Penerapan Konsep Reaksi Redoks dalam Pengolahan Limbah (Lumpur Aktif)

Salah satu penerapan konsep  reaksi redoks  dalam kehidupan sehari-hari adalah dalam bidang pengolahan limbah. Prinsip dasar yang dipergunakan adalah teroksidasinya bahan-bahan organik maupun anorganik, sehingga lebih mudah diolah lebih lanjut.

Limbah merupakan salah satu pencemar lingkungan yang perlu dipikirkan cara-cara mengatasinya. Untuk menjaga dan mencegah lingkungan tercemar akibat akumulasi limbah yang semakin banyak, berbagai upaya telah banyak dilakukan untuk memperoleh teknik yang tepat dan efisien sesuai kondisi lokal.Berbagai tipe penanganan limbah cair dengan melibatkan mikroorganisme telah dikerjakan di Indonesia, yaitu sedimentasi, kolam oksidasi, trickling filter, lumpur aktif (activated sludge), dan septic tank. Pada uraian ini akan kita pelajari salah satu teknik saja, yaitu  teknik lumpur aktif (activated sludge).

Proses lumpur aktif (activated sludge) merupakan sistem yang banyak dipakai untuk penanganan limbah cair secara aerobik. Lumpur aktif merupakan metode yang paling efektif untuk menyingkirkan bahan-bahan tersuspensi maupun terlarut dari air limbah. Lumpur aktif mengandung mikroorganisme aerobik yang dapat mencerna limbah mentah. Setelah limbah cair didiamkan di dalam tangki sedimentasi, limbah dialirkan ke tangki aerasi. Di dalam tangki aerasi, bakteri heterotrofik berkembang dengan pesatnya. Bakteri tersebut diaktifkan dengan adanya aliran udara (oksigen) untuk melakukan oksidasi bahan-bahan organik. Bakteri yang aktif dalam tangki aerasi adalah Escherichia coli, Enterobacter, Sphaerotilus natans, Beggatoa, Achromobacter, Flavobacterium,dan Pseudomonas. Bakter-bakteri tersebut membentuk gumpalan- gumpalan atau flocs. Gumpalan tersebut melayang yang kemudian mengapung di permukaaan limbah.

 Metode lumpur aktif memanfaatkan mikroorganisme (terdiri ± 95% bakteri dan sisanya protozoa, rotifer, dan jamur) sebagai katalis untuk menguraikan material yang terkandung di dalam air limbah. Proses lumpur aktif merupakan proses aerasi(membutuhkan oksigen). Pada proses ini mikroba tumbuh dalam flok (lumpur) yang terdispersi sehingga terjadi proses degradasi. Proses ini berlangsung dalam reactor yang dilengkapi recycle/umpan balik lumpur dan cairannya. Lumpur secara aktif mereduksi substrat yang terkandung di dalam air limbah.

Tahapan-tahapan pengolahan air limbah dengan metode lumpur aktif

secara garis besar adalah sebagai berikut:

1. Tahap awal

Pada tahap ini dilakukan pemisahan benda-benda asing seperti

kayu, bangkai binatang, pasir, dan kerikil. Sisa-sisa partikel digiling agar

tidak merusak alat dalam sistem dan limbah dicampur agar laju aliran

dan konsentrasi partikel konsisten.

2. Tahap primer

Tahap ini disebut juga tahap pengendapan. Partikel-partikel

berukuran suspensi dan partikel-partikel ringan dipisahkan, partikel-

partikel berukuran koloid digumpalkan dengan penambahan elektrolit

seperti FeCl3, FeCl2, Al2(SO4)3, dan CaO.

3. Tahap sekunder

Tahap sekunder meliputi 2 tahap yaitu tahap aerasi (metode

lumpur aktif) dan pengendapan. Pada tahap aerasi oksigen ditambahkan

ke dalam air limbah yang sudah dicampur lumpur aktif untuk

pertumbuhan dan berkembang biak mikroorganisme dalam lumpur.

Dengan agitasi yang baik, mikroorganisme dapat melakukan kontak

dengan materi organik dan anorganik kemudian diuraikan menjadi

senyawa yang mudah menguap seperti H2S dan NH3 sehingga

mengurangi bau air limbah. Tahap selanjutnya dilakukan pengendapan.

Lumpur aktif akan mengendap kemudian dimasukkan ke tangki aerasi,

sisanya dibuang. Lumpur yang mengendap inilah yang disebut

lumpur bulki.

4. Tahap tersier

Tahap ini disebut tahap pilihan. Tahap ini biasanya untuk

memisahkan kandungan zat-zat yang tidak ramah lingkungan seperti

senyawa nitrat, fosfat, materi organik yang sukar terurai, dan padatan

anorganik. Contoh-contoh perlakuan pada tahap ini sebagai berikut:

a. Nitrifikasi/denitrifikasi

Nitrifikasi adalah pengubahan amonia (NH3 dalam air atau NH4+)

menjadi nitrat (NO3-) dengan bantuan bakteri aerobik. Reaksi:

2 NH4+(aq) + 3 O2(g) -> 2 NO2

-(aq) + 2 H2O(l) + 4 H+(aq)

2 NO2- (aq) +O2(g)à2 NO3

- (aq)

Denitrifikasi adalah reduksi nitrat menjadi gas nitrogen bebas

seperti N2, NO, dan NO2.

Senyawa NO3 à gas nitrogen bebas

b. Pemisahan fosfor

Fosfor dapat dipisahkan dengan cara koagulasi/ penggumpalan

dengan garam Al dan Ca, kemudian disaring.

Al2(SO4)3+14H2O(s) + 2 PO43-(aq)à2 AIPO4(s) + 3 SO4

2-(aq) + 14 H2O(l)

5 Ca(OH)2(s) + 3 HPO42-(aq)à Ca5OH(PO4)3(s) + 6 OH-(aq) + 3 H2O(l)

c. Adsorbsi oleh karbon aktif untuk menyerap zat pencemar,

pewarna, dan bau tak sedap.

d. Penyaringan mikro untuk memisahkan partikel kecil seperti

bakteri dan virus.

e. Rawa buatan untuk mengurai materi organik dan anorganik yang

masih tersisa dalam air limbah.

5. Disinfektan

Disinfektan ditambahkan pada tahap ini untuk menghilangkan

mikroorganisme seperti virus dan materi organic penyebab bau dan

warna. Air yang keluar dari tahap ini dapat digunakan untuk irigasi atau

keperluan industri, contoh: Cl2. Reaksi: Cl2(g) + H2O(l)àHClO(aq) + H+

(aq) + Cl-(aq)

6. Pengolahan padatan lumpur

Padatan lumpur dari pengolahan ini dapat diuraikan bakteri

aerobik atau anaerobik menghasilkan gas CH4 untuk bahan bakar dan

biosolid untuk pupuk.

Akan tetapi dalam pelaksanaannya metode lumpur aktif  menemui

kendala-kendala seperti:

1. Diperlukan areal instalasi pengolahan limbah yang luas, karena

prosesnya berlangsung lama.

2. Menimbulkan limbah baru yakni lumpur bulki akibat

pertumbuhan mikroba berfilamen yang berlebihan.

3. Proses operasinya rumit karena membutuhkan pengawasan yang

cukup ketat.

 

Salah satu penerapan konsep reaksi redoks dalam kehidupan sehari-hari adalah dalam bidang pengolahan limbah. Prinsip dasar yang dipergunakan adalah teroksidasinya bahan-bahan organik maupun anorganik, sehingga lebih mudah diolah lebih lanjut. 

Limbah merupakan salah satu pencemar lingkungan yang perlu dipikirkan cara-cara mengatasinya. Untuk menjaga dan mencegah lingkungan tercemar akibat akumulasi limbah yang semakin banyak, berbagai upaya telah banyak dilakukan untuk memperoleh teknik yang tepat dan efisien sesuai kondisi lokal. 

Berbagai tipe penanganan limbah cair dengan melibatkan mikroorganisme telah dikerjakan di Indonesia, yaitu sedimentasi, kolam oksidasi, trickling filter, lumpur aktif (activated sludge), dan septic tank. Pada uraian ini akan kita pelajari salah satu teknik saja, yaitu teknik lumpur aktif (activated sludge). 

Proses lumpur aktif (activated sludge) merupakan sistem yang banyak dipakai untuk penanganan limbah cair secara aerobik. Lumpur aktif merupakan metode yang paling efektif untuk menyingkirkan bahan-bahan tersuspensi maupun terlarut dari air limbah. Lumpur aktif mengandung mikroorganisme aerobik yang dapat mencerna limbah mentah. Setelah limbah cair didiamkan di dalam tangki sedimentasi, limbah dialirkan ke tangki aerasi. Di dalam tangki aerasi, bakteri heterotrofik berkembang dengan pesatnya. Bakteri tersebut diaktifkan dengan adanya aliran udara (oksigen) untuk melakukan oksidasi bahan-bahan organik. Bakteri yang aktif dalam tangki aerasi adalah Escherichia coli, Enterobacter, Sphaerotilus natans, Beggatoa, Achromobacter, Flavobacterium, dan Pseudomonas. Bakter-bakteri tersebut membentuk gumpalan- gumpalan atau flocs. Gumpalan tersebut melayang yang kemudian mengapung di permukaaan limbah. 

smoga bisa mmbantu, . . .

BAB 1

PENDAHULUAN

A.            Latar Belakang

Jika diamati, sungai-sungai di daerah pemukiman seringkali kotor dan berbau tidak sedap. Hal itu diakibatkan oleh banyaknya sampah atau limbah cair yang dibuang ke saluran air dan akhirnya masuk ke sungai. Limbah cair tersebut harus diolah terlebih dahulu sebelum dialirkan ke sungai, sehingga sungainya tetap bersih dan airnya dapat digunakan oleh penduduk. Dengan kemajuan ilmu pengetahuan yang pesat seperti saat ini, banyak ditemukan cara-cara untuk mengatasi permasalahan lingkungan yang dapat mengganggu kehidupan manusia, salah satunya melalui cabang ilmu pengetahuan Kimia. Cabang ilmu pengetahuan Kimia dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan lingkungan seperti mengatasi limbah cair. Pengolahan limbah ini dilakukan dengan cara menerapakan konsep-konsep redoks dengan memanfaatkan lumpur aktif sebagai bahan utama.

B.             Rumusan Masalah

1.    Apa yang dimaksud dengan reaksi redoks?

2.    Bagaimana cara pengolahan limbah cair menggunakan lumpur aktif?

C.             Tujuan

1.    Mengetahui dan memahami konsep dasar reaksi redoks.

2.    Mengetahui dan memahami aplikasi redoks dalam mengatasi limbah cair.

3.    Mengetahui dan memahami cara pengolahan limbah cair menggunakan lumpur aktif.

BAB 2

PEMBAHASAN

A.            Reaksi Redoks

Reaksi reduksi oksidasi atau reaksi redoks merupakan istilah yang menjelaskan berubahnya bilangan oksidasi (keadaan oksidasi) atom-atom dalam sebuah reaksi kimia. Istilah redoks berasal dari dua konsep, yaitu reduksi dan oksidasi. Dapat dijelaskan dengan mudah sebagai berikut:

·       Reduksi menjelaskan pelepasan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion. Zat yang mengalami reduksi akan menjadi lebih negatif.

·       Oksidasi menjelaskan penambahan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion. Zat yang mengalami oksidasi menjadi lebih positif.

Konsep reaksi reduksi dan oksidasi mengalami perkembangan seiring kemajuan ilmu kimia. Awalnya, sekitar abad 18, konsep reaksi redoks didasarkan atas reaksi oksidasi yang melibatkan penggabungan oksigen dan reaksi reduksi yang melibatkan pelepasan oksigen, dilanjutkan dengan konsep pelepasan dan penerimaan elektron, lalu konsep kenaikan dan penurunan bilangan oksidasi, serta perkembangan terakhir dengan konsep pelepasan dan pengikatan hidrogen.

 

B.             Pengaplikasian Konsep Reaksi Redoks Untuk Mengatasi Limbah Cair

Salah satu jenis limbah dalam air kotor adalah limbah organik, yaitu limbah yang merupakan sisa-sisa makhluk hidup. Limbah seperti itu dapat berasal dari rumah tangga maupun industri. Limbah organik dapat diolah dengan memanfaatkan aksi bakteri pengurai yang disebut bakteri aerob. Air kotor (sewage) mengandung berbagai macam limbah, seperti bahan organik, lumpur minyak, oli, bakteri pathogen, virus, garam-garaman,  pestisida, detergen, logam berat, dan berbagai macam limbah plastik. Oleh karena itu, air kotor harus diproses untuk mengurangi sebanyak mungkin limbah-limbah tersebut.

Berbagai macam parameter digunakan untuk menggambarkan untuk menggambarkan keadaan air limbah misalnya kekeruhan, zat padat tersuspensi, kandungan zat padat terlarut, keasaman (pH), jumlah oksigen terlarut (Dissolved Oxygen = DO), dan kebutuhan oksigen biokimia (Biochemical Oxygen Demand = BOD).

DO adalah ukuran jumlah oksigen terlarut. Oksigen terlarut dapat berasal dari udara atau dari hasil fotosintesis tumbuhan air. Oksigen terlarut ini dibutuhkan oleh hewan-hewan air untuk pernafasannya. Hewan-hewan air dapat bertahan hidup jika kandungan oksigen minimal 6 ppm. Jika konsentrasi oksigen terlarut kurang dari 6 ppm, kehidupan organisme akan terancam mati. Semakin kecil nilai DO, semakin rendah kualitas air, atau dapat dikatakan air terpolusi.

Oksigen terlarut juga digunakan oleh bakteri aerob dalam menguraikan sampah organik (oxygen-demanding materials) yang terdapat dalam

air. Banyaknya oksigen yang diperlukan oleh bakteri aerob untuk  menguraikan sampah organik dalam suatu contoh air disebut BOD. Semakin banyak sampah organik dalam air, semakin besar nilai BOD.

1.    Pengolahan Air Limbah dengan Proses Lumpur Aktif

Lumpur aktif (activated sludge) adalah lumpur yang kaya akan bakteri aerob, yaitu bakteri yang dapat menguraikan limbah organik dengan cara mengalami biodegradasi  (oxygen-demanding materials).

Pengolahan air limbah dengan proses lumpur aktif konvensional (standar) secara umum terdiri dari bak pengendap awal, bak aerasi dan bak pengendap akhir. Secara umum proses pengolahannya adalah air limbah ditampung ke dalam bak penampung air limbah. Bak penampung ini berfungsi sebagai bak pengatur debit air limbah serta dilengkapi saringan kasar untuk memisahkan kotoran yang besar. Kemudian air limbah dalam bak penampung di pompa ke dalam bak pengendap awal.

Bak pengendap awal berfungsi untuk menurunkan padatan tersuspensi (suspended solids) sekitar 30 – 40 %, serta BOD sekitar 25 %. Air limpasan dari bak pengendap awal dialirkan ke bak aerasi secara gravitasi. Di dalam bak aerasi, bakteri heterotrofik berkembang dengan pesatnya. Bakteri tersebut diaktifkan dengan adanya aliran udara (oksigen) untuk melakukan oiksidasi bahan-bahan organik. Bakteri yang aktif dalam bak aerasi adalah Escherichia coli, Enterobacter, Sphaerotilus natans, Beggatoa, Achromobacter, Flavobacterium, dan Pseudomonas. Setelah itu akan mengalami flokulasi membentuk padatan yang lebih mudah mengendap.

Dari bak pengendapan, sebagian lumpur dibuang, sebagian lain disirkulasikan ke dalam bak aerasi. Kombinasi antara bakteri dalam konsentrasi tinggi dan lapar (dalam lumpur yang disirkulasi) dengan jumlah nutrien yang banyak (dalam air kotor), memungkinkan penguraian dapat berlangsung dengan cepat. Peruraian dengan metode lumpur aktif hanya memerlukan beberapa jam, jauh lebih cepat dibandingkan dengan peruraian serupa yang terjadi secara alami dalam selokan atau air sungai.

Metode lumpur aktif memanfaatkan mikroorganisme (terdiri ± 95% bakteri dan sisanya protozoa, rotifer, dan jamur) sebagai katalis untuk menguraikan material yang terkandung di dalam air limbah. Proses lumpur aktif merupakan proses aerasi(membutuhkan oksigen). Pada proses ini mikroba tumbuh dalam flok (lumpur) yang terdispersi sehingga terjadi proses degradasi. Proses ini berlangsung dalam reaktor yang dilengkapi recycle/umpan balik lumpur dan cairannya. Lumpur secara aktif mereduksi substrat yang terkandung di dalam air limbah.

Tahapan-tahapan pengolahan air limbah dengan metode lumpur aktif secara garis besar adalah sebagai berikut:

1.    Tahap awal

Pada tahap ini dilakukan pemisahan benda-benda asing seperti kayu, bangkai binatang, pasir, kerikil, dll. Sisa-sisa partikel digiling agar tidak merusak alat dalam sistem dan limbah dicampur agar laju aliran dan konsentrasi partikel konsisten.

2.    Tahap primer

Tahap ini disebut tahap pengendapan. Partikel-partikel berukuran suspensi dan partikel-partikel ringan dipisahkan, partikel-partikel berukuran koloid digumpalkan dengan penambahan elektrolit.

3.    Tahap sekunder

Tahap sekunder meliputi dua tahap yaitu tahap aerasi (metode lumpur aktif) dan pengendapan. Pada tahap aerasi oksigen ditambahkan ke dalam air limbah yang sudah dicampur lumpur aktif untuk pertumbuhan dan berkembang biak mikroorganisme dalam lumpur. Dengan agitasi yang baik, mikroorganisme dapat melakukan kontak dengan materi organik dan anorganik kemudian diuraikan menjadi senyawa yang mudah menguap sehingga mengurangi bau air limbah. Tahap selanjutnya dilakukan pengendapan. Lumpur aktif akan mengendap kemudian dimasukkan ke tangki aerasi, sisanya dibuang. Lumpur yang mengendap inilah yang disebut lumpur bulki.

4.    Tahap tersier

Tahap ini disebut tahap pilihan. Tahap ini biasanya untuk memisahkan kandungan zat-zat yang tidak ramah lingkungan seperti senyawa nitrat, fosfat, materi organik yang sukar terurai, dan padatan anorganik. Contoh-contoh perlakuan pada tahap ini sebagai berikut:

a.    Nitrifikasi/denitrifikasi

Nitrifikasi adalah pengubahan amonia (NH3 dalam air atau NH4+) menjadi nitrat

(NO3-) dengan bantuan bakteri aerobik. Reaksi:

2 NH4+(aq) + 3 O2(g) → 2 NO2

-(aq) + 2 H2O(l) + 4 H+(aq)

2 NO2- (aq) +O2(g) → 2 NO3

- (aq)

Denitrifikasi adalah reduksi nitrat menjadi gas nitrogen bebas seperti N2, NO, dan NO2.

b.    Pemisahan fosfor

Fosfor dapat dipisahkan dengan cara koagulasi/penggumpalan dengan garam Al dan Ca, kemudian disaring. Reaksi:

Al2(SO4)3+14H2O(s) + 2 PO43-(aq) → 2 AIPO4(s) + 3 SO4

2-(aq) + 14 H2O(l)

5 Ca(OH)2(s) + 3 HPO42-(aq) → Ca5OH(PO4)3(s) + 6 OH-(aq) + 3 H2O(l)

c.    Adsorbsi oleh karbon aktif untuk menyerap zat pencemar, pewarna, dan bau tak sedap.

d.    Penyaringan mikro untuk memisahkan partikel kecil seperti bakteri dan virus.

e.    Rawa buatan untuk mengurai materi organik dan anorganik yang masih tersisa dalam air limbah.

5. Disinfektan

Disinfektan ditambahkan pada tahap ini untuk menghilangkan mikroorganisme seperti virus dan materi organik penyebab bau dan warna. Air yang keluar dari tahap ini dapat digunakan untuk irigasi atau keperluan industri.

6. Pengolahan padatan lumpur

Padatan lumpur dari pengolahan ini dapat diuraikan bakteri aerobik atau anaerobik menghasilkan gas CH4 untuk bahan bakar dan biosolid untuk pupuk.

Akan tetapi dalam pelaksanaannya metode lumpur aktif  menemui kendala-kendala seperti:

1.    Diperlukan areal instalasi pengolahan limbah yang luas, karena prosesnya   berlangsung lama.

2.    Menimbulkan limbah baru yakni lumpur bulki akibat pertumbuhan mikroba berfilamen yang berlebihan.

3.    Proses operasinya rumit karena membutuhkan pengawasan yang cukup ketat.

Berdasarkan berbagai penelitian, kelemahan metode lumpur aktif tersebut dapat diatasi dengan cara Menambahkan biosida,yaitu H2O2 atau klorin ke dalam unit aerasi. Penambahan 15 mg/g dapat menghilangkan sifat bulki lumpur

hingga dihasilkan air limbah olahan cukup baik. Klorin dapat menurunkan aktivitas mikroba yang berpotensi dalam proses lumpur aktif.

  

BAB 3

PENUTUP

A.            Kesimpulan

Konsep Redoks dapat digunakan dalam proses pemecahan masalah lingkungan dan kehidupan sehari-hari. Salah satu penerapan konsep redoks adalah pengolahan air kotor atau limbah dengan metode lumpur aktif. Lumpur adalah materi yang tidak larut yang selalu nampak kehadirannya di dalam setiap tahap pengolahan, tersusun oleh serat-serat organik yang kaya akan selulosa dan di dalamnya terhimpun kehidupan mikroorganisme. Lumpur aktif adalah lumpur yang kaya dengan bakteri aerob, yaitu bakteri yang dapat menguraikan limbah organik dengan cara mengalami biodegradasi.

Pengolahan air limbah dapat dibagi dalam tiga tahap, yaitu tahap primer, sekunder, dan tersier. Pengolahan tahap primer dimaksudkan untuk memisahkan sampah yang tidak larut air, seperti lumpur, oli, dan limbah kasar lainnya. Hal ini dapat dilakukan dengan penyaringan dan pengendapan (sedimentasi). Tahap sekunder dimaksudkan untuk menghilangkan BOD, yaitu dengan cara mengoksidasinya. Selanjutnya, tahap tersier dimaksudkan untuk menghilangkan sampah lain yang masih ada, seperti limbah organikberacun, logam  berat, dan bakteri. Pengolahan tahap tersier dilakukan untuk pengolahan air bersih.

Tahap sekunder dilakukan untuk menururunkan nilai BOD sehingga kadar oksigen meningkat. Kecepatan aktivitas mikroorganisme dalam menguraikan limbah organik dapat ditingkatkan dengan melibatkan lumpur aktif. Proses ini melibatkan reaksi oksidasi limbah organik sebagai berikut.

(CH2O)n + nO2  → nCO2 +nH2O + panas

     Nilai BOD dapat menurun hingga 90% jika mengggunakan lumpur aktif. Semakin kecil nilai BOD, semakin sedikit mikroorganisme yang menguraikan limbah organik di dalam air. Hal ini menunjukan bahwa semakin sedikit limbah organik didalam air. Dengan demikian, dapat disimpulkan semakin kecil nilai BOD, semakin tinggi kualitas air.

DAFTAR PUSTAKA

Dyah Rufaida, Anis dan Erna Tri Wulandari. 2012. Kimia untuk Kelas X Semester 2 SMA/MA. Klaten: Intan Pariwara.

Diaz, Rizqi. 2012. Penerapan Konsep Reaksi Redoks Dalam Kehidupan Sehari-Hari. akses April, 2013.http://rizqidiaz.blogspot.com/2012/02/penerapan-konsep-reaksi-redoks-dalam.html.

Nugraheni, Desi. 2012. Penerapan Konsep Reaksi Redoks Dalam Pengolahan Limbah (Lumpur Aktif). akses April, 2013.http://nugrahenidesi.blogspot.com/2012/05/penerapan-konsep-reaksi-redoks-dalam.html.

Setyaningrum, Tutut. 2012. Kimia “Penerapan Redoks Dalam KehidupaBAB 1

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Jika diamati, sungai-sungai di daerah pemukiman seringkali kotor dan berbau tidak sedap. Hal itu diakibatkan oleh banyaknya sampah atau limbah cair yang

dibuang ke saluran air dan akhirnya masuk ke sungai. Limbah cair tersebut harus diolah terlebih dahulu sebelum dialirkan ke sungai, sehingga sungainya tetap bersih dan airnya dapat digunakan oleh penduduk. Dengan kemajuan ilmu pengetahuan yang pesat seperti saat ini, banyak ditemukan cara-cara untuk mengatasi permasalahan lingkungan yang dapat mengganggu kehidupan manusia, salah satunya melalui cabang ilmu pengetahuan Kimia. Cabang ilmu pengetahuan Kimia dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan lingkungan seperti mengatasi limbah cair. Pengolahan limbah ini dilakukan dengan cara menerapakan konsep-konsep redoks dengan memanfaatkan lumpur aktif sebagai bahan utama.

B. Rumusan Masalah

1. Apa yang dimaksud dengan reaksi redoks?

2. Bagaimana cara pengolahan limbah cair menggunakan lumpur aktif?

C. Tujuan

1. Mengetahui dan memahami konsep dasar reaksi redoks.

2. Mengetahui dan memahami aplikasi redoks dalam mengatasi limbah cair.

3. Mengetahui dan memahami cara pengolahan limbah cair menggunakan lumpur aktif.

BAB 2

PEMBAHASAN

A. Reaksi Redoks

Reaksi reduksi oksidasi atau reaksi redoks merupakan istilah yang menjelaskan berubahnya bilangan oksidasi (keadaan oksidasi) atom-atom dalam sebuah reaksi kimia. Istilah redoks berasal dari dua konsep, yaitu reduksi dan oksidasi. Dapat dijelaskan dengan mudah sebagai berikut:

· Reduksi menjelaskan pelepasan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion. Zat yang mengalami reduksi akan menjadi lebih negatif.

· Oksidasi menjelaskan penambahan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion. Zat yang mengalami oksidasi menjadi lebih positif.

Konsep reaksi reduksi dan oksidasi mengalami perkembangan seiring kemajuan ilmu kimia. Awalnya, sekitar abad 18, konsep reaksi redoks didasarkan atas reaksi oksidasi yang melibatkan penggabungan oksigen dan reaksi reduksi yang melibatkan pelepasan oksigen, dilanjutkan dengan konsep pelepasan dan penerimaan elektron, lalu konsep kenaikan dan penurunan bilangan oksidasi, serta perkembangan terakhir dengan konsep pelepasan dan pengikatan hidrogen.

B. Pengaplikasian Konsep Reaksi Redoks Untuk Mengatasi Limbah Cair

Salah satu jenis limbah dalam air kotor adalah limbah organik, yaitu limbah yang merupakan sisa-sisa makhluk hidup. Limbah seperti itu dapat berasal dari rumah tangga maupun industri. Limbah organik dapat diolah dengan memanfaatkan aksi bakteri pengurai yang disebut bakteri aerob. Air kotor (sewage) mengandung berbagai macam limbah, seperti bahan organik, lumpur minyak, oli, bakteri pathogen, virus, garam-garaman, pestisida, detergen, logam berat, dan berbagai macam limbah plastik. Oleh karena itu, air kotor harus diproses untuk mengurangi sebanyak mungkin limbah-limbah tersebut.

Berbagai macam parameter digunakan untuk menggambarkan untuk menggambarkan keadaan air limbah misalnya kekeruhan, zat padat tersuspensi, kandungan zat padat terlarut, keasaman (pH), jumlah oksigen terlarut (Dissolved Oxygen = DO), dan kebutuhan oksigen biokimia (Biochemical Oxygen Demand = BOD).

DO adalah ukuran jumlah oksigen terlarut. Oksigen terlarut dapat berasal dari udara atau dari hasil fotosintesis tumbuhan air. Oksigen terlarut ini dibutuhkan oleh hewan-hewan air untuk pernafasannya. Hewan-hewan air dapat bertahan hidup jika kandungan oksigen minimal 6 ppm. Jika konsentrasi oksigen terlarut kurang dari 6 ppm, kehidupan organisme akan terancam mati. Semakin kecil nilai DO, semakin rendah kualitas air, atau dapat dikatakan air terpolusi.

Oksigen terlarut juga digunakan oleh bakteri aerob dalam menguraikan sampah organik (oxygen-demanding materials) yang terdapat dalam air. Banyaknya oksigen yang diperlukan oleh bakteri aerob untuk menguraikan sampah organik dalam suatu contoh air disebut BOD. Semakin banyak sampah organik dalam air, semakin besar nilai BOD.

1. Pengolahan Air Limbah dengan Proses Lumpur Aktif

Lumpur aktif (activated sludge) adalah lumpur yang kaya akan bakteri aerob, yaitu bakteri yang dapat menguraikan limbah organik dengan cara mengalami biodegradasi (oxygen-demanding materials).

Pengolahan air limbah dengan proses lumpur aktif konvensional (standar) secara umum terdiri dari bak pengendap awal, bak aerasi dan bak pengendap akhir. Secara umum proses pengolahannya adalah air limbah ditampung ke dalam bak penampung air limbah. Bak penampung ini berfungsi sebagai bak pengatur debit air limbah serta dilengkapi saringan kasar untuk memisahkan kotoran yang besar. Kemudian air limbah dalam bak penampung di pompa ke dalam bak pengendap awal.

Bak pengendap awal berfungsi untuk menurunkan padatan tersuspensi (suspended solids) sekitar 30 – 40 %, serta BOD sekitar 25 %. Air limpasan dari bak pengendap awal dialirkan ke bak aerasi secara gravitasi. Di dalam bak aerasi, bakteri heterotrofik berkembang dengan pesatnya. Bakteri tersebut diaktifkan dengan adanya aliran udara (oksigen) untuk melakukan oiksidasi bahan-bahan organik. Bakteri yang aktif dalam bak aerasi adalah Escherichia coli, Enterobacter, Sphaerotilus natans, Beggatoa, Achromobacter, Flavobacterium, dan Pseudomonas. Setelah itu akan mengalami flokulasi membentuk padatan yang lebih mudah mengendap.

Dari bak pengendapan, sebagian lumpur dibuang, sebagian lain disirkulasikan ke dalam bak aerasi. Kombinasi antara bakteri dalam konsentrasi tinggi dan lapar (dalam lumpur yang disirkulasi) dengan jumlah nutrien yang banyak (dalam air kotor), memungkinkan penguraian dapat berlangsung dengan cepat. Peruraian dengan metode lumpur aktif hanya memerlukan beberapa jam, jauh lebih cepat dibandingkan dengan peruraian serupa yang terjadi secara alami dalam selokan atau air sungai.

Metode lumpur aktif memanfaatkan mikroorganisme (terdiri ± 95% bakteri dan sisanya protozoa, rotifer, dan jamur) sebagai katalis untuk menguraikan material yang terkandung di dalam air limbah. Proses lumpur aktif merupakan proses aerasi (membutuhkan oksigen). Pada proses ini mikroba tumbuh dalam flok (lumpur) yang terdispersi sehingga terjadi proses degradasi. Proses ini berlangsung dalam reaktor yang dilengkapi recycle/umpan balik lumpur dan cairannya. Lumpur secara aktif mereduksi substrat yang terkandung di dalam air limbah.

Tahapan-tahapan pengolahan air limbah dengan metode lumpur aktif secara garis besar adalah sebagai berikut:

1. Tahap awal

Pada tahap ini dilakukan pemisahan benda-benda asing seperti kayu, bangkai binatang, pasir, kerikil, dll. Sisa-sisa partikel digiling agar tidak merusak alat dalam sistem dan limbah dicampur agar laju aliran dan konsentrasi partikel konsisten.

2. Tahap primer

Tahap ini disebut tahap pengendapan. Partikel-partikel berukuran suspensi dan partikel-partikel ringan dipisahkan, partikel-partikel berukuran koloid digumpalkan dengan penambahan elektrolit.

3. Tahap sekunder

Tahap sekunder meliputi dua tahap yaitu tahap aerasi (metode lumpur aktif) dan pengendapan. Pada tahap aerasi oksigen ditambahkan ke dalam air limbah yang sudah dicampur lumpur aktif untuk pertumbuhan dan berkembang biak mikroorganisme dalam lumpur. Dengan agitasi yang baik, mikroorganisme dapat melakukan kontak dengan materi organik dan anorganik kemudian diuraikan menjadi senyawa yang mudah menguap sehingga mengurangi bau air limbah. Tahap selanjutnya dilakukan pengendapan. Lumpur aktif akan mengendap kemudian dimasukkan ke tangki aerasi, sisanya dibuang. Lumpur yang mengendap inilah yang disebut lumpur bulki.

4. Tahap tersier

Tahap ini disebut tahap pilihan. Tahap ini biasanya untuk memisahkan kandungan zat-zat yang tidak ramah lingkungan seperti senyawa nitrat, fosfat, materi organik yang sukar terurai, dan padatan anorganik. Contoh-contoh perlakuan pada tahap ini sebagai berikut:

a. Nitrifikasi/denitrifikasi

Nitrifikasi adalah pengubahan amonia (NH3 dalam air atau NH4+) menjadi nitrat (NO3-) dengan bantuan bakteri aerobik. Reaksi:

2 NH4+(aq) + 3 O2(g) → 2 NO2-(aq) + 2 H2O(l) + 4 H+(aq)

2 NO2- (aq) +O2(g) → 2 NO3- (aq)

Denitrifikasi adalah reduksi nitrat menjadi gas nitrogen bebas seperti N2, NO, dan NO2.

b. Pemisahan fosfor

Fosfor dapat dipisahkan dengan cara koagulasi/penggumpalan dengan garam Al dan Ca, kemudian disaring. Reaksi:

Al2(SO4)3+14H2O(s) + 2 PO43-(aq) → 2 AIPO4(s) + 3 SO42-(aq) + 14 H2O(l)

5 Ca(OH)2(s) + 3 HPO42-(aq) → Ca5OH(PO4)3(s) + 6 OH-(aq) + 3 H2O(l)

c. Adsorbsi oleh karbon aktif untuk menyerap zat pencemar, pewarna, dan bau tak sedap.

d. Penyaringan mikro untuk memisahkan partikel kecil seperti bakteri dan virus.

e. Rawa buatan untuk mengurai materi organik dan anorganik yang masih tersisa dalam air limbah.

5. Disinfektan

Disinfektan ditambahkan pada tahap ini untuk menghilangkan mikroorganisme seperti virus dan materi organik penyebab bau dan warna. Air yang keluar dari tahap ini dapat digunakan untuk irigasi atau keperluan industri.

6. Pengolahan padatan lumpur

Padatan lumpur dari pengolahan ini dapat diuraikan bakteri aerobik atau anaerobik menghasilkan gas CH4 untuk bahan bakar dan biosolid untuk pupuk.

Akan tetapi dalam pelaksanaannya metode lumpur aktif menemui kendala-kendala seperti:

1. Diperlukan areal instalasi pengolahan limbah yang luas, karena prosesnya berlangsung lama.

2. Menimbulkan limbah baru yakni lumpur bulki akibat pertumbuhan mikroba berfilamen yang berlebihan.

3. Proses operasinya rumit karena membutuhkan pengawasan yang cukup ketat.

Berdasarkan berbagai penelitian, kelemahan metode lumpur aktif tersebut dapat diatasi dengan cara Menambahkan biosida, yaitu H2O2 atau klorin ke dalam unit aerasi. Penambahan 15 mg/g dapat menghilangkan sifat bulki lumpur hingga dihasilkan air limbah olahan cukup baik. Klorin dapat menurunkan aktivitas mikroba yang berpotensi dalam proses lumpur aktif.

BAB 3

PENUTUP

A. Kesimpulan

Konsep Redoks dapat digunakan dalam proses pemecahan masalah lingkungan dan kehidupan sehari-hari. Salah satu penerapan konsep redoks adalah pengolahan air kotor atau limbah dengan metode lumpur aktif. Lumpur adalah materi yang tidak larut yang selalu nampak kehadirannya di dalam setiap tahap pengolahan, tersusun oleh serat-serat organik yang kaya akan selulosa dan di dalamnya terhimpun kehidupan mikroorganisme. Lumpur aktif adalah lumpur yang kaya dengan bakteri aerob, yaitu bakteri yang dapat menguraikan limbah organik dengan cara mengalami biodegradasi.

Pengolahan air limbah dapat dibagi dalam tiga tahap, yaitu tahap primer, sekunder, dan tersier. Pengolahan tahap primer dimaksudkan untuk memisahkan sampah yang tidak larut air, seperti lumpur, oli, dan limbah kasar lainnya. Hal ini dapat dilakukan dengan penyaringan dan pengendapan (sedimentasi). Tahap sekunder dimaksudkan untuk menghilangkan BOD, yaitu dengan cara mengoksidasinya. Selanjutnya, tahap tersier dimaksudkan untuk menghilangkan sampah lain yang masih ada, seperti limbah organik beracun, logam berat, dan bakteri. Pengolahan tahap tersier dilakukan untuk pengolahan air bersih.

Tahap sekunder dilakukan untuk menururunkan nilai BOD sehingga kadar oksigen meningkat. Kecepatan aktivitas mikroorganisme dalam menguraikan limbah organik dapat ditingkatkan dengan melibatkan lumpur aktif. Proses ini melibatkan reaksi oksidasi limbah organik sebagai berikut.

(CH2O)n + nO2 → nCO2 +nH2O + panas

Nilai BOD dapat menurun hingga 90% jika mengggunakan lumpur aktif. Semakin kecil nilai BOD, semakin sedikit mikroorganisme yang menguraikan limbah organik di dalam air. Hal ini menunjukan bahwa semakin sedikit limbah organik didalam air. Dengan demikian, dapat disimpulkan semakin kecil nilai BOD, semakin tinggi kualitas air.

DAFTAR PUSTAKA

Dyah Rufaida, Anis dan Erna Tri Wulandari. 2012. Kimia untuk Kelas X Semester 2 SMA/MA. Klaten: Intan Pariwara.

Diaz, Rizqi. 2012. Penerapan Konsep Reaksi Redoks Dalam Kehidupan Sehari-Hari. akses April, 2013. http://rizqidiaz.blogspot.com/2012/02/penerapan-konsep-reaksi-redoks-dalam.html.

Nugraheni, Desi. 2012. Penerapan Konsep Reaksi Redoks Dalam Pengolahan Limbah (Lumpur Aktif). akses April, 2013. http://nugrahenidesi.blogspot.com/2012/05/penerapan-konsep-reaksi-redoks-dalam.html.

Setyaningrum, Tutut. 2012. Kimia “Penerapan Redoks Dalam Kehidupan Sehari-hari”. Akses April, 2013. http://tutut-septyani.blogspot.com/2012/05/kimia-penerapan-redoks-dalam-kehidupan.html.n Sehari-hari”. Akses April, 2013. http://tutut-septyani.blogspot.com/2012/05/kimia-penerapan-redoks-dalam-kehidupan.html.

Reaksi Redoks Pengolahan Limbah (lumpur aktif)

Kemajuan industri tekstil, pulp, kertas, bahan kimia, obat-obatan, dan industri pangan di samping membawa dampak positif juga berdampak negatif. Dampak negatif yang ditimbulkan antara lain menghasilkan air limbah yang membahayakan lingkungan, karena mengandung bahan-bahan kimia dan mikroorganisme yang merugikan. Cara mengatasi air limbah industri adalah dengan melakukan pengolahan air limbah tersebut sebelum dibuang ke lingkungan. Salah satu penerapankonsep redoks adalah pengolahan air kotor atau limbah dengan metode lumpur aktif.Metode lumpur aktif memanfaatkan mikroorganisme (terdiri ± 95% bakteri dan sisanya protozoa, rotifer, dan jamur) sebagai katalis untuk menguraikan material yang terkandung di dalam air limbah. Proses lumpur aktif merupakan proses aerasi (membutuhkan oksigen). Pada proses ini mikroba tumbuh dalam flok (lumpur) yang terdispersi sehingga terjadi proses degradasi. Proses ini berlangsung dalam reactor yang dilengkapi recycle/umpan balik lumpur dan cairannya. Lumpur secara aktif mereduksi substrat yang terkandung di dalam air limbah.Tahapan-tahapan pengolahan air limbah dengan metode lumpur aktif secara garis besar adalah sebagai berikut:1. Tahap awal

Pada tahap ini dilakukan pemisahan benda-benda asing seperti kayu, bangkai binatang, pasir, dan kerikil. Sisa-sisa partikel digiling agar tidak merusak alat dalam sistem dan limbah dicampur agar laju aliran dan konsentrasi partikel konsisten.2. Tahap primer

Tahap ini disebut juga tahap pengendapan. Partikel-partikel berukuran suspensi dan partikel-partikel ringan dipisahkan, partikel-partikel berukuran koloid digumpalkan dengan penambahan elektrolit seperti FeCl3, FeCl2, Al2(SO4)3, dan CaO.3. Tahap sekunder

Tahap sekunder meliputi 2 tahap yaitu tahap aerasi (metode lumpur aktif) dan pengendapan. Pada tahap aerasi oksigen ditambahkan ke dalam air limbah yang sudah dicampur lumpur aktif untuk pertumbuhan dan berkembang biak mikroorganisme dalam lumpur. Dengan agitasi yang baik, mikroorganisme dapat melakukan kontak dengan materi organik dan anorganik kemudian diuraikan menjadi senyawa yang mudah menguap seperti H2S dan NH3sehingga mengurangi bau air limbah. Tahap selanjutnya dilakukan pengendapan. Lumpur aktif akan mengendap kemudian dimasukkan ke tangki aerasi, sisanya dibuang. Lumpur yang mengendap inilah yang disebut lumpur bulki.4. Tahap tersier

Tahap ini disebut tahap pilihan. Tahap ini biasanya untuk memisahkan kandungan zat-zat yang tidak ramah lingkungan seperti senyawa nitrat, fosfat, materi organik yang sukar terurai, dan padatan anorganik. Contoh-contoh perlakuan pada tahap ini sebagai berikut:

a. Nitrifikasi/denitrifikasiNitrifikasi adalah pengubahan amonia (NH3 dalam air atau NH4

+) menjadi nitrat (NO3

-) dengan bantuan bakteri aerobik. Reaksi:2 NH4

+(aq) + 3 O2(g) -> 2 NO2-(aq) + 2 H2O(l) + 4 H+(aq)

2 NO2- (aq) +O2(g)2 NO3

- (aq)Denitrifikasi adalah reduksi nitrat menjadi gas nitrogen bebas seperti N2, NO, dan

NO2.

Senyawa NO3  gas nitrogen bebasb. Pemisahan fosforFosfor dapat dipisahkan dengan cara koagulasi/ penggumpalan dengan garam Al dan

Ca, kemudian disaring.Al2(SO4)3+14H2O(s) + 2 PO4

3-(aq)2 AIPO4(s) + 3 SO42-(aq) + 14 H2O(l)

5 Ca(OH)2(s) + 3 HPO42-(aq) Ca5OH(PO4)3(s) + 6 OH-(aq) + 3 H2O(l)

c. Adsorbsi oleh karbon aktif untuk menyerap zat pencemar, pewarna, dan bau tak sedap.

d. Penyaringan mikro untuk memisahkan partikel kecil seperti bakteri dan virus.e. Rawa buatan untuk mengurai materi organik dan anorganik yang masih tersisa

dalam air limbah.5. Disinfektan

Disinfektan ditambahkan pada tahap ini untuk menghilangkan mikroorganisme seperti virus dan materi organic penyebab bau dan warna. Air yang keluar dari tahap ini dapat digunakan untuk irigasi atau keperluan industri, contoh: Cl2. Reaksi: Cl2(g) + H2O(l)HClO(aq) + H+(aq) + Cl-(aq)6. Pengolahan padatan lumpur

Padatan lumpur dari pengolahan ini dapat diuraikan bakteri aerobik atau anaerobik menghasilkan gas CH4 untuk bahan bakar dan biosolid untuk pupuk.Akan tetapi dalam pelaksanaannya metode lumpur aktif  menemui kendala-kendala seperti:

1. Diperlukan areal instalasi pengolahan limbah yang luas, karena prosesnya berlangsung lama.

2. Menimbulkan limbah baru yakni lumpur bulki akibat pertumbuhan mikroba berfilamen yang berlebihan.

3. Proses operasinya rumit karena membutuhkan pengawasan yang cukup ketat.Berdasarkan berbagai penelitian, kelemahan metode lumpur aktif tersebut dapat

diatasi dengan cara:Menambahkan biosida, yaitu H2O2 atau klorin ke dalam unit aerasi. Penambahan 15 mg/g dapat menghilangkan sifat bulki lumpur hingga dihasilkan air limbah olahan cukup baik. Klorin dapat menurunkan aktivitas mikroba yang berpotensi dalam proses lumpur aktif. Metode ini hasil penelitian Sri Purwati, dkk. dari Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Industri Selulosa, Bandung.

post ini saya kutip dari :http://rizqidiaz.blogspot.com/2012/02/penerapan-konsep-reaksi-redoks-dalam.html

Pengolahan Air Limbah Menggunakan Lumpur Aktif

1.  Latar Belakang Pembuatan Makalah :                               Indonesia dalam satu dasa warsa ini dikenal sebagai penghasil tekstil yang besar disamping India dan Pakistan. Dalam proses produksi industri tekstil banyak menggunakan bahan kimia dan air. Bahan kimia yang digunakan antara lain untuk proses pencucian, pemutihan, dan pewarnaan. Akibat dari itu pencemaran lingkungan menjadi masalah bagi masyarakat yang tinggal disekitar industri tekstil. Mengingat pentingnya industri tekstil sebagai penghasil devisa negara dan perlunya perlindungan lingkungan, maka diperlukan adanya teknologi pengolah limbah tekstil yang handal. Salah satu contoh pengolahan limbah tekstil yang hingga saat ini beroperasi adalah pengolahan limbah tekstil milik P.T. Unitex di Bogor, pengolahan limbah ini dilakukan dengan cara menerapakan konsep- konsep redoks dengan memanfaatkan lumpur aktif sebagai bahan utama.

               2.  Tujuan Pembuatan Makalah :

1.     Menyelesaikan tugas yang diberikan Ibu. Sri Rahayu, S.Pd, selaku guru kimia kami untuk membuat makalah mengenai pemanfaatan reaksi redoks dalam teknologi pengolahan air limbah.

2.      Menambah wawasan dan ilmu pengetahuan mengenai pemanfaatan reaksi redoks dalam teknologi pengolahan air limbah, yang dapat menghilangkan limbah organik sederhana dan mudah urai, organik kompleks seperti warna, bau dan logam berat.

3.        Sasaran :            Sasaran dari penerapan teknologi ini adalah air hasil pengolahan limbah tekstil tidak mencemari lingkungan.

4.     Manfaat Pengolahan Limbah dengan menggunakan Lumpur Aktif :           Teknologi ini dapat menurunkan total padatan tersuspensi (TSS) hingga mencapai 91%, COD 62%, Fe 96% dan BOD5 97%. Proses ini juga menghilangkan warna dan bau dari limbah tersebut.

5.      Proses-proses Pengolahan Air Limbah5.1  Pendahuluan :

            Pada umumnya polutan yang terkandung dalam limbah

industri tekstil dapat berupa padatan tersuspensi, padatan terlarut serta gas terlarut. Karakteristik limbah pada umumnya bersifat alkalis (pH = 7), suhunya tinggi serta berwarna pekat. Untuk

menghilangkan polutan tersebut, diperlukan pengolahan yang dapat memisahkan dan menghancurkan polutan yang terkandung didalamnya.

                         Limbah  berasal dari zat-zat organik yang dapat mengalami oksidasi di dalam air. Yang dapat menyebabkan jumlah oksigen yang terlarut dalam air menjadi berkurang  dan menyebabkan kematian hewan yang hidup didalam air tersebut, karena kekurangan oksigen untuk bernafas.                         Jika telah teroksidasi oleh mikroorganisme, limbah organik menimbulkan bau busuk, yang disebabkan oleh aktivitas mikroorganisme anaerob, antara lain : amonia ( NH3), metana ( CH4), dan asam sulfida ( H2S). Maka, itulah sebabnya air limbah harus diolah untuk mengurangi dampak yang demikian. Salah satu caranya yaitu dengan pengolahan air limbah menggunakan lumpur aktif.

                                  Lumpur aktif merupakan lumpur yang kaya akan bakteri aerob, yaitu bakteri yang dapat menguraikan limbah organik yang dapat mengalami biodegradasi. Lumpur aktif (activated sludge) adalah proses pertumbuhan mikroba tersuspensi. Proses ini pada dasarnya merupakan pengolahan aerobik yang mengoksidasi material organik menjadi CO2 dan H2O, NH4. dan sel biomassa baru.

                               Proses ini menggunakan udara yang disalurkan melalui pompa blower (diffused) atau melalui aerasi mekanik. Sel mikroba membentuk flok yang akan mengendap di tangki penjernihan. Kemampuan bakteri dalam membentuk flok menentukan keberhasilan pengolahan limbah secara biologi, karena akan memudahkan pemisahan partikel dan air limbah.. Terdapat dua hal penting pada pengolahan limbah dengan lumpur aktif :

 Proses penambahan Oksigen, dapat dilakukan dengan cara memompakan oksigen kedalam bak pengolahan atau memancarkan air limbah ke udara agar dapat melarutkan oksigen yang ada diudara ( aerasi ).

 Proses pertumbuhan bakteri, dapat terjadi di bak khusus ( bak aerobik : kolam dangkal yang dapat ditembus oleh cahaya matahari hingga ke dasarnya, sehingga diseluruh bagian kolam itu berlangsung proses fotosintesis oleh tumbuhan air ( alga ) ), karena di dalam bak itulah proses oksidasi aerob terjadi. Membentuk senyawa, misalnya ( CO2), (H2O), kemudian senyawa tersebut dimanfaatkan oleh tumbuhan air untuk berfotosistesis.

5.2 Tahap – tahap awal :Proses pengolahan air limbahnya terbagi atas tiga tahap pemrosesan, yaitu :

1.      Proses primer yang meliputi penyaringan kasar, penghilangan warna, ekualisasi, penyaringan halus, pendinginan.

2.      Proses sekunder yang meliputi proses biologi dan sedimentasi.3.      Proses tersier yang merupakan tahap lanjutan dengan

penambahan bahan kimia.           Melalui upaya pengelolaan yang telah dilakukan, maka air limbah yang dibuang tidak akan mencemari lingkungan.. Sistem pengolah limbah yang digunakan merupakan perpaduan antara proses fisika, kimia, dan biologi. Proses yang berperan dalam pengurangan bahan pencemar adalah proses biologi yang menggunakan sistem lumpur aktif dengan aerasi lanjutan (extended aeration).           Selain limbah cair terdapat pula limbah padat yang berupa lumpur, hasil samping dari sistem pengolahan yang digunakan. Lumpur hasil olahan digunakan sebagai bahan campuran pembuatan conblock dan batako press serta pupuk organik.Proses Pengolahan lumpur aktif :

Gambar 6. Unit Pengolah Limbah Tekstil Kapasitas 200 m3/hari. 

Gambar 7. Bak penampung yang masih panas. 

Gambar 8. Bak pengendap pertama 

Gambar 9. Pemberian koagulan (ferro sulfat) untuk menghilangkan warna. 

Gambar 10. Bak pengendap (clarifier) setelah diberi koagulan ferro sulfat. 

Gambar 11. Menara pendingin (Colling Tower) sebelum air masuk ke dalam bak aerasi. 

            Gambar 12. Bak aerasi tahap petama 

Gambar 13. Lumpur aktif dari bak pengendap akhir dikembalikan ke bak aerasi tahap pertama. 

            Gambar 14. Bak pengendap akhir 

Gambar 15. Contoh air di bak pengendap akhir. 

Gambar 16. Air hasil olahan sebelum dibuang ke lingkungan. 

                        Gambar 17. Bioassay 

Gambar 18. Contoh air baku sampai dengan air hasil olahan.

 CARA PEMBUATAN           Urutan proses pengolahan limbah di PT. Unitek secara garis besar dibagi dalam 5 unit proses yang meliputi proses primer, sekunder, dan tersier, yaitu :

         Unit 1 : adalah proses penghilangan warna dengan sistem koagulasi dan sedimentasi.

         Unit 2 : adalah proses penguraian bahan organik yang terkandung di dalam air limbah dengan sistem lumpur aktif.

         Unit 3 : adalah proses pemisahan air yang telah bersih dengan lumpur aktif dari kolam aerasi.

         Unit 4 : adalah proses penghilangan padatan tersuspensi setelah pengendapan.

         Unit 5 : adalah proses pemanfaatan lumpur padat setelah pengepresan di belt press.Untuk jelasnya lihat Gambar 19. Sistem Pengolah Limbah Lumpur Aktif PT. UNITEX. Proses Pengolahan LimbahProses pengolahan air limbah PT. Unitek terbagi menjadi tiga tahap pemrosesan, yaitu :

1.      Proses primer, Proses primer merupakan perlakuan pendahuluan yang meliputi : a). Penyaringan kasar, b). Penghilangan warna, c). Ekualisasi, d). Penyaringan halus, dan e). Pendinginan.

2.      Proses sekunder, Proses biologi dan sedimentasi.3.      Proses tersier, merupakan tahap lanjutan setelah proses biologi dan

sedimentasi.Adapun waktu yang dibutuhkan untuk tiap-tiap proses dapat dilihat pada Tabel 2.Tabel 2. Dimensi, Debit Air Masuk, dan Waktu Tinggaldari masing-masing Unit Pengolah Limbah Cair PT. UNITEX.

Unit Penanganan

Jumlah

Vol Tangki (m3)

Total Vol (m3)

Debit (

m3/hari)

Waktu

Retensi

Kolam equalisasiLimbah air warna

2 59 + 56 115 1200 2.3 jam

Limbah air umum

1 653 653 1800 8.7 jam

Tangki Koagulasi I

1 3.1 3.6 720 7.2 menit

Tangki Sedimentasi I

2 14.2 28.4 720 25 menit

Kolam Aerasi 3 2(1250) + 925

3425 3000 27.4 jam

Tangki Sedimentasi II

1 407 407 3394 2.9 jam

Tangki Koagulasi II

1 6 6 3394 2.5 menit

Tangki Intermeadiat

1 57 57 3394 24 menit

Tangki Sedimentasi III

1 178 178 3394 1.26 jam

Kolam Ikan 1 15 15 3394 6.4 menit

Gambar 19. Sistem Pengolah Limbah Lumpur Aktif PT. UNITEX

Proses Primer

a. Penyaringan Kasar             Air limbah dari proses pencelupan dan pembilasan dibuang melalui saluran pembuangan terbuka menuju pengolahan air limbah. Saluran tersebut terbagi menjadi dua bagian, yakni saluran air berwarna dan saluran air tidak berwarna. Untuk mencegah agar sisa-sisa benang atau kain dalam air limbah terbawa pada saat proses, maka air limbah disaring dengan menggunakan saringan kasar berdiameter 50 mm dan 20 mm.b. Penghilangan Warna           Limbah cair berwarna yang berasal dari proses pencelupan setelah melewati tahap penyaringan ditampung dalam dua bak penampungan, masing-masing berkapasitas 64 m3 dan 48 m3, air tersebut kemudian dipompakan ke dalam tangki koagulasi pertama (volume 3,1 m3) yang terdiri atas tiga buah tangki, yaitu : Pada tangki pertama ditambahkan koagulasi FeSO4 (Fero Sulfat) konsentrasinya 600 - 700 ppm untuk pengikatan warna. Selanjutnya

dimasukkan ke dalam tangki kedua dengan ditambahkan kapur (lime) konsentrasinya 150 - 300 ppm, gunanya untuk menaikkan pH yang turun setelah penambahan FeSO4. Dari tangki kedua limbah dimasukkan ke dalam tangki ketiga pada kedua tangki tersebut ditambahkan polimer berkonsentrasi 0,5 - 0,2 ppm, sehingga akan terbentuk gumpalan-gumpalan besar (flok) dan mempercepat proses pengendapan.           Setelah gumpalan-gumpalan terbentuk, akan terjadi pemisahan antara padatan hasil pengikatan warna dengan cairan secara gravitasi dalam tangki sedimentasi. Meskipun air hasil proses penghilangan warna ini sudah jernih, tetapi pH-nya masih tinggi yaitu 10, sehingga tidak bisa langsung dibuang ke perairan. Untuk menghilangkan unsur-unsur yang masih terkandung didalamnya, air yang berasal dri koagulasi I diproses dengan sistem lumpur aktif. Cara tersebut merupakan perkembangan baru yang dinilai lebih efektif dibandingkan cara lama yaitu air yang berasal dari koagulasi I digabung dalam bak ekualisasi.Tabel 3. Hasil pengamatan konsentrasi, debit, dan laju penambahan koagulandan flokulan terhadap limbah air warna (Rapto, 1996)

AgentKonsentrasi (kg/l)

Debit (l/jam)

Laju Penambahan (kg/jam)

Fe SO4 0.21 13.28 2.84

Lime 0.11 806.76 86.44

Polimer ANP-10 2. 10-4 561.60 0.11

Tabel 4. Efisiesi removal proses koagulasi dan flokulasi air limbah warnaTahun 1994 (Rapto, 1996)

Parameter Inlet (mg/l) Outlet (mg/l)

Efisiensi removal (%)

TSS 132.33 17.33 86.9

BOD5 266.12 54.92 79.4

COD 432.33 112.00 74.1

DO 0.4 0.25 37.5

c. Ekualisasi           Bak ekualisasi atau disebut juga bak air umum memiliki volume 650 m3menampung dua sumber pembuangan yaitu limbah cair tidak berwarna dan air yang berasal dari mesin pengepres lumpur. Kedua sumber pembuangan pengeluarkan air dengan karakteristik yang berbeda. Oleh karena itu untuk memperlancar proses selanjutnya air dari kedua sumber ini diaduk dengan menggunakan blower hingga mempunyai karakteristik yang sama yaitu pH 7 dan suhunya 32oC. Sebelum kontak dengan sistem lumpur aktif, terlebih dahulu air melewati saringan halus dan cooling tower, karena untuk proses aerasi memerlukan suhu 32oC. Untuk mengalirkan air dari bak ekualisasi ke bak aerasi digunakan dua buah submerble pump atau pompa celup (Q= 60 m3/jam).d. Saringan Halus (Bar Screen f = 0,25 in)           Air hasil ekualisasi dipompakan menuju saringan halus untuk memisahkan padatan dan larutan, sehingga air limbah yang akan diolah bebas dari padatan kasar berupa sisa-sisa serat benang yang masih terbawa.e. Cooling Tower           Karakteristik limbah produksi tekstil umumnya mempunyai suhu antara 35-40oC, sehingga memerlukan pendinginan untuk menurunkan suhu yang bertujuan mengoptimalkan kerja bakteri dalam sistem lumpur aktif. Karena suhu yang diinginkan adalah berkisar 29-30oC.

Proses Sekunder

a. Proses Biologi           Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) PT. Unitek memiliki tiga bak aerasi dengan sistem lumpur aktif, yang pertama berbentuk oval mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan bentuk persegi panjang. Karena pada bak oval tidak memerlukan blower sehingga dapat menghemat biaya listrik, selain itu perputaran air lebih sempurna dan waktu kontak bakteri dengan limbah lebih merata serta tidak terjadi pengendapan lumpur seperti layaknya terjadi pada bak persegi panjang. Kapatas dari ketiga bak aerasi adalah 2175 m3. Pada masing-masing bak aerasi ini terdapat sparator yang mutlak diperlukan untuk memasok oksigen ke dalam air bagi kehidupan bakteri. Parameter yang diukur dalam bak aerasi dengan sistem lumpur aktif adalah DO, MLSS, dan suhu. Dari pengalaman yang telah dijalani, parameter-parameter tersebut dijaga sehingga penguraian polutan yang terdapat dalam limbah dapat diuraikan semaksimal mungkin oleh bakteri. Oksigen terlarut yang diperlukan berkisar 0,5 – 2,5 ppm, MLSS berkisar 4000 – 6000 mg/l, dan suhu berkisar 29 – 30oC.b. Proses Sedimentasi

           Bak sedimentasi II (volume 407 m3) mempunyai bentuk bundar pada bagian atasnya dan bagian bawahnya berbentuk kronis yang dilengkapi dengan pengaduk (agitator) dengan putaran 2 rph. Desain ini dimaksudkan untuk mempermudah pengeluaran endapan dari dasar bak. Pada bak sedimentasi ini akan terjadi settling lumpur yang berasal dari bak aerasi dan endapan lumpur ini harus segera dikembalikan lagi ke bak aerasi (return sludge=RS), karena kondisi pada bak sedimentasi hampir mendekati anaerob. Besarnya RS ditentukan berdasarkan perbandingan nilai MLSS dan debit RS itu sendiri. Pada bak sedimentasi ini juga dilakukan pemantauan kaiment (ketinggian lumpur dari permukaan air) dan MLSS dengan menggunakan alat MLSS meter.

Proses Tersier

           Pada proses pengolahan ini ditambah bahan kimia, yaitu Alumunium Sulfat (Al2(SO4)3), Polimer dan Antifoam (Silicon Base); untuk mengurangi padatan tersuspensi yang masih terdapat dalam air. Tahap lanjutan ini diperlukan untuk memperoleh kualitas air yang lebih baik sebelum air tersebut dibuang ke perairan.           Air hasil proses biologi dan sedimentasi selanjutnya ditampung dalam bak interdiet (Volume 2m3) yang dilengkapi dengan alat yang disebut inverter untuk mengukur level air, kemudian dipompakan ke dalam tangki koagulasi (volume 3,6 m3) dengan menggunakan pompa sentrifugal. Pada tangki koagulasi ditambahkan alumunium sulfat (konsentrasi antara 150 – 300 ppm) dan polimer (konsentrasi antara 0,5 – 2 ppm), sehingga terbentuk flok yang mudah mengendap. Selain kedua bahan koagulan tersebut juga ditambahkan tanah yang berasal pengolahan air baku (water teratment) yang bertujuan menambah partikel padatan tersuspensi untuk memudahkan terbentuknya flok.           Pada tangki koagulasi ini terdapat mixer (pengaduk) untuk mempercepat proses persenyawaan kimia antara air dan bahan koagulan, juga terdapat pH kontrol yang berfungsi untuk memantau pH effluent sebelum dikeluarkan ke perairan. Setelah penambahan koagulan dan proses flokulasi berjalan dengan sempurna, maka gumpalan-gumpalan yang berupa lumpur akan diendapkan pada tangki sedimentasi III (volume = 178 m3). Hasil endapan kemudian dipompakan ke tangki penampungan lumpur yang selanjutnya akan diolah dengan belt press filter machine.Selain itu pengolahan air limbah dapat juga dilakukan dengan sistem lumpur aktif konvesional.Selain dengan menggunakan cara seperti yang diatas ada cara lain yaitu :

Sistem Lumpur Aktif Konvensional          

Gambar 1. Sistem Lumpur Aktif Konvensional

Tangki aerasi

           Oksidasi aerobik material organik dilakukan dalam tangki ini. Efluent pertama masuk dan tercampur dengan Lumpur Aktif Balik (Return Activated Sludge =RAS) atau disingkat LAB membentuk lumpur campuran (mixed liqour), yang mengandung padatan tersuspensi sekitar 1.500 - 2.500 mg/l. Aerasi dilakukan secara mekanik. Karakteristik dari proses lumpur aktif adalah adanya daur ulang dari biomassa. Keadaan ini membuat waktu tinggal rata-rata sel (biomassa) menjadi lebih lama dibanding waktu tinggal hidrauliknya (Sterritt dan Lester, 1988). Keadaan tersebut membuat sejumlah besar mikroorganisme mengoksidasi senyawa organik dalam waktu yang singkat. Waktu tinggal dalam tangki aerasi berkisar 4 - 8 jam.Tangki Sedimentasi

           Tangki ini digunakan untuk sedimentasi flok mikroba (lumpur) yang dihasilkan selama fase oksidasi dalam tangki aerasi. Seperti disebutkan diawal bahwa sebaghian dari lumpur dalam tangki penjernih didaur ulang kembali dalam bentuk LAB kedalam tangki aerasi dan sisanya dibuang untuk menjaga rasio yang tepat antara makanan dan mikroorganisme (F/M Ratio).Parameter

           Parameter yang umum digunakan dalam lumpur aktif (Davis dan Cornwell, 1985; Verstraete dan van Vaerenbergh, 1986) adalah sebagai berikut:

1.      Mixed-liqour suspended solids (MLSS). Isi tangki aerasi dalam sistem lumpur aktif disebut sebagai mixed liqour yang diterjemahkan sebagai lumpur campuran. MLSS adalah jumlah total dari padatan tersuspensi yang berupa material organik dan mineral, termasuk didalamnya adalah mikroorganisma. MLSS ditentukan dengan cara menyaring lumpur campuran dengan kertas saring

(filter), kemudian filter dikeringkan pada temperatur 1050C, dan berat padatan dalam contoh ditimbang.

2.      Mixed-liqour volatile suspended solids (MLVSS). Porsi material organik pada MLSS diwakili oleh MLVSS, yang berisi material organik bukan mikroba, mikroba hidup dan mati, dan hancuran sel (Nelson dan Lawrence, 1980). MLVSS diukur dengan memanaskan terus sampel filter yang telah kering pada 600 - 6500C, dan nilainya mendekati 65-75% dari MLSS.

3.      Food - to - microorganism ratio (F/M Ratio). Parameter ini merupakan indikasi beban organik yang masuk kedalam sistem lumpur aktif dan diwakili nilainya dalam kilogram BOD

per kilogram MLSS per hari (Curds dan Hawkes, 1983; Nathanson, 1986). Adapun formulasinya sebagai berikut : 

Q = Laju alir limbah Juta Galon per hari (MGD)BOD5 = BOD5 (mg/l)MLSS = Mixed liquor suspended solids (mg/l)

V = Volume tangki aerasi (Gallon)

4.      Rasio F/M dikontrol oleh laju sirkulasi lumpur aktif. Lebih tinggi laju sirkulasi lumpur aktif lebih tinggi pula rasio F/M-nya. Untuk tangki aerasi konvensional rasio F/M adalah 0,2 - 0,5 lb BOD5/hari/lb MLSS, tetapi dapat lebih tinggi hingga 1,5 jika digunakan oksigen murni (Hammer, 1986). Rasio F/M yang rendah mencerminkan bahwa mikroorganisme dalam tangki aerasi dalam kondisi lapar, semakin rendah rasio F/M pengolah limbah semakin efisien.

5.      Hidraulic retention time (HRT). Waktu tinggal hidraulik (HRT) adalah waktu rata-rata yang

dibutuhkan oleh larutan influent masuk dalam tangki aerasi untuk proses lumpur aktif; nilainya berbanding terbalik dengan laju pengenceran

V = Volume tangki aerasiQ = Laju influent air limbah ke dalam tangki aerasiD = Laju pengenceran.

6.      Umur lumpur (Sludge age). Umur lumpur adalah waktu tinggal rata-rata mikroorganisme dalam sistem. Jika HRT memerlukan waktu dalam jam, maka waktu tinggal sel mikroba dalam tangki aerasi dapat dalam hari lamanya. Parameter ini berbanding terbalik

    F/M = Q x BOD5

          MLSS x V

HRT = 1/D = V/ Q

dengan laju pertumbuhan mikroba. Umur lumpur dihitung dengan formula sebagai berikut (Hammer, 1986; Curds dan Hawkes, 1983) :

    Umur Lumpur (Hari) =           MLSS x V                          SSe x Qe + SSw X Qw

MLSS = Mixed liquor suspended solids (mg/l).V = Volume tangki aerasi (L)SSe = Padatan tersuspensi dalam effluent (mg/l)SSw = Padatan tersuspensi dalam lumpur limbah (mg/l)Qe = Laju effluent limbah (m3/hari)Qw = Laju influent limbah (m3/hari).

7.      Umur lumpur dapat bervariasi antara 5 - 15 hari dalam konvensional lumpur aktif. Pada musim dingin lebih lama dibandingkan musim panas (U.S. EPA, 1987a). Parameter penting yang mengendalikan operasi lumpur aktif adalah laju pemuatan organik, suplay oksigen, dan pengendalian dan operasi tangki pengendapan akhir. Tangki ini mempunyai dua fungsi: penjernih dan penggemukan mikroba. Untuk operasi rutin, orang harus mengukur laju pengendapan lumpur dengan menentukan indeks volume lumpur (SVI), Voster dan Johnston, 1987. Modifikasi Proses Lumpur Aktif Konvensional

Gambar 2. Modifikasi proses lumpur aktif.A. Sistem aerasi lanjutan. B. Parit oksidasi (US EPA,

1977, dalam Bitton, 1994)

Sistem Aerasi Lanjutan

           Proses ini dipakai dalam instalasi paket pengolahan dengan cara sebagai berikut :

1.      Waktu aerasi lebih lama (sekitar 30 jam) dibandingkan sistem konvensional. Usia lumpur juga lebih lama dan dapat diperpanjang sampai 15 hari.

2.      Limbah yang masuk dalam tangki aerasi tidak diolah dulu dalam pengendapan primer.

3.      Sistem beroperasi dalam F/M ratio yang lebih rendah (umumnya <0,1 lb BOD/hari/lb MLSS) dari sistem konvensional (0,2 - 0,5 lb BOD/hari/lb MLSS).

4.      Sistem ini membutuhkan membutuhkan sedikit aerasi dibandingkan dengan pengolahan konvensional dan terutama cocok untuk komunitas yang kecil yang menggunakan paket pengolahan.Selokan Oksidasi (Oxidation Ditch)           Selokan oksidasi terdiri dari saluran aerasi yang berbentuk oval yang dilengkapi dengan satu atau lebih rotor rotasi untuk aerasi limbah. Saluran ini menerima limbah yang telah disaring dan mempunyai waktu tinggal hidraulik (hidraulic retention time) mendekati 24 jam.Aerasi Bertingkat           Limbah hasil dari pengolahan primer (pengendapan) masuk dalam tangki aerasi melalui beberapa lubang atau saluran, sehingga meningkatkan distribusi dalam tangki aerasi dan membuat lebih efisien dalam penggunaan oksigen. Proses ini dapat meningkatkan kapasitas sistem pengolahan.Stabilisasi Kontak           Setelah limbah dan lumpur bercampur dalam tangki reaktor kecil untuk waktu yang singkat (20-40 menit), aliran campuran tersebut dialirkan ke tangki penjernih dan lumpur dikembalikan ke tangki stabilisasi dengan waktu tinggal 4 - 8 jam. Sistem ini menghasilkan sedikit lumpur.Sistem Aerasi Campuran           Pada sistem ini limbah hanya diaerasi dalam tangki aerasi secara merata. Sistem ini dapat menahan shock load dan racun.Lumpur Aktif Kecepatan Tinggi           Sistem ini digunakan untuk mengolah limbah konsentrasi tinggi dan dioperasikan untuk beban BOD yang sangat tinggi dibandingkan proses lumpur aktif konvensional. Proses ini mempunyai waktu tinggal hidraulik sangat singkat. Sistem ini beroperasi pada konsentrasi MLSS yang tinggi.Aerasi Oksigen Murni           Sistem aerasi dengan oksigen murni didasarkan pada prinsip bahwa laju tranfer oksigen lebih tinggi pada oksigen murni dari pada oksigen atmosfir. Proses ini menghasilkan kemampuan oksigen terlarut menjadi lebih tinggi, sehingga meningkatkan efisiensi pengolahan dan mengurangi produksi lumpur.

Survei Organisme Dalam Lumpur Aktif                        Dua tujuan dari sistem lumpur aktif pertama adalah oksidasi material organik yang biodegradable dalam tangki aerasi kemudian dikonversi menjadi bentuk sel yang baru, kedua flokulasi, memisahkan biomassa yang baru terbentuk dari air effluent.             Flok dalam aktifitas lumpur mengandung sel bakteri disamping partikel anorganik dan organik. Ukuran flok bervariasi antara <1 m m (ukuran beberapa sel bakteri) sampai dengan 1 000 m m atau lebih (Parker et al., 1971; U.S.EPA, 1987a), Lihat Gambar 3. Sel hidup dalam flok dapat diukur dengan analisis ATP dan aktifitas dehidrogenase, berjumlah 5-20% dari total sel (Weddle dan Jenkins, 1971). Beberapa peneliti menjaga agar fraksi aktif bakteri dalam lumpur aktif mewakili hanya 1-3% bakteri total (Hanel,

1988). Gambar 3. Distribusi ukuran partikel dalam lumpur aktif

Berikut ini adalah beberapa mikroorganisme yang dapat diamati dalam flok lumpur aktif.Bakteri           Bakteri merupakan unsur utama dalam flok lumpur aktif. Lebih dari 300 jenis bakteri yang dapat ditemukan dalam lumpur aktif. Bakteri tersebut bertanggung jawab terhadap oksidasi material organik dan tranformasi nutrien, dan bakteri menghasilkan polisakarida dan material polimer yang membantu flokulasi biomassa mikrobiologi. Genus yang umum dijumpai adalah : Zooglea, Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Bacillus, Achromobacter, Corynebacterium, Comomonas, Brevibacterium, dan Acinetobacter,disamping itu ada pula mikroorganisme berfilamen, yaitu Sphaerotilus dan Beggiatoa, Vitreoscilla yang dapat menyebabkan sludge bulking.           Karena tingkat oksigen dalam difusi terbatas, jumlah bakteri aktif aerobik menurun karena ukuran flok meningkat (Hanel, 1988). Bagian dalam flok yang relatif besar membuat kondisi berkembangnya bakteri anaerobik seperti metanogen. Kehadiran metanogen dapat dijelaskan dengan pembentukan beberapa kantong anaerobik didalam flok atau dengan metanogen tertentu terhdap oksigen (Wu et al., 1987). Oleh karena itu lumpur aktif

cukup baik dan cocok untuk material bibit bagi pengoperasian awal reaktor anaerobik.Tabel 1. Distribusi Bakteri Heteropik Aerobik Dalam Lumpur Aktif Standard (Hiraishi et al. (1989).

GENUS KELOMPOK

PERSENTASI DARI TOTAL ISOLAT

Comamonas-Pseudomonas 50

Alkaligenes 5,8

Pseudomonas (Kelompok Florescent) 1,9

Paracoccus 11,5

Unidentified (gram negative rods) 1,9

Aeromomas 1,9

Flavobacterium - Cytophaga 13,5

Bacillus 1,9

Micrococcus 1,9

Coryneform 5,8

Arthrobacter 1,9

Aureobacterium-Microbacterium 1,9

           Jumlah total bakteri dalam lumpur aktif standard adalah 108 CFU/mg lumpur. Tabel 1. menunjukkan beberapa genus bakteri yang ditemui dalam standard lumpur aktif. Sebagian besar bakteri yang diisolasi diidentifikasi sebagai spesies-spesiesComamonas-Psudomonas.           Caulobacter, bakteri bertangkai umumnya ditemukan dalam air yang miskin bahan organik, dapat diisolasi dari kebanyakan pengolahan limbah, khususnya lumpur aktif (MacRae dan Smit, 1991).

Gambar 4. Distribusi

           Zoogloea adalah bakteri yang menghasilkan exopolysaccharide yang membentuk proyeksi khas seperti jari tangan dan ditemukan dalam air limbah dan lingkungan yang kaya bahan organik (Norberg dan Enfors, 1982; Unz dan Farrah, 1976; Williams dan Unz, 1983). Zoogloea diisolasi dengan menggunakan media yang mengandung m-butanol, pati, atau m-toluate sebagai sumber karbon. Bakteri ini ditemukan dalam berbagai tahap pengolahan limbah tetapi jumlahnya hanya 0,1-1% dari total bakteri dalam mixed liqour (Williams dan Unz, 1983). Kepentingan relatif bakteri ini dalam air limbah membutuhkan penelitian lebih lanjut.           Flok lumpur aktif juga merupakan tempat berkumpulnya bakteri autotrofik seperti bakteri nitrit (Nitrosomonas, Nitrobacter), yang dapat merubah amonia menjadi nitrat dan bakteri fototrofik seperti bakteri ungu non sulfur (Rhodospilrillaceae), yang dapat dideteksi pada konsentrasi sekitar 105 sel/ml. Bakteri ungu dan hijau ditemukan dalam jumlah yang sangat kecil. Barangkali, bakteri fototrofik hanya sedikit berperan dalam penurunan nilai BOD dalam lumpur aktif (Madigan, 1988; Siefert et al., 1978).Fungi           Lumpur aktif biasanya tidak mendukung kehidupan fungi walaupun beberapa fungi berfilamen kadang-kadang ditemukan dalam flok lumpur aktif. Fungi dapat tumbuh pesat dibawah kondisi pH yang rendah, toksik, dan limbah yang kekurangan nitrogen. Genus yang dominan ditemukan dalam lumpur aktif adalah Geotrichum, Penicillium, Cephalosporium, Cladosporium, dan Alternaria (Pipes dan Cooke, 1969; Tomlinson dan Williams, 1975). Lumpur ringan (Sludge Bulking) dapat dihasilkan oleh pertumbuhan yang pesat Geotrichum candidum, yang dirangsang oleh pH rendah dari limbah yang asam.Protozoa

           Protozoa adalah significant predator dalam lumpur aktif seperti dalam lingkungan akuatik alam (Curds, 1982; Drakides, 1980; Fenchel dan Jorgensen, 1977; LaRiviere, 1977). Pemakanan bakteri oleh protozoa dapat ditentukan dengan eksperimen pemakanan bakteri yang telah diberi 14C atau 35C atau flouresen (Hoffmann dan Atlas, 1987; Sherr et al, 1987). Pemakanan bakteri tersebut dapat mereduksi toksikan. Contoh, Aspidisca costata yang memakan bakteri dalam lumpur aktif dapat menurunkan Kadmium (Hoffmann dan Atlas, 1987). Protozoa paling sering ditemukan dalam lumpur aktif adalah Carchesium, Paramecium sp, Opercularia sp, Chilodenella sp, Vorticella sp, Apidisca sp (Dart dan Stretton, 1980, Edeline, 1988; Eikelboom dan van Buijsen, 1981).           Cilliata. Siliata atau bulu getar digunakan untuk pergerakan dan mendorong partikel makanan kedalam mulut . Siliata dibagi menjadi tiga, yaitu : Siliata bebas (free), merayap (creeping), dan bertangkai (stalked). Siliata bebas (tidak terikat) memakan bakteri bebas yang terbang. Genus yang paling penting sering ditemukan dalam lumpur aktif adalah Chilodonella, Colpidium, Blepharisma, Euplotes, Paramecium, Lionotus, Trachelophyllum, dan Spirostomum. Siliata merayap memakan bakteri yang berada dipermukaan flok lumpur aktif. Dua genus penting, yaitu : Aspidisca danEuplotes. Cilitas bertangkai menempel tangkainya pada flok. Tangkai mempunyaimyoneme untuk menangkap mangsa. Contoh siliata bertangkai adalah Vorticella, Carchesium, Opercularia, dan Epistylis.Rotifers           Rotifers adalah metazoa (organisme bersel banyak) dengan ukuran bervariasi dari 100 mm - 500 m m. Tubuhnya menancap pada partikel flok dan sering tercabut dari permukaan flok (Doohan, 1975; Eikelboom dan van Buijsen, 1981). Rotifers ditemukan dalam instalasi pengolahan air limbah termasuk dua orde pertama, Bdelloidea (contoh : Philodina spp., Habrotrocha spp.) dan Monogononta (contoh : Lecane spp., Notommata spp.). Peranan rotifers dalam lumpur aktif adalah : (1) menghilangkan bakteri tersuspensi (contoh : bakteri yang tidak membentuk flok; (2) memberi kontribusi terhadap pembentukan flok melalui pelet kotoran yang dikelilingi oleh mukus. Kehadiran rotifers dalam tahap akhir pengolahan limbah sistem lumpur aktif dikarenakan kenyataan bahwa hewan ini mempunyai siliata yang kuat yang menolong dalam mencari makan dan menurunkan jumlah bakteri tersuspensi (membuat air lebih jernih) dan aksi siliatanya lebih kuat dibandingkan protozoa.Oksidasi Bahan Organik Dalam Tangki Aerasi           Air limbah domestik mempunyai rasio C:N:P sebesar 100 : 5 : 1, yang mencukupi untuk kebutuhan sebagian besar mikroorganisme. Bahan organik dalam air limbah terdapat dalam

bentuk terlarut, koloid, dan fraksi partikel. Bahan organik terlarut sebagai sumber makanan bagi mikroorganisme heterotrophik dalam mixed liquor. Bahan organik ini cepat hilang oleh adsorpsi dan proses flokulasi, dan juga oleh absorpsi dan oksidasi oleh mikroorganisme. Aerasi dalam beberapa jam dapat membuat perubahan dari BOD terlarut menjadi biomassa mikrobial. Aerasi mempunyai dua tujuan : (1) memasok oksigen bagi mikroorganisme aerobik, dan (2) menjaga lumpur aktif agar selalu konstan teragitasi untuk melaksanakan kontsak yang cukup antara flok dengan air limbah yang baru datang pada sistem pengolahan limbah. Konsentrasi oksigen yang cukup juga diperlukan untuk aktifitas mikroorganisme heterotrophik dan autotrophik, khususnya bakteri nitrit. Tingkat oksigen terlarut harus antara 0,5 - 0,7 mg/l. Proses nitrifikasi berhenti jika oksigen terlarut dibawah 0,2 mg/l (Dart dan Stretton, 1980). Curds dan Hawkes (1983) membuat ringkasan reaksi degradasi dan biosintesis yang terjadi dalam tangki aerasi dalam proses lumpur aktif (Gambar 5).

Gambar 5. Penghilangan Bahan Organik Dalam Proses Lumpur Aktif

Parameter        Pantau

A. Kimia1.      COD (Chemical Oxygen Demand) : Jumlah oksigen (ppm O2) yang

dibutuhkan untuk mengoksidasi K2Cr2O7 yang digunakan sebagai sumber oksigen (oxidizing agent).

2.      BOD (Biochemical Oxygen Demand) : Suatu analisis empiris yang mencoba mendekati secara global proses-proses mikrobiologi yang benar-benar terjadi didalam air. Angka BOD adalah jumlah oksigen (ppm O2) yang dibutuhkan oleh bakteri untuk mengoksidasi hampir semua zat organis yang terlarut dan sebagian zat organis yang tersuspensi dalam limbah cair.

3.      DO (Dissolved Oksigen) : Jumlah oksigen (ppm O2) yang terlarut dalam air dan merupakan kebutuhan mutlak bagi mikroorganisma (khususnya bakteri) dalam menguraikan zat organik.

4.      pH (Derajat Keasaman) : Didefinisikan sebagai pH = - log (H+) yang menunjukkan tingkat keasaman atau kebasaan.B. Fisika

1.      MLSS (Mixed Liqour Suspended Solid) : Jumlah seluruh padatan tersuspensi dalam suatu cairan (ppm) yang menggambarkan kepekatan lumpur pada kolam aerasi khususnya.

2.      SV30 (Sludge Volume = 30) : Lumpur yang mengendap secara gravitasi selama 30 menit (%) yang menunjukkan tingkat kelarutan oksigen dalam lumpur aktif.C. Biologi           Parameter biologi yang diamati berupa mikroorganisme predator bakteri, diantaranya prozoa dan avertebrata lainnya.

Pengolahan Air Keruh Menjadi Jernih           

1.  Latar Belakang :

            Air merupakan sumber bagi kehidupan. Sering kita mendengar bumi disebut sebagai planet biru, karena air menutupi 3/4 permukaan bumi. Tetapi tidak jarang pula kita mengalami kesulitan mendapatkan air bersih, terutama saat musim kemarau disaat air umur mulai berubah warna atau berbau. Ironis memang, tapi itulah kenyataannya. Yang pasti kita harus selalu optimis. Sekalipun air sumur atau sumber air lainnya yang kita miliki mulai menjadi keruh, kotor ataupun berbau, selama kuantitasnya masih banyak kita masih dapat berupaya merubahnya menjadi air bersih yang layak pakai dimana salah satu caranya adalah membuat saringan air.Air pada badan air/pada sumber air menurut peruntukannya digolongkan menjadi :

  Golongan A, yaitu air yang diperuntukan bagi air minum secara langsung tanpa pengolahan terlebih dahulu

  Golongan B, yaitu air yang diperuntukan bagi air baku untuk diolah menjadi air minum dan keperluan rumah tangga dan tidak memenuhi syarat golongan A

  Golongan C, yaitu air yang diperuntukan bagi keperluan perikanan dan peternakan dan tidak memenuhi syarat Golongan A dan Golongan B

  Golongan D, yaitu air yang dapat diperuntukan bagi pertanian dan dapat dimanfaatkan untuk usaha perkotaan, industri, listrik tenaga air, dan tidak memenuhi syarat Golongan C, B dan Golongan A.

Tahap Awal Pengolahan :            Ada berbagai macam cara sederhana yang dapat kita gunakan untuk mendapatkan air bersih, dan cara yang paling umum digunakan adalah dengan membuat saringan air, dan bagi kita mungkin yng paling tepat adalah membuat penjernih air atau saringan air sederhana. Perlu diperhatikan, bahwa penyaringan air secara sederhana tidak dapat menghilangkan sepenuhnya garam yang terlarut di dalam air. Gunakan destilasi untuk menghasilkan air yang tidak mengandung garam.

Berikut beberapa aternatif cara sederhana untuk mendapatkan air bersih dengan cara penyaringan air :1. Saringan Kain Katun.            Pembuatan saringan air dengan menggunakan kain katun merupakan teknik penyaringan yang paling sederhana / mudah. Air keruh disaring dengan menggunakan kain katun yang bersih. Saringan ini dapat membersihkan air dari kotoran dan organisme kecil yang ada dalam air keruh. Air hasil saringan tergantung pada ketebalan dan kerapatan kain yang digunakan.2. Saringan Kapas            Teknik saringan air ini dapat memberikan hasil yang lebih baik dari teknik sebelumnya. Seperti halnya penyaringan dengan kain katun, penyaringan dengan kapas juga dapat membersihkan air dari kotoran dan organisme kecil yang ada dalam air keruh. Hasil saringan juga tergantung pada ketebalan dan kerapatan kapas yang digunakan.3. Aerasi            Aerasi merupakan proses penjernihan dengan cara mengisikan oksigen ke dalam air. Dengan diisikannya oksigen ke dalam air maka zat-zat seperti karbon dioksida serta hidrogen sulfida dan metana yang mempengaruhi rasa dan bau dari air dapat dikurangi atau dihilangkan. Selain itu partikel mineral yang terlarut dalam air seperti besi dan mangan akan teroksidasi dan secara cepat akan membentuk lapisan endapan yang nantinya dapat dihilangkan melalui proses sedimentasi atau filtrasi.4. Saringan Pasir Lambat (SPL)            Saringan pasir lambat merupakan saringan air yang dibuat dengan menggunakan lapisan pasir pada bagian atas dan kerikil pada bagian bawah. Air bersih didapatkan dengan jalan menyaring

air baku melewati lapisan pasir terlebih dahulu baru kemudian melewati lapisan kerikil. Untuk keterangan lebih lanjut dapat temukan pada artikel Saringan Pasir Lambat (SPL).5. Saringan Pasir Cepat (SPC)            Saringan pasir cepat seperti halnya saringan pasir lambat, terdiri atas lapisan pasir pada bagian atas dan kerikil pada bagian bawah. Tetapi arah penyaringan air terbalik bila dibandingkan dengan Saringan Pasir Lambat, yakni dari bawah ke atas (up flow). Air bersih didapatkan dengan jalan menyaring air baku melewati lapisan kerikil terlebih dahulu baru kemudian melewati lapisan pasir. Untuk keterangan lebih lanjut dapat temukan pada artikel Saringan Pasir Cepat (SPC).6. Gravity-Fed Filtering System            Gravity-Fed Filtering System merupakan gabungan dari Saringan Pasir Cepat(SPC) dan Saringan Pasir Lambat(SPL). Air bersih dihasilkan melalui dua tahap. Pertama-tama air disaring menggunakan Saringan Pasir Cepat(SPC). Air hasil penyaringan tersebut dan kemudian hasilnya disaring kembali menggunakan Saringan Pasir Lambat. Dengan dua kali penyaringan tersebut diharapkan kualitas air bersih yang dihasilkan tersebut dapat lebih baik. Untuk mengantisipasi debit air hasil penyaringan yang keluar dari Saringan Pasir Cepat, dapat digunakan beberapa / multi Saringan Pasir Lambat.7. Saringan Arang            Saringan arang dapat dikatakan sebagai saringan pasir arang dengan tambahan satu buah lapisan arang. Lapisan arang ini sangat efektif dalam menghilangkan bau dan rasa yang ada pada air baku. Arang yang digunakan dapat berupa arang kayu atau arang batok kelapa. Untuk hasil yang lebih baik dapat digunakan arang aktif. Untuk lebih jelasnya dapat lihat bentuk saringan arang yang direkomendasikan UNICEF pada gambar di bawah ini.8. Saringan air sederhana / tradisional            Saringan air sederhana/tradisional merupakan modifikasi dari saringan pasir arang dan saringan pasir lambat. Pada saringan tradisional ini selain menggunakan pasir, kerikil, batu dan arang juga ditambah satu buah lapisan injuk / ijuk yang berasal dari sabut kelapa. Untuk bahasan lebih jauh dapat dilihat pada artikel saringan air sederhana.9. Saringan Keramik            Saringan keramik dapat disimpan dalam jangka waktu yang lama sehingga dapat dipersiapkan dan digunakan untuk keadaan darurat. Air bersih didapatkan dengan jalan penyaringan melalui elemen filter keramik. Beberapa filter kramik menggunakan campuran perak yang berfungsi sebagai disinfektan dan membunuh bakteri. Ketika proses penyaringan, kotoran yang ada dalam air baku akan tertahan dan lama kelamaan akan menumpuk dan

menyumbat permukaan filter. Sehingga untuk mencegah penyumbatan yang terlalu sering maka air baku yang dimasukkan jangan terlalu keruh atau kotor. Untuk perawatan saringn keramik ini dapat dilakukan dengan cara menyikat filter keramik tersebut pada air yang mengalir.10. Saringan Cadas / Jempeng / Lumpang Batu            Saringan cadas atau jempeng ini mirip dengan saringan keramik. Air disaring dengan menggunakan pori-pori dari batu cadas. Saringan ini umum digunakan oleh masyarakat desa Kerobokan, Bali. Saringan tersebut digunakan untuk menyaring air yang berasal dari sumur gali ataupun dari saluran irigasi sawah.Seperti halnya saringan keramik, kecepatan air hasil saringan dari jempeng relatif rendah bila dibandingkan dengan SPL terlebih lagi SPC.11. Saringan Tanah Liat.            Kendi atau belanga dari tanah liat yang dibakar terlebih dahulu dibentuk khusus pada bagian bawahnya agar air bersih dapat keluar dari pori-pori pada bagian dasarnya. Lihat saringan keramik.

Bagaimana proses penjernihan dengan tekhnik :1.      Penukar ion

                                    Resin penukar ion merupakan salah satu metoda pemisahan menurut perubahan kimia. Resin penukar ion ada dua macam yaitu resin penukar kation dan resin penukar anion. Jika disebut resin penukar kation maka kation yang terikat pada resin akan digantikan oleh kation pada larutan yang dilewatkan. Begitupun pada resin penukar anion maka anion yang terikat pada resin akan digantikan pleh anion pada larutan yang dilewatkan.

                                    Prinsip dari percobaan ini adalah mengganti atau mempertukarkan ion yang terikat pada polimer pengisi resinnya dengan ion yang dilewatkan. Selain itu jangan melakukan kesalahan ataupun kecerobohan sehingga dapat merusak peralatan yang digunakanPenukar ion dapat berupa suatu zat dan penukar itu sendiri adalah zat padat tertentu yang dapat membebaskan ionnya kedalam larutan ataupun menggantikan ion lain dari ion larutan. Berupa butiran, biasa disebut resin yang tidak larut dalam air. Dalam strukturnya, resin ini mempunyai gugus ion yang dapat dipertukarkan.            Contoh : pengolahan air dengan penukaran ion untuk produksi uap didalam sebuah ketel uap. Air umumnya mengandung ion kalsium. Karena terjadi penguapan,konsentrasi kapur didalam ketel akan meningkat sehingga menimbulkan kerak. Kerak ini akan menyebabkan pemborosan bahan bakar,karena menghambat panas. Oleh karena itu kadar kapur harus seminimal mungkin. Salah satu caranya adalah dengan penukar ion dengan penukar resin yang

mengandung gugus natrium. Air dilewatkan ke dalam tumpukan butiran resin. Dengan resinnya R – Na : R-Na + Ca ++→R-Ca + Na +, Ca ++ diair diikat,dan Na+ dilepas ke air oleh resin. Na tidak menimbulkan kerak karena garam dari Na umunya larut dalam air. Lama – lama resinnya akan kenyang dengan kapur (Ca) sehingga kemampuan penukarannya hilang. Resin perlu diganti. Untunglah dalam praktek resin tidak perlu dibuang tetapi bisa dicuci, caranya dengan penukaran ion juga yaitu dengan larutan garam dapur ( NaCl ).

                                    Resin penukar ion sintetis merupakan suatu polimer yang terdiri dari dua bagian yaitu struktur fungsional dan matrik resin yang sukar larut. Resin penukar ion ini dibuat melalui kondensasi phenol dengan formaldehid yang kemudian diikuti dengan reaksi sulfonasi untuk memperoleh resin penukar ion asam kuat. Sedangkan untuk resin penukar ion basa kuat diperoleh dengan mengkondensasikan phenilendiamine dengan formaldehid dan telah ditunjukkan bahwa baik resin penukar kation dan resin penukar anion hasil sintesis ini dapat digunakan untuk memisahkan atau mengambil garam – garam.

            Pada umumnya senyawa yang digunakan untuk kerangka dasar resin penukar ion asam kuat dan basa kuat adalah senyawa polimer stiren divinilbenzena. Ikatan kimia pada polimer ini amat kuat sehingga tidak mudah larut dalam keasaman dan sifat basa yang tinggi dan tetap stabil pada suhu diatas 150oC. Polimer ini dibuat dengan mereaksikan stiren dengan divinilbenzena, setelah terbentuk kerangka resin penukar ion maka akan digunakan untuk menempelnya gugus ion yang akan dipertukarkan. Resin penukar kation dibuat dengan cara mereaksikan senyawa dasar tersebut dengan gugus ion yang dapat menghasilkan (melepaskan) ion positif. Gugus ion yang biasa dipakai pada resin penukar kation asam kuat adalah gugus sulfonat dan cara pembuatannya dengan sulfonasi polimer polistyren divinilbenzena (matrik resin).          Resin penukar ion yang direaksikan dengan gugus ion yang dapat melepaskan ion negatif diperoleh resin penukar anion. Resin penukar anion dibuat dengan matrik yang sama dengan resin penukar kation tetapi gugus ion yang dimasukkan harus bisa melepas ion negatif, misalnya –N (CH3)3

+atau gugus lain atau dengan kata lain setelah terbentuk kopolimer styren divinilbenzena (DVB), maka diaminasi kemudian diklorometilasikan untuk memperoleh resin penukar anion. Gugus ion dalam penukar ion merupakan gugus yang hidrofilik (larut dalam air). Ion yang terlarut dalam air adalah ion – ion yang dipertukarkan karena gugus ini melekat pada polimer, maka ia dapat menarik seluruh molekul polimer dalam air, maka polimer resin ini diikat dengan ikatan silang (cross linked) dengan molekul polimer lainnya, akibatnya akan mengembang dalam air.

          Mekanisme pertukaran ion dalam resin meskipun non kristalisasi adalah sangat mirip dengan pertukaran ion- ion kisi kristal. Pertukaran ion dengan resin ini terjadi pada keseluruhan struktur gel dari resin dan tidak hanya terbatas pada efek permukaan. Pada resin penukar anion, pertukaran terjadi akibat absorbsi kovalen yang asam. Jika penukar anion tersebut adalah poliamin, kandungan amina resin tersebut adalah ukuran kapasitas total pertukaran. Dalam proses pertukaran ion apabila elektrolit terjadi kontak langsung dengan resin penukar ion akan terjadi pertukaran secara stokiometri yaitu sejumlah ion – ion yang dipertukarkan dengan ion – ion yang muatannya sama akan dipertukarkan dengan ion – ion yang muatannya sama pula dengan jumlah yang sebanding.

Material penukar ion yang utama berbentuk butiran atau granular dengan struktur dari molekul yang panjang (hasil co-polimerisasi), dengan memasukkan grup fungsional dari asam sulfonat, ion karboksil. Senyawa ini akan bergabung dengan ion pasangan seperti Na+, OH− atau H+. Senyawa ini merupakan struktur yang porous. Senyawa ini merupakan penukar ion positif (kationik) untuk menukar ion dengan muatan elektrolit yang sama (positif) demikian sebaliknya penukar ion negatif (anionik) untuk menukar anion yang terdapat di dalam air yang diproses di dalam unit “Ion Exchanger”.                      Proses pergantian ion bisa “reversible” (dapat balik), artinya material penukar ion dapat diregenerasi. Sebagai contoh untuk proses regenerasi material penukar kationik bentuk Na+ dapat diregenerasi dengan larutan NaCl pekat, bentuk H+ diregenerasi dengan larutan HCl sedangkan material penukar anionik bentuk OH− dapat diregenerasi dengan larutan NaOH (lihat buku panduan dari pabrik yang menjual material ini). Regenerasi adalah suatu peremajaan, penginfeksian dengan kekuatan baru terhadap resin penukar ion yang telah habis saat kerjanya atau telah terbebani, telah jenuh. Regenerasi penukaran ion dapat dilakukan dengan mudah karena pertukaran ion merupakan suatu proses yang reversibel yang perlu diusahakan hanyalah agar pada regenerasi berlangsung reaksi dalam arah yang berkebalikan dari pertukaran ion.

2.      Koagulasi                        Koagulasi merupakan proses destabilisasi muatan partikel

koloid,suspended solid halus dengan penambahan koagulan disertai dengan pengadukan cepat untuk mendispersikan bahan kimia secara merata. Dalam suatu suspensi, koloid tidak mengendap (bersifat stabil) dan terpelihara dalam keadaan terdispersi, karena mempunyai gaya elektrostatis yang diperolehnya dari ionisasi bagian permukaan serta adsorpsi ion-ion dari larutan sekitar. Pada dasarnya koloid terbagi dua, yakni koloid hidrofilik yang bersifat

mudah larut dalam air (soluble) dan koloid hidrofobik yang bersifat sukar larut dalam air (insoluble). Bila koagulan ditambahkan ke dalam air, reaksi yang terjadi antara lain adalah: Pengurangan zeta potensial (potensial elektrostatis) hingga suatu titik di mana gaya van der walls dan agitasi yang diberikan menyebabkan partikel yang tidak stabil bergabung serta membentuk flok; Agregasi partikel melalui rangkaian inter partikulat antara grup-grup reaktif pada koloid; Penangkapan partikel koloid negatif oleh flok-flok hidroksida yang mengendap.            Untuk suspensi encer laju koagulasi rendah karena konsentrasi koloid yang rendah sehingga kontak antar partikel tidak memadai, bila digunakan dosis koagulan yang terlalu besar akan mengakibatkan restabilisasi koloid. Untuk mengatasi hal ini, agar konsentrasi koloid berada pada titik dimana flok-flok dapat terbentuk dengan baik, maka dilakukan proses recycle sejumlahsettled sludge sebelum atau sesudah rapid mixing dilakukan. Tindakan ini sudah umum dilakukan pada banyak instalasi untuk meningkatkan efektifitas pengolahan.Faktor-faktor yang mempengaruhi proses koagulasi antara lain:1. Kualitas air meliputi gas-gas terlarut, warna, kekeruhan, rasa, bau, dan kesadahan;2. Jumlah dan karakteristik koloid;3. Derajat keasaman air (pH);4. Pengadukan cepat, dan kecepatan paddle;5. Temperatur air;            6. Alkalinitas air, bila terlalu rendah ditambah dengan pembubuhan kapur;            7. Karakteristik ion-ion dalam air.Koagulan yang paling banyak digunakan dalam praktek di lapangan adalah alumunium sulfat [Al2(SO4)3], karena mudah diperoleh dan harganya relatif lebih murah dibandingkan dengan jenis koagulan lain. Sedangkan kapur untuk pengontrol pH air yang paling lazim dipakai adalah kapur tohor (CaCO3). Agar proses pencampuran koagulan berlangsung efektif dibutuhkan derajat pengadukan > 500/detik, nilai ini disebut dengan gradien kecepatan (G)Penjernihan dengan sistem Destilasi.                   Penjernihan air ini memakai teknologi penjernihan dengan cara kimia dan proses penyaringan. Bahan mimia yang digunakan adalah kaporit, bubuk kapur dan tawas. Bahan-bahan ini mudah didapat di daerah pedesaan atau kota-kota kecil di seluruh Indonesia. Bahan penyaring yang dibutuhkan adalah kerikil, pasir, ijuk dan arang aktif.

A.     BAHAN DAN PERALATAN

1.        2 (dua) kg arang aktif2.        3 (tiga) kg ijuk3.        pasir halus4.        batu kerikil5.        bubuk kapur 10 gram6.        tawas 10 gram7.        kaporit 2,5 gram8.        2 (dua) buah drum bekas9.        2 (dua) buah kran ukuran ½ cmB.     PEMBUATAN1.      Lubangi kedua drum 5 cm dari bagian bawah, dan diberi kran.

Drum I untuk bak pengendapan, drum II untuk bak penyaring.2.      Letakkan drum I lebih tinggi dari drum II hubungkan kedua drum

tersebut, lihat gambar.             Gambar 1. Penyaringan Air Secara Kimiawi

3.      Isilah drum II (bak penyaringan) berturut-turut dengan batu kerikil setebal 5 cm; arang setebal 5 cm; ijuk setebal 5 cm dan pasir halus setebal 15 cm (lihat Gambar 1 dibawah)

4.      Isilah drum I (bak pengendapan) dengan air yang akan dijernihkan. Bubuhi dengan 10 gram tawas (untuk 100 liter air) kemudian aduk selama 5 menit. Tambahkan bubuk kapur sebanyak 10 gram dan kaporit 2,5 gram, kemudian aduk perlahan-lahan selama 2-3 menit. Tujuan mengaduk, agar butir-butir lumpur menjadi besar dan mengendap.

C.    PENGGUNAAN

1.      Lakukan proses pengendapan ini pada waktu malam hari sehingga pada waktu pagu hari, air dapat dialirkan ke bak penyaringan dan siap untuk dipakai.

2.      Buka kran pada bak penyaringan untuk mendapatkan air yang bersih.

D.    PEMELIHARAAN1.      Bersihkan endapan lumpur pada bak pengendapan sesering

mungkin.2.      Apabila jalan air pada drum/bak penyaringan kurang lancar, cucilah

pasir kerikil dan ijuk sampai bersih.3.      Apabila air bersih yang dihasilkan berbau kaporit sangat tajam,

gantilah arang aktif dengan yang baru.E.     KEUNTUNGAN1.        Dapat digunakan untuk air sungai, rawa, sumur,sawah dan telaga.2.        Menghasilkan air yang jernih, tidak berbau, tidak asam, tidak

payau.F.      KERUGIAN1.      Air tidak dapat dialirkan secara teratur.2.      Hanya dapat menjernihkan air dengan jumlah tertentu saja.3.      Bak harus sering dibersihkan.4.      Cara ini tidak dibenarkan untuk air yang tercemar bahan kimia

buangan air pabrik.

Lumpur Aktif dan Proses Oksidasi dalam Pengolahan Air Limbah

Air limbah mengandung berbagai macam bahan/zat, di antaranya zat organic. Zat organic yang berada dalam air limbah akan mengalami oksidasi oleh oksigen yang terdapat di dalam air, sehingga akan menurunkan kadar oksigen yang terlarut di dalam air (dissolved oxygen : DO). Kadar oksigen terlarut yang rendah (DO rendah) dapat mengakibatkan matinya hewan-hewan air. Banyaknya oksigen yang digunakan untuk mengoksidasi limbah organic disebut BOD (Biochemical Oxygen Demand). Bila harga BOD dalam perairan telalu besar dapat menimbulkan bau tidak sedap karena mengakibatkan oksidasi berlangsung tanpa oksigen (anaerob). Oksidasi anaerob menghasilkan gas NH3, CH4 dan H2S yang berbau tidak sedap. Oleh karena itu, air limbah harus diproses untuk mengurangi dampak yang ditimbulkan tersebut.

Pengolahan air limbah dapat dibagi dalam tiga tahap, yaitu tahap primer, sekunder dan tersier.

Pengolahan Tahap Primer

Tujuannya untuk memisahkan sampah yang tidak larut air, seperti Lumpur, oli dan limbah kasar lainnya. dengan cara penyaringan dan pengendapan (sedimentasi). Pengendapan dilakukan dengan penambahan elektrolit, seperti FeCl2, FeCl3, Al2(SO4)3 dan CaO yang berfungsi untuk menetralisir muatan koloid (partikel dengan diameter 10-7 – 10-5 cm) sehingga dapat menggumpal dan mengendap.

Pengolahan Tahap Sekunder

Tujuannya untuk menghilangkan BOD, dengan cara mengoksidasinya.

Salah satu cara pengolahan limbah tahap sekunder adalah dengan cara Lumpur aktif (activated sludge process).

Pengolahan Tahap Tertier

Tujuannya untuk pengolahan air bersih, dengan menghilangkan limbah organic beracun, logam berat dan bakteri.

Proses lumpur aktif adalah suatu proses aerobic (oksidasi dengan oksigen) yang berlangsung dalam suatu bak pengolah air limbah. Bak tersebut berisi partikel-partikel Lumpur yang bercampur (tersuspensi) bakteri aerob, yaitu bakteri yang dapat menguraikan limbah organic dan mengalami biodegradasi (oxygen demanding materials).

Pada proses Lumpur aktif diperlukan kolam tempat berlangsung oksidasi limbah organic yang disebut kolam aerobic. Kolam oksidasi atau kolam aerobic adalah kolam dangkal yang mendapat cahaya matahari hingga menembus dasar kolam, sehingga aktifitas fotosintesis dari algae dapat berlangsung di seluruh tempat. Proses yang terjadi di kolam ini adalah perombakan (oksidasi) senyawa organic yang dilakukan oleh bakteri menjadi senyawa CO2, H2O, nitrat, sulfat dan fosfat. Untuk kelangsungan proses ini, bakteri membutuhkan oksigen terlarut yang diperoleh dari fotosintesis dengan memanfaatkan CO2 dan H2O.

MEKANISME PENGOLAHAN LIMBAH DENGAN LUMPUR AKTIF (ACTIVATED SLUDGE)Kirimkan Ini lewat EmailBlogThis!Berbagi ke TwitterBerbagi ke Facebook

Limbah adalah buangan yang dihasilkan dari suatu proses produksi baik industri maupun domestik (rumah tangga) yang kehadirannya pada saat dan tempat tertentu tidak dikehendaki karena tidak memiliki nilai ekonomis. Kehadiran limbah dapat berdampak negatif bagi lingkungan terutama kesehatan manusia sehingga perlu dilakukan penanganan limbah. Tingkat bahaya keracunan yang ditimbulkan oleh limbah tergantung jenis dan karakteristik limbah (Sulaeman, 2009). Karakteristik limbah meliputi:

-       Berukuran mikro

-       Dinamis

-       Berdampak luas (penyebarannya)

-       Berdampak jangka panjang (antar generasi)

Berdasarkan karakteristiknya, limbah industri digolongkan menjadi:

1.    Limbah cair

2.    Limbah padat

3.    Limbah gas dan partikel

4.    Limbah B3 (Bahan Berbahaya dan Beracun)

Pengelolaan limbah adalah kegiatan terpadu yang meliputi kegiatan pengurangan(minimization), segregasi (segregation), penanganan (handling), pemanfaatan dan pengolahan limbah. Kegiatan pendahuluan pada pengelolaan limbah (pengurangan, segregasi dan penanganan limbah) dapat membantu mengurangi beban pengolahan limbah di IPAL (Instalasi Pengolahan Air Limbah). Saat ini, tren pengelolaan limbah di industri adalah menjalankan secara terintergrasi kegiatan pengurangan, segregasi dan handling llimbah sehingga menekan biaya dan menghasilkan output limbah yang lebih sedikit serta minim tingkat pencemarnya. Integrasi dalam pengelolaan limbah tersebut kemudian dibuat menjadi berbagai konsep seperti: produksi bersih (cleaner production), atau minimasi limbah (waste minimization) (Badjoeri et al., 2002).

Pengolahan limbah adalah upaya terakhir dalam sistem pengelolaan limbah setelah sebelumnya dilakukan optimasi proses produksi dan pengurangan serta pemanfaatan limbah. Pengolahan limbah dimaksudkan untuk menurunkan tingkat cemaran yang terdapat dalam limbah sehingga aman untuk dibuang ke lingkungan. Limbah yang dikeluarkan dari setiap kegiatan akan memiliki karakteristik yang berlainan. Hal ini karena bahan baku, teknologi proses, dan peralatan yang digunakan juga berbeda. Namun akan tetap ada kemiripan karakteristik diantara limbah yang dihasilkan dari proses untuk menghasilkan produk yang sama (Badjoeri et al., 2002).

Karakteristik utama limbah didasarkan pada jumlah atau volume limbah dan kandungan bahan pencemarnya yang terdiri dari unsur fisik, biologi, kimia dan radioaktif. Karakteristik ini akan menjadi dasar untuk menentukan proses dan alat yang digunakan untuk mengolah air limbah. Adapun tahapan dan jenis proses serta alat yang digunakan untuk mengolah air limbah adalah sebagai berikut:

a. Tahapan proses

Pengolahan air limbah biasanya menerapkan 3 tahapan proses yaitu pengolahan pendahuluan (pre-treatment), pengolahan utama (primary treatment), dan pengolahan akhir (post treatment). Pengolahan pendahuluan ditujukan untuk mengkondisikan alitan, beban limbah dan karakter lainnya agar sesuai untuk masuk ke pengolahan utama. Pengolahan utama adalah proses yang dipilih untuk menurunkan pencemar utama dalam air limbah. Selanjutnya pada pengolahan akhir dilakukan proses lanjutan untuk mengolah limbah agar sesuai dengan baku mutu yang ditetapkan.

b. Jenis proses dan alat pengolahan

Ada tiga jenis proses yang dapat dilakukan untuk mengolah air limbah yaitu: 1. Proses secara fisik

Proses fisik dilakukan dengan cara memberikan perlakuan fisik pada air limbah seperti menyaring, mengendapkan, atau mengatur suhu proses dengan menggunakan alat screening, grit chamber, dan settling tank (settling pond).

2. Proses secara biologi

Proses biologi dilakukan dengan cara memberikan perlakuan atau proses biologi terhadap air limbah seperti penguraian atau penggabungan substansi biologi dengan lumpur aktif (activated sludge), attached growth filtration, aerobic process dan an-aerobic process.

3. Proses kimia

Proses kimia dilakukan dengan cara membubuhkan bahan kimia atau larutan kimia pada air limbah agar dihasilkan reaksi tertentu.

Untuk suatu jenis air limbah tertentu, ketiga jenis proses dan alat pengolahan tersebut dapat diaplikasikan secara sendiri-sendiri atau dikombinasikan dengan mempertimbangkan aspek teknis, ekonomi dan pengelolaannya. Sebagian besar limbah cair industri pangan dapat ditangani dengan mudah dengan sistem biologis, karena polutan utamanya berupa bahan organik, seperti karbohidrat, lemak, protein, dan vitamin. Polutan tersebut umumnya dalam bentuk tersuspensi atau terlarut.

Tujuan dasar pengolahan limbah cair adalah untuk menghilangkan sebagian besar padatan tersuspensi dan bahan terlarut, kadang-kadang juga untuk pemisahan unsur hara (nutrien) berupa nitrogen dan fosfor. Secara umum, pengolahan limbah cair dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu:

1.    Pengolahan Primer

Pengolahan primer merupakan pengolahan secara fisik untuk menyisihkan benda-benda terapung atau padatan tersuspensi terendapkan (seltleable solids). Pengolahan primer ini berupa penyaringan kasar, dan pengendapan primer untuk memisahkan bahan inert seperti butiran pasir (tanah). Saringan kasar digunakan untuk melewatkan benda berukuran relatif besar. Karena butiran pasir (tanah) merupakan bahan non-biodegradable dan dapat terakumulasi di dasar instalasi pengolahan limbah cair, maka bahan tersebut harus dipisahkan dari limbah cair yang akan diolah. Pemisahan butiran pasir (tanah) dapat dilakukan dengan bak pengendapan primer. Pengendapan primer ini umumnya dirancang untuk waktu tinggal sekitar 2 jam.

Pengolahan primer hanya dapat mengurangi kandungan bahan yang mengambang atau bahan yang dapat terendapkan oleh gaya gravitasi. Sebagian polutan limbah cair industri pangan terdapat dalam bentuk tersuspensi dan terlarut yang relatif tidak terpengaruh oleh pengolahan primer tersebut. Untuk menghilangkan atau mengurangi kandungan polutan tersuspensi atau terlarut diperlukan pengolahan sekunder dengan proses biologis (aerobik maupun anaerobik).

2.    Pengolahan Sekunder

Pengolahan sekunder (secara biologis) pada prinsipnya adalah pemanfaatan aktivitas mikroorganisme seperti bakteri dan protozoa. Mikroba tersebut mengkonsumsi polutan organik biodegradable dan mengkonversi polutan organik tersebut menjadi karbondioksida, air dan energi untuk pertumbuhan dan reproduksinya. Oleh karena itu, sistem pengolahan limbah cair secara biologis harus mampu memberikan kondisi yang optimum bagi mikroorganisme, sehingga mikroorganisme tersebut dapat menstabilkan polutan organik biodegradable secara optimum.

Upaya yang dilakukan untuk mempertahankan agar mikroorganisme tetap aktif dan produktif, mikroorganisme tersebut harus dipasok dengan oksigen yang cukup, cukup waktu untuk kontak dengan polutan organik, temperatur dan komposisi medium yang sesuai. Perbandingan BOD5 : N : P juga harus seimbang. BOD5 : N : P juga = 100 : 5 : I dianggap optimum untuk proses pengolahan limbah cair secara aerobik. Sistem pengolahan limbah cair yang dapat diterapkan untuk pengolahan sekunder limbah cair industri pangan skala antara lain adalah sistem lumpur aktif (activated sludge), trickling filter, Biodisc atau Rotating Biological Contactor (RBC), dan Kolam Oksidasi.

Mikroorganisme anaerobik telah dapat juga diterapkan untuk pengolahan limbah cair dengan kandungan padatan organik tersuspensi tinggi. Pengolahan limbah cair dengan sistem ini memiliki berbagai keuntungan seperti rendahnya produksi lumpur (Sludge), rendahnya konsumsi energi, dan dihasilkannya gas metana (gas bio) sebagai produk samping yang bermanfaat. Sistem anaerobik untuk pengolahan limbah cair industri pangan skala kecil, antara lain sistem septik dan UASB (Up-flow Anaerobic Sludge Blanket).

Pengolahan limbah secara sekunder dapat mengurangi BOD dan TSS secara signifikan, tetapi efluen masih mengandung amonium atau nitrat, dan fosfor dalam bentuk terlarut. Kedua bahan ini merupakan unsur hara (nutrien) bagi tanaman akuatik. Jika unsur nutrien ini dibuang ke perairan (sungai atau danau), akan menyebabkan pertumbuhan biota air dan pertumbuhan yang

berlebih dapat mengakibatkan eutrofikasi dan pendangkalan badan air tersebut. Oleh karena itu, unsur hara tersebut perlu dieliminasi dari efluen.

Nitrogen dalam efluen instalasi pengolahan sekunder kebanyakan dalam bentuk senyawa amonia atau ammonium, tergantung pada nilai pH. Senyawa amonia ini bersifat toksik jika konsentrasinva cukup tinggi. Permasalahan lain yang berkaitan dengan amonia adalah penggunaan oksigen terlarut selama proses konversi dari amonia menjadi nitrat oleh mikroorganisme (nitfifikasi). Oleh karena itu, untuk meningkatkan kualitas efluen dibutuhkan pengolahan tambahan atau pengolahan tersier (advanced waste waten treatment) untuk mengurangi atau menghilangkan konsentrasi BOD, TSS dan nutrien (N,P).

3.    Proses Tersier

Proses pengolahan tersier yang dapat diterapkan antara lain adalah filtrasi pasir, eliminasi nitrogen (nitrifikasi dan denitrifikasi), dan eliminasi fosfor (secara kimia maupun biologis).

Sistem Lumpur Aktif

Sistem lumpur aktif adalah salah satu proses pengolahan air limbah secara biologi, dimana air limbah dan lumpur aktif dicampur dalam suatu reaktor atau  tangki aerasi. Padatan biologis aktif akan mengoksidasi kandungan zat di dalam air limbah secara biologis, yang di akhir proses akan dipisahkan dengan sistem pengendapan. Proses lumpur aktif mulai dikembangkan di Inggris pada tahun 1914 oleh Ardern dan Lockett (Metcalf dan Eddy, 1991), dan dinamakan lumpur aktif karena prosesnya melibatkan massa mikroorganisme yang aktif, dan mampu menstabilkan limbah secara aerobik.

Prinsip dasar sistem lumpur aktif yaitu terdiri atas dua unit proses utama, yaitu bioreaktor (tangki aerasi) dan tangki sedimentasi. Dalam sistem lumpur aktif, limbah cair dan biomassa dicampur secara sempurna dalam suatu reaktor dan diaerasi. Pada umumnya, aerasi ini juga berfungsi sebagai sarana pengadukan suspensi tersebut. Suspensi biomassa dalam limbah cair kemudian dialirkan ke tangki sedimentasi (tangki dimana biomassa dipisahkan dari air yang telah diolah). Sebagian biomassa yang terendapkan dikembalikan ke bioreaktor, dan air yang telah terolah dibuang ke lingkungan (Badjoeri et al., 2002). Agar konsentrasi biomassa di dalam reaktor konstan (MLSS = 3 - 5 gfL), sebagian biomassa dikeluarkan dari sistem tersebut sebagai excess sludge. Skema proses dasar sistem lumpur aktif dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Skema proses lumpur aktif

Dalam sistem tersebut, mikroorganisme dalam biomassa (bakteri dan protozoa) mengkonversi bahan organik terlarut sebagian menjadi produk akhir (air, karbon dioksida), dan sebagian lagi menjadi sel (biomassa). Oleh karena itu, agar proses perombakan bahan organik berlangsung secara optimum syarat berikut harus terpenuhi bahwa:

1.    polutan dalam limbah cair harus kontak dengan mikroorganisme,

2.    suplai oksigen cukup,

3.    kecukupan nutnien,

4.    kecukupan waktu tinggal (waktu kontak),

5.    kecukupan biomasa (jumlah dan jenis).

Tujuan pengolahan limbah cair dengan sistem. lumpur aktif dapat dibedakan menjadi 4 (empat) yaitu:

1.    pemisahan senyawa karbon (oksidasi karbon)

2.    pemisahan senyawa nitrogen

3.    pemisahan fosfor

4.    stabilisasi lumpur secara aerobik simultan

Mekanisme Pengolahan Limbah dengan Sistem Lumpur Aktif

Aliran umpan air limbah atau subtrat, bercampur dengan aliran lumpur aktif yang dikembalikan sebelum masuk rektor. Campuran lumpur aktif dan air limbah membentuk suatu campuran yang disebut cairan tercampur (mixed liquor). Memasuki aerator, lumpur aktif dengan cepat memanfaatkan zat organik dalam limbah untuk didegradasi. Kondisi lingkungan aerobik diperoleh dengan memberikan

oksigen ke tangki aerasi. Pemberian oksigen dapat dilakukan dengan penyebaran udara tekan, aerasi permukaan secara mekanik, atau injeksi oksigen

murni. Aerasi dengan difusi udara tekan atau aerasi mekanik mempunyai dua fungsi, yaitu pemberi udara dan pencampur agar terjadi kontak yang sempurna antara lumpur aktif dan senyawa organik di dalam limbah (Badjoeri et al., 2002).

Pada tangki pengendapan (clarifier ), padatan lumpur aktif mengendap dan terpisah dengan cairan sebagai effluent. Sebagian lumpur aktif dari dasar tangki pengendap dipompakan kembali ke reaktor dan dicampur dengan umpan (subtrat) yang masuk, sebagian lagi dibuang. Dalam reaktor mikroorganisme mendegradasi bahan-bahan organik dengan persamaan stoikiometri pada reaksi di bawah ini (Metcalf dan Eddy,1991):

Proses Oksidasi dan Sintesis :

bakteri

CHONS  +  O2  +  Nutrien                      CO2 + NH3 + C5H7NO2 + Produksi lainnya

sel bakteri baru

Proses Respirasi Endogenus :

C5H7NO2 + 5 O2                       5CO2 + 2H2O + NH3 + Energi

       sel

Pada pemisahan senyawa karbon (bahan organik), polutan berupa bahan organik dioksidasi secara enzimatik oleh oksigen yang berada dalam limbah cair. Jadi, senyawa karbon dikonversi menjadi karbon dioksida. Eliminasi nutrien (nitrogen dan fosfor) dilakukan terutama untuk mencegah terjadinya eutrofikasi pada perairan (Badjoeri et al., 2002). 

Bidang Aplikasi

Hampir semua jenis limbah cair industri pangan dapat diolah dengan sistem lumpur aktif seperti limbah cair industri tapioka, industri nata de coco, industri kecap, dan industri tahu. Sistem lumpur aktif dapat digunakan untuk mengeliminasi bahan organik dan nutrien (nitrogen dan fosfor) dari limbah cair terlarut (Anonim, 2007).

Desain dan Operasi

Parameter desain penting untuk sistem lumpur aktif adalah tingkat pembebanan, konsentrasi biomassa, konsentrasi oksigen terlarut, lama waktu aerasi, umur lumpur, dan suplai oksigen. Konsentrasi mikroorganisme (biomassa) diukur dari konsentrasi padatan tersuspensi (Mixed Liquor Suspended Solids/MLSS). Untuk pengolahan limbah cair dalam jumlah kecil, sistem lumpur aktif didesain dan dioperasikan pada beban rendah (<   0,05 kg BOD5/kgMLSS.hari) atau umur lumpur sangat tinggi (<   25 hari), sehingga tidak

diperlukan pembuangan sludge (stabilisasi sludge), karena laju pertumbuhan sama dengan laju perombakan mikroorganisme (Anonim, 2007).

Selain tangki aerasi, unit operasi lain yang penting dalam sistem lumpur aktif adalah unit sedimentasi untuk memisahkan biomassa dari limbah cair yang telah diolah. Tangki sedimentasi untuk sistem lumpur aktif biasanya didesain untuk waktu tinggal hidrolik 2 sampai 3,5 jam dengan laju pembebanan sekitar 1 sampai dengan 2 m/jam (Anonim, 2007).

Kelebihan dan Kekurangan

Sistem lumpur aktif dapat diterapkan untuk hampir semua jenis limbah cair industri pangan, baik untuk oksidasi karbon, nitrifikasi, denitrifikasi, maupun eliminasi fosfor secara biologis. Kendala yang mungkin dihadapi oleh dalam pengolahan limbah cair industri pangan dengan sistem ini kemungkinan adalah besarnya biaya investasi maupun biaya operasi, karena sistem ini memerlukan peralatan mekanis seperti pompa dan blower. Biaya operasi umumnya berkaitan dengan pemakaian energi listrik (Anonim, 2007).

Referensi:

Anonim. 2007. Pengelolaan Limbah Industri Pangan. Direktorat Jenderal Industri Kecil Menengah Departemen Perindustrian. Jakarta.

Badjoeri, M., dan Suryono, T. 2002. Pengaruh Peningkatan Limbah Cair Organik Karbon terhadap Suksesi Bakteri Pembentuk Bioflok dan Kinerja Lumpur Aktif Beraliran Kontinyu. Jurnal LIMNOTEK, Vol IX no.1 (hal.13-22).

Sulaeman, Dede. 2009. Pengelolaan Limbah Agroindustri. Makalah disampaikan pada acara penyusunan “Pedoman Desain Teknik IPAL Agroindustri” di Bogor, Mei 2009.

Mekanisme Kerja Lumpur Aktif, Proses, Sistem, Manfaat, Kandungan, Sistem Teknologi, Aplikasi Reaksi Redoks

Mekanisme Kerja Lumpur Aktif, Proses, Sistem, Manfaat, Kandungan,

Sistem Teknologi, Aplikasi Reaksi Redoks - Kemajuan industri tekstil, pulp,

kertas, bahan kimia, obat-obatan, dan industri pangan di samping membawa

dampak positif juga berdampak negatif. Dampak negatif yang ditimbulkan

antara lain menghasilkan air limbah yang membahayakan lingkungan, karena

mengandung bahan-bahan kimia dan mikroorganisme yang merugikan.

Cara mengatasi air limbah industri adalah dengan melakukan pengolahan air

limbah tersebut sebelum dibuang ke lingkungan. Pengolahan air limbah pada

umumnya dilakukan dengan metode biologi. Metode ini merupakan metode

paling efektif dibandingkan metode kimia dan fisika. Salah satu metode

biologi yang sekarang banyak berkembang adalah metode lumpur aktif.

Skema mekanisme kerja Lumpur aktif. [1]

Metode lumpur aktif memanfaatkan mikroorganisme (terdiri ± 95% bakteri

dan sisanya protozoa, rotifer, dan jamur) sebagai katalis untuk menguraikan

material yang terkandung di dalam air limbah. Proses lumpur aktif

merupakan proses aerasi (membutuhkan oksigen). Pada proses ini mikroba

tumbuh dalam flok (lumpur) yang terdispersi sehingga terjadi proses

degradasi. Proses ini berlangsung dalam reaktor yang dilengkapi

recycle/umpan balik lumpur dan cairannya. Lumpur secara aktif mereduksi

substrat yang terkandung di dalam air limbah. Reaksi:

Organik + O2 → CO2 + H2O + Energi

Tahapan-tahapan pengolahan air limbah dengan metode lumpur aktif secara

garis besar adalah sebagai berikut:

1. Tahap awal

Pada tahap ini dilakukan pemisahan benda-benda asing seperti kayu,

bangkai binatang, pasir, dan kerikil. Sisa-sisa partikel digiling agar tidak

merusak alat dalam sistem dan limbah dicampur agar laju aliran dan

konsentrasi partikel konsisten.

2. Tahap primer

Tahap ini disebut juga tahap pengendapan. Partikel-partikel berukuran

suspensi dan partikel-partikel ringan dipisahkan, partikel-partikel berukuran

koloid digumpalkan dengan penambahan elektrolit seperti FeCl3, FeCl2, Al2(SO4)3,

dan CaO.

3. Tahap sekunder

Tahap sekunder meliputi 2 tahap yaitu tahap aerasi (metode lumpur aktif)

dan pengendapan. Pada tahap aerasi oksigen ditambahkan ke dalam air

limbah yang sudah dicampur lumpur aktif untuk pertumbuhan dan

berkembang biak mikroorganisme dalam lumpur. Dengan agitasi yang baik,

mikroorganisme dapat melakukan kontak dengan materi organik dan

anorganik kemudian diuraikan menjadi senyawa yang mudah menguap

seperti H2S dan NH3 sehingga mengurangi bau air limbah.

Tahap selanjutnya dilakukan pengendapan. Lumpur aktif akan mengendap

kemudian dimasukkan ke tangki aerasi, sisanya dibuang. Lumpur yang

mengendap inilah yang disebut lumpur bulki.

4. Tahap tersier

Tahap ini disebut tahap pilihan. Tahap ini biasanya untuk memisahkan

kandungan zat-zat yang tidak ramah lingkungan seperti senyawa nitrat,

fosfat, materi organik yang sukar terurai, dan padatan anorganik. Contoh-

contoh perlakuan pada tahap ini sebagai berikut:

a. Nitrifikasi/denitrifikasi

Nitrifikasi adalah pengubahan amonia (NH3 dalam air atau NH4+) menjadi nitrat

(NO3–) dengan bantuan bakteri aerobik. Reaksi :

2 NH4+(aq) + 3 O2(g) → 2 NO2

–(aq) + 2 H2O(l) + 4 H+(aq)

2 NO2–(aq) + O2(g) → 2 NO3

–(aq)

Denitrifikasi adalah reduksi nitrat menjadi gas nitrogen bebas seperti N2, NO,

dan NO2.

Senyawa NO3– → gas nitrogen bebas

b. Pemisahan fosfor

Fosfor dapat dipisahkan dengan cara koagulasi/penggumpalan dengan garam

Al dan Ca, kemudian disaring.

Al2(SO4)3.14H2O(s) + 2 PO43–(aq) → 2 AIPO4(s) +3 SO4

2–(aq) + 14 H2O(l)

5 Ca(OH)2(s) + 3 HPO4–2(aq) → Ca5OH(PO4)3(s) +6 OH–(aq) + 3 H2O(l)

c. Adsorbsi oleh karbon aktif untuk menyerap zat pencemar,pewarna, dan

bau tak sedap.

d. Penyaringan mikro untuk memisahkan partikel kecilseperti bakteri dan

virus.

e. Rawa buatan untuk mengurai materi organik dan anorganik yang masih

tersisa dalam air limbah.

5. Desinfektan

Desinfektan ditambahkan pada tahap ini untuk menghilangkan

mikroorganisme seperti virus dan materi organik penyebab bau dan warna.

Air yang keluar dari tahap ini dapat digunakan untuk irigasi atau keperluan

industri, contoh Cl2.

Reaksi : 

Cl2(g) + H2O(l) → HClO(aq) + H+(aq) + Cl–(aq)

6. Pengolahan padatan lumpur

Padatan lumpur dari pengolahan ini dapat diuraikan bakteri aerobik atau

anaerobik menghasilkan gas CH4 untuk bahan bakar dan biosolid untuk

pupuk. Akan tetapi dalam pelaksanaannya metode lumpur aktif menemui

kendala-kendala seperti:

1. Diperlukan areal instalasi pengolahan limbah yang luas, karena

prosesnya berlangsung lama.

2. Menimbulkan limbah baru yakni lumpur bulki akibat pertumbuhan

mikroba berfilamen yang berlebihan.

3. Proses operasinya rumit karena membutuhkan pengawasan yang

cukup ketat.

Berdasarkan berbagai penelitian, kelemahan metode lumpur aktif tersebut

dapat diatasi dengan cara:

1. Menambahkan biosida, yaitu H2O2 atau klorin ke dalam unit aerasi.

Penambahan 15 mg/g dapat menghilangkan sifat bulki lumpur hingga

dihasilkan air limbah olahan cukup baik. Klorin dapat menurunkan aktivitas

mikroba yang berpotensi dalam proses lumpur aktif. Metode ini hasil

penelitian Sri Purwati, dkk. dari Balai Besar Penelitian dan Pengembangan

Industri Selulosa, Bandung.

2. Memasukkan karbon aktif ke tangki aerasi lumpur aktif (mekanisme

bioregenerasi). Cara ini efisien untuk mengurangi kandungan warna maupun

organik dengan biaya yang lebih ekonomis. Metode ini diperkenalkan oleh

Rudy Laksmono Widajatno dalam disertasinya di Department of

Environmental Engineering pada bulan Juni 2006.

3. Emulsi zero

Metode ini digunakan untuk mereduksi endapan lumpur bulki dengan

teknologi ozon (ozonisasi). Proses ozonisasi mampu membunuh bakteri

(sterilization), menghilangkan warna (decoloration), menghilangkan bau

(deodoration), dan dapat menguraikan senyawa organik (degradation).

Proses ini lebih menguntungkan dibanding menggunakan klorin yang hanya

mampu membunuh bakteri saja. Metode ini diperkenalkan oleh Hidenari

Yasui dari Kurita Co, Jepang dalam Jurnal International Water Science

Technology tahun 1994.

Anda sekarang sudah mengetahui Lumpur Aktif. Terima kasih anda sudah

berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Harnanto, A. dan Ruminten. 2009. Kimia 1 : untuk SMA/MA Kelas X. Pusat

Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 194.

GABUNGAN METODE NITRIFIKASI – DENITRIFIKASI, LUMPUR AKTIF SERTA MIKRALGAE DALAM PENGELOLAAN LIMBAH CAIR PADA INDUSTRI PUPUK

16 November 2011 - dalam Public Health Oleh nenni-s--fkm09

BAB I

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Dewasa ini tantangan dalam dunia industri maupun perdagangan sedemikian pesat, hal ini menuntut adanya strategi efektif dalam mengembangkan industri, sehingga dapat bersaing dengan negara-negara lain yang telah maju. Seiring dengan itu, suatu konsep pembangunan berkelanjutan (Sustainable Development) mutlak dilakukan. Sustainable Development merupakan strategi pembangunan terfokus pada pemenuhan kebutuhan saat ini tanpa mengesampingkan kebutuhan mendatang yang mana hal ini dikaitkan dengan kelestarian dan kesehatan lingkungan alam.

Permasalahan lingkungan saat ini yang dominan salah satunya adalah limbah cair berasal dari industri. Limbah cair yang tidak dikelola akan menimbulkan dampak yang luar biasa pada perairan, khususnya sumber daya air. Kelangkaan sumber daya air di masa mendatang dan bencana alam semisal erosi, banjir, dan kepunahan ekosistem perairan tidak pelak lagi dapat terjadi apabila kita tidak peduli terhadap

permasalahan tersebut. Alam memiliki kemampuan dalam menetralisir pencemaran yang terjadi apabila jumlahnya kecil, akan tetapi apabila dalam jumlah yang cukup besar akan menimbulkan dampak negatif terhadap alam karena dapat mengakibatkan terjadinya perubahan keseimbangan lingkungan sehingga limbah tersebut dikatakan telah mencemari lingkungan. Hal ini dapat dicegah dengan mengolah limbah yang dihasilkan industri sebelum dibuang ke badan air. Limbah yang dibuang ke sungai harus memenuhi baku mutu yang telah ditetapkan, karena sungai merupakan salah satu sumber air bersih bagi masyarakat, sehingga diharapkan tidak tercemar dan bisa digunakan untuk keperluan lainnya.

Seperti halnya pada industri pupuk urea ( kandungan nitrogennya tertinggi 46% dibanding pupuk anorganik jenis lain) yang produksinya mengalami peningkatan dari tahun ketahun, diperkirakan mencapai 7,3 juta ton pada tahun 2010 atau meningkat 7,35 persen, dibanding tahun 2009 yaitu 6,8 juta ton. Hal ini dikarenakan adanya peningkatan kebutuhan pupuk urea di kalangan masyarakat. sebanding dengan peningkatan produksi urea tersebut, pastinya juga diimbangi dengan peningkatan produksi limbah yang dihasilkan, padahal diketahui bahwa limbah cair pabrik pupuk urea dapat menimbulkan kerusakan ekosistem badan air yang sangat serius. Sehingga melihat kondisi tersebut perlu adanya penanganan yang tepat dalam pengolahan limbah cair industri pupuk urea.

Rumusan Masalah

Dampak limbah cair industri pupuk urea terhadap lingkungan dan kesehatan manusia?

Bagaimana cara pengelolaan limbah cair dalam industri pupuk urea sehingga tidak berdampak buruk terhadap lingkungan dan kesehatan manusia?

Tujuan

Secara garis beras bertujuan untuk meminimalisir bahaya pencemaran limbah cair yang dihasilkan dari industri pupuk urea terhadap lingkungan dan kesehatan manusia melalui pengelolaan limbah cair industri pupuk urea

Manfaat

Mengetahui Dampak limbah cair industri pupuk urea terhadap lingkungan dan kesehatan manusia

Mengetahui Bagaimana cara pengelolaan limbah cair dalam industri pupuk urea sehingga tidak berdampak buruk terhadap lingkungan dan kesehatan manusia

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Urea adalah suatu senyawa organik yang terdiri dari unsur karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen dengan rumus CON2H4 atau (NH2)2CO. Urea juga dikenal dengan namacarbamide yang terutama digunakan di kawasan Eropa. Nama lain yang juga sering dipakai adalah carbamide resin, isourea, carbonyl diamide dan carbonyldiamine. Senyawa ini adalah senyawa organik sintesis pertama yang berhasil dibuat dari senyawa anorganik. (wikipedia, 2007).

Urea merupakan pupuk nitrogen yang paling mudah dipakai. Zat ini mengandung nitrogen paling tinggi (46%) di antara semua pupuk padat. Zat ini mudah larut didalam air dan tidak mempunyai residu garam sesudah dipakai untuk tanaman. Kadang-kadang zat ini juga digunakan untuk pemberian makanan daun. Disamping penggunaannya sebagai pupuk, urea juga digunakan sebagai tambahan makanan protein untuk hewan pemamah biak, juga dalam produksi melamin, dalam pembuatan resin, plastik, adhesif, bahan pelapis, bahan anti ciut, tekstil, dan resin perpindahan ion. Bahan ini merupakan bahan antara dalam pembuatan amonium sulfat, asam sulfanat, dan ftalosianina (Austin, 1997).

Sifat Fisika dan Kimia Urea

Sifat Fisika dan Kimia Urea

Sifat-sifat Fisika diantaranya yaitu:

• Berat Molekul : 60,06

• Spesific Gravity : 1,335 (200C/40C)

• Titik lebur : 132,70C

• Kelarutan : 100 (170C dalam 100 % air)

20 (200C dalam 100 % alkohol)

• Panas pembakaran : -91,02 .105 J/kg

Perubahan Kimia

• Urea dibuat dari hidrolisis parsial cyanamide.

H2N-CN + H2O H2N-CO-NH2

• Urea dihasilkan dari reaksi antara ammonia dengan karbon dioksida.

CO2 + NH3 ↔ H2N – CO - NH2 + H2O

• Urea dapat bereaksi dengan formaldehid.

NH2-CO-NH2 + HCHO NH2 – CO - NH2 + CH2OH

• Pemanasan ammonium sianat dapat terurai menjadi urea.

NH4+OCN H2NCONH2

(Perry dan Green, 1997)

Sifat-sifat Reaktan dan Bahan Pembantu

Sifat-sifat dari reaktan, bahan pembantu yang digunakan dan produk samping yang dihasilkan adalah sebagai berikut :

NH3 (Ammonia)

Sifat-sifat Fisika diantaranya yaitu:

• Berat Molekul : 17,03

• Spesific Gravity : 0,817 (-790C)

• Titik lebur : -77,70C

• Titik didih : -33,40C

• Kelarutan : 89,9 (00C dalam 100 bagian air dingin)

7,4 (960C dalam 100 bagian air panas)

• Temperatur kritis : 1330C

• Densitas : 0,880 g/cm3

Sifat-sifat Kimia diantaranya yaitu:

• Ammonia dapat bereaksi dengan klorida.

2NH3 + Cl2 NH2Cl + NH4Cl

• Ammonia dapat bereaksi dengan natrium.

2Na + 2NH3 2NaNH2 + H2

• Ammonia dapat bereaksi dengan magnesium.

3Mg + 2NH3 Mg3N2 + 3H2

• Ammonia dapat bereaksi dengan kalsium oksida.

3CuO + 2NH3 3Cu + 3H2O + N2

• Ammonia dapat dioksidasi dengan oksigen.

4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O

(Perry dan Green, 1997)

CO2 (Karbon dioksida)

Sifat-sifat Fisika, diantaranya yaitu:

• Berat Molekul : 44,01 kg/kmol

• Spesific Gravity : 1,53

• Titik lebur : -56,6 (5,2 atm)

• Titik didih : -78,50C

• Kelarutan dalam 100 bagian :179,7 (00C air dingin) 90,1 (200C air panas)

• Densitas : 0,770 g/cm3

Sifat-sifat Kimia, diantaranya yaitu:

• Karbon dioksida dapat bereaksi dengan natrium karbonat dan air.

Na2CO3 + CO2 + H2O ↔ 2NaHCO3

• Kalsium karbonat dapat terurai menjadi kalsium oksida dan karbon dioksida bila dilakukan pemanasan.

CaCO3 CaO + CO2

• Karbon monoksida dapat bereaksi dengan gas hidrogen untuk menghasilkan benzen dan karbon dioksida.

12CO + 3H2 C6H6 + 6O2

•Tembaga oksida dapat bereaksi dengan karbon monoksida untuk menghasilkan karbon dioksida dan tembaga.

CuO + CO Cu + CO2

• Karbon dioksida dapat dihasilkan dari reaksi respirasi.

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + Energi

(Perry dan Green, 1997)

Nitrogen (N2)

Sifat-sifat Fisika, diantaranya yaitu:

• Berat molekul : 28 kg/kmol

• Titik didih : –195,50C

• Titik lebur : –209,860C

• Temperatur kritis : 126,260C

• Tekanan kritis : 33,54 atm

• Densitas : 1,25046 g/cm3

Sifat-sifat Kimia, diantaranya yaitu:

• Merupakan Unsur Diatomik

• Apabila bereaksi dengan Ozon akan membentuk NO

N + O3 NO + O2

• Apabila dibakar dengan lithium pada tekanan 1 atmosfer akan menghasilkan lithium nitrit.

6 Li + N2 2 Li3N

• Dapat bereaksi dengan magnesium dengan proses pembakaran pada tekanan satu atmosfer, dan akan menghasilkan magnesium nitrit

3Mg + N2 MgN2

• Dapat bereaksi dengan hidrogen dengan menggunakan katalis yang dikenal dengan proses Haber-Bosch dan menghasilkan NH3

3H2 + N2 2NH3

(www.wikipedia.com)

Hidrogen (H2)

Sifat-sifat Fisika, daintaranya yaitu:

• Berat Molekul : 2,016 gr/mol

• Specific Gravity : 0,0709(-252,7 oC)

• Titik Cair : -259,1 oC

• Titik Didih : -252,7 oC

• Kelarutan : 2,1 cc/100gr pelarut air (0 oC)

0,85 cc/100gr pelarut air (80 oC)

• Temperatur Kritis :33,3 K

Sifat-sifat Kimia, diantaranya yaitu:

• Dapat bereaksi dengan hidrogen dengan menggunakan katalis yang dikenal dengan proses Haber-Bosch dan menghasilkan NH3

3H2 + N2 2NH3

• Hidrogen dapat bereaksi dengan oksigen dan menghasilkan hidrogen dioksida.

H2(g) + O2(g) H2O(l)

• Dalam suasana basa Aluminium dapat bereaksi dengan hidrogen dioksida dan menghasilkan hidrogen dan karbon monoksida.

2Al + 6 H2O + 2OH- 2Al(OH)- + 3H2O

• Dapat dihasilkan dari steam reforming pada gas alam yang menghasilkan hidrogen dan karbon monoksida

CH4 + H2O CO + H2

• Dapat dihasilkan melalui proses reaksi water gas shift dengan menggunakan katalis Fe2O3.

CO + H2O CO2 + H2

(www.wikipedia.com)

Proses Produksi

Bahan baku dalam pembuatan urea adalah gas CO2 dan NH3 cair yang dipasok dari Pabrik Amoniak. Proses pembuatan urea di bagi menjadi 6 Unit, yaitu:

1. Sintesa Unit

2. Purifikasi Unit

3. Kristaliser Unit

4. Prilling Unit

5. Recovery Unit

6. Proses Kondensat Treatment Unit

Penjelaan:

Sintesa Unit

Unit ini merupakan bagian terpenting dari pabrik Urea, untuk mensintesa dengan mereaksikan NH3 cair dan gas CO2 didalam Urea Reactor dan kedalam reaktor ini dimasukkan juga larutan Recycle karbamat yang berasal dari bagian Recovery. Tekanan operasi proses sintesa adalah 175 Kg/cm2. Hasil Sintesa Urea dikirim ke bagian Purifikasi untuk dipisahkan Ammonium Karbamat dan kelebihan amonianya setelah dilakukan Stripping oleh CO2.

Purifikasi Unit

Amonium Karbamat yang tidak terkonversi dan kelebihan amonia di Unit Sintesa diuraikan dan dipisahkan dengan cara penurunan tekanan dan pemanasan dengan 2 langkah penurunan tekanan, yaitu pada 17 Kg/cm2 dan 22,2 Kg/cm2. Hasil penguraian berupa gas CO2 dan NH3 dikirim kebagian recovery, sedangkan larutan urea dikirim ke bagian Kristaliser.

Kristaliser Unit

Larutan Urea dari unit Purifikasi dikristalkan di bagian ini secara vakum, kemudian kristal urea dipisahkan di pemutar sentrifugal. Panas yang diperlukan untuk menguapkan air diambil dari panas sensibel larutan urea, maupun panas kristalisasi urea dan panas yang diambil dari sirkulasi urea slurry ke HP Absorber dari Recovery.

Prilling Unit

Kristal urea keluaran pemutar sentrifugal dikeringkan sampai menjadi 99,8 % berat dengan udara panas, kemudian dikirimkan ke bagian atas prilling tower untuk dilelehkan dan didistribusikan merata ke distributor, dan dari distributor dijatuhkan kebawah sambil didinginkan oleh udara dari bawah dan menghasilkan produk urea butiran (prill). Produk urea dikirim ke Bulk Storage dengan Belt Conveyor.

Recovery Unit

Gas Ammonia dan Gas CO2 yang dipisahkan dibagian Purifikasi diambil kembali dengan 2 langkah absorbsi dengan menggunakan Mother Liquor sebagai absorben, kemudian direcycle kembali ke bagian Sintesa.

Proses Kondensat Treatment Unit

Uap air yang menguap dan terpisahkan dibagian kristalliser didinginkan dan dikondensasikan. Sejumlah kecil urea, NH3 dan CO2 ikut kondensat kemudian diolah dan dipisahkan di Stripper dan Hydroliser. Gas CO2 dan gas NH3 dikirim kembali ke bagian purifikasi

untuk direcover. Sedang air kondensatnya dikirim ke utilitas.

Blok Diagram Proses Pembuatan Urea di Pabrik PT. PUSRI

Gambar1. Diagram Proses Pembuatan Pupuk Urea Secara umum

Prinsip Pembuatan Urea

Sintesa urea dapat berlangsung dengan bantuan tekanan tinggi. Sintesa ini dilaksanakan untuk pertama kalinya oleh BASF pada tahun 1941 dengan bahan baku karbon dioksida (CO2) dan amoniak (NH3). Sintesa urea berlangsung dalam dua bagian. Selama bagian reaksi pertama berlangsung, dari amoniak dan karbon dioksida akan terbentuk amonium karbamat. Reaksi ini bersifat eksoterm.

2NH3 (g) + CO2 (g) NH2COONH4 (s) ΔH = -159,7 kJ

Pada bagian kedua, dari amonium karbamat terbentuk urea dan air. Reaksi ini bersifat endoterm.

NH2COONH4 (s) NH2CONH2 (aq) + H2O (l) ΔH = 41,43 kJ

Sintesa dapat ditulis menurut persamaan reaksi sebagai berikut:

2NH3 (g) + CO2 (g) NH2CONH2 (aq) + H2O (l) ΔH = -118,27 kJ

Kedua bagian reaksi berlangsung dalam fase cair pada interval temperatur mulai 170-190°C dan pada tekanan 130 sampai 200 bar. Reaksi keseluruhan adalah eksoterm. Panas reaksi diambil dalam sistem dengan jalan pembuatan uap air. Bagian reaksi kedua merupakan langkah yang menentukan kecepatan reaksi dikarenakan reaksi ini berlangsung lebih lambat dari pada reaksi bagian pertama.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sintesis Urea

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi reaksi pembuatan urea yaitu:

a. Temperatur

Reaksi sintesis urea berjalan pada temperatur optimal adalah 1850C dengan waktu pemanasan sekitar 30 menit. Jika temperatur turun akan menyebabkan konversi amonium karbamat menjadi urea akan turun.

b. Tekanan

Untuk menghasilkan urea yang optimal, maka diperlukan tekanan tinggi yaitu 250kg/cm2 karena konversi amonium karbamat menjadi urea hanya berlangsung pada fasa cair sehingga tekanan harus dipertahankan pada keadaan tinggi.

c. Perbandingan NH3 dan CO2

Industri urea di Indonesia pada umumnya mensintesis urea dengan perbandingan NH3 dan CO2 adalah 2-2,5 mol. Hal ini dikarenakan perbandingan mol dapat

mempengaruhi suhu, tekanan operasi dan jumlah amonia yang terbentuk.

d. Jumlah air

Jumlah air dalam reaktor dapat berpengaruh terhadap reaksi yang kedua yaitu penguraian amonium karbamat menjadi urea dan air. Jika terdapat air dalam jumlah yang cukup banyak, maka akan memperkecil konversi terbentuknya urea dari larutan karbamat. Berikut ini diberikan kualitas urea yang dihasilkan pada Pabrik Sriwijaya. (Muliawati, 2008)

Dari proses produksi diatas, akan dihasilkan urea dengan kualitas sebagai berikut:

Sumber: Pusri, 2007

Komponen limbah cair yang dihasilkan industri pupuk urea

Kondensat yang mengandung ammonia, nitrogen, urea dan methanol

Buangan dari sistem pengolahan air, demineralisasi, air ketel, dan air pendingin

Air bekas cuci, buangan dari absorber, bocoran dari pompa, katup, dan tangki penyimpan bahan.

Pembuangan larutan ammonia ke badan air untuk industri pupuk diatur dalam Baku Mutu Limbah Cair Industri Pupuk berdasarkan Surat Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomer Kep-51/MENLH/10/1995 (dilihat table 1.1) yang diukur sebagai beban pencemaran amoniak terhadap produksi urea. Dalam hal ini baku mutu hanya melihat

parameter dari analisis amoniak sebagai nitrogen atau NH3-N saja, namun bila konsentrasinya sangat tinggi, meskipun laju alir sedikit dan beban kecil akan menjadi masalah karena konsentrasi yang sangat tinggi akan menimbulkan bau amoniak yang sangat menyengak

Tabel 1 Baku mutu limbah cair untuk industri pupuk urea sesuai Kepususan Menteri Negara Lingkungan Hidup No.KEP-51/MENLH/1995

Parameter Beban pencemaran maksimum(kg/ton)

BOD5 1,5

COD 3,75

TSS 1,5

Minyak dan lemak 0,4

Amomonia total (Sebagai NH3-N) 0,75

pH 6,0 – 9,0

Debit limbah maksimum 15m3/ ton produk pupuk urea

BAB III

PEMBAHASAN

Dampak limbah cair industri pupuk urea

Menurunkan kualitas lingkungan

Limbah cair yang dihasilkan oleh proses produksi dari industri pupuk urea dapat menimbulkan adanya rasa dan bau yang tidak sedap pada penyediaan air bersih, akibat adanya amoniak dalam limbah cair tersebut

Berdampak pada kesehatan makluk hidup

Bahan beracun yang terkandung dalam limbah cair industri pupuk mampu merusak sel hewan terutama pada classis mamalia termasuk manusia, akibat adanya amoniak. Apabila senyawa amniak dalam konsentrasi yang tinggi masuk dalam perairan dapat membahayakan kehidupan hewan, biota air, maupun manusia disekitarnya. Misalnya dampak amoniak pada ikan dapat menyebabkan kerusakan pada insang, sehingga konsekuensi respirasi ikan akan terganggu. insang penting untuk keseimbangan asam-basa dalam pengaturan pH darah ikan serta untuk pertukaran ion seperti natrium dan klorida dalam darah. Oleh karena itu, kerusakan insang akan mengganggu terjadinya sejumlah proses penting dalam metabolisme ikan. Amoniak juga menyebabkan kerusakan kulit, sirip, dan usus. Paparan amoniak yang lebih kronis menyebabkan terhambatnya pertumbuhan, mematiakan sistem kekebalan serta merusak sistem syaraf.

Pengelolahan limbah cair industri pupuk urea

Equalisasi

Yaitu pengolahan air limbah yang berfungsi untuk meratakan beban pencemar air limbah (mencampur untuk menjadi lebih homogen) serta untuk mengurangi atau mengendalikan variasi karakteristik air limbah agar tercapai kondisi optimum untuk proses lebih lanjut.

Netralisasi

Yaitu suatu proses pengolahan air limbah yang digunakan untuk menetralkan asam atau basa karena beberapa limbah industri umumnya bersifat asam atau basa, sehingga memerlukan netralisasi sebelum dialirkan ke proses lebih lanjut atau dibuang ke badan air penerima.

Pengelolaan fisik / pengendapan

Yaitu suatu proses pengolahan air limbah untuk mengurangi padatan tersuspensi. Pada proses pengendapan ini partikel padat dibiarkan mengendap ke dasar tangki yang biasanya untuk mempercepat proses sedimentasi ditambahkan bahan kimia.

Pengolahan biologi

Yaitu suatu proses pengelolaan air limbah yang bertujuan untuk mengurangi zat organik melalui mekanisme oksidasi biologis. Pengolahan secara biologi terdiri dari:

a) Kolam aerasi

Yaitu kolam yang diberikan perlakuan aerator sehingga akan mampu untuk meningkatkan oksigen terlarut dalam air limbah tersebut sehingga dapat mencukupi kebutuhan mikroba

b) Nitrifikasi dan Denitrifikasi

Yaitu pengolahan air limbah dengan cara menghilangkan nitrat melalui proses biologis

c) Lumpur aktif

Yaitu melibatkan sejumlah mikroorganisme yang merupakan biomasa aktif yang mampu mereduksi substrat dan memiliki permukaan yang dapat menyerap.

d) Trickling filter

Yaitu kumpulan benda padat yang berbentuk silinder, pada tempat tersebut di berikan kerikil, pasir dan substrat untuk menyaring air limbah yang akan disemprotkan dari atas silinder tersebut. Pada kerikil dan pasir tersebut akan membentuk lapisan biofilm sehingga mampu untuk mendegradasi bahan organik yang berada pada air limbah tersebut

Menurut kami secara biologi pengelolaan limbah cair industri pupuk urea yang paling tepat adalah menggunakan gabungan proses Nitrifikasi-Denitrifikasi dengan lumpur aktif sera microalgae, karena apabila menggunakan Nitrifikasi-Denitrifikasi dengan lumpur aktif saja akan menyebabkan kadar COD limbah cair ini rendah, sehingga proses nitrifikasi-denitrifikasi heterotrofik tersebut memerlukan banyak masukan sumber karbon, dalam

hal ini adalah Metanol. Selain itu, kinerja proses tidak terkendali ketika terjadi fluktuasi karakteristik limbah yang ekstrim.

Menanggapi masalah tersebut, untuk menguraikan limbah cair urea kadar tinggi dan ammonia kadar tinggi alternative yang digunakan dalam pengelolaan limbah cair industri pupuk adalah dengan gabungan proses Nitrifikasi-Denitrifikasi dengan lumpur aktif sera microalgae. Karena Microalgae merupakan mikroba autotrof yang mampu memanfaatkan (NH2)2CO dan NH3-N sebagai sumber nitrogen (sumber N) dan gas karbon dioksida (CO2) sebagai sumber karbon (sumber C). Dalam skala besar microalgae selalu berasosiasi dengan bakteri/mikroba lain. Pada dasarnya, interaksi bakteri algae mampu memurnikan air sungai. Aktivitas metabolisme bakteri heterotropik-aerobik menghasilkan CO2, NH4+, NO3-, PO43- dan sebagainya. Mikroalgae menyerap senyawa-senyawa tersebut dan menghasilkan bahan organik, O2,dan H2O. Oksigen yang diproduksi mikroalgae digunakan oleh bakteri aerobik-heterotrofik diantaranya untuk reaksi nitrifikasi dan bakteri aerobik-denitrifikasi.

Melalui proses fotosintesis, microalgae menggunakan CO2 dari bakteri aerob dan amonia untuk membentuk protoplasma sel dan melepaskan molekul oksigen.

Faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan (fotosintesis) microalgae adalah intensitas cahaya, suhu air, Ph, makro dan mikronutrien, 5 konsentrasi. Walaupun mengandung unsur karbon, karbon pada

urea tidak bisa digunakan sebagai sumber hara, karena karbon dalam bentuk teroksidasi dan selama hidrolisis terlepas sebagai CO2 dalam reaksi sebagai berikut:

Sumber nitrogen utama yang dapat digunakan oleh microalgae adalah nitrat dan amonia-N, sedangkan penggunaan nitrit dibatasi oleh toksisitasnya. Bila nitrat dan amonia-N terdapat bersama, maka nitrat tidak akan diabsorpsi sampai semua amonia-N habis terserap. Hampir semu

1. Pengolahan Air Menggunakan Lumpur Aktif !

Metode pengolahan lumpur aktif (activated sludge) adalah

merupakan proses pengolahan air limbah yang memanfaatkan

proses mikroorganisme tersebut.

Dalam hal ini metode lumpur aktif merupakan metode pengolahan

air limbah yang paling banyak dipergunakan, termasuk di

Indonesia, hal ini mengingat metode lumpur aktif dapat

dipergunakan untuk mengolah air limbah dari berbagai jenis industri

seperti industri pangan, pulp, kertas, tekstil, bahan kimia dan obat-

obatan. Namun, dalam pelaksanaannya metode lumpur aktif

banyak mengalami kendala, di antaranya, (1) diperlukan areal

instalasi pengolahan limbah yang luas, mengingat proses lumpur

aktif berlangsung dalam waktu yang lama, bisa berhari-hari, (2)

timbulnya limbah baru, di mana terjadi kelebihan endapan lumpur

dari pertumbuhan mikroorganisme yang kemudian menjadi limbah

baru yang memerlukan proses lanjutan.

Areal instalasi yang luas berarti dana investasi cukup besar,

akibatnya pemanfaatan teknologi lumpur aktif menjadi tidak efisien

di Indonesia, ditambah lagi dengan proses operasional yang rumit

mengingat proses lumpur aktif memerlukan pengawasan yang

cukup ketat seperti kondisi suhu dan bulking control proses

endapan.

Limbah baru merupakan masalah utama dari penerapan metode

lumpur aktif ini. Limbah yang berasal dari kelebihan endapan

lumpur hasil proses lumpur aktif memerlukan penanganan khusus.

Limbah ini selain mengandung berbagai jenis mikroorganisme juga

mengandung berbagai jenis senyawa organik yang tidak dapat

diuraikan oleh mikroorganisme. Pengolahan limbah endapan

lumpur ini sendiri memerlukan biaya yang tidak sedikit. Sedikitnya

50 persen dari biaya pengolahan air limbah dapat tersedot untuk

mengatasi limbah endapan lumpur yang terjadi. Akibatnya,

kebanyakan di Indonesia limbah endapan lumpur ini biasanya

langsung dibuang ke sungai atau ditimbun di TPA (tempat

pembuangan akhir) bersama dengan sampah lainnya.

1. Jelsakan Apa yang dimaksud dengan air

golongan A, B, C, dan D !

Pasal 2

Air pada badan air/pada sumber air menurut peruntukannya

digolongkan menjadi :

a. Golongan A, yaitu air yang diperuntukan bagi air minum secara

langsung tanpa pengolahan terlebih dahulu;

b. Golongan B, yaitu air yang diperuntukan bagi air baku untuk

diolah

menjadi air minum dan keperluan rumah tangga dan tidak

memenuhi syarat golongan A;

c. Golongan C, yaitu air yang diperuntukan bagi keperluan

perikanan

dan peternakan dan tidak memenuhi syarat Golongan A dan

Golongan B;

d. Golongan D, yaitu air yang dapat diperuntukan bagi pertanian

dan

dapat dimanfaatkan untuk usaha perkotaan, industri, listrik tenaga

air, dan tidak memenuhi syarat Golongan C, B dan Golongan A.

Pasal 3

Kecuali ditetapkan lain, pembuangan limbah cair sebagaimana

tersebut

dalam keputusan Gubernur tentang Baku Mutu Limbah Cair untuk

wilayah Propinsi Daerah Istimewa Yogyakarta ke dalam Badan air

diperuntukannya ditetapkan sebagai berikut :

a. Baku Mutu Limbah Cair Golongan I untuk badan air Golongan A.

b. Baku Mutu Limbah Cair Golongan II untuk badan air Golongan B.

c. Baku Mutu Limbah Cair Golongan III untuk badan air Golongan

C.

d. Baku Mutu Limbah Cair Golongan IV untuk badan air Golongan

D.

1. Bagaimana proses penjernihan dengan tekhnik :

1. Penukar ion

Resin penukar ion merupakan salah satu metoda pemisahan

menurut perubahan kimia. Resin penukar ion ada dua macam yaitu

resin penukar kation dan resin penukar anion. Jika disebut resin

penukar kation maka kation yang terikat pada resin akan digantikan

oleh kation pada larutan yang dilewatkan. Begitupun pada resin

penukar anion maka anion yang terikat pada resin akan digantikan

pleh anion pada larutan yang dilewatkan

Tujuan percobaan adalah menambah ilmu pengetahuan dan

mengetahui metoda pemisahan menurut perubahan kimia

Prinsip dari percobaan ini adalah mengganti atau mempertukarkan

ion yang terikat pada polimer pengisi resinnya dengan ion yang

dilewatkan. Selain itu jangan melakukan kesalahan ataupun

kecerobohan sehingga dapat merusak peralatan yang digunakan

Penukar ion dapat berupa suatu zat dan penukar itu sendiri adalah

zat padat tertentu yang dapat membebaskan ionnya kedalam

larutan ataupun menggantikan ion lain dari ion larutan. Berupa

butiran, biasa disebut resin yang tidak larut dalam air. Dalam

strukturnya, resin ini mempunyai gugus ion yang dapat

dipertukarkan. Contoh : pengolahan air dengan penukaran ion

untuk produksi uap didalam sebuah ketel uap. Air umumnya

mengandung ion kalsium. Karena terjadi penguapan,konsentrasi

kapur didalam ketel akan meningkat sehingga menimbulkan kerak.

Kerak ini akan menyebabkan pemborosan bahan bakar,karena

menghambat panas. Oleh karena itu kadar kapur harus seminimal

mungkin. Salah satu caranya adalah dengan penukar ion dengan

penukar resin yang mengandung gugus natrium. Air dilewatkan ke

dalam tumpukan butiran resin. Dengan resinnya R – Na : R-Na +

Ca ++→R-Ca + Na +, Ca ++ diair diikat,dan Na+ dilepas ke air oleh

resin. Na tidak menimbulkan kerak karena garam dari Na umunya

larut dalam air. Lama – lama resinnya akan kenyang dengan kapur

(Ca) sehingga kemampuan penukarannya hilang. Resin perlu

diganti. Untunglah dalam praktek resin tidak perlu dibuang tetapi

bisa dicuci, caranya dengan penukaran ion juga yaitu dengan

larutan garam dapur ( NaCl ).

Resin penukar ion sintetis merupakan suatu polimer yang terdiri

dari dua bagian yaitu struktur fungsional dan matrik resin yang

sukar larut. Resin penukar ion ini dibuat melalui kondensasi phenol

dengan formaldehid yang kemudian diikuti dengan reaksi sulfonasi

untuk memperoleh resin penukar ion asam kuat.

Sedangkan untuk resin penukar ion basa kuat diperoleh dengan

mengkondensasikan phenilendiamine dengan formaldehid dan

telah ditunjukkan bahwa baik resin penukar kation dan resin

penukar anion hasil sintesis ini dapat digunakan untuk memisahkan

atau mengambil garam – garam.

Pada umumnya senyawa yang digunakan untuk kerangka dasar

resin penukar ion asam kuat dan basa kuat adalah senyawa

polimer stiren divinilbenzena. Ikatan kimia pada polimer ini amat

kuat sehingga tidak mudah larut dalam keasaman dan sifat basa

yang tinggi dan tetap stabil pada suhu diatas 150oC.

Polimer ini dibuat dengan mereaksikan stiren dengan

divinilbenzena, setelah terbentuk kerangka resin penukar ion maka

akan digunakan untuk menempelnya gugus ion yang akan

dipertukarkan.

Resin penukar kation dibuat dengan cara mereaksikan senyawa

dasar tersebut dengan gugus ion yang dapat menghasilkan

(melepaskan) ion positif. Gugus ion yang biasa dipakai pada resin

penukar kation asam kuat adalah gugus sulfonat dan cara

pembuatannya dengan sulfonasi polimer polistyren divinilbenzena

(matrik resin).

Resin penukar ion yang direaksikan dengan gugus ion yang dapat

melepaskan ion negatif diperoleh resin penukar anion. Resin

penukar anion dibuat dengan matrik yang sama dengan resin

penukar kation tetapi gugus ion yang dimasukkan harus bisa

melepas ion negatif, misalnya –N (CH3)3+ atau gugus lain atau

dengan kata lain setelah terbentuk kopolimer styren divinilbenzena

(DVB), maka diaminasi kemudian diklorometilasikan untuk

memperoleh resin penukar anion.

Gugus ion dalam penukar ion merupakan gugus yang hidrofilik

(larut dalam air). Ion yang terlarut dalam air adalah ion – ion yang

dipertukarkan karena gugus ini melekat pada polimer, maka ia

dapat menarik seluruh molekul polimer dalam air, maka polimer

resin ini diikat dengan ikatan silang (cross linked) dengan molekul

polimer lainnya, akibatnya akan mengembang dalam air.

Mekanisme pertukaran ion dalam resin meskipun non kristalisasi

adalah sangat mirip dengan pertukaran ion- ion kisi kristal.

Pertukaran ion dengan resin ini terjadi pada keseluruhan struktur

gel dari resin dan tidak hanya terbatas pada efek permukaan. Pada

resin penukar anion, pertukaran terjadi akibat absorbsi kovalen

yang asam. Jika penukar anion tersebut adalah poliamin,

kandungan amina resin tersebut adalah ukuran kapasitas total

pertukaran.

Dalam proses pertukaran ion apabila elektrolit terjadi kontak

langsung dengan resin penukar ion akan terjadi pertukaran secara

stokiometri yaitu sejumlah ion – ion yang dipertukarkan dengan ion

– ion yang muatannya sama akan dipertukarkan dengan ion – ion

yang muatannya sama pula dengan jumlah yang sebanding.

Material penukar ion yang utama berbentuk butiran atau granular

dengan struktur dari molekul yang panjang (hasil co-polimerisasi),

dengan memasukkan grup fungsional dari asam sulfonat, ion

karboksil. Senyawa ini akan bergabung dengan ion pasangan

seperti Na+, OH− atau H+. Senyawa ini merupakan struktur yang

porous. Senyawa ini merupakan penukar ion positif (kationik) untuk

menukar ion dengan muatan elektrolit yang sama (positif) demikian

sebaliknya penukar ion negatif (anionik) untuk menukar anion yang

terdapat di dalam air yang diproses di dalam unit “Ion

Exchanger”.

Proses pergantian ion bisa “reversible” (dapat balik), artinya

material penukar ion dapat diregenerasi. Sebagai contoh untuk

proses regenerasi material penukar kationik bentuk Na+ dapat

diregenerasi dengan larutan NaCl pekat, bentuk H+ diregenerasi

dengan larutan HCl sedangkan material penukar anionik bentuk

OH− dapat diregenerasi dengan larutan NaOH (lihat buku panduan

dari pabrik yang menjual material ini).

Regenerasi adalah suatu peremajaan, penginfeksian dengan

kekuatan baru terhadap resin penukar ion yang telah habis saat

kerjanya atau telah terbebani, telah jenuh. Regenerasi penukaran

ion dapat dilakukan dengan mudah karena pertukaran ion

merupakan suatu proses yang reversibel yang perlu diusahakan

hanyalah agar pada regenerasi berlangsung reaksi dalam arah

yang berkebalikan dari pertukaran ion.

1.

1. Koagulasi

Koagulasi merupakan proses destabilisasi muatan partikel

koloid, suspended solid halus dengan penambahan koagulan

disertai dengan pengadukan cepat untuk mendispersikan bahan

kimia secara merata. Dalam suatu suspensi, koloid tidak

mengendap (bersifat stabil) dan terpelihara dalam keadaan

terdispersi, karena mempunyai gaya elektrostatis yang

diperolehnya dari ionisasi bagian permukaan serta adsorpsi ion-ion

dari larutan sekitar. Pada dasarnya koloid terbagi dua, yakni koloid

hidrofilik yang bersifat mudah larut dalam air (soluble) dan koloid

hidrofobik yang bersifat sukar larut dalam air (insoluble). Bila

koagulan ditambahkan ke dalam air, reaksi yang terjadi antara lain

adalah:

Pengurangan zeta potensial (potensial elektrostatis)

hingga suatu titik di mana gayavan der walls dan

agitasi yang diberikan menyebabkan partikel yang

tidak stabil bergabung serta membentuk flok;

Agregasi partikel melalui rangkaian inter partikulat

antara grup-grup reaktif pada koloid;

Penangkapan partikel koloid negatif oleh flok-flok

hidroksida yang mengendap.

Untuk suspensi encer laju koagulasi rendah karena konsentrasi

koloid yang rendah sehingga kontak antar partikel tidak memadai,

bila digunakan dosis koagulan yang terlalu besar akan

mengakibatkan restabilisasi koloid. Untuk mengatasi hal ini, agar

konsentrasi koloid berada pada titik dimana flok-flok dapat

terbentuk dengan baik, maka dilakukan

prosesrecycle sejumlah settled sludge sebelum atau

sesudah rapid mixing dilakukan. Tindakan ini sudah umum

dilakukan pada banyak instalasi untuk meningkatkan efektifitas

pengolahan. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses koagulasi

antara lain:

1. Kualitas air meliputi gas-gas terlarut, warna, kekeruhan, rasa,

bau, dan kesadahan;

2. Jumlah dan karakteristik koloid;

3. Derajat keasaman air (pH);

4. Pengadukan cepat, dan kecepatan paddle;

5. Temperatur air;

6. Alkalinitas air, bila terlalu rendah ditambah dengan pembubuhan

kapur;

7. Karakteristik ion-ion dalam air.

Koagulan yang paling banyak digunakan dalam praktek di lapangan

adalah alumunium sulfat [Al2(SO4)3], karena mudah diperoleh dan

harganya relatif lebih murah dibandingkan dengan jenis koagulan

lain. Sedangkan kapur untuk pengontrol pH air yang paling lazim

dipakai adalah kapur tohor (CaCO3). Agar proses pencampuran

koagulan berlangsung efektif dibutuhkan derajat pengadukan >

500/detik, nilai ini disebut dengan gradien kecepatan (G).

About t