II -

1

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Limbah Berdasarkan UU RI No.23 Tahun 1997, limbah adalah sisa suatu usaha atau

kegiatan. Limbah merupakan buangan dalam bentuk zat cair yang mengandung

bahan berbahaya dan beracun yang karena sifat dan konsentrasinya atau jumlahnya,

baik secara langsung maupun tidak langsung, dapat mencemari atau merusak

lingkungan hidup, dan membahayakan lingkungan hidup, kesehatan, kelangsungan

hidup manusia serta makhluk hidup lain. Hampir semua kegiatan manusia akan

menghasilkan limbah cair ini, termasuk kegiatan industrialisasi.

Air limbah adalah sisa air yang digunakan dalam industri atau rumah tangga

yang dapat mengandung zat tersuspensi dan zat terlarut. Air limbah adalah air yang

dikeluarkan oleh industri akibat proses produksi dan pada umumnya sulit diolah

karena biasanya mengandung beberapa zat seperti : pelarut organik zat padat

terlarut, suspended solid, minyak dan logam berat (Metcalf & Eddy, 1991).

Limbah dibagi menjadi dua, yaitu :

1. Limbah Ekonomis, yaitu limbah yang dapat dijadikan produk sekunder untuk

produk lain dan atau mengurangi pembelian bahan baku.

2. Limbah Non-Ekonomis, yaitu limbah yang dapat menimbulkan pencemaran

lingkungan.

Air limbah yang bersifat non-ekonomis tidak diharapkan dari segi estetika

maupun sifatnya yang merugikan, terutama karena begitu besarnya kandungan

mikroorganisme yang menyebabkan penyakit, serta kandungan bahan-bahan lain

yang dapat menyebabkan terjadinya pencemaran lingkungan. Air limbah di daerah

iklim panas dapat segera kehilangan kadar oksigen terlarutnya dan segera berubah

menjadi septik. Hal ini disebabkan iklim panas merupakan iklim yang optimum bagi

pertumbuhan sebagian besar mikroorganisme yang memanfaatkan kadar oksigen

terlarut dalam air limbah untuk proses degradasi senyawa-senyawa organik. Air

limbah yang septik akan mempunyai bau yang sangat menusuk dan biasanya berasal

dari H2S (hidrogen sulfida).

II -

2

2.1.1 Sumber Limbah Cair Ditinjau dari sumber penghasilnya, air limbah dapat dibagi menjadi 3, yaitu:

a. Air Limbah Domestik

Sumber utama air limbah rumah tangga dari masyarakat berasal dari

perumahan dan daerah perdagangan, daerah perkantoran, daerah fasilitas

rekreasi. Buangan manusia sendiri terdiri dari tinja (faeces), urine, dan air

penggelontor. Menurut Duncan Mara, 1976, air limbah daerah tropis

memiliki harga BOD antara 400-700 mg/L.

Karakteristik air limbah yang berasal dari perumahaan, menurut

Winnerberger, 1969 dapat dibedakan menjadi 4 tipe, yaitu :

1. Grey water : Air cucian yang berasal dari dapur, kamar mandi,

laundry, dan lain-lain tanpa faeces dan urin

2. Black water : Air yang berasal dari pembilasan toilet (faeces

dan urin dengan pembilasan/penyiraman

3. Yellow water : Urin yang berasal dari pemisahan toilet dan

urinals (dengan atau tanpa air untuk pembilasan).

4. Brown water : Blackwater tanpa urin atau yellow water

b. Air Limbah Non-Domestik (Air Limbah Industri)

Air limbah industri merupakan air bekas pemakaian yang berasal

dari daerah bukan pemukiman seperti wilayah industri, rumah sakit,

laboratorium dan lain sebagainya. Air limbah industri berasal dari proses

dan operasi industri tersebut.

Jumlah aliran air limbah yang berasal dari industri sangat bervariasi

tergantung dari jenis dan besar kecilnya industri, pengawasan pada proses

industri, derajat penggunaan air, serta derajat pengolahan air limbah di

industri yang bersangkutan. Untuk memperkirakan jumlah air limbah yang

dihasilkan oleh industri yang tidak menggunakan proses basah diperkirakan

sekitar 50 m3/ha/hari. Sebagai patokan dapat dipergunakan pertimbangan

85-95% dari jumlah air yang dipergunakan adalah berupa air limbah apabila

industri tersebut tidak menggunakan kembali air limbah. Namun jika

sebagian air limbah dimanfaatkan kembali, maka jumlah yang dibuang akan

lebih kecil lagi.

II -

3

c. Air Limbah Tambahan dan Rembesan

Air limbah tambahan merupakan air hujan yang melimpah dari

saluran pengering atau saluran air hujan. Air limbah ini disebabkan oleh air

hujan yang masuk melebihi daya tampung saluran sehingga limpahan air

hujan akan digabung dengan saluran air limbah. Hal ini akan menjadi faktor

tambahan yang sangat besar. Sehingga perlu diketahui curah hujan yang ada

sehingga banyaknya air yang akan ditampung melalui saluran air hujan atau

saluran pengering dan saluran air limbah dapat diperhitungkan (Sugiharto,

1987, dari Madyanova, 2005).

Selain air hujan yang menjadi limpahan, air hujan juga ada yang

menguap, diserap oleh tumbuh-tumbuhan dan ada pula yang terinfiltrasi ke

dalam tanah dan kemudian menjadi air tanah. Air limbah rembesan

merupakan air tanah yang menyusup ke saluran air limbah melalui

sambungan-sambungan pipa atau melalui celah-celah yang ada karena

kerusakan pipa saluran. Hal ini disebabkan oleh permukaan air tanah

bertemu dengan saluran air limbah.

2.1.2 Komposisi Air Limbah Berdasarkan komposisi dan jenis zat tersuspensi yang terkandung di

dalamnya, terdapat perbedaan antara air limbah domestik dengan air limbah yang

berasal dari industri. Pencemar pada air limbah domestik dominan berupa bahan

organik bersifat organobiologis. Air limbah domestik mengandung sebagian besar

padatan tersuspensi baik berukuran besar, sedang maupun kecil (faeces, sisa

makanan), partikel koloid maupun terlarut (urine), senyawa kimia (sabun dan

detergen), minyak dan lemak.

Karakteristik air limbah domestik dapat bervariasi sesuai dengan kondisi

lokal daerah, waktu aktivitas (jam ke hari, hari ke minggu, musim), tipe penyaluran

(pemisahan yang lainnya atau kombinasi penyaluran dimana termasuk semburan

air), kebiasan, budaya dan gaya hidup masyarakat.

Sedangkan pencemar yang terkandung dalam air limbah industri didominasi

oleh bahan anorganik dan bersifat fisika-kimiawi terutama logam berat dan

diantaranya tergolong B3. Jenis pencemar dan karakteristik air limbah yang berasal

dari industri sangat bervariasi tergantung dari jenis dan besar kecilnya industri,

II -

4

jenis bahan baku primer dan sekunder yang dipakai dalam proses, pengawasan

pada proses industri, derajat penggunaan air dan derajat pengolahan air limbah yang

ada.

Selain berbeda dalam komposisi zat tersuspensinya, prosentase kandungan

zat tersebut juga berbeda antara limbah yang berasal dari domestik (limbah rumah

tangga) dengan limbah industri. Tabel 2.1 berikut memperlihatkan perbedaan

konsentrasi beberapa parameter utama dalam pencemaran air antara limbah

domestik dengan limbah industri.

Tabel 2.1 Perbedaan Karakteristik Limbah Cair Domestik dan Industri

Parameter Limbah Cair Domestik Limbah Cair Industri

BOD 100 300 mg/l 0 - > 50000 mg/l

COD 160- 500 mg/l 0 - >100000 mg/l

Total Solid (Padatan Total) 200 1000 mg/l 0 - >100000 mg/l

Suspended Solid (Padatan Tersuspensi) 100 500 mg/l 0 - >50000 mg/l

Dissolved Solid (padatan Terlarut) 100 500 mg/l 0 - >50000 mg/l

Nitrogen Total 5 86 mg/l 0 - >5000 mg/l

Phosphor Total 2 10 mg/l 0 - >200 mg/l

Logam Berat 0 0 - >2000 mg/l

Minyak dan Lemak 0 40 mg/l 0 - >15000 mg/l

Sumber : Wisjnuprapto, 2007.

Bahan-bahan yang terkandung dalam air limbah dapat dikelompokkan

seperti terlihat pada gambar 2.1 berikut (Mara, 1976).

Gambar 2.1 Skema pengelompokan bahan yang terkandung di dalam air limbah

Air Limbah

Air (99,9%) Padatan(0,01%)

Organik(70%)

Anorganik (30%)

Karbohidrat(25%)

Lemak(10%)

Protein (65%) Garam Logam Pasir

II -

5

Fraksi organik terdiri dari protein, karbohidrat dan lemak. Senyawa-

senyawa ini, terutama protein dan karbohidrat, merupakan suatu substrat yang baik

bagi pertumbuhan bakteri.

2.2 Air Limbah Rumah Pemotongan Hewan dan Industri Tahu 2.2.1 Gambaran Perlunya Pengolahan Limbah RPH

Limbah RPH pada umumnya tidak membahayakan secara langsung pada

kesehatan manusia karena tidak terlibat langsung dalam perpindahan penyakit,

tetapi kandungan bahan organiknya yang tinggi dapat menjadi sumber makanan

untuk pertumbuhan mikroba. Hal ini dapat mereduksi kandungan O2 terlarut dalam

air. Secara normal, air mengandung kira-kira 8 ppm O2 terlarut dan standar

minimum untuk kehidupan ikan adalah 5 ppm, dan di bawah standar ini akan

menyebabkan kematian ikan dan biota air lainnya.

Bila O2 terlarut dalam air habis sama sekali karena kadar bahan organik

yang tinggi, maka akan timbul bau busuk (karena kondisi air menjadi anaerob) dan

warna air menjadi gelap. Bila protein yang terdapat dalam air mengandung sulfur

atau kandungan sulfat alamiah dari air tinggi, maka akan dihasilkan gas H2S yang

menimbulkan bau yang tidak diinginkan.

Sebagai upaya menghindari polusi air ini, dibutuhkan suatu standar untuk

buangan industri yang akan bervariasi tergantung pada tempat pembuangan efluen,

tingkat pengenceran dalam badan air penerima, dan apakah fasilitas kota tersedia

untuk penampungan dan penanganan air buangan tersebut. Setidaknya diperlukan

penyaringan bahan-bahan padat dan penghilangan lemak sebelum limbah dibuang

ke badan air penerima. Apabila tidak tersedia fasilitas pengolahan limbah kota,

maka Rumah Pemotongan Hewan tersebut harus menyediakan sendiri sistem

penanganan dan pembuangan limbahnya.

RPH yang ada, terutama yang berskala industri rumah tangga, pada

umumnya tidak memiliki sarana pengolahan limbah yang memadai. Hal ini bisa

berdampak pada menurunnya kualitas lingkungan. Selain itu dapat menghasilkan

bau yang tidak diinginkan dan pencemaran pada perairan bila pembuangan limbah

dilakukan secara sembarangan tanpa ada pengolahan terlebih dahulu. Limbah

utama RPH berasal dari penyembelihan, penghilangan bulu, penanganan isi perut,

pemotongan bagian-bagian yang tidak berguna, dan pekerjaan membersihkan

II -

6

daging. Limbah tersebut mengandung darah, lemak, padatan organik dan

anorganik. Kandungan COD dan konsentrasi padatan dalam efluen RPH akan

tergantung pada pengawasan terhadap air yang digunakan, pemisahan limbah, dan

manajemen RPH dalam mengelola limbahnya.

Indikator polutan lain yang bisa dilihat dari limbah RPH adalah warnanya

yang merah dan coklat gelap. Hal ini bisa mengakibatkan protes masyarakat sekitar

karena mengganggu pemandangan dan nilai estetika bagi pihak yang ingin

memanfaatkan badan air tersebut. Kegiatan RPH yang dapat memberikan dampak

terhadap kualitas lingkungan sekitarnya dapat dilihat pada tabel 2.2 berikut :

Tabel 2.2 Sumber Dampak Kegiatan RPH terhadap Lingkungan

Sumber Limbah Asal Bentuk fisik

Limbah Padat

- Kotoran/tinja

- Kotoran perut

- Sisa daging, lemak, dan

lain-lain

Kandang hewan

Pembersihan isi perut

Pembersihan daging

Gumpalan

Limbah Cair

- Pemotongan hewan

- Pembersihan

Rumah Pemotongan

Hewan (RPH)

Darah

Darah campur air

Pencemaran Udara

- Bau

Kandang hewan

Gas

Sumber : Rumah Pemotongan Hewan Dago Bengkok, Bandung

2.2.2 Proses Terbentuknya Limbah RPH Sumber utama air limbah RPH adalah penampungan hewan (kandang) dan

ruang pemotongan hewan. Konsentrasi bahan buangan RPH tergantung dari

pengaturan dan konstruksi RPH tersebut untuk mencegah masuknya kotoran dari

proses pemotongan ke dalam saluran pembuangan limbah.

Sumber air limbah yang pertama yaitu kandang hewan. Pada umumnya di

RPH Dago Bengkok kandang hewan berupa kandang terbuka berlantai tanah kotor,

ada juga yang sudah tertutup dan berlantai beton. Bagian dari kandang ini terdiri

dari kotoran cair dan padat yang dibuang dari kandang pada waktu pembersihan

atau pada saat hujan turun (jika kandang tebuka). Volume dan kadar buangan

inipun bervariasi. Buangan utama yang dihasilkan RPH yaitu berasal dari

II -

7

pemotongan, pembersihan bulu hewan dan bagian dalam, pemotongan daging, dan

pencucian. Dari proses-proses ini ruang pemotongan biasanya menghasilkan

buangan terbanyak. Sebagian besar terdiri dari darah. Buangan berwarna merah-

kecoklatan, kadar BOD tinggi, dan mengandung zat tersuspensi. Selain darah juga

mengandung campuran bulu dan kotoran hewan.

Air limbah yang lain berasal dari tempat hewan dikuliti dan dari

pembersihan bagian dalam. Kotoran perut dan cairannya dibuang atau digunakan

sebagai pupuk, sedangkan caiaran serta air pemcuci masuk ke saluran pembuangan.

Buangan ini mengandung kotoran, lemak, daging, dan bulu. Secara skematis proses

pemotongan hewan dan proses terbentuknya limbah dari RPH ini dapat dilihat pada

gambar 2.2.

Gambar 2.2 Skema proses pemotongan hewan

2.2.3 Karakteristik Air Limbah RPH RPH menghasilkan limbah dalam bentuk padatan dan cairan yang berasal

dari proses pemotongan dan pembersihan daging hewan yang dipotong. Secara

spesifik limbah dalam bentuk cair berupa darah dari proses pemotongan dan

pembersihan yang bercampur dengan air untuk pembersihannya.

Efluen dari RPH mengandung air limbah dengan konsentrasi sedang sampai

tinggi. Efluen ini mengandung organik terlarut (45%) dan tersuspensi (55%).

Kebanyakan organik dihasilkan dari darah dan kotoran. Komposisi dan besarnya

aliran umumnya tergantung dari jumlah hewan yang dipotong. (Manjunath et.al,

Ayam hidup

Penyembelihan Perebusan Pencabutan Bulu

Ayam mati bebas bulu siap

dipasarkan

Darah AyamAir Air bekas rebusan

Air bekas pembersihan

Limbah padat

II -

8

2000). Mengenai karakteristik air limbah RPH telah dilakukan penelitian oleh

Manjunath di India, yaitu seperti terlihat pada tabel 2.3 berikut :

Tabel 2.3 Karakteristik Air Limbah RPH

Parameter konsentrasi

pH 6,5 7,3

Suspended Solid 300 2300 mg/l

BOD5 600 3900 mg/l

Lemak 125 400 mg/l

TKN (Total Kjeldahl Nitrogen) 90 150 mg/l

Phosphat 8 15 mg/l

COD 1100 7200 mg/l

Sumber : Manjunath et.al, 2000

2.2.4 Limbah Industri Tahu Limbah tahu adalah limbah yang dihasilkan dalam proses pembuatan tahu

maupun pada saat pencucian kedelei. Limbah yang dihasilkan berupa limbah padat

dan cair. Limbah padat belum dirasakan dampaknya terhadap lingkungan karena

dapat dimanfaatkan untuk makanan ternak, tetapi limbah cair akan mengakibatkan

bau busuk dan bila dibuang langsung ke sungai akan menyebabkan tercemarnya

sungai tersebut. Setiap 1 kwintal kedele akan menghasilkan limbah 1,5 - 2 m3 air

limbah.

Limbah cair pada industri tahu ini berasal dari proses-proses yang terlibat

dalam pembuatan tahu, mulai dari proses awal yaitu pencucian kedele, sampai tahu

yang telah jadi. Gambar 2.3 berikut ini memperlihatkan proses pembuatan tahu.

Gambar 2.3 Proses pembuatan tahu secara konvensional

II -

9

Mula-mula kedelai yang telah dicuci bersih direndam dalam air bersih

selama 8 jam supaya kedelai mengembang. Kemudian kedelai ditumbuk atau

digiling dengan ditambahkan air hangat sedikit demi sedikit sampai berbentuk

bubur. Bubur kedelai tersebut dimasak pada tungku dengan suhu 70 80C, yang

ditandai dengan terbentuknya gelembung-gelembung kecil, sambil terus diaduk

supaya tidak mengental. Kemudian saring bubur kedelai tersebut, tambahkan batu

tahu atau Kalsium sulfat (CaSO4) sebanyak 1 gram atau 3 ml asam cuka untuk 1

liter sari kedelai, dan biarkan supaya mengendap. Terakhir, cetak dan pres endapan

tersebut, diamkan sampai agak mengeras selama kurang lebih 15 menit, kemudian

potong-potong tahu tersebut, dan siap dipasarkan.

Secara sistematis, proses-proses yang terdapat dalam pembuatan tahu

dapat dilihat pada gambar 2.4 berikut.

Gambar 2.4 Skema proses pembuatan tahu

II -

10

Dari berbagai tahapan proses pembuatan tahu tersebut akan dihasilkan

limbah yang berpotensi mengakibatkan pencemaran bagi lingkungan, karena pada

umumnya limbah tersebut memiliki kandungan bahan organik yang tinggi. Limbah

yang dihasilkan dari proses pembuatan tahu antara lain :

Air dari proses perendaman dan pencucian kedelai

Sisa air tahu yang tidak menggumpal

Potongan tahu yang hancur pada saat proses karena kurang sempurnanya

proses penggumpalan

Air sisa perebusan tahu dengan kunyit dan garam (apabila diproduksi juga

tahu kuning)

Limbah tahu keruh dan berwarna kuning muda keabu-abuan dan bila

dibiarkan akan berwarna hitam dan berbau busuk

Limbah cair yang dihasilkan dari proses pembuatan tahu tersebut

mengandung padatan tersuspensi maupun terlarut, yang akan mengalami perubahan

fisika, kimia, dan hayati dan menghasilkan zat beracun atau menciptakan media

untuk tumbuhnya kuman dimana kuman ini dapat berupa kuman penyakit atau

kuman lainnya yang merugikan baik pada tahu sendiri ataupun tubuh manusia. Bila

dibiarkan dalam air limbah akan berubah warnanya menjadi coklat kehitaman dan

berbau busuk. Bau busuk ini akan mengakibatkan sakit pernapasan. Apabila air

limbah ini merembes ke dalam tanah yang dekat dengan sumur maka air sumur itu

tidak dapat dimanfaatkan lagi. Apabila limbah ini dialirkan ke sungai maka akan

mencemari sungai dan bila masih digunakan maka akan menimbulkan penyakit

gatal, diare, dan penyakit lainnya.

Pada tahun 2000 dan 2001 pernah dilakukan pemeriksaan air buangan dari

industri tahu dengan mengambil sampel industri tahu dari dua tempat, yaitu Industri

Tahu Tauhid Lembang (2001) dan Industri Tahu Cibuntu (2000, 2001). Hasil

pemeriksaan air buangan kedua industri tahu tersebut bila dibandingkan dengan

baku mutu dapat dilihat pada tabel 2.4 berikut.

II -

11

Tabel 2.4 Hasil Pemeriksaan Air Buangan Industri Tahu

Parameter Satuan Kualitas Air Buangan Industri Tahu

Tauhid Cibuntu Gol. Baku

Mutu tahun '01 tahun '00 tahun '01 A B

pH - 5.3 4.5 - 5 3.61 6.0 - 9.0 Temperatur C 78 36 60 38 40 Daya Hantar Listrik mhos >1000 19390 5320 - - Oksigen Terlarut (DO) mg/l 2.3 - - - - Warna Pt-Co 15000 - - - - TSS mg/l 950 2319.6 148 200 400 TDS mg/l 46338 13468 13050 2000 4000Kekeruhan NTU 136.5 190 - - - COD mg/l 1000 400 118000 100 300 BOD mg/l 3231 3786.21 - 50 150 NTK mg/l 616.352 - 565.6 - - N - Ammonium mg/l 112.064 - 44.8 1 5 N - Organik mg/l 504.288 - 520.8 - - Nitrat mg/l - 2.269 12.16 20 30 Nitrit mg/l - 1.753 0 1 3

Zat Organik mg/l

KmnO4 - - 3370.67 - - Sumber :Katharina Oginawati, 2006

Dari hasil pemeriksaan di atas, parameter-parameter air buangan industri tahu

yang melewati baku mutu untuk golongan B adalah sebagai berikut :

1. Temperatur

2. TSS

3. TDS

4. COD

5. BOD

6. N-Amonium

2.3 Pengolahan Air Limbah Definisi treatment atau pengolahan adalah pemisahan padatan dan

stabilisasi polutan. Maksud dari stabilisasi adalah mendegradasi materi organik

sampai pada suatu titik dimana reaksi kimia dan biologis tidak berlangsung lagi.

Treatment juga bisa berarti menghilangkan racun atau substansi yang berbahaya

(misalnya logam berat atau phospor) yang bisa menghentikan siklus biologis yang

berkelanjutan, meskipun telah terjadi stabilisasi materi organik (Sasse, 1992). Pada

II -

12

umumnya bahan pencemar yang menjadi perhatian utama adalah bahan-bahan

organik yang larut dan tidak terlarut, berbentuk senyawa nitrogen, fosfor, dan

materi inert tidak terlarut.

Berdasarkan proses yang berlangsung, pengolahan air limbah dapat dibagi

menjadi tiga macam, yaitu pengolahan secara kimia, fisika, dan secara proses

biologi.

1. Pengolahan limbah secara fisika

Merupakan proses pengolahan limbah tanpa adanya reaksi kimia atau

biologi. Setiap tahap dari proses fisika melibatkan tahapan pemisahan

materi tersuspensi dari fase fluidanya.

2. Pengolahan limbah secara kimia

Merupakan proses pengolahan limbah yang memanfaatkan reaksi-reaksi

kimia untuk mentransformasi limbah berbahaya menjadi tidak berbahaya.

Berbagai bentuk pengolahan misalnya seperti : netralisasi, koagulasi-

flokulasi, oksidasi dan reduksi, penukaran ion, khlorinasi.

3. Pengolahan limbah secara biologi

Merupakan proses pengolahan limbah dengan memanfaatkan aktivitas

mikroorganisme, terutama bakteri, untuk mendegradasi polutan-polutan

yang terdapat dalam air limbah.

Limbah yang berasal dari domestik pada umumnya mengandung bahan

organik dengan konsentrasi tinggi, sehingga pada umumnya pengolahannya

menggunakan proses biologi. Sedangkan air limbah dari industri bersifat lebih

kompleks, dengan kandungan bahan kimia yang lebih beragam. Sehingga proses

pengolahan yang diperlukan lebih rumit dan melibatkan berbagai proses (baik

kimia, fisika, maupun biologi).

II -

13

2.3.1 Pengolahan secara Biologi

Merupakan metoda pengolahan yang menggunakan aktivitas biologi dalam

penyisihan bahan-bahan pencemar. Pengolahan air buangan secara biologi

didasarkan pada penggunaan substansi-substansi pencemar air sebagai nutrien oleh

campuran populasi mikroorganisme. Mekanisme ini berlangsung secara alamiah

dalam badan-badan air yang sehat, seperti danau dan sungai, sebagai proses

purifikasi.

Tujuan dari pengolahan air buangan secara biologi sendiri adalah untuk

menstabilisasi materi organik terlarut serta mengkoagulasi dan menyisihkan

padatan koloid (Metcalf dan Eddy, 1991). Mekanisme pengolahan biologi adalah

mencampurkan air buangan dengan populasi pekat mikroorganisme, dan

membiarkannya berkontak selama waktu tertentu yang cukup bagi mikroorganisme

tersebut untuk menguraikan dan menyisihkan bahan-bahan pencemar, sampai

mencapai tingkat pengolahan yang diinginkan.

Kehadiran mikroorganisme sangat mutlak dalam pengolahan biologi.

Pengolahan ini memanfaatkan kemampuan mikroorganisme mengubah bahan

koloid dan materi organik karbon terlarut menjadi berbagai jenis gas-gas dan sel-sel

baru. Akibat berat spesifik mikroorganisme yang sedikit lebih besar daripada berat

spesifik air, sel-sel baru dapat diendapkan secara gravitasi dan kemudian disisihkan.

Dengan demikian efisiensi pengolahan biologi tergantung dari kondisi lingkungan

yang diterapkan bagi kehidupan mikroorganisme. Untuk setiap jenis air limbah,

proses pengolahan biologi merupakan kegiatan kontrol terhadap lingkungan yang

diperlukan untuk pertumbuhan optimum mikroorganisme terkait.

Pengolahan limbah secara biologi ini dapat diklasifikasikan berdasarkan tiga

macam kriteria, yaitu :

- Pendekatan lingkungan proses

- Bentuk transformasi yang dilakukan

- Konfigurasi reaktor

II -

14

2.3.2 Pendekatan Lingkungan Proses

Klasifikasi berdasarkan lingkungan proses ditinjau dari ketersediaan

oksigen dalam lingkungan tempat hidup mikroorganisme. Terdapat lima kondisi

ketersediaan oksigen dalam lingkungan, yaitu :

1. Proses Aerob

Merupakan lingkungan dimana oksigen terlarut berada dalam jumlah yang

cukup, sehingga oksigen bukan merupakan faktor pembatas pertumbuhan

dan oksigen berfungsi mutlak sebagai terminal akseptor elektron.

2. Proses Anaerob

Merupakan lingkungan dimana oksigen berada dalam jumlah yang

kurang, sehingga merupakan faktor pembatas bagi pertumbuhan

mikroorganisme. Dalam hal ini yang berperan sebagai akseptor elektron

adalah oksigen dalam bentuk yang tidak bebas (senyawa O2), misal NO2-,

NO33, SO42-.

3. Proses Anoksik

Merupakan proses yang memakai senyawa inorganik teroksidasi sebagai

akseptor elektron. Oksidasi amonia dan nitrit menjadi nitrat terjadi pada

kondisi anoksik (tanpa oksigen) dilakukan oleh bakteri nitrifikasi.

4. Kombinasi proses aerob, anaerob, dan anoksik

5. Sistem kolam atau pond

2.3.3 Bentuk Transformasi yang Dilakukan

Dalam proses pengolahan limbah secara biologi, ada tiga mekanisme dasar

yang terjadi untuk menguraikan senyawa-senyawa polutan yang ada, yaitu

penyisihan bahan organik terlarut, stabilisasi bahan organik tak terlarut, dan

konversi bahan anorganik terlarut.

II -

15

1. Penyisihan bahan organik terlarut

Merupakan proses biologi yang utama dalam pengolahan air limbah.

Dalam tahap ini, bahan terlarut bertindak sebagai sumber makanan bagi

mikroorganisme. Sehingga bahan organik terlarut akan dikonversi

menjadi bahan organik tak terlarut yang kemudian dapat disisihkan

dengan cara pengendapan.

2. Stabilisasi bahan organik tak terlarut

Merupakan proses untuk menstabilkan bahan organik tak terlarut hasil

proses sebelumnya, menjadi solid atau padatan yang bersifat anorganik

dan tidak akan terdegradasi lagi. Tahap ini biasanya digunakan untuk

pengolahan lumpur biologi.

3. Konversi bahan anorganik terlarut

Dalam tahap ini terjadi oksidasi biologi pada bahan-bahan anorganik

terlarut menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana. Misal konversi

NH4 menjadi nitrat dan nitrit dalam kondisi aerob.

2.3.4 Konfigurasi Reaktor

Dalam hal kofigurasi reaktor, proses pengolahan secara biologi masih dibagi

berdasarkan tiga kriteria, yaitu :

1. Berdasarkan Macam Pertumbuhan Mikroorganisme

Terdapat tiga macam jenis media pertumbuhan bagi mikroorganisme,

antara lain :

a. Suspended growth atau pertumbuhan tersuspensi, mikroorganisme

berada pada keadaan tersuspensi dalam air limbah seperti pada reaktor

lumpur aktif atau kolam oksidasi.

b. Attached growth atau pertumbuhan terlekat, mikroorganisme tumbuh

terlekat pada media pendukung yang berada di dalam air limbah.

Media pendukung ini dapat berupa media pendukung yang bergerak

II -

16

(rotating biological contactor, fluidized bed, rotortogue), diam

(trickling filter,baffled reactor), terendam (fluidized bed) maupun

tidak terendam (trickling filter).

c. Kombinasi dari suspended dan attached growth

2. Berdasarkan Kondisi Aliran dalam Reaktor

Terdapat dua jenis pola aliran dalam reaktor pertumbuhan

mikroorganisme, yaitu :

a. CSTR (Completely Stirred Tank Reactor), disebut juga sistem

tercampur sempurna. Dalam reaktor tipe CSTR ini, baik konsentrasi

mikroorganisme maupun konsentrasi substrat terlarut akan sama di

setiap titik.

b. PFR (Plug Flow Reactor), disebut juga sistem aliran sumbat. Dalam

reaktor tipe ini, konsentrasi substrat dan mikroorganisme berkurang

dari influen ke efluen tetapi konsentrasi di penampang melintangnya

adalah sama.

3. Berdasarkan Cara Pengumpanan (feeding)

Terdapat tiga macam cara pemberian umpan untuk sebuah reaktor, yaitu :

a. Sistem kontinu dimana pemberian umpan dilakukan secara terus

menerus.

b. Sistem batch (curah) dimana pemberian umpan dilakukan hanya

sekali, yaitu pada saat awal sebelum reaktor dioperasikan.

c. Sistem semi batch dimana pemberian umpan dilakukan sesekali.

2.4 Proses Anaerob Proses anaerob merupakan proses pengolahan air limbah yang

memanfaatkan aktivitas pertumbuhan mikroorganisme yang berkontak dengan air

II -

17

buangan, sehingga mikroorganisme tersebut dapat menggunakan pencemar-

pencemar yang ada sebagai bahan makanan dalam kondisi lingkungan tanpa

keberadaan oksigen (Qasim, 1985, dari Madyanova, 2005). Sejak tahun 1980-an

proses pengolahan anaerobik telah mengalami berbagai macam perkembangan.

Jadi secara umum, proses pengolahan biologi memanfaatkan metabolisme

mikroba, yang menggunakan pencemar-pencemar sebagai substrat (sumber energi

dan karbon) untuk pertumbuhan, dan konstruksi selnya. Tabel 2.5 berikut ini

menunjukkan klasifikasi mikroba berdasarkan sumber energi dan karbonnya :

Tabel 2.5 Klasifikasi Umum Mikroorganisme Berdasarkan Sumber Energi dan

Karbon

Klasifikasi Sumber energi Sumber karbon

Autotrofik

Fotoautotrofik

Kemoautotrofik

Cahaya

Reaksi redoks anorganik

CO2

CO2

Heterotrofik

Kemoheterotrofik

Fotoheterotrofik

Reaksi redoks organik

Cahaya

Karbon Organik

Karbon Organik

Sumber: Metcalf & Eddy, 1991

Dari tabel 2.5 dapat diketahui bahwa mikroba yang berperan paling besar

pada penyisihan materi organik (oksidasi) adalah kemoheterotrof, karena

mikroorganisme tersebut menggunakan materi organik sebagai sumber energi dan

karbonnya. Yang termasuk kelompok mikroorganisme kemoheterotrof adalah

protozoa, jamur dan kebanyakan bakteri (Metcalf dan Eddy, 1991).

2.4.1 Tahapan Proses Pengolahan Biologi secara Anaerob

Pada dasarnya ada dua tingkat temperatur pengoperasian untuk proses

anaerob secara konvensional, yaitu :

Mesophilic yang memiliki suhu optimum sekitar 37-41C atau pada

temperatur ambien antara 20-45C dengan memanfaatkan bakteri

mesophilic.

II -

18

Thermophilic yang memiliki suhu optimum sekitar 50-52C atau pada

temperatur tinggi di atas 70C dengan memanfaatkan bakteri thermophilic.

Waktu tinggal (detensi) dalam reaktor anaerob bervariasi, tergantung jumlah

substrat, jenis substrat, dan temperatur dalam reaktor. Pengolahan secara

mesophilic memiliki waktu detensi antara 15 sampai 30 hari. Sedangkan untuk

tahap thermophilic, proses bisa berlangsung kebih cepat, yaitu hanya sekitar 2

minggu. Proses thermophilic lebih mahal dibandingkan mesophilic, selain itu juga

memerlukan energi yang lebih besar, dan kurang stabil. Oleh karena itulah, proses

pengolahan secara anaerob pada umumnya terjadi pada tingkat mesophilic.

Proses pengolahan materi organik secara biologi anaerob sampai

menghasilkan senyawa-senyawa kimia sederhana, melibatkan sejumlah bakteri yang

dapat dikelompokkan menjadi tiga macam, yaitu :

1. Kelompok pertama terdiri dari bakteri fermentasi

Bakteri ini berperan dalam proses hidrolisis dan asidogenesis. Proses ini

melibatkan peran ekso-enzim untuk menghidrolisis materi-materi polimer,

seperti protein, lemak, dan karbohidrat menjadi senyawa-senyawa organik

yang lebih sederhana. Bentuk yang lebih sederhana ini memungkinkan

senyawa senyawa tersebut masuk ke dalam sel dan melakukan proses

oksidasi-reduksi sehingga menghasilkan asam-asam volatil, karbondioksida,

dan hidrogen.

2. Kelompok kedua terdiri dari bakteri asetogenik

Bakteri asetogenik bertugas memecah produk yang dihasilkan pada tahap

asidifikasi untuk membentuk asetat, hidrogen, dan karbondioksida.

3. Kelompok ketiga terdiri dari bakteri metanogenik

Bakteri ini berperan dalam konversi asetat atau karbondioksida dan

hidrogen menjadi gas metan. Dalam proses pengolahan secara anaerob,

substrat metanogenik lain seperti methanol, karbonmonoksida, dan

metilamine tidak banyak diperlukan.

II -

19

Tahapan-tahapan proses anaerob oleh ketiga kelompok bakteri tersebut dapat

dilihat pada gambar 2.5 berikut (Shuler dan Kargi, 1992) :

Organik tidak terlarut

Hidrolisis enzimatik kondisi asam

Organik terlarut

Bakteri pembentuk asam

Asam Volatil + Alkohol + H2 + CO2

Metanogen

CH4 + CO2 + H2S

Gambar 2.5 Tahap Utama Pengolahan Anaerob

Toerien et al. (1970), dari Madyanova, 2005, membagi proses biokimia

anaerobik menjadi empat fase yang terdiri dari hidrolisa, asidogenesa, asetogenesa,

dan metanogenesa.

a. Hidrolisa

Merupakan tahap pemutusan rantai atau pemecahan molekul bahan organik

kompleks yang panjang menjadi lebih pendek sehingga terbentuk bahan organik

yang lebih sederhana. Bahan organik sebagai sumber nutrien diserap dari

substrat atau dalam hal ini adalah limbah cair. Pemutusan rantai bertujuan agar

bahan organik tersebut lebih mudah diserap dan dicerna oleh bakteri dalam

metabolismenya. Menurut Gaudy dan Lim (1980) serta Horan (1990), senyawa

organik yang akan dikonsumsi mengalami pelarutan dan reduksi ukuran

molekul untuk memudahkan transpor melalui membran sel. Proses ini didukung

oleh enzim-enzim ekstraseluler yang dihasilkan mikroorganisme sebagai

katalisator. Contohnya adalah pemecahan karbohidrat, lemak dan protein

menjadi molekul-mulekul gula, peptida dan asam amino. Molekul hasil

hidrolisa akan dimanfaatkan mikroorganisme sebagai sumber karbon dan

energi.

II -

20

b. Asidogenesa

Pada tahapan ini terjadi penguraian lebih lanjut dari sebagian materi-

materi organik hasil proses hidrolisa menjadi senyawa-senyawa alkohol dan

asam-asam volatil seperti metanol, etanol, asam butirat, formiat, propionat dan

lain-lain. Proses ini dilakukan oleh bakteri-bakteri pembentuk asam yang

bersifat fakultatif. Asam-asam yang terbentuk akan menurunkan pH sehingga

diperlukan kontrol pH agar tidak menghambat pertumbuhan bakteri pembentuk

metan yang membutuhkan pH optimal 6,5-8.

c. Asetogenesa

Asam-asam volatil, alkohol dan sebagian materi-materi organik hasil

proses hidrolisa diubah menjadi asam asetat, asam formiat, H2 dan CO2.

Tahapan ini penting untuk menghindarkan akumulasi asam lemak volatil yang

menghambat terjadinya tahapan metanogenesa. Gas H2 dihasilkan oleh bakteri

penghasil hidrogen melalui proses hidrogenesa. Bakteri jenis ini dapat

menghasilkan asam tetapi tidak semua bakteri penghasil asam dapat

menghasilkan gas H2. Oleh karena itu bakteri jenis ini dimasukkan kedalam

jenis bakteri penghasil asam. Bila gas H2 tidak terbentuk maka fase

nonmetanogen menghasilkan sedikit penurunan COD karena tidak semua

elektron yang lepas dalam oksidasi senyawa organik diterima akseptor organik

dalam media. Sedangkan bila gas H2 terbentuk penurunan COD akan lebih

signifikan.

d. Metanogenesa

Merupakan tahap terakhir proses anaerob dimana terbentuk metan (CH4)

dan CO2 sebagai produk akhir. Asam asetat diubah menjadi CH4 dan CO2 dan

kemudian CO2 direduksi menjadi CH4. Keberadaan asam asetat merupakan

prekursor dari terbentuknya gas metan (CH4) di dalam reaktor. Persamaan

umum reaksi yang terjadi menurut Droste (1997), adalah sebagai berikut :

CH3COOH CH4 + CO2

Bakteri yang bekerja pada tahap ini adalah bakteri pembentuk metan.

Metcalf dan Eddy (1991) menyatakan bahwa bakteri ini hanya dapat

menggunakan substrat yang terbatas dalam pembentukan metan. Substrat-

II -

21

substrat tersebut adalah CO2 + H2, asam format, asam asetat, metanol,

metilamina dan CO2.

Sedangkan reaksi lengkapnya menurut Metcalf dan Eddy (1991), adalah

sebagai berikut :

4H2 + CO2 CH4 +2H2O

4HCOOH CH4 + 3CO2 + 2H2O

CH3COOH CH4 + CO2

4CH3OH 3CH4 + CO2 + 2H2O

4(CH3) 3N + H2O 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3

Kecepatan metabolisme bakteri pembentuk metan lebih kecil daripada

bakteri pembentuk asam, sehingga produksi metan merupakan tahap rate-

limiting (reaksi pembatas) dalam penguraian anaerob. Bakteri pembentuk metan

juga lebih sensitif terhadap lingkungan dibandingkan bakteri pembentuk asam

sehingga kondisi lingkungan perlu terus dikontrol.

Faktor-faktor lingkungan yang perlu diperhatikan pada tahap

metanogenesa ini adalah :

Tidak ada oksigen.

pH optimal 6,5-8. Aktivitas mikroorganisme pembentuk metan akan

berkurang drastis apabila pH berada diluar batasan tersebut

(Droste,1997). Maka bila pH pada tahapan asidogenesa terlalu rendah

akan diperlukan buffer untuk menaikkan pH. Penambahan buffer untuk

menaikkan alkalinitas dapat berupa penambahan NaHCO3-.

Alkalinitas 1000-5000 mg/L

Konsentrasi asam-asam volatil < 250 mg/L

Temperatur kurang lebih 37 oC.

Perbandingan C/N = 23-30

Ketersediaan nutrien yang cukup.

Tidak adanya inhibitor seperti logam-logam berat.

Tabel 2.6 berikut memperlihatkan rentang beberapa parameter yang

merupakan kondisi pengoperasian ideal untuk proses fermentasi (Andrews and

Graef, 1970).

II -

22

Tabel 2.6 Rentang pengoperasian ideal untuk proses fermentasi metan.

Parameter Optimum Ekstrim

Temperatur (C) 30 35 25 40

pH 6,6 7,6 6,2 8

Alkalinitas (mg/L CaCO3) 2000 3000 1000 5000

Asam volatil (mg/L asam asetat) 50 500 2000

Sumber : Andrews and Graef, 1970

Sedangkan substansi-substansi yang dapat menghambat terjadinya proses

fermentasi secara sempurna dapat dilihat pada tabel 2.7 (Andrews and Graef, 1970).

Tabel 2.7 Konsentrasi substansi-substansi penghambat proses fermentasi

Substansi Menghambat sedang

(mg/L)

Menghambat kuat

(mg/L)

Sodium 3500 5500 8000

Potasium 2500 4500 12000

Kalsium 2500 4500 8000

Magnesium 1000 1500 3000

Sulfida 100 200 >200

Sumber : Andrews and Graef, 1970

Keempat fasa dekomposisi secara anaerob dapat dilihat pada gambar 2.6.

4% H2

28%

24%

Organik kompleks 76% Asam organik

Lebih kompleks CH4

52%

20% 72%

CH3COOH

Tahap 1; Tahap 2: Tahap 3:

Hidrolisis & fermentasi Asetogenesa dan Fermentasi metan

Dehidrogenesa

Gambar 2.6 Diagram Skematik Pola Penguraian Karbon Secara Anaerobik

Sumber : Metcalf dan Eddy, 1991.

II -

23

Indikator yang menunjukkan bahwa suatu proses anaerob mengalami

ketidakseimbangan dapat dilihat pada tabel 2.8.

Tabel 2.8 Indikator-indikator proses anaerob yang mengalami

ketidakseimbangan

Parameter yang mengalami

peningkatan

Parameter yang mengalami

penurunan

Konsentrasi asam-asam volatil pH

Total produksi gas

Persentase gas-gas CO Stabilisasi air limbah

Sumber : Andrews and Graef, 1970

2.4.2 Perbandingan Proses Pengolahan secara Anaerob dengan Aerob

Proses pengolahan buangan secara anaerob mempunyai beberapa

keuntungan penting dibandingkan dengan proses pengolahan biologi secara aerob.

Keuntungan-keuntungan tersebut antara lain (letingga dkk, 1979, dari Madyanova,

2005):

1. Mampu mengolah buangan dengan beban organik yang tinggi, karena

proses tidak dibatasi oleh kemampuan transfer oksigen pada tingkat

konsumsi oksigen yang tinggi.

2. Produksi kelebihan lumpur (biomassa) yang terstabilisasi rendah,

sehingga kebutuhan lahan untuk pembuangan lumpur juga menurun.

Lumpur yang dihasilkan dari proses pengolahan secara anaerob hanya

sekitar 20% dari pengolahan secara aerob.

3. Lumpur mempunyai karakteristik yang baik, sehingga memiliki nilai

fungsional sebagai pupuk yang nilai per unit berat kira kira sama dengan

lumpur yang diproduksi oleh proses aerobik.

4. Kebutuhan akan nutrien sedikit, berarti juga kebutuhan akan nitrogen dan

fosfor berkurang.

5. Tidak diperlukan aerasi, sehingga biaya dan energi yang diperlukan untuk

aerasi dapat dihindari. Dalam proses pengolahan secara aerob, untuk

setiap 1 kg penyisihan COD diperlukan energi sebesar 0,5 0,75 kwh.

6. Terbentuknya produk akhir yang berguna yaitu metan. Untuk produksi

gas, Droste, 1997 menyatakan bahwa komposisi normal biogas hasil

II -

24

proses anaerobik terdiri dari 60-70% gas metan dan 30-40% gas

karbondioksida. Terdapat juga gas hidrogen, hidrogen sulfida, uap air,

amonia dan gas lain dalam jumlah yang relatif kecil.

7. Tidak sensitif terhadap senyawa beracun.

Adapun kelemahan proses pengolahan secara anaerob adalah :

1. Diperlukan waktu 8-12 minggu untuk memulai proses ini (Lettinga et al.,

1979, dari Madyanova, 2005).

2. Temperatur cukup tinggi dibutuhkan untuk mepertahankan aktivitas

mikroba pada tingkat yang layak.

3. Stabilisasi organik tidak selesai (dibandingkan dengan aerobik) pada

waktu pengolahan yang ekonomis.

Agar proses pengolahan secara anaerob lebih efisien, ada beberapa hal yang

harus diperhatikan antara lain :

1. Tersedia cukup nutrien, seperti N dan P, dan mikronutrien terutama Fe, Co,

Ni, dan lain-lain.

2. Hindari terdapatnya udara atau oksigen yang berlebih dalam reaktor.

3. Pada influen harus dijaga agar tidak terdapat zat toksik atau zat-zat lain

yang bersifat sebagai inhibitor.

4. Kondisi pH sekitar 6,8 7,2.

5. Adanya alkalinitas yang cukup

6. Kandungan asam-asam volatil dalam reaktor tidak boleh terlalu tinggi.

7. Temperatur sekitar 30-38C (pada range mesophilic).

Pengolahan limbah dengan menggunakan proses biologi secara anaerob ini

sesuai untuk melakukan pengolahan limbah industri dengan karakteristik dan jenis

tertentu yang berasal dari industri-industri sebagai berikut :

1. Limbah dari proses produksi alkohol

2. Pabrik bir dan anggur

3. Pabrik gula

4. Limbah dari industri yang banyak mengandung kanji dan zat tepung,

(seperti jagung, kentang, tapioka, gandum, dan proses pemberian kanji pada

industri tekstil)

II -

25

5. Pabrik makanan

6. Industri Pulp and Paper

7. Rumah Pemotongan Hewan

8. Industri Petrokimia

2.5 Anaerobic Baffled Reactor Anaerobic Baffled Reactor (ABR) atau dikenal juga dengan Anaerobic

Baffled Septic Tank (ABST) adalah salah satu reaktor hasil modifikasi septic tank

dengan penambahan sekat-sekat. Teknologi ini telah digunakan dan dikembangkan

oleh Bachman dkk (1985) untuk mengolah limbah cair sintetik dengan kategori

kuat (COD 8000 mg/l) sampai sedang.

Sistem ABR sangat efisien untuk mengolah air buangan sintetis yang relatif

kurang kuat (low-strength synthetic wastewater), (Manariotis et al.,2002; Wanasen,

2003), air buangan dari rumah penjagalan hewan (Polprasert et al., 1992; Wanasen,

2003), dan air buangan domestik atau perkotaan (Tosonis et.al, 1994; Orozco et al.,

1997; Wanasen, 2003). ABR juga cocok untuk mengolah air buangan yang

memiliki kandungan zat tersuspensi tidak terendapkan yang tinggi dan rasio

BOD/COD yang rendah, seperti limbah dari kegiatan industri (Wanasen, 2003).

ABR merupakan bioreaktor anaerob yang memiliki kompartemen-

kompartemen yang dibatasi oleh sekat-sekat vertikal. ABR mampu mengolah

berbagai macam jenis influen. Umumnya sebuah ABR terdiri dari kompartemen-

kompartemen yang tersusun seri. Rangkaian kompartemen pada ABR secara seri

memiliki keuntungan dalam membantu mengolah substansi yang sulit didegradasi

(Sasse, 1998). Aliran limbah cair diarahkan menuju ke bagian bawah sekat

(Wanasen, 2003) oleh susunan seri sekat tergantung maupun tegak dan juga

tekanan dari influen sehingga air limbah dapat mengalir dari inlet menuju outlet.

Bagian bawah sekat tergantung dibengkokkan 45o untuk mengarahkan

aliran air dan mengurangi channelling atau aliran pendek. Bagian downflow lebih

sempit dibanding upflow untuk mencegah akumulasi mikroorganisme. Dalam aliran

ke atas, aliran melewati sludge blanket, sehingga limbah dapat kontak dengan

mikroorganisme aktif. Arah aliran limbah dalam sebuah reaktor ABR dapat dilihat

pada gambar 2.7 berikut :

II -

26

Gambar 2.7 Anaerobic Baffled Reactor dengan 4 penyekat

Akibat karakteristik aliran dalam reaktor ABR dan gas yang dihasilkan dari

tiap-tiap kompartemen tersebut, mikroorganisme di dalam reaktor akan naik secara

perlahan dan kemudian membentuk lapisan (selimut) lumpur yang melayang, tetapi

bergerak secara horizontal turun ke bagian bawah reaktor dengan laju yang relatif

lambat sehingga meningkatkan waktu tinggal sel (Cell Retention Time) atau CRT

lebih dari 100 hari pada waktu detensi hidraulik (HRT) 20 jam (Grobicki amd

Stuckey, 1991). Hal ini juga akan memisahkan waktu retensi hidrolik (HRT)

dengan waktu detensi solid (SRT). Oleh karena itu, konsentrasi mikroorganisme

yang tinggi dan penyisihan COD yang baik dapat tercapai. Waktu retensi hidrolik

yang singkat cukup bagus untuk pengolahan limbah cair berkekuatan rendah. HRT

yang terlalu lama akan dapat menyebabkan kelaparan mikroorganisme pada

kompartemen terakhir (Orozco, 1988).

Sebuah unit ABR dengan 3 ruang reaktor, bersama dengan modifikasi fisik,

menyediakan sludge retention time (SRT) yang lebih lama dan kinerja yang lebih

baik daripada reaktor yang memiliki 2 ruang. Analisis selanjutnya mengatakan

bahwa selain menghilangkan solid, 3 ruang reaktor juga lebih efisien dalam

mengkonversikan solid yang terperangkap ke dalam bentuk metan (Barber and

Stuckey, 1999).

ABR memiliki banyak variasi kompartemen (2-11 kompartemen).

Umumnya ABR memiliki 4 kompartemen yang dirangkai secara seri.

Kompartemen terakhir dapat ditambahkan filter di bagian atas unit, dengan maksud

untuk menyisihkan partikel padatan yang masih ada. Sebuah settler dapat

II -

27

diletakkan di akhir unit instalasi, untuk mengendapkan partikel-partikel padatan

yang masih ada (Sasse,1998). Gambar 2.8 berikut ini memperlihatkan sebuah

reaktor ABR yang memiliki 3 penyekat (terdiri dari 4 kompartemen) :

Gambar 2.8 Anaerobic Baffled Reactor dengan 3 penyekat

Salah satu penelitian di Durban Institute of Technology Afrika Selatan

menyatakan bahwa sekat-sekat pada ABR mengatur jalannya aliran dan menahan

sejumlah lumpur (biomassa) berkonsentrasi tinggi pada kompartemen-

kompartemen yang dibentuk oleh sekat-sekat tersebut. Aliran air yang melewati

kompartemen tersebut secara bertahap menyebabkan meningkatnya konsentrasi

biomassa. Melalui beberapa prosedur yang dipakai seperti Scanning Electron

Microscopy (SEM), Fluorescent Insitu Hybridisation (FISH) dan DNA sequencing

diketahui bahwa biomassa tersebut dapat beradaptasi secara optimal dengan kondisi

reaksi yang spesifik dalam kompartemen. Komunitas biomassa ini juga

menunjukkan kekebalan terhadap zat-zat bersifat toksik dan juga tahan dari organic

shock loading. Selain itu dengan melakukan kulturisasi patogen, penelitian diatas

juga memberikan hasil deaktivasi indikator patogen pada komunitas biomassa

ABR. Secara umum, penambahan sekat-sekat pada ABR akan meningkatkan

efisiensi pengolahan karena dapat memperpanjang waktu detensi (waktu kontak

antara air limbah dengan konsentrasi massa bakteri).

2.5.1 Prinsip Kerja ABR ABR merupakan rektor biologi atau bioreaktor biakan kontinu dimana

suplai medium pertumbuhan masuk secara kontinu dan produk yang keluar juga

kontinu. Laju alir cairan menuju reaktor sama dengan laju alir cairan keluar dari

II -

28

reaktor. Konsekuensinya, ABR mempunyai volume atau level reaktor yang

konstan.

ABR merupakan unit pengolahan yang menggunakan prinsip kerja dari

beberapa unit pengolahan. Prinsip kerja yang digunakan adalah kombinasi dari

prinsip kerja septic tank, fluidised bed reactor dan UASB (Upflow Anaerobic

Sludge Blanket Reactor). Pengoperasian dan pemeliharaannya juga relatif mudah.

Letak perbedaan ABR dengan UASB adalah lapisan lumpur di ABR tidak

diflotasikan, hanya diendapkan di bagian bawah unit. ABR juga tidak

membutuhkan media granular khusus untuk operasi. Selain itu ABR juga tidak

memiliki keterbatasan sistem seperti UASB terutama ekspansi sludge bed yang

minimal (Manariotis et. al, 2002).

ABR menggabungkan proses-proses sedimentasi dengan penguraian lumpur

secara parsial dalam kompartemen yang sama, walaupun pada dasarnya hanya

merupakan suatu kolam sedimentasi tanpa bagian-bagian yang bergerak atau

penambahan bahan-bahan kimia. Proses yang terjadi di dalam ruang pertama ABR

adalah proses pengendapan dan pada ruang-ruang berikutnya terjadi proses

penguraian akibat air limbah kontak dengan mikroorganisme.

Operasi ABR merupakan operasi reaktor kontinu tanpa resirkulasi (sejalan).

Setiap kali reaktor dimulai, kondisi operasi dan proses dijaga agar selalu konstan.

Hal ini dapat dicapai dengan memberikan aliran masuk berupa limbah cair secara

konstan dan dengan menjaga kondisi proses stabil. Hasilnya dalam outflow yang

berupa produk biologi atau kimia diperoleh komposisi yang konstan.

Hal yang perlu mendapat perhatian dalam pengoperasian ABR adalah

distribusi aliran masuk secara merata dan juga kontak antara substrat yang baru

masuk dan yang telah ada di dalam reaktor. Distribusi aliran masuk secara merata

dapat dicapai dengan menggunakan kompartemen pendek yang panjangnya

II -

29

dalam beberapa kombinasi prinsip anaerobik proses, yang terdiri dari 3 langkah

dasar yaitu hidrolisis, asidogenesis dan metanogenesis.

2.5.2 Kelebihan dan Kekurangan ABR Menurut Grobicki dan Stuckey (1989) bioreaktor yang efisien harus

memiliki waktu tinggal biomassa yang lama dan terjadi pencampuran yang merata

untuk menjamin terjadinya kontak yang baik antara sel dan substratnya. ABR dapat

memenuhi faktor ini. Mikroorganisme di dalam reaktor cenderung terangkat dan

terendapkan kembali akibat terbentuknya gas selama proses. Mikroorganisme

tersebut akan bergerak secara perlahan ke arah horizontal dan dengan demikian, air

limbah akan bersentuhan dengan biomassa aktif berjumlah besar dalam waktu

tinggal yang cukup pada saat melewati reaktor. Mikroorganisme yang tumbuh di

setiap kompartemen berbeda-beda tergantung kondisi lingkungan yang

mempengaruhi dan materi yang didegradasi sehingga materi organik dalam setiap

kompartemen juga bervariasi (Bell, 1997). Populasi yang bermacam-macam ini

meningkatkan ketahanan ABR terhadap berbagai variasi beban influen, temperatur

serta pH.

Keuntungan yang paling signifikan dari sebuah reaktor ABR adalah

kemampuannya untuk memisahkan antara proses asidogenesis dan metanogenesis

secara longitudinal di bagian bawah reaktor, sehingga memungkinkan tersedianya

kondisi pertumbuhan yang sesuai untuk masing-masing kelompok mikroorganisme

yang berbeda.

Disamping itu konstruksi reaktor ini murah dan sederhana, tidak ada bagian

yang bergerak atau pencampuran secara mekanik sehingga kehilangan bakteri

didalam reaktor sangat kecil dan aliran keluar relatif bebas dari padatan biomassa.

Hidrodinamika dan tingkat pencampuran yang terjadi dalam reaktor mempengaruhi

kontak antara substrat dengan mikroorganisme sehingga mengkontrol transfer masa

dan performansi reaktor.

Sebuah ABR mudah untuk dibangun dan tidak mahal karena tidak ada

bagian yang bergerak atau mesin pencampur (mechanical mixing device)

(Polprasert et al., 1992). Desain ABR dapat memisahkan asidogenesis dan

metanogenesis sehingga keuntungan yang didapat signifikan. Reaktor berlaku

seperti sistem dua fase tanpa ada kontrol masalah dan biaya yang tinggi. Selain itu

II -

30

karena HRT dan SRT terpisah maka volume limbah yang akan diolah lebih besar

dibandingkan reaktor tercampur seperti CSTR dimana HRT = SRT. Karena

mikroorganisme tidak tercampur merata dalam reaktor maka konsentrasi

mikroorganisme yang terbawa keluar di efluen relatif sedikit.

Boopathy et.al (1988), disadur dari Madyanova, 2005, menemukan bahwa

ABR menunjukkan kestabilan kinerjanya. Disamping itu pengurangan resiko

clogging dan ekspansi sludge bed akibat adanya kehilangan mikroorganisme juga

cukup stabil. Hasil observasi menyatakan efisiensi penyisihan COD mencapai

sampai dengan 90 %, dan kecepatan produksi metan mencapai 4 volume/day/unit

volume dari reaktor.

Menurut Sasse, 1998, kinerja ABR dalam penyisihan COD adalah sekitar

65-90 % sedangkan untuk penyisihan BOD adalah sekitar 70-95 %. Proses maturasi

harus diperhatikan pada 3 bulan pertama. Lumpur harus dibersihkan dalam jangka

waktu yang teratur, hampir sama halnya dengan pembersihan lumpur pada tangki

septik. Tetapi lumpur tetap harus ada yang ditinggalkan dalam reaktor, agar

efisiensi unit instalasi terus meningkat. Dan perlu diperhatikan, bahwa jumlah

lumpur pada kompartemen dibagian awal unit ABR lebih banyak daripada di

kompartemen akhir.

Secara ringkas, keuntungan ABR dibandingkan sistem pengolahan limbah

cair lainnya menurut Barber dan Stuckey (1999) adalah sebagai berikut :

a. Konstruksi

Desain simpel.

Tidak ada bagian bergerak.

Tidak ada pencampuran mekanik.

Pembuatan tidak mahal.

Resiko penyumbatan kecil.

Resiko ekspansi sludge bed kecil.

Biaya operasi rendah.

b. Biomassa

Waktu retensi solid tinggi tanpa perlu memberikan media atau ruang

pengendapan untuk mikroorganisme menempel.

Waktu pembentukan lumpur lama dan lumpur yang terbentuk juga

sedikit.

II -

31

Umur lumpur lebih lama sehingga pembuangan lumpur dilakukan lebih

jarang.

Tidak memerlukan mikroorganisme dengan kemampuan pengendapan

tertentu.

c. Operasi

Waktu retensi hidrolik rendah.

Memungkinkan untuk operasi secara intermiten (untuk limbah cair

musiman)

Stabil terhadap shock loading hidrolik dan organik.

Perlindungan terhadap material toksik di influen.

Waktu operasi yang lama tanpa pembuangan lumpur.

Berfungsi efektif dalam rentang debit dan jumlah beban influen yang

cukup luas.

Struktur ABR yang sederhana memungkinkan untuk diubah desainnya

tergantung dari karakteristik limbah cair yang akan diolah. Desain hibrid dapat

dilakukan untuk meningkatkan performansi reaktor terhadap limbah cair spesifik

(Barber dan Stuckey, 1999).

Yang dan Chou (1985) mengemukakan beberapa kelebihan bioreaktor

berpenyekat anaerobik dibandingkan dengan biorektor jenis lain yaitu :

a. Sederhana dalam pengoperasian

Waktu start-up yang lebih singkat jika dibandingkan dengan biorektor

filter anaerobik.

Tidak mudah tersumbat jika dibandingkan dengan UASB dan rektor

fluidisasi.

Tidak memerlukan daur ulang lumpur aktif.

Tidak terjadi penggumpalan lumpur seperti pada reaktor unggun

fluidisasi.

b. Konstruksi sederhana

Tidak memerlukan media penyaring seperti filter anaerobik.

Tidak memerlukan pengadukan seperti pada reaktor ideal berpengaduk.

Sedangkan menurut Sasse (1998), ABR merupakan bioreaktor yang

sederhana dan mudah dioperasikan serta shock loading hidrolik dan organik hanya

II -

32

sedikit berpengaruh terhadap efisiensi pengolahan. Mengingat berbagai kelebihan-

kelebihan biorektor berpenyekat ini dibandingkan dengan rektor-rekator lain maka

penggunaan biorektor ini dalam pengolahan air buangan perlu dikembangkan.

Akan tetapi ABR juga mempunyai kelemahan-kelemahan seperti kurang

dalam mempertahankan kecepatan upflow gas dan cairan. ABR juga sulit untuk

mempertahankan distribusi merata influen (Tilche dan Vieira, 1991). Selain itu,

belum banyak penelitian mengenai penggunaan ABR untuk mengolah limbah cair

yang dihasilkan dari industri. Sehingga perlu lebih banyak penelitian sebelum dapat

dipastikan bahwa teknologi ABR merupakan salah satu alternatif dalam pengolahan

limbah cair dari industri rumah tangga bagi negara berkembang seperti Indonesia.

Beberapa hasil penelitian penggunaan bioreaktor berpenyekat anaerobik dapat

dilihat pada tabel 2.9 di bawah ini.

Tabel 2.9 Hasil Penelitian penggunaan Biorektor berpenyekat untuk

pengolahan berbagai jenis limbah

Laju Pembebanan

(gr COD/L/hari)

Efisiensi Penyisihan

COD ( %)

Referensi

Jenis Limbah

2,5 93 Bachman dkk, 1985 Molase

32 55 Bachman dkk, 1985 Molase

2,5 81 Yang & Chow, 1985 Peternakan babi

3,5 91 Boopathy, 1988 Scotch Whisky

0,95 72 Sri-Anant Wanasen, 2003

Domestik asli

0,027 - 0,0136 88 Wahidah, 2004 Domestik artifisial 0,32 0,98 75,78 87,04 Madyanova, 2005 Grey water dari hotel

0,797 1,219 83,54 87,15 Indiyani, 2005 LAS (detergen)

0,4 0,6 48,46 85,3 Yuniarti, 2007 Limbah RPH dan tahu Sumber : Indiyani, 2005; Wahidah, 2004; Yuniarti, 2005.

2.3.5 Perhitungan Dimensi ABR Dalam perhitungan dimensi, hal yang perlu diperhatikan adalah kecepatan

aliran. Kecepatan aliran Up-flow tidak boleh lebih dari 2 m/jam, hal ini sangat

penting khususnya bila beban hidroliknya tinggi. Beban organik sebaiknya kurang

dari 3 kg COD/m3 x hari. Beban lebih tinggi diperbolehkan seiring kenaikan suhu

dan substrat yang lebih mudah didegradasi (Sasse, 1998).

II -

33

2.3.6 Penanganan Air Efluen dari ABR Pengolahan air limbah dengan sebuah unit ABR pada umumnya tidak dapat

menghilangkan semua mikroorganisme patogen dan zat-zat pencemar lain. Oleh

karena itu pada umumnya ABR digunakan sebagai unit pengolahan sekunder secara

biologi, sehingga masih diperlukan post treatment terhadap efluen dari unit ABR

tersebut. Pada umumnya efluen dari ABR akan dialirkan ke sebuah anaerobic filter

untuk proses pendegradasian dan penyaringan lebih lanjut sehingga didapat hasil

pengolahan limbah yang lebih sempurna. Pada kasus penggunaan ABR untuk

pengolahan air limbah industri tahu dan rumah pemotongan hewan yang berlokasi

di Dago Bengkok ini, pada bagian efluen dari reaktor ABR ditambahkan media

filter berupa batu apung dan batok kelapa. Selanjutnya air efluen dari ABR ini

dialirkan menuju ke reaktor Constructed Wetland. Pembahasan detail mengenai

karakteristik, rancangan, dan proses Constructed Wetland akan dibahas pada

laporan penelitian lain yang dilakukan oleh rekan saya.

2.3.7 Anaerobic Filter Anaerobic filter juga dikenal sebagai fixed bed atau fixed film reactor. Unit

ini melakukan pengolahan untuk padatan yang tidak dapat diendapkan dan padatan

yang terlarut. Prinsip dari Anaerobic Filter adalah melakukan pengolahan untuk

padatan yang tidak dapat diendapkan dan yang terlarut, dengan cara membawa

padatan tersebut untuk kontak dengan massa bakteri aktif (Sasse, 1994). Massa

bakteri aktif membutuhkan makanan sehingga bakteri tersebut mencerna materi

organik yang terdispersi dan terlarut dalam waktu tinggal (retention times) yang

singkat (Sasse, 1998).

Sebagian massa bakteri tersebut bersifat pasif (tidak dapat berpindah secara

aktif) atau immobile. Massa bakteri tersebut cenderung melekat pada media filter

berupa padatan atau pada dinding reaktor. Media filter seperti kerikil, batu-batuan,

bongkahan arang, atau kepingan plastik yang didesain khusus sebagai tempat

bakteri melekat atau mengendap. Sehingga air buangan yang masuk ke dalam

reaktor dapat kontak dengan massa bakteri tersebut secara intensif. Semakin besar

permukaan untuk bakteri tersebut tumbuh, semakin cepat proses pencernaan oleh

bakteri. Filter yang baik, umumnya sebanyak 90-300 m3 luas permukaan per m2

dari daya tampung volume reaktor. Permukaan filter yang kasar menyediakan area

II -

34

yang lebih besar, setidaknya pada fase awal. Selanjutnya bakteri yang tumbuh,

membentuk film, di media filter akan menutup lubang-lubang yang kecil di media

tersebut. Total luas permukaan dari filter tidak terlalu penting dibandingkan dengan

kemampuannya secara fisik untuk menahan partikel padatan (Sasse, 1998). Periode

start-up sebuah reaktor anaerobik filter bervariasi antara 3 sampai 9 bulan,

tergantung pada jenis substrat dan beban organiknya.

Anaerobik filter ini telah banyak diimplementasikan untuk mengolah air

limbah dengan kandungan suspended solid yang rendah, seperti setelah pengolahan

primer yang terjadi dalam tangki septik, dan air limbah yang memiliki kandungan

rasio BOD/COD rendah. Biogas yang dihasilkan dari proses pengolahan dengan

anaerobik filter ini memungkinkan untuk dimanfaatkan lagi jika konsentrasi BOD

pada air limbah mencapai

II -

35

Materi filter yang dapat digunakan antara lain kerikil, batu-batuan,

bongkahan arang, atau kepingan plastik yang didesain khusus sebagai tempat

bakteri melekat atau mengendap. Sehingga air buangan dapat kontak dengan

bakteri aktif secara intensif. Pada penelitian ini materi filter yang dipilih terdiri dari

dua macam, yaitu batu apung dan batok kelapa, dengan pertimbangan ekonomis.

Dari kedua jenis media filter tersebut kemudian dilakukan perbandingan antara

kedua macam reaktor, reaktor dengan media filter manakah yang akan

menghasilkan pengolahan lebih optimum. Diharapkan dengan adanya tambahan

materi-materi filter ini, dapat meningkatkan efisiensi pengolahan ABR sampai

dengan 85 %.

2.3.8 Faktor-faktor Lingkungan Sebagai sebuah reaktor pengolahan biologi yang memanfaatkan aktivitas

mikroorganisme, banyak faktor yang dapat mempengaruhi kinerja reaktor dan agar

tercapai kondisi lingkungan yang optimum untuk mendukung pertumbuhan

mikroorganisme. Diantara faktor-faktor tersebut antara lain :

1. Temperatur

Aktivitas dan pertumbuhan mikroorganisme sangat dipengaruhi oleh

kondisi temperatur di lingkungan (temperatur di luar sel mikroorganisme).

Hal ini disebabkan karena mikroorganisme tidak mempunyai pengaturan

suhu internal. Berdasarkan pengaruh yang ditimbulkan terhadap

pertumbuhan mikroorganisme terdapat tiga jenis temperatur utama yaitu

temperatur maksimum, optimal dan minimum. Pertumbuhan

mikroorganisme meningkat secara eksponensial sejalan dengan kenaikan

temperatur. Pertumbuhan mencapai titik maksimum pada temperatur

optimal dan menurun drastis pada temperatur sedikit diatas temperatur

optimal. Penurunan laju pertumbuhan ini disebabkan oleh rusaknya

komponen sel yang sensitif terhadap panas, misalnya enzim.

Laju pertumbuhan mikroorganisme meningkat 2 sampai 3 kali

tiap kenaikan temperatur 10 oC diantara temperatur minimum dan

maksimum (Metcalf & Eddy, 1991). Sedangkan laju pertumbuhan

mikroorganisme pada temperatur minimum biasanya berjalan lambat. Laju

II -

36

pertumbuhan mikroorganisme berdasarkan kenaikan temperatur dapat

dilihat pada gambar 2.9 (Benefield dan Randall,1980).

Gambar 2.9 Pengaruh temperatur terhadap tingkat pertumbuhan

mikroorganisme

Menurut ORourke, 1968, dari Madyanova, 2005, berdasarkan temperatur

optimal mikroorganisme dibagi menjadi :

Psikofil = mikroorganisme yang tumbuh baik pada temperatur

kurang dari 20 oC.

Mesofil = mikroorganisme yang tumbuh baik pada temperatur

20oC 55 oC.

Termofil = mikroorganisme yang tumbuh baik pada temperatur

diatas 55 oC.

Kisaran optimum untuk pengolahan anaerobik adalah mesofil dan

termofil. Walaupun proses berlangsung lebih cepat pada kisaran termofil,

penambahan panas yang dibutuhkan untuk mempertahankan suhu ini tidak

sebanding secara ekonomi dengan keuntungan yang diperoleh. Karena itu

kebanyakan sistem pengolahan dirancang untuk dioperasikan pada kisaran

temperatur mesofilik ke bawah (McCarty, 1964, dari Madyanova, 2005).

Menurut Eckenfelder, Malina, Gloyna Ford (disadur dari Wahidah,

2004) temperatur optimum untuk pengolahan anaerobik adalah 30-35C

dan 25-45C untuk kondisi ekstrem bakteri metan. Oleh karena itu

temperatur sebaiknya dipertahankan pada 20-30C untuk mendapatkan

Temperatur

Laju pertumbuhan

Temperatur optimal

II -

37

hasil yang ekonomis karena tidak diperlukan tambahan alat pemanas pada

reaktor.

2. Keberadaan Oksigen

Berdasarkan keberadaan Oksigen di lingkungan yang diperlukan

bagi pertumbuhannya, mikroorganisme dapat dibedakan menjadi tiga

kelompok, yaitu :

aerob = mikroorganisme yang membutuhkan oksigen bebas untuk

hidup. Oksigen berfungsi sebagai akseptor elektron pada

sistem transpor elektron untuk menghasilkan energi.

Konsentrasi oksigen dalam lingkungan merupakan faktor

pembatas laju pertumbuhan mikroorganisme.

anaerob = mikroorganisme yang memakai molekul selain oksigen

sebagai akseptor elektron seperti NO3-, SO42- atau CO32-.

fakultatif = mikroorganisme yang memakai oksigen sebagai akseptor

elektron akan tetapi apabila tidak ada oksigen maka

mikroorganisme tersebut dapat memakai molekul selain

oksigen sebagai akseptor elektron.

3. pH

Nilai pH menunjukkan konsentrasi ion H+ dalam lingkungan, sifat

keasaman serta alkalinitas dalam air. Sebagian besar mikroorganisme

mempunyai pH optimum pada kondisi netral (pH 7), pH minimum 5

dan pH maksimum 9.

Menurut Black, 1999, dari Madyanova, 2005, berdasarkan tingkat

toleransi terhadap asiditas dan alkalinitas di lingkungan, mikroorganisme

dapat diklasifikasikan menjadi :

asidofil = mikroorganisme yang tumbuh optimal pada pH 0,1 5,4.

netroofil = mikroorganisme yang tumbuh optimal pada pH 5,4 8,5.

alkalifil = mikroorganisme yang tumbuh optimal pada pH 8,5 11,5.

Untuk tahap pembentukan asam pada proses anaerobik, pH

optimum berkisar sebesar 5,0-6,5 (Malina dan Pohland,1992). Untuk

tahap metanogenesa, kisaran pH adalah antara 6,6 - 7,6 (McCarty,1964,

II -

38

dari Madyanova, 2005). Benefield dan Randall (1980) memberi kisaran

6,0 - 8,5 dan Droste (1997) memberi kisaran 6,0 - 8,0. Bakteri metanogen

merupakan bakteri yang sensitif terhadap pH.

Diatas batas pH tersebut, penguraian tetap berjalan dengan efisiensi

yang berkurang. Sedangkan dibawah batas tersebut, efisiensi akan

menurun sangat cepat. Kondisi asam akan menghambat pertumbuhan

bakteri metanogen. Jika suatu digester ada dalam keadaan setimbang,

bakteri asetogen dan metanogen menggunakan asam-asam produk antara

secepat laju pembentukan asam-asam tersebut. Peningkatan konsentrasi

asam menunjukkan bahwa bakteri pembentuk asam dengan bakteri

pembentuk metan tidak dalam keadaan seimbang (Wahidah, 2004).

Nilai alkalinitas pada dasarnya menyatakan jumlah total asam yang

dapat dinetralkan oleh basa yang ditambahkan ke dalam sistem (Wahidah,

2004). Karena pH dapat mempengaruhi keberhasilan proses anaerobik,

maka perlu ada cukup alkalinitas untuk mengontrol pH pada suatu

lingkungan proses anaerobik.

Dalam suatu proses anaerobik, alkalinitas alamiah dapat diproduksi

dari pemecahan materi organik. Dimana pada pH tipikal sekitar 7,

alkalinitas hadir dalam bentuk bikarbonat. Alkalinitas alami di dalam air

buangan juga terjadi karena adanya hidroksida, karbonat dan bikarbonat

sebagai unsur-unsur seperti : kalsium, magnesium, natrium atau amonium.

Dari kesemua ini, kalsium dan magnesium bikarbonat merupakan bentuk

yang paling banyak ditemui (Chow et al., 1972, dari Wahidah, 2004).

Guna mengantisipasi peningkatan konsentrasi asam volatil terlalu

tinggi, dikehendaki agar nilai alkalinitas bikarbonat berkisar antara 2500

dan 5000 mg/l sebagai buffer. Jika peningkatan konsentrasi asam volatil

terjadi, sehingga terjadi penurunan pH yang serius, alkalinitas bikarbonat

tambahan perlu ditambahkon ke dalam reaktor.

4. Ketersediaan Nutrisi

Nutrisi yang cukup sangat diperlukan oleh mikroorganisme agar

dapat melakukan reproduksi dan fungsi sel lain dengan baik. Menurut

II -

39

Shuler dan Kargi, 1992, nutrien yang dibutuhkan oleh sel mikroorganisme

dapat dikelompokkan menjadi 2 kategori, yaitu :

makronutrien = nutrien yang dibutuhkan mikroorganisme dalam

konsentrasi tinggi yaitu diatas 10-4 M. Makronutrien

terdiri dari karbon, nitrogen, oksigen, hidrogen,

sulphur, phospor, magnesium dan kalium.

mikronutrien = nutrien yang dibutuhkan mikroorganisme dalam

konsentrasi rendah yaitu kurang dari 10-4 M. Contoh

dari mikronutrien adalah Mo2+, Zn2+, Cu2+, Mn2+,

Fe2+, Ca2+, Na+, vitamin, hormon pertumbuhan dan

zat-zat pendahulu metabolisme. Kekurangan trace

element dapat menaikkan waktu fase lag dan

menurunkan laju pertumbuhan spesifik

mikroorganisme.

2.3.9 Pertumbuhan Mikroorganisme pada ABR Pola pertumbuhan mikroorganisme berdasarkan jumlah mikroorganisme

dapat dibagi menjadi beberapa fase seperti dapat dilihat pada gambar 2.10.

Gambar 2.10 Kurva pertumbuhan berdasarkan jumlah mikroorganisme

Waktu

Jumlah mikroorganisme

a b d fc e g

II -

40

a. Lag phase / fase adaptasi

Fase ini merupakan fase awal dimana mikroorganisme

menyesuaikan diri dengan media dan substratnya. Perubahan bentuk dan

pertumbuhan mikroorganisme tidak terlihat nyata. Pada kondisi ini sel

menyerap substrat dalam jumlah yang signifikan, terjadi sintesa enzim-

enzim baru dan mikroorganisme mengalami perbesaran sel.

Mikroorganisme belum memulai replikasi atau perbanyakan sel. Fase ini

dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu terjadinya sedikit perubahan terhadap

massa sel tanpa diikuti oleh perubahan jumlah sel dan peningkatan laju

pertumbuhan menuju karakteristik pertumbuhan fase selanjutnya. Pada

bagian ini sel-sel muda menjadi sangat sensitif terhadap perubahan

lingkungan (Gaudy dan Gaudy, 1981). Waktu yang dibutuhkan

mikroorganisme untuk aklimatisasi terhadap lingkungan dapat berlangsung

cukup lama apabila konsentrasi substrat sebagai sumber nutrien dan faktor-

faktor penunjang pertumbuhan tidak mencukupi (Shuler dan Korgi, 1992).

b. Log phase / fase logaritmik

Setelah mikroorganisme menyesuaikan diri dengan lingkungan

selama fase lag maka mikroorganisme mulai mengadakan perubahan bentuk

dan meningkatkan jumlah individu. Pada fase ini pertumbuhan

mikroorganisme mengikuti pola eksponensial (logaritmik) terhadap waktu.

Pertumbuhan terjadi seimbang dimana semua komponen sel tumbuh dalam

laju yang sama. Sel-sel membelah diri menjadi dua bagian dalam waktu

yang sama sehingga terjadi peningkatan jumlah mikroorganisme.

Peningkatan ini harus diimbangi dengan faktor biologi seperti asosiasi

kehidupan diantara mikroorganisme serta faktor non-biologi seperti

kandungan nutrien, temperatur, pH dan lainnya. Bila faktor-faktor tersebut

optimal maka akan terjadi peningkatan tajam seperti terlihat di kurva

pertumbuhan. Konsentrasi nutrien sangat tinggi pada fase ini sehingga laju

pertumbuhan tidak dibatasi oleh konsentrasi nutrien tetapi dibatasi oleh

kemampuan mikroorganisme dalam memproses substrat.

II -

41

c. Declining growth phase / fase penurunan pertumbuhan

Pada fase ini laju pertumbuhan cenderung menurun karena terjadi

deplesi atau pengurangan nutrien yang penting bagi mikroorganisme dan

terjadi akumulasi produk yang bersifat toksik. Kondisi ini mendorong sel-

sel untuk melakukan restrukturisasi sel agar dapat bertahan dalam kondisi

lingkungan yang terbatas (Shuler dan Korgi, 1992).

d. Stationary phase / fase stasioner

Merupakan fase dimana populasi mikroorganisme berada dalam

tingkatan konstan karena laju pertumbuhan mikroorganisme sama dengan

nol (tidak ada pembelahan sel) atau laju pertumbuhan sama dengan laju

kematian.

Fase ini dapat menjadi fase terakhir dari fase pertumbuhan

mikroorganisme jika setelah tercapai konsentrasi mikroorganisme

maksimum semua sel mati dan tidak terdisintegrasi. Tetapi yang terjadi

adalah sebagian besar sel tetap hidup dan bermetabolisme yang

menghasilkan metabolit sekunder (Shuler dan Korgi, 1992). Dengan kondisi

tanpa suplai substrat dan makanan, mikroorganisme akan mencari sumber

karbon internal yaitu sel mikroorganisme itu sendiri (substrat endogenous).

Protein enzim yang digunakan untuk memetabolisme substrat

eksogen kini tidak diperlukan dan dapat dioksidasi untuk memenuhi

kebutuhan sel agar sel dapat tetap bertahan hidup. Pada kultur campuran,

akan terjadi interaksi antara sesama spesies dan fenomena saling serang satu

spesies oleh spesies lainnya. Sel yang kalah akan mengalami lisis dan

mengeluarkan komponen-komponen organik sel yang kemudian menjadi

sumber makanan untuk sel mikroorganisme yang lain (Gaudy dan Gaudy,

1981). Fase pertumbuhan kedua dapat terjadi yaitu fase pertumbuhan

dimana sel tumbuh berdasarkan komponen organik sel yang mengalami lisis

(cryptic growth).

e. Increasing death phase / fase meningkatnya kematian

Kematian mikroorganisme meningkat pada fase ini. Peningkatan ini

disebabkan fenomena ketidakhadiran substrat sehingga terjadi autodigesti

II -

42

dan fase endogenous serta konsumsi sebagian populasi mikroorganisme oleh

mikroorganisme lain (predator).

f. Log death phase / fase log kematian

Sama seperti fase log pertumbuhan, fase ini mengikuti pola

eksponensial atau logaritmik walaupun autodigesti mikroorganisme tidak

selalu mengikuti ekspesi kinetik dari pertumbuhan logaritmik

mikroorganisme.

g. Death phase / fase kematian

Fase ini merupakan fase terakhir. Fase pertumbuhan

mikroorganisme sudah lengkap terjadi bila fase ini sudah mulai berjalan.

Pada fase ini tidak ada lagi pertumbuhan yang berarti dari mikroorganisme,

yang terjadi justru semakin banyak mikroorganisme yang mati.