BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Metode pengolahan air industri dengan menggunakan sistem Lumpur Aktif

Konvensional merupakan metode yang banyak digunakan dalam pengolahan air limbah di

industri. Terdapat beberapa alasan yang mendasari hal tersebut yakni efisiensi pengolahan cukup

tinggi (penyisihan BOD ± 85%), desain reaktornya sederhana, dan rentang dari jenis limbah cair

yang dapat diolah cukup luas. Alas an yang lain yaitu kandungan organik dalam air limbah

industry masih berada dalam rentang yang sesuai untuk diolah dengan menggunakan metode ini.

1.2. Tujuan Percobaan

Setelah melakukan praktikum ini mahasiswa mampu :

Menentukan konsentrasi awal kandungan organik dalam lumpur aktif dan konsentrasi

kandungan organik setelah percobaan berlangsung selama seminggu.

Menentukan kandungan Mixed Liquor Volatile Suspended Solid (MLVSS) yang

mewakili kandungan mikroorganisme dalam lumpur aktif.

Menentukan konsentrasi nutrisi bagi mikroorganisme pendegradasi air limbah dalam

lumpur aktif.

Menghitung efisiensi pengolahan dengan cara menentukan persen (%) kandungan bahan

organik yang didekomposisi selama seminggu oleh mikroorganisme dalam lumpur aktif

terhadap kandungan bahan organik mula-mula.

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pembenihan Lumpur Aktif

Salah satu langkah penting dalam proses pengolahan limbah cair adalah penyiapan /

penyusuaian bakteri agar berkembang sesuai dengan kondisi yang diinginkan. Bakteri yang

berasal dari biakan murni atau lingkungan sekitar sumber limbah yang akan diolah dikondisikan

pada suatu tempat dengan diberi umpan yang konsentrasinya limbah yang akan diolah. Biasanya

pada tahap awal sebagai umpan digunakan bahan-bahan kimia yang mudah diperoleh dengan

kompisisi yang jelas.

Untuk bakteri aerob maka perlu ditambahkan aliran udara yang dapat berasal dari

kompresor, blower atau pompa yang disemburkan (spray aerator).

Cara pengerjaanya:

Bakteri yang berasal dari biakan murni atau tempat lain, dikembangkan dalam suatu tempat dan

diberi umpan yang konsentrasinya sedikit demi sedikit mendekati limbah yang akan diolah.

Komposisi yang digunakan biasanya dalam selang BOD:N:P = 60:3:1 ATAU 100:5:1

Sebagai sumber karbon biasa digunakan glukosa, sedang nitrogen atau posfor dapat

digunakan kalium nitrat dan kalium dihidrofosfat. Pengaturan pH dapat digunakan kapur atau

asam sulfat. Untuk bakteri aerob ditambahkan udara yang cukup agar proses oksidanya dapat

berjalan dengna sempurna.

Jika konsentrasi BOD atau COD dalam tempat pengembangan telah relatif konstan,

dengan fluktuasi sekitar 5% maka konsentrasi umpan dan volume pembibitan ditambah. Proses

ini terus dilakukan hingga volume pembibitan mencapai sekitar 10% kolam yang pengolahan

yang dibuat dan VSS sekitar 3000-4000 mg/l.

2.2 Lumpur aktif

Proses pengolahan air limbah secara biologi dapat dilakukan secara anaerobik dan

secara aerobik. Pada pengolahan air limbah secara anaerobik mikroorganisme pendekomposisi

bahan-bahan organic dalam air limbah akan terganggu pertumbuhannya atau akan mati jika

terdapat oksigen bebas (O2) dalam sistem pengolahannya. Dalam pengolahan air limbah secara

aerobic mikroorganisme mengoksidasi dan mendekomposisi bahan-bahan organik dalam air

limbah dengan menggunakan oksigen yang disuplai oleh aerasi dengan bantuan enzim dalam

mikroorganisme. Pada waktu yang sama mikroorganisme mendapatkan energi sehingga

mikroorganisme baru dapat bertumbuh.

Berdasarkan pertumbuhan mikroba dalam perlatan pengolah air limbah terdapat dua

macam pertumbuhan mikroorganisme yakni pertumbuhan secara tersuspensi dan pertumbuhan

secara terlekat. Pertumbuhan mikroba secara tersuspensi adalah tipe pertumbuhan mikroba

dimana mikroba pendegradasi bahan-bahan organik bercampur secara merata dengan air limbah

salam peralatan pengolah air limbah. Sedangkan pertumbuhan mikroba secara terlekat adalah

jenis pertumbuhan mikroba yang melekat pada bahan pengisi yang terdapat pada peralatan

pengolahan air limbah.

Reaksi dekomposisi/degradasi bahan organik secara aerobik dan reaksi pertumbuhan

mikroorganisme yang terjadi dalam sistem pengolahan air limbah ditunjukkan sebagai berikut:

[bahan organik] + O2 + nutrisi CO2 + NH3 + mikroba baru + produk akhir yang lain

Mikroba

[mikroba] + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 + energy

Dengan demikian proses dekomposisi bahan organik terjadi bersamaan dengan

pertumbuhan mikroorganisme.

Proses degradasi bahan-bahan organic dan proses pertumbuhan mikroba dapat

berlangsung dengan baik jika terdapat kondisi lingkungan yang mendukung. Derajat keasaman

(pH) yang relative netral, yaitu 6,5 – 8,0; suhu normal, yaitu dalam rentang 25 -350C; dan tidak

terdapat senyawa toksik yang merugikan. Kondisi lingkungan di atas dan tersedianya peralatan

pengolah air limbah merupakan persyaratan yang harus dipenuhi untuk berlangsungnya proses

pengolahan secara efektif.

Sistem Lumpur Aktif Konvensional sudah dikenal masyarakat industry sejak lama.

Dalam aplikasinya di lapangan/industry alur pengoperasian proses lumpur aktif konvensional

dapat dilihat pada Gambar 1. Tangki aerasi umumnya terbuat dari beton atau pelat besi

berbentuk persegi panjang atau bulat.

Tangki Aerasi

Gambar 1. Aliran proses lumpur aktif konvensional

Penyuntikan udara ke dalam tangki aerasi dilakukan secara difusi (penyemprotan) atau

secara mekanis atau gabungan keduanya. Di depan Tangki Aerasi terdapat Tangki

Pengendap/Sedimentasi Primer dan dibelakang Tangki Aerasi terdapat Tangki Sedimentasi

Akhir. Sedimentasi Primer diperuntukkan bagi pengendapan partikel-partikel padatan

terendapkan (settleable solid) yang berukuran > 1,2 µm. sedangkan Tangki Sedimentasi Akhir

yang biasa disebut Clarifier berfungsi untuk mengembalikan sebagian lumpur aktif yang terbawa

oleh aliran efluen. Sekitar 2 – 30% lumpur yang masuk ke dalam Clarifier dikirim kembali ke

Tangki Aerasi sedangkan lumpur yang lainnya dibiarkan selama 2 – 3 jam dalam Tangki

Sedimentasi Akhir untuk diendapkan. Setelah diendapkan sedimen lumpur dalam Clarifier

dikerok dan dibuang dalam pengumpul lumpur. Lumpur dalam pengumpul lumpur dibuang

secara pengentalan (thickening) dan dehidrasi.

Nutrisi/makanan yang diberikan bagi mikroorganisme pendegradasi limbah dalam

Lumpur Aktif Konvensional diberikan sesuai dengan perbandingan BOD : N : P = 100 : 5 : 1.

Glukosa digunakan sebagai sumber karbon, KNO3 digunakan sebagai sumber nitrogen, dan

KH2PO4 sebagai sumber pospor. Dalam percobaan ini nutrisi yang diberikan bagi mikroba

berupa air limbah sintetis. Hal ini dimaksudkan agar penentuan efisiensi pengolahan limbah

dalam Lumpur Aktif Konvensional dapat dihitung dengan lebih akurat.

Air limbah beserta mikroba tersuspensi dalam air limbah tersebut biasa disebut dengan

metode mixed liquor. Untuk mengetahui kuantitas mikroba pendekomposisi atau pendegradasi

air limbah maka ditentukan dengan mengukur kandungan padatan tersuspensi yang mudah

menguap (mixed liquor volatile suspended solids/MLVSS) dalam reactor. Rasio kuantitas nutrisi

yang ditambahkan ke dalam mixed liquor terhadap kuantitas mikroba tersuspensi digunakan

sebagai ukuran sehat tidaknya pertumbuhan mikroba tersebut. Rasio food to microorganism

(F/M) yang ideal untuk sistem Lumpur Aktif Konvensional berkisar antara 0,2 – 0,5 kg

BOD/hari/kg MLVSS. Jika rasio F/M terlalu besar maka akan terdapat dominasi pertumbuhan

bakteri filamen yang menyebabkan lumpur aktif sulit mengendap. Jika F/M terlalu kecil maka

akan terbentuk busa yang berasal dari pertumbuhan bakteri pembentuk busa. Maka nilai F/M

yang ideal merupakan parameter kunci yang menjadi acuan keberhasilan pengoperasian sistem

Lumpur Aktif.

BAB 3

PERCOBAAN

3.1. Susunan Alat dan Bahan yang Digunakan

Skema susunan alat Lumpur Aktif Konvensional dapat dilihat pada gambar 1. Sedang

peralatan analisis dan peralatan pendukung lain serta bahan kimia dibutuhkan adalah

sebagai berikut:

Peralatan analisis dan peralatan pendukung

2 buah labu erlenmeyer 250 ml

2 buah corong gelas

2 buah cawan porselin

1 buah desikator

1 buah neraca analitis

1 buah oven

1 buah furnace

1 buah hach COD digester

2 buah tabung hach

1 buah buret lengkap dengan klem dan statip

Bahan kimia yang digunakan

Glukosa

KNO3

KH2PO4

HgSO4

H2SO4

K2Cr2O7

FAS

Indikator ferroin

Kertas saring

3.2. Prosedur Kerja

3.2.1. Tahapan Percobaan

1. Tentukan konsentrasi organik (COD) awal dalam tangki limpur aktif sebelum

penambahan makanan / nutrisi bagi mikroorganisme dalam tangki tersebut.

2. Tentukan kandungan mikroorganisme dalam tangki lumpur aktif dengan cara

menentukan konsentrasi Mixed Liquor Volatile Suspended Solid (MLVSS) secara

gravimetri.

3. Tentukan konsentrasi nutrisi bagi mikroorganisme pendgradasi air limbah sebesar

300 mg BOD/L ke dalam tangki lumpur aktif dengan perbandingan BOD:N:P =

100:5:1 . Komposisi substrat terdiri dari glukosa sebagai sumber karbon, KNO3

sebagai sumber nitrogen, dan KH2PO4 sebagai sumber pospor. Perhatikan volum

mixed liquor dalam lumpur aktif, sesuaikan kuantitas nutrisi/substrat yang

dibutuhkan dengan volume tersebut.

4. Tentukan konsentrasi organik (COD) setelah proses berjalan selama seminggu untuk

mengetahui efisiensi pengolahan.

3.2.2. Penentuan kandungan organik (COD) dari sampel

1. Masukan 2,5 ml sampel ke dalam tabung Hach, kemudian tambahkan 1,5 pereaksi

kalium bikromat dan 3,5 ml pereaksi asam sulfat pekat.

2. Masukan tabung Hach pada Hach COD Digester dan panaskan pada suhu 150o C

selama 2 jam.

3. Keluarkan tabung Hach dari Digester dan biarkan dingin pada udara terbuka. Setelah

tabung menjadi dingin titrasi dengan larutan ferro amonium (FAS) 0,1 N

menggunakan indikator ferroin (sekitar 2 atau 3 tetes). Titrasi dihentikan jika terjadi

perubahan warna dari hijau menjadi coklat.

4. Lakukan pekerjaan diatas untuk aquadest sebagai blanko.

Perhitungan:

COD (mg O2 / L) = (a-b)c x 1000 x d x p

ml sampel

dimana:

a = ml FAS untuk blanko

b = ml FAS untuk sampel

c = normalitas FAS

d = berat eqivalen oksigen (8)

p = pengenceran

3.2.3. Penentuan Kandungan Mixed Liquor Volatile Suspended Solid (MLVSS)

1. Panaskan cawan pijar selama 1 jam dlam furnace pada suhu 600o C dan panaskan

kertas saring selama 1 jam dalam oven pada suhu 105 oC.

2. Timbang sampai didapat berat konstan dari cawan pijar (a gram) maupun kertas

saring (b gram). Gunakan desikator untuk menurunkan suhu cawan pijar maupun

kertas saring selama penimbangan.

3. Saring 40 ml air limbah sampel dengan menggunakan kertas saring yang sudah

diketahui beratnya.

4. Masukan kertas saring yang berisi endapan kedalam cawan pijar dan panaskan dalam

oven pada suhu 105 oC selama 1 jam.

5. Timbang cawan pijar yang berisi kertas saring dan endapan sampai didapat berat

konstan (c gram).

6. masukan cawan pijar yang berisi kertas saring dan endapan ke dalam furnace pada

suhu 600 0C selama 2 jam.

7. Timbang sampai didapat berat konstan (d gram).

TSS (mg/L) = (c - a) x 10 6

ml sampel

VSS (mg/L) = (c - d) x 10 6

ml sampel

FSS (mg/L) = TSS – VSS

dimana:

TSS : Toatal padatan tersuspensi

VSS : Padatan tersuspensi yang mudah menguap dalam hal ini

VSS = MLVSS

FSS : Padatan tersuspensi yang tidak menguap dalam hal ini

FSS = TSS -VSS

3.2.4. Penentuan kansentrasi nutrisi bagi mikroorganisme

Nutrisi bagi miroorganisme pendegradasi air limbah yang diberikan sebesar 300 mg

BOD/L dengan perbandingan BOD:N:P = 100:5:1 . Untuk menentukan komposisi nutrisi

yang terdiri dari glukosa, KNO3, dan KH2PO4 digunakan reaksi oksidasi sebagai berikut:

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O

Sehingga glukosa yang harus ditambahkan disesuaikan dengan perbandingan koefisien

diatas. Kebutuhan unsur nitrogen dan pospor dihitung berdasarkan perbandingan

BOD:N:P = 100:5:1 . Karena sumber nitrogen tersedian dalam bentuk/senyawa KNO3,

dan unsur pospor tersedia dalam bentuk KH2PO4 maka sesuaikan kuantitas unsur-unsur

ini dengan memperhitungkan perbandingan massa atom relatif dan massa molekul relatif

masing-masing senyawa. Untuk volum tertentu dari mixed liquor dalam tangki limpur

aktif, sesuaikan kuantitas masing-masing komposisi bahan kimia yang dibutuhkan

dengan volum tersebut.

3.2.5. Pengolahan Data

1. Penentuan Kandungan Organik (COD)

Standarisasi FAS

[K2Cr2O7] = 0,25 N

Volume K2Cr2O7 = 10 ml

Volume FAS = 11,8 ml

[FAS] = [ K 2 Cr 2 O7 ] . volume K 2Cr 2O 7

volume FAS

= 0,25 N . 10 ml

11,8 ml

= 0,2119 N

Data titrasi penentuan COD

COD awal

No Blanko Sampel

1 1,669 1,623

2 1,531 1,498

Rata-rata 1,57 1,5605

COD (mg O2/l) = (a−b ) c . 1000 . d . p

volume sampel

= (1,6−1,5605).0,2119.1000 .8 .20

2,5 ml

= 535,6832 mg O2/l

COD akhir

No Blanko Sampel

1 1,660 1,598

2 1,492 1,532

Rata-rata 1,576 1,565

COD (mg O2/l) = (a−b ) c . 1000 . d . p

volume sampel

= (1,576−1,565 ) .0,2119.1000 .8 .20

2,5 ml

= 149 mg O2/l

Efisiensi pengolahan =(COD awal –COD akhir )

COD awal

= 535,6832−284,79

535,6832 x 100%

= 46,83 %

2. Penentuan Kandungan Mixed Liquor Volatile Suspended Solid (MLVSS)

Berat cawan pijar (a gram) = 29,9730 gram

Berat kertas saring (b gram) = 1,1158 gram

Berat cawan+endapan (c gram) = 31,2184 gram

Berat cawan+endapan (d gram) = 29,9842 gram

TSS(mg/l) = (c−a)

mlsampelx 106

= (31,2184−29,9730 ) gram

40 mlx 106

= 31135 ppm

VSS(mg/l) = (c−d )

mlsampelx 106

= (31,2184−29,9842 ) gram

40 mlx 106

= 30855 ppm

FSS(mg/l) = TSS – VSS

= (31 135 – 30 855)ppm

= 280 ppm

3. Penentuan Konsentrasi Nutrisi bagi Mikroorganisme

Nutrisi yang akan diberikan sebesar 500 mg BOD/L pada volume 15 L dengan

perbandingan BOD:N:P = 100:5:1

C6H12O6 +6O2 6CO2 + 6 H2O

Kebutuhan glukosa

COD = 500 mg/L x 15 L = 7500 mg

O2 = 7500 mg = 234,375 mmol

32 mg /mmol

Glukosa = 1 x 234,375 mmol = 39,0625 mmol

6

Massa glukosa = 390,625 mmol x 180 mg/mmol = 7031,25 mg

Kebutuhan N

5 x 7031,25 mg = 351,5625 mg

100

KNO3 = 101 x 351,5625 mg = 2536,27 mg

14

Kebutuhan P

1 x 70312,5 mg = 703,125 mg

100

KH2PO4 = 136 x 703,125 mg = 308,46774 mg

31

PEMBAHASAN

Oleh : Tiara Puspita (08401031)

Salah satu cara pengolahan limbah cair secara konvensional adalah dengan cara

pengolahan sistem lumpur aktif dimana dalam sistem ini limbah diuraikan oleh bakteri

pendekomposisi yang terdapat dalam lumpur aktif. Lumpur aktif kadang disebut juga sebagai

pengolahan limbah secara aerobic karena bakteri yang digunakan adalah bakteri aerobic dan

pengolahan lumpur dilakukan pada keadaan atmosferik. Bakteri ini tersuspensi dalam lumpur

yang kemudian dicampur dengan limbah. Makanan untuk bakteri dalam pengolahan limbah yang

real di industri adalah limbah itu sendiri, sedang untuk percobaan di laboratorium yang menjadi

makanan untuk bakteri adalah nutrisi buatan.

Dengan kondisi lingkungan yang sesuai, maka proses degradasi bahan-bahan

organik dapat berjalan dengan baik, tetapi untuk mendegradasi bahan-bahan organik

mokroorganisme memerlukan energi, sehingga pada waktu yang sama mikroorganisme

baru dapat tumbuh. Oleh karena itu, untuk makanan mikroorganisme tersebut diberikan

nutrisi dengan perbandingan BOD:N:P =100:5:1. Pada praktikum ini, KNO3 digunakan

sebagai sumber nitrogen , glukosa sebagai sumber karbon dan KH2PO4 sebagai sumber

poffor dan jumlah yang diperlukan untuk BOD 500mg/L untuk keperluan 15L limbah,

maka jumlah nutrisi KNO3, glukosa dan KH2PO4 adalah …. gr, ….. gr dan …. gram.

Pada percobaan yang pertama, praktikan melakukan penentuan konsentrasi organik

dari sampel dengan menghitung COD (Chemical Oxigen Demand),dengan melakukan

titrasi oleh Ferro Amonium dengan perbandingan larutan blanko, didapat nilai COD

sebesar ……. mgO2/L. Dengan meghitung COD, praktikan menghitung kandungan

mikroorganisme yang ada di dalam lumpur aktif, dengan menghitung MLVSS yang

mewakili hal tersebut, didapat nilai MLVSS sebesar …...

Parameter pertama yang diamati yaitu MLVSS (Mixed Liquor Volatile Suspended Solid).

Dari hasil percobaan didapatkan total padatan tersuspensinya (TSS) sebesar … mg/L dan total

padatan tersuspensi yang mudah menguap (VSS) sebesar ……….. mg/L. Dan total padatan

tersuspensi yang tidak mudah menguap (FSS) adalah sebesar …. mg/L. Sedangkan literatur

diketahui bahwa MLVSS yang optimum adalah sebesar 1500 - 4500 mg/L dan nilai yang MLVSS

sama dengan VSS yaitu …. mg/L. Nilai MLVSS tersebut terlalu tinggi karena desain dari tempat

lumpur aktif yang ada tidak memiliki system buangan dan recycling. Akibatnya memungkinkan

terjadinya penumpukan bakteri, baik yang masih hidup maupun yang sudah mati, sehingga bakteri

tersebut ikut tercampur dalam penentuan konsentrasi MLVSS.

Pada pengolahan limbah dengan lumpur aktif, untuk mendapatkan efisiensi pengolahan,

dilihat dari peubahan nilai COD (Chemical Oxygen Demand) sebelum dan sesudah penambahan

nutrisi. Penambahan nutrisi akan meningkatkan nilai COD dalam lumpur aktif. Hal ini disebabkan

adanya penambahan nutrisi dalam bentuk glukosa (C6H12O6), KNO3, dan KH2PO4. Penambahan

glukosa dianggap mewakili konsentrasi COD karena mudah diuraikan oleh bakteri dan mudah

dihitung konsentrasinya secara teoritis.

Nilai COD pada awal percobaan sebelum ditambahkan nutrisi diketahui adalah ...... mg

O2/L dan setelah 10 menit penambahan nutrisi diketahui nilai COD-nya adalah .... mg O2/L.

Dari hasil perhitungan didapat bahwa besar efisiensi pengolahan adalah ….. %.

Perhitungan effisiensi seharusnya dilakukan kurang lebih satu minggu setelah penambahan nutrisi

karena dalam jangka waktu tersebut diperkirakan telah 75 % bahan organic telah terurai oleh

mikroorganisme.

Dalam hal ini pengamatan nilai DO tidak dilakukan karena terjadi kesalahan teknis pada

alat sehingga tidak memungkinkan dilakukan pengukuran.

I. KESIMPULAN

Limbah cair dapat diolah dengan penambahan mikroba kedalamnya, dimana mikroba tersebut

sebagai pendegradasi bahan organik didalam limbah cair.

Mikroba yang digunakan dalam percobaan lumpur aktif ini adalah mikroba aerob, dengan

sistem pertumbuhan mikroba tersuspensi.

Dari hasil perhitungan, nutrisi yang ditambahkan kedalam lumpur aktif, glukosa adalah

sebesar 7.03125 gram, KNO3 adalah sebesar 2.53627 gram dan KH2PO4 adalah sebesar 0.30847

gram.

Nilai COD sebelum penambahan nutrisi adalah sebesar 1834.56 mgO2/L dan setelah

penmabahan nutrisi adalah sebesar 2414.72 mgO2/L.

Efisiensi pengolahan COD yang diperoleh dari percobaan 31,624 %.

Nilai TSS sebelum penambahan nutrisi yang didapatkan dari perhitungan adalah 18250 mg/L

sampel, VSS sebesar 17450 mg/L sampel dengan FSS yaitu sebesar 800 mg/L sampel.

Variabel pengolahan lumpur yang sesuai dengan kriteria optimum adalah COD, dan pH.

Sedangkan yang tidak memenuhi yaitu suhu dan MLVSS.

MLVSS tidak memenuhi kriteria optimum karena desain tempat lumpur aktif tidak memiliki

system buangan dan recycling

DAFTAR PUSTAKA

Budiastuti, Herawati. ____. Jobsheet Praktikum Pengolahan Limbah Industri Modul Lumpur Aktif

Konvensional. Bandung : Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.