Pengolahan Air Limbah
Bab 6. Desain IPAL
6.1. Pengumpulan Data
Untuk menentukan teknik pengolahan dan desain Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) diperlukan beberapa informasi terkait proses produksi atau pengolahan yang dilakukan, karakteristik air limbah yang dihasilkan dan baku mutu air limbah yang menjadi acuan penaatan.
6.1.1 Proses Produksi
Proses produksi akan menentukan karakteristik limbah yang dihasilkan. Dengan bahan baku yang sama, nakun proses produksi yang berlainan, maka akan dihasilkan limbah yang berlainan pula. Dengan demikian, proses produksi menjadi informasi awal mengenai potensi limbah yang dihasilkan.
Secara prinsip proses produksi menggunakan bahan baku, bahan tambahan, dan air yang diproses menggunakan teknik dan peralatan tertentu. Pada proses produksi terdapat bagan- bagian proses tertentu yang juga memungkinkan dihasilkannya limbah. Informasi mengenai potensi dan jenis limbah dari masing-masing tahapan proses selanjutnya perlu dianalisa untuk mengetahui karakteristik fisik, kimia atau biologinya.
Idenfikasi sumber-sumber limbah di dalam industri pengolahan memberikan informasi untuk pemisahan air limbah, penggunaan kembali air yang sedikit terkontaminasi, dan utnuk pengaturan konsisi proses yang menghasilkan limbah dalam jumalah yang besar atau pekat.
Pengetahuan mengenai sifat-sifat limbah akan sangat membantu dalam penetapan metode penanganan dan atau pembuangan limbah yang efektif. Penanganan biologik misalnya cocok dilakukan pada limbah cair yang mengandung bahan padatan organik terlarut. Limbah padat dengan kadar organik tinggi cocok untuk pembakaran atau pemupukan.
6.1.2. Karakteristik Air Limbah
Karakteristik air limbah perlu dikenal karena hal ini akan menentukan cara pengolahan yang tepat sehingga tidak mencemari lingkungan hidup. Secara garis besar karakteristik air
29
limbah yang diperlukan untuk mendesain IPAL meliputi karakterisitik fisik, biologis dan bakteriologis, kimia dan debit.
Karakteristik Fisik
Air limbah sebagian besar terdiri dari air dan sebagian kecil terdiri dari bahan-bahan padat dan suspensi. Karakterisitik fisik dalam air limbah yang diperlukan untuk pengelolaan dan pengolahan air limbah meliputi suhu, pH, padatan tersusupensi, padatan terlarut, dan warna.
Karakteristik Biologis dan Bakteriologis
Kandungan biologi dan bakteriologis terdapat juga dalam air limbah tergantung darimana sumbernya namun keduanya tidak berperan dalam proses pengolahan air limbah. Mikroorganisme dan bakteri pada air limbah dapat berupa eucaryotes (tanaman biji, spora, lumut), eubacteria, dan archaebacteria. Yang paling berbahaya adalah bakteri colli (E-colli dan Streptococci). Baktericolli berasal dari usus manusia dan makluk hidup lain (ayam, sapi, itik, babi). Selain itu pada air limbah juga ditemukan ganggang (fitoplankton) yang hidup dengan memanfaatkan nutrien serta jamur yang bermanfaat dalam menguraikan senyawa karbon.
Karakteristik Kimiawi
Kandungan baha kimia yang terdapat dalam air lmbah dapat merugikan lingkungan. Bahan organik terlarut dapat menghabiskan oksigen dalam imbah serta menimbulkan rasa dan bau yang tidak sedap.
Pada umumnya, dalam air limbah pengolahan pangan, bahan kimia yang membutuhkan oksigen berada dalam bentuk terlarut, sedangkan dalam limbah peternakan sebagian besar terdapat dalam bentuk partikulat.
Bahan kimia penting dalam air limbah yang berguna untuk mendesain dan menantukan teknik pengolahan air limbah meliputi:
Bahan organik yang terdiri dari protein, karbohidrat, lemak,
midetergen/surfactant, nyak dan gemuk serta fenol. Substansi organik dalam air limbah terdiri dari 2 gabungan, yakni: pertama, gabungan yang mengandung nitrogen, misalnya urea, protein, amine dan asam amino; dan kedua, gabungan
30
yang tak mengandung nitrogen, misalnya lemak, sabun dan karbohidrat, termasuk selulosa.
Bahan an-organik yang terdiri dari pH, klorida, sulfur, zat beracun, logam berat, dll Debit
Karakteristik lainnya yang digunakan untuk pengolahan air limbah adalah debit atau jumlah aliran air per satuan waktu. Satuan waktu dalam penghitungan aliran air yang digunakan dapat dalam hitungan detik, menit, atau jam, atau juga dapat berupa debit sasaat, harian atau mingguan.
Informasi mengenai debit dan mutu limbah yang dikeluarkan diperlukan untuk merancang fasilitas yang diperlukan untuk mengelola pengeluaran yang konstan atau sewaktu-waktu, yang disebabkan karena sifat musiman dari pengolahan buah dan sayuran, serta sifat limbah peternakan.
6.2. Teknik dan Metode Pengujian Sampel
Semua air limbah perlu diketahui karakteristiknya terlebih dahulu sebelum rancangan proses pengolahan pengolahannya dimulai. Sifat air limbah yang perlu diketahui adalah volume aliran, konsentrasi organik, sifat-sifat karakteristik dan toksisitas.
Laju aliran dan keragaman laju aliran merupakan faktor penting dalam rancangan proses. Sejumlah unit dalam kebanyakan sistem penanganan harus dirancang berdasarkan proses. Sejumlah unit dalam kebanyakan sistem penanganan harus dirancang berdasarkan puncak laju aliran. Hal ini membutuhkan studi laju aliran dan memberikan pertimbangan untuk meminimumkan keragaman laju aliran bila mana mungkin.
Teknik dan pengujian sampel untuk beberapa parameter penting dalam menentukan teknik pengolahan dan desain IPAL adalah sebagai berikut:
a. Kebutuhan oksigen biokimia (Biochemical Oxygen Demand = BOD)
Uji BOD adalah salah satu metode analisis yang paling banyak digunakan dalam penanganan limbah dan pengendalian polusi. Uji ini mencoba menentukan kekuatan polusi dari suatu limbah dalam pengertian kebutuhan mikroba akan oksigen dan merupakan ukuran tak langsung dari bahan organik dalam air limbah.
31
Uji BOD distandarisasi pada periode 5 hari, suhu 200 C. Sampel disimpan dalam botol yang kedap udara. Stabilisasi yang sempurna dapat membutuhkan waktu lebih dari 100 hari pada suhu 200C. Periode inkubasi yang lama ini tidak praktis untuk penentuan rutin.
Oleh karena itu prosedur yang disarankan oleh AOAC (Association of Official Analytical Chemists) adalah periode inkubasi 5 hari dan disebut BOD5. Nilai ini hanya merupakan
indeks jumlah bahan organik yang dapat dipecah secara biologik bukan ukuran sebenarnya dari limbah organik. Air limbah domestik yang tidak mengandung limbah industri mempunyai BOD kira-kira 200 ppm. Limbah pengolahan pangan umumnya lebih tinggi dan seringkali lebih dari 1000 ppm.
Walaupun BOD5 merupakan pengukuran umum untuk polusi air, uji BOD memakan waktu
dan reprodusibilitasnya rendah. Uji-uji seperti kebutuhan oksigen secara kimia (COD) dan karbon organik total (TOC) lebih cepat, lebih andal, dan lebih reprodusibel.
b. Kebutuhan oksigen secara kimia (Chemical Oxygen Demand=COD)
Uji COD adalah suatu pembakaran kimia secara basah dari bahan organik dalam sampel. Larutan asam dikromat (K2Cr2O7) digunakan untuk mengoksidasi bahan organik pada suhu
tinggi. Berbagai prosedur COD yang menggunakan waktu reaksi dari 5 menit sampai 2 jam dapat digunakan. Metode ini dapat dilakukan lebih cepat dari uji BOD. Oleh karena uji COD merupakan analisis kimia, uji ini juga mengukur senyawa-senyawa organik yang tidak dapat dipecah seperti pelarut pembersih dan bahan yang dapat dipecah secara biologik seperti yang diukur dalam uji BOD.
Penggunaan dua katalis perak sulfat dan merkuri sulfat diperlukan masing-masing untuk mengatasi gangguan klorida dan untuk menjamin oksidasi senyawa-senyawa organik kuat menjadi teroksidasi. Limbah hewan dan limbah pengolahan pangan seperti pengolahan saurkraut, pikel dan zaitun dapat mengandung konsentrasi klorida yang tinggi dan akan membutuhkan merkuri sulfat dalam analisis COD atau factor koreksi klorida.
Senyawa-senyawa benzena dan ammonia tidak diukur oleh uji ini. Prosedur COD tidak mengoksidasi ammonia walaupun mengoksidasi nitrit.
c. Karbon organik total (Total Organik Carbon)
Karbon organik total (TOC) mengukur semua bahan yang bersifat organik. TOC diukur dengan konversi karbon organik dalam air limbah secara oksidasi katalitik pada suhu 9000 C menjadi karbon dioksida. Metode pengukuran polusi ini cepat (5-10 menit) dan dapat diulang, memberikan perkiraan kadar karbon organik dari air limbah secara cepat. Nilai TOC
32
sangat berkorelasi dengan uji-uji BOD5 standar dan COD, bila limbah relatif seragam. Uji
BOD dan COD menggunakan pendekatan oksigen, TOC menggunakan pendekatan karbon. Senyawa-senyawa yang dianalisis dalam uji TOC, seperti selulosa, hanya memecah secara lambat dalam lingkungan alamiah. Nilai TOC akan berubah bila limbah diberi penanganan dengan berbagai metode.
d. Kebutuhan oksigen total (Total Oxygen Demand = TOD)
Kebutuhan oksigen total (TOD) dari suatu bahan didefinisikan sebagai jumlah oksigen yang
dibutuhkan untuk pembakaran semua bahan pada suhu 900 0C menggunakan katalis
Platinum. Proses mengoksidasi semua bahan organik dan bahan anorganik yang tidak teroksidasi sempurna. Kebutuhan oksigen dari karbon, hydrogen, nitrogen, dan sulfur dalam suatu contoh air limbah diukur dengan metode ini.
e. Residu dalam limbah cair
Residu dalam air limbah dapat berupa padatan terendapkan dan padatan tersuspensi total.
Padata terendapkan adalah padatan dalam limbah cair yang mengendap pada dasar dalam limbah cair yang mengendap pada dasar dalam waktu 1 jam. Padatan ini biasanya diukur dalam kerucut Imhoff berskala dan dilaporkan sebagai ml padatan terendap per liter. Padatan terendap merupakan indikator jumlah padatan limbah yang akan mengendap dalam alat penjernih dan kolam pengendapan. Penetapan endapan ini mudah dilakukan dan berguna bila akan merancang sistem penanganan pengendapan.
Padatan tersuspensi total kadang-kadang disebut residu yang tidak dapat disaring, ditetapkan dengan cara menyaring sejumlah volume air limbah melalui filter membran. (tikar gelas fiber) dalam cawan gouch. Berat kering dari padatan tersuspensi total diperoleh setelah satu jam pada suhu 103-105 0C.
f. Padatan terlarut total
Padatan terlarut total ditetapkan dalam berat contoh yang telah disaring dan dievaporasi atau sebagai perbedaan antara berat residu setelah evaporasi dan berat padatan tersuspensi total. Oleh karena larutan ini sulit dihilangkan dari air limbah, maka pengetahuan mengenai padatan terlarut total adalah penting bila menangani air limbah.
33