TK 366 PENGELOLAAN LIMBAH INDUSTRI SUB P
Diktat Kuliah TK-366 PENGELOLAAN LIMBAH INDUSTRI SUB PROYEK QUE-BATCH III
Oleh : Tjandra Setiadi, Ir., M.Eng, Ph.D.
Retno Gumilang Dewi, Ir., M.Env.Eng.Sc.
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2003
BAB V PRINSIP PENGENDALIAN PENCEMARAN BADAN AIR DAN TEKNOLOGI PENGOLAHAN AIR LIMBAH
Teknologi pengolahan air limbah industri merupakan teknologi yang berkembang setiap saat sehingga sangatlah sulit untuk menyajikan seluruh teknologi yang tersedia dalam bab ini. Pada bab ini akan dibahas teknologi-teknologi yang telah dikenal dan digunakan luas di lapangan. Pembahasan akan difokuskan pada rangkuman teknologi tersebut beserta kelebihan dan kekurangan dan hal-hal yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan teknologi. Namun, sebelum membahas teknologi pengolahan air limbah industri, terlebih dahulu akan dibahas mengenai pencemaran badan air dan pengendaliannya serta parameter kualitas dan karakteristik air limbah.
5.1 Pencemaran Badan Air dan Pengendaliannya
Pembuangan air limbah baik yang bersumber dari kegiatan domestik (rumah tangga) maupun industri ke badan air dapat menyebabkan pencemaran lingkungan apabila kualitas air limbah tidak memenuhi baku mutu limbah. Sebagai contoh, kepadatan penduduk kota Jakarta menyebabkan jarak antar rumah penduduk semakin berdekatan, terutama di daerah padat, sehingga letak septic tank , cubluk, dan pembuangan sampah berdekatan dengan sumber air tanah (NKLD DKI 1997). Beberapa sumber air tanah telah tercemar oleh bakteri coli, yaitu dari 636 titik sampel air tanah yang diuji terdapat 285 sampel yang mengandung bakteri E. coli. Sedangkan secara kimiawi, 75% dari sumber tersebut tidak memenuhi baku mutu air baku untuk air minum. Parameter yang melebihi baku mutu adalah nitrat, nitrit, besi, dan mangan. Adanya nitrat dan nitrit menujukan air tanah telah tercemar oleh zat organik. Dalam hal kualitas air sungai, berdasarkan hasil pemantauan terlihat bahwa secara umum kualitasnya sudah tidak sesuai dengan peruntukannya dan cenderung memburuk dari tahun ke tahun.
Mengamati kondisi lingkungan yang cenderung memburuk, maka pengelolaan air limbah sudah harus dilaksanakan secara baik dan menyeluruh disamping peningkatan pengawasan terhadap pembuangan limbah dari sumber-sumber pencemaran antara lain melalui program kali Mengamati kondisi lingkungan yang cenderung memburuk, maka pengelolaan air limbah sudah harus dilaksanakan secara baik dan menyeluruh disamping peningkatan pengawasan terhadap pembuangan limbah dari sumber-sumber pencemaran antara lain melalui program kali
Kegiatan pengelolaan air limbah ini perlu didukung oleh peningkatan peran serta dan partisipasi masyarakat dan pemerintah. Beberapa data dari BPLH DKI Jakarta menyebutkan bahwa prosentasi jumlah limbah domestik yang diolah dalam tangki septik rata-rata 39% dan cubluk 20%, sisanya kemungkinan dibuang langsung ke badan air. Sementara itu saluran air buangan domestik sistem terpadu yang tersedia di DKI Jakarta saat ini baru mencakup 2,1% dari total limbah.
Menurunnya kualitas badan air seperti air tanah, air sungai, dan air laut akibat pembuangan air limbah yang kurang baik terutama disebabkan oleh :
Kurangnya sarana dan prasarana sistem perpipaan air limbah domestik. Masih rendahnya partisipasi masyarakat dalam pengelolaan air limbah. Masih tingginya penggunaan air sungai dan air tanah oleh masyarakat sebagai sumber air
bersih. Rendahnya tingkat ketaatan para pengusaha terhadap peraturan pembuangan air limbah.
Oleh karena itu, untuk mempertahankan dan memperbaiki kualitas badan air sesuai dengan peruntukannya dan meningkatkan kesadaran dan partisipasi masyarakat untuk ikut serta dalam pengendalian pencemaran badan air, pemerintah daerah melalui BPLHD / BAPEDAL melakukan kegiatan antara lain:
1. Pelaksanaan Program Kali Bersih (Prokasih) yang mencakup sebagian besar propinsi dan sungai seperti tercantum pada tabel 5.1 dan tabel 5.2. Pelaksanaan Prokasih ini memiliki tiga tujuan, yaitu menurunkan beban pencemaran limbah yang masuk ke sungai, meningkatkan kualitas sungai, dan meningkatkan sumber daya dan kelembagaan dalam pengelolaan kualitas lingkungan dan sumber daya sungai.
2. Pemberian bantuan dana melaui kredit bunga rendah bagi pengusaha yang akan membangun sarana pengolahan air limbah.
3. Pemberian kemudahan bagi masyarakat untuk mendapatkan fasilitas air minum.
4. Pemasyarakatan/sosialisasi tentang produksi bersih, gerakan hemat air, program sumur resapan, dan penghijauan.
5. Peningkatan sumber daya manusia bagi aparat, wakil masyarakat/LSM, dan industri kecil dalam upaya pengelolaan air limbah dan penaatan peraturan.
6. Peningkatan sarana dan prasarana sistem perpipaan air limbah dan instalasi pengolahan air limbah melalui kerja sama dengan swasta.
7. Perijinan pembuangan air limbah bagi industri melalui SIPLC (Surat Ijin Pembuangan Air limbah) dan penegakan hukum bagi industri/kegiatan yang tidak menaati peraturan pembuangan air limbah.
Tabel 5.1 Peningkatan Lingkup Lokasi Kerja Prokasih
Ruas Sungai
(Sumber : BAPEDAL, 1998)
Tabel 5.2 Perkembangan Lingkup Pemantauan Buangan Air limbah Perusahaan Dalam Rangka Pelaksanaan Prokasih
Tahun *) Jumalah Ruas Jumlah Perusahaan Dipantau
Jumlah Total Dipantau **) Dalam Rangka Pengawasan 1989 - 1990
599 (Sumber : BAPEDAL, 1998) Catatan : *)
Perusahaan yang buangan air limbahnya dipantau dalam rangka Prokasih **)
Perusahaan yang termasuk penenda- tangan “Surat Pernyataan Prokasih”
Berkaitan dengan pengendalian pencemaran air pemerintah juga mengeluarkan perangkat hukum, antara lain berupa PP No. 20 Tahun 1990 yang diperbaharui dengan PP No. 82 Tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air. Dalam PP disebutkan bahwa setiap orang atau badan yang membuang air limbah wajib menaati baku mutu air limbah sebagaimana ditentukan dalam izin pembuangan air limbah yang telah ditetapkan. Kemudian, setiap orang yang membuang air limbah sebagaimana ditetapkan dalam izin pembuangannya dilarang melakukan pengenceran. Oleh karena itu, pemerintah baik itu pemerintah pusat maupun pemerintah daerah sesuai dengan kewenangan masing-masing dalam rangka pengendalian pencemaran air pada sumber air berwenang untuk :
a. menetapkan daya tampung beban pencemaran;
b. melakukan inventarisasi dan identifikasi sumber pencemar; b. melakukan inventarisasi dan identifikasi sumber pencemar;
d. menetapkan persyaratan pembuangan air Iimbah ke air atau sumber air;
e. memantau kualitas air pada sumber air; dan
f. memantau faktor lain yang menyebabkan perubahan mutu air. Dalam kegiatan industri , air limbah merupakan masalah utama dalam pengendalian dampak lingkungan karena memberikan dampak yang paling luas, disebabkan oleh karakteristik fisik maupun karakteristik kimianya yang memberikan dampak negatif terhadap lingkungan. Air limbah industri terutama dihasilkan dari proses produksi. Air limbah akan mengandung zat-zat /kontaminan yang dihasilkan dari sisa bahan baku, sisa pelarut atau bahan kimia yang ditambahkan, produk yang terbuang atau gagal, pencucian dan pembilasan peralatan, blowdown beberapa peralatan seperti ketel boiler dan sistem air pendingin dan juga sanitary wastes.
Untuk menjamin terpeliharanya sumber daya air dari pembuangan limbah industri, pemerintah dalam hal ini Menteri Negara KLH telah menetapkan baku mutu air limbah bagi kegiatan yang sudah beroperasi yang dituangkan dalam Keputusan Menteri Negara KLH Nomor: KEP-51/MENLH/10/1995. Agar dapat memenuhi baku mutu, air limbah harus diolah secara benar dan membutuhkan biaya yang besar. Maka prinsip pengendalian pencemaran oleh air limbah harus dilakukan secara cermat dan terpadu yaitu di dalam proses produksi ( in pipe pollution prevention ) dan setelah proses produksi ( end pipe pollution prevention ) agar pengendalian berlangsung dengan efektif dan efisien.
Pengelolaan air limbah dalam proses produksi dimaksudkan untuk meminimalkan (minimisasi) limbah yang terjadi, yaitu minimal dalam volume limbah, konsentrasi kontaminan dan toksisitas. Sedangkan pengelolaan air limbah setelah proses produksi dimaksudkan untuk menghilangkan atau menurunkan kadar bahan pencemar yang terkandung didalamnya hingga air limbah memenuhi syarat untuk dapat dibuang (memenuhi baku mutu yang ditetapkan). Dengan demikian dalam pengelolaan air limbah untuk mendapatkan hasil yang efektif dan efisien perlu dilakukan langkah-langkah pengelolaan yang dilaksanakan secara terpadu dengan memulai upaya minimisasi limbah ( waste minimization ), pengolahan limbah ( waste treatment ), hingga pembuangan limbah ( disposal ).
Pengolahan air limbah memerlukan biaya investasi dan biaya operasi yang tidak sedikit. Oleh karena itu, pengolahan air limbah harus dilakukan dengan cermat, dimulai dari perencanaan yang tepat dan teliti, pelaksanaan pembangunan fasilitas instalasi pengolahan air limbah (IPAL) atau unit pengolahan limbah (UPL) yang benar, serta pengoperasian UPL yang cermat.
Utamanya dalam perencanaan, apabila perencanaan sudah tidak tepat akan berakibat timbulnya berbagai kesulitan dalam pengoperasian serta biaya tinggi dengan hasil yang tidak memadai.
Dalam menentukan/perencanaan desain IPAL terhadap air limbah yang akan diolah hendaknya diperhatikan hal-hal sebagai berikut:
Kandungan dan jenis zat pencemar dalam air limbah, misal kandungan padatan terlarut dan tersuspensi, kandungan bahan organik dan inorganik, kandungan logam berat, minyak dan
lemak serta beberapa kontaminan spesifik seperti senyawa fosfor, nitrogen , sulfat, sianida, dan fenol.
Jumlah air limbah (debit) yang harus diolah perhari, serta fluktuasi jumlah air limbah dalam
1 hari, 1 minggu, dan 1 bulan. Karakteristik kimia dan fisik dari setiap jenis bahan-bahan tersebut, misalnya sifat
toksisitasnya, kemudahan menguap ( volatility ), berat jenis, dsb. Selanjutnya dalam menentukan/menilai suatu desain IPAL hendaknya diperhitungkan faktor- faktor berikut:
Jaminan efektifitas/kemampuan menghilangkan/menurunkan bahan pencemar yang terkandung dalam air limbah
Ketersediaan lahan Kemudahan pengoperasian Perimbangan biaya investasi dan biaya operasi Produk samping yang dihasilkan, misalnya lumpur, gas-gas dan sebainya, serta cara
pengelolaannya. Dengan mempertimbangkan faktor - faktor di atas akan ditentukan metode pengolahan, untuk mendapatkan metode yang ideal memang tidak mudah, akan tetapi sekurang - kurangnya dapat ditentukan skala prioritas terhadap faktor - faktor tersebut.
Penghematan terhadap biaya investasi dan operasi terhadap pengolahan air limbah merupakan hal yang penting dalam prinsip pengendalian pencemaran terutama apabila ditinjau dari pihak industri / produsen. Upaya untuk menghemat biaya pengolahan limbah diantaranya adalah dengan menerapkan Cleaner Production . Cleaner Production atau lebih dikenal sebagai Produksi Bersih (PRODUKSIH) adalah suatu strategi pengelolaan lingkungan yang bersifat preventif dan terintegrasi untuk mencegah dan atau mengurangi terbentuknya limbah pada sumbernya atau lebih tepatnya pada keseluruhan siklus pembuatan suatu produk sampai dengan upaya untuk menangani produk tersebut setelah tidak diperlukan lagi. Berbagai studi Penghematan terhadap biaya investasi dan operasi terhadap pengolahan air limbah merupakan hal yang penting dalam prinsip pengendalian pencemaran terutama apabila ditinjau dari pihak industri / produsen. Upaya untuk menghemat biaya pengolahan limbah diantaranya adalah dengan menerapkan Cleaner Production . Cleaner Production atau lebih dikenal sebagai Produksi Bersih (PRODUKSIH) adalah suatu strategi pengelolaan lingkungan yang bersifat preventif dan terintegrasi untuk mencegah dan atau mengurangi terbentuknya limbah pada sumbernya atau lebih tepatnya pada keseluruhan siklus pembuatan suatu produk sampai dengan upaya untuk menangani produk tersebut setelah tidak diperlukan lagi. Berbagai studi
Inti pelaksanaan produksi bersih adalah mencegah, mengurangi dan atau menghilangkan terbentuknya limbah atau pencemar pada sumbernya, diseluruh daur hidup produk yang dapat dicapai dengan menerapkan kebijaksanaan pencegahan, penguasaan teknologi bersih atau teknologi akrab lingkungan, serta perubahan mendasar dalam sikap atau perilaku manajemen. Pola lain yang lebih mudah dimengerti adalah dengan penerapan konsep 3 R: Reduce , Reuse & Recycle (mengurangi terbentuknya limbah, menggunakan kembali limbah dan mendaur ulang limbah menjadi produk baru yang lebih berguna)
Strategi ini bukan merupakan satu-satunya strategi pengelolaan lingkungan tetapi merupakan komponen utama dalam upaya perlindungan lingkungan dan pembangunan berkelajutan. Strategi ini jauh lebih efektif dalam melindungi lingkungan dibandingkan mengolah limbah setelah terbentuk atau membersihkannya, karena dapat memperbaiki kualitas lingkungan sekaligus mencapai efisiensi ekonomi.
Jadi, upaya pengendalian pencemaran badan air yang disebabkan oleh masuknya air limbah atau bahan lain ke dalam badan air bukanlah hal sederhana, namun perlu pemikiran yang mendalam dari semua pihak. Oleh karena itu, hal penting yang perlu digaris bawahi adalah kendalikan zat pencemar pada sumbernya yaitu dengan pengendalian agar zat pencemar tidak masuk ke dalam perairan, baik dari tingkat rumah tangga sampai industri. Berkaitan dengan hal di atas maka perlu dilaksanakan pengendalian pencemaran air yang mencakup beberapa kegiatan, yaitu :
1. Inventarisasi kualitas dan kuantitas air pada sumber air menurut sistem wilayah tata pengairan.
2. Penetapan golongan air menurut peruntukannya, baku mutu air dan baku beban pencemaran untuk golongan air tersebut, serta baku mutu air limbah untuk setiap jenis kegiatan.
3. Penetapan mutu air limbah yang boleh dibuang oleh setiap kegiatan ke dalam air pada sumber air, dan pemberian ijin pembuangannya.
4. Pemantauan perubahan kualitas air pada sumber air dan mengevaluasi hasilnya.
5. Pengawasan terhadap penataan peraturan pengendalian pencemaran air, termasuk penataan mutu air limbah, serta penegakkan hukumnya.
5.2 Parameter Kualitas dan Karakteristik Air Limbah
Tabel 5.3 berisi daftar karakteristik dan beberapa kontaminan yang umum terdapat dalam air limbah industri yang menentukan jenis pengolahan selanjutnya. Secara umum, air limbah dapat dikelompokkan berdasarkan parameter organik, karakteristik fisik, dan kontaminan spesifik.
Parameter kualitas bulk organic merupakan ukuran jumlah zat organik yang terdapat dalam aliran limbah. Jenis parameter ini terdiri dari total organic carbon (TOC), chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD), dan minyak dan lemak (O&G) atau total petroleum hydrocarbons (TPH). Parameter-parameter ini bukan merupakan ukuran suatu senyawa tertentu, melainkan lebih kepada kelompok dari senyawa tersebut.
Nilai TOC, COD, dan BOD menunjukkan jumlah zat organik yang terdapat dalam aliran limbah yang membutuhkan stabilisasi, atau oksidasi. BOD mengukur senyawa organik yang dapat diolah secara biologis, sementara TOC dan COD masing-masing mengukur jumlah karbon dalam zat organik, dan jumlah karbon yang secara teoretis dapat dioksidasi menjadi karbondioksida dan berbagai zat inorganik teroksidasi. Sebagai contoh, aliran limbah dengan konsentrasi COD atau TOC yang tinggi dan konsentrasi BOD yang rendah menunjukkan bahwa limbah tersebut mengandung zat organik yang tidak dapat mengalami degradasi secara biologis; dan contoh lainnya adalah, konsentrasi COD yang tinggi dan konsentrasi TOC yang rendah menunjukkan bahwa terdapat zat inorganik yang dapat dioksidasi (COD inorganik biasanya tidak dapat diolah secara biologis).
Parameter O&G / TPH menunjukkan adanya minyak atau senyawa hidrokarbon yang terdapat baik dalam bentuk terlarut / teremulsi atau dalam keadaan bebas. Parameter ini berguna untuk mengukur kualitas organik air limbah hanya bila senyawa-senyawa organik tersebut terdapat dalam jumlah besar seperti dalam air limbah industri pengilangan minyak.
Jenis pencemar fisik dalam air limbah terdiri dari total suspended solids (TSS), pH, temperatur, warna, bau, dan potensial reduksi. Beberapa dari karakteristik fisik ini mencerminkan kualitas aestetik dari air limbah (seperti warna dan bau ), sedangkan karakteristik lain seperti pH dan temperatur, dapat memberikan dampak negatif pada badan air penerima.
Kontaminan spesifik dalam air limbah dapat berupa senyawa organik atau inorganik. Tabel 5.3 juga menyajikan beberapa daftar contoh senyawa yang umum. Senyawa spesifik lainnya yang terkandung dalam air limbah bervariasi tergantung dari jenis industrinya , dan kuantitas dalam efluen yang diijinkan dari setiap zat tersebut ditentukan oleh peraturan yang berlaku, yaitu baku mutu air limbah.
Untuk mengetahui karakteristik dari air limbah spesifik , kita harus mengerti juga jenis pengolahan yang dibutuhkan. Tabel 5.4 merangkum kualitas efluen yang diperlukan untuk ijin pembuangan air limbah sesuai dengan Lampiran C KEP-51/MENLH/10/1995.
Tabel 5.3 Jenis Kontaminan Dalam Air limbah
Parameter
Keterangan
Bulk Organic Parameter
TOC
Dapat beracun ; mengurangi oksigen terlarut
COD
Dapat beracun ; mengurangi oksigen terlarut
BOD Mengurangi oksigen terlarut badan air penerima Minyak dan Lemak / TPH
Merusak vegetasi dan kehidupan akuatik
Parameter Fisik
TSS Mempengaruhi turbiditas ; meracuni kehidupan akuatik pH
Asam dan basa dapat meracuni kehidupan akuatik Temperatur
Mempengaruhi kehidupan akuatik
Warna
Mempengaruhi aestetik dan merusak algae
Bau Mempengaruhi kehidupan akutik dan manusia ; aestetik Potensial redoks
Meracuni kehidupan akuatik
Parameter Kontaminan Spesifik
NH 3 / NO 3 Meracuni kehidupan akuatik ; eutrofikasi
Fosfat
Eutrofikasi
Logam berat
Meracuni kehidupan akuatik dan manusia
Surfaktan Meracuni kehidupan akuatik dan manusia ; aestetik Sulfida
Meracuni kehidupan akuatik dan manusia ; aestetik Fenol
Meracuni kehidupan akuatik dan manusia ; aestetik Toxic Organics Meracuni kehidupan akuatik dan manusia
Sianida
Meracuni kehidupan akuatik dan manusia
Keterangan : TOC = Total Organic carbon COD = Chemical Oxygen Demand BOD = Biochemical Oxygen Demand TPH = Total Petroleum Hydrocarbons TSS = Total Suspended Solids
Tabel 5.4 Batasan Air Limbah Untuk Industri di Indonesia
Parameter
Konsentrasi, mg/L
Minyak Nabati
Minyak Mineral
Zat Padat Tersuspensi (TSS)
Amonia bebas (NH 3 ) 1.0 – 5.0
Nitrat (NO 3 -N)
Senyawa aktif biru metilen
Sulfida (H 2 S)
Sianida (CN)
(Sumber : Lampiran C Kepmen LH No. KEP-51/MENLH/10/1995)
5.3 Teknologi Pengolahan Air limbah
Pengolahan air limbah terutama ditujukan untuk mengurangi kandungan bahan pencemar di dalam air, seperti senyawa organik, padatan tersuspensi, mikroba patogen dan senyawa organik yang tidak dapat diuraikan oleh mikroorganisme yang ada di alam. Proses pengolahan dilakukan sampai batas tertentu sehingga air limbah tidak mencemarkan lingkungan hidup.
Pengolahan air limbah dapat dibagi atas lima tahap pengolahan, yaitu :
1. Pengolahan awal ( pretreatment )
2. Pengolahan tahap pertama ( primary treatment )
3. Pengolahan tahap kedua ( secondary treatment )
4. Pengolahan tahap ketiga ( tertiary treatment )
5. Pengolahan lumpur ( sludge treatment )
Pengolahan awal dan tahap pertama melibatkan proses fisik yang bertujuan untuk menghilangkan padatan tersuspensi dan minyak dari aliran air limbah. Pengolahan tahap kedua dirancang untuk menghilangkan zat-zat terlarut dari air limbah yang tidak dapat dihilangkan dengan proses fisik biasa. Tahap ketiga merupakan pengolahan yang dilakukan untuk menghilangkan kontaminan tertentu yang tidak dapat dihilangkan pada pengolahan tahap pertama dan kedua.
Tahapan tersebut dimaksudkan untuk memudahkan dalam mengkategorikan dan melaksanakan pengolahan sesuai dengan beban kandungan suatu air limbah. Kebanyakan dari sistem pengolahan air limbah mempunyai tahap proses dan operasi seperti yang diperlihatkan pada gambar 5.1. Air limbah masuk dari bagian kiri gambar tersebut dan melalui operasi yang diperlukan untuk mencapai kualitas air yang diinginkan. Kombinasi operasi yang memungkinkan begitu banyak, oleh karena itu setiap situasi harus dikaji untuk menentukan kombinasi terbaik.
Sebagai tambahan dari tahap-tahap pengolahan air limbah di atas , juga terdapat empat kelas proses pengolahan limbah yaitu pengolahan secara fisik, kimia, termal, dan biologi. Rangkuman dari masing-masing kelas proses pengolahan air limbah disajikan berturut-turut pada tabel 5.5, tabel 5.6, tabel 5.7, dan tabel 5.8.
Dalam sub bab ini akan dibahas pengolahan awal dan tahap pertama secara singkat dan pengolahan secara biologis (tahap kedua).
Primary treatment
Secondary treatment
Pretreatment
Suspended solids
Tertiary treatment
Sludge treatment
Liquid disposal
Dissolved organics
Dilute wastewater
Receiving grit removal
Screen and
Controlled or and storage
discharge Oil
Digestion or
Surface
lagoon
Ion exchange
wet
applications or
combustion grounwater
seepage
Stabilization basin
Membrane
Deep well injection
Rotating biological
gravity or
Deep well injection Neutralization
Sedimentation
Centrifugation
Equalization & storage
Filtration
Incineration
Lagooning or drying bed
Concentrated Organics wastewater
Gambar 5.1 Proses Pengolahan Limbah Industri Yang Dapat Dipilih
TK- 366 Pengelolaan Limbah Industri BAB IV – halaman 10
Tabel 5.5 Rangkuman Proses Fisika Pengolahan Air limbah
Pemisahan secara Minyak (free oil) ;
- Emisi zat volatil gravitasi
- Murah
padatan tersuspensi
- Tingkat
- Tidak dapat menghilangkan
pemeliharaannya
zat yang terlarut
rendah
- Adanya limbah minyak dan
- Tidak ada elemen
lumpur yang harus dibuang
mekanik - Relatif aman - Mudah dioperasikan - Rendah biaya energi
Flotasi dengan udara Minyak, lemak, gemuk
- Emisi zat volatil yang teremulsi , dan
- Memecahkan emulsi
- Tidak dapat menghilangkan padatan halus
mekanik
zat yang terlarut tersuspensi
- Murah
- Relatif aman
- Membutuhkan zat kimia
aditif - Tingkat pemeliharaannya
tinggi - Biaya energi tinggi - Adanya limbah yang
berbuih
Oil Coalescing Minyak (free /
- Tidak dapat menghilangkan emulsified oil )
- Tingkat
pemeliharaannya
zat yang terlarut
rendah
- Adanya limbah minyak
- Tidak ada elemen
- Tidak dapat memecahkan
mekanik
emulsi kimia
- Memecahkan emulsi mekanik - Tidak ada penambahan zat kimia - Relatif aman - Mudah dioperasikan - Rendah biaya energi
Evaporasi Zat organik volatil,
- Emisi zat volatil pengurangan volume
- Mengurangi volume
- Biaya energi yang tinggi air
limbah
- Menghilangkan
- Mudah terjadi fouling
kontaminan terlarut
- Pemeliharaannya sulit
- Relatif aman - Mudah dioperasikan
Filtrasi Minyak (free /
- Mudah terjadi fouling emulsified oil ); padatan
- Menghilangkan
- Perlu backwashing tersuspensi
beberapa kontaminan
terlarut
- Adanya bau , pertumbuhan
- Relatif aman
bakteri
- Mudah dioperasikan
- Tingkat pemeliharaannya
- Rendah biaya investasi
tinggi
Adsorpsi Senyawa organik ,
- Mudah terjadi fouling beberapa senyawa
- Menghilangkan
- Adanya bau , pertumbuhan inorganik
kontaminan terlarut
- Relatif aman
bakteri
- Mudah dioperasikan
- Tingkat pemeliharaannya
- Rendah biaya investasi
tinggi - Perlu regenerasi atau mengganti media adsorpsi
Tabel 5.5 Rangkuman Proses Fisika Pengolahan Air limbah ( Lanjutan)
Stripping Zat organik volatil, dan
- Emisi zat volatil beberapa zat organik
- Menghilangkan
- Biaya energi yang tinggi semivolatil
kontaminan terlarut
- agak aman
- Mudah terjadi fouling
- Rendah biaya investasi
- Pemeliharaannya sulit - Tidak dapat menghilangkan
zat inorganik Ekstraksi
Senyawa organik ,
- Emisi zat volatil beberapa senyawa
- Menghilangkan
- Biaya energi yang tinggi inorganik
kontaminan terlarut
- agak aman
- Pemeliharaannya sulit
- Mudah dioperasikan
- Adanya aliran limbah
- Rendah biaya investasi
tambahan yang perlu diolah kembali
Tabel 5.6 Rangkuman Proses Kimia Pengolahan Air limbah
Presipitasi Kimiawi Logam dan zat
- Emisi zat volatil inorganik
- Menghilangkan
senyawa terlarut
- Adanya lumpur yang harus
- Perlunya penanganan dan
rendah
penyimpanan reaktan
- Metals recovery
- Presipitasi bersifat selektif
- Agak aman
- Membutuhkan zat kimia
- Mudah dioperasikan
aditif
- Rendah biaya energi
Electrolitic Logam, zat organik dan - Menghilangkan - Biaya operasi dan investasi Recovery inorganik
senyawa terlarut
tinggi
berkonsentrasi tinggi
- Metals recovery
- Pemeliharaannya sulit
- Relatif aman
- Biaya energi tinggi
- Mudah dioperasikan
- Bersifat selektif
- Tidak menghasilkan
- Mudah terjadi fouling
lumpur
Ion Exchange Logam, zat organik dan - Menghilangkan - Biaya operasi dan investasi inorganik
senyawa terlarut
tinggi
berkonsentrasi rendah
- Metals recovery
- Pemeliharaannya sulit
- Relatif aman
- Biaya energi tinggi
- Mudah dioperasikan
- Bersifat selektif
- Air dapat digunakan
- Mudah terjadi fouling
kembali
Reverse Osmosis Logam, zat organik dan - Menghilangkan - Biaya operasi dan investasi inorganik
senyawa terlarut
tinggi
berkonsentrasi rendah
- Metals recovery
- Pemeliharaannya sulit
- Relatif aman
- Biaya energi tinggi
- Mudah dioperasikan
- Bersifat selektif
- Air dapat digunakan
- Mudah terjadi fouling
kembali
Oksidasi / Reduksi Zat organik dan
- Biaya operasi dan investasi Kimia
- Menghilangkan
beberapa inorganik
kontaminan terlarut
tinggi
berkonsentrasi tinggi
- Pengolahan tingkat
- Pemeliharaannya sulit
- Biaya energi tinggi - Tidak ada aliran limbah - Bersifat selektif - Sulit dioperasikan
tinggi
Tabel 5.7 Rangkuman Proses Termal Pengolahan Air limbah
Wet Air Oxidation Zat organik
- Biaya operasi dan investasi berkonsentrasi tinggi,
- Menghilangkan
senyawa terlarut
tinggi
senyawa toksik
- Proses penghancuran
- Pemeliharaannya sulit
- Tidak perlu secondary
- Biaya energi tinggi treatment - Sulit dioperasikan - Agak tidak aman
Oksidasi superkritik Zat organik
- Biaya operasi dan investasi berkonsentrasi tinggi,
- Menghilangkan
senyawa terlarut
tinggi
senyawa toksik
- Proses penghancuran
- Pemeliharaannya sulit
- Tidak perlu secondary
- Biaya energi tinggi treatment - Sulit dioperasikan
- Bersifat self-sustaining
- Agak tidak aman
Insinerasi Zat organik
- Biaya operasi dan investasi berkonsentrasi tinggi,
- Menghilangkan
senyawa terlarut
tinggi
senyawa toksik
- Proses penghancuran
- Pemeliharaannya sulit - Biaya energi tinggi - Sulit dioperasikan - Agak tidak aman - Perlu pengolahan gas
buang (off-gas)
Tabel 5.8 Rangkuman Proses Biologis Pengolahan Air limbah
Lumpur aktif Zat organik dan
- Emisi zat volatil beberapa inorganik
- Menghilangkan
- Adanya lumpur yang harus berkonsentrasi rendah
senyawa terlarut
- Proses penghancuran
dibuang
- Tingkat pemeliharaan
- Biaya energi yang agak
yang rendah
tinggi
- Relatif aman
- Mudah terganggu oleh
- Biaya investasi rendah
adanya shock loading dan
- Relatif mudah
senyawa toksik
- Mudah terpengaruh oleh perubahan iklim Laguna teraerasi /
dioperasikan
- Emisi zat volatil Kolam ekualisasi
Zat organik dan
- Menghilangkan
beberapa inorganik
- Butuh lahan yang luas berkonsentrasi rendah
senyawa terlarut
- Proses penghancuran
- Mudah terganggu oleh
- Tingkat pemeliharaan
adanya shock loading dan
yang rendah
senyawa toksik
- Relatif aman
- Mudah terpengaruh oleh
- Biaya investasi rendah
perubahan iklim
- Biaya energi rendah
- Tidak ada pengendalian
- Mudah dioperasikan
operasi
- Tidak sering Menghasilkan lumpur
Tabel 5.8 Rangkuman Proses Biologis Pengolahan Air limbah (Lanjutan)
Trickling filters, Zat organik dan
- Emisi zat volatil Fixed-film reactors
- Menghilangkan
beberapa inorganik
- Mudah terganggu oleh berkonsentrasi rendah
senyawa terlarut
- Proses penghancuran
adanya shock loading dan
- Tingkat pemeliharaan
senyawa toksik
yang rendah
- Mudah terpengaruh oleh
- Relatif aman
perubahan iklim
- Menghasilkan lumpur
- Biaya operasi dan investasi
yang relatif sedikit
yang relatiftinggi - Mudah terjadi fouling
Degradasi anaerobik Zat organik, organik
- Mudah terganggu oleh terklorinasi, dan
- Menghilangkan
adanya shock loading dan beberapa inorganik
senyawa terlarut
senyawa toksik berkonsentrasi rendah
- Proses penghancuran
- Dapat mengolah
- Mudah terpengaruh oleh
limbah yang
perubahan iklim
terklorinasi
- Biaya operasi dan investasi
- Menghasilkan metana
yang relatiftinggi
- Mengurangi
- Biaya energi yang tinggi
pembentukan lumpur
jika tidak ada recovery metana
5.3.1 Pengolahan Awal dan Tahap Pertama
Tujuan dari pengolahan awal dan tahap pertama adalah untuk meminimalkan variasi konsentrasi dan laju alir dari air limbah dan juga menghilangkan zat pencemar tertentu. Terhadap beberapa jenis air limbah perlu diberikan pengolahan awal untuk menghilangkan zat pencemar yang tak terbiodegradasi atau beracun, agar tidak mengganggu proses-proses selanjutnya. Sebagai contoh air limbah yang akan ditangani secara biologis harus memenuhi criteria tertentu yaitu : pH antara 6-9 ; total padatan tersuspensi < 125 mg/l ; minyak dan lemak < 15 mg/l ; sulfida < 50 mg/l ; dan logam-logam berat umumnya < 1 mg/l. jenis operasi atau proses yang dapat digolongkan ke dalam pengolahan awal dan tahap pertama, antara lain :
1. Penyaringan ( Screening ), berfungsi untuk menghilangkan partikel-partikel besar dari air limbah. Alat ini dipakai pada industri pengalengan, bir, dan kertas. Terdapat berbagai jenis alat penyaringan, misalnya, bar racks, static screens, vibrating screens, dan lain-lain.
2. Ekualisasi , tujuan dari proses ini adalah untuk mengurangi variasi laju alir dan konsentrasi air limbah, agar mencegah pembebanan tiba-tiba ( shock load ). Bentuk alat ini umumnya adalah kolam yang dapat dilengkapi dengan pengaduk atau tanpa pengaduk.
3. Netralisasi, proses ini umumnya dicapai dengan mencampurkan asam atau basa dengan air limbah, tetapi jumlahnya tergantung pada proses hulu dan hilir yang dipakai. Kapur (CaO
atau Ca(OH) 2 ) adalah senyawa penetral yang paling umum dipakai untuk air limbah yang atau Ca(OH) 2 ) adalah senyawa penetral yang paling umum dipakai untuk air limbah yang
4. Sedimentasi, tujuannya adalah untuk menghilangkan zat padat yang tersuspensi. Partikel tertentu, seperti padatan limbah kertas dan pulp atau domestik, akan menggumpal pada sat partikel tersebut menuju dasar tangki sedimentasi, sehingga mempengaruhi laju pengendapan. Ini dikenal dengan pengendapan flocculant . Partikel seperti pasir, abu, dan batubara tidak menggumpal, ini dikenal dengan nama pengendapan discrete . Terdapat berbagai jenis tangki sedimentasi, tetapi pada umumnya padatan dikeluarkan dari dasar tangki secara mekanis.
5.3.2 Pengolahan Biologis
Pengolahan biologis termasuk dalam pengolahan tahap kedua. Tujuannya adalah menghilangkan atau mengurangi kandungan senyawa organik atau anorganik dalam suatu air buangan. Fungsi ini dapat dicapai dengan bantuan aktivitas mikroorganisme gabungan ( mixed culture ) yang heterotrofik. Mikroorganisme mengkonsumsi bahan-bahan organik untuk membentuk biomassa sel baru serta zat-zat organik dan memanfaatkan energi yang dihasilkan dari reaksi oksidasi untuk metabolismenya.
Deskripsi secara umum dari proses ini ditunjukkan oleh gambar 5.2. Mikroorganisme dalam proses biologic akan sangat tergantung pada zat organik yang terdapat dalam air buangan. Apabila zat organik yang tersedia kurang mencukupi, maka mikroorganisme akan menopang hidupnya dengan mengkonsumsi protoplasma. Proses ini disebut respirasi endogen ( endogenous respiration ). Jika kekurangan zat organik ini berlangsung terus, mikroorganisme akan mati kelaparan atau mengkonsusmsi seluruh protoplasma hingga yang tersisa adalah residu organik yang relatif stabil.
Proses biologis untuk mengolah air buangan, jika ditinjau dari pemanfaatan oksigennya, dapat dikelompokkan ke dalam empat kelompok utama, yaitu :
1. Proses aerobik
2. Proses anaerobik
3. Proses anoksid, dan
4. Kombinasi anatara proses aerobik dengan salah satu proses di atas.
Energi
Limbah Organik CO 2 + H 2 O
Sintesis
Mikroorganisme baru
Respirasi Endogenous
Nonbiodegra da ble Residu
Gambar 5.2 Oksidasi Biologis Sempurna dari Buangan Organik
Masing – masing proses ini masih dibedakan lagi bertalian dengan apakah pengolahan dicapai dalam suatu sistem pertumbuhan tersuspensi, sistem pertumbuhan yang menempel pada media inert yang diam atau kombinasi keduanya. Disamping itu, proses biologis dapat pula dikelompokkan atas dasar proses operasinya. Ada tiga macam proses yang termasuk dalam cara pengelompokkan ini, yaitu :
1. proses kontinu dengan atau tanpa daur ulang,
2. proses batch, dan
3. proses semi batch. Proses kontinu biasa digunakan untuk pengolahan aerobik air limbah kota dan industri, sedangkan proses batch atau semi batch lebih banyak digunakan untuk sistem anaerobik.
5.3.2.1 Lumpur Aktif
Sistem lumpur aktif termasuk salah satu jenis pengolahan biologis, dimana mikroorganismenya berada dalam pertumbuhan tersuspensi. Prosesnya bersifat aerobik, artinya memerlukan oksigen untuk reaksi biologisnya. Kebutuhan oksigen dapat dipenuhi dengan cara mengalirkan udara atau oksigen murni ke dalam rekator biologis, sehingga cairan reaktor ( mixed liquor ) dapat melarutkan oksigen lebih besar dari 2,0 mg/liter. Jumlah ini merupakan kebutuhan minimum yang diperlukan oleh mikroba di dalam lumpur aktif.
Di dalam sistem biologis ini, mikroorganisme hidup dan tumbuh secara koloni. Koloni ini berupa gumpalan-gumpalan kecil ( flocs ) yang merupakan padatan mudah terendapkan. Dalam keadaan tersuspensi koloni ini menyerupai lumpur sehingga disebut lumpur aktif
( activated sludge ). Tambahan kata aktif diberikan karena selain mereduksi substrat (buangan), juga mempunyai permukaan yang dapat menyerap substrat secara aktif.
Secara prinsip satuan operasi proses lumpur aktif tanpa daur ulang dilukiskan dalam gambar 5.3. Air buangan dalam keadaan tersuspensi. Di dalam reaktor konsentrasi zat organik akanberkurang karena adanya aktivitas mikroorganisme. Kondisi aerobik dicapai dengan aerasi yang juga berfungsi untuk menjaga kandungan rekator senantias tersuspensi dengan baik. Secara kontinu keluaraan dari reaktor ( overflow ) dialirkan ke dalam tangki pengendap, untuk memisahkan fraksi padat dan cair. Pemisahan fraksi padat ini dapat dilakukan secara gravitasi karena berat jenis padatan lebih besar daripada air.
Influent Efluent
Aeration tank
Settler
Waste sludge
Gambar 5.3 Satuan Proses Pengolahan Biologik Kontinu Tanpa Daur Ulang
Banyak modifikasi telah dilakukan terhadap sistem lumpur aktif, tetapi secara keseluruhan sistem pengolahan dengan lumpur aktif dapat dicirikan dengan tanda-tanda sebagai berikut :
1. Menggunakan lumpur mikroorganisme yang dapat mengkonversi zat organik terlarut dalam air buangan menjadi biomassa baru dan zat anorganik.
2. Pengolahan dengan lumpur aktif memungkinkan terjadinya pengendapan sehingga keluaran hanya sedikit mengandung padatan mikroba.
3. Pengolahan dengan lumpur aktif mendaur ulang sebagian lumpur mikroorganisme dari tangki pengendap ke reaktor aerasi, kecuali pada reaktor aliran yang teraduk baik ( continuous stirred tank ), kadang-kadang mikroorganisme tidak perlu didaur ulang.
4. Kinerja pengolahan dengan lumpur aktif bergantung pada waktu tinggal sel rata-rata di dalam reaktor ( mean cell residence time ).
Sistem pengolahan dengan menggunakan lumpur aktif mempunyai beberapa macam modifikasi proses.
5.3.2.2 Laguna Teraerasi ( Aerated Lagoon) Suatu laguna teraerasi biasanya berbentuk kolam dengan kedalaman antara 2,5 hingga 5
m dan luas hingga beberapa hektar. Penambahan oksigen ke dalam laguna dilakukan dengan pengadukan atau difusi udara. Dalam laguna aerobik, oksigen terlarut dan padatan tersuspensi teraduk dengan baik, dan mikroorganisme yang bekerja pun termasuk mikroorganisme aerobik. Kebutuhan energi untuk laguna aerobik berkisar antara 14 – 20 hp/sejuta gallon.
Bagi laguna fakultatif ( facultative lagoons ) hanya bagian permukaan saja yang diaduk, dan sebagian dari padatan akan mengendap di dasar kolam. Padatan tersebut akan terdekomposisi oleh mikroorganisme anaerobik, sedangkan prodeuk dari proses ini akan dioksidasi oleh organisme yang tumbuh di atasnya. Kebutuhan energi untuk laguna fakultatif relatif lebih rendah dibanding dengan laguna aerobik yaitu antara 4 – 10 hp/satu juta gallon.
Gambar 5.4 memperlihatkan suatu konfigurasi yang optimal bagi laguna, yaitu sebuah laguna aerobik disusul dengan laguna fakultatif dan laguna pengendap bila diperlukan untuk membersihkan padatan tersuspensi pada aliran keluar ( effluent ) .
Gambar 5.4 Konfigurasi Laguna yang Terdiri dari Laguna Aerobik, Fakultatif, dan Pengendapan
Laguna aerobik mendegradasi organik terlarut, tetapi menambah konsentrasi biomassa / mikroorganisme. Waktu tinggal hidaraulik dalam laguna aerobik sekitar 1-3 hari. Laguna fakultatif mengurangi BOD yang tersisa dan sebagian besar dari padatan tersuspensi dengan waktu tinggal sekitar 3-6 hari. Bila padatan tersuspensi dari aliran keluar harus lebih kecil dari
50 mg/l, maka diperlukan sebuah laguna pengendapan. Sistem laguna seperti di atas mempunyai efisiensi pengurangan zat organik yang tidak kalah bila dibandingkan dengan proses lumpur aktif. Disamping itu, sistem laguna mempunyai 50 mg/l, maka diperlukan sebuah laguna pengendapan. Sistem laguna seperti di atas mempunyai efisiensi pengurangan zat organik yang tidak kalah bila dibandingkan dengan proses lumpur aktif. Disamping itu, sistem laguna mempunyai
5.3.2.3 Saringan Percik ( Trickling Filters) Saringan percik merupakan sistem biologis unggun-terjejal ( packed bed ) yang terdiri dari
tumpukan batu atau bahan yang terbuat dari plastik. Bahan tersebut dikenal dengan nama medium penunjang ( support medium ) yaitu penunjang pertumbuhan lapisan mikroorganisme ( biofilm ) di permukaannya. Mikroorganisme yang tumbuh adalah jenis aerobik.
Cara kerja proses ini adalah sebagai berikut : ketika air limbah melewati tumpukan media, zat organik mengalami dekomposisi oleh mikroorganisme yang hidup dalam biofilm dengan bantuan oksigen yang terdifusi melalui lapisan tersebut. Gas karbon oksida yang terbentuk kemudian dilepaskan keluar lapisan, ilustrasi sederhana dari proses tersebut diperlihatkan gambar 5.5.
Air limbah biofilm organik
udara oksigen
medium
karbondioksida
produk akhir
Gambar 5.5 Skema Sederhana Proses yang Terjadi di dalam Suatu Saringan Percik
Tinggi unggun yang banyak digunakan bergantung pada jenis media; untuk media batu, tinggi yang umum adalah 1 hingga 3 m, dengan ukuran media antara 6-10 cm. Penggunaan media batu mulai ditinggalkan dan diganti dengan bahan yang terbuat dari plastik, karena media
plastik dapat ditumpukkan hingga ketinggian 13 m dan dapat beroperasi dengan laju 4 gal/ft 2 menit. Hal ini disebabkan hilang tekan ( pressure drop ) dari bahan plastik lebih rendah
dibandingkan dengan media batu. Saringan percik tidak dapat mengurangi kandungan BOD lebih dari 85% secara ekonomis. Walaupun demikian, sistem ini lebih mudah dan murah untuk dioperasikan dengan dibandingkan dengan media batu. Saringan percik tidak dapat mengurangi kandungan BOD lebih dari 85% secara ekonomis. Walaupun demikian, sistem ini lebih mudah dan murah untuk dioperasikan dengan
Waste water
recycle effluent
Trickling Filter
effluent
Clarifier
Rock or plastic packing
sludge
Gambar 5.6 Sistem Saringan Percik
5.3.2.4 Kontaktor Biologis Putar ( Rotary Biological Cantactors )
Kontaktor biologis putar atau dikenal dengan nama RBC terdiri dari sejumlah piringan ( discs ) yang dipasang pada poros yang berputar, seperti pada gambar 5.7. Sekitar 40% dari volumenya terndam dalam tangki yang berisi air limbah. Piringan adalah tempat bertumbuhnya lapisan mikroorganisme (bio-film), dengan ketebalan lapisan antara 1 hingga 4 mm.
Proses yang terjadi pada sistem ini adalah sebagai berikut : ketika piringan berputar dan keluar dari air limbah, piringan membawa sejumlah air limbah untuk berkontak dengan udara, sehingga mikroorganisme dapat mengoksidasi zat organik yang terlarut. Ketika piringan kembali tercelup dalam air, gaya gesekan mengeluarkan kelebihan biomassa yang kemudian akan ditampung pada tangki pengendap di hilir aliran.
Plastic-disc
Rotating biological
media
contactor
Waste water Treated effluent
Gambar 5.7 Kontaktor Biologis Putar yang Dioperasikan Secara Seri
Piringan-piringan yang dipakai umumnya terbuat dari polietilen densitas tinggi ( high
2 density polyethylene 3 ) dengan luas permukaan sekitar 37 ft /ft . Suatu unit kontaktor biologis putar dapt berukuran hingga diameter 4 m dan panjang 8 m dengan luas permukaan 10.000 m 2
dengan jumlah piringan mencapai ratusan. Suatu sistem kontaktor biologis biasanya terdiri dari 2-4 unit dipasang seri. Kinetika pengurangan BOD akan lebih baik bila dilaksanakan secara bertahap. Kelebihan utama dari sistem ini dibandingkan dengan proses lumpur aktif adalah energi yang diperlukan relatif rendah, sehingga ongkos operasinya lebih murah.
5.4 Pengolahan Air limbah Secara Anaerob
Proses pengolahan air limbah secara anaerob dipandang oleh banyak ahli (Speece, 1996; Lettinga dkk, 1997) sebagai metoda-inti teknologi EPRP ( Environmental Protection and Resource Preservation ) dan merupakan teknologi berkelanjutan ( Sustainable Technology ). Kelebihan konsep pengolahan air limbah secara anaerobik dibandingkan dengan metoda konvensional aerob adalah sebagai berikut :
proses berlangsung stabil, mengurangi biaya penangaan lumpur yang terbentuk, mengurangi biaya kebutuhan nitrogen dan fosfor, mengurangi kebutuhan luas lahan untuk instalasi, menghemat energi, mengurangi pencemaran udara off-gas, menghindari terjadinya busa untuk limbah yang mengandung surfaktan, mendegradasi zat organik yang tidak dapat diolah secara aerob, mengurangi tingkat toksisitas dari senyawa organik-terklorinasi, memungkinkan pengolahan limbah dari senyawa yang bersifat musiman.
Kelebihan-kelebihan tersebut diterangkan lebih lanjut pada Speece (1996). Walaupun memiliki kelebihan-kelebihan, sistem anaerob memiliki pula beberapa kelemahan. Sebagai contoh, ada beberapa keadaan yang tidak cocok untuk proses anaerob yaitu diantaranya : apabila temperatur
limbah relatif rendah (< 20 o C), limbah memiliki kandungan organik yang relatif rendah, limbah tidak memiliki alkalinitas yang mencukupi atau baku mutu BOD untuk keluaran sangat rendah
(< 20 mg/L). Keuntungan lain prose anaerobik dibandingkan proses aerobik dapat dilihat pada tabel 5.9.
Tabel 5.9 Perbandingan Neraca Karbon dan Energi antara Proses Aerobik dan Anaerobik
Neraca
Proses Aerobik
Proses Anaerobik
Karbon 50% diubah menjadi biomassa dan 50% 95% diubah menjadi biogas dan 5%
menjadi CO 2 menjadi biomassa
Energi 60% disimpan dalam jumlah besar pada sel Hampir 90% energi dalam zat organik baru yang terbentuk dan 40% hilang sebagai diperoleh kembali dalam biogas, 5-7 % panas
digunakan untuk pertumbuhan sel dan 2-5 % dibuang sebagai panas
(Sumber : Sahm, 1984)
Penggunaan pengolahan air limbah secara anaerobik lebih lanjut pada masa mendatang akan semakin meluas, hal ini sebagian disebabkan oleh penerapan teknologi reaktor anaerobik yang makin baik dan penggunaan bioreaktor berkecepatan tinggi ( high-rate bioreactor ) merupakan kunci suskses dari proses anaerob. Penerapan teknologi anaerob dalam mengolah air limbah, pada saat ini telah atau akan mencakup :
hampir semua jenis air limbah industri : larut atau sebagian larut; konsentrasi tinggi atau rendah; kompleks atau sederhana,
limbah domestik, baik skala kecil maupun besar, limbah agroindustri.
Contoh-contoh industri skala nyata yang telah menggunakan proses aerob : etanol, gula, bir, asam sitrat, selulosa, industri makanan, enzim, pengolahan ikan, pengolahan daging, pemotongan hewan, pengolahan susu, farmasi, kelapa sawit, pengolahan karet, pati, pengalengan sayuran/buah-buahan, ragi, kertas dan pulp dan lain-lain.
Proses anaerob dapat diintegrasikan dengan proses biologis ( aerob ), fisika atau kimia. Perkembangan tersebut diperlukan untuk memenuhi baku mutu lingkungan yang makin ketat, meningkatkan efisisensi sistem dan untuk pengambilan kembali ( recover ) produk yang bermanfaat.
Pada proses anaerobik, mikroorganisme akan tumbuh dan berkembang dengan mengubah zat organik air limbah menjadi gas metana dan CO 2 tanpa kehadiran oksigen. Proses anaerobik umumnya digunakan untuk mengolah air limbah dangan BOD diatas 4000 mg/l.
5.4.1 Biokimia dan Mikrobiologi Proses Anaerobik
Degradasi zat organik pada proses anaerobik merupakan proses mikroba yang rumit. Degradasi zat organik terdiri dari beberapa reaksi berurutan yang saling tergantung dan paralel. Proses tersebut melibatkan berbagai macam mikroorganisme dan menghasilkan rantai makan mikroba pada 3 grup trofik yang berbeda (gambar 5.8) yang terdiri dari : mikroorganisme hidrolitik, mikroorganisme asidogenesa, mikroorganisme metanogenesa.
1. Grup trofik 1 : Mikrorganisme Hidrolitik (MH) Zat organik kompleks tidak dapat digunkaan langsung sebagai substrat oleh sel untuk pertumbuhan dan pembentukan produk tanpa melewati proses hidrolisa. Pada proses hidrolisa zat organik kompleks akan terhidrolisa menjadi produk terlarut dan diubah menjadi molekul yang lebih kecil yaitu senyawa orgnaik yang sederhana agar dapat melewati membran sel. Mikrorganisme yang berfungsi menghidrolisa bahan-bahan organik kompleks (karbohidrat, protein, dan lipid) menjadi molekul organik sederhana (format, etanol, asetat,
laktat, propionate, butirat) dan CO 2 serta gas H 2 disebut Mikroorganisme Hidrolitik (MH). Reaksi fermentasi terpenting dari MH, Mikroorganisme Asidogenesa (MA) dan Mikroorganisme Metanogenesa (MM) disajikan pada tabel 5.10.
2. Grup trofik 2 : Mikroorganisme Asidogenesa (MA) Zat organik sederhana produk dari hasil hidrolisa digunakan sebagai sumber karbon dan energi oleh mikroorganisme untuk melangsungkan proses asidogenesa. Mikroorganisme yang berperan dalam proses asidogenesa disebut Mikroorganisme Asidogenesa (MA). Produk akhir dari proses asidogenesa adalah asam volatil rantai pendek seperti asam asetat,
format, bikarbonat dan H 2 .
3. Grup trofik 3 : Mikroorganisme Metanogenesa (MM) Mikroorganisme metanogenesa adalah grup trofik akhir yang terpenting dalam sistem anaerobik. MM tak dapat menggunakan hasil fermentasi grup trofik 1 yang mempunyai atom karbon lebih dari 2 atom untuk pertumbuhannya maupun untuk produksi metana. MM
menggunakan sumber energi sederhana seperti: asetat, CO 2 dan H 2 atau format untuk menghasilkan metana.
Sebagian besar MM dalam sistem anaerobik memerlukan substrat khusus untuk pertumbuhannya dan dapat dikelompokkan ke dalam:
a. Aceticlastic methanogens yang menggunakan asam asetat sebagai substratnya membentuk metana.
b. Hydrogen utilizing bacteria (bakteri pengguna H 2 ) yang dapat sebagian mengoksidasi alcohol seperti etanol atau isopropanol menjadi asam asetat dan aseton. Asetat yang dihasilkan kemudian digunakan untuk membentuk metana (Widel dan Wolfe, 1986).
Tabel 5.10 Reaksi Fermentasi Sistem Anaerobik (Tanpa kehadiran Sulfat dan Nitrat)
H r Reaksi Total :
Reaktan
Produk
-403,6 Reaksi Parsial :
C 6 H 12 O 6 +3H 2 O
Mikroorganisme Hidrolilitik (MH)
6 H 12 O 6 +2H 2 O
2 etanol + HCO +2H -225,4
C 6 H 12 O 6 2 laktat +2H -198,1