Penyisihan Nutrien dalam Limbah Cair secara Biologis dengan Reaktor Dua Tahap

PENYXSXHAN NUTalEN DALAM I,IMBAH CAIR
SECAJRA BfOLOGIS DENGAN REAKTOR DUA TAHAP

OLEN :
MUHAMMAD SIRYAN

PROGRAM PASCASARJANA
INSTlTUT PERTANIAN BOGOR
2002

ABSTRAK

M. SIRYAN. Penysihan Nutrien &lam Limbah Cair sward Bblugis dengin Reaktar
Dua Tahap. Dibimbing oleh MUX~fAMMAD ROMLI, ANAS M.FAUZI dm
SIJ13RIHATIN.
Lirnbah cair dari kegiatan prtanian serta agoindustri rnengandung nuben
benrpa senyawa nitrogen dan fbsfor. Kedua senyawa ini pada siskrn perairan akm
rnengafsibatkan eutrofikasi. Salah satu upaysl untuic mengwangi tingkat p e n m a r a n
tersebut: adalah d e n w pengolahim Iirnbah seam bialugis dengm penerapan proses
nitrifikasi-denitrifikasi.
Penelitian ini krtujrran untllJE mengetahui dm mengadisis kinerja sistem

reaktor dua tahap (anuksik-aerobik)
penyisihan nutrien &lam limbah cair.
Parameter yang dikaji pengaruhya adnlah laju Beban, F/M (ftdm~cmnrgunism)
serta konsentmsi biomassa. Sedangkan pameter yang diarnati rneliputi COD
(Chemical Oxygen Demand), NH3-N (nitrogen amonia), NO3-N (nitrogen nifrat),
PO4-P (ortofosfat) dan padatan tersuspensi (MLSS). Pengamatan dilahkan terhdap
kinerja reahor anoksik, reaktor aerobik sem siskrn reaktor dua hhap scam
keseluruhan.
Reak-tor yang digunakaln dalarn penelitian ini terdiri dari dua buah yaitu
waktor anoksik dan aerobik dengan volume masing-masing 5 liter, untuk rncngotah
limbah dengan sistem lumpux abif Reaktar dioprasikan secara sinambung dengan
sistem umpm baf ik (recycling); wakh tingga1 hidrulik pada masing-masing reaktar
adalah 0,4 hari; kunseatrstsi padatan 1500 - 3200 mg MLSSIL, Datam penelititin ini
digurrakan limbah cair buatan dcngan tetes (molase) sebagai sumkr k&n dengan
penambafian khan-bahan kirnia sebagai surnber nutrien.
1,TasiX penelitian menunjukkan bahwa pa& reaktur anoksi k, nisbah
CODhitrugen nitrat pa& kisam-an 36 - 56 mengkasilh efisiensi p e n y i s i h nitrat
relatif konstan seksar 87 - 92%. LaCju penyisihan WU3-N dengan laju k b a n sekitar
28 - 41 mg NU3-NIL.haxi mcningkat secara linear sekitar 25 - 37 mg NU3-N/L.hari.
Sedang konsentrstsi ortufasfat meningkat sekitar 't. 1 hingga 15%.

Pa& reaktor aerobik, j m i n g b b n nitai F/M dari Q,22 - 0,35 mg CODlmg
MLSS.hari rnenumkm efisiensi pnyisihan COD sekitar 20 hingga 12%.
peningkatan niIai F/M &ri 0,22 - 0,40mg CQD/mg MLSS.hari menunrnkan efisiensi
pmyisihan NH3-N sekitar 65 hingga 45%. Efisiensi pnyisihan NH3-N menurun
s e c m linear sekitar 60 hingga 40% dengan meningkatnya laju beban COD sekitar
470 - 670 mdL.hari. Konsentrasi ortofosfat mengalami pnyisihan hingga xksar
14% dan pads beberap titik pengmatan terjadi kenaikan hingga 10%.
Secara keseIunrhan p d a sistem reaktor dua tahap, texjadi efisiensi
penyisihan 85% COD, 84% MI3-N dan 9% PO4-P, dimana pa& limbah awal
d m 21 f 10
(influen) krdapat 1400 200 mg COD/t, 118 It: 20 mg
rng P04-P/L. sedangkan NO3-N meningkat 37 % dari konsentrasi i d u e n I5 f 3
m@L.

+

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyaakan bahwa tesis yang krjudul :
PENYISIWN NZJTRLEN DALAM LXMBAH CAIR SECARA BIOLOGIS

DENGAN EAK'TOR DUA TAHAP
Adalah benar rnerupkan hasil karya saya sendiri dan k l u m pernah dipubtikasikan.
Sernua sumber data d m infomasi yang d i g W a n telah dmyatakm w a r a jelas dan
dapat diperiksa kebenarannya.

l
Muhammad
*
Siryan

PENYISIHAN NUvX*RLENDALAiM I,XMSAH CAIR
SECARA BIOLOGIS DENGAN RRAKTOR DlJA TAHAP

OLEH:
MUHAMMAD SlRYAN

Tesis
Sebagai salah satu syarat uuntuk rnemperoleh gelar
Magxster Sains pa&
Program Studi Teknalogi Xndustri Pertan ian

PROGRAM PASCASARJANA
INSTITITT PERTANIAN BOGOR
2002

Judul Tesis

: Penyisihan Numen dalam Limbah Cair S a r a Biologis

Nama
Nomor Pokok
Program studi

: Muhammad Siryan
: 99574
: TehoEogi Xndustri Pertmian

Dua l'ahap

dengan R&or

Menyetujui,

Dr.Xr. Muhammad FCamli, M. Sc.St
Ketua
J

Dr-.Ir....AnasMLa~zL,~MEns
Anggota

-

Anggota

Mengetahui,

2. Ketua Program Studi Teknologi

Industrr Pertmian

Dr. Er. Irawadi Jarnaran

Tanggal Lulus : 13 November 2002

rogam Pascasarjana

Penulis dilahirkan di Sambas, Kalirnantan Barat pa& tgl 6 Juni 1966 scbagai
anak ke lima dari lima bersaudara, dari orang tua laki-Iaki hrnama huddin Zubir
(alrnarhum) dan orang tua prcmpuan krnm Masnah (alrnarhumah).
Pendidikan Sarjana diternpuh di Program studi Agranarni Fakultas Pertanian
Universitas Tmjungpura Pontianak, lulus pada tahun 1991. PenuIis diterima p d a
program studi 'reknologi tndustri Pertantan program Pascasarjana Institut Pemnian
Bogor pada sun 1999. Beasiswa pendidikan pascasajam diperokh dari Pemerintah
Provinsi Kalimantan Barat.
Penulis bekerja sebztgai Pegawai Negeri Sipil sejak tahun 1992. Sekfum
mengikuti P e n d i d i h Pascasarjana LPB, pcnulis h k ej a di Dinas Perkebunan Cabng
Dinas Sanggau dan sejak tahun 2001 status kepegawaiannnya dialihkan ke
Pemerintah Kabupaten Sanggau.

DiujWya kita denman kesufitan mmun

PRAKATA

Puji syukur kcpada Allah SWT, karma berkat perkenan-Nya tesis in1 &pat

diselesztikan. Tesis ini dimaksudkan sehgai salah satu syarat hgi Penulis untuk
mernperofeh gelar Magister Sains pxh program studi Teknalagi ttldustrr Pertmian
Program Pascasarjam, Institut Pertanian Bagor.

Pengolahan Iimbah mempah sdah satu bagian pnting &lam mgkaian
kegiatan agroindustri dimana pada beberapa limbah cair agroindustri seringkali
didapati kandungan nu@ienyang tinggi yang rnenyebabkan pencemaran lingkungan.
Limb& ymg mengandung nutxien ini memerlukm penanganan khusus agar layak
buang ke lingkungan, Untuk itu penulis mdakukan penelitistn yang dilaksanakan di
Labomtorium Teknolagi dan Manajemen Lingkungan Fateta, Kstmpus IPB Darmaga,

Bogor, hasilnya dituangkan dafam tulisan ini dengan judul "Penyisihan Mutrien

dalam Limbah Cair secara Biolagis dengan Reahor Dua Tahap"
Semoga Irarya ilmiah

inj

&pat: memberikan manfaat bagi pihak-pihak yang

berkewn.
Bagur,

Desember 2002

Penulis

DAFTAR IS1

I falaman

DAFTAR 'I'ABEI. ............................................................................................

i

DAFTAR GARlBhR .......................................................................................

II

DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................

..

...

III

1. PENDAKULUAN .....................................................................................

1

I1. TIMJAUAN PUSTAKA ............................................................................

5

A . Nutrien sebagai Pol utan ....................................................................... 5

B. Rnyisihan Nutrien secara Biologis ......................................................

X 11. BAHAN DAN METODE PEMELITIAN ...............................................
A . Peralatan dan B&an .............................................................................
B. Metode Penelitian.................................................................................

IV . HASXL DAN PEMBAHASAN .................................................................

9
19

19
22

24

A . Karalrteristik Limbah ...........................................................................

24

B . Perturnbuhan Biomassa ........................................................................

25

C . Kinerja Reaktor Anoksik ......................................................................

27

D. Kineja Realaor Aerobik ......................................................................

32

E. Kinerja Sistern Reaktor Dua Takap ......................................................

40

V . KESWULAN DAN SARAN .................................................................46
A . Kesirnpdan ..........................................................................................

46

E3. Saran .................................................................................................. 47
.....................................................................................

48

I,AMPIRAN .....................................................................................................

51

DAFTAR PUSTAKA

I . Infomasi desain khusus untuk gabungnn peny isi han nitrogen dan

fosfor secara biologis ................................................................................ 18
2 . Komposisi bahm pada Iirn'bah yang digunakan..........................................

21

3 . Karakteristik limbah yang digunakan dalam pcnelitian ..............................

24

4 . Efisiensi penyisihan COD @a bekmpa nilai F/M ...................................

34

5. Efisiensi p e n y i s i h amonia pa& beberap nilai F/M ........................... ..

35

6. Penyisihan nitrogen di &lam reaktor aerabik .............................................

39

1 . Prosedur analisis COD

................................................................................

2 . Prasedur analisis nitrogen amonia ..............................................................
3 . Prosedur ma£isis nitrogen nitrat ..................................................................

4 . Prosedux anal isis artofasfat...............................................................:..........
5 . Prosedur anal isis MLSS ...............................................................................

6. Nilai MLSS hsiI pngukuran di &lam reaktor aerabik..............................
7. Kinerja reaktor anaksik ................................................................................

.

.

8 . Ktneqa reaktor aerobik ................................................................................
9. Nifai pengamatan COD, amonia, nitrat dan ortofosfat pada influcn

dm efluen .....................................................................................................
10.Rekapitulasi nilai parameter pengamatan ...................................................

A. LATAR BELAKANG

Limbah cztix dari kegiatan indush termasuk agroindustri rnasih rnenjadi
masalah Iingkungan pcnting yang h a m ditanggulangi. Limbah tersebut selain
mengandung bahan organik yang tinggi juga sering mengandung unsur nutrien, yang

sebagian ksar terdiri dari unsur nitrogen (N) dan fosfor (P). Kedua unsur ini
berpatemi dalarn rnenimbulkan pencemaran lingkungm h u s u s n y a di wilayah
perairan, berupa eutrufikasi. Jargensen dm Johnen (1989) rnenyatakan, eutrofikasi
merupkan proses pengkayaaan nutrien pa& danau di mana terjadi pcningkatstn

jumlah nutrien terutama nitrogen dan fosfor ke air. Kedua unsur tersebut rnerupalran

faktor p m batas pertumbuhan ganggang pada kebanyakan &nau.

Eutcofikasi

umwnnya rnerupakan ha1 yang tak diinginkan karenrt dari segi estetika dapat dilihat
tejadinya kekeruhan dan warna air menjadi hijau.

Senyawa nutrien yang brlebihan pada sistern perairan rnenyebabkan

prtmbutxsn ganggang dan tumbuhan air lainnya rnenjadi subur . Selanjutnya jika
ganggang d m tumbuhan tersebut: mati, lama kelamw akan terjadi penumpukan

bahan organik sehingga terjadi pndangkalan. Xli samping

itu,

keadaan ini

rnenyebabkm kenxgian lainnya yaitu menurunnya oksigen terlamt di dalarn air karma
ctksigen banyak digunaEran oleh milrraarganisma untuk merombak bahm owganik
serh untuk pernapasan ganggang dm tumbuhan air pa& malam hari. Indikator ini

dapat dilihat dengan meningkatnya nilai Biological Oxygen Demand (BOD) serta
Chemical Ovgen Demund (CQD).

llpaya penanganan untuk menurunkan kadar nutrien di dalam air limbah
sampai di bawah ambang batas yang ditetapkan k l u m banyak mernkrikan hasil

optimal. Narnun dernikian teknik pengolahan limbah secara biolagis masih rclevan
untuk diterapkm dengan mengopti masikan berbagai faktor yang Fxrpengaruh ch

dalam teknik tersebut. Pencarian teknik pman$anan limbah a i r seam biutogis
d i l a k u h rnulai dari skala laboratorium untuk memperuleh aptimasi pada skAa yang

lebih kmr.
Pengulahm firnbah secara bialogis pada prinsipnya adalah memanfatkan
aktifitas mikroorganisrna untulc merombak bahan organik &lam limbah sehingga
menjadi bahan yang ti&

lagi rnembahayakan bagi manusia dan tingkunp. Pada

proses p n y isi han nutricn, teknik pngulrthan limbah s c a m biolugis didasarkan pada
prases nitrifikasi-denitrifikasi.Pengolahan limbah secara biolagis dengan lumpur
aktif &pat digunstkan untuk pnyisihan nitrogen dan fu'usfor swam sirnultan dengan
rnengaiur koridisi sera konfigurasi reaktor.

Beberap teirnotogi yang telA digunakan untuir penyisihan nitrogen dm

fosfor secara simuftan antara lain I ) Proses A'/O (Anaembik anoksik ambik) 2)
Proses Bardenpho lima tahap 3) Proses UCT (University of Cap Town) 4) Proses
VIP (Virginia Initiative Plant). Keempat teknolagi tersebut pa& & w y a menrpakan

proses lumpur ahif dengan mengkombi nasikan kondisi (zona) anaerubik, anoksik

dan aerobik (Metcalf &n Eddy, 199 1 ). Beberap pnelitian tentang p y i s i h a n
nutrien dengm rnenggwakan, reaktor tiga &hap (amobik, anaksik dm trerabik )

barn-banr ini dilakukan Iltoma (2000)serb Wagirnan (200 1 ).

Dengan didastari proses nitrifiicas~denitri fi kasi, proses penyisihan nutrien pada
prinsipnya cukup di lakukan dengin rnengkondisikan reakzor daiam suasana aerobi k
dan anoksik, namun ha1 ini p r l u untuk diketahui sejauh mana efektifitas yang

diproleh. Beberap prtirnhngan dilakukan untuk rnendapatkan nilaj penyisi kan

yang optimd, diantaranya dengan rnengkajis p e k pembebanan substrat @a reakor.
A s p k pmkbanm ini antam lain laju beban serta nistrah makman terhadap

biumsa (FodMikpo0rgan1:~sma;FM). Di sam pi ng itu konsentmsi biomassa di
&lam mktor menjadi prtimbangan lainnya untuk dikaji.

B. TUStrAN PENELITIAN
Tujuan umwn dari kegiatan pnetitian ini stdalrth untuk rnengevaluasi kinerja
sistem reaktor dua tahap (anoksik- aerabik) pada pnyisihan nutrien dalam timbah

cair, dengm beberapst tujuan khusus yaitu :
I . Menganalisis kinerja pada reaktor anoksik metiputi: pnganrh laju b e h n nitrat

tcrhadap penyisihan nitrat; pengaruh ni sbah CODN-nitrat terhadap penyisi han
nitrat; s r t a pengaruh Iaju beban organik terhadap penyisihan ortofosfat

2, Menganalisis kinerja pda reditor aerubik metiputi: pengaruh F/M terbdap
penyisihan COD, amania serta oratfasfat; serta pngamh konsentrasi biomass
terhadap penyisihan COD dan nutrien.
3. Merancang sistern pengalahan limbah cair yang mengandung nutrien melalui

pngendalian pembebanan organik dan konsentrasi biomassa .

I.

Laju beban nitrat serta nisbah COLIN-nitrat mernpngartrtni tingkat penyisihan

nitrat pada reahor anaksik
3. Nilai FIM serta konsentrasi biomassa rnernpengaruhi tingkat penyisihan COD,
nitrugen amania serta ortofusfat pa& rcaktor aercthik.

D. RUANG ItWGKUP PENELITX,QN
t . Dalam penelitian ini digmakan limbah cair buatan dengan kandungan amonia,

nitrat d m oftofasfat mendebti karakterisitik limbah cair dari pabrik pengotahan
b e t , s e a menggunakan tetes (rnolase) sebagai sumber karban serta bahn-

bhan kimia xbagai sumber rxutrien.
2. PeneX itian dilakukan datam skala labamtorium, menggunakan reaktor anaksik

dan aerobik masing-masing memiliki volume 5 Liter, yang dioprasikan s e a m
sinambung dengm sistem urnpan balik.

3. Perlakuan parameter yang diamat1 pngmhnya adalah COD/N-nitrat, laju beban

nitrat dan Iaju beban o r p i k (pada reaktor anaksik) serb nil& F M dan

konsentrasi biomassa (p&
4.

Masa operasi r&or

=&or aerobik).

sekx'tar 80 hari dengan rnenggunakan lwpw &t~fyang

sebetumnya telah diakiimatisasi selama kurang Iebih tiga bulan
E. MANFAAT PEIYELlTlAN

Hasil penelitian ini diharapkan &pat menjadi basis desctin pngulahan limbah

ymg menljandung nutrien pada skala yang lebih besar.

A. NUTMEN SEBACAl POIJUTAN

Nutrien di perairan dapat menjadi sumber potutan. Dua unsw nutrien menjadi

perhatian yaitu nitragen dm fosfur. Keberadaan k c d w y a diperairan sungai maupun
danau adalah untuk rnendukung ran& makanan secara dami. Pernasalahan akan
timbul j i b jumlah nutrien rnenjadi berlebifian, yang

maria

swing menyebabkan

prtumbuhan ganggang menjadi sangat banyak dan selanjutnya menjadikan

meningkatnya kebutuhan aksigen ireiika ganggang tersebut mati dan mengendap di
bagian dasar. Penganrh Iainnya adalah terjadinya pertumbuhan tumbuhan air yang

cukup pesat yang menyebttbhn pengurangan oksigen terlanrt pada sungai ketika

tumbuhan tersebut mati dan mengalami dekornpsisi. Sefain itu respirasi tumbuhan
pada waktu malam hari menyebatrkan penpmgan oksigen terlarut cukup besar
karma karma ridak diimbangi dengan produksi oksigen dari fotosintcsa.(Davisdan

Cornwel t 99 1).

I. Nitrogen
Nitrogen di dafm pmirm dapat ddam bebrapa h t u k yaitu N2 terlamt,
nitrogen organik yang tergabung &lam protein bahan arganik, mania dalarn bentuk

ion dan non ion ( N I ~ ' dan MIJ), ion nitri-t (Nod sem ion nitrat (NU3-).
Transfarmasi nitrogen dianbranya dipengaruhi aleh keseimbangan oksigen terlanrt
(Novotny &n Olem 1994).

Transfomasi k n t u k senyawa nitrogen &pat dijadikan xbagai prinsip untuk

poses pcnyisi han nuirien secara bioIogis. Perubahan tersebut dapat digambackan
dengan siklus nitrogen dalam proses oksidasi biologis sebagairnana pa& Gambar 1.

1

sintesa

I

otoksidasi
*2

NO3

I

Denitrifikasi

Gambar 1 . Siklus nitrogen dalam proses oksidasi biofogis
(Eckenfelder, 1989)

Nitrogen sebagai nutrien mempunyai efek merugikan terhadap lingkungm

perairan, dengm tiga a1asan (Davis dan Cumwell 199 t ) yaitu:

a. Pada konsentrasi tin@ nitrogen NH3- bersifat racun terhadap ikan

b. Jika NH3" daIrtm konsentrttsi rendah, N03- krtindak sebagai nutrien untuk
pertumbuhan ganggang secara eksesif.
c. Konversi dari ~ 1 1 1 ~dalam
'
menjadi N O i rnenggunakan sejumlah besar oksigen

Eerlantt.
2. Fosfor
Di dalam ekosistem air, fosfor terdapat dalm riga bentuk yaitu 1). Senyawa

fosfor anorgmik, mi salnya ortofasfat 2). Senyawa organik dalam protopfasrna 3).
Senyawa arganik terlamt yang terbentuk kuena kotoran atau tubuh organisma yang

terurai. Fituplanktun dm tumbuhan lainnya akan mengatrsarbsi fosfat dalam bentuk
ortofusfat d m rnembentuk senyawa diantaranya adenasin tri fosfat (Sastrawijaya
1991).

Siklus fusfor di dalam ekosistem air daci satu bentuk ke kntuk lainnya,

me1i batkan krbagai jenis mikroorganisrna. Gambar 2 memperlihatkan siMus Eosfor
di ddm ekosistem air.
Sebagairnana halnya nitrogen, fosfor merupakan nutrien

tumbuhan

rnikraskopik maupun tumbuhm tingkat tinggi prig memberikm kontribusi krhadap
terjadinya eutrofikasi pnda pmukaan air. Konsentrasi fosfor di perairan cukup
penting untuk diketahui karena hanya dengm konsentrasi 0,005 kingga 0,OS mg/l
telah &pat menyebabkan Ic&kan perturnbutran ganggang. ( McGhee 199 '1 ).
Upnya untuk membatasi jumlah nutrien yang dilepkan ke praimn berarti

&an menman@ tingkat palusi di perairan. HaI

1ini

&pat dilakulcan dengan

/

excrete

excrete

Gambar 2. Siklus fo'ctsfor&lam ekosistern perairan
(Smith, 1990).

menghilangkan atau mengurangi ciunsur-unsur pemkntuk nutrien (nitrogen dan
fosfor) sehinggrt p r l u mengetahui hrakristik unsur-unsur

tersebut ddam

kaitannya dengan pencemaran .
D a l w proses eutrofikasi, fosfar menrpakan Edktur pembatas. Sastrawijaya
( 199 1) rnengemukakan adanya dua kemungkimn mekanisme ipembatasan oleh fasfor,

pertam adatah jumlah fasfor ymg sedikit &pat menekan Iaju eutrofikmi meskipun

di perairan terdapat nitrat dalam jumfah cukup banyak. Kemungkinan lain adalah

karena adanya perbandingan fosfor dan nitrogen, yang mana fosfbr merupakan
pendorang untuk pengikatan nitrogen bag ganggang bi ru.

B. PEIYYISIHAN NUTMEN SECARA BIOLWXS
Prinsip-prinsip dalam proses pnyisihan nutrim seeam biatogis d i g u n a h

untuk mengatah iimbah cair yang mengmdung numen. Pa& proses ini

yang rnengwakan unsur-wur yang terdapat di dalam nutrien. Alaifim yang terjadi
selrtma proses berlangsung, rnernpunyai rnekanisme tersendiri, meskipun terjadi
dalam waktu yang sarna. Untuk penyisihan senyawa nitrogen dikenat melalui
rnekanisme d e n p proses nitrifikztsi dan denitrifikasi.
1. Nitrifikasi

Nitrifikasi merupakan proses oksidasi nitrogen amania menjadi nitrat ufeh

mikrobia yang k r fangsung &lam dua tahap oleh dua spesies b h r i kemot itutrogk

S m a teuritis, oksidasi lengkap dari I kg nitrogcn amonia membutuhkan 4 3 7 kg Oz.

Namun d a l m prairteknya jumlafi abigen yang disuplai secara eksternal addah
lebih sedikit yaitu 4,3 kg, d i s e b a b h adanya ipelepasan olrsigen selama asimilasi
k&an diubida (Forster 1985).

Pada pengolahan limbah cair, nitrifi kasi dipngamhi oleh bebrapa fctktor
yaitu pH, konwntrasi oksigen terlarut, suhu, waktu tinggaI padatan serta konsentrasi

amonia &n

nitrit (Fckenfelder 1989, Jeie dm Rahayu

1993, Verstraete dan

Vaerenberg 1986). Ki saran pH untuk berlangsungnya nitri fikasi yai tu 5,5-9,O dan
optimum p d a pH 73; pada nilai pH di bawah 7 proses berlangsung lambat.
Konxntrasi oksigen minumum adalah Q,5 mdl(Versstraete dan Vaerenberg 1986)

Nitrifikasi terjadi pa& kisaran suhu 5-45 "C, dengan optimum pa& 25-35

OC.

KonsenWi oksigen terlanrt yang rendah &an m e m p n g m h lnju nitrifikasi. Laju
nitrifikasi maksimwn diperdeh jika tmf konsentrasi oksigen terlarut di atas 2,U
rng/l, (Eckenfetder 1989).
Waktu tinggal padatan dalam nitrifikasi berhubungan dengan wahu genemi

mikraorganisma nitrifikasi, yang membutuhkan j umfah energi &lam proses oksidasi.
Dikemukakm oteh Jenie dan FCahayu (1993) bahwa nitrifikasi tergstntung dari
rnetabolisme mi icroba aerobik dan mempunyai waktu generasi ymg panjang, &pat
mencapai waktu febih dari 10 jam atau lebih tergantmg dari lingkwgm
mikrourgmisrna itu krada. Waktu retensi tersebut hams lebih h a dari taju
pertumbuhm rnikroorganisma d m juga tergantung dari suhu proses dan konsentrasi

bahan-bahan pengharnbat.
Jumlah ion amonia maupun nitrit &lam nitrifikmi h a m krada &lam jumtah
yang cukup. Amonia yang berlebihan &pat menghambae pertumbuhan bakteri

tersebut (Nifros~monn~~)
juga mengbmbat pertumbuhan Nr'grobacter f lenie dm
Rahayu 1993).

2. Denitrifikasi

Denitrifthi mentpakan proses bialogis ymg terjadi pa& kondisi anoksik
ymg di lakukan oleh mikraorganisma hetemtrofik dengan menggunah nitrat

sebagai akseptor kidrogen, j i ka suxnber e n a d argauik tcrsedia, hnitrifi kasi j uga

&an terjadi pada kondisi respirasi endogen meskipun dengan laju yang lebih rendah
Eckenfelder ( 1989). R d s i dalm denitrifilrasi oleh dinyatalm dengm persamaan :
No3"-t- submt

-+

Nz+ CQ2-t H2U -+- OHL+sel

Dafam proses denitrifikasi, ion nitrogen nitrat seem esensid menjadi
akxptor elektron &lam reaksi oksidasi bahan arganik Nitrogen &lam bent.& N2

pada proses ini akm hiiang dari air yang mana dihasilkan ddam bentuk gas dan ini
menyebabkan keseimbangan yang berlebihm antara gas nitrogen di udara dengm
yang larut di dalam air. Hanya sedikit argmisrna ganggang plankton (midnya

ganggang biru-hijau) .yang dapat rnemfiksasi nitrogen N1yang terlanrt M a r n d s i
fatasintesa. (Novotny dan Qlem 1994).
Beberapa jeni s mikroarpnisma b e p m ddam denitrifikasi. Menurut

Metcalf d m Eddy (19911, t r e k r a p genera bakteri yang berperan ddam

mengkonversi nitrogen nitrat menjadi bent& nitrogen k b yaitu Achromobacter,
Aerobaccur, Alcnltgenes, B~ucillus,Fluvohacterium, Rrevibacterium, ~~ctobucillm,
Micrococcus, Procexs, Pseudomonus, dm Spirillium. Bakteri-baheri ini merupakan

heterotrap dan mampu mendissimilasi redlrksi nitrat &lam proses dua &hap. Tahap
p m m a adalah rnengkonversi nitrat menjadi menjadi nitrit cfan selanjutnya diperoleh

nitnt uksida, nitro ohida dan nitrogen gas. Urntan dalam reaksi reduksi nx'tmtyaitu :

Jorgensen dan Johnsen (1989) m e n y a t a h brthwa nitrat dapat direduksi

menjadi nitrogen dm dinitrogen oksida oleh kberapa bak-teri heterotrufik di &lam
lumpur ztktif, tetapi diperlukan kondisi anaerobik dan dalam ha1 ini diperlukan
sumkr k d n arganik. Betrerap sumkr k a h n o r p i k yang &pat dipakai sebagai

sumber karbon argdnik yakni metanol dan mulases a&u prod& yang dipakai s m r a

Penggumm karban organik dalam denitri fikasi &pat

ditulis dengan

*

4,54 No3--t- 0,6 1 CIIH19U9N
+ 0,39 NM~'

C&£7NO:!+ 2,27 Nz + 5,98 COz 0,9? H 2 0 -i- 4,15 ON,+

Pada proses tersebut dipnakan 5,S g COD untuk rnenghasilkan 0,07eqivalen basa
tiap gmm nitrogen nitrat yang disisihkan, sem rnemproduksi biomassa 1,8 g vss tiap

gram nitrogen nitrat yang disisihkan (Heme, 1995)

Secara keselunrhan faktar-faktor yang mernpengamhi denitrifikai adalah

bahan orgctnik, konsentrasi aksigen terlmt, suhu, pH campuran cairztn serta w&u
tiriggal padatan (Verstraefe dm Vaerenberg 1986, Cik 2000, Jenie dan Rahayu
1993). I ~ j udenitrifibsi pa& kondisi aerobik akan tergantung dari fraksi anaksik

dari flok biolagi d m ketersedimn substrat hrbon. Supplai konsentrasi oksigen
terhadap sel-sel hams dibatasi. Laju denitrifxhsi idan menurun swam l inar hingga
no1 jika konsentrasi aksigen

terlarut mencapai f rnglL. Kisaran suhu untuk

denitrifikasi adalah anma 5-60 'C dcngan plI berkisa 6-8. Di bawah pH 6 akan
terjadi reduksi tak lengkap

&in terbentuknya ion nitnt yang tak diinginkm

terakumulasi (Eckenfelbrg t 989, Verstraete dan Vaerenkrg

1986).

Untuk

berlangsung denitrifikasi dengan bai k di pertulran waktu ti nggal padatan sedikitnya 34 hari pada suhu 20-30 "C (Cik 2000).

3. Penyisihan Seayawa Fasfat

Penyisihm fosfar yang terdapat &lam limbah cair dapat dilakukm secara
biofagis atau kimia. Penyisifian s e w bralogis yaitu dengm menggunakan
mikroorganisma yang terdapat di dalam tumpur &if yang dikembali kan dari proses

pernumian akhir. Dalm kondisi tersebut, rnikroorganisma &lam keadaan Iapar o1eh
aerai setelah pernbuangan l umpur ke pernumian akhir. Mikroorganisma dengm
segera ccenderung untuk rnengadsarpsi fosfor pa& limbah cair yang didapatinya.

Pengambilaxl yang krXebihan ini rnerupkan jumf ah yang Iebih tinggi dibanding
dengan yang akan dibutuhkm untuk aktifitas metabolisrna pada proses akhirnya, Jika

organisma yang banyak rnexlgandung fosfor ini dibuang dengan cepat scbagai khan
buangan malra fosfar yang berlirnpah. itu be&

b e m a b m g n lumpur aktif

(Vesilind el ul. 1994).

*ifitas

mikxuurganisme yang menggunakm fosfor untuk metabiisma

dipmkan sebagai proses penyisihm fasfor secm biologis yang terdapat dalam

limbah cair. Menurut McGhee (1 99 11, baketi dan ganggang memertukan fosfor
mtuk &ifitas metatwlismenya d a l m suatu perbandingan yaitu sekim satu bagian

fosfar untuk setiap 100 bagian h b o n . N m u n proses penyisihan secara bialogis
tersebut biasanya tidak mefebihi 20 =pi 40 persen. Ganggang &if serta proses
asimilasi bakteri sebagaimana dwbuelran di am, merupakan poknsi urrtuk

penytsr han fosfor, tetapi jika rasio stoikime&i fersebut teetap, maka p r l u ditambahkan

karbn dan nitrogen.

Fosfor di dalam limbah cair terdapat dalam bent& ortofosfat (PO?),

plifosfat dan fasfor yang terikat swam orgamk. Dua kompaenen terkahir yang
disebutkan &pat mencaptii lebih dari dari 70 persen dari fusfor di dalam influen.

Mihoarpisma menggunakan fosfor sefama sintesa sel dan transpot energi
beriangsung . Seagal hwilnya I0 hingga 30 persen dari fusfor di &lam influen &pat

dihi t angkan selama proses pngofahan s e W e r . Pada kondisi aerobik terkntu fosfar
akan Iebi h banyak diperlukan untuk diambil oleh rnikroorgmisrna. Pa& kondisi

anoksik fosfor dapat dileps dari sel. Organisma utama yang k r p r a n dalm
penyisi han fosfor seeam biofogi s yai tu Acr~retubucder.Fosfor tidak hanya digunakan

untuk rnempertahankstn sel, sintesa semi transport erxergi tetapi j uga disimpan untuk
pnggunmn selanjutnya aleh rnihorganisma (Metcatf dan Eddy 199 1 ).
4. Proses Lumpur Aktif

Penangman limbah cair s e a m bialogs di dahm s u a h ~aIrtoxmars fain

dengan m e n g g m a b lumpur aktif yang dicampurkan pda limbah tersebut. Menurut
Jenie dan Rahayu (19931, lumpur aktif mempalran massa bialogis kamplek yang

dihasilkan bila limbah organik dikri penanganan smra aerobik, tumpur &if
mengandung berbagai macam mikrwrganisma heteratrofik, termasuk bakkri,

protozoa dan benklk Icehidupan yang lebih tinggi. Jenis rnikroorganisma h m a yarrg
mendominasi a h tcrgantung pa&

pengoperasiannya.

limbah

yang ditmgani dm proses

Proses lurnpur aktif merupakan suatu teknik pengolahan limbah cair secara

biologis yang mana di dalamnya terdapat campuran &ri limbah cair dan lumpur

biologis (mikruurganisrna) yang teraduk dan diberikan acrasi. ili dalarn proses
lumpur aktif udara secara kontinyu disuplai ke &lam limbah cair. U&ra yang
disuplai dapt berfungsi uneuk mengaduk sehingga selaIu terjadi kontak antam

rnikrwrganisrna dengan bahan organik sebagai bahm makanannya. Akibatnya akm
terjadi perhufibuhan mikroorgani sma. (Davis dan Cumwell 199 1 ).
Reaksi-reaksi yang terjadi di ddam proses Iumpur Atif (Ventmete dan
Vaerenkrg 1986) yaitu :
a.

Pengikatan bahan organik terlarut, koloid maupun krsuspensi di dalam atau pada

flak-flok Iurnpur
b.

Perurnbakan secara biologis dari bahan organik dengan menghasilkan suatu
produk akhir ( CO2, H 2 0 , mt-zat mineral ) &an terjadinya sintesa menghasiikan
biomassa rnikrobia barn

c. Konsumsi baicteri atau kernungkinnn bahan organik lainnya oleh protozoa atau
predator iainnya
d. Qksidasi amonium menjadi nitit. dan selanjutnya menjadi nitrat oleh bakteri
nitrifikasi
e.

Dalam k e a d m suptai energi Cbahaxl limbah) tidak rneneukupi, terjadi oksidasi
sel-sel cadangm (baik ekstenxal rnaupun internal) di &lam rninerdisasi fumpur

dm his.
Penyisihan substrat ditentukm oleh adanya kontak: dengan miirrourganisma.
Menurut Vesilind et a[. ( I 994) bahwa kontak yang terjadi anma mikroorganisma

dengan batran orgdnik yang terlarut dalam limbah a i r , mikriwrganisma akan

mengadsorpsi bahan organik tersebut cfan akhirnya rnendekarnposisinya menjadi
CU2, H 2 0 dan beberap senyawa stab11 dan menjadikan massa mikroorganisma

bertambah banyak.
Agar kinerja proses pengalahan limbah cair dengan

Iumpur aktif dapt

dipertahhm &lam tingkatan yang baik prlu dilakukm pengendalian proses.
Metcalf dm Eddy (199i) rnengernukakan a& tiga fak-tor utama yang digunakm
dalam pengendalian proses yaitu :

a. Mempertahixkantingkat oksigen terlamt dalam tangki wrasi
b. Pengaturan jumlah turnpur ahif yang dikembalikan ( return activated sludge)
c.

Pengenddian lumpur aktif untuk dibung (wasre aofrvaledsludge)

Dalam proses lumpur aktif lkenal kberapa parameter y m g digunakan
(Bitton, 1994) antara lain :
a. Padatan tersuspnsi (MLSS = mixed liquor suspended solid), menyatakan j umlah

total padatan tersuspnsi baik organik maupun mineral, termasuk mikrooxganismrt

di dalam suspensi caimn.
b. F M ~ o d r n i c r o o r g ~ ~ iParameter
~ ~ r n ~ . ini menunjukkan beban arganik di &lam

sistem lumpur aktif, dinysftakan dalarn kilogram BOD per kilogram MLSS per
hari :
=

Q X BOD

&assX v

Q-Iaju alir Iimbah per hari; BOD-hari ke 5 biochemical axygend demand(mgll);
MLSS-padatan tersuspensi(mg/L); V-volume tangki xrasi

c. Waktu Tingal Hidroli k (HRT=l?-vdruulicretention rime), yaitu waktu tinggal ratarata yang diperlukan nieh airan limbah infiuen di & a h tan& aerasi proses
lumpur ahif

V -volume tangk£aaerasi; Q -1stju dir influen Ire tangki aerasi; D -1aju difusi

d. Umur Lumpur, yaitra w
Umur lurnpur (hari) =

h tinggal rata-rats miXcroarganisma di Warn sistem

MlSS X V
SseQe -t" SSwQW

MLSS =padatan tersuspensi

(rndt);V -volume bngki aemsi (L); SS, -p&m

tersuspensi &lam emfluen; Q, ~jurnlahlimbah cair pa& emuen (Uhari);

-

SS,
padatan tersuspensi ddam bustngan lumpuc; Qw =jumlmh lumpur yang dibuang
(Lkari)

Reberap teholog yang telah dikembangktan untuk gabungan pnyisihan

nitrogen &n fosfor &lam limbah a i r secara bialagis anma lain I). Proses A ~ / U

(Anaerabik, Anoksik, Aerobik) 2). Proses Bwdenpho lima tlthap 3). Proses UCT
(Univen-sityof Cape T o w ) 4). Proses VIP (Virginia Initiative Pfant in Norfolk).
Keempat proses tersebut pa& prinsipnya mengkambinasikm zona-zana atau selritt

mang dalarn kondisi amcrobik, anoksik dan aerobik (Metcalf dan Eddy, 1991).

Tabel. 1 . Informasi desain khusus untuk proses p n y i s i han gabungan nitrogen dan
fosfor secara biologis

'''Prvses
7-

-,-

Unit

Parme(cf

1
I

Bardenpho

baain

-

Nirbah m l L a m terbdap
mibmrgmisrna (FA41

-, ,,,,,,,,,,

lb,BOW
1b.MLVSS.hari

WairiU tingal padiltm

MUS

0.15-0.25

O,ieO.2

4-27

10-40

JOOt~-~SOOO 2000-4000

WA*u tinggai hidrolik. (0)
Ana&ik
hohik-I
Am&L- l
Anoksik-2

0:s - 1-5

0.5 - 1,O
33 - 6.0

Lumpw aktif
dikembalikan
h i r k d a s i intmal

1.2

1-2

1-2

2-4

2-4

4 - 12
2-4
0.5 1

4 - 12
2-4

1-2
2,5 4

5 0 - 100

50--100

50- 100

400

100 ,- 6W

200 400

-

Aerobkw2

20- 50

yang
% dari

2

i
100 - 300

-

-

1111. BAWAN

DAN METODE

Penelitian ini difaksanakan di hboratorium Teltnologi dan Manajemen
1,ingkungm Junrsan Teknologi Xndustri Pertanian Fakultas Teknologi Permian
Institue Pertanian Bogor dari bulan Juni 200 1 sunpi dengan Maret 2002.
A. PERGUTAN BAN BAHAN

Peralatan yang digunakan, &lam penelitian yaitu :

I . Sahr set d o r yang terdiri dari dua bush r&or
(clarfler) yang kexmuanya tehuat dari

dm satu buah mgki penjernik

Marl

~Iexiglass, diatur rangkaian

penempatannya sebagaimana teaera pada G a m k 3, Masingmasing reakor

krfungsi xbagai reahor anoksik dan reaktor aerobik.

Reaktor anokqik

Raktctr ini rnenarnpung cairan sehnyak fima liter. Pada reaktor ini dilengkapi
dengan pengaduk yang digerakkan oleh motor dm dioprasikan dengan

kecepatan 68 rpm. Cairn suspensi biomassa (mixed liquor) di &lam realrtor

diperoleh dari aliran influen, urnpan bafik dari reaktoraerobik fxkitar 150% c
k
influen) serta f urnpur aktif yang dibalikkan (return ac#ivated sludge). W a h
tingal hidrolik (HRT) pada reaktor ini s e k r O,4 bri
Resrktor werubik

Reahor ini memmpung cairan sebttnyak Iima liter; dilengkafti dengan aefasi,
yang krfungsi selain untuk suplai oksigcn juga untuk pngaduk cairan suspensi

biomassa. Waktu tinggal hidrolik (IiRT) pads reahor aerubik ini seksar 0,4 htri
Tangki penjcrnih (clarifier)

Tangki ini berukuran tiga liter, berfungsi untuk rnengendapkan lumpur caimn

suspensi biomltssa yang bema1 dari reairtor aerabik. Pa& tan& ini ditengkapi
dengan pengaduk yang berfungsi untuk mencegah lumpur mengmbamg,

Pengaduk bergerak secara periodik setiap satu jam selama 10 detik.
Pornpa peristaltik

Pornpa ini digunstkan untuk mengalirkan cairan limbah dai tangki limbah ke
reaktar anaksik serta untuk recycle c m p m suspensi biomassa dari reahor

aerobik ke rmktor anoksik. Aliran dari reaktor anaksik ke realaor aerabik &n
dari ;,&tor aexobik ke tangki penjemih terjadi swam gavitasi. Aliran lumpur
balik dilairukan secara manual.

2. Paralatan laboratorium untuk analisis parameter Kebutuhan Oksigen Kirnia
(COD), Nitrogen arnonia (M3-N), Nitrogen Nitrat (NO3-N), Ortofusfat (Pod-P),

padatan tersuspensi (MLSS), aksigen terlarut (DO) serta pH meter
3. Alat-alat bantu lainrtya y h i pengaduk magnetik, pornpa vakurn, jirigen, ember
dari lain-lain.

Bahan-bahm yang digunakan &lam penelitian ini yaitu :
1.

Limbah buatan, yang lcandungan amonia nitrat dan ortofosfat mendebti
kandungm yang terdapaf: p d a limbah cair dari pabrik pengolahan karet. Sebagai

limbah. Penambalun bahan kimia berup jenis sumber nutrim dan mineral

mengacu pada Krailas et ui. (2000) dengan modifikasi komposisi sevrti terlihat

pada Takl krikut 2:

Kandungan p e r fiter limbah
-,

WCl
m
2
m
4
m

3

MgSU4.7H20
Na2CO3
Larum EDTA

Dari komposisi bahan yang digunakan tersebut di atas diperoleh

kandungan nifai COD dan nutrien yaitu 1400 -t- 200 rng COWL; 118 -1- 20 rng
N&-N /L; I 1 -i- 3 mg NU3-NIL dan 2 'f k 10 mg P04-P /L

2.

Lurnpur aktif, yang telah diaklimatisasi dengan cairan limbah buatan selama

kurang Iebih 3 bulan.
3.

Bahan-bahan kimia untuk analisis COD, NH3-N, NO3-N,PO4+, MLSS dm DO .

C.METQDE PENELITEAN
1. Pengkondisian reaktor
Pa& awai pengoprasian reaktor, masingmasing cairan Iimtrah di &lam

reaktor dicampur dengan luxnpur aktif dengan perbandingan volume 80 : 20. Limbah
dari tangki limbah dialirkan ke reahor anaksik deilgan debit 4,7 Lhari.

Pengkondisian dilakukan untuk. menmpai kondisi steady state, dengan mengukur

MLSS hingga kondisi realtif stabit( 1600- 3000 mg/L).
2. PengambiXan sampef

Pengmbilan sampel pada ernpat tempat yaitu pada (1) influen ( 2 ) reaktor

anaksik (3) reaktor aerubik (4) efluen. Pengmbilan sampeI dilakukm 2 hingga 3
hari selcali. Sampef yang diambilnya selanjutnya d i l a k h n andisis parameter.
3. Anslisis Parameter
Parameter yang dimalisis meliputi : COD, NU&

NE13-N, PO4-P dan MLSS.

COD

: d e n p met& bnpa Reflux (Lampiran 1)

WJ-N

: dengan met& Nessler (Lampiran 2 )

NUJ-N

: dengm rnetoda Bwsin (Lampican 3)

Pod-P

: dengin

MLSS

: dcngan kerbs saring (Lampiran 5 )

met& Stannous Chtoride (Lampiran 4)

Disamping paramekr-parameter tersebut, diamati juga data pendukung antctra

lain laju alir, pH, suhu dan aksign terfarut.

kandungan CQD, N&-N, N03-N dan Po4?. Efisiensi dihitung dengan rumus
(Verstraete dan vanvaerenberg, 1986) yaitu

-

Efesiensi penyisihan; Co= nilai parameter pa&
parameter akhir.
E

influen;

IV.

WASIL DAN PEMBAHASAN

A. ICARAKTERISTXK LXMBAM
Nilai COD dan kandungan nutien dalam Iirnbah (urnpan) yang digunakrtn

setarna ~nelitian&pat dilihat pada Tabel 3, dimana pa&

p r i d e pengmatan

Tabef 3. Kadteristik limbah (urnpan) yang digunakan dalam penelitian

Salah satu faktor yang menentukan krlangsungnya proses pengolahan limbah
secam bialogis adalah @andingan

kornposisi substrat di dalam limbah berupa

karbon, nitrogen dan fosfor. Pa& influen prkndngan CUD, N (NO&

,+ NH3-M)

dan PO4-Pd l & 64 : 6 :1.
Nifai pH limbah di atas 7 dinjlal cukup mendukung sebagai kondisi awat

proses pengotahan biolagis ke dalm sistern realtor. Pencapaim pa& pH tersebut

dikarenakan adanya pnmbahan Na2CQ3ke dalam l imbah.
Biomassa ymg terdapat ddam limbah awal dimumsikan tidak ada sehingga
&lam pngukwm prturnbuhan biomassa diditsari oleh jumlah biamassa yang
terdapat di ddam reaktor aerobik.

B, PERTUMBUHAN BEOMASSA
f umlah biomassa dalam sistem lurnpur aktif d a p t dinyatakan dengztn nilai

Mixed-liquor suspended solid (MLSS). MLSS merupakan jumlah tatid dari padatan

tersuspensi organik dm mineral termasuk rnikroorganisma di &tam nzrxed Iiquur
(Bitton 1994). Penenturn nilai m S S ini rnengacu pa&

reaktor aerobik k e r n

diasumsikm prtumbuhan mikroargmisma h y a di &lam r&ar

demikian konsentrasi padatan yang terdapat di &lam r&or

tersebut. Narnun

anoksik relatif sama

karma menerima aliran lumpur balik dari clarilfier serta aliran balik dari reahor
aerobik.
Nilai MLSS di dalam r&or

(aerobik) selama oprasi menunjukkan nilai

yang fluktuatif, rneslcipun dalam p r i d e Eertentu diasumsikan ielatif stabil sebagai

acuan pengamatan hasil kinerja realrtor yaitu pada hari ke 22 - 30,46 - 54 dan hari

ke 68 - 78, masing-masing adalah 3000 f 150, 2 100 f 100 dan 1600 -t- 200 mg
MLSSIL. Tejadinya variasi kansentrasi suspensi padatan f MLSS) disebabkan olch

krvariasinya laju beban organik yang mas& maupun jumlah fumpur yang keluar

dari sistem feaktor. NiIai pengukuran MLSS di dafam reahor aerobik disajikan pa&
Lampiran 6.
Beberapa faktor diantmmya y m g mempen-i
dctfam &or

perhtmbuhan biommm di

&pat dikaitkan dengm laju beban organik serta biomassa (lumpur)

yang keluar dari sistem raktor, baik akikt pengambilan lumpur d e n p sengaja
rnaupun yang keluaf melalui efluen. Laju beban o r p i k , MLSS dan lumpur yang

keluar d m reahor, dapat dilihat pada Gambar 4.

Gmbar 4, Laju beban organik, MLSS dan Impur ymg keluar
dari sistem reaktor selarnlt waktu opasi

Pertumbuhan biomass aerob tdah menunjukkan kandisi tunak (steady s6ufe)

pa& waktu kwang dari dua minggu. Relatif singkatnya waktu yang d i b u t u b ph
proses start-up disebabkan oleh bebrapa frtktor antam lain sumber inukulum serta
keseimbangan substmt yaitu kahon, nitrogen dan fosfor yang masuk (Ahmad et ul.

200 I). Sumber lumpur awal yang digunakan berm1 dari penelitian sekiwnnya yang
tel& tedlimatisasi seIma kurang Iebih tiga bufm.

Pa& pengamatan awl, kandisi MLSS masih krada dibalvah 2000 m a ,
disebabkan jumlah pemslsuknn Iumpur ymg temyata sedikit, serta laju beban organik
pa& influen 680 - 980 mg COD/L.hari, sehingga helm &pat menaikkm konsentrasi

biomassa. Penamkhan iumpur pada pa& kari ke-20 c a p rnembantu menaikkkm
kowntrasi biomassa hinge &pat relatif sQbit sekitar 3000 m a . Demikian pula

halnya pada hari ke-57, dilakukan pembahm lmpur untuk menmikkarx konsentrasi

biornassa. Perturnbuhan biornassa dalam sistem reaktor ini &pat dipandang sebagai
kontribusi aliran bahan organik dari reaktor anoksik ke rmktor aerobik dengan Iaju

beban 470 - 680 mg COD/L.hari.

C. KINERJG REAKTOR ANUKSXK
Reahor anoksik dirancmg untuk penyisihan ni trat pada proses denitrifikasi.
Menurut M e t d f &n Eddy f 199 I), denitriEkasi anoksik merupakan proses dimam
nitrogen nitrat &rubah secara bialogis menjadi gas nitrogen &lam suasana tanpa

oksigen. Reaktor anoksik telah dlgmakan untuk rnengolah limbah iildustri yang
tin@ bndungm nitratnya (Basman dan Hendricks, 198 1) dulum Forster (1 985).
Kandungan bafian arganik (COD) sem nutrien (kwuali nitrat) ymg mas&

r&or

moksik lebih rendah daripda influen karma klah mengalami pengencemn

stkibat adanya aliran bdik dari reaktor wrobik maupun clarfler. Kansentrasi bahan

organik dm nutrien yang mas& ke reaktor anaksik selma aprasi reaktor yaitu

sekitar 644 mg CODIL; 56 rng MH3-N/L; 14 r ~ gNU3-NIL dm 2 1 mg PO4-P/L,
sehingga perbandingan COD, N (NU3-N + W3-N) dm !?04-P adafah 3 1 : 3 : 1.
1. Pengaru h Nisbolh CQD/NQrN terrhadap Penyisiban Nitrat

"Transfomasi senyawa nitrogen nitrat menjadi gas nitrogen &lam proses
denitrifikasi rnemerlukan j umlah karbon orgmik yang cukup. Dengin demikian
perbandingan bahan organik terhadap nitrat yang a& akan menentukan tingkstt

p n yisihan nitrogen nitrat.

Kadar M a n orgmik dari f imbah &pat diuIrur den@

parameter COD (Jenie

dm RaSlayu 1993). Dengan demikim perbandingan bahan organik terhadap nitrat

dapat dinyatakan &lam nisbah CODN-nitrat. -bar

5 menyajikan hubungan

nisbah CODN-nitrat terhadap efisiensi penyisihan nitrat.

Earnbar 5. Hubungm nisbah COD/N-nitrat krfiadap pnyisihan nitrat
Dari &bar

5 menunjukkan nisbah CUD/N-nitrat pa&

kisaran 36 - 56

menghasifkan efisieusi penyisihn nitrat realatif konstan wbesax 87 - 92%. Hal ini
diduga bahwa pads nisbah paling rendah tersebut (36) kebutuhan karbon sudah
tercdcupi, dimping kondisi aksigen tertwt di daiam reaktor menunjang untuk

denitrifikasi. H a i l pngukumn oksigm texlwt di & l a r&or

anoksik krada pa&

kisttm O,f4 - 0,18 mg/L, sehingga memungkinkan berlangsungnya
denibifikasi. Pentingnya nisbah CODm-nitrat &am
Zayed

&TIWinter

proses

denitrifikasi ditegaskan oleh

(1 9981, bahwa nisbah COD/N-nitrat di atas perbandingan 6:1,

senyawa arganik padzt limbah cair rnenydiakan donor elektmn untuk denitrifihi

secara lengkap serta tidak d i b u t t h h sumber b h n tambalm dari luar.
COD mengalami penyisihm di dalam r&or

anoksik sebesar 55 hingga 78%,

yang digunakm pada pnyisihan NU3-N Mam denitrifikasi d e n w laju bebm

NU3-N seksar 28 - 4 1 mg/L.hari. Besarnya laju pnyisihan COD yaitu 760 - 1680
mg/L. hari dengin ksarnya laju penyisihan NO3-N sebesar 25 - 37 mdL.hari.
2. Pengarub Laju Beban Nitrat dalam Deniirifikasi

Laju pnyisihan nimt di &lam re&or arroksik meningkztt secara linear

sejalan dcngan meningkatnya laju beban nitrat,
ambar 6 , dimana tejadi penyisihan dari 25

sekgairnana ditampilkan pda

mg NOz-N/L.hari hingga 37 mg NO3-

N/L.hari pada laju beban dari 2 8 rng NO3-N/L. hari hingga 4 t mg NO3-N/L.hari . Hal

20

1
25

I

i

j

30

35

40

U j u be ban NO,-N f rngLhari)

Gmbar 6. Pengamh laju beban NU3-N t e r W p laju ipenyisihamya

ini diduga krhutrmgan dengan ketersediaan karbon orgmik serta jumlah biamassa
ymg cukup, di sctmping faktor pendukung lainnya seperti oksigen terlarut sem pH di

dafam suspensi. Namun demihan efisiensi penyisihan nitrat berkisar 87

-

92%

meskipun terjadi peningkatan laju bcban, setragaimam ditunjukkan pada Gambar 7.

3, Featyisihan Amoniol

Di &lam reaktar anaksik terjadi penyisihan nifmgen amonia sebesar f 0 35%. Hal ini diduga terjadi oksidasi amonia dalm proses Anammox (Anaerobic
ammonium oxidafIopt). M n w t Strous et ul. ( 1 9971, pa&

maksik &pat terjadi

proses harnmox yaitu pengubahan amonium menjadi gas dinitrogen dengan nitrit
sebagai penerima elektron. Lebih lanjut dilaporkan bahwa penyisihan amonia pada
limb& buatan dengan kansentrasi amonia d m nitrit 70 - 840 rn@L dengm d u r

sinambung mencapai 84%.

Nilai Efisiensi pnyisihan ini lebih b a r dihding

percabaan yang dilakukm. Hal ini diduga disebabkan keterdian nitrit di Mam
r&or

anuksik ymg rendah.

4. Pengarutt Laju &ban Organik terhadtrp Penyisiban Ortofusfat

Peningkatan laju khan organik ti& menunjwkkan p l a ymg arahtr ierhadap

pnyisihan ortofosfat, sebagaimana ditunjukkan pda Gambar 8. Pada pengamatm
xtama kondisi steady srute, artofasfat di dalam rwlrtar moksik pa& sebagian

kondisi mengagmi penyisi han dm sebagian ksar rnenunjukkan terjadinya
peningkatan. Penyisitxm terjadi hingga 1 f % sedang pningkatan tejadi hingga 15%

dibmding deilgm konsentmi yang mas& ke mlrtor anoksik. Niisli nepiif pada

efisiensi penyisihm rnenunjukkan terjadinya pningkatan ortofusfat..

Gambar 8. Hubungan laju beban CUD terkadap efisiensi penyisihan fosfat

Bahan argmik pada reahor mohik lebih diperuntukan untuk &iliErifiicasi

sehingga hubungm ketersediaan

bajxan

orgmik terhadap pnyisihan fasfat lebih

m e n g d kepada b y a h y a k a h n yang terpakai untuk: denitrifhi.
Pa& kondisi anohik terjadi p i n & &

di dalm sistm r&or.
r&ox

ortofusfat, yang krarti p e n i m b w

Diduga a& dua fenamem yang terjadi. Pertama, di &lam

rtnoksik tersebut terdapat culcup banyak mitmt. Menunrt Kuba et ul. (1998)

nifrat dianggap senyawa yang dapat mengganggu proses penyisihan fosfor. Heme

(1995) mengatakm M w a nitrat yang mas& ke tangki anaerabik &an mengurangi

eftsiensi penyisihan fosfor m r a biotogis. Pmyebab kedua &lah kondisi ~lnoksik

di &lam

re&or

mendebti anaerabik dimma pstda kandisi

rnikroorganisma d m melepaskan fasfat dalam bentuk ortofosfat.

merobik

C. KXNEWA BEAKTOR AEROBlK
Di dalam reaktor aerobik terjadi pnb~bahztn senyawa amonia menjadi

senyawa nitrat. Pada s m s a m aerob terjadi pula proses perornhkm bafxan organik
serta penggunaan karbon dari b a h organik tersebut urrtuk pertumbuhan m a s s sel

mikrwrgztnisma. Penyisihan k ~ b m
or&k

diindikasih den=

mcnurunnya niIai

COD, yang pada gilirannya meningkatkm konsentrasi padatan atau MLSS di &lam

reaktor aerubik.

Peranan pmberian aemsi sangat penting di samping sebagai pmasok oksigen
untuk prtumbuhan mikraorganisma juga sebagai media pengaduk antara balm

organik mnupun nufrien dengan rnikmrgmisma sehingga terjadi terjadi kontak.

Masil. pengukuran konsentrasi oksigen terfamt &lam rcaktor aerobi k yaitu ratit-rata
5,44 mgL. Kondisi ini &pat mernkrikm krlangsung proses aerob dcngan baik.

Konsentrasi h h a n organik dan nutrien yang mas& kc dalam rcaktor aerobik

masingmasing 240 k 30 mg COD/L, 44 k 8 mg NH3-N/L, 2 -t- I mg N03-N/I, serta
2 1 f 10 mg P-PO4&. Perbandingan COD, N (N-NO3-N +. NH3-N)dan PQ4-P adaIah
12:2:1. Perbandingan kornsentrasi karban dm nutrim (C, N dan P) ini rnenentukan

proses biolugi di Mam r&ur

aerabik.

1. Penprulr F/M terholdap penyisihitn bshan arganik

Konsenmi bahan organik yang mas& ke r&or

aerobik pa& ma%

penmatan kondisi steady state berkisar 2 16 - 296 mg CODIL. Terjadinya renbng

nifai COD ymg cukup ksar ini disebabh oleh pnggunaan bahan argmik &lam
proses denitrifihsi pada r d u r anoksik seklumnya serta laju beban balm organ&

awal ke sisgem rmktor yang krvariasi. Efisiensi penyisihan bahan orgmik (COD)
pa& M a x aerobik terjadi sebesar I 5 - 2 1 %.

Nilai F/M pada rmktor aerobik p d a kondisi steady state berkisar 0,2 - 0,4 rng
COD/mg MLSS.hari. S&agai parameter bcban organik di &lam sistem Iumpur akti f,

FlRl &pat d i k a i h dengm tingkrtt penyisihm bahan orgmik. Hubungan F/M
terhadap penyisihan bahan organik cfisajikan pada Gmbw 9.

ambar 9. Penganrh FIM aerabik terfradap penyisi han bahan orgnik

Dari Gambar 9 terlikt M w a efisiensi penyisihan bahan organik (COD)

terjadi penmum dengan semakin meningkatnya nilai FM. Hal ini menunjukkm
a h y a k&erfi,atasankemampuan rnikroorganisma &lam rnerombak b&an organik

dirnana semalcin ksar makanan ymg dipasok semakin rendah bagian yang &pat

dimanfaatkan oleh mikroorganisrna untuk sintesa tub& sel. Dugmn ini diperkuat

oleh penefitian Wagman (2UUI) yang meloporkan babwa terjadi

penwnan

jxrsentasi penyisihm COD dengan semakin meningkatnya FIM dari sekitar 0,l

hingga 1,8 mg CUD/mg MLVSS.hari. Tabel 4 menyajikan penyisihan COD di

reaktor aerobi k pa&

pengarnatan m m kinerja reaktor (steady state) dengan

mengarnbil nilai tengah p d a tiap periode png"natan.
Tabel 4. Efisiensi pnyisihan COD pa& beberap nilai F/M
Pwido

F/M

pmgamtlm

o=fi)

tmgCOD/
mgMLSS/
hari)

22 -30

0,22

hsrmeaLli

msuk ke
reakfm&&

ironmmsi COD

kyisihan

Efisimi

keluar &ti

COD

Penyisitrw

COD

wktw awobik

(mlJL)

(ms/x,)

290

232

f m*)

58

I

(%)

20

2. Pengaruh F/M terhadap penyisihaa wmonia

Nilai F M menunjukkan adanya hubungan terhadap efisiensi penyisifian

amania, sebagaimana ditarnpilkan pada Gambar f 0. Meningkatnya nilai F/M
cendemg rnenunmkan t ingkat efisiensi penyisi han amonia.

Gambar 10.Pengaruh FA4 aerobik terhadap efisiensi
penyisihan amonia

Pada reaktor aerobik tercfapat dua jenis rnikror>r@sma yaitu otatfaf dm
heterotrof. Dengan meningkatnya FiM berarti k a h n organik yang tesedia lebih

banyak dari pa& mikroorganisma.

Karbon organ i k hanya dimmfaatkan oleh

mikroorganisma yang heterotrof , sedangkan balrteri nltrfier adalah atutrof yakni
mernanfaatkan kartron anargani k untuk sinfesa sel. Menunmnya efisiensi penyisi han
amonitt juga &pat

dilihat dengin mengambil nihi tengah tiap pride

pengamatan.pada koncfisi steady state, sebagaiman disajikm pada T&I 5 .

TabeX S . Efisiensi penyisihan mania pa& bekrapa