7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Penelitian Terdahulu
1. Berdasarkan penelitian terdahulu oleh Reza Faisal Febriyana Jurusan
Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Negeri Semarang tahun 2014, jurnal mengenai “Prototype Unit
Pengolahan Limbah (Activated Sludge Biosand Filter Reactor) Untuk
Menurunkan Kadar Chemical Oxygen Demand (Cod), Biological Oxygen
Demand (Bod) Dan Total Suspended Solid (Tss) Pada Limbah Cair Tahu”.
Hasil Penelitian menyimpulkan bahwa Parameter limbah awal yang
diperoleh dari penelitian ini menunjukkan angka COD 1990,9 mg/L, BOD
1267 mg/L dan TSS 995 mg/L,dari hasil tersebut air limbah industri tahu
mempunyai kecenderungan mencemari lingkungan yang cukup tinggi.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui apakah unit gabungan activated
sludge dan biosand filter reactor dapat menurunkan kadar COD, BOD dan
TSS pada limbah cair tahu. Hasil menunjukkan bahwa penggunaan
prototype pengolahan limbah secara activated sludge-biosand filter dapat
menurunkan COD sebesar 85 % (292, 8 mg/L), BOD 89% (136, 7 mg/L)
dan TSS 97 % (27 mg/L) dari pengukuran limbah awal.
2. Berdasarkan penelitian terdahulu oleh Ahmad T.Yukiansyah Sarto, Kholid
Mawardi, Inamullah Afian N dan Meiana, media teknik No.2 tahun
XXVIII Edisi Mei 2006, jurnal mengenai “Pengolahan Limbah Cair
Pabrik Penyamakan Kulit Secara Biologi Dengan Aerasi”. Hasil penelitian
menyimpulkan Hasil percobaan menunjukkan bahwa penurunan BOD dan
COD dipengaruhi oleh laju alir udara,jumlah nutrisi dan lumpur.Untuk
1200 ml air limbah dengan BOD sekitar 170 mg / l dan COD 410 mg / l,
kondisi optimum laju alir udara, NPK, TSP, dan masing-masing lumpur
adalah 2776 ml / min 2g, 1g dan 500 ml. Setelah perlakuan telah dioperasi
selama 8 jam, BOD produk sekitar 45 mg / l dan COD sekitar 137 mg
/l.tingkat persamaan untuk proses biologis ini juga diperoleh.
8
Tabel II.1
Persamaan Dan Perbedaan Penelitian
No Nama
peneliti
Judul Persamaan penelitian terdahulu dan
sekarang
Perbedaan penelitian terdahulu
dan sekarang
1. Reza Faisal
Febriyana
Prototype Unit Pengolahan
Limbah (Activated Sludge
Biosand Filter Reactor) Untuk
Menurunkan Kadar Chemical
Oxygen Demand (Cod),
Biological Oxygen Demand
(Bod) Dan Total Suspended
Solid (Tss) Pada Limbah Cair
Tahu
- Penggunaan aerasi lumpur aktif
dalam menurunkan parameter air
limbah
- Parameter yang diteliti sama (TSS
dan BOD)
- Jenis limbah yang
digunakan
- Penambahan biosand filter
dan Penggunaan alat
diffuser disk dan aerator
- Jenis penelitian
2. Ahmad
T.Yukiansya
h Sarto,dkk
Pengolahan Limbah Cair Pabrik
Penyamakan Kulit Secara
Biologi Dengan Aerasi
- Penggunaan aerasi lumpur aktif
dalam menurunkan parameter air
limbah
- Jenis limbah yang digunakan
(penyamakan kulit)
- Parameter yang diteliti sama(BOD)
- Penambahan alat
- Jenis penelitian
9
Keterangan :
Perbedaan
1. Penelitian terdahulu (Reza Faisal Febriyana) dan sekarang
a. Jenis limbah
1) Pada peneliti terdahulu jenis limbah yang digunakan limbah
cair tahu .
2) Peneliti sekarang limbah cair pabrik penyamakan kulit
b. Penambahan alat/media
1) Pada peneliti terdahulu terdapat penambahan media biosand
filter
2) Pada peneliti sekarang terdapat penambahan alat yaitu
diffuser disk dan aerator
c. Jenis penelitian
1) Pada peneliti terdahulu jenis penelitian analitik
2) Pada peneliti sekarang jenis penelitian deskriptif
d. Subyek penelitian
1) Pada peneliti terdahulu Penggunaan Prototype Unit
Pengolahan Limbah (Activated Sludge Biosand Filter
Reactor) Untuk Menurunkan Kadar Chemical Oxygen
Demand (Cod), Biological Oxygen Demand (Bod) Dan
Total Suspended Solid (Tss) air limbah.
2) Pada peneliti sekarang Efektifitas alat pada proses aerasi
terhadap penurunan TSS dan BOD air limbah
2. Penelitian terdahulu (Ahmad T.Yukiansyah Sarto,dkk) dan
sekarang.
a. Penambahan alat
1) Pada peneliti terdahulu tidak menggunakan alat
2) Pada peneliti sekarang terdapat penambahan alat (diffuser
disk dan aerator).
10
b. Jenis penelitian
1) Pada peneliti terdahulu jenis penelitian analitik
2) Pada peneliti sekarang jenis penelitian deskriptif
B. Telaah Pustaka Lain Yang Sesuai
1. Limbah
a. Definisi Limbah Cair
Limbah cair adalah sisa dari suatu hasil usaha dan atau kegiatan yang
berwujud cair yang dibuang ke lingkungan dan diduga dapat
menurunkan kualitas lingkungan. Sedangkan menurut Sugiharto
(1987) air limbah (waste water) adalah kotoran dari masyarakat, rumah
tangga dan juga yang berasal dari industri, air tanah, air permukaan,
serta buangan lainnya.
Begitupun dengan Metcalf & Eddy (2003), mendefinisikan limbah
berdasarkan titik sumbernya sebagai kombinasi cairan hasil buangan
rumah tangga (permukiman),instansi perusahaaan, pertokoan, dan
industri dengan air tanah, air permukaan, dan air hujan.
Limbah cair merupakan sisa buangan hasil suatu proses yang sudah
tidak dipergunakan lagi, baik berupa sisa industri, rumah tangga,
peternakan, pertanian, dan sebagainya.Komponen utama limbah cair
adalah air (99%) sedangakan komponen lainnya bahan padat yang
bergantung asal buangan tersebut.(Rustama et. al, 1998).
b. Pengelompokan Limbah
1) Pengelompokan Berdasarkan Jenis Senyawa
a) Limbah Organik
Limbah organik merupakan limbah yang memiliki unsur
hidrokarbon (hidrogen dan karbon) yang mudah diuraikan oleh
mikroorganisme. Contoh: Jasad Makhluk hidup, sisa makanan,
kertas, kotoran hewan.Limbah organik yang mudah membusuk
dapat dimanfaatkan kembali dengan cara dijadikan kompos.
Kompos dapat dimanfatkan sebagai pupuk/penyubur tanaman.
11
Pembuatan kompos dari limbah organik dapat menjadi salah
satu solusi untuk menangani limbah organik.
b) Limbah Anorganik
Limbah anorganik merupakan limbah yang tidak memiliki
unsur hidrokarbon (hidrogen dan karbon) dan sulit diuraikan
oleh mikroorganisme. Contoh: plastik, karet, besi, kaleng
bekas, pecahan kaca. Limbah anorganik tidak dapat dibiarkan
begitu saja karena sulit diuraikan secara alami oleh
mikroorganisme, untuk itu limbah anorganik dapat didaur
ulang menjadi produk-produk yang dapat digunakan kembali
oleh manusia, seperti kaleng almunium didaur ulang menjadi
kaleng almunium kembali atau kertas bekas didaur ulang
menjadi kertas siap pakai lagi. Salah satu cara agar
pemanfaatan limbah dapat dilakukan dengan efektif dan efisien
adalah dengan memilah limbah tersebut saat dibuang.
2) Pengelompokan Berdasarkan Wujud
a) Limbah Wujud Cair
Limbah cair adalah segala jenis limbah yang berwujud cairan,
berupa air beserta bahan-bahan buangan lain yang tercampur
(tersuspensi) maupun terlarut dalam air.
Limbah cair dapat diklasifikasikan dalam 4 kelompok, yaitu:
- Limbah cair domestik (domestic wastewater), yaitu limbah
cair hasil buangan darri perumahan (rumah tangga),
bangunan, perdagangan, perkantoran, dan sarana
jenis. Contoh : Air detergen sisa cucian, air sabun, dan air
tinja.
- Limbah cair industri (Industrial wastewater), yaitu limbah
cair hasil buangan industri. Contoh: air sisa cucian daging,
buah, atau sayur dari industri pengolahan makanan dan dari
sisa pewarnaan kain/bahan dari industri tekstil.
12
- Rembesan dan luapan (infiltration and inflow), yaitu limbah
cair yang berasal dari berbagai sumber yang
memasukisaluran pembuangan limbah cair melalui
rembesan kedalam tanah atau melalui luapan dari
permukan.Contoh: halaman, Air buangan dari talang atap,
pendingin ruangan (AC), halaman, bangunan perdagangan
industri, serta pertanian atau perkebunan.
- Air Hujan (storm water), yaitu limbah cair yang berasal
dari aliran air hujan diatas permukaan tanah. Aliran air
hujan dipermukaan tanah dapat melewati dan membawa
partikel-partikel buangan padat atau cair sehingga dapat
disebut limbah cair.
b) Limbah Wujud Padat
Limbah padat merupakan salah satu limbah yang paling banyak
terdapat dilingkungan Biasanya limbah padat disebut sampah.
Limbah padat di klasifikasikan menjadi 6 kelompok :
- Sampah organik mudah busuk (garbage), yaitu limbah
padat semi basah, berupa bahan-bahan organik yang mudah
membusuk atau terurai mikroorganisme. Contoh : sisa
dapur, sisa makanan, sampah sayuran, kulit buah-buahan.
- Sampah anorganik dn organik tak membusuk (Rubbish),
yaitu limbah padat anorganik atau organik cukup kering
yang sulit terurai oleh mikroorganisme, sehingga sulit
membusuk. Contoh: Selulosa, kertas, plastik, kaca, logam.
- Sampah Abu (ashes), yaitu limbah padat yang berupa abu,
biasanya hasil pembakaran. Sampah ini mudah terbawa
angin karena ringan dan tidak mudah membusuk.
- Sampah bangkai binatang (dead animal), yaitu semua
limbah yang berupa bangkai binatang, seperti tikus, ikan
dan binatang ternak yang mati.
13
- Sampah sapuan (street sweeping), yaitu limbah padat hasil
sapuan jalanan yang berisi berbagai sampah yang tersebar
di jalanan, sperti dedaunan, kertas dan plastik.
- Sampah Industri (Industrial waste), yaitu semua limbah
padat yang bersal dari buangan industri. Komposisi sampah
ini tergantung dari jenis industrinya.
c) Limbah Berwujud Gas
Limbah gas biasanya dibuang keudara. Di udar,terkandung
unsur-unsur kimia seperti O2, N2, NO2, Co2, H2, dan lain-lain.
Penambahan gas keudara yang melampaui kandungan udara
alami akan menurunkan kualitas udara. Limbah gas yang
dibuang keudara biasanya mengandung partikel-partikel bahan
padatan atau cairan yang berukuran sangat kecil dan ringan
sehingga tersuspensi dengan gas-gas tersebut. Bahan padatan
dan cairan tersebut disebut sebagai materi partikulat.
d) Limbah Suara
Yaitu, Limbah yang berupa gelombang bunyi yang merambat
diudara. Limbah suara dapat dihasilkan dari mesin kendaraan,
mesin-mesin pabrik, peralatan elektronikdan sumber-sumber
yang lainnya.
3) Pengelompokan Berdasarkan Sumber
a) Limbah Domestik
Adalah limbah yang berasal dari kegiatan pemukiman
penduduk (rumah tangga) dan kegiatan usaha seperti pasar,
restoran, dan gedung perkantoran. Contoh : sisa makanan,
kertas, kaleng, plastik, air sabun, detergen, tinja.
b) Limbah Pertanian
Adalah limbah yang beraasal dari limbah pertanian, limbah ini
biasanya berupa senyawa-senyawa anorganik dari bahan kimia
yang digunakan untuk kegiatan pertanian. Contoh: Pupuk,
pestisida, sisa-sisa tumbuhan.
14
c) Limbah Industri
Adalah limbah buangan hasil industri, jenis limbah yang di
haasilkan tergantung pada jenis industri. Contoh: Limbah
organik cair atau padat akan banyak dihasilkan oleh industri
pengolahan makanan, sedangkan limbah anorganik seperti
logam berat dihasilkan oleh industri tekstil, Industri yang
melakukan proses pembakaran menghasilkan limbah gas.
d) Limbah Pertambangan
Adalah limbah yang berasal dari kegi kegiatan pertambangan.
Kandungan limbah ini terutama berupa material tambang.
Contoh: Logam atau batuan.
c. Karakteristik Limbah Cair
Meliputi sifat – sifat fisika, kimia dan biologi. Sifat-sifat tersebut dapat
dipahami dengan mempelajari konsentrasinya dan sejauh mana tingkat
pencemaran yang dapat ditimbulkan limbah terhadap lingkungan.
Pemahaman tentang karakteristik dapat diketahui melalui pengambilan
sampel, misalnya : limbah cair mempunyai tingkat keasaman, pH= 6
dan mengandung kadar besi 5 mg/l. Konsentrasi yang dikandung
limbah akan menentukan beban limbah terhadap lingkungan.
1) Karakteristik fisik
a) TS (total suspended)
b) TSS (total suspended solid)
c) Warna
d) Kekeruhan
e) Temperatur
f) Bau
g) Minyak dan lemak
2) Karakteristik kimia
a) Biological Oxygen Demand (BOD) dan COD (Chemical
Oxygen Demand).
b) Derajat keasaman
15
c) Logam berat
d) Cu (Tembaga)
e) Cd (Cadmium)
d. Dampak Pencemaran Limbah Cair
Limbah cair bisa berupa limbah yang yang terbentuk dari bahan
organik dan anorganik. Apabila meresap kedalam permukaan tanah,
limbah cair dapat merusak tanah terutama kesuburan tanah dan juga
sumber air yang ada di dalamnya. Bila kita hidup pada tanah yang
telah tercemar dan mengkonsumsi segala sesuatu darinya bisa
membahayakan kesehatan tubuh dan berbagai penyakit seperti diare,
dan disentri dapat timbul di tengah – tengah kita. Limbah cair pada
perairan atau sungai juga dapat merusak air sungai, mengotori air
sungai, mengganggu bahkan merusak ekosistem air yang dapat
berdampak kematian pada makhluk hidup yang ada, dan yang pasti
dapat menyebabkan banjir juga limbah tersebut merupakan sampah
yang dibuang oleh masyarakat, dan bbisa menyebabkan penyakit juga
bagi orang-orang yang tinggal di sekitar perairan atau sungai.
e. Prinsip Pengolahan Air Limbah
Berbagai teknik pengolahan air buangan untuk menyisihkan bahan
polutannya telah dicoba dan dikembangkan selama ini. Teknik-teknik
pengolahan air buangan yang telah dikembangkan tersebut secara
umum terbagi menjadi 3 metode pengolahan:
1) Pengolahan Secara Fisika
Pada umumnya, sebelum dilakukan pengolahan lanjutan terhadap
air buangan, diinginkan agar bahan-bahan tersuspensi berukuran
besar dan yang mudah mengendap atau bahan-bahan yang terapung
disisihkan terlebih dahulu. Penyaringan (screening) merupakan
cara yang efisien dan murah untuk menyisihkan bahan tersuspensi
yang berukuran besar. Bahan tersuspensi yang mudah mengendap
dapat disisihkan secara mudah dengan proses pengendapan.
Parameter desain yang utama untuk proses pengendapan ini adalah
16
kecepatan mengendap partikel dan waktu detensi hidrolis di dalam
bak pengendap.
Proses flotasi banyak digunakan untuk menyisihkan bahan-bahan
yang mengapung seperti minyak dan lemak agar tidak mengganggu
proses pengolahan berikutnya. Flotasi juga dapat digunakan
sebagai cara penyisihan bahan-bahan tersuspensi (clarification)
atau pemekatan lumpur endapan (sludge thickening) dengan
memberikan aliran udara ke atas (air flotation).
Proses filtrasi di dalam pengolahan air buangan, biasanya
dilakukan untuk mendahului proses adsorbsi atau proses reverse
osmosis-nya, akan dilaksanakan untuk menyisihkan sebanyak
mungkin partikel tersuspensi dari dalam air agar tidak mengganggu
proses adsorbsi atau menyumbat membran yang dipergunakan
dalam proses osmosa.
Proses adsorbsi, biasanya dengan karbon aktif, dilakukan untuk
menyisihkan senyawa aromatik (misalnya: fenol) dan senyawa
organik terlarut lainnya, terutama jika diinginkan untuk
menggunakan kembali air buangan tersebut.Teknologi membran
(reverse osmosis) biasanya diaplikasikan untuk unit-unit
pengolahan kecil, terutama jika pengolahan ditujukan untuk
menggunakan kembali air yang diolah. Biaya instalasi dan
operasinya sangat
2) Pengolahan Secara Kimia
Pengolahan air buangan secara kimia biasanya dilakukan untuk
menghilangkan partikel-partikel yang tidak mudah mengendap
(koloid), logam-logam berat, senyawa fosfor, dan zat organik
beracun; dengan membubuhkan bahan kimia tertentu yang
diperlukan. Penyisihan bahan-bahan tersebut pada prinsipnya
berlangsung melalui perubahan sifat bahan-bahan tersebut, yaitu
dari tak dapat diendapkan menjadi mudah diendapkan (flokulasi-
17
koagulasi), baik dengan atau tanpa reaksi oksidasi-reduksi, dan
juga berlangsung sebagai hasil reaksi oksidasi.
Pengendapan bahan tersuspensi yang tak mudah larut dilakukan
dengan membubuhkan elektrolit yang mempunyai muatan yang
berlawanan dengan muatan koloidnya agar terjadi netralisasi
muatan koloid tersebut, sehingga akhirnya dapat diendapkan.
Penyisihan logam berat dan senyawa fosfor dilakukan dengan
membubuhkan larutan alkali (air kapur misalnya) sehingga
terbentuk endapan hidroksida logam-logam tersebut atau endapan
hidroksiapatit. Endapan logam tersebut akan lebih stabil jika pH air
> 10,5 dan untuk hidroksiapatit pada pH > 9,5. Khusus untuk krom
heksavalen, sebelum diendapkan sebagai krom hidroksida
[Cr(OH)3], terlebih dahulu direduksi menjadi krom trivalent
dengan membubuhkan reduktor (FeSO4, SO2, atau Na2S2O5).
Penyisihan bahan-bahan organik beracun seperti fenol dan sianida
pada konsentrasi rendah dapat dilakukan dengan mengoksidasinya
dengan klor (Cl2), kalsium permanganat, aerasi, ozon hidrogen
peroksida.Pada dasarnya kita dapat memperoleh efisiensi tinggi
dengan pengolahan secara kimia, akan tetapi biaya pengolahan
menjadi mahal karena memerlukan bahan kimia.
3) Pengolahan Secara Biologi
Semua air buangan yang biodegradable dapat diolah secara biologi.
Sebagai pengolahan sekunder, pengolahan secara biologi
dipandang sebagai pengolahan yang paling murah dan efisien.
Dalam beberapa dasawarsa telah berkembang berbagai metode
pengolahan biologi dengan segala modifikasinya.Pada dasarnya,
reaktor pengolahan secara biologi dapat dibedakan atas dua jenis,
yaitu:
Reaktor pertumbuhan tersuspensi (suspended growth reaktor)
Reaktor pertumbuhan lekat (attached growth reaktor).
18
Di dalam reaktor pertumbuhan tersuspensi, mikroorganisme
tumbuh dan berkembang dalam keadaan tersuspensi. Proses
lumpur aktif yang banyak dikenal berlangsung dalam reaktor jenis
ini. Proses lumpur aktif terus berkembang dengan berbagai
modifikasinya, antara lain: oxidation ditch dan kontak-stabilisasi.
Dibandingkan dengan proses lumpur aktif konvensional, oxidation
ditch mempunyai beberapa kelebihan, yaitu efisiensi penurunan
BOD dapat mencapai 85%-90% (dibandingkan 80%-85%) dan
lumpur yang dihasilkan lebih sedikit. Selain efisiensi yang lebih
tinggi (90%-95%), kontak stabilisasi mempunyai kelebihan yang
lain, yaitu waktu detensi hidrolis total lebih pendek (4-6 jam).
Proses kontak-stabilisasi dapat pula menyisihkan BOD tersuspensi
melalui proses absorbsi di dalam tangki kontak sehingga tidak
diperlukan penyisihan BOD tersuspensi dengan pengolahan
pendahuluan.
Kolam oksidasi dan lagoon, baik yang diaerasi maupun yang tidak,
juga termasuk dalam jenis reaktor pertumbuhan tersuspensi. Untuk
iklim tropis seperti Indonesia, waktu detensi hidrolis selama 12-18
hari di dalam kolam oksidasi maupun dalam lagoon yang tidak
diaerasi, cukup untuk mencapai kualitas efluen yang dapat
memenuhi standar yang ditetapkan. Di dalam lagoon yang diaerasi
cukup dengan waktu detensi 3-5 hari saja.Di dalam reaktor
pertumbuhan lekat, mikroorganisme tumbuh di atas media
pendukung dengan membentuk lapisan film untuk melekatkan
dirinya. Berbagai modifikasi telah banyak dikembangkan selama
ini, antara lain:
trickling filter
cakram biologi
filter terendam
reaktor fludisasi
19
Seluruh modifikasi ini dapat menghasilkan efisiensi penurunan
BOD sekitar 80%-90%. Ditinjau dari segi lingkungan dimana
berlangsung proses penguraian secara biologi, proses ini dapat
dibedakan menjadi dua jenis:
Proses aerob, yang berlangsung dengan hadirnya oksigen.
Proses anaerob, yang berlangsung tanpa adanya oksigen.
Apabila BOD air buangan tidak melebihi 400 mg/l, proses aerob
masih dapat dianggap lebih ekonomis dari anaerob. Pada BOD
lebih tinggi dari 4000 mg/l, proses anaerob menjadi lebih
ekonomis.
2. BOD Dan TSS Air Limbah
a. BOD
1) Definisi BOD
BOD atau Biochemical Oxygen Demand adalah suatu analisa
empiris yang mencob mendekati secara global proses-proses
mikrobiologis yang benar-benar terjadi di dalam air. Angka BOD
adalah jumlh oksigen yang dibutuhkan oleh bakteri untuk
menguraikan (mengoksidasi) hampir semua zat organik yang
terlrut dan sebagian zat-zat organik yang tersuspensi dalam air
(Sugiharto,2014)
2) Dampak BOD Tinggi
Jika air limbah yang dibuang ke badan air memiliki kadar BOD
tinggi maka akan memberikan dampak :
a) Terganggunya kehidupan biota air
b) Mengganggu estetika
c) Mencemari badan air
3) Penanggulangan Penanggulangan Kelebihan Kadar BOD
Penanggulangan penanggulangan kelebihan kadar BOD adalah
dengan cara sistem lumpur aktif yang efisien dapat menghilangkan
padatan tersuspensi dan BOD sampai 90%. Ada pula cara yang lain
20
yaitu dengan Sistem Constructed Wetland merupakan salah satu
cara untuk pengolahan lindi yang memanfaatkan simbiosis
mikroorganisme dalam tanah dan akar tanaman. Sistem ini juga
merupakan sistem pengolahan limbah yang ekonomis. Penelitian
ini bertujuan menganalisis kemampuan sistem sub-surface
constructed wetland untuk menurunkan kandungan COD dan
BOD.
Apabila kandungan zat-zat organik dalam limbah tinggi, maka
semakin banyak oksigen yang dibutuhkan untuk mendegradasi zat-
zat organik tersebut, sehingga nilai BOD dan COD limbah akan
tinggi pula. Oleh karena itu untuk menurunkan nilai BOD dan
COD limbah, perlu dilakukan pengurangan zat-zat organik yang
terkandung di dalam limbah sebelum dibuang ke perairan.
Pengurangan kadar zat-zat organik yang ada pada limbah cair
sebelum dibuang ke perairan, dapat dilakukan dengan
mengadsorpsi zat-zat tersebut menggunakan adsorben. Salah satu
adsorben yang memiliki kemampuan adsorpsi yang besar adalah
zeolit alam. Kemampuan adsorpsi zeolit alam akan meningkat
apabila zeolit terlebih dahulu diaktifkan.
b. TSS
1) Definisi TSS
TSS (Total Susppended Solid) adalah Zat yang tersuspensi
biasanya terdiri dari zat organik dan anorganik yang melayang-
layang dalam air, secara fisika zat ini sebagai penyebab kekeruhan
pada air. Merupakan jumlah berat dalam mg/l kering lumpur yang
ada di dalam air limbah setelah mengalami penyaringan dengan
membran berukuran 0,45 mikron (Sugiharto, 1987). Total
Suspended Solid atau Padatan tersuspensi adalah padatan yang
menyebabkan kekeruhan air, tidak terlarut dan tidak dapat
langsung mengendap, terdiri dari partikel-partikel yang ukuran
maupun beratnya lebih kecil dari sedimen.
21
2) Dampak TSS tinggi
Jika air limbah yang dibuang ke badan air memiliki kadar TSS
tinggi maka akan memberikan dampak :
a) Pendangkalan air sungai.
b) Mengganggu proses fotosintesis.
c) Menyebabkan turunnya oksigen terlarut yang dilepas ke dalam
air oleh tanaman.
d) Menyebabkan kekeruhan pada badan air.
3. Sistem Pengolahan Limbah Cair
Pengolahan limbah cair sangat tergantung dengan karakteristik limbah
cair. Karakteristik limbah cair akan menentukan kelengkapan rangkaian
sistem pengolahan limbah cair. Sistem pengolahan limbah cair rumah
dibagi dalam pengolahan pertama, pengolahan kedua dan pengolahan
ketiga.
a. Pengolahan Pertama (primary Treatment)
Ditujukan untuk mereduksi bahan-bahan pencemar yang bersifat
mengapung, bahan-bahan mudah mengendap dan tersuspensi.
Pengolahan pertama juga disebut dengan pengolahan fisikan, karena
seluruh proses pengolahan pada tingkat pengolahan pertama
menggunakan prinsip-prinsip fisika, seperti penyaringan, pengapungan
dan pengendapan secara gravitasi. Unit-unit pengolahan limbah cair
pada tahap pengolahan pertama, seperti : alat ukur debit limbah cair,
penyaringan, pengapungan, unit penghancur, unit pengendap pasir dan
kerikil (grid chamber), bangunan sumur pengumpul (sump well),
bangunan penangkap lemak (grease trap) dan unit pengendap awal
(primary settling), netralisasi, equalisasi dan koagulasi (bila
diperlukan).
22
Gambar 2.1 Pengolahan Pertama
b. Pengolahan Kedua (Secondary Treatment)
Atau sering juga disebut dengan pengolahan biologis, karena dalam
proses pengolahan mengandalkan aktivitas mikroorganisme dengan
bantuan oksigen (aerobik) maupun tanpa bantuan oksigen (an aerobik).
Unit pengolahan limbah cair tahap ini, berdasarkan kelompok aerobik
dan an aerobik.
Kelompok aerobik : lumpur aktif, oxydation ditch, trickling filter,
kolam aerasi, bio tower, dan bentuk modifikasi lainnya.
Kelompok an aerobik : an aerobik sludge blanked, an aerobik bio
filter dan bentuk modifikasi lainnya.
Gambar 2.2 Pengolahan Kedua
Air baku
Communicator
Penangkap Air
Alat ukur debit
Pengolahan
Dari unit
pengolahan
pertama
Aerator
Pengendap
kedua
Endapan
lumpur
Sirkulasi
lumpur
Pengolahan
lumpur
23
c. Pengolahan Ketiga (Tertiery Treatment)
Sering juga diseut dengan pengolahan lanjut (advanced treatment).
Pengolahan ketiga dimaksudkan untuk menyempurnakan hasil
pengolahan pertama dan pengolahan kedua sebelum dilakukan
pembuangan akhir ke lingkungan (badan air penerima). Salah satu
bentuk pengolahan ketiga adalah melakukan desinfeksi terhadap
effluen hasil pengolahan limbah sebelum dibuang ke lingkungan.
Bentuk-bentuk pengolahan ketiga antara lain : desinfeksi, ion
exchange, penghilangan phospor, dan zat-zat pencemar lain yang
belum dapat diselesaikan pada pengolahan pertama dan kedua.
Berikut ini beberapa gambar rangkaian sistem pengolahan limbah cair
yang umum diterapkan.
Gambar 2.3 Pengolahan Ketiga
Influen
Screen
Grid
Chamber
Pengendap
awal
Tangki
Aerasi Pengendap
Kedua Chlorinator
Lumpur
Kering
Dewatering
An aerobik
Digester
Buangan
Lumpur
24
4. Aerasi
Salah satu kegunaan dari aerasi pada pengolahan air limbah adalah
memberikan suplai oksigen pada proses pengolahan biologi secara
aerobik. Pengaruh lamanya waktu pada proses oksidasi akan
mempengaruhi kemampuan mikroorganisme untuk mendegradasi bahan
organik yang terdapat dalam air buangan. Semakin lamanya waktu yang
diberikan pada proses oksidasi maka akan memberi kesempatan bagi
mikroorganisme untuk tumbuh dan melakukan degradasi bahan organik
(Droste, 1997). Tahapan dari aerasi (Pencampuran dengan O2)
memberikan tingkat pengikatan Oksigen yang paling cepat dengan
meningkatkan derajat aerasi pada aliran oksigen ditangki (Tapered
Aeration) yang dialirkan dalam interval selama aerasi disebut step
aeration atau aerasi bertahap. Pada proses aerasi ini terjadi penambahan
oksigen, dimana hal ini merupakan salah satu usaha dari pengambilan zat
pencemar yang terkandung dalam air limbah, sehingga konsentrasi zat
pencemar akan berkurang atau bahkan dapat dihilangkan sama sekali. Zat
yang diambil dapat berupa gas, cairan, ion, koloid atau bahan tercampur.
Tingginya effisiensi yang dihasilkan oleh kedua unit juga dapat
dipengaruhi oleh suplai oksigen yang diberikan sebagai sumber oksigen
bagi mikro organisme. Pada perinsipnya, dengan adanya proses aerasi ini
dapat menyebabkan kandungan oksigen terlarut (Disolved Oxygen) pada
air limbah meningkat. Disolved Oxygen ini digunakan untuk mengoksidasi
senyawa-senyawa organik yang ada pada air limbah dan menguraikannya
menjadi CO2 dan H2O. Pada reaksi oksigen ini hampir semua zat yaitu
sekitar 85% dapat teroksidasi menjadi CO2 dan H2O dalam suasana asam
dengan reaksi sebagai berikut :
Organik + O2 CO2 + H2O + Energi
Adanya proses penambahan kandungan oksigen pada proses aerasi maka
nilai konsentrasi BOD, COD akan mengalami penurunan, hal ini
disebabkan karena pada proses aerasi adanya suplai oksigen yang dapat
digunakan untuk melakukan oksidasi proses penguraian.
25
5. Alat Aerasi
a. Diffuser
Pada aerasi secara difusi, sejumlah udara dialirkan ke dalam air limbah
melalui diffuser. Udara yang masuk ke dalam air limbah nantinya
akan berbentuk gelembung-gelembung (bubbles). Gelembung yang
terbentuk dapat berupa gelembung halus (fine bubbles) atau kasar
(coarse bubbles). Hal ini tergantung dari jenis diffuser yang
digunakan. Terdapat beberapa macam gelembung halus(fine bubbles)
pada alat diffuser :
1) Gelembung Halus Tube Diffuser
Biomicrobe Tabung Membran Diffusers fitur, desain dipatenkan
unik untuk gelembung aerasi yang baik. Diffusers Biomicrobe
perakitan mudah dan tersedia dengan semua koneksi ke pipa.
Gelembung yang dikeluarkan alat ini beukuran 2 mm.
2) Gelembung Halus Disc Diffuser
Biomicrobe Baik gelembung diffusers Disk adalah teknologi
pengendalian pencemaran digunakan untuk menganginkan air
limbah untuk limbah treatment.Fine diffusers gelembung
menghasilkan sejumlah besar gelembung udara yang sangat kecil
yang naik perlahan dari lantai pabrik pengolahan tangki aerasi
instalasi pengolahan air limbah atau kotoran dan memberikan
substansial dan perpindahan massa efisien oksigen ke dalam air.
Oksigen, dikombinasikan dengan sumber makanan, limbah,
memungkinkan bakteri untuk menghasilkan enzim yang membantu
memecah limbah sehingga dapat menetap di clarifiers sekunder
atau disaring oleh membran.
3) Gelembung Halus Plate Diffuser
Halus Plate Diffuser mempunyai cirri sebagai berikut :
a) Tinggi efisiensi perpindahan oksigen. Kehilangan tekanan
rendah.
26
b) Berbagai aliran udara yang luas. Standar industri ukuran dan
bentuk. Membran yang dipertukarkan dengan produsen lain,
c) Membran kompresi dibentuk dengan termokopel individu
dalam setiap rongga=100% kontrol kualitas,Volume
gelembung yang paling tepat.
d) distribusi gelembung seragam,
e) Sistem aerasi dengan desain daya apung yang sangat rendah
f) Mudah dan cepat instalasi dengan pelana atau puting
sambungan pipa.
b. Aerator
1) Waterfall aerator ( aerator air terjun).
Pengolahan air aerasi dengan metoda Waterfall/Multiple aerator
seperti pada gambar susunannya sangat sederhana dan tidak mahal
serta memerlukan ruang yang kecil.
Multiple Tray Aerator
Gambar 2.4 Multiple Tray Aerator
Jenis aerator terdiri atas 4-8 tray dengan dasarnya penuh lobang-
lobang pada jarak 30-50 cm. Melalui pipa berlobang air dibagi rata
melalui atas tray, dari sini percikan-percikan kecil turun kebawah
dengan kecepatan kira-kira 0,02 m /detik per m2 permukaan tray.
Tetesan yang kecil menyebar dan dikumpulkan kembali pada
setiap tray berikutnya. Tray-tray ini bisa dibuat dengan bahan yang
cocok seperti lempengan-lempengan absetos cement berlobang-
27
lobang, pipa plastik yang berdiamter kecil atau lempengan yang
terbuat dari kayu secara paralel.
2) Cascade Aerator
Pada dasarnya aerator ini terdiri atas 4-6 step/tangga, setiap step
kira-kira ketingian 30 cm dengan kapasitas kira-kira ketebalan 0,01
m3 /det per meter2. Untuk menghilangkan gerak putaran
(turbulence) guna menaikan effesien aerasi, hambatan sering
ditepi peralatan pada setiap step. Dibanding dengan tray aerators,
ruang ( tempat ) yang diperlukan bagi casade aerators agak lebih
besar tetapi total kehilangan tekanan lebih rendah. Keuntungan lain
adalah tidak diperlukan pemeliharaan.
Cascade Aerator
Gambar 2.5 Cascade Aerator
Keterangan
A = Air baku
B = Air sudah diaerasi
C = Inlet
D = Lubang pembersih
E = Out let.
Cascade Aerator tampak atas
Gambar 2.6 Cascade Aerator tampak atas
Aerasi tangga aerator seperti pada gambar di bawah ini
peangkapan udaranya terjadi pada saat air terjun dari lempengan-
28
lempengan trap yang membawanya. Oksigen kemudian
dipindahkan dari gelembung-gelembung udara kedalam air . Total
ketinggian jatuh kira-kira 1,5 m dibagi dalam 3-5 step. Kapisitas
bervariasi antara 0,005 m3/det dan 0,5 m3/det per meter luas.
3) Sumberged Cascade Aerator
Gambar 2.7 Sumberged Cascade Aerator
4) Multiple Plat Form Aerator
Memakai prinsip yang sama, lempengan-lempengan untuk
menjatuhkan air guna mendapatkan kontak secara penuh udara
terhadap air.
Multiple Plat From Aerator
Gambar 2.8 Multiple Plat Form Aerator
5) Spray Aerator
Terdiri atas nozel penyemprot yang tidak bergerak (Stationary
nozzles) dihubungkan dengan kisi lempengan yang mana air
disemprotkan ke udara disekeliling pada kecepatan 5-7 m /detik.
Spray aerator sederhana diperlihatkan pada gambar, dengan
pengeluaran air kearah bawah melalui batang-batang pendek dari
pipa yang panjangnya 25 cm dan diameter 15 -20 mm. piringan
29
melingkar ditempatkan beberapa centimeter di bawah setiap ujung
pipa, sehingga bisa berbentuk selaput air tipis melingkar yang
selanjutnya menyebar menjadi tetesan-tetesan yang halus. Nosel
untuk spray aerator bentuknya bermacam-macam, ada juga nosel
yang dapat berputar-putar.
Spray Aerator
Gambar 2.9 Spray Aerator
6) Aerator Gelembung Udara ( Bubble aerator)
Jumlah udara yang diperlukan untuk aerasi bublle (aerasi
gelembung udara) tidak banyak, tidak lebih dari 0,3 – 0,5 m3
udara/m3 air dan volume ini dengan mudah bisa dinaikan
melalui suatu penyedotan udara. Udara disemprotkan melalui
dasar dari bak air yang akan diaerasi.
Bubble Aerator
Gambar 2.10 Bubble Aerator
6. Lumpur Aktif
Sistem lumpur aktif adalah salah satu proses pengolahan air limbah secara
biologi, dimana air limbah dan lumpur aktif dicampur dalam suatu reaktor
atau tangki aerasi. Padatan biologis aktif akan mengoksidasi kandungan
zat di dalam air limbah secara biologis, yang di akhir proses akan
30
dipisahkan dengan sistem pengendapan. Proses lumpur aktif mulai
dikembangkan di Inggris pada tahun 1914 oleh Ardern dan Lockett dan
dinamakan lumpur aktif karena prosesnya melibatkan massa
mikroorganisme yang aktif, dan mampu menstabilkan limbah secara
aerobik (Badjoeri et al, 2002).
Prinsip dasar sistem lumpur aktif yaitu terdiri atas dua unit proses utama,
yaitu bioreaktor (tangki aerasi) dan tangki sedimentasi. Dalam sistem
lumpur aktif, limbah cair dan biomassa dicampur secara sempurna dalam
suatu reaktor dan diaerasi. Pada umumnya, aerasi ini juga berfungsi
sebagai sarana pengadukan suspensi tersebut. Suspensi biomassa dalam
limbah cair kemudian dialirkan ke tangki sedimentasi (tangki dimana
biomassa dipisahkan dari air yang telah diolah). Sebagian biomassa yang
terendapkan dikembalikan ke bioreaktor, dan air yang telah terolah
dibuang ke lingkungan (Badjoeri et al, 2002). Agar konsentrasi biomassa
di dalam reaktor konstan (MLSS=3-5 gfL), sebagian biomassa dikeluarkan
dari sistem tersebut sebagai excess sludge. Proses perombakan bahan
organik berlangsung secara optimum syarat berikut harus terpenuhi
bahwa:
a. Polutan dalam limbah cair harus kontak dengan mikroorganisme.
b. Suplai oksigen cukup.
c. Kecukupan nutrient.
d. Kecukupan waktu tinggal (waktu kontak).
e. Kecukupan biomasa (jumlah dan jenis).
Pada umunya mekanisme pengolahan limbah dengan sistem lumpur aktif
yaitu aliran umpan air limbah atau subtrat, bercampur dengan aliran
lumpur aktif yang dikembalikan sebelum masuk rektor. Campuran lumpur
aktif dan air limbah membentuk suatu campuran yang disebut cairan
tercampur (mixed liquor). Memasuki aerator, lumpur aktif dengan cepat
memanfaatkan zat organik dalam limbah untuk didegradasi. Kondisi
lingkungan aerobik diperoleh dengan memberikan oksigen ke tangki
aerasi. Pemberian oksigen dapat dilakukan dengan penyebaran udara
31
tekan, aerasi permukaan secara mekanik, atau injeksi oksigen murni.
Aerasi dengan difusi udara tekan atau aerasi mekanik mempunyai dua
fungsi, yaitu pemberi udara dan pencampur agar terjadi kontak yang
sempurna antara lumpur aktif dan senyawa organik di dalam limbah
(Badjoeri et al, 2002).
Pada tangki pengendapan (clarifier), padatan lumpur aktif mengendap dan
terpisah dengan cairan sebagai effluent. Sebagian lumpur aktif dari dasar
tangki pengendap dipompakan kembali ke reaktor dan dicampur dengan
umpan (subtrat) yang masuk, sebagian lagi dibuang. Dalam reaktor
mikroorganisme mendegradasi bahan-bahan organik dengan persamaan
stoikiometri pada reaksi di bawah ini: Proses Oksidasi dan Sintesis :
CHONS + O2 + Nutrien CO2 + NH3 + C5H7NO2 + Produksi lainnya
Pada pemisahan senyawa karbon (bahan organik), polutan berupa bahan
organik dioksidasi secara enzimatik oleh oksigen yang berada dalam
limbah cair. Jadi, senyawa karbon dikonversi menjadi karbon dioksida.
Eliminasi nutrien (nitrogen dan fosfor) dilakukan terutama untuk
mencegah terjadinya eutrofikasi pada perairan (Badjoeri et al, 2002).
Parameter yang umum digunakan dalam lumpur aktif (Herlambang, 2005)
adalah:
a. Mixed-Liqour Suspended Solids (MLSS). Isi tangki aerasi dalam
sistem lumpur aktif disebut sebagai mixed liqour yang diterjemahkan
sebagai lumpur campuran. MLSS adalah jumlah total dari padatan
tersuspensi yang berupa material organik dan mineral, termasuk
didalamnya adalah mikroorganisme. MLSS ditentukan dengan cara
menyaring lumpur campuran dengan kertas saring (filter), kemudian
filter dikeringkan pada temperatur 105 0C, dan berat padatan dalam
contoh ditimbang.
b. Food to Microorganism Ratio (F/M Ratio). Parameter ini merupakan
indikasi beban organik yang masuk kedalam sistem lumpur aktif dan
diwakili nilainya dalam kilogram BOD per kilogram MLSS per hari
rasio F/M dikontrol oleh laju sirkulasi lumpur aktif. Lebih tinggi laju
32
sirkulasi lumpur aktif lebih tinggi pula rasio F/M-nya. Untuk tangki
aerasi konvensional rasio F/M adalah 0,2-0,5 lb BOD5/hari/lb MLSS,
tetapi dapat lebih tinggi hingga 1,5 jika digunakan oksigen murni
(Hammer, 1986). Rasio F/M yang rendah mencerminkan bahwa
mikroorganisme dalam tangki aerasi dalam kondisi lapar, semakin
rendah rasio F/M pengolah limbah semakin efisien.
c. Hidraulic Retention Time (HRT). Waktu tinggal hidraulik (HRT)
adalah waktu rata-rata yang dibutuhkan oleh larutan influent masuk
dalam tangki aerasi untuk proses lumpur aktif; nilainya berbanding
terbalik dengan laju pengenceran (Herlambang, 1999).
d. Umur lumpur (Sludge age). Umur lumpur adalah waktu tinggal rata-
rata mikroorganisme dalam sistem. Jika HRT memerlukan waktu
dalam jam, maka wakt cgu tinggal sel mikroba dalam tangki aerasi
dapat dalam hari lamanya. Parameter ini berbanding terbalik dengan
laju pertumbuhan mikroba. Umur lumpur dapat bervariasi antara 5-15
hari dalam konvensional lumpur aktif. Pada musim dingin lebih lama
dibandingkan musim panas (U.S. EPA, 1987). Parameter penting yang
mengendalikan operasi lumpur aktif adalah laju pemuatan organik,
suplay oksigen, dan pengendalian dan operasi tangki pengendapan
akhir. Tangki ini mempunyai dua fungsi penjernih dan penggemukan
mikroba. Untuk operasi rutin, orang harus mengukur laju pengendapan
lumpur dengan menentukan indeks volume lumpur (SVI)
(Herlambang, 2005).
Proses lumpur aktif termasuk proses pengolahan biologi aerobic. Yang
termasuk dalam sistem pertumbuhan tersuspensi. Dalam sistem lumpur
aktif terjadi proses penyisihan zat organik dan nutrisi menggunakan
mikroorganisme. Berbagai modifikasi sistem lumpur aktif telah
dikembangkan. Pada prinsipnya proses lumpur aktif adalah mengkotakkan
air limbah dengan massa biologi (biomassa) dalam tangki aerasi,
kemudian mengendapkan biomassa dalam tangki pengendap. Biomassa
dalam sistem lumpur aktif memiliki kemampuan mengadsorpsi zat organik
33
dalam bentuk koloid dan suspensi dalam air limbah. Ketika flok lumpur
aktif kontak dengan materi organik (air limbah) akan terjadi proses
biosorpsi materi organik tersebut. Materi organik yang diadsorpsi tidak
terjadi melalui proses sintesa atau oksidasi biologi, tetapi tersimpan
sebagai cadangan makanan. Flok biomassa akan menggunakan cadangan
materi organik tersebut untuk tetap hidup ketika tidak terdapat
makanan/substrat di sekelilingnya. Cadangan materi organik tersebut
digunakan ketika flok biologis mengalami tahap penstabilan, flok biologis
akan diaktifkan kembali kemampuan adsorpsinya terhadap materi organik.
Proses inilah yang disebut dengan stabilisasi lumpur (Herlambang, 2005).
Bakteri merupakan unsur utama dalam flok lumpur aktif. Lebih dari 300
jenis bakteri yang dapat ditemukan dalam lumpur aktif. Bakteri tersebut
bertanggung jawab terhadap oksidasi material organik dan tranformasi
nutrien, dan bakteri menghasilkan polisakarida dan material polimer yang
membantu flokulasi biomassa mikrobiologi. Genus yang umum dijumpai
adalah Zooglea, Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Bacillus,
Achromobacter, Corynebacterium, Comomonas, Brevibacterium, dan
Acinetobacter, disamping itu ada pula mikroorganisme berfilamen, yaitu
Sphaerotilus dan Beggiatoa. (Herlambang dan Heru, 1999).
Proses lumpur aktif terjadi karena penguraian senyawa organik oleh
mikroorganisme yang terdiri atas bakteri, fungi, protozoa dan
mikroorganisme lain menghasilan gas CO2 dan H2O. Aktivitas
mikroorganisme tersebut sangat dipengaruhi oleh tersedianya nutrien dan
kondisi lingkungan terutama pH dan oksigen terlarut dalam air limbah.
Secara umum proses mikrobiologi yang terjadi dalam dalam sistem umpur
aktif berlangsung didalam reaktor aerasi. Proses biodegradasi oleh
mikroorganisme aerobik akan berlangsung optimal, jika dan nutrisi
tersedia pada konsentrai yang sesuai (Syamsudin, 2006). Penggunaan
lumpur aktif sebagai media pertumbuhan mikroorganisme, menilai salah
satu faktor yang mempengaruhi lintasan senyawa-senyawa kimia tersebut
adalah mikroba. Penggunaaan mikroba dalam pengolahan limbah
34
memberikan efisiensi penyisian BOD 80-85 % Mikroba dapat menunda
dan atau menghilangkan ancaman pencemaran jenis kimia. Penambahan
lumpur mampu mengubah populasi mikroba (Nugroho 2001).
7. Indikator Efektifitas
Angka efisiensi alat ataupun metode dapat dilihat melalui persentase
penurunan parameter yang diteliti. Menurut Bowo Joko Marsono Untuk
pengolahan limbah penyamakan kulit pada proses aerasi menggunakan
lumpur aktif angka persentase yang dapat dikatakan efektif jika :
1. Penurunan BOD mencapai 80-90%
2. Penurunan COD mencapai 80-90%
3. Penurunan TSS mencapai 70-90%
4. Penurunan TP mencapai 75-85%
35
C. Kerangka Studi
Bagan II.1 Kerangka studi
Limbah domestik
Limbah pertanian
Limbah Industri kulit
Sumber Limbah Cair
anan
Limbah Pertambangan
Kualitas Fisika Kualitas Kimia Kualitas Biologi
TSS BOD
Pengolahan Limbah
TSS tinggi Kadar BOD tinggi
Kekeruhan dan pendangkalan pada badan air Mengganggu Kehidupan Biota Air
Pengolahan primary Pengolahan secondary Pengolahan tertiary
Aerasi lumpur aktif
Alat aerasi lama (diffuser disk)
Alat aerasi baru (aerator)
Pemeriksaan hasil
TSS BOD
Analisa efektifitas Standar Baku Mutu
Pengambilan sampel secara kimia
TMS MS Di buang ke
badan air
Top Related