56

konsentrasi (NO2-N) (NO3-N) pada saat penurunankonsentrai NH4-N dapat dilihat pada Gambar 12 diatas dan Gambar 13. Senyawa nitrit merupakansenyawa peralihan dalam siklus biologi. Senyawa inidihasilkan dari proses oksidasi NH4-N, tetapi sifatnyatidak stabil karena pada kondisi aerobik selama nitritterbentuk, dengan cepat nitrit dioksidasi menjadinitrat oleh bakteri nitrobacter, oleh karena itusenyawa nitrit ditemukan dalam jumlah yang kecil.Peningkatan konsentrasi NO3-N dapat disebabkanadanya oksigen yang dialiri secara terus menerus kedalam reaktor, sehingga dapat menyebabkanpembentukan nitrat, seperti pada persamaan 1 dan2[2].

Gambar 13 : Peningkatan Konsentrasi NO3-N PadaWTH 2 Jam Dan Suplai Udara 0-30 Liter/Menit.

pH optimum untuk aktivitas bakterinitrosomonas dan nitrobacter agar dapat berjalandengan optimal yaitu antara 7,5 – 8,5. Kondisi operasireaktor biofilter dengan pH antara 7,0 – 7,5menyebabkan peran bakteri nitrosomonas dalamproses nitrifikasi belum berjalan secara optimal,begitu pula dengan bakteri nitrobacter yangmengubah nitrit menjadi nitrat. Berdasarkanpernyataan tersebut efisiensi penyisihan yang rendahpada WTH 2 jam dan suplai udara 0-10 liter/menit,selain dari gangguan tertutupnya lapisan biofilm olehtanah halus, dapat juga disebabkan bakterinitrosomonas dan nitrobacter tidak bekerja maksimal[15].

Bahan organik merupakan salah satu faktoryang dapat mempengaruhi banyak atau sedikitnyakonsentrasi amonium yang terjadi dalam prosesnitrifikasi. Pada air buangan, 60 % nitrogenmengandung bahan organik, 40 % nitrogen beradadalam bentuk amoniak, dan 1 % berada dalambentuk nitrit dan nitrat. Bakteri heterotrofmenggunakan substrat organik sebagai sumberenerginya sedangkan bakteri autotrof menggunakansenyawa CO2 dan HCO3

- sebagai sumber energi yangdiperoleh dari hasil oksidasi bakteri heterotrof, makadapat dikatakan bahwa efisiensi penyisihan pada

proses nitrifikasi sejalan dengan poses penyisihanorganik.

3.3.5 Penentuan Suplai Udara Terpilih

Seperti telah dijelaskan di atas beberapa halpenting yang perlu diperhatikan di dalam teknisperencanaan dan kelayakan aplikasi reaktor biofilter,antara lain: Waktu tinggal hidrolis dalam reaktor singkat Efisiensi penyisihan polutan tinggi Ukuran lahan yang dipakai kecil Bentuk rancangan fleksibel Biaya investasi dan operasional rendah Air hasil olahan memenuhi kriteria mutu

Golongan I.[12]

Luas lahan yang dibutuhkan untuk instalasi,ukuran dan bobot reaktor, serta waktu tinggal,efisiensi penyisihan dan kebutuhan energi merupakanfaktor penting dalam pembangunan fisik instalasipengolahan air. Ukuran reaktor menjadi penentudalam luas lahan yang dibutuhkan, sedangkan bobotreaktor menjadi pertimbangan kemudahan danefisiensi konstruksi. WTH mempengaruhi dimensireaktor, semaki kecil WTH dimensi reaktor semakinkecil. Dimensi reaktor biofilter yang ringkas hematdalam menggunakan lahan, bobot lebih ringan dankonstruksi lebih murah. Reaktor dengan efisiensitinggi mempunyai kemampuan yang lebih besardalam mengolah air sehingga lebih efisien dalampemakaian energi untuk peralatan pendukung sepertipompa, blower dan peralatan pendukung lainnya.Kualitas air hasil pengolahan juga merupakan faktoryang penting di dalam pertimbangan pemilihanjumlah suplai udara. Kualitas air baku dan hasilpengolahan dari proses biofiltrasi pada WTH 2 jamdan suplai udara 0-30 liter/menit dapat dilihat padaTabel 5. Analisa laboratorium hasil pengolahan secaralengkap dapat dilihat pada Tabel 6.

Tabel 5 : Kualitas Air Baku Dan Hasil Pengolahan PadaWTH 2 Jam Dan Suplai Udara 0-30 Liter/Menit.

WTH (jam) Konsentrasi rata-rata amoniak(mg/liter)

Masuk Keluar0 1.10 X 0.68 X

10 1.15 X 0.62 X20 1.15 X 0.42 V30 1.03 X 0.37 V

Keterangan:x = Tidak memenuhi mutu air golongan I PPRI No. 82/2001( 0,5 mg/l)v = Memenuhi mutu air golongan I PPRI No. 82/2001(0,5 mg/l)


57

WTH 2 jam dan suplai udara 20 liter/menitdiambil sebagai suplai udara terpilih, dimana padasuplai udara 20 liter/menit adalah merupakan suplaiudara terbaik dengan efisiensi penyisihan tergolongtinggi untuk mereduksi amoniak dan air hasilpengolahan memenuhi kriteria mutu golongan I.[12]

3.4 Penghilangan Senyawa Organik

3.4.1 Efisiensi Penyisihan Organik dengan WTH 2jam dan Suplai Udara 20 liter/menit

Pengamatan perubahan konsentrasi zatorganik sebelum dan sesudah pengolahan sertaefisiensi penyisihan zat organik di dalam reaktorbiofilter pada WTH 2 jam dengan suplai udara 0-30liter/menit secara lengkap ditunjukkan sepertiditunjukkan pada Gambar 12.

Gambar 12 : Penyisihan Organik Dengan WTH 2 JamDan Suplai Udara 0-30 Liter/Menit.

Pada pengolahan dengan WTH 2 jam dengansuplai udara 0 sampai 30 liter/menit berturut-turutsebesar 38%, 38%, 68% dan 70%. Dari hasil penelitiantersebut terlihat bahwa setelah suplai udara dirubahdari 30 menjadi 20 liter/menit terjadi penurunanefisiensi penyisihan senyawa organik dari 70%menjadi 68% dan penurunan suplai udara dari 20menjadi 0 liter/menit terjadi penurunan efisiensipenyisihan senyawa organik dari 68% menjadi 38%.

Efisiensi penyisihan senyawa organik padaWTH 2 jam dan suplai udara 20 liter/menit masihtinggi, yaitu sekitar 68%, hal ini disebabkan waktukontak kontak mencukupi, tidak ada senyawapenggangu (inhibitor), jenis dan jumlahmikroorganisme pengurai mencukupi untukmelakukan penguraian. Adanya oksigen terlarut yangmencukupi (± 4 ppm) menyebabkan proses oksidasiaerob di dalam reaktor biofilter dapat berlangsungdengan baik, bahan–bahan organik akan dirubahmenjadi NH3, CO2, H2O, produk – produk akhir yangrelatif stabil dan energi serta sisanya akan disintesismenjadi mikroba baru. Secara umum mekanisme

penguraian organik dapat dilihat pada persamaan dibawah ini:[2]Oksidasi

COHNS + O2 + bakteri CO2 + NH3 + produk +energi akhir (Materi organik) (4)

SintesaCOHNS + O2 + bakteri + energi C5H7NO2

(Materi Organik)( Sel Bakteri Baru)(5)

RespirasiC5H7NO2 + 5 O2 5 CO2 + NH3 + 2H2O +

Energi(6)

Pada proses suplai udara diubah dari 20menjadi 10 dan 0 liter/menit efisiensi penyisihansenyawa organik semakin turun dengan efisiensi rata-rata penyisihan 38%. Oksigen terlarut yang terukurpada titik masuk sekitar 5.5 mg/l dan pada titik keluarsekitar 3 mg/l. Bitton (1994) proses biofiltrasi dalamreaktor pertumbuhan melekat (attached growthreactor) supaya dapat bekerja dengan baik oksigenterlarut harus dijaga antara 2-5 mg/l.

Syarat oksigen terlarut yang diperlukan dalamproses biofiltrasi mencukupi mikroorganisma untukmelakukan penguraian senyawa organik, walaupunmendekati syarat minimal. Suhu operasi reaktorbiofilter antara 28.2-28.7 dan pH antara 7.1-7.5adalah kondisi yang baik untuk aktifitasmikroorganisma pengurai.[3] Inhibitor tidakteridentifikasi di dalam sistem, faktor penghambatyang menghalangi lapisan biofilm kontak dengan airbaku kemungkinan bisa terjadi dari pengendapantanah halus, lempung dan pasir halus yang menutupisebagian lapisan biomasa (biofilm). Lempung dantanah halus yang tersuspensi di dalam air baku kira-kira berukuran 10-2 mm dapat mengendap sedalam 1m dalam waktu 2 jam.[5]

Penurunan efisiensi penyisihan senyawaorganik di dalam reaktor biofilter pada variasi suplaiudara 0-10 liter/menit dapat dikatakan akibattertutupnya biofilm yang menempel pada media olehtanah halus dan lempung sehingga luas kontak antarabiofilm dengan air baku berkurang, sehinggamikrooganisma tidak dapat bekerja dengan baik.

Fungsi suplai udara pada reaktor biologismelekat sebagai suplai oksigen untuk mendukungmikroorganisma melakukan penguraian substrat jugadigunakan untuk menjaga kestabilan biofilm darigangguan material yang menghalangi lapisanbiomasa, merontokkan biofilm yang telah mati.

3.4.2 Pengaruh Beban Organik TerhadapEfisiensi Penyisihan Zat Organik

Beban organik adalah jumlah senyawa organikyang dapat diolah dalam reaktor biofilter per satuan


58

luas permukaan media per satuan waktu, yangdinyatakan sebagai berat organik persatuan volumemedia perhari. Laju pembebanan senyawa organikpada waktu tinggal hidrolis 1-4 jam adalah 5.7, 2.7,1.8 dan 1.5 g/m2 media.hari, dengan efisiensipenyisihan adalah 49%, 70%, 73%, dan 75%.Penurunan waktu tinggal hirolis diikuti olehpenurunan efisiensi penyisihan, peningkatan debit airbaku dan laju pembebanan senyawa organik.Penurunan waktu tinggal hidrolis mengakibatkandebit air baku meningkat sehingga beban hidrolis jugameningkat, sebagai akibatnya efisiensi penyisihansenyawa organik mengalami penurunan. Hubunganantara laju pembebanan dengan efisiensi penyisihansenyawa organik dalam reaktor biofilter bermediaplastik tipe srang tawon dengan luas permukaan 226m2/m3 dapat dilihat pada Gambar 13.

y = -5.97x + 81.16R2 = 0.91

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7

Laju pembebanan organik (g/m2 media.hari)

Efis

iens

i pen

yisih

an o

rgan

ik (%

)

Efisiensi Linear (Efisiensi)

Gambar 13 : Hubungan Laju Pembebanan DenganEfisiensi Penyisihan Organik.

Berdasarkan grafik diatas didapat persamaanhubungan antara laju pembebanan dengan efisiensipenyisihan senyawa organik, yaitu:

yo = -5.97xo + 81.16 (7)

dengan R2 = 0.91

dimana:yo = Efisiensi penyisihan senyawa organik (%)xo = Laju pembebanan senyawa organik (g/m2

media/hari)

Grafik dan persamaan diatas memperlihatkanhubungan laju pembebanan dengan efisiensipenyisihan senyawa organik merupakan suatuhubungan yang linier. Berdasarkan persamaantersebut di atas dengan laju pembebanan senyawaorganik antara 1.5 sampai dengan 6 g/m2 media/haridiperoleh efisiensi penyisihan antara 45 sampaidengan 72%.

3.5 Penghilangan Fe, Mn dan Kekeruhan

Berdasarkan hasil percobaan tersebut di atasdengan menggunakan proses biofilter dengan mediaplastik tipe sarang tawon dapat juga menghilangkanzat besi (Fe), mangan (Mn), dan kekeruhan yang adadi ada air dengan cukup baik. Konsentrasi zat besi,mangan dan kekeruhan yang ada di dalam air sungaiselama percobaan rata-rata 0.94, 0.53, dan 0.6 mgper liter. Setelah pengolahan menggunakan biofilterdengan WTH 2 jam dan suplai udara 20 liter permenit terjadi penurunan konsentrasi besi, mangandan kekeruhan sebesar 0.31, 0.16 dan 16.5 mg perliter dengan demikian efisiensinya adalah 67, 69 dan73%. Penyisihan besi, mangan dan kekeruhan secralengkap dapat dilihat pada gambar 14 sampai 16

Zat besi dan mangan adalah salah satusenyawa yang dapat bereaksi dengan senyawa khlor,oleh karena itu di dalam proses pengolahan airminum jika konsentrasi zat besi cukup tinggi makakonsumsi senyawa klor menjadi besar pula, danakibatnya selain biaya pengolahan bertambah besarkarena konsumsi klor bertambah maka kemungkinanterbentuknya senyawa trihalomethan juga semakinbesar pula.

Gambar 14 : Penyisihan Besi Dengan WTH 2 Jam DanSuplai Udara 0-30 Liter/Menit.

Gambar 15 : Penyisihan Mangan Dengan WTH 2 JamDan Suplai Udara 0-30 Liter/Menit.


59

Gambar 16 : Penyisihan Kekeruhan DenganWTH 2 Jam Dan Suplai Udara

0-30 Liter/Menit.

4. PENGOLAHAN AIR MINUM DENGANKOMBINASI PROSES BIOLOGI DANMEMBRAN

4.1 Teknologi Membran di dalamPengolahan Air

Teknologi membran dalam pengolahan airberkembang dengan pesat dengan tingkatpenyaringan atau sering disebut dengan istilah‘Filtration degree” yaitu micro filtration (MF), ultrafiltration (UF), nano filtration (NF), hyper filtration/reverse osmosis (RO). Distribusi ukuran partikel yangdapat dipisahkan sesuai dengan tingkatan prosesfiltrasi membran dapat dilihat pada Gambar 17.[5]

Gambar 17 : Tingkatan filtrasi di dalam prosesmembran.

Sesuai dengan tingkat penyaringan membran,aplikasi teknologi membran untuk tujuan pengolahandengan kualitas yang dikehendaki dapat disesuaikandengan tingkat filtrasi. Misalnya pada Micro Filtration/ MF dengan derajad penyaringan (Filtration Degree)1 micron, diharapkan sebagian besar dari padatantersuspensi (suspended material) tersaring, sehinggasangat dimungkinkan merubah air laut menjadi airtawar, yaitu dengan menggunakan membran ReverseOsmosis (RO).[7]

Ultrafiltrasi adalah metoda pemisahan denganmenggunakan membran untuk menghilangkan zatterlarut dengan bobot molekul (BM) tinggi, beberap

jenis koloid, mikroba sampai padatan tersuspensi didalam air. Ultrafiltrasi memisahkan molekul terlarutberdasarkan ukuran pori yang berukuran 0.01 mikrondengan tekanan operasi 1-2 bar.Ultrafiltrasi memilikikeunggulan dibandingkan dengan metode lainnyayaitu jumlah produk yang dihasilkan cukup tinggi persatuan waktu proses yang sama, pemasangan alatyang relatif mudah, simpel dan kemudahan untukmembersihkan atau perawatan.[7]

Perencanaan kapasitas pengolahanmenggunakan ultrafiltrasi ditentukan dari ukuran danjumlah membran. Beberapa ukuran membraneultrafiltrasi yang tersedia dapat dilihat pada table 7.

Tabel 7 : Ukuran Dan Kapasitas MembranUltrafiltrasi.

Modul ultrafiltrasiUkuran (inch) Kapasitas (m3/jam)

4 x 40 0.56 x 40 0.758 x 40 1

10 x 40 1.5

Mutu air baku PAM yang semakin memburukdan meningkatnya biaya pengolahan air bersihmemerlukan teknologi alternatif dengan biaya murah,lahan yang dibutuhkan kecil dan kuantitaspenyaringan besar namun kualitas memenuhi bakumutu yang disyaratkan. Mengkombinasikan prosesbiologi dengan membran ultra filtrasi adalah salahsatu cara yang tepat untuk mendapatkan air minumdengan biaya operasional lebih murah,memperpendek proses pengolahan konvensional danmendapatkan kualitas air hasil pengolahan yang lebihbaik. Kombinasi proses biofilter dengan ultrafilrasimerupakan solusi untuk mengolah air baku PAM yangsudah tercemar limbah dan memberikan beberapakeuntungan antara lain mereduksi luasan atau areasampai 40%, sistem yang jauh lebih kompak, dapatdioperasikan secara otomatis maupun manual sertakonsistensi dan mutu air yang dihasilkan.

Pengolahan air permukaan yang seringdigunakan saat ini adalah dengan menggunakanproses pengendapan kimia dan filter pasir cepatseperti yang terlihat pada Gambar 12.

4.3 Pengolahan Air Minum dengan ProsesBiofiltrasi dan Ultrafiltrasi

Unit ultrafiltrasi menggunakan modulmembrane tipe hollow fiber dengan ukuran modul 6 x40” dengan ukuraran pori 0.01 mikron. Pilot plantkombinasi biofiltrasi dengan ultrafiltrasi (UF)diperoleh alternatif teknologi air yang mampumenurunkan kandungan zat organik, amoniak, besi,mangan dan kekeruhan tanpa menggunakan bahan


60

kimia seperti pada proses konvesional. Rancangankombinasi proses biofiltrasi dengan ultra filtrasidalam pengolahan air dapat dilihat sepertri padaGambar 19 (Lampiran) dan aplikasi dalam penelitiandapat dilihat pada gambar 20.

Gambar 18 : Perbandingan Proses KonvensionalDengan Membrane Ultra Filtrasi

Dalam Pengolahan Air[7].

Gambar 20 : Pilot Plant Kombinasi BiofilttrasiDengan Ultrafiltrasi.

Gambar 21 : Unit Ultrafiltrasi.

Air baku dari saluran intake dipompa kereaktor biofilter dengan menggunakan pompa airbaku. Reaktor biofilter diisi dengan media biofilterdari bahan plastik tipe sarang tawon. Di dalamreaktor biofilter tersebut senyawa polutan yang adadi dalam air baku misalnya zat organik, amoniak, zatbesi , mangan, deterjen dan senyawa polutan laindapat diuraikan secara biologis. Selain itu padatantersuspensi yang ada di dalam air baku dapatdiendapakan. Air yang keluar dari biofilter selanjutnyadi tampung ke bak penampung, selanjutnya dipompake automatik filter yang dapat menyaring kontoransampai 10-50 mikron. Dari filter automatik airdilairkan ke unit ultrafiltrasi yang dapat menyaringsampai ukuran 0,01 mikron.[4]

. Air yang keluar dari unit ultra filtrasi dilairkanke bak penampung air olahan sambil diinjeksi denganlarurtan kaporit untuk proses disinfeksi danselanjutnya dilairkan ke bak penampung air bersih.

Dengan sistem kombinasi biofiltrasi dan ultrafiltrasi mempunyai beberapa kelebihan antara lainadalah : Penggunaan proses biofiltrasi dapat

menghilangkan senyawa polutan yang tidak bisadihilangkan dengan proses konvensionalmisalnya, zat organik, amoniak, deterjen,pestisida, dll. Senyawa tersebut dapat diuraikandengan proses biologis secara alami (natural).

Tekanan operasional rendah antara 1-2 barsehingga biaya proses rendah

Tanpa menggunakan bahan koagulan danflokulan. Dalam hal ini bahan yang digunakanhanya larutan kaporit untuk mendapatkankonsentrasi sisa klor yang cukup agar tidakterjadi rekontaminasi.

Dengan proses ultra filtrasi dapat dihasilkan airolahan dengan kualitas yang sangat baik danstabil.

Bentuknya lebih kompak sehingga luas areayang dibutuhkan lebih kecil.

Sangat fleksibel jika ada penambahan kapasitas.5. KESIMPULAN

Dari hasil penelitian pengolahan air minum denganmengkombinasikan proses biofiltrasi denganultrafiltrasi menggunakan biofilter tercelup denganmedia plastik sarang tawon dapat disimpulkanbeberapa hal sebagai berikut :

WTH semakin pendek laju pembebanan semakinbesar dan efisiensi penyisihan amonia semakinkecil.

Kondisi operasi terpilih pada WTH 2 jam dansuplai udara 20 liter/menit dengan efisiensipenyisihkan amoniak, organik, besi, mangan


61

dan kekeruhan masing-masing 65%, 68 %,65 %,68 %, 67 % and 72 %

Pengolahan air baku PAM dengan penerapanproses biofiltrasi dengan media plastik tipesarang tawon menghasilkan air olahanmemenuhi kriteria mutu air golongan I [12]sebagai air baku PAM dan denganmengkombinasikan dengan proses ultrafiltrasimenghasilkan air olahan memenuhi kriteriasebagai air minum.[13]

Rekomendasi disain reaktor biofilter:Basis = Laju pembebanan amoniakSuhu operasi (T) = 28-30 oCTekanan operasi(P) = 1 atmpH operasi (pH) = 6.8-7.5Media biofilter :Bahan = PlastikTipe = Sarang tawonWTH = 2 jamSuplai udara terpilih (Qu)

= 0,1035 lpm/m2 mediaLaju pembebanan amoniak (NH4-N) (La)

= 0.2 g/m2 media.hariPersamaan regresi laju pembebanan danefisiensi penyisihan amoniak :

ya = -91.19xa + 77.12 (R2= 0.92) (8) Disain kapasitas pengolahan ultrafiltrasi

dihitung berdasarkan ukuran modul yangdigunakan dikalikan jumlah modul:

Kombinasi biofiltrasi dengan ultra filtrasimempunyai beberapa kelebihan, yaitu mampumenyisihkan amoniak, organik, deterjen danpestisida yang tidak dapat dihilangkan melaluiproses konvensiona, sedangkan oksida warna,besi, mangan dan logam-logam lainnya sertakekeruhan disisihkan di membran ultrafiltrasi.

Kombinasi proses biofiltrasi dengan ultra filtrasimampu mereduksi biaya operasional karenadalam mengolah air baku PAM dilakukan tanpamenggunakan bahan koagulan dan flokulan.Penggunaan klor hanya untuk mendapatkankonsentrasi sisa khlor yang cukup sehingga tidakterjadi rekontaminasi.

5.2 Saran

Suplai udara berpengaruh terhadap efisiensipenyisihan amoniak, organik, besi, mangan dandetergen sehingga perlu penerapan difuserudara dengan ukuran yang lebih halus untukmemperluas kontak antara air baku denganudara.

Penyisihan amoniak dan organik jugaberlangsung pada kondisi tanpa suplai udara,untuk meningkatkan efisiensi penyisihan zattersebut perlu mengkombinasikan prosesbiofiltrasi secara aerobik dengan anaerobik.

Perlu dilakukan penyempurnaan prosespengendapan awal, untuk mengurangi padatantersuspensi yang dapat mengganggu kontakantara lapisan biofilm dengan air baku.

DAFTAR PUSTAKA

1. Badan Pusat Statistik (BPS). 2013. PersentaseRumah Tangga Menurut Provinsi danSumber Air Minum.

2. Bitton, G. 1994. Wastewater Microbiology.Willey-Liss. New York.

3. Casey, T.J.(1997). “Unit Treatment Process InWater and Wastewater Engineering”.University College Dublin, Ireland : Johnwiley and Sons Ltd

4. Chaturvedi, B. K., Ghoshb, AK.,Ramachandhranb, V., Trivedi, M.K., HanTab,M. S., Misrab, B.M. (2001) Preparation,characterization and performance ofpolyethersulfone ultrafiltration membranes,Desalina- tion, 133, 31-40.

5. Degremont. 1991. Water TreatmentHandbook. 6th edition. Lavoiser Publishing.Paris

6. Grady, C.P.L., and H.C. Lim. 1980. BiologicalWastewater Treatment: Theory&Application. Marcell Dekker.Inc. New York.

7. Guo, X., Z. Zhang, L. Fang, L. Su. 2009, Studyon Ultrafiltration for Surface Water byPolyvinylchloride hollow Fibre Membrane,Desalination, Vol. 238 (1-3), p. 183-119

8. Hong HC, Wong MH and Liang Y. 2012.Amino acids as precursors of trihalomethaneand haloacetic acid formation duringchlorination. Archives of EnvironmentalContamination and Toxicology 5, 344-352.

9. Horan, N.J.(1990). “Biological WastewaterTreatment systems : Theory and Operation”.University of Leeds, England. John Wiley &Sons Ltd.

10. Jennings, J.R. 1991. Catalytic AmmoniaSyntesis:Fundamentals and Practice. PlenumPress. New York.

11. Metcalf and Eddy. 2003. WastewaterEngineering: Treatment and Reuse. 4th. McGraw Hill.Singapore.

12. Peraturan Pemerintah Republik Indonesia(PPRI) No. 82 Tahun 2001. tentangPengelolaan Kualitas Air dan PengendalianPencemaran Lingkungan. Jakarta

13. Peraturan Menteri Kesehatan RepublikIndonesia No. 492/Menkes/Per/IV/2010.Tentang Persyaratan Kualitas Air Minum.

14. Rochmah S. 2010. Analisis KepuasanPelanggan Terhadap Kualitas Pelayanan


62

Perusahaan Daerah Air Minum.Fakultas IlmuAdministrasi Unbraw.

15. Rosa, M.F., A.A.L. Furtado, R.T. Albuquerque,S.G.F. Leite, and R.A. Medronho.1998.Biofilm development and ammonia removalin nitrification a saline wastewater.Bioresource Technology 65: 135-138.

16. Rook JJ. (1974). Formation of haloformsduring chlorination of natural waters. WaterTreatment Examination 23, 234-243.

17. Singer PC and Chang SD. 1989. Correlationbetween trihalomethanes and total organichalides formed during water treatment. J.Am. Wat. Wks Assoc., 81, 8-17

18. Said, N.I. 2000. Pengolahan Air Limbahdengan Proses Biofilter Anaerob-Aerob.Jurnal Teknologi Lingkungan Volume 1 No.1.Jakarta

19. Stevens A, Moore LA, Slocum CJ et al. 1989.By-product of chlorination at ten operatingutilities. In Water Chlorination: Chemistry,Environmental Impact and Health Effects,Ann Arbor Science 6, 579-604

20. Wang W, Ye B, Yang L et al. 2007. Riskassessment on disinfection by-products ofdrinking water of different water sourcesand disinfection processes. EnvironmentInternational 33, 219–225.

21. Watten, B.J., and P.L.,Sibrell. 2006.Comparative performance of fixed-filmbiological filters: Application of reactortheory. Aquacultural Engineering 34: 198–213

22. Winkler, M.A. 1981. Biological Treatment ofWastewater. John Willey and Sons. NewYork.


63

LAMPIRAN

Tabel 6 : Analisa Laboratorium Air Hasil Pengolahan Biofiltrasi Dan Ultrafiltrasi

No Parameter Satuan Baku mutu[12]

Baku mutu[13] Air baku

Hasil pengolahan

Biofilter Ultrafiltrasi Keterangan

AA.

FISIKA [12] [13]

1 Bau - Tdk.berbau Tdk berbau berbau Tdk berbau Tdk berbau V V

2 Zat padat terlarut (TDS) mg/L

1500 500 125 120 120 V V

3 Kekeruhan NTU

25 5 60 16 < 1 V V

4 Rasa - Normal Normal Normal Normal Normal V V

5 Suhu (lab) **) o

C - - 27.1 27,1 27,1 V V

6 Warna **) Pt-Co 50 15 20 10 < 1 V V

B. KIMIA

1 Air Raksa (Hg) mg/L

0,001 0.001 0.001 <0,0005 < 0.0005 V V

2 Arsen (As) mg/L

0,05 0.01 0.01 <0,005 < 0.005 V V

3 Besi (Fe) **) mg/L

1,0 0.3 0.9 0,564 < 0.003 V V

4 Fluorida (F) **) mg/L

1,5 1.5 0.5 0,39 0.04 V V

5 Kadmium (Cd) **) mg/L

0,005 0.003 0.002 <0,002 <0.002 V V

6 Kesadahan total (CaCO3) **) mg/L

500 500 120 117 91 V V

7 Khlorida (Cl) **) mg/L

600 250 115 11 10 V V

8 Khromium heksavalen (Cr VI) **) mg/L

0,05 0.05 0.01 <0,01 < 0.003 V V

9 Mangan (Mn) **) mg/L

0,5 0.4 0.5 1.3 < 0.003 V V

10 Nitrat (NO3-N) **) mg/L

10 50 1.2 10,4 3 V V

11 Nitrit (NO2-N) **) mg/L

1,0 3 0.04 0,02 < 0.002 V V

12 pH (26 °C) **) - - 6.5-8.5 6.6 6,9 6.8 V V

13 Selenium (Se) mg/L

0,01 0.01 , 0.002 <0,002 < 0.002 V V

14 Seng (Zn) **) mg/L

15 3 1 0,386 < 0.002 V V

15 Sianida (CN) **) mg/L

0,1 0.07 0.005 <0,005 < 0.005 V V

16 Timbal (Pb) **) mg/L

0,05 0.005 0.05 <0,005 <0.005 V V

17 Sulfat (SO4) **) mg/L

400 250 121 72,1 1 V V

18 Surfactan anion (MBAS) mg/L

0,5 0.05 0.2 0.05 < 0.005 V V

19 Nilai Permanganat (KMnO4)**) mg/L

10 1 19 7,3 0.2 V V

20 Amonia 10 1.5 12 1.5 0.2 V V

C.

MIKROBIOLOGI

1 Total Koliform MPN/100ml 50 < 2 100 20 0 V V

Keterangan: V= memenuhi baku mutu


64

Gambar 19 : Rancangan Proses Pengolahan Air Dengan Kombinasi Biofilttrasi Dan Ultrafiltrasi.

PILOT PLANT KOMBINASI BIOFILTRASI DENGAN …

Documents

Transcript of PILOT PLANT KOMBINASI BIOFILTRASI DENGAN …