BAB II TINJAUAN PUSTAKA
A. Air Limbah 1. Pengertian Air Limbah Sampah cair atau limbah cair atau air limbah adalah air kotor atau air bekas yang
tidak
bersih
serta
mengandung
zat-zat
atau
bahan-bahan
yang
membahayakan kesehatan manusia atau hewan, terjadinya karena perbuatan manusia.9 Air limbah atau air buangan adalah sisa air yang dibuang yang berasal dari rumah tangga, industri maupun tempat-tempat umum lainnya dan pada umumnya mengandung bahan-bahan atau zat-zat yang dapat membahayakan bagi kesehatan manusia serta mengganggu lingkungan hidup.10 Air limbah (waste water) adalah kotoran dari masyarakat dan rumah tangga dan juga berasal dari industri, air tanah, air permukaan serta buangan lainnya. Dengan demikian air buangan ini merupakan hal yang bersifat umum.4,8 Batasan lain mengatakan bahwa air limbah adalah kombinasi dari cairan dan sampah cair yang berasal dari daerah pemukiman, perdagangan, perkantoran dan industri bersama-sama dengan air tanah, air permukaan dan air hujan yang mungkin ada.10 Dari beberapa definisi limbah cair dapat disimpulkan bahwa limbah cair merupakan gabungan atau campuran dari air dan bahan-bahan pencemar yang terbawa air baik dalam keadaan terlarut maupun tersuspensi yang terbuang dari sumber domestik, industri dan pada saat tertentu tercampur dengan air tanah, air permukaan atau air hujan.8 2. Sumber Air Limbah Air limbah ini berasal dari berbagai sumber, secara garis besar dapat dikelompokkan menjadi: a) Air limbah yang bersumber dari rumah tangga (domestic wastes water), yaitu air limbah yang berasal dari pemukiman penduduk. Pada umumnya air limbah itu terdiri dari ekskreta (tinja dan air seni), air bekas cucian dapur dan kamar mandi dan umumnya terdiri dari bahan-bahan organik.1,8,11
b) Air limbah industri (industrial wastes water), yang berasal dari berbagai jenis industri akibat proses industri. Zat yang terkandung di dalamnya sangat bervariasi sesuai dengan bahan baku yang dipakai oleh masing-masing industri antara lain: nitrogen, sulfide, amoniak, lemak garam-garam, zat pewarna, mineral, logam berat dan sebagainya.1,8,11 c) Air limbah kota praja (municipal wastes water), yaitu air limbah yang berasal dari daerah perkantoran, perdagangan, hotel, restoran, tempat-tempat umum, tempat-tempat ibadah dan sebagainya. Pada umumnya zat-zat yang terkandung dalam jenis air limbah ini sama dengan air limbah rumah tangga.1,8,11 3. Komposisi Air Limbah Sesuai dengan sumber asalnya, maka air limbah mempunyai komposisi yang sangat bervariasi dari setiap tempat dan setiap saat. Akan tetapi, secara garis besar zat-zat yang terdapat di dalam air limbah dapat dikelompokkan seperti pada skema berikut ini:4 Air limbah Bahan padat (0,1%)
Air (99,9%)
Organik
Protein (65%) Karbohidrat (25%) Lemak (10%)
Anorganik
Butiran Garam Metal
Gambar 2.1 Skema Pengelompokan Bahan yang Terkandung di dalam Air Limbah Susunan air kotor tersebut akan ditemui dalam tiga komponen utama, yaitu:9,11 a. Bahan padat b. Bahan cair
c. Bahan gas Ketiga bahan tersebut berada dalam air limbah dalam bentuk:1 1) Bahan mengapung disebut floating material 2) Bahan yang larut atau dissolved solids 3) Bahan koloidal atau colloids 4) Bahan mengendap atau sediment 5) Bahan yang melayang atau dispersed solids atau suspended solids. 4. Dampak Air Limbah Beberapa dampak/gangguan yang disebabkan oleh air limbah, antara lain:2 a. Gangguan terhadap kesehatan Air limbah sangat berbahaya terhadap kesehatan manusia mengingat bahwa banyak penyakit yang dapat ditularkan melalui air limbah. Air limbah ini ada yang hanya berfungsi sebagai media pembawa saja seperti penyakit kolera, radang usus, hepatitis infektiosa serta schistosomiasis. Selain sebagai pembawa penyakit di dalam air limbah itu sendiri banyak terdapat bakteri patogen penyebab penyakit, seperti: virus, Vibrio colera, Salmonella spp, Shigella spp dan lain-lain.4 b. Gangguan terhadap kehidupan biotik Dengan banyaknya zat pencemar yang ada di dalam air limbah maka akan menyebabkan menurunnya kadar oksigen yang terlarut di dalam air limbah akan menyebabkan kehidupan di dalam air yang membutuhkan oksigen akan terganggu, dalam hal ini akan mengurangi perkembangannya. Selain matinya ikan dan bakteri-bakteri di dalam air juga dapat menimbulkan kerusakan pada tanaman dan tumbuhan air.4 c. Gangguan terhadap keindahan Dengan semakin banyaknya zat organik yang dibuang oleh perusahaan yang memproduksi bahan organik, maka setiap hari akan dihasilkan air limbah yang berupa bahan-bahan organik dalam jumlah yang sangat besar. Ampas yang berasal dari industri-industri ini perlu dilakukan pengendapan terlebih dahulu sebelum dibuang ke saluran air limbah akan tetapi memerlukan waktu yang sangat lama. Selama waktu tersebut maka limbah
mengalami proses pembusukan dari zat organik yang ada di dalamnya. Sebagai akibat selanjutnya adalah timbulnya bau hasil penguraian dari zat organik yang sangat menusuk hidung.4 Disamping bau yang ditimbulkan, maka dengan ampas akan memerlukan tempat yang banyak dan mengganggu keindahan tempat di sekitarnya. Selain bau dan tumpukan ampas yang mengganggu, maka warna air limbah yang kotor akan menimbulkan gangguan pemandangan yang tidak kalah besarnya.4 d. Gangguan terhadap kerusakan benda Apabila air limbah mengandung gas karbondioksida yang agresif, maka mau tidak mau akan mempercepat proses terjadinya karat pada benda yang terbuat dari besi serta bangunan air kotor lainnya. Dengan cepat rusaknya benda tersebut maka biaya pemeliharaannya akan semakin besar juga, yang berarti akan menimbulkan kerugian material.4
B. Limbah Industri Tahu 1. Jenis Limbah Industri tahu pada umumnya banyak menggunakan air untuk proses maupun untuk pencucian alat dan biji kedelai. Perkiraan jumlah air buangan yang dikeluarkan oleh industri tahu setiap kwintal kedelai (bahan baku) dikeluarkan 1,5-2 m3 air limbah. Disamping limbah cair juga dikeluarkan limbah padat (ampas) dan kulit kedelai pada saat perendaman.6 a) Limbah Padat Industri tahu membuang limbah padat pada saat pencucian yaitu berupa biji yang jelek, ceceran biji dan batu kerikil yang terikut dalam biji. Pada saat kedelai diproses menjadi susu kedelai dan disaring menghasilkan ampas. Pemanfaatan limbah padat pada saat sekarang untuk makan ternak juga dapat dibuat untuk tempe sebagai makanan yang enak untuk dimakan. Ternak yang diberi makanan ampas tahu biasanya seperti: sapi, kerbau, kambing, babi dan ikan.6 b) Limbah Cair
Seperti telah diutarakan di atas bahwa sebagian besar dari buangan industri tahu adalah limbah cair dan limbah ini mengandung sisa air dari susu tahu yang tidak tergumpal menjadi tahu. Oleh karena itu, limbah cair industri tahu masih mengandung zat-zat organik misalnya protein, karbohidrat dan lemak. Disamping mengandung zat terlarut juga mengandung padatan tersuspensi atau padatan terendap misalnya potongan tahu yang hancur pada saat pemrosesan karena kurang sempurna pada saat penggumpalannya. Padatan tersuspensi maupun terlarut di alam mengalami perubahan fisika, kimia dan biologi yang menghasilkan zat toksik atau menciptakan tumbuhnya kuman dimana kuman ini dapat berupa kuman penyakit atau kuman lainnya yang merugikan baik pada tahu sendiri atau tubuh manusia. Ciri lain apabila dibiarkan dalam lingkungan air limbah berubah warnanya menjadi coklat kehitaman dan berbau busuk.6 2. Karakteristik Air Limbah Industri Tahu a) Temperatur Temperatur air limbah industri tahu biasanya lebih tinggi dari temperatur normal di badan air. Hal ini dikarenakan dalam proses pembuatan tahu selalu pada temperatur panas baik pada saat penggumpalan atau pada saat menyaring yaitu pada suhu 60-80 0C.6 Pencucian yang menggunakan air dingin selama proses berjalan tidak mampu menurunkan suhu limbah tersebut. Limbah panas yang dikeluarkan adalah sisa air susu tahu yang tidak tergumpal menjadi tahu, biasanya berwarna kuning muda dan apabila direndam dalam satu hari akan berasa asam (kecut).6 b) Warna Warna air limbah transparan sampai kuning muda dan disertai adanya suspensi warna putih. Zat terlarut dan tersuspensi yang mengalami penguraian biologi maupun kimia akan berubah warna. Hal ini merupakan proses yang paling merugikan, karena adanya proses dimana kadar oksigen di dalam air limbah menjadi nol maka air limbah berubah menjadi warna hitam dan busuk.6
c) Bau Bau air limbah industri tahu dikarenakan proses pemecahan protein oleh mikroba alam. Bau sungai atau saluran menyengat apabila di saluran tersebut sudah berubah anaerob. Bau tersebut adalah terpecahnya penyusun dari protein dan karbohidrat sehingga timbul bau busuk dari gas H2S.6 d) Kekeruhan Padatan yang terlarut dan tersuspensi dalam air limbah industri tahu menyebabkan air keruh. Zat yang menyebabkan air keruh adalah zat organik atau zat-zat yang tersuspensi dari tahu atau kedelai yang tercecer atau zat organik terlarut yang sudah terpecah sehingga air limbah berubah seperti emulsi keruh.6 e) Biochemical Oxygen Demand (BOD) Padatan yang terdapat dalam air limbah terdiri dari zat organik dan zat anorganik. Zat organik tersebut misalnya protein, karbohidrat, lemak dan minyak. Protein dan karbohidrat biasanya lebih mudah terpecah secara proses biologi menghasilkan amoniak, sulfide dan asam-asam lainnya, sedangkan lemak lebih stabil terhadap perusakan biologi, namun apabila ada asam mineral dapat menguraikan asam lemak menjadi glycerol. Pada limbah tahu adanya lemak ditandai banyaknya zat-zat terapung berbentuk skum.6 Untuk mengetahui berapa besarnya jumlah zat organik yang terlarut dalam limbah dapat diketahui dengan melihat besarnya angka BOD. Angka BOD ini menunjukkan jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk keperluan aktifitas mikroba dalam memecah zat organik biodegradasi di dalam air limbah, angka BOD dalam satuan mg per liter atau ppm (part per million) dan biasanya dinyatakan dalam beban yaitu gram atau kg per satuan waktu.6 f) Chemical Oxygen Demand (COD) Parameter ini dalam air limbah menunjukkan juga zat organik, terutama zat organik non biodegradasi selain itu zat dapat dioksidasi oleh bahan kimia K2Cr2O7 dalam asam, misalnya SO3 (Sulfit), NO2 (Nitrit) kadar tinggi dan zatzat reduktor lainnya. Besarnya angka COD biasanya lebih besar dari BOD, biasanya 2 sampai 3 kali besarnya BOD.6
g) pH pHdalam air limbah sangat dipengaruhi oleh kegiatan mikroba dalam pe mecahan bahan organik. Air limbah cenderung asam dan pada keadaan asam ini terlepas zat-zat yang mudah menjadi gas.6 3. Sumber Air Limbah Industri Tahu Sumber air limbah tahu berasal dari proses pembuatan, baik dari pencucian bahan baku sampai pada proses penggumpalan tahu yang meliputi pencucian alat produksi, air cucian bekas kedelai, rendaman kedelai, sisa air asam dan termasuk dari glontoran. Proses sortasi biasanya dilakukan dengan mencuci berkali-kali sampai benda yang terikat terapung dan dibuang. Kemudian pada proses perendaman, secara bertahap air diganti. Pada saat penggilingan, pemasakan bubur kedelai dan penyaringan tidak ada limbah yang dibuang, sedangkan pada proses penyaringan dihasilkan limbah dari air yang tidak menggumpal, air ini selain temperaturnya panas juga mengandung polutan zat organik. Pada proses pengepresan tahu, juga menghasilkan air limbah.6 Jumlah air yang digunakan untuk pengolahan tahu bervariasi tergantung dari ketersediaan sumber air, metode pengolahan tahu dan kondisi bahan baku. Jumlah air yang digunakan untuk pengolahan tahu antara 10-30 kali bobot bahan dasar yang akan diolah. Jumlah air yang paling sering digunakan adalah antara 15-25 kali bobot kedelai.7 Secara lengkap sumber air limbah dapat dilihat pada gambar diagram alir pembuatan tahu, di bawah ini:6 Kedelai
Sortasi & Pembersihan
Perendaman
Air dingin
Pencucian
Air dingin
Air limbah
Air limbah
Penggilingan
Air dingin
Pemasakan bubur kedelai
Air panas/dingin
Penyaringan
Air hangat
Ampas Penggumpalan Air limbah panas
Sebagian untuk air asam Pengepresan/cetak
Air limbah TAHU Gambar 2.2 Diagram Alir Pembuatan Tahu C. Pengolahan Air Limbah 1. Tujuan pengolahan air limbah Tujuan pengolahan air limbah, antara lain:1,12,13 a) Ditinjau dari segi kesehatan untuk menghindari penyakit menular, karena air merupakan media terbaik untuk kelangsungan hidup mikroba penyebab penyakit menular. b) Ditinjau dari segi estetika untuk melindungi air terhadap bau dan warna yang tidak menyenangkan atau tidak diharapkan. c) Ditinjau dari segi kelangsungan kehidupan di dalam air, misalnya untuk kelompok hewan dan tanaman. 2. Klasifikasi pengolahan air limbah Berdasarkan pada karakteristik air, pengolahan air limbah dibagi menjadi tiga cara, yaitu: a. Pengolahan buangan secara fisis; b. Pengolahan buangan secara kimia; c. Pengolahan buangan secara biologis.1 Beberapa contoh dari sistem pengolahan tersebut, adalah:1,3,4,14,15 a. Secara fisis, antara lain: 1) Filtrasi; 2) Evaporasi; 3) Screening; 4) Sentrifugasi; 5) Flotasi; 6) Reverse Osmosis.
b. Secara kimia, antara lain: 1) Koagulasi; 2) Ion-Exchange Resin; 3) Klorinasi; 4) Ozonisasi. c. Secara biologis, antara lain: 1) Lumpur Aktif; 2) Trickling Filter; 3) Kolam Oksidasi; 4) Fermentasi Metan (penguraian anaerobik); 5) Dekomposisi materi toksik; 6) Denitrifikasi. 3. Tahapan dalam pengolahan air limbah Adapun secara garis besar kegiatan pengolahan air limbah dapat dikelompokkan menjadi enam (6) bagian, antara lain: 2,9,13,14,15 a) Pengolahan Pendahuluan (pre treatment), bertujuan untuk pengambilan benda terapung dan pengambilan benda yang mengendap seperti pasir, sampah, kayu dan lain-lain. b) Pengolahan Pertama (primary treatment) adalah proses pengolahan secara kimiawi atau fisika untuk menetralkan dan memisahkan zat tersuspensi atau menghilangkan zat padat tercampur melalui pengendapan atau pengapungan. c) Pengolahan Kedua (secondary treatment) adalah tahap pengolahan biologis untuk menghilangkan koloid senyawa organik atau senyawa organik terlarut melalui oksidasi biokimia dengan bantuan mikroorganisme. d) Pengolahan Ketiga (tertiary treatment) merupakan kelanjutan dari pengolahan terdahulu. Pengolahan secara khusus sesuai dengan kandungan zat yang terbanyak dalam air limbah, biasanya dilaksanakan pada industri yang menghasilkan air limbah yang khusus pula. Pada tahap ini dilakukan koagulasi, flokulasi dan filtrasi (saringan pasir) setelah itu baru dialirkan ke badan air. e) Pembunuhan Bakteri (desinfection) bertujuan untuk mengurangi atau membunuh mikroorganisme patogen yang ada dalam air limbah. f) Pengolahan Lanjutan (ultimate disposal), dari setiap tahap pengolahan air limbah maka hasilnya adalah berupa air lumpur yang perlu diadakan pengolahan secara khusus agar lumpur tersebut dapat dimanfaatkan kembali untuk keperluan kehidupan.
Pre treatment
Primary treatment
Secondary treatment
Tertiary treatment
ke badan air
- Bar Screen (saringan kasar) - Pemisah pasir (grit chamber) - Bak pemisah (oil catcher)
- Netralisasi - Koagulasi - Flokulasi - Sedimentasi
- Activated sludge process - Trickling filter - Lagoon
- Sedimentasi - Koagulasi - Flokulasi - Filtrasi - Penukar ion - Chlorinasi
Sludge treatment - Pengeringan Gambar 2.3 Kerangka Proses Pengolahan Air Limbah
D. Pengolahan Air Limbah Secara Biologis Pengolahan limbah secara biologis adalah proses dengan mengikutsertakan aktivitas atau pemanfaatan aktivitas dan kemampuan jasad hidup (mikroba).1,14 Pengolahan limbah secara biologis merupakan proses untuk menghilangkan berbagai senyawa yang tidak diharapkan kehadirannya, baik senyawa yang berbahaya untuk kehidupan ataupun akibat kehadirannya akan menimbulkan kerugian.1 Cara yang dapat dilakukan untuk mengolah limbah secara biologi dapat dilakukan dalam kondisi anaerobik ataupun aerobik. Jasad hidup yang paling menonjol peranannya adalah bakteri, jamur, mikroalgae serta protozoa. Tentunya juga didalam batas-batas tertentu berjenis-jenis hewan kecil yang terdapat didalamnya seperti serangga, cacing dan sebagainya.1 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.14 Berdasarkan teknik pengendalian (immobilisasi) mikroorganisme dalam media yang digunakan, pengolahan limbah cair secara biologis dapat dikelompokkan menjadi: 1. Suspended Growth Processes Suspended
Growth
Processes
adalah
proses
pengolahan
dengan
memanfaatkan mikroorganisme pengurai zat organik yang tersuspensi dalam
limbah cair yang akan diolah. Yang termasuk dalam kelompok ini antara lain: proses lumpur aktif (activated sludge processes) dan kolam stabilisasi atau oksidasi (waste stabilization ponds).8 a) Pengolahan dengan lumpur aktif (activated sludge processes) Adalah pengolahan dengan cara membiakkan bakteri aerobik dalam tangki aerasi yang bertujuan untuk menurunkan organik karbon atau organik nitrogen. Dalam penurunan organik karbon, bakteri yang berperan adalah bakteri heterotropik. Sumber energi berasal dari oksidasi senyawa organik dan sumber karbon yang berasal dari organik karbon. BOD dan COD dipakai sebagai ukuran atau satuan yang menyatakan konsentrasi organik karbon, yang selanjutnya disebut substrat.8 b) Kolam stabilisasi atau oksidasi (waste stabilization ponds) Kolam oksidasi mirip dengan kolam dangkal yang luas, biasanya berbentuk empat persegi panjang dengan kedalaman hanya 1-1,5 meter. Pada proses ini, seluruh limbah cair diolah secara alamiah dengan melibatkan ganggang hijau untuk mengolah limbah cair yang berasal dari rumah tangga ataupun kotoran dari kakus.8 Kolam ini merupakan cara yang paling ekonomis untuk pengolahan limbah cair selama luas tanah memungkinkan dan harganya relatif murah. Keuntungan yang diperoleh dari sistem ini, antara lain pemeliharaannya mudah dan murah.8 2. Attached Growth Processes Attached Growth Processes adalah pengolahan yang memanfaatkan mikroorganisme yang menempel pada media yang membentuk lapisan film untuk menguraikan zat organik. Proses ini sering disebut juga dengan fix bed. Influen akan melakukan kontak dengan media ini sehingga terjadi proses biokimia. Akibatnya bahan organik yang ada pada limbah cair tersebut dapat diturunkan kandungannya. Beberapa teknik pengolahan limbah cair yang termasuk di dalam kelompok ini, antara lain: saringan tetes (trickling filter) (akan dibahas pada sub bab selanjutnya).8
E. Mikroorganisme Dalam Pengolahan Air Limbah Secara Biologis Mikroba adalah jasad hidup yang memerlukan sumber nutrien dan lingkungan kehidupan yang sesuai untuk aktivitasnya (metabolisme, perkembangbiakkan dan penyebaran). Karena di dalam air limbah kadang-kadang didapatkan sejumlah benda asing yang mungkin bersifat racun, maka pengaruhnya harus dapat dikontrol sebaikbaiknya.1 Proses pengolahan limbah secara biologis akan menghasilkan indikator biologis yang terdiri dari jenis-jenis mikroba yang berperan, tergolong dalam: bakteria, mikroalgae dan protozoa. Selain mikroba tersebut adapula jasad lain yang ikut aktif, walaupun tidak merupakan jasad utama seperti: jamur, serangga air dan hewan lainnya.1,15 Bakteri diperlukan untuk menguraikan bahan organik yang ada di dalam air limbah. Oleh karena itu, diperlukan jumlah bakteri yang cukup untuk menguraikan bahan-bahan tersebut. Bakteri itu sendiri akan berkembang biak apabila jumlah makanan yang terkandung di dalamnya cukup tersedia, sehingga pertumbuhan bakteri dapat dipertahankan secara konstan.4 Jika jumlah bahan organik dalam air hanya sedikit, maka bakteri aerob mudah memecahkannya tanpa mengganggu keseimbangan oksigen dalam air. Oksigen yang dipakai akan segera dipakai, dengan bahan organik yang banyak maka bakteri pengurai ini akan berlipat ganda karena banyak makanan. Hal ini biasanya menyebabkan kekurangan oksigen.5 Dalam kondisi aliran air yang masih jernih mikroba belum melakukan aktivitas, maka keadaan jasad akan tetap konstan tetapi begitu ada buangan masuk ke dalamnya maka bakteri merupakan jasad yang pertama aktif, mulai menyesuaikan diri dengan lingkungan yang baru. Turbulensi aliran air akan menimbulkan percampuran antara massa yang terdapat di dalam air dengan air itu sendiri menyebabkan semua mikroba mulai melakukan aktivitas.1 Keadaan aliran yang telah mengalami penambahan buangan akan ditandai oleh adanya peningkatan aktivitas mikroba baik yang berhubungan erat dengan jumlah konsentrasi nutrien ataupun dengan fluktuasi jasad. Jika kadar organik dari buangan bernilai rendah, maka konsentrasi nutrien akan rendah pula sehingga mikroalgae akan
lebih baik tumbuhnya daripada bakteri. Keadaan seperti ini akan ditemukan jika buangan tersebut dibuang ke aliran yang mempunyai volume besar.1
F. Trickling Filter 1. Pengertian trickling filter Trickling filter merupakan salah satu aplikasi pengolahan air limbah dengan memanfaatkan teknologi biofilm.8 Trickling filter ini terdiri dari suatu bak dengan media permeabel untuk pertumbuhan organisme yang tersusun oleh lapisan materi yang kasar, keras, tajam dan kedap air.1,8 Kegunaannya adalah untuk mengolah air limbah dengan mekanisme air yang jatuh mengalir perlahan-lahan melalui lapisan batu untuk kemudian tersaring.1 2. Komponen sistem trickling filter Trickling filter mempunyai 3 komponen utama, yaitu : a. Distributor Air limbah didistribusikan pada bagian atas lengan distributor yang dapat berputar.8 b. Pengolahan (pada media trickling filter) Sistem pengolahan pada trickling filter terdiri dari suatu bak atau bejana dengan media permeable untuk pertumbuhan bakteri.11 Bentuk bejana biasanya bundar luas dengan diameter 6-60 meter, dindingnya biasanya terbuat dari beton atau bahan lain tetapi tidak perlu kedap air. Di sepanjang dinding diberi ventilasi dengan maksud agar terjadi pertukaran udara secara baik (aerasi) sehingga proses biologis aerobik dapat berlangsung dengan baik. Pada beberapa trickling filter, media disusun tanpa dinding jadi tidak diperlukan ventilasi tetapi konstruksi seperti ini kurang baik.1 c. Pengumpul Filter juga dilengkapi dengan underdrain untuk mengumpulkan biofilm yang mati, kemudian diendapkan dalam bak sedimentasi. Bagian cairan yang keluar biasanya dikembalikan lagi ke trickling filter sebagai air pengencer air baku yang diolah.8
3. Faktor-faktor yang berpengaruh pada efisiensi penggunaan trickling filter
Agar fungsi trickling filter dapat berjalan dengan baik, diperlukan persyaratan-persyaratan sebagai berikut: a. Persyaratan Abiotis, yaitu: ¾ Jenis media Bahan untuk media trickling filter harus kuat, keras, tahan tekanan, tahan lama, tidak mudah berubah dan mempunyai luas permukaan per unit volume yang tinggi. Bahan yang biasa digunakan adalah kerikil, batu kali, antrasit, batu bara, dan sebagainya. Akhir-akhir ini telah digunakan media plastik yang dirancang sedemikian rupa sehingga menghasilkan panas yang tinggi.1 ¾ Diameter media Diameter media trickling filter biasanya antara 2,5-7,5 cm. Sebaiknya dihindari penggunaan media dengan diameter terlalu kecil karena akan memperbesar kemungkinan penyumbatan. Makin luas permukaan media, maka makin banyak pula mikroorganisme yang hidup di atasnya.1 ¾ Ketebalan susunan media Ketebalan media trickling filter minimum 1 meter dan maksimum 3-4 meter. Makin tinggi ketebalan media, maka akan makin besar pula total luas permukaan yang ditumbuhi mikroorganisme sehingga makin banyak pula mikroorganisme yang tumbuh menempel di atasnya.1 ¾ Lama waktu tinggal trickling filter Diperlukan lama waktu tinggal yang disebut dengan masa pengkondisian atau pendewasaan agar mikroorganisme yang tumbuh di atas permukaan media telah tumbuh cukup memadai untuk terselenggaranya proses yang diharapkan. Masa pengkondisian atau pendewasaan yang diperlukan berkisar antara 2-6 Minggu.16 Lama waktu tinggal ini dimaksudkan agar mikroorganisme dapat menguraikan bahan-bahan organik dan tumbuh di permukaan media trickling filter membentuk lapisan biofilm atau lapisan berlendir. Penelitian yang dilakukan oleh Arum Siwiendrayanti (2004), pertumbuhan mikroorganisme pada media batu kali mulai terbentuk lapisan biofilm pada hari ke-3 masa pengkondisian.20
¾ pH Pertumbuhan mikroorganisme khususnya bakteri, dipengaruhi oleh nilai pH. Agar pertumbuhan baik, diusahakan nilai pH mendekati keadaan netral. Nilai pH antara 4-9,5 dengan nilai pH yang optimum 6,5-7,5 merupakan lingkungan yang sesuai.1 ¾ Suhu Pertumbuhan mikroorganisme juga dipengaruhi oleh suhu. Suhu yang baik untuk pertumbuhan mikroorganisme adalah 25-370C. Selain itu suhu juga mempengaruhi kecepatan reaksi dari suatu proses biologis. Bahkan efisiensi dari trickling filter sangat dipengaruhi oleh suhu.1 ¾ Aerasi Agar aerasi berlangsung dengan baik, media trickling filter harus disusun sedemikian rupa sehingga memungkinkan masuknya udara ke dalam sistem trickling filter tersebut. Ketersediaan udara dalam hal ini adalah oksigen
sangat
berpengaruh
terhadap
proses
penguraian
oleh
mikroorganisme.1
Gambar 2.4 Skema Trickling Filter b. Persyaratan Sumber :Biotis Unus Suriawira (2003) Persyaratan biotis yang diperlukan dalam penggunaan trickling filter adalah jenis, jumlah dan kemampuan mikroorganisme dalam trickling filter serta asosiasi kehidupan di dalamnya.1 4. Prinsip kerja trickling filter Air buangan yang diolah dengan trickling filter harus terlebih dahulu diendapkan, karena pengendapan dimaksudkan untuk mencegah penyumbatan pada distributor dan media filter.1
Air limbah diteteskan secara periodik dan terus-menerus ke atas media trickling filter. Bahan organik yang ada dalam air limbah diuraikan oleh mikroorganisme yang menempel pada media filter. Bahan organik sebagai substrat yang terlarut dalam air limbah diabsorbsi biofilm atau lapisan berlendir dan kemudian dilepaskan sebagai bahan suspensi yang berkoagulasi yang kemudian karena massanya lebih berat maka lebih mudah mengendap.16 Bahan organik yang ada dalam limbah cair diuraikan oleh mikroorganisme yang menempel pada media filter. Pada bagian luar biofilm, bahan organik diuraikan oleh mikroorganisme aerobik. Pertumbuhan mikroorganisme akan mempertebal lapisan biofilm (0,1-0,2 mm).17 Oksigen yang terdifusi dapat dikonsumsi sebelum biofilm mencapai ketebalan maksimum. Pada saat mencapai ketebalan penuh, oksigen dapat mencapai penetrasi secara penuh, akibatnya bagian dalam atau permukaan media menjadi anaerobik.8
Gambar 2.5 Skema Kerja di dalam Bejana Trickling Filter Pada saatSuriawira lapisan biofilm Sumber : Unus (2003) mengalami penambahan ketebalan bahan organik yang diabsorbsi dapat diuraikan oleh mikroorganisme, namun tidak dapat mencapai mikroorganisme yang berada di permukaan media. Dengan kata lain, tidak tersedia bahan organik untuk sel karbon pada bagian permukaan media sehingga mikroorganisme pada bagian permukaan akan mengalami fase indigenous (mati). Pada akhirnya, mikroorganisme sebagai biofilm tersebut akan lepas dari media. Cairan yang masuk akan turut melepas atau mencuci dan mendorong biofilm keluar. Setelah itu lapisan biofilm baru akan segera tumbuh. Fenomena lepasnya biofilm dari media disebut juga sloughing.8
5. Mikroorganisme yang terdapat dalam trickling filter Mikroorganisme yang umum didapatkan dalam trickling filter serta turut berperan dalam proses penguraian bahan-bahan organik terutama air limbah yang berasal dari industri pangan seperti industri tahu adalah bakteri dan mikroalgae. Jamur, protozoa dan mikrofauna merupakan tambahan saja.1,6 Air limbah tahu yang banyak mengandung bahan-bahan organik akan diuraikan mikroorganisme dan merangsang pertumbuhan mikroorganisme pada permukaan media yang berupa lapisan biofilm.18 Lapisan biofilm
terdiri dari bakteri, protozoa dan fungi (antara lain:
Zoogloea ramiqera, Carchesium dan Opercularia vorticella). Ketika air limbah mengalir melalui biofilm tersebut, zat-zat organik yang larut akan segera diuraikan dan zat-zat organik koloidal diserap pada permukaan biofilm tersebut. Pada saat itu mikroorganisme akan tumbuh secara cepat.9
G. Biochemical Oxygen Demand (BOD) Biochemical Oxygen Demand (BOD) adalah banyaknya oksigen dalam milligram per liter (mg/l) yang dibutuhkan oleh mikroorganisme pada waktu melakukan proses dekomposisi bahan organik yang ada di perairan. Pengukuran konsentrasi oksigen yang digunakan untuk dekomposisi lebih penting daripada pengukuran DO.4,19 Dalam literatur lain, BOD didefinisikan sebagai banyaknya oksigen yang diperlukan oleh mikroorganisme pada saat pemecahan bahan organik bahwa organik ini digunakan organisme sebagai bahan makanan dan energinya diperoleh dari proses oksidasi.21 Parameter BOD secara umum banyak dipakai untuk menentukan tingkat pencemaran air buangan. Penentuan BOD sangat penting untuk menelusuri aliran pencemaran dari tingkat hulu ke muara. Selama pemeriksaan BOD, contoh yang diperiksa harus bebas dari udara luar untuk mencegah kontaminasi dari oksigen yang ada di udara bebas, konsentrasi air buangan atau sampel tersebut juga harus berada pada suatu tingkat pencemaran tertentu. Hal ini untuk menjaga agar oksigen terlarut
selalu ada selama pemeriksaan. Hal ini penting diperhatikan mengingat kelarutan O2 dalam air terbatas dan hanya berkisar ± 9 ppm pada suhu 20 0C.21 Air buangan domestik yang tidak mengandung limbah industri mempunyai BOD kira-kira 200 ppm. Limbah pengolahan pangan umumnya lebih tinggi dan sering kali lebih dari 1000 ppm.18 Berdasarkan Menteri Negara Lingkungan Hidup No. KEP-51/MENLH/10/1995 tentang baku mutu limbah cair bagi kegiatan industri. Batas minimum limbah cair yang perbolehkan dibuang ke badan air yaitu 50 mg/l, sedangkan batas maksimum yang diperbolehkan adalah 150 mg/l. Kadar BOD ditentukan dengan mengukur jumlah oksigen yang diserap oleh sampel limbah cair akibat adanya mikroorganisme selama satu periode waktu tertentu, biasanya 5 hari, pada satu temperatur tertentu, umumnya 20 0C.8 Konsumsi oksigen dapat diketahui dengan mengoksidasi air pada suhu 20 0C selama 5 hari dan nilai BOD yang menunjukkan jumlah oksigen yang dikonsumsi dapat diketahui dengan menghitung selisih konsentrasi oksigen terlarut sebelum dan sesudah inkubasi. Pengukuran selama 5 hari pada suhu 20 0C ini hanya menghitung sebanyak 68 persen bahan organik yang teroksidasi.2 Penentuan waktu inkubasi adalah 5 hari, dapat mengurangi kemungkinan hasil oksidasi amoniak (NH3) yang cukup tinggi sebagaimana diketahui bahwa amoniak sebagai hasil sampingan ini dapat dioksidasi menjadi nitrit dan nitrat sehingga dapat mempengaruhi hasil penentuan BOD. Reaksi kimia yang dapat terjadi: 2 NH3 + 3 O2
2 NO2- + 2 H+ +2 H2O
2 NO2 +
2 NO3-
O2
Penentuan BOD berdasarkan pada pemeriksaan DO, biasanya dilakukan secara langsung atau dengan cara pengenceran.21 Tabel 2.1 Tingkat Pencemaran Perairan Berdasarkan Nilai DO dan BOD Tingkat Pencemaran Rendah Sedang Tinggi [
Sumber: Wirosarjono (1974)
Parameter DO >5 0–5 0
BOD 0 – 10 10 – 20 25
H. Kerangka Teori
-
-
Industri tahu Proses: Perendaman Pencucian Penggumpalan Pengepresan/ pencetakan
Air limbah
Sifat fisik
Sifat biologi
Sifat kimia
Karakteristik air limbah: - Temperatur - BOD - Warna - COD - Bau - pH - Kekeruhan
BOD melebihi baku mutu
BOD sesuai baku mutu
Pengolahan air limbah
Fisik
Biologi
Trickling Filter
Proses trickling filter
Kimia -
Diameter media Lama waktu tinggal Jenis media Ketebalan media Jenis mikroorganisme Jumlah mikroorganisme Kemampuan mikroorganisme - pH - Suhu - Aerasi
Penurunan kadar BOD
Sumber: Modifikasi 1,4,6,7,12,13,22 Gambar 2.6 Kerangka Teori
I. Kerangka Konsep Variabel Bebas Ketebalan media trickling filter
-
Variabel Terikat Kadar BOD air limbah
Variabel Pengganggu Diameter media * Lama waktu tinggal * Jenis media * Jenis mikroorganisme Jumlah mikroorganisme Kemampuan mikroorganisme Aerasi pH # Suhu #
Gambar 2.7 Kerangka Konsep Keterangan: * : Dikontrol (dikendalikan) # : Diukur Variabel yang lain diabaikan (tidak diukur dan tidak dikendalikan)
J. Hipotesis Ada perbedaan penurunan kadar BOD air limbah tahu sebelum dan sesudah melewati trickling filter berdasarkan variasi ketebalan batu kali sebagai media trickling filter di Kelurahan Jomblang Kecamatan Candi Sari Kota Semarang.
