11

BAB III PENGELOLAAN AIR LIMBAH PT. UNITED TRACTORS Tbk

3.1. Pengelolaan Limbah Secara Umum

Dalam satu jenis limbah dengan karakteristik tertentu

terkadang mengandung berbagai macam bahan pencemar di

dalamnya, yang mana setiap jenis polutan tersebut mempunyai sifat-

sifat yang berlainan. Jika menghadapi limbah seperti ini, maka

diperlukan teknik-teknik untuk mengkombinasikan proses maupun

sistem yang akan digunakan, yang mana sistem manajemen limbah

dari sumbernya memegang peran yang sangat penting. Gambar 3.1

menunjukkan contoh diagram alir sistem pengelolaan limbah dari

sumbernya.

Buangan limbah di klasifikasikan menjadi beberapa bagian

yaitu limbah yang tidak mengandung polutan, limbah yang

mengandung polutan organik, limbah yang mengandung oli/lemak,

yang mengandung bahan yang bersifat racun (toxic) terhadap

mikroba, limbah B3 (Bahan Berbahaya dan Beracun) dan limbah

padat. Masing-masing karakteristik limbah diolah dengan proses-

proses tertentu.

12

Gambar 3.1: Diagram Alir Sistem Pengelolaan Limbah Industri

13

Pemilihan proses, sistem dan spesifikasi alat yang tidak

tepat atau disain IPAL yang salah akan menimbulkan berbagai

persoalan di dalam IPAL itu sendiri, misalnya :

biaya investasi, operasional maupun perawatannya akan menjadi

mahal,

sistem tidak dapat bekerja secara optimal,

hasil olahan tidak seperti yang diinginkan,

sulit dalam pengendalian/operasional,

Peralatan cepat rusak (korosi, panas, tidak awet dll).

Untuk menghindari hal-hal seperti tersebut di atas, maka

dalam perencanaan suatu IPAL harus dilakukan tahap demi tahap

dan diikuti juga upaya minimalisasi limbah, manajemen pengelolaan

limbah, sampai dengan pemilihan teknologi dan sistem.

3.2. Pengelolaan Limbah Produksi PT. United Tractors Tbk

Untuk menghindari terjadinya pencemaran terhadap

lingkungan sekitar industri, maka PT. United Tractors Tbk telah

membangun satu unit instalasi pengolahan air limbah produksi dan

re-use(IPAL&re-useproduksi). IPAL ini didisain oleh tim Pusat

Teknologi Lingkungan, BPPT. Saat ini IPAL telah selesai dibangun

dan siap untuk dioperasikan. Untuk pengoperasian IPAL agar dapat

memberikan hasil pengolahan yang optimal, maka perlu kiranya para

14

operator IPAL diberikan bekal teknik-teknik operasionalnya dan

teknik-teknik perawatannya. Untuk pembekalan tersebut maka

disusun buku panduan operasional IPAL ini.

Dengan adanya sistem IPAL yang baru ini berarti ada

perubahan sistem dalam pengelolaan limbah produki dari sebelumnya.

Perbedaan sistem pengelolaan tersebut adalah sebagai berikut:

Pengelolaan Limbah Sebelum Ada IPAL Produksi :

Sebelum ada IPAL produksi air limbah yang berasal dari unit

produksi (bengkel) dikelola dengan sarana grease trap. Di grease trap

ini berfungsi untuk memisahkan oli secara gravitasi, dan dilakukan

secara bertahap. Diagram alir sistem pengelolaan limbah, foto dan

denah dan sistem grease trap lama ini dapat dilihat seperti pada

Gambar 3.2, 3.3 dan Gambar 3.4.

Gambar 3.2 : Pengelolaan Air Limbah Produksi Sebelum Ada

IPAL Produksi

15

Gambar 3.3 Sarana Oil Trap Yang Lama

Gambar 3.4 : Gambar sarana grease trap lama

(Sebelum Ada IPAL Produksi)

16

Outlet air limbah dari grease trap ini dibuang ke saluran umum, hasil

analisa limbah ini seperti terlihat pada Tabel 2.1, sedangkan secara

fisik foto limbah buangan ini seperti terlihat pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 : Foto Air Limbah Buangan Dari Grease Trap

Air limbah yang berasal dari cuci unit dikelola dengan sarana grease

trap yang dilengkapi dengan bak pengendap. Di sini padatan yang ada

diendapkan dan oli yang terbawa dipisahkan di grease trap. Outlet air

limbah ini juga langsung dibuang ke saluran umum (Lihat gambar 3.6

dan 3.7).

17

Gambar 3.7 : Lay Out Area Cuci Unit.

Gambar 3.6 : Foto Bak Pengendap

Dan Oil Trap Di Cuci Unit

18

Pengelolaan Limbah Setelah Ada IPAL Produksi :

Setelah ada IPAL produksi air limbah yang berasal dari unit

produksi (bengkel) dan air limbah yang berasal dari cuci unit diolah

bersama di dalam IPAL produksi. Sistem pengelolaan tersebut seperti

terlihat pada gambar 3.8, dimana limbah yang berasal dari limbah

produksi dikumpulkan di dalam bak pengumpul lalu masuk ke IPAL

dengan cara pemompaan. Sedangkan limbah yang berasal dari cuci

unit dilewatkan dalam bak pengendap yang berfungsi juga sebagai oil

trap lalu dipompa ke IPAL untuk diolah bersama limbah dari ruang

produksi. Foto IPAL secara keseluruhan dapat dilihat seperti pada

Gambar 3.9

Gambar 3.8 : Pengelolaan Air Limbah Produksi Setelah

Ada IPAL Produksi

19

Gambar 3.9 : Foto IPAL Produksi Secara Keseluruhan.

Gambar 3.10 : Foto Bak Pengendap, Oil Trap Dan Bak Pengumpul

Di Area Cuci Unit.

20

3.3. Teknologi IPAL PT. United Tractors Tbk.

Pengolahan air limbah bertujuan untuk menghilangkan

parameter pencemar yang ada di dalam air limbah sampai batas

yang diperbolehkan untuk dibuang ke badan air sesuai dengan

syarat baku mutu yang diijinkan atau sampai memenuhi kualitas

tertentu untuk dimanfaatkan kembali. Pengolahan air limbah secara

garis besar merupakan upaya pemisahan padatan tersuspensi

(solid–liquid separation), pemisahan senyawa koloid, serta

penghilangan senyawa polutan terlarut. Ditinjau dari jenis prosesnya

dapat dikelompokkan sebagai : proses pengolahan secara fisika,

proses secara kimia, proses secara fisika-kimia serta proses

pengolahan secara biologis.

Penerapan masing-masing metode tergantung pada

karakteristik limbahnya dan kualitas hasil yang diinginkan. Klasifikasi

jenis proses pengolahan untuk menghilangkan senyawa pencemar

dalam air limbah dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Ditinjau dari urutannya proses pengolahan air limbah dapat

dibagi menjadi tiga jenis pengolahan, yakni :

Pengolahan Primer, digunakansebagaipengolahan pendahuluan

untuk menghilangkan padatan tersuspensi, koloid, serta

penetralan yang umumnya menggunakan proses fisika atau

proses kimia.

Pengolahan Sekunder, digunakan untuk menghilangkan

senyawa polutan organik terlarut yang umumnya dilakukan

secara proses biologis.

21

Pengolahan Tersier atau Pengolahan Lanjut, digunakan untuk

menghasilkan air olahan dengan kualitas yang lebih bagus sesuai

dengan yang diharapkan. Prosesnya dapat dilakukan baik secara

biologis, secara fisika, kimia atau kombinasi ke tiga proses

tersebut.

Tabel 3.1. Klasifikasi Proses Pengolahan Air Limbah Menurut

Jenis Kontaminannya

KONTAMINAN SISTEM PENGOLAHAN KLASIFI

KASI

Padatan

Tersuspensi

Screening and communition F

Sedimentasi F

Flotasi F

Filtrasi F

Koagulasi/sedimentasi K/F

Land treatment F

Biodegradable

Organics

Lumpur aktif B

Trickling filters B

Rotating biological contactors B

Aerated lagoons (kolam aerasi) B

Saringan pasir F/B

Land treatment B/K/F

Pathogens

Khlorinasi K

Ozonisasi K

Land treatment F

Nitrogen

Suspended-growth nitrification

and denitrification B

Fixed-film nitrification and

denitrification B

Ammonia stripping K/F

Ion Exchange K

Breakpoint khlorinasi K

22

Land treatment B/K/F

Phospor

Koagulasi garam

logam/sedimentasi K/F

Koagulasi kapur/sedimentasi K/F

Biological/Chemical phosphorus

removal B/K

Land treatment K/F

Refractory

Organics

Adsorpsi karbon F

Tertiary ozonation K

Sistem land treatment F

Logam Berat

Pengendapan kimia K

Ion Exchange K

Land treatment F

Padatan

Inorganik

Terlarut

Ion Exchange K

Reverse Osmosis F

Elektrodialisis K

Keterangan : B = Biologi, K = Kimia, F = Fisika

3.3.1. Pengolahan Air Limbah Secara Fisika dan Kimia

Proses Penyaringan (Screening )

Di dalam proses pengolahan air limbah, screening atau

saringan dilakukan pada tahap paling awal. Saringan untuk

penggunaan umum (general purpose screen) dapat digunakan untuk

memisahkan bermacam-macam benda padat yang ada di dalam air

limbah, misalnya kertas, plastik, kain, kayu dan benda dari metal

serta lainnya. Benda-benda tersebut jika tidak dipisahkan dapat

menyebabkan kerusakan pada sistem pemompaan dan unit

peralatan pemisah lumpur misalnya weir, block valve, nozle, flow

23

meter, saluran serta sistem perpipaan. Hal tersebut dapat

menimbulkan masalah yang serius terhadap operasional maupun

pemeliharaan peralatan. Saringan yang halus kadang-kadang dapat

juga digunakan untuk memisahkan padatan tersuspensi.

Unit Pemisah Pasir (Grit Removal)

Di dalam proses pengolahan air limbah, pasir, kerikil halus,

dan juga benda-benda lain misalnya kepingan logam, pecahan kaca,

tulang, dan lain lain yang mana tidak dapat membusuk, harus

dipisahkan terlebih dahulu. Hal ini dilakukan untuk:

Melindungi kerusakan pada peralatan mekanik seperti pompa,

flow meter dll agar tidak terjadi abrasi atau kebuntuan.

Untuk menjaga atau mencegah kebuntuan di dalam sistem

perpipaan dan terjadinya pengendapan di dalam saluran.

Untuk mencegah pengerakan (cementing) di dasar bak

pengendapan awal atau bak pengolah lumpur (sludge digesting).

Untuk mengurangi atau menghilangkan akumulasi dari material

inert yang tidak dapat terurai di dalam bak aerasi atau reaktor

biologis serta bak pengolah lumpur yang akan mengakibatkan

kerugian volume (loss of usable volume).

24

Gambar 3.11 : Bak Pengumpul Limbah Dan Pemisah Pasir

Unit Pemisah Oli (Oil Trap)

Pada tahap awal pengolahan limbah yang dilakukan di IPAL

ini adalah unit pemisahan minyak. Pada tahap ini terdiri dari

pengolahan awal (primary treatment) yakni proses awal pemisahan

minyak dan penghilangan pasir (grit removal) kemudian proses

pemisahan minyak dengan cara fisika-kimia (physico-chemical oil

seperation) dilanjutkan dengan pengolahan sekunder menggunakan

proses biologis misalnya biofilter. Proses pemisahan minyak tersebut

sangat penting untuk dilakukan karena jika konsentrasi minyak di

dalam air limbah masih tinggi maka dapat mengganggu proses

25

pengolahan air limbah secara biologis serta mengakibatkan biaya

pengolahan menjadi mahal.

Pemisahan minyak (preliminary oil separation) atau

pemisahan minyak secara gravitasi (gravity oil seperation) ini adalah

merupakan proses tahap awal dari seluruh proses pengolahan air

limbah industri PT. Uniited Tractors Tbk. Tujuan dari pemisahan oli

dan minyak adalah untuk menghilangkan oli dan senyawa

hidrocarbon lainnya di dalam proses emulsi mekanik. Air yang

dihasilkan harus bebas oli & minyak sehingga dapat dialirkan ke

proses pemurnian fisika-kimia yang sederhana sehingga kebutuhan

zat kimia yang ditambahkan lebih ekonomis.

Tujuan kedua adalah untuk menghilangkan pasir dan tanah

(alluvia) yang tidak dikehendaki dalam proses pemurnian fisika-kimia,

yang dapat mempersulit pengumpulan, pengkonsentrasian, serta

dapat mengganggu porses tahap akhir pembuangan lumpur minyak

atau oli yang mengambang.

Pemisahan oli atau minyak biasanya dilakukan tanpa

adanya penambahan bahan kimia. Proses ini dirancang untuk

menyamakan konsentrasi sisa hydrocarbon (HC) pada inlet proses

pemurnian fisika-kimia dengan cara menurunkan laju aliran puncak

HC yang masuk. Konsentrasi HC tak larut di dalam air limbah

bervariasi dari 20 mg/l hingga 150-200 mg/l (pada industri

petrokimia) tergantung pada seberapa halus emulsi yang terjadi.

Secara prinsip konsentrasi HC di dalam air limbah tidak dapat

diantisipasi atau dihitung. Pendekatan tertentu dapat dilakukan,

26

tetapi hanya untuk kasus efluent limbah yang sederhana misalnya

limbah dari deballasting atau produced water.

Proses pemisahan oli &minyak ini dilakukan dengan cara

gravitasi alami, dimana butiran oli/minyak naik dengan kecepatan

keatas yang ada yang dibatasi oleh berat jenisnya (specific

gravity).Ada dua jenis pemisah yang sering ditemukan, yaitu :

Settler separators, minyak langsung dikumpulkan dari permukaan

air. Yang termasuk dalam metoda tersebut adalah pemisah

minyak API (American Petroleum Institute) longitudinal

(longitudinal API separators) dan pemisah minyak API bentuk

bulat (circular separators).

Lamella separators atau plate separators, dimana minyak

dikumpulkan secara langsung oleh permukaan bagian bawah

plate miring dan kemudian terangkat ke permukaan. Plate

tersebut mempunyai dua fungsi. Dengan adanya plate ini butiran

minyak menempuh jalur pendek dan memberikan efek menyatu

(coalescence effect). Kedua fungsi ini sangat dipengaruhi oleh

jarak antar lamella (plates).

Untuk IPAL PT. United Tractors Tbk ini menggunakan jenis

settler separator, karena oli yang terkandung di dalam limbah relatif

mudah untuk dipisahkan dan teknologinya relatif lebih sederhana

namun dapat diterapkan dengan efektif di sini. Secara detail gambar

dan foto oil separator IPAL PT. United Tracktor tersebut dapat dilihat

seperti pada Gambar 3.12 dan 3.13. Unit oil trap ini juga dilengkapi

dengan bak pemekat oli, dan juga pompa untuk pemindahan oli.

27

Gambar 3.12 : Oil Trap IPAL.

Bak oil trap

Sistem pemisahan oli dengan

over flow dari oil trap

28

Bak pemekat oli lengkap

dengan pompa oli

Pemindahan oli dari bak pemekat

ke drum penampung

Gambar 3.13. : Foto Oil Trap IPAL dan Sarana Pengumpul Oli

Proses Netralisasi atau Pengontrolan pH

pH adalah derajat keasaman yang digunakan untuk

menyatakan tingkat keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh

suatu larutan. Ia didefinisikan sebagai kologaritmaaktivitasion

hidrogen (H+) yang terlarut. Koefisien aktivitas ion hidrogen tidak

dapat diukur secara eksperimental, sehingga nilainya didasarkan

pada perhitungan teoritis. Skala pH bukanlah skala absolut. Ia

bersifat relatif terhadap sekumpulan larutan standar yang pH-nya

ditentukan berdasarkan persetujuan internasional. Salah satu

pengukuran yang sangat penting dalam berbagai cairan proses

(industri, farmasi, manufaktur, produksi makanan dan sebagainya)

adalah pH, yaitu pengukuran ion hidrogen dalam suatu larutan.

Larutan dengan harga pH rendah dinamakan ”asam” sedangkan

yang harga pH-nya tinggi dinamakan ”basa”. Skala pH terentang dari

0 (asam kuat) sampai 14 (basa kuat) dengan 7 adalah harga tengah

29

mewakili air murni (netral). Nilai ini menunjukkan konsentrasi ion H+

dan ion OH- di dalam air. Gambar 3.14 menunjukkan hubungan

antara nilai pH dengan konsentrasi ion H+ dan OH

-. Prinsip dari skala

pH adalah :Konsentrasi ion H+ berhubungan terbalik terhadap nilai

pH, sedangkan konsentrasi ion OH- berhubungan langsung terhadap

nilai pH.

Gambar 3.14 : Hubungan nilai pH Terhadap Konsentrasi H+ dan OH

-.

Konsep pH pertama kali diperkenalkan oleh

kimiawanDenmarkSøren Peder Lauritz Sørensen pada tahun 1909.

Tidaklah diketahui dengan pasti makna singkatan "p" pada "pH".

Beberapa rujukan mengisyaratkan bahwa p berasal dari singkatan

untuk powerp (pangkat), yang lainnya merujuk kata bahasa

30

JermanPotenz (yang juga berarti pangkat), dan ada pula yang

merujuk pada kata potential. Jens Norby mempublikasikan sebuah

karya ilmiah pada tahun 2000 yang berargumen bahwa p adalah

sebuah tetapan yang berarti "logaritma negatif".

pH larutan dapat diukur dengan beberapa cara. Secara

kualitatif pH dapat diperkirakan dengan kertas Lakmus (Litmus) atau

suatu indikator (kertas indikator pH). Seraca kuantitatif pengukuran

pH dapat digunakan elektroda potensiometrik.Elektroda ini

memonitor perubahan voltase yang disebabkan oleh perubahan

aktifitas ion hidrogen (H+) dalam larutan. Elektroda potensiometrik

sederhana untuk tipe ini seperti gambar 3.15.

Gambar 3.15 : Pengukuran pH Dengan pH Meter.

Elektroda pH yang paling modern terdiri dari kombinasi

tunggal elektroda referensi (reference electrode) dan elektroda

31

sensor (sensing electrode) yang lebih mudah dan lebih murah

daripada elektroda tepisah seperti gambar 4-10. Elektroda kombinasi

ini mempunyai fungsi yang sama dengan elektroda pasangan.

Proses netralisasi bertujuan untuk menetralkan pH atau

keasaman air limbah sampai menjadi netral. Hal ini dimaksudkan

agar proses pengolahan air limbah dapat berjalan dengan baik.

Bahan kimia yang umum digunakan adalah asam sulfat (H2SO4) atau

asam khlorida (HCl) untuk menetralkan air limbah yang bersifat

alkali. Sedangkan untuk zat alkali yang banyak digunakan antara lain

yakni soda ash atau soda abu (NaHCO3), Kapur tohor (CaO),

Ca(OH)2, CaCO3, natrium hidroksida (NaOH).

Air limbah produksi PT. United Tractors Tbk kondisi pH –nya

sering berubah, sehingga perlu dilakukan pengontrolan dan proses

netralisasi agar proses koagulasi-flokulasi dapat berjalan dengan

baik. Untuk melakukan pekerjaan ini, maka di unit bak equalisasi

dipasang sensor pH kontrol dan dihubungan dengan alat pH kontrol

yang dihubungkan langsung dengan pompa dosing (Gambar 3.16).

Jika ada perubahan pH dan nilai pH keluar dari range yang telah

disetel (pH 7 – 8), maka pH kontrol akan memerintahkan pompa

dosing untuk melakukan pemompaan bahan kimia (asam) agar nilai

pH limbah di bak equalisasi turun menuju ke range pH yang telah

ditetapkan. Jika pH limbah sudah masuk pada range pH yang telah

ditetapkan, maka secara otomatis pompa dosing akan menghentikan

pemompaan bahan kimia (asam) sehingga tidak akan terjadi over

dosis penambahan bahan kimia yang dapat menyebabkan

kegagalan dalam proses koagulasi-flokulasi.

32

Gambar 3.16. : Foto pH Control Lengkap Dengan Dosing Pump Dan

Sensor Elektroda Nya.

Proses Koagulasi – Flokulasi

Koagulasi adalah proses destabilisasi partikel koloid dengan

cara penambahan senyawa kimia yang disebut koagulan. Koloid

mempunyai ukuran tertentu sehingga gaya tarik menarik antara

partikel lebih kecil dari pada gaya tolak menolak akibat muatan listrik.

Pada kondisi stabil ini penggumpalan partikel tidak terjadi dan

gerakan Brown menyebabkan partikel tetap berada sebagai

suspensi. Melalui proses koagulasi terjadi destabilisasi, sehingga

partikel-partikel koloid bersatu dan menjadi besar. Dengan demikian

partikel-partikel koloid yang pada awalnya sukar dipisahkan dari air,

setelah proses koagulasi akan menjadi kumpulan partikel yang lebih

besar sehingga mudah dipisahkan dengan cara sedimentasi, filtrasi

atau proses pemisahan lainnya yang lebih mudah.

Koagulasi adalah proses destabilisasi koloid dengan

penambahan senyawa kimia yang disebut zat koagulan. Flokulasi

33

adalah proses penggumpalan (agglomeration) dari koloid yang tidak

stabil menjadi gumpalan partikel halus (mikro-flok), dan selanjutnya

menjadi gumpalan patikel yang lebih besar dan dapat diendapkan

dengan cepat. Senyawa kimia lain yang diberikan agar pembentukan

flok menjadi lebih cepat atau lebih stabil dinamakan flokulan atau zat

pembantu flokulasi (flocculant aid).

Di dalam sistem pengolahan air limbah dengan penambahan

bahan kimia proses koagulasi sangat diperlukan untuk proses awal.

Partikel-partikel yang sangat halus maupun partikel koloid yang

terdapat dalam air limbah sulit sekali mengendap. Oleh karena itu

perlu proses koagulasi yaitu penambahan bahan kimia agar partikel-

partikel yang sukar mengendap tadi menggumpal menjadi besar dan

berat sehingga kecepatan pengendapannya lebih besar.

Bahan Koagulan

Bahan kimia yang sering digunakan untuk proses koagulasi

umumnya diklasifikasikan menjadi tiga golongan, yakni Zat

Koagulan, Zat Alkali dan Zat Pembantu Koagulan. Zat koagulan

digunakan untuk menggumpalkan partikel-partikel padat tersuspensi,

zat warna, koloid dan lain-lain agar membentuk gumpalan partikel

yang besar (flok). Sedangkan zat alkali dan zat pembantu koagulan

berfungsi untuk mengatur pH agar kondisi air baku dapat menunjang

proses flokulasi, serta membantu agar pembentukan flok dapat

berjalan dengan lebih cepat dan baik.Pemilihan zat koagulan harus

berdasarkan pertimbangan antara lain : jumlah dan kualitas air yang

34

akan diolah, kekeruhan air baku, metode filtrasi serta sistem

pembuangan lumpur endapan.

Penentuan Dosis Koagulan

Penentuan dosis koagulan bervariasi sesuai dengan jenis

koagulan yang dipakai, kekeruhan air baku, pH, alkalinitas dan juga

temperatur operasi. Disamping itu dipengaruhi pula oleh faktor-faktor

lainnya misalnya kandungan zat besi dan mangan yang tinggi,

mikroorganisme. Perhitungan dosis koagulan dapat dilakukan

dengan memakai rumus sebagai berikut:

Vv = Q x Rs x (100/C) x 10-3

dimana :

Vv = Dosis volumetrik koagulan ( lt/jam).

Q = Laju alir air baku ( M3).

Rs = Dosis koagulan yang diharapkan (ppm).

C = Konsentrasi larutan koagulan ( % ).

Zat Alkali (Alkaline Agent)

Zat alkali dipakai untuk pengolahan air limbah dan air minum

dengan tujuan untuk pengaturan pH dan alkalinitas air baku agar

proses koagulasi - flokulasi dapat berjalan dengan baik dan efektif.

Dosis zat alkali yang dibubuhkan harus ditentukan sesuai laju

pembubuhan harus ditentukan berdasarkan alkalinitas air baku dan

laju pembubuhan koagulan. Perlu atau tidaknya penambahan zat

35

alkali tersebut serta dosisnya (rata-rata, minimum dan maksimum)

harus ditentukan berdasarkan alkalinitas air baku, laju pembubuhan

koagulan serta alkalinitas air olahan yang diharapkan dengan

menggunakan jar tes. Untuk menghitung dosis zat alkali yang

diperlukan dapat memakai rumus sebagai berikut :

W = [( A2 + K x R ) - A1] x F

Keterangan:

W = Dosis pembubuhan zat alkali ( mg/lt = ppm )

A1 = Alkalinitas air baku (mg/lt = ppm )

A2 = Alkalinitas yang diinginkan (mg/lt = ppm )

K = Harga numerik dari koagulan yang digunakan (dapat dilihat

pada tabel 13)

R = Dosis koagulan (ppm).

F = Harga numerik untuk zat alkali yang digunakan

Tangki Pencampur

Tangki pencampur dilengkapi dengan alat pengaduk atau

agitator agar bahan kimia (koagulan) yang dibubuhkan dapat

bercampur dengan air baku secara cepat dan merata.Oleh karena

kecepatan hidrolisa koagulan dalam air besar maka diperlukan

pembentukan flok-flok halus dari koloid hidroksida yang merata dan

secepat mungkin sehingga dapat bereaksi dengan partikel-partikel

kotoran membentuk flok yang lebih besar dan stabil. Untuk itu

diperlukan pengadukan yang cepat.

36

Gambar 3.17.: Reaktor Pengolahan Kimia dan Arah Aliran Limbah

Flokulator

Fungsi flokulator adalah untuk pembentukan flok-flok agar

menjadi besar dan stabil sehingga dapat diendapkan dengan mudah

atau disaring. Untuk proses pengendapan dan penyaringan maka

partikel-partikel kotoran halus maupun koloid yang ada dalam air

baku harus digumpalkan menjadi flok-flok yang cukup besar dan

kuat untuk dapat diendapkan atau disaring.

Flokulator pada hakekatnya adalah kombinasi antara

pencampuran dan pengadukan sehingga flok-flok halus yang

terbentuk pada bak pencampur cepat akan saling bertumbukan

37

dengan partikel-partikel kotoran atau flok-flok yang lain sehingga

terjadi gumpalan gumpalan flok yang besar dan stabil.

UNIT CHEMICAL TREATMENT

1 (satu) set peralatan proses

koagulan Tangki pengendap

Pompa dosing bahan kimia dan motor pengaduk

Jenis bahan kimia yang dapat

dipakai (Zeta ace, PAC, Tawas Kaporit, Kuriflok)

Gambar 3.18 :Foto-Foto Sarana Proses Koagulasi-Flokulasi Limbah.

Sedimentasi atau Pengendapan

Sedimentasi adalah suatu unit operasi untuk menghilangkan

materi tersuspensi atau flok kimia secara gravitasi. Proses

sedimentasi pada pengolahan air limbah umumnya untuk

38

menghilangkan padatan tersuspensi sebelum dilakukan proses

pengolahan selanjutnya. Gumpalan padatan yang terbentuk pada

proses koagulasi masih berukuran kecil. Gumpalan-gumpalan kecil

ini akan terus saling bergabung menjadi gumpalan yang lebih besar

dalam proses flokulasi. Dengan terbentuknya gumpalan-gumpalan

besar, maka beratnya akan bertambah, sehingga karena gaya

beratnya gumpalan-gumpalan tersebut akan bergerak ke bawah dan

mengendap pada bagian dasar tangki sedimentasi.

Bak sedimentasi dapat berbentuk segi empat atau lingkaran.

Pada bak ini aliran air limbah sangat tenang untuk memberi

kesempatan padatan/suspensi untuk mengendap. Kriteria-kriteria

yang diperlukan untuk menentukan ukuran bak sedimentasi adalah :

surface loading (beban permukaan), kedalaman bak dan waktu

tinggal. Waktu tinggal mempunyai satuan jam, cara perhitungannya

adalah volume tangki dibagi dengan laju alir per hari. Beban

permukaan sama dengan laju alir (debit volume) rata-rata per hari

dibagi luas permukaan bak, satuannya m3 per meter persegi per

hari.

satuannya (m3/m

2 hari)

Dimana : Vo = laju limpahan/beban permukaan Q = aliran rata-rata harian, m

3 per hari

A = total luas permukaan (m2)

39

Gambar 3.19.: Tangki Pengendapan

3.3.2. Pengolahan Air Limbah Dengan Proses Kombinasi

Biofilter Anaerob-Aerob Tercelup

Proses pengolahan dengan biofilter anaerob-aerob ini

merupakan pengembangan dari proses biofilter anaerob dengan

proses aerasi kontak. Pengolahan air limbah dengan proses biofilter

anaerob-aerob terdiri dari beberapa bagian yakni bak pengendap

awal, biofilter anaerob (anoxic), biofilter aerob, bak pengendap akhir,

dan jika perlu dilengkapi dengan bak kontaktor khlor.

Air limbah dialirkan melalui saringan kasar (bar screen)

untuk menyaring sampah yang berukuran besar seperti sampah

daun, kertas, plastik dll. Setelah melalui screen air limbah dialirkan

40

ke bak pengendap awal, untuk mengendapkan partikel lumpur, pasir

dan kotoran lainnya. Selain sebagai bak pengendapan, juga

berfungsi sebagai bak pengontrol aliran, serta bak pengurai senyawa

organik yang berbentuk padatan, sludge digestion (pengurai lumpur)

dan penampung lumpur.

Air limpasan dari bak pengendap awal selanjutnya dialirkan ke

bak kontaktor anaerob dengan arah aliran dari atas ke dan bawah ke

atas. Di dalam bak kontaktor anaerob tersebut diisi dengan media dari

bahan plastik. Jumlah bak kontaktor anaerob ini bisa dibuat lebih dari

satu sesuai dengan kualitas dan jumlah air baku yang akan diolah.

Penguraian zat-zat organik yang ada dalam air limbah dilakukan oleh

bakteri anaerobik atau fakultatif aerobik. Setelah beberapa hari operasi,

pada permukaan media filter akan tumbuh lapisan film

mikroorganisme. Mikroorganisme inilah yang akan menguraikan zat

organik yang belum sempat terurai pada bak pengendap

Air limpasan dari bak kontaktor anaerob dialirkan ke bak

kontaktor aerob. Di dalam bak kontaktor aerob ini diisi dengan

media, plastik (polyethylene), sambil diaerasi atau dihembus dengan

udara sehingga mikro organisme yang ada akan menguraikan zat

organik yang ada dalam air limbah serta tumbuh dan menempel

pada permukaan media. Dengan demikian air limbah akan kontak

dengan mikroorgainisme yang tersuspensi dalam air maupun yang

menempel pada permukaan media yang mana hal tersebut dapat

meningkatkan efisiensi penguraian zat organik, deterjen serta

mempercepat proses nitrifikasi, sehingga efisiensi penghilangan

41

ammonia menjadi lebih besar. Proses ini sering di namakan Aerasi

Kontak (Contact Aeration).

Dari bak aerasi, air dialirkan ke bak pengendap akhir. Di

dalam bak ini lumpur aktif yang mengandung massa mikroorganisme

diendapkan dan dipompa kembali ke bagian inlet bak aerasi dengan

pompa sirkulasi lumpur. Sedangkan air limpasan (over flow) dialirkan

ke bak penampung sementara. Dari sini air olahan dipompa untuk

difilter dan diberikan kaporit sebagai disinfektan. Air olahan, yakni

air yang keluar setelah proses filter ditampung di penampungan

sementara untuk selanjutnya ditransfer ke penampungan di cuci unit

untuk digunakan kembali sebagai air cucian. Dengan kombinasi

proses anaerob dan aerob tersebut selain dapat menurunkan zat

organik (BOD, COD), ammonia, deterjen, padatan tersuspensi (SS),

phospat dan lainnya.Skema proses pengolahan air limbah dengan

sistem biofilter anaerob-aerob dapat dilihat pada Gambar3.20

berikut.

Gambar 3.20: Diagram Proses Pengolahan di Biofilter Dengan

Proses Biofilter Anaerob-Aerob

42

Proses dengan Biofilter Anaerob-Aerob ini mempunyai beberapa

keuntungan yakni :

Adanya air buangan yang melalui media yang terdapat pada

biofilter mengakibatkan timbulnya lapisan lendir yang menyelimuti

kerikil atau yang disebut juga biological film. Air limbah yang

masih mengandung zat organik yang belum teruraikan pada bak

pengendap bila melalui lapisan lendir ini akan mengalami proses

penguraian secara biologis. Efisiensi biofilter tergantung dari luas

kontak antara air limbah dengan mikroorganisme yang

menempel pada permukaan media filter tersebut. Makin luas

bidang kontaknya maka efisiensi penurunan konsentrasi zat

organiknya (BOD) makin besar. Selain menghilangkan atau

mengurangi konsentrasi BODdan COD, cara ini dapat juga

mengurangi konsentrasi padatan tersuspensi atau suspended

solids (SS) , deterjen (MBAS), ammonium dan posphor.

Biofilter juga berfungsi sebagai media penyaring air limbah yang

melalui media ini. Sebagai akibatnya, air limbah yang

mengandung suspended solids dan bakteri E.coli setelah melalui

filter ini akan berkurang konsentrasinya. Efisiensi penyaringan

akan sangat besar karena dengan adanya biofilter up flow yakni

penyaringan dengan sistem aliran dari bawah ke atas akan

mengurangi kecepatan partikel yang terdapat pada air buangan

dan partikel yang tidak terbawa aliran ke atas akan

mengendapkan di dasar bak filter. Sistem biofilter anaerob-aerob

ini sangat sederhana, operasinya mudah dan tanpa memakai

bahan kimia serta tanpa membutuhkan energi. Proses ini cocok

43

digunakan untuk mengolah air limbah dengan kapasitas yang

tidak terlalu besar

Dengan kombinasi proses “Anaerob-Aerob”, efisiensi

penghilangan senyawa phospor menjadi lebih besar bila

dibandingankan dengan proses anaerob atau proses aerob saja.

Fenomena proses penghilangan phosphor oleh mikroorganisne

pada proses pengolahan anaerob-aerob dapat diterangkan

seperti pada Gambar 3.21. Selama berada pada kondisi anaerob,

senyawa phospor anorganik yang ada dalam sel-sel

mikrooragnisme akan keluar sebagai akibat hidrolisa senyawa

phospor. Sedangkan energi yang dihasilkan digunakan untuk

menyerap BOD (senyawa organik) yang ada di dalam air limbah.

Efisiensi penghilangan BOD akan berjalan baik apabila

perbandingan antara BOD dan phospor (P) lebih besar 10.

(Metcalf and Eddy, 1991). Selama berada pada kondisi aerob,

senyawa phospor terlarut akan diserap oleh

bakteria/mikroorganisme dan akan sintesa menjadi polyphospat

dengan menggunakan energi yang dihasilkan oleh proses

oksidasi senyawa organik (BOD). Dengan demikian dengan

kombinasi proses anaerob-aerob dapat menghilangkan BOD

maupun phospor dengan baik. Proses ini dapat digunakan untuk

pengolahan air limbah dengan beban organik yang cukup besar.

44

Gambar 3.21 : Proses Penghilangan Phospor Oleh Mikroorganisme

Di Dalam Proses Pengolahan “Anaerob-Aerob”.

Pengolahan air limbah dengan proses biofilm mempunyai beberapa

keunggulan antara lain :

a. Pengoperasiannya mudah

Di dalam proses pengolahan air limbah dengan sistem biofilm, tanpa

dilakukan sirkulasi lumpur, tidak terjadi masalah “bulking” seperti

pada proses lumpur aktif (Activated sludge process). Oleh karena itu

pengelolaaanya sangat mudah.

45

b. Lumpur yang dihasilkan sedikit

Dibandingakan dengan proses lumpur aktif, lumpur yang dihasilkan

pada proses biofilm relatif lebih kecil. Di dalam proses lumpur aktif

antara 30 – 60 % dari BOD yang dihilangkan (removal BOD) diubah

menjadi lumpur aktif (biomasa) sedangkan pada proses biofilm

hanya sekitar 10-30 %. Hal ini disebabkan karena pada proses

biofilm rantai makanan lebih panjang dan melibatkan aktifitas

mikroorganisme dengan orde yang lebih tinggi dibandingkan pada

proses lumpur aktif.

c. Dapat digunakan untuk pengolahan air limbah dengan

konsentrasi rendah maupun konsentrasi tinggi.

Oleh karena di dalam proses pengolahan air limbah dengan sistem

biofilm mikroorganisme atau mikroba melekat pada permukaan

medium penyangga maka pengontrolan terhadap mikroorganisme

atau mikroba lebih mudah. Proses biofilm tersebut cocok digunakan

untuk mengolah air limbah dengan konsentrasi rendah maupun

konsentrasi tinggi.

d. Tahan terhadap fluktuasi jumlah air limbah maupun fluktuasi

konsentrasi.

Di dalam proses biofilter mikroorganisme melekat pada permukaan

unggun media, akibatnya konsentrasi biomassa mikroorganisme per

satuan volume relatif besar sehingga relatif tahan terhadap fluktuasi

beban organik maupun fluktuasi beban hidrolik.

46

e. Pengaruh penurunan suhu terhadap efisiensi pengolahan

kecil.

Jika suhu air limbah turun maka aktifitas mikroorganisme juga

berkurang, tetapi oleh karena di dalam proses biofilm substrat

maupun enzim dapat terdifusi sampai ke bagian dalam lapisan

biofilm dan juga lapisan biofilm bertambah tebal maka pengaruh

penurunan suhu (suhu rendah) tidak begitu besar.

3.3.2.1. Tinjauan Proses Anaerob Dan Aerob

Pengolahan air limbah secara biologis adalah suatu cara

pengolahan yang diarahkan untuk menurunkan atau menyisihkan

substrat tertentu yang terkandung dalam air buangan dengan

memanfaatkan aktivitas mikroorganisme untuk melakukan

perombakan substrat tersebut.Proses pengolahan air limbah

secara biologis dapat berlangsung dalam tiga lingkungan utama,

yaitu :

Lingkungan aerob , yaitu lingkungan dimana oksigen terlarut

(DO) di dalam air cukup banyak, sehingga oksigen bukan

merupakan faktor pembatas.

Lingkungan anoksik, yaitu lingkungan dimana oksigen terlarut

(DO) di dalam air ada dalam konsentrasi rendah.

Lingkungan anaerob, merupakan kebalikan dari lingkungan

aerob, yaitu tidak terdapat oksigen terlarut, sehingga oksigen

menjadi faktor pembatas berlangsungnya proses metabolisme

aerob.

47

Berdasarkan pada kondisi pertumbuhan mikroorganisme

yang bertanggung jawab pada proses penguraian yang terjadi,

reaktor dapat dibedakan menjadi 2 bagian, yaitu :

Reaktor pertumbuhan tersuspensi (suspended growth

reaktor), yaitu reaktor dimana mikroorganisme yang berperan

pada proses biologis tumbuh dan berkembang biak dalam

keadaan tersuspensi.

Reaktor pertumbuhan lekat (attached growth reaktor), yaitu

reaktor dimana mikroorganisme yang berperan pada proses

penguraian substrat tumbuh dan berkembang di atas suatu

media dengan membentuk suatu lapisan lendir (lapisan

biofilm) untuk melekatkan diri di atas permukaan media

tersebut.

3.3.2.2. Proses Pengolahan Biologis Secara Anaerob

a. Mekanisme Proses Anaerob

Polutan-polutan organik komplek seperti lemak, protein dan

karbohidrat pada kondisi anaerobic akan dihidrolisa oleh enzim

hydrolase yang dihasilkan bakteri pada tahap pertama. Enzim

penghidrolisa seperti lipase, protease dan cellulase. Hasil hidrolisa

polimer-polimer diatas adalah monomer seperti manosakarida, asam

amino, peptida dan gliserin. Selanjutnya monomer-monomer ini akan

diuraikan menjadi asam-asam lemak (lower fatty acids) dan gas

hidrogen.

48

Kumpulan mikroorganisme, umumnya bakteri, terlibat

dalam transformasi senyawa komplek organik menjadi metan. Lebih

jauh lagi, terdapat interaksi sinergis antara bermacam-macam

kelompok bakteri yang berperan dalam penguraian limbah.

Keseluruhan reaksi dapat digambarkan sebagai berikut (Polprasert,

1989) :

Senyawa Organik CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S

Meskipun beberapa jamur (fungi) dan protozoa dapat

ditemukan dalam penguraian anaerobik, bakteri bakteri tetap

merupakan mikroorganisme yang paling dominan bekerja didalam

proses penguraian anaerobik. Sejumlah besar bakteri anaerobik dan

fakultatif (seperti: Bacteroides, Bifidobacterium, Clostridium,

Lactobacillus, Streptococcus) terlibat dalam proses hidrolisis dan

fermentasi senyawa organik. Proses penguraian senyawa organik

secara anaerobik secara garis besar ditunjukkan seperti pada

Gambar 3.22.

49

Gambar 3.22: Kelompok Bakteri Metabolik Yang Terlibat Dalam

Penguraian Limbah Dalam Sistem Anaerobik.

Ada empat grup bakteri yang terlibat dalam transformasi

material komplek menjadi molekul yang sederhana seperti metan

dan karbon dioksida. Kelompok bakteri ini bekerja secara sinergis

(Archer dan Kirsop, 1991; Barnes dan Fitzgerald, 1987; Sahm, 1984;

Sterritt dan Lester, 1988; Zeikus, 1980).

50

1) Kelompok Bakteri Hidrolitik

Kelompok bakteri anaerobik memecah molekul organik

komplek (protein, cellulose, lignin, lipids) menjadi molekul monomer

yang terlarut seperti asam amino, glukosa, asam lemak, dan gliserol.

Molekul monomer ini dapat langsung dimanfaatkan oleh kelompok

bakteri berikutnya. Hidrolisis molekul komplek dikatalisasi oleh

enzim ekstra seluler seperti sellulase, protease, dan lipase.

Walaupun demikian proses penguraian anaerobik sangat lambat dan

menjadi terbatas dalam penguraian limbah sellulolitik yang

mengandung lignin (Polprasert, 1989; Speece, 1983).

2) Kelompok Bakteri Asidogenik Fermentatif

Bakteri asidogenik (pembentuk asam) seperti Clostridium

merubah gula, asam amino, dan asam lemak menjadi asam organik

(seperti asam asetat, propionik, formik, lactik, butirik, atau suksinik),

alkohol dan keton (seperti etanil, metanol, gliserol, aseton), asetat,

CO2 dan H2. Asetat adalah produk utama dalam fermentasi

karbohidrat. Hasil dari fermentasi ini bervariasi tergantung jenis

bakteri dan kondisi kultur seperti temperatur, pH, potensial redok.

3) Kelompok Bakteri Asetogenik

Bakteri asetogenik (bakteri yang memproduksi asetat dan

H2) seperti Syntrobacter wolinii dan Syntrophomonas wolfei

(McInernay et al., 1981) merubah asam lemak (seperti asam

propionat, asam butirat) dan alkohol menjadi asetat, hidrogen, dan

karbon dioksida, yang digunakan oleh bakteri pembentuk metan

51

(metanogen). Kelompok ini membutuhkan ikatan hidrogen rendah

untuk merubah asam lemak; dan oleh karenanya diperlukan

monitoring hidrogen yang ketat.

Di bawah kondisi tekanan hidrogen (H2) parsial yang relatif

tinggi, pembentukan asetat berkurang dan subtrat dirubah menjadi

asam propionat, asam butirat, dan etanol dari pada metan. Ada

hubungan simbiotik antara bakteri asetonik dan metanogen.

Metanogen membantu menghasilkan ikatan hidrogen rendah yang

dibutuhkan oleh bakteri asetogenik. Etanol, asam propionat, dan

asam butirat dirubah menjadi asam asetat oleh bakteri asetogenik

dengan reaksi sebagai berikut :

CH3CH2OH + CO2 CH3COOH + 2H2

Etanol Asam Asetat

CH3CH2COOH + 2H2O CH3COOH + CO2 + 3H2

Asam Propionat Asam asetat

CH3CH2CH2COOH + 2H2O 2CH3COOH + 2H2

Asam Butirat Asam Asetat

Bakteri asetogenik tumbuh jauh lebih cepat dari pada bakteri

metanogenik. Kecepatan pertumbuhan bakteri asetogenik (mak)

mendekati 1 per jam sedangkan bakteri metanogenik 0,04 per jam

(Hammer, 1986).

52

4) Kelompok Bakteri Metanogen

Penguraian senyawa organik oleh bakteri anaerobik

dilingkungan alam melepas 500 - 800 juta ton metan ke atmosfir tiap

tahun dan ini mewakili 0,5% bahan organik yang dihasilkan oleh

proses fotosintesis (Kirsop, 1984; Sahm, 1984). Bakteri metanogen

terjadi secara alami didalam sedimen yang dalam atau dalam

pencernaan herbivora. Kelompok ini dapat berupa kelompok bakteri

gram positif dan gram negatif dengan variasi yang banyak dalam

bentuk. Mikroorganime metanogen tumbuh secara lambat dalam air

limbah dan waktu tumbuh berkisar 3 hari pada suhu 35oC sampai

dengan 50 hari pada suhu 10oC.

Bakteri metanogen dibagi menjadi dua katagori, yaitu :

Bakteri metanogen hidrogenotropik (seperti : chemolitotrof yang

menggunakan hidrogen) merubah hidrogen dan karbondioksida

menjadi metan.

CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O

Metan

Bakteri metanogen yang menggunakan hidrogen membantu

memelihara tekanan parsial yang sangat rendah yang dibutuhkan

untuk proses konversi asam volatil dan alkohol menjadi asetat

(speece, 1983).Bakteri metanogen Asetotropik, atau biasa disebut

sebagai bakteri asetoklastik atau bakteri penghilang asetat, merubah

asam asetat menjadi metan dan CO2.

53

CH3COOH CH4 + CO2

Bakteri asetoklastik tumbuh jauh lebih lambat (waktu

generasi = beberapa hari) dari pada bakteri pembentuk asam (waktu

generasi = beberapa jam). Kelompok ini terdiri dari dua kelompok,

yaitu : Metanosarkina (Smith dan Mah, 1978) dan Metanotrik (Huser

et al., 1982). Selama penguraian termofilik (58oC) dari limbah

lignosellulosik, Metanosarkina adalah bakteri asetotropik yang

ditemukan dalam bioreaktor. Sesudah 4 minggu, Metanosarkina

(mak = 0,3 tiap hari; Ks = 200 mg/l) digantikan oleh Metanotrik (mak =

0,1 tiap hari; Ks = 30 mg/l).

Kurang lebih sekitar 2/3 metan dihasilkan dari konversi asetat

oleh metanogen asetotropik. Sepertiga sisanya adalah hasil reduksi

karbon dioksida oleh hidrogen (Mackie dan Bryant, 1984). Diagram

neraca masa pada penguraian zat organik komplek menjadi gas

metan secara anaerobik ditujukkan seperti pada Gambar 3.23.

Secara umum klasifikasi bakteri metanogen dapat dilihat

pada Tabel 3.4. (Balch et al, 1979). Metanogen dikelompokkan

menjadi tiga orde yakni:

Metanobakteriales misalnya Metanobakterium, Metano-breviater,

Metanotermus.

Metanomikrobiales misalnya Metanomikrobium, Metano-genium,

Metanospirilium, Metanosarkina, dan Metanokokoid

Metanokokales misalnya Metanokokkus.

54

Tabel 3.4 : Klasifikasi Metanogen

Order Famili Genus Spesies

Methanobacter

iales

Methanobact

eriaceae

Methanobacteriu

m

Methanobrevibac

ter

M. formicicum

M. bryanti

M. thermoautotrophicum

M. ruminantium

M. arboriphilus

M. smithii

M. vannielli

Methanococcal

es

Methanococ

caceae

Methanococcus

Methanomicrobiu

m

M. voltae

M. mobile

methanomicro

biales

Methanomicr

obiaceae

Methanogenium

Methanospillum

M. cariaci

M. marisnigri

M. hungatei

M. barkeri

Methanosarc

inaceae

Methanosarcina M. mazei

Sumber dari : Balch et al., 1979.

55

Gambar 3.23 : Neraca Masa Pada Proses Penguraian Anaerobik

(Fermentasi Metan)

56

Paling sedikit ada 49 spesies metanogen yang telah

didiskripsi (Vogels et al., 1988; Koster,1988) telah mengkompilasi

beberapa bakteri metanogen yang telah diisolasi dan masing-masing

substratnya, ditunjukkan seperti pada Tabel 3.5Proses penguraian

senyawa hidrokarbon, lemak dan protein secara biologis menjadi

metan di kondisi proses anaerobik secara umum ditunjukkan seperti

pada Gambar 3.24 dan 3.25.

57

Gambar 3.24 : Proses Penguraian Senyawa Hidrokarbon

Secara Anaerobik Menjadi Metan

58

Gambar 3.25 : Proses Penguraian Senyawa Protein

Secara Anaerobik

59

Tabel 3.5 : Metanogen Terisolasi Dan Subtratnya

Bakteri Subtrat

Methanobacterium bryantii H2

M. formicicum H2 dan HCOOH

M. thermoautotrophicum H2

M. alcaliphilum H2

Methanobrevibacter arboriphilus H2

M. ruminantium H2 dan HCOOH

M. smithii H2 dan HCOOH

Methanococcus vannielii H2 dan HCOOH

M. voltae H2 dan HCOOH

M. deltae H2 dan HCOOH

M. maripaludis H2 dan HCOOH

M. jannaschii H2

M. thermolithoautotrophicus H2 dan HCOOH

M. frisius

Methanomicrobium mobile H2 dan HCOOH

M. paynteri H2

Methanospirillum hungatei H2 dan HCOOH

Methanoplanus limicola H2 dan HCOOH

M. endosymbiosus H2

Methanogenium cariaci H2 dan HCOOH

M. marisnigri H2 dan HCOOH

M. tatii H2 dan HCOOH

M. olentangyi H2

M. thermophilicum H2 dan HCOOH

M. bourgense H2 dan HCOOH

M. aggregans H2 dan HCOOH

Methanoccoides methylutens CH3NH2 dan CH3OH

Methanotrix soehngenii CH3COOH

M. conilii CH3COOH

Methanothermus fervidus H2

60

Methanolobus tindarius CH3OH, CH3NH2,

(CH3)2NH, dan (CH3)3N

Methanosarcina barkeri CH3OH, CH3COOH,

H2, CH3NH2, (CH3)2NH,

dan (CH3)3N

Methanosarcina themophila CH3OH, CH3COOH,

H2, CH3NH2, (CH3)2NH,

dan (CH3)3N

Sumber : Koster (1988).

b. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Mekanisme Proses Anaerob

Beberapa faktor yang berpengaruh terhadap penguraian

secara anaerobik antara lain yakni temperatur, waktu tinggal

(rentention time), keasaman (pH), komposisi kimia air limbah,

kompetisi antara metanogen dan bakteri racun (toxicants).

1) Temperatur

Produksi metan dapat dihasilkan pada temperatur antara

0oC - 97

oC. Walaupun bakteri metan psychrophilic tidak dapat

diisolasi, bakteri thermophilik beroperasi secara optimum pada

temperatur 50 - 75oC ditemukan di daerah panas. Methanothermus

fervidus ditemukan ditemukan di Iceland dan tumbuh pada

temperatur 63 - 97oC (Sahm, 1984).

Di dalam instalasi pengolahan limbah pemukiman,

penguraian anaerobik dilakukan dalam kisaran mesophilik dengan

temperatur 25 - 40 oC dengan temperatur optimum mendekati 35

oC .

Penguraian thermophilik beroperasi pada temperatur 50 - 65oC.

61

Penguraian ini memungkinkan untuk pengolahan limbah dengan

beban berat dan juga efektif untuk mematikan bakteri pathogen.

Salah satu kelemahan adalah sensitifitas yang tinggi terhadap zat

toksik (Koster, 1988).

Karena pertumbuhan bakteri metan yang lebih lambat

dibandingkan bakteri acidogenik, maka bakteri metan sangat sensitif

terhadap perubahan kecil temperatur. Karena penggunaan asam

volatil oleh bakteri metan, penurunan temperatur cenderung

menurunkan laju pertumbuhan bakteri metan. Oleh karena itu

penguraian mesophilik harus didisain untuk beroperasi pada

temperatur antara 30 - 35oC untuk fungsi optimal.

2) Waktu Tinggal

Waktu tinggal air limbah dalam reaktor anaerob, yang

tergantung pada karakteristik air limbah dan kondisi lingkungan,

harus cukup lama untuk proses metabolisme oleh bakteri anaerobik

dalam reaktor pengurai. Penguraian didasarkan pada bakteri yang

tumbuh menempel mempunyai waktu tinggal yang rendah (1-10 hari)

dari pada bakteri yang terdispersi dalam air (10-60 hari). Waktu

tinggal pengurai mesophilik dan termophilik antara 25 - 35 hari tetapi

dapat lebih rendah lagi (Sterritt dan Lester, 1988).

3) Keasaman (pH)

Kebanyakan pertumbuhan bakteri metanogen berada pada

kisaran pH antara 6,7 - 7,4, tetapi optimalnya pada kisaran pH antara

62

7,0 - 7,2 dan proses dapat gagal jika pH mendekati 6,0. Bakteri

acidogenik menghasilkan asam organik, yang cenderung

menurunkan pH bioreaktor. Pada kondisi normal, penurunan pH

ditahan oleh bikarbonat yang dihasilkan oleh bakteri metanogen. Di

bawah kondisi lingkungan yang berlawanan kapasitas buffering dari

sistem dapat terganggu, dan bahkan produksi metan dapat terhenti.

Asiditas lebih berpengaruh terhadap metanogen dari pada bakteri

acidogenik. Peningkatan tingkat volatil merupakan indikator awal dari

terganggunya sistem. Monitoring ratio asam volatil total (asam

asetat) terhadap alkali total (kalsium karbonat) disarankan di bawah

0,1 (Sahm, 1984). Salah satu metode untuk memperbaiki

keseimbangan pH adalah meningkatkan alkaliniti dengan menambah

bahan kimia seperti lime (kapur), anhydrous ammonia, sodium

hidroksida, atau sodium bikarbonat.

4) Komposisi Kimia Air Limbah

Bakteri metanogen dapat menghasilkan metan dari

karbohidrat, protein, dan lipida, dan juga dari senyawa komplek

aromatik (contoh: ferulik, vanilik, dan asam syringik). Walaupun

demikian beberapa senyawa lignin dan n-parafin sulit terurai oleh

bakteri anaerobik.Air limbah harus diseimbangkan makanannya

(nitrogen, fosfor, sulfur) untuk memelihara pencernaan anaerobik.

Rasio C:N:P untuk bakteri anaerobik adalah 700:5:1 (Sahmn, 1984).

Beberapa pengamat menilai bahwa ratio C/N yang tepat untuk

produksi gas yang optimal sebaiknya sekitar 25-30 :1 (Polprasert,

1989). Metanogen menggunakan ammonia dan sulfida sebagai

sumber nitrogen dan sulfur. Walaupun sulfida bebas adalah toksik

63

terhadap metanogen bakteri pada tingkat 150 - 200 mg/l, unsur ini

merupakan sumber sulfur utama untuk bakteri metanogen (Speece,

1983).

5) Kompetisi Metanogen dengan Bakteri Pemakan Sulfat

Bakteri pereduksi sulfat dan metanogen dapat

memperebutkan donor elektron yang sama, asetat dan H2. Studi

tentang kinetik pertumbuhan dari dua kelompok bakteria ini

menunjukkan bahwa bakteri pemakan sulfat mempunyai afinitas

yang lebih tinggi terhadap asetat (Ks= 9,5 mg/l) dari pada metanogen

(Ks = 32,8 mg/l). Ini berarti bahwa bakteri pemakan sulfat akan

memenangkan kompetisi pada kondisi konsentrasi asetat yang

rendah (Shonheit et al., 1982; Oremland, 1988; Yoda et al., 1987).

Bakteri pemakan sulfat dan metanogen sangat kompetitif pada rasio

COD/SO4 berkisar 1,7 - 2,7. Pada rasio yang lebih tinggi baik untuk

metanogen sedangkan bakteri pemakan sulfat lebih baik pada rasio

yang lebih kecil.

6) Zat Toksik

Zat toksik kadang-kadang dapat menyebabkan kegagalan

pada proses penguraian limbah dalam proses anaerobik.

Terhambatnya pertumbuhan bakteri metanogen pada umumnya

ditandai dengan penurunan produksi metan dan meningkatnya

konsentrasi asam-asam volatil. Berikut ini adalah beberapa zat toksik

yang dapat menghambat pembentukan metan.

64

Oksigen.

Metanogen adalah bakteri anaerob dan dapat terhambat

pertumbuhannya oleh oksigen dalam kadar trace level

(Oremland, 1988; Roberton dan Wolfe, 1970).

Ammonia.

Ammonia yang tidak terionisasi cukup toksik atau beracun untuk

bakteri metanogen. Barangkali karena produksi ammonia bebas

tergantung pH (ammonia bebas terbentuk pada pH tinggi), sedikit

toksisitas yang dapat diamati pada pH netral. Ammonia sebagai

penghambat terhadap pembentukan metanogen pada

konsentrasi 1500 - 3000 mg/l. Penambahan ammonia menambah

waktu tinggal partikel padat (Bhattacharya dan Parkin, 1989).

Hidrokarbon terklorinasi.

Senyawa khlorin alifatis lebih beracun terhadap metanogen dari

pada terhadap mikroorganisma hetrotropik aerobik (Blum dan

Speece, 1992). Kloroform sangat toksik terhadap bakteri

metanogen dan cenderung menghambat secara total, hal ini

dapat diukur dari produksi metan dan akumulasi hidrogen pada

konsentrasi diatas 1 mg/l (Hickey et al., 1987). Aklimatisasi

senyawa ini meningkatkan toleransi metanogen sampai pada

konsentrasi kloroform 15 mg/l Pemulihan kehidupan bakteri

metanogen tergantung pada konsentrasi biomassa, waktu tinggal

partikel padat, dan temperatur (Yang dan Speece, 1986).

Senyawa Benzen.

65

Kultur murni dari bakteri metanogen (contoh : Methanothix

concilii, Methanobacterium espanolae, Methanobacterium

bryantii) dapat dihambat pertumbuhannya oleh senyawa benzen

(contoh : benzen, toloene, fenol, pentachlorophenol).

Pentachlorophenol adalah yang paling toksik (beracun) dari pada

seluruh benzen yang diuji (Patel et al., 1991).

Formaldehida.

Proses pembentukan metan (Methanogenesis) terhambat atau

terganggu pada konsentrasi formadehida sebesar 100 mg/l tetapi

segera pulih kembali pada konsentrasi yang lebih rendah (Hickey

et al., 1988; Parkin dan Speece, 1982).

Asam Volatil.

Jika pH dijaga tetap netral, asam volatil seperti asam asetat atau

butirik tidak berpengaruh besar (sedikit toksik) terhadap bakteri

metanogen.

Asam Lemak rantai panjang.

Asam lemak rantai panjang (contoh : caprylic, capric, lauric,

myristic, dan asam oleic) menghambat asetoklastik metanogen

(contoh : Methanothrix spp.) dalam mencerna asetat dalam

lumpur limbah (Koster dan Cramer, 1987).

Logam Berat.

Logam berat (contoh : Cu++

, Pb++

, Cd++

, Ni++

, Zn++

, Cr+6

) yang

ditemukan dalam air dan lumpur limbah dari industri dapat

66

menghambat penguraian limbah anaerobik (Lin, 1992; Mueller

dan Steiner, 1992). Toksisitas meningkat jika afinitas logam berat

pada lumpur limbah (sludge) menurun dan sebaliknya jika afinitas

pada lumpur logam berat tinggi menjadi sedikit toksik. Toksisitas

logam menghambat reaksi berikutnya dengan hidrogen sulfida,

yang cenderung untuk pembentukan pengendapan logam berat

yang tidak terlarut. Beberapa logam seperti nikel, kobalt, dan

molybdenum pada konsentrasi kecil (trace) dapat merangsang

bakteri methanogen (Murray dan Van Den Berg, 1981; Shonheit

et al, 1979; Whiman dan Wolfe, 1980).

Sianida.

Sianida digunakan dalam proses industri seperti pembersihan

logam dan elektroplating. Pemulihan bakteri metanogen

tergantung pada konsentrasi biomassa, waktu tinggal partikel

padat, dan temperatur (Fedorak et al., 1986; Yang dan Speece,

1985).

Sulfida.

Sulfida adalah salah satu penghalang potensial dalam

penguraian limbah anaerobik (Anderson et al, 1982). Melalui

difusi sel membran lebih cepat untuk hidrogen sulfida yang tidak

terionisasi dibandingkan dibandingkan yang terionisasi, toksisitas

sulfida sangat tergantung pada pH (Koster et al., 1986). Sulfida

sangat toksik untuk bakteri metanogen jika konsentrasinya lebih

dari 150-200 mg/l. Bakteri pembentuk asam tidak begitu sensitif

terhadap hidrogen sulfida dibandingkan dengan bakteri

metanogen.

67

Tanin.

Tanin adalah senyawa fenolik yang berasal dari anggur, pisang,

apel, kopi, kedelai, dan sereal. Senyawa ini umumnya toksik

terhadap bakteri metanogen.

Salinitas.

Salinitas adalah jenis marial toksik lain dalam penguraian air

limbah dalam sistem anaerobik. Karena potasium dapat

menetralkan toksisitas sodium, maka jenis toksisitas ini dapat

dihambat dengan menambah garam potasium dalam air limbah.

Efek Balik (Feedback Inhibition).

Sistem anaerobik dapat dihambat oleh beberapa hasil antara

(intermediates produced) selama proses. Tingginya konsentrasi

hasil antara ini (seperti : H2, asam lemak volatil) toksik.

c. Keunggulan dan Kekurangan Proses Anaerob

Keunggulan proses anaerobik dibandingkan proses aerobik

adalah sebagai berikut (Lettingan et al, 1980; Sahm, 1984; Sterritt dan

Lester, 1988; Switzenbaum, 1983) :

Proses anaerobik dapat segera menggunakan CO2 yang ada

sebagai penerima elektron. Proses tersebut tidak membutuhkan

oksigen dan pemakaian oksigen dalam proses penguraian limbah

akan menambah biaya pengoperasian.

Penguraian anaerobik menghasilkan lebih sedikit lumpur (3-20

kali lebih sedikit dari pada proses aerobik), energi yang dihasilkan

68

bakteri anaerobik relatif rendah. Sebagian besar energi didapat

dari pemecahan substrat yang ditemukan dalam hasil akhir, yaitu

CH4. Dibawah kondisi aerobik 50% dari karbon organik dirubah

menjadi biomassa, sedangkan dalam proses anaerobik hanya 5%

dari karbon organik yang dirubah menjadi biomassa. Dengan

proses anaerobik satu metrik ton COD tinggal 20 - 150 kg

biomassa, sedangkan proses aerobik masih tersisa 400 - 600 kg

biomassa (Speece, 1983; Switzenbaum, 1983).

Proses anaerobik menghasilkan gas yang bermanfaat, metan.

Gas metan mengandung sekitar 90% energi dengan nilai kalori

9.000 kkal/m3, dan dapat dibakar ditempat proses penguraian

atau untuk menghasilkan listrik. Sedikit energi terbuang menjadi

panas (3-5%). Produksi metan menurunkan BOD dalam

Penguraian lumpur limbah.

Energi untuk penguraian limbah kecil.

Penguraian anaerobik cocok untuk limbah industri dengan

konsentrasi polutan organik yang tinggi.

Memungkinkan untuk diterapkan pada proses penguraian limbah

dalam jumlah besar.

Sistem anaerobik dapat membiodegradasi senyawa xenobiotik

(seperti chlorinated aliphatic hydrocarbons seperti

trichlorethylene, trihalo-methanes) dan senyawa alami recalcitrant

seperti lignin.

Beberapa kelemahan Penguraian anaerobik :

Lebih Lambat dari proses aerobik

Sensitif oleh senyawa toksik

69

Start up membutuhkan waktu lama

Konsentrasi substrat primer tinggi

3.3.2.3. Proses Pengolahan Biologis Secara Aerob

a. Mekanisme Proses Aerob

Di dalam proses pengolahan air limbah organik secara

biologis aerobik, senyawa komplek organik akan terurai oleh

aktifitas mikroorganisme aerob. Mikroorganisme aerob tersebut di

dalam aktifitasnya memerlukan oksigen atau udara untuk memecah

senyawa organik yang komplek menjadi CO2 (karbon dioksida) dan

air serta ammonium, selanjutnya ammonium akan dirubah menjadi

nitrat dan H2S akan dioksidasi menjadi sulfat. Secara sederhana

reaksi penguraian senyawa organik secara aerobik dapat

digambarkan sebagai berikut :

Reaksi Penguraian Organik :

Oksigen (O2)

Senyawa Polutan organik CO2 + H20 + NH4 + Biomasa

Heterotropik

Reaksi Nitrifikasi :

NH4+

+ 1,5 O2------> NO2- + 2 H

+ + H2O

NO2- + 0,5 O2 ------> NO3

-

Reaksi Oksidasi Sulfur :

S2 -

+ ½ O2 + 2 H+ -----> S

0 + H2O

2 S + 3 O2 + 2 H2O -----> 2 H2SO4

70

Berbeda dengan proses anaerob, beban pengolahan pada

proses aerob lebih rendah, sehingga prosesnya ditempatkan

sesudah proses anaerob. Pada proses aerob hasil pengolahan

dari proses anaerob yang masih mengandung zat organik dan

nutrisi diubah menjadi sel bakteri baru, hidrogen maupun

karbondioksida oleh sel bakteri dalam kondisi cukup oksigen.

b. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Mekanisme Proses

Aerob

1) Temperatur

Temperatur tidak hanya mempengaruhi aktivitas metabolisme

dari populasi mikroorganisme, tetapi juga mempengaruhi

beberapa faktor seperti kecepatan transfer gas dan karakteristik

pengendapan lumpur. Temperatur optimum untuk

mikroorganisme dalam proses aerob tidak berbeda dengan

proses anaerob.

2) Keasaman (pH)

Nilai pH merupakan faktor kunci bagi pertumbuhan

mikroorganisme. Beberapa bakteri dapat hidup pada pH diatas

9,5 dan di bawah 4,0. Secara umum pH optimum bagi

pertumbuhan mikroorganisme adalah sekitar 6,5-7,5.

3) Waktu Tinggal Hidrolis (WTH)

Waktu Tinggal Hidrolis (WTH) adalah waktu perjalanan limbah

cair di dalam reaktor, atau lamanya proses pengolahan limbah

71

cair tersebut. Semakin lama waktu tinggal, maka penyisihan yang

terjadi akan semakin besar. Sedangkan waktu tinggal pada

reaktor aerob sangat bervariasi dari 1 jam hingga berhari -hari.

4) Nutrien

Di samping kebutuhan karbon dan energi, mikroorganisme juga

membutuhkan nutrien untuk sintesa sel dan pertumbuhan.

Kebutuhan nutrien tersebut dinyatakan dalam bentuk

perbandingan antara karbon dan nitrogen serta phospor yang

merupakan nutrien anorganik utama yang diperlukan

mikroorganisme dalam bentuk BOD : N : P

3.3.3. Pengolahan Air Limbah Dengan Proses Biofilter

3.3.3.1. Reaktor Biofilter Tercelup

Reaktor biofilter lekat tercelup adalah suatu bioreaktor lekat

diam dimana mikroorganisme tumbuh dan berkembang di atas suatu

media, yang dapat terbuat dari plastik atau batu, yang di dalam

operasinya dapat tercelup sebagian atau seluruhnya, atau hanya

dilewati air saja (tidak tercelup sama sekali), dengan membentuk suatu

lapisan lendir untuk melekat di atas permukaan media tersebut,

sehingga membentuk lapisan biofilm.Biofilm tumbuh pada hampir

semua permukaan di dalam suatu lingkungan perairan. Sistem biofilm

ini kemudian dimanfaatkan dalam proses pengolahan air buangan

untuk menurunkan kandungan senyawa organik. Biofilm merupakan

lapisan yang terbentuk dari sel-sel bio solid dan material inorganik

72

dalam bentuk polimetrik matriks yang menempel pada suatu lapisan

penyokong (support media).

Proses pengolahan air limbah dengan sistem biofilm

atau biofilter secara garis besar dapat dilakukan dalam kondisi

aerobik, anaerobik, atau kombinasi anaerobik dan aerobik.

Proses aerobik dilakukan dengan kondisi adanya oksigen terlarut

di dalam reaktor air limbah, dan proses anaerobik dilakukan

dengan tanpa adanya oksigen di dalam reaktor air limbah.

Sedangkan proses kombinasi anaerob-aerob adalah merupakan

gabungan proses anaerobik dan proses aerobik. Proses operasi

biofilter secara anaerobik digunakan untuk air limbah dengan

kandungan zat organik cukup tinggi, dan dari proses ini akan

dihasilkan gas methan. Jika kadar COD limbah kurang dari 4000

mg/l seharusnya limbah tersebut diolah pada kondisi aerob,

sedangkan COD lebih besar dari 4000 mg/l diolah pada kondisi

anaerob.

3.3.3.2.Prinsip Pengolahan Air Limbah Dengan Proses

Biofilter Tercelup

Proses pengolahan air limbah dengan sistem biofilm atau

biofilter secara garis besar dapat diklasifikasikan seperti pada Gambar

3.26. Proses tersebut dapat dilakukan dalam kondisi aerobik, anaerobik

atau kombinasi anaerobi dan aerobik. Proses aerobik dilakukan

dengan kondisi adanya oksigen terlarut di dalam reaktor air limbah, dan

73

proses anaerobik dilakukan dengan tanpa adanya oksigen dalam

reaktor air limbah.

Sedangkan proses kombinasi anaerob-aerob adalah

merupakan gabungan proses anaerobi dan proses aerobik. Proses

ini biasanya digunakan untuk menghilangan kandungan nitrogen di

dalam air limbah. Pada kondisi aerobik terjadi proses nitrifikasi yakni

nitrogen ammonium diubah menjadi nitrat (NH4+ NO3 ) dan pada

kondisi anaerobik terjadi proses denitrifikasi yakni nitrat yang

terbentuk diubah menjadi gas nitrogen (NO3 N2 ).

Mekanisme proses metabolisme di dalam sistem biofilm

secara aerobik secara sederhana dapat diterangkan seperti pada

Gambar 3.27.

Gambar 3.26 : Klasifikasi Cara Pengolahan Air Limbah Dengan

Proses Film Mikrobiologis (Proses Biofilm)

74

Gambar 3.27 : Mekanisme Proses Metabolisme Di Dalam

Sistem Biofilm

Gambar tersebut menunjukkan suatu sistem biofilm yang

yang terdiri dari medium penyangga, lapisan biofilm yang melekat

pada medium, lapisan alir limbah dan lapisan udara yang terletak

diluar. Senyawa polutan yang ada di dalam air limbah misalnya

senyawa organik (BOD, COD), ammonia, phospor dan lainnya akan

terdifusi ke dalam lapisan atau film biologis yang melekat pada

permukaan medium. Pada saat yang bersamaan dengan

menggunakan oksigen yang terlarut di dalam air limbah senyawa

polutan tersebut akan diuraikan oleh mikroorganisme yang ada di

dalam lapisan biofilm dan energi yang dihasilkan akan diubah

menjadi biomasa. Suplai oksigen pada lapisan biofilm dapat

dilakukan dengan beberapa cara misalnya pada sistem RBC yakni

dengan cara kontak dengan udara luar, pada sistem “Trickling Filter”

75

dengan aliran balik udara, sedangkan pada sistem biofilter tercelup

dengan menggunakan blower udara atau pompa sirkulasi.

Jika lapisan mikrobiologis cukup tebal, maka pada bagian

luar lapisan mikrobiologis akan berada dalam kondisi aerobik

sedangkan pada bagian dalam biofilm yang melekat pada medium

akan berada dalam kondisi anaerobik. Pada kondisi anaerobik akan

terbentuk gas H2S, dan jika konsentrasi oksigen terlarut cukup besar

maka gas H2S yang terbentuk tersebut akan diubah menjadi sulfat

(SO4) oleh bakteri sulfat yang ada di dalam biofilm.Selain itu pada

zona aerobik nitrogen–ammonium akan diubah menjadi nitrit dan

nitrat dan selanjutnya pada zona anaerobik nitrat yang terbentuk

mengalami proses denitrifikasi menjadi gas nitrogen. Oleh karena di

dalam sistem bioflim terjadi kondisi anaerobik dan aerobik pada saat

yang bersamaan maka dengan sistem tersebut maka proses

penghilangan senyawa nitrogen menjadi lebih mudah. Hal ini secara

sederhana ditunjukkan seperti pada Gambar 3.28.

Proses pengolahan air limbah dengan proses biofilm atau

biofilter tercelup dilakukan dengan cara mengalirkan air limbah ke

dalam reaktor biologis yang di dalamnya diisi dengan media

penyangga untuk pengembangbiakan mikroorganisme dengan atau

tanpa aerasi. Untuk proses anaerobik dilakukan tanpa pemberian

udara atau oksigen. Posisi media biofilter tercelup di bawah

permukaan air. Media biofilter yang digunakan secara umum dapat

berupa bahan material organik atau bahan material anorganik.

76

Gambar 3.28 : Mekanisne Penghilangan Ammonia Di Dalam Proses

Biofilter

Untuk media biofilter dari bahan organik misalnya dalam

bentuk tali, bentuk jaring, bentuk butiran tak teratur (random

packing), bentuk papan (plate), bentuk sarang tawon dan lain-lain.

Sedangkan untuk media dari bahan anorganik misalnya batu pecah

(split), kerikil, batu marmer, batu tembikar, batu bara (kokas) dan

lainnya.

Di dalam proses pengolahan air limbah dengan sistem

biofilter tercelup aerobik, sistem suplai udara dapat dilakukan

dengan berbagai cara, tetapi yang sering digunakan adalah seperti

yang tertera pada Gambar 3.29. Beberapa cara yang sering

digunakan antara lain aerasi samping, aerasi tengah (pusat), aerasi

77

merata seluruh permukaan, aerasi eksternal, aerasi dengan “air lift

pump”, dan aersai dengan sistem mekanik. Masing-masing cara

mempunyai keuntungan dan kekurangan. Sistem aerasi juga

tergantung dari jenis media maupun efisiensi yang diharapkan.

Penyerapan oksigen dapat terjadi disebabkan terutama karena aliran

sirkulasi atau aliran putar kecuali pada sistem aerasi merata seluruh

permukaan media.

Di dalam proses biofilter dengan sistem aerasi merata,

lapisan mikroorganisme yang melekat pada permukaan media

mudah terlepas, sehingga seringkali proses menjadi tidak stabil.

Tetapi di dalam sistem aerasi melalui aliran putar, kemampuan

penyerapan oksigen hampir sama dengan sistem aerasi dengan

menggunakan difuser, oleh karena itu untuk penambahan jumlah

beban yang besar sulit dilakukan. Berdasarkan hal tersebut diatas

belakangan ini penggunaan sistem aerasi merata banyak dilakukan

karena mempunyai kemampuan penyerapan oksigen yang besar.

Jika kemampuan penyerapan oksigen besar maka dapat

digunakan untuk mengolah air limbah dengan beban organik

(organic loading) yang besar pula. Oleh karena itu diperlukan juga

media biofilter yang dapat melekatkan mikroorganisme dalam jumlah

yang besar. Biasanya untuk media biofilter dari bahan anaorganik,

semakin kecil diameternya luas permukaannya semakin besar,

sehinggan jumlah mikroorganisme yang dapat dibiakkan juga

menjadi besar pula.

78

Jika sistem aliran dilakukan dari atas ke bawah (down flow)

maka sedikit banyak terjadi efek filtrasi sehingga terjadi proses

penumpukan lumpur organik pada bagian atas media yang dapat

mengakibatkan penyumbatan. Oleh karena itu perlu proses

pencucian secukupnya. Jika terjadi penyumbatan maka dapat terjadi

aliran singkat (Short pass) dan juga terjadi penurunan jumlah aliran

sehingga kapasitas pengolahan dapat menurun secara drastis.

3.3.3.3. Media Biofilter

Media biofilter termasuk hal yang penting, karena sebagai

tempat tumbuh dan menempel mikroorganisme, untuk

mendapatkan unsur-unsur kehidupan yang dibutuhkan-nya,

seperti nutrien dan oksigen. Dua sifat yang paling penting yang

harus ada dari media adalah :

Luas permukaan dari media, karena semakin luas permukaan

media maka semakin besar jumlah biomassa per-unit volume.

Persentase ruang kosong, karena semakin besar ruang

kosong maka semakin besar kontak biomassa yang

menempel pada media pendukung dengan substrat yang ada

dalam air buangan

Untuk mendapatkan permukaan media yang luas, media dapat

dimodifikasikan dalam berbagai bentuk seperti bergelombang,

saling silang, dan sarang tawon.

Media yang digunakan dapat berupa kerikil, batuan, plastik

(polivinil chlorida), pasir, dan partikel karbon aktif. Untuk media

biofilter dari bahan organik banyak yang dibuat dengan cara

79

dicetak dari bahan tahan karat dan ringan misalnya PVC dan

lainnya, dengan luas permukaan spesifik yang besar dan volule

rongga (porositas) yang besar, sehingga dapat melekatkan

mikroorganisme dalam jumlah yang besar dengan resiko

kebuntuan yang sangat kecil. Dengan demikian memungkinkan

untuk pengolahan air limbah dengan beban konsentrasi yang

tinggi serta efisiensi pengolahan yang cukup besar. Salah Satu

contoh media biofilter yang banyak digunakan yakni media

dalam bentuk sarang tawon (honeycomb tube) dari bahan PVC.

Kelebihan dalam menggunakan media plastik tersebut antara

lain:

Mempunyai luas permukaan per m3 volume sebesar 150 –

240 m2/m

3

Volume rongga yang besar dibanding media lainnya.

Penyumbatan pada media yang terjadi sangat kecil.

Beberapa contoh perbandingan luas permukaan spesifik

dari berbagai media biofilter dapat dilihat pada Tabel 3.6 :

Tabel 3.6 : Perbandingan Luas Permukaan Spesifik

Media Biofilter

No Jenis Media Luas Permukaan spesifiik (m

2/m

3)

1. Trickling filter dengan batu pecah 100 – 200

2. Model sarang tawon (honeycomb modul)

150 – 240

3. Tipe jaring 50

4. RBC 80 – 150

80

3.3.4. Pengolahan Secara Filtrasi (Penyaringan)

Tujuan penyaringan adalah untuk memisahkan padatan

tersuspensi dari dalam air yang diolah. Pada penerapannya filtrasi

digunakan untuk menghilangkan sisa padatan tersuspensi yang tidak

terendapkan pada proses sedimentasi. Pada pengolahan air

buangan, filtrasi dilakukan setelah pengolahan kimia-fisika atau

pengolahan biologi. Ada dua jenis proses penyaringan yang umum

digunakan, yaitu penyaringan lambat dan penyaringan cepat.

Penyaringan lambat adalah penyaringan dengan memanfaatkan

energi potensial air itu sendiri, artinya hanya melalui gaya gravitasi.

Penyaringan ini dilakukan secara terbuka dengan tekanan

atmosferik. Sedangkan penyaringan cepat adalah penyaringan

dengan menggunakan tekanan yang melebihi tekanan atmosfir.

Berdasarkan jenis media filter yang digunakan, penyaringan

dapat digolongkan menjadi dua jenis, yaitu filter media granular

(butiran) dan filter permukaan. Pada jenis media granular, media

yang paling baik mempunyai karakteristik sebagai berikut: Ukuran

butiran membentuk pori-pori yang cukup besar agar partikel besar

dapat tertahan dalam media, sementara butiran tersebut juga dapat

membentuk pori yang cukup halus, sehingga dapat menahan

suspensi. Butiran media bertingkat, sehingga lebih efektif pada saat

proses pencucian balik (backwash). Saringan mempunyai

kedalaman yang dapat memberikan kesempatan aliran mengalir

cukup panjang. Sejauh ini media yang paling baik adalah pasir yang

ukuran butirannya hampir seragam dengan ukuran antara 0,6 hingga

0,8 mm.

81

Laju operasi untuk penyaringan ditentukan oleh kualitas air

baku, pengolahan kimia yang diterapkan dan media filter. Pada

umumnya laju penyaringan pada saringan pasir cepat adalah 82,4

liter per menit/m2. Sistem yang ada pada saat ini dapat menaikkan

aliran hingga 206 liter per menit/m2. Unggun saringan yang terdiri

dari dua jenis media, yaitu arang dan pasir menghasilkan lapisan

media arang yang butirannya besar (berat jenis 1,4-1,6) berada

diatas media pasir yang lebih halus (berat jenis 2,6). Susunan media

dari atas ke bawah kasar-halus, akan memudahkan aliran air. Flok

yang besar akan tertahan butiran arang di bagian atas/permukaan

unggun.

3.3.5. Pengolahan Secara Adsorpsi

Adsorpsi adalah penumpukan materi pada interface antara

dua fase. Pada umumnya zat terlarut terkumpul pada interface.

Proses adsorpsi memanfaatkan fenomena ini untuk menghilangkan

materi dari cairan. Banyak sekali adsorbent yang digunakan di

industri, namun karbon aktif merupakan bahan yang sering

digunakan karena harganya murah dan sifatnya nonpolar. Adsorbent

polar akan menarik air sehingga kerjanya kurang efektif. Pori-pori

pada karbon dapat mencapai ukuran 10 angstrom. Total luas

permukaan umumnya antara 500 – 1.500 m2/gr. Berat jenis kering

lebih kurang 500 kg/m3.

82

Gambar 3.30 : Sistem Reuse Air Limbah PT. United Tracktor.

(Pengolahan Tersier).

Bak penampungan air olahan IPAL dan bak penampung air yang telah siap di

re-use

Satu set peralatan re-use: pompa feed, sand filter, carbon filter, dosing kaporit

dan panel kontrol

83

Tangki penampungan yang siap di re-

use Contoh limbah segar dan hasil olahan

setiap unit/s Gambar 3.31 : Filter Pasir dan Karbon Aktif Untuk Sistem

Re-useAir Limbah

3.3.6. Pengeringan / Pengolahan Lumpur

Lumpur yang dihasilkan dari proses sedimentasi diolah lebih

lanjut untuk mengurangi sebanyak mungkin air yang masih

terkandung didalamnya. Proses pengolahan lumpur yang bertujuan

mengurangi kadar air tersebut sering disebut dengan pengeringan

lumpur. Ada empat cara proses pengurangan kadar air, yaitu secara

alamiah, dengan tekanan (pengepresan), dengan gaya sentrifugal

dan dengan pemanasan. Pengeringan secara alamiah dilakukan

dengan mengalirkan atau memompa lumpur endapan ke sebuah

kolam pengering (drying bed) yang mempunyai luas permukaan

yang besar dengan kedalaman sekitar 1 atau 2 meter. Proses

pengeringan berjalan dengan alamiah, yaitu dengan panas matahari

dan angin yang bergerak di atas kolam pengering lumpur tersebut.

Cara pengeringan seperti ini tentu saja sangat bergantung dari

84

cuaca dan akan bermasalah bila terjadi hujan. Bila lumpur tidak

mengandung bahan yang berbahaya, maka kolam pengering lumpur

dapat hanya berupa galian tanah biasa, sehingga sebagian air akan

meresap ke dalam tanah dibawahnya. Contoh pengeringan lumpur

antara lain pengeringan lumpur dengan cara tekanan (pengepresan)

dan proses pengeringan lumpur dengan gaya centrifugal. Berikut

diberikan beberapa contoh alat pengering lumpur yang ada.

Gambar 3.32 : Diagram Proses Pengering Lumpur Secara Alami

(Sludge Drying Bed)

85

Gambar 3.33 : Foto Unit Pengering Lumpur Secara Alami (Sludge

Drying Bed)

Gambar 3.34 : Foto Unit Pengering Lumpur Dengan Filter Press.

Gambar 3.35 : Foto Unit Pengering Lumpur Dengan Belt Press.

86

3.3.7.Sistem Kelistrikan IPAL Produksi PT. United

Tracktors Tbk

Peralatan pompa dan blower IPAL produksi PT. United

Tracktors Tbk digerakkan dengan menggunakan listrik yang

diambilkan dari sumber listrik utama gardu PLN yang ada di dalam

lokasi pabrik, sedangkan untuk pompa di bak pengumpul diambilkan

dari sumber listrik terdekat. Kebutuhan power dari masing-masing

peralatan dapat dilihat pada Tabel 3.7.

Adapun panel listrik ditempatkan pada rumah panel yang

berada menempel dengan dinding IPAL dan dilengkapi dengan CT,

main breaker dan MCB, kontaktor serta Volt meter dan ampere

meter. Foto panel listrik ditunjukkan pada gambar 3.34. dan 3.35.

Tabel 3.7 : Jenis Peralatan Dan Kebutuhan Power Di IPAL

No Jenis Peralatan Jumlah

(Unit)

Daya

(Watt)

1. Pompa pengumpul limbah cuci unit 1 1.500

2. Pompa pengumpul limbah produksi 1 800

3. Pompa feed chemical treatment 1 400

4. Pompa feed biologi treatment 1 400

5. Pompa sirkulasi air limbah 1 250

6. Pompa pemekat oli 1 200

87

Lanjutanya..

7. Pompa pemekat lumpur 1 250

8. Pompa feed filter air 1 250

9. Pompa transfer air re-use 1 400

10. Pompa dosing bahan kimia koagulan 1 50

11. Pompa dosing bahan kimia flokulan 1 50

12. Pompa dosing bahan kimia

disinfektan 1 50

13. Agitator reaktor koagulasi 1 90

14. Agitator reaktor flokulasi 1 90

15. Agitator bak pengendap 1 300

16. Blower udara 2 200

17. Lampu penerangan 4 20

88

Gambar 3.36: Wiring Diagram Kelistrikan IPAL Produksi

PT. United Tracktors Tbk

89

Gambar 3.37 : Foto Panel Listrik

IPAL

Gambar 3.38 : MCB Outdoor

Untuk Pompa

Bak Pengumpul

3.3.8. Diagram Alir Proses IPAL PT. United Tracktor Tbk

Keterangan Proses :

I. Pengolahan Secara Fisika – Kimia

1. Limbah segar yang dihasilkan dari proses pencucian disalurkan

ke bak penampungan yang di depannya dilengkapi dengan

saringan untuk memisahkan padatan yang berukuran besar.

2. Setelah melalui saringan, limbah dialirkan ke bak pengumpul .Di

dalam bak ini, padatan yang berat (pasir, tanah) diendapkan di

bagian dasar. Dalam waktu periode tertentu (1 minggu) kondisi

bak harus di cek untuk melihat jumlah padatan yang telah

terkumpul di dalam bak. Bersihkan bak dari Lumpur dan padatan

lainnya.

90

3. Bak pengumpul ini dilengkapi dengan pompa pentransfer limbah

yang digunakan untuk memompa limbah ke bak equalisasi/ oil

trap. Limbah dari cuci unit masuk ke bak equalisasi, sedangkan

limbah dari produksi/ bengkel masuk ke oil trap terlebih dahulu

sebelum mengalir ke equalisasi untuk dicampur dengan limbah

dari cuci unit.

Bak pengumpul limbah cuci unit

Bak pemekat oli lengkap dengan pompa oli

4. Kandungan oli yang berasal dari limbah produksi akan

mengapung di bagian atas dari limbah, sedangkan air limbah

yang sudah bersih dari oli akan mengalir ke bak berikutnya.

Kandungan oli semakin hari akan bertambah jumlahnya, dan jika

sudah cukup tebal maka dipisahkan untuk ditampung ke bak

pemekat oli dengan cara menutup ball valve yang ada di bak

depannya. Oli akan mengalir secara over flow ke bak pemekat.

Oli di bak pemekat ini masih mengandung air, dan air ini dapat di

recycle masuk ke dalam oil trap kembali dengan pompa pemekat

oli yang tersedia. Jika jumlah oli di bak pemekat ini sudah cukup

banyak maka harus dipindahkan ke drum penampungan untuk

dikirim ke perusahaan pengolah oli bekas.

91

Pemindahan oli ke drum penampung oli

Sistem pemisahan oli dengan over flow dari oil trap

5. Air limbah produksi setelah melewati oil trap akan mengalir

secara gravitasi menuju bak equalisasi. Disini air limbah produksi

yang telah bersih dari oli akan tercampur dengan air limbah dari

cuci unit. Di bak equalisasi dilengkapi dengan pompa feed

chemical treatment yang dilengkapi dengan system level control

dengan pelampung. Pengaturan debit limbah yang akan diolah

dapat dilakukan dengan mengatur posisi ball valve yang terdapat

di pompa feed dan dengan menggunakan ball valve yang

terdapat di inlet reaktor koagulasi.

Peralatan proses koagulasi – flokulasi

92

6. Kebutuhan bahan kimia untuk proses koagulasi – flokulasi diatur

dengan menggunakan dua buah pompa dosing. Jumlah

kebutuhan bahan koagulan dan flokulan ditentukan berdasarkan

dari hasil jar test yang telah dilakukan. Sedangkan untuk

meningkatkan proses reaksi agar dapat terbentuk flok dengan

ukuran besar serta kuat sehingga proses sedimentasi dapat

terjadi dengan sempurna di reaktor koagulasi dan flokulasi

dilengkapi dengan agitator.

Pompa dosing bahan kimia dan motor pengaduk/agitator

7. Setelah melalui proses koagulasi-flokulasi, limbah dialirkan ke

bak pengendap. Tangki bak pengendap ini berbetuk kerucut di

bagian bawahnya dan dilengkapi dengan agitator. Agitator yang

ada secara periodik dihidupkan agar flok yang ada dapat

terkumpul di dasar tangki dan dapat dengan mudah untuk

dipisahkan menuju ke bak pemekat lumpur. Sedangkan air yang

sudah bersih akan mengalir secara over flow dari bak pengendap

untuk selanjutnya diproses secara biologi dengan biofilter.

Lumpur yang sudah terkumpul di bak pemekat selanjutnya

93

dikelola ke unit pengolah lumpur, sedangkan air limpasan dari

bak pemekat lumpur ini dipompa ke unit pengolahan limbah

secara biologi.

Bak Pengendap Dan Pemekat Lumpur

Bak Pengendap

Pengelolaan Lumpur

94

II. Pengolahan Secara Biologi

Biofilter Untuk Proses Pengolahan Secara Biologi

Untuk melakukan start-up biofilter, langkah pertama yang

harus dilakukan adalah melakukan pengecekan sistem IPAL secara

keseluruhan. Pengecekan IPAL meliputi pengecekan kebocoran bak,

pengecekan perpipaan dalam IPAL, pengecekan sistem kelistrikan,

pengecekan pompa-pompa, pengecekan sistem suplai udara ke

reaktor aerobik dan pengecekan bak-bak pengumpul. Setelah yakin

kalau sistem biofilter sudah sempurna, selanjutnya dilakukan pengisian

biofilter dengan urutan sebagai berikut:

1. Isi semua bak di biofilter dengan air limbah secara bersamaan.

Pengisian IPAL diusahakan merata jangan sampai sebagian penuh,

bagian yang lain masih kosong. Pada posisi penuh dengan air

limbah, cek semua dinding bak biofilter apakah ada kebocoran atau

tidak.

2. Setelah IPAL penuh selanjutnya blower pada bak aerobik

dihidupkan dan cek apakah udara keluar melalui difuser secara

95

merata atau tidak. Kalau tidak merata maka perlu perbaikan difuser

udara.

Blower Udara Dan Proses Aerasi Air Limbah Di Bak Aerasi

96

3. Tes pompa feed biofilter dan pompa recycle, apakah sudah dapat

berfungsi dengan baik.

4. Biarkan bak equalisasi II terisi hingga pompa feed biofilter dapat

beroperasi secara otomatis. Atur aliran /debit pompa feed biofilter

sesuai dengan kapasitas IPAL terpasang.

5. Selanjutnya Air limbah dari bak equalisasi II dipompa ke IPAL

(bioreaktor/bak anaerobik-aerobik dan pengendap akhir) sampai

mencapai level penuh.

WierDi Outlet Biofil

6. Langkah selanjutnya adalah mengisi IPAL dengan bibit atau seed

mikroba atau bakteri. Seed mikroba diambilkan dari instalasi

pengolahan air limbah domestik yang sudah diketahui kinerjanya

berjalan dengan baik. Jumlah seed mikroba sekitar 0,5 – 1 m3.

97

7. Selanjutnya hidupkan pompa sirkulasi, dengan demikian mikroba

akan mengalir teraduk dalam IPAL, dan lama kelamaan akan

lengket pada permukaan media biofilter.

8. Selama masa seeding, untuk mempercepat proses

perkembangbiakan mikroba pengurai air limbah, maka perlu

dilakukan penambahan nutrient. Nutrient berupa padatan yang

komposisinya diramu oleh BPPT. Penambahan nutrient dilakukan

pagi setiap hari selama 3 minggu pertama ipal beroperasi. Caranya

adalah mengambil nutrient sebanyak 1/4 kg kemudian dilarutkan

kedalam air pada ember. Pastikan nutrient larut semua. Setelah itu

cairan nutrient dituangkan kedalam bak pengendap awal dan bak

anaerobik. Sisa padatan nutrient jangan dimasukkan ke dalam

IPAL.

9. Setelah selesai masa seeding, selanjutnya dilakukan pemantauan

secara kontinyu (Swa-pantau).

10. Semua Industri yang sudah memiliki IPAL diwajibkan melakukan

Swa-pantau harian oleh BPLHD DKI. Yang paling mudah dan

ekonomis adalah swa pantau debit air limbah, swa pantau pH, swa

pantau TSS dan pemantauan COD atau organik KMnO4.

11. Setiap 3 bulan, sampel dari inlet dan outlet IPAL harus diambil dan

dianalisakan komposisinya di laboratorium independent seperti

Sucofindo, Unilab dan atau di laboratorium BPLHD DKI. Hasil

analisa dilaporkan ke BPLHD DKI jakarta.

98

III. Pengolahan Tersier (Secara Fisika – Kimia)

Diagram Alir Pengolahan Tersier

1. Air olahan dari IPAL yang sudah bagus kualitasnya tersebut

ditampung untuk sementara di bak penampungan hasil.

2. Air olahan limbah selanjutnya ditingkatkan kualitasnya lagi

dengan pengolahan tersier untuk tujuan reuse di cuci unit.

3. Operasional system reuse ini dikendalikan dengan panel yang

ada di lantai I.

4. Isi larutan kaporit di tangki penampungan.

5. Pompa air dengan dengan pompa feed filter.

6. Cek apakah pompa dosing kaporit berfungsi dengan baik.

7. Pengolahan tersier yang ada terdiri dari filter pasir dan filter

karbon aktif.

8. Air limbah yang telah mempunyai kualitas bagus ini di filtrasi

dengan menggunakan sand filter yang berfungsi untuk

menyaring jika masih ada padatan yang terikut limbah. Hal ini

berfungsi agar carbon filter yang dipasang setelah sand filter

dapat berfungsi lebih lama.

Klorin

Tangki Penampung di Cuci Unit

Klorin

Tangki Penampung di Cuci Unit

99

9. Filtrasi berikutnya adalah carbon filter. Filter ini berfungsi untuk

menyerap jika masih ada bau yang kurang sedap dan untuk

menyerap warna jika air belum jernih.

10. Air yang telah difilter sebagian masuk ke kolam biokontrol yang

ditanam ikan di dalamnya, sebagian air lainnya di tambahkan

disinfektan. Bahan disinfektan yang sering dipakai adalah

kaporit. Air yang telah ditambahkan disinfektan ini selanjutnya

ditampung di bak penampungan air sementara, selanjutnya dari

bak ini ditransfer ke penampungan air di cuci unit dan siap

digunakan kembali.

11. Disamping digunakan untuk keperluan di cuci unit, air ini juga

direkomendasikan dapat untuk memenuhi air siram tanaman

maupun untuk cuci kendaraan lainnya.

Peralatan re-use terdiri dari pompa feed, sand filter, carbon filter, dosing kaporit dan panel kontrol re-use

100

Bak penampung air olahan IPAL dan bak penampung air yang siap untuk di re-use

Ikan tetap sehat hidup di air lingkungan air olahan dari IPAL

101

Tangki penampung air yang siap dire-use

102

Gambar 3.39: Diagram Alir IPAL Produksi dan Proses