BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Keinginan manusia yang selalu ingin meningkatkan kesejahteraannya memaksa manusia untuk mendirikan pabrik-pabrik yang dapat mengolah hasil alam menjadi bahan pangan dan sandang. Pesatnya kemajuan teknologi dan industri berpengaruh terhadap kualitas lingkungan, yang selain memberikan dampak positif, kemajuan industri juga menimbulkan dampak negatif bagi lingkungan. Merupakan suatu kenyataan yang harus dihadapi bahwa dalam proses produksi suatu industri selain produk yang bernilai juga dihasilkan limbah. Limbah tersebut apabila tidak dikelola secara benar dapat menyebabkan terjadinya pencemaran lingkungan. Pencemaran yang disebabkan oleh limbah industri terdapat dalam beberapa bentuk, salah satunya limbah cair.
Limbah cair adalah air kotor yang membawa sampah dari tempat tinggal, bangunan perdagangan, dan industri berupa campuran air dan bahan padat terlarut atau bahan tersuspensi. Air limbah merupakan reservoir bagi kehidupan berbagai mikroorganisme termasuk yang pathogen sehingga dapat membawa penyakit pada manusia. Limbah cair yang memiliki nilai BOD dan COD rendah tentunya akan memiliki kandungan organik yang tinggi sehingga memudahkan bakteri-bakteri patogen untuk tumbuh. Biological Oxygen Demand (BOD) adalah banyaknya oksigen yang diperlukan untuk menguraikan benda organik oleh bakteri aerobik melalui proses biologis secara dekomposisi aerob.
Limbah cair yang memiliki nilai BOD dan COD yang rendah tersebut apabila dibuang ke lingkungan atau perairan, maka tentunya akan memiliki kandungan bahan organik tinggi yang telah ditumbuhi bakteri-bakteri patogen beserta hasil metabolismenya yang menimbulkan bau menyengat serta menyebabkan gangguan pada kesehatan manusia maupun hewan yang ada di sekitar perairan tersebut.
dialami penduduk di sekitar Teluk Minamata (Jepang) akibat mengonsumsi ikan yang berasal dari pantai Minamata yang tercemar merkuri (air raksa). Akibatnya, 41 orang meninggal dan cacat tubuh pada bayi-bayi yang dilahirkan oleh ibu-ibu yang mengonsumsi ikan yang terkontaminasi merkuri tersebut.
Jika air limbah yang tidak diolah dibiarkan terakumulasi, maka dekomposisi material organik yang terdapat dalam air limbah dapat menimbulkan gas yang berbau busuk. Selain itu juga mengandung mikroorganisme penyebab penyakit. Tujuan dari pengolahan air limbah adalah untuk mengurangi BOD, partikel tercampur, dan membunuh mikroorganisme pathogen, serta menghilangkan bahan nutrisi, komponen beracun yang tidak dapat didegradasi. Air limbah diolah dalam unit pengolahan sehingga air effluentnya bisa dibuang ke badan air tanpa menimbulkan gangguan.
Pada prinsipnya, metode proses pengolahan limbah cair dapat diklasifikasikan dalam tiga jenis proses, yaitu proses fisika, proses kimia, dan proses biologi. Seringkali ketiga proses ini dikombinasikan, namun umumnya dapat juga proses ini dianggap terpisah.
Pada makalah ini akan dibahas secara khusus mengenai pengolahan limbah cair dengan proses biologi yang menyangkut definisi dan jenis-jenis proses pengolahan limbah. Selain itu akan dibahas pula mengenai salah satu proses pengolahan limbah cair dengan proses biologi, yakni melalui proses Trickling Filter baik itu mengenai komponen sistem, faktor-faktor yang berpengaruh pada efisiensi penggunaan trickling filter, prinsip kerja alat, serta mikroorganisme yang terdapat dalam trickling filter.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas adapun rumusan masalah yang dibahas pada makalah adalah sebagai berikut.
1. Apa pengertian pengolahan limbah cair secara biologi?
2. Apa saja jenis-jenis proses pengolahan limbah cair secara biologi?
3. Bagaimana peran mikroorganisme dalam pengolahan air limbah secara biologi?
1.3 Tujuan
Berdasarkan rumusan masalah di atas adapun tujuan pada makalah ini adalah sebagai berikut.
1. Mengetahui definisi pengolahan limbah cair secara biologi.
2. Mengetahui jenis-jenis proses pengolahan limbah cair secara biologi. 3. Mengetahui peran mikroorganisme dalam pengolahan air limbah secara
biologi.
4. Mengetahui proses pengolahan limbah cair secara biologi dengan metode trickling filter.
1.4 Manfaat
Berdasarkan tujuan di atas adapun manfaat pada penulis makalah ini adalah untuk menambah pengetahuan mengenai proses pengolahan limbah secara biologi sehingga dapat mengatasi pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh limbah cair.
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Definisi Pengolahan Limbah Cair Secara Biologi
biotik akibat penurunan DO, maupun kerusakan ekosistem). Pemakaian mikroorganisme disebabkan karena mikroorganisme memiliki enzim, enzim inilah yang berfungsi untuk menguraikan bahan organik tersebut. Jenis mikroorganisme yang umum dipergunakan dalam pengolahan air limbah adalah bakteri. Kehidupan mikroorganisme sangat dipengaruhi oleh lingkungannya, sehingga dalam pengolahan air limbah secara biologi harus memperhatikan lingkungan mikroorganisme seperti derajat keasaman (pH), temperatur, bahan makanan (nutrient) dan kebutuhan oksigen.
2.2 Jenis-Jenis Proses Pengolahan Limbah Cair Secara Biologi
Berdasarkan kebutuhan oksigen, pengolahan air limbah secara biologi dapat dibedakan menjadi 3 (tiga) proses yaitu :
a) Pengolahan air limbah secara biologi aerob, yaitu pengolahan air limbah dengan mikroorganisme disertai dengan injeksi oksigen (udara) ke dalam proses. Pada proses ini jenis mikroorganisme yang dipergunakan adalah mikroorganisme yang hidup dengan adanya oksigen. Oksigen yang diinjeksikan dimanfaatkan oleh kehidupan mikroorganisme dan proses oksidasi.
b) Pengolahan air limbah secara biologi anaerob, yaitu pengolahan air limbah dengan mikroorganisme tanpa injeksi oksigen (udara) ke dalam proses. Pada proses ini jenis mikroorganisme yang dipergunakan adalah mikroorganisme yang dapat hidup tanpa adanya oksigen.
c) Pengolahan air limbah secara biologi “Fakultatif”, yaitu pengolahan air limbah dengan mikroorganisme tanpa injeksi oksigen (udara) secara langsung ke dalam proses. Pada proses ini terdapat dua jenis mikroorganisme yang dipergunakan yaitu mikroorganisme aerob dan anaerob. Pada proses ini, umumnya pada bagian atas kolam (tangki) akan bersifat aerob sedangkan pada bagian bawah kolam akan bersifat anaerob.
Berdasarkan metode pertumbuhunan mikroorganisme, pengolahan air limbah secara biologi dapat dibedakan menjadi 2 (dua) metode yaitu : 1. Metode Pertumbuhan Tersuspensi
berfungsi untuk memisahkan mikroorganisme setelah proses, dan mikroorganisme yang terpisah sebagian besar dipergunakan kembali (recycle) kedalam proses dan sebagian kecil dibuang. Pembuangan mkroorganisme dilakukan untuk mengendalikan jumlah mikroorganisme dalam proses sehingga jumlah mikroorganisme dalam proses tidak berlebih maupun kurang karena hal ini akan mempengaruhi kinerja pengolahan air limbah.
Pada pengolahan tersuspensi, proses pengolahan dilakukan oleh mikroorganisme yang tersuspensi di dalam limbah cair. Beberapa proses pengolahan tersuspensi adalah sebagai berikut.
a. Activated Sludge (Pengolahann Lumpur Aktif)
Proses ini memanfaatkan mikroorganisme untuk menguraikan polutan, baik dalam suasana aerobik (dengan aerasi) maupun anaerobik (tanpa aerasi). Activated Sludge diaplikasikan pada pengolahan limbah cair domestik dan limbah cair industri yang memiliki kandungan zat organik yang tinggi. Air limbah dialirkan ke tangki aerasi. Di tangki ini air limbah dicampur lumpur yang telah diberi udara sehingga bakteri aerobik menjadi aktif. Bakteri ini akan mendekomposisi bahan organik dalam air limbah dan menggumpal. Gumpalan ini akan tertinggal di dasar tangki sehingga air lapisan atas menjadi jenuh. Bakteri memiliki peranan penting pada pengolahan dengan metode ini karena mikroorganisme bertanggung jawab untuk melakukan proses dekomposisi material organik dalam air limbah.
Kekurangan dari metode ini adalah diperlukan areal instalasi pengolahan limbah yang luas, mengingat proses lumpur aktif berlangsung dalam waktu yang lama, bisa berhari-hari. Timbulnya limbah baru, dimana terjadi kelebihan endapan lumpur dari pertumbuhan mikroorganisme yang kemudian menjadi limbah baru yang memerlukan proses lanjutan.
b. Sequential Batch Reactor (SBR)
Sequential Batch Reactor (SBR) merupakan modifikasi dari proses activated sludge dengan mengubah aliran (inflow) dan aerasi kontinu menjadi batch (diskrit). SBR menggabungkan tangki ekualisasi, tangki aerasi, dan tangki sedimentasi sekunder menjadi satu reaktor.
dibutuhkan lebih kecil dari activated sludge konvensional, waktu operasi yang dapat diatur dengan fleksibel, mudah dikembangkan, serta mengurangi lumpur.
c. Alternate Intermittent Cyclic Aeration Reactor (AICAR)
AICAR merupakan modifikasi dari proses activated sludge dengan membagi aliran menjadi dua reaktor paralel. Masing-masing reaktor terbagi menjadi bagian muka (front compartment) dan bagian belakang (rear compartment).
Keuntungan yang didapat dari teknologi ini adalah menghambat pertumbuhan filamentous microorganism yang tidak mengendap pada proses sedimentasi, didapatkan konsentrasi Mixed Liquor Suspended Solid (MLSS) yang mencukupi untuk mengontrol rasio substrat terhadap mikroorganisme.
Metode ini diterapkan untuk pengolahan limbah dari industri makanan dan tekstil.
d. Upflow Anaerobic Shudge Bed (UASB)
Upflow Anaerobic Shudge Bed (UASB) merupakan teknologi pengolahan yang umum digunakan dalam pengolahan limbah cair secara anaerobik. Pada teknologi ini, limbah cair dialirkan dari bawah ke atas melalui sludge bed. Dari proses ini didapatkan air jernih dan gas hasil proses anaerobik yang dapat dimanfaatkan.
Keuntungan dari metode ini adalah dapat mengolah limbah dalam jumlah besar, menekan jumlah lumpur yang dihasilkan, tidak membutuhkan oksigen sehingga menekan penggunaan energi untuk aerasi.
UASB digunakan untuk pengolahan limbah cair industri pengolahan makanan, minuman, pulp dan kertas, tekstil, kimia, dan petrokimia.
2. Metode Pertumbuhan Melekat
a. Trickling Filter
Trickling Filter adalah proses pengolahan limbah cair secara biologis dengan memanfaatkan mikroorganisme yang melekat pada permukaan media filter. Trickling Filter digunakan untuk menyisihkan kandungan zat organik pada limbah cair serta nitrifikasi (konversi Nitrogen dari amonia menjadi nitrat). Mikroorganisme yang berperan dalam Trickling Filter adalah mikroorganisme fakultatif yang dapat hidup dengan maupun tanpa kehadiran oksigen.
Kelebihan Trickling Filter yaitu efektif menghilangkan amonia dan bau, mudah dioperasikan dan dirawat, serta biaya operasi rendah, stabil terhadap perubahan konsentrasi zat organik, resisten terhadap kehadiran zat toksik (beracun) dalam limbah cair. Kekurangan dari Trickling Filter yaitu sering terjadi penyumbatan dan periode istirahat yang panjang.
Trickling Filter umumnya diaplikasikan pada pengolahan limbah cair domestik, namun dapat juga diaplikasikan pada pengolahan limbah cair industri yang memiliki kandungan zat organik yang tinggi.
b. Rotating Biological Contactors (RBC)
RBC terdiri dari atas serangkaian piringan (disk) dari bahan polystirene atau polivinil klorida (PVC). Rangkaian piringan tersebut sebagian terendam dalam bak berisi limbah cair dan berputar perlahan. RBC dapat digunakan untuk pengolahan sekunder dan proses nitrifikasi. Aplikasi dari RBC yaitu pengolahan limbah cair domestik, pengolahan limbah cair industri makanan, kimia, medis, tekstil dan pengolahan air minum.
c. Aerobic Fluidized Bed
sehingga dapat menyesuaikan diri pada kondisi reaktor dan mencegah terjadinya penyumbatan.
d. Anaerobic Fluidized Bed (AFB)
Bioreaktor Anaerobic Fluidized Bed (AFB) merupakan salah satu bentuk pengolahan anaerobik yang umum digunakan. AFB dapat digunakan untuk mereduksi senyawa organik toksik serta mendenitrifikasi nitrat dalam limbah cair. AFB saat ini diterapkan dalam pengolahan limbah cair indistri makanan, kertas, tekstil, dan petrokimia.
e. Fluidization Bed Crystallitation (FBC)
FBC merupakan alternatif teknologi pengolahan limbah anorganik dengan menambahkan carrier dan pereaksi pada reaktor sehingga komponen anorganik pada limbah cair bereaksi membentuk kristal. Metode ini dapat diaplikasikan pada pengolahan limbah cair yang mengandung flour, ion loogam berat, fosfat, amonia, dan pelunakan air dalam pengolahan air bersih dan limbah cair. Keuntungan dari FBC yaitu carrier memberikan luas permukaan yang besar untuk deposisi pada reaktor yang terpadu sehingga mengurangi luas lahan yang dibutuhkan dan tidak menghasilkan limbah sampingan berupa lumpur. FBC saat ini diaplikasikan dalam pengolahan limbah cair industri elektronika, kimia, dan pupuk.
2.3 Peran Mikroorganisme dalam Pengolahan Air Limbah secara Biologis Mikroba adalah jasad hidup yang memerlukan sumber nutrien dan lingkungan kehidupan yang sesuai untuk aktivitasnya (metabolisme, perkembangbiakan dan penyebaran). Karena di dalam air limbah kadang-kadang didapatkan sejumlah benda asing yang mungkin bersifat racun, maka pengaruhnya harus dapat dikontrol sebaik-baiknya.
itu sendiri akan berkembang biak apabila jumlah makanan yang terkandung di dalamnya cukup tersedia, sehingga pertumbuhan bakteri dapat dipertahankan secara konstan.
Jika jumlah bahan organik dalam air hanya sedikit, maka bakteri aerob mudah memecahkannya tanpa mengganggu keseimbangan oksigen dalam air. Jika bahan organik banyak maka bakteri pengurai ini akan berlipat ganda karena banyak makanan. Hal ini biasanya menyebabkan kekurangan oksigen.
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 pertama aktif, mulai menyesuaikan diri dengan lingkungan yang baru. Turbulensi aliran air akan menimbulkan pencampuran antara massa yang terdapat dalam air dengan air itu sendiri menyebabkan semua mikroba mulai melakukan aktivitas.
2.4Proses Pengolahan Limbah Cair Secara Biologi dengan Metode Trickling Filter
A. Pengertian Trickling Filter
Trickling filter merupakan salah satu aplikasi pengolahan air limbah dengan memanfaatkan teknologi biofilm. Trickling Filter ini terdiri dari suatu bak dengan media permeabel untuk pertumbuhan organisme yang tersusun oleh lapisan materi yang keras, kasar, tajam, dan kedap air. Kegunaannya adalah untuk mengolah air limbah dengan mekanisme air yang jatuh mengalir perlahan-lahan melalui lapisan batu untuk kemudian tersaring.
B. Komponen sistem trickling filter
Trickling filter mempunyai 3 komponen utama, yaitu: a. Distributor
Air limbah didistribusikan pada bagian atas lengan distributor yang dapat berputar.
b. Pengolahan (pada media trickling filter)
Sistem pengolahan pada trickling filter terdiri dari suatu bak atau bejana dengan media permeable untuk pertumbuhan bakteri. 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 sehingga proses biologis aerobic dapat berlangsung dengan baik. 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.
C. Faktor-faktor yang berpengaruh pada efisiensi penggunaan trickling filter
Agar fungsi trickling filter dapat berjalan dengan baik, diperlukan persyaratan-persyaratan sebagai berikut:
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 plastic yang dirancang sedemikian rupa sehingga menghasilkan panas yang tinggi.
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.
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.
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. Lama waku tinggal ini dimaksudkan agar mikroorganisme dapat menguraikan bahan-bahan organik dan tumbuh di permukaan media trickling filter membentuk lapisan biofilm atau lapisan berlendir.
pH
Pertumbuhan mikroorganisme khususnya bakteri, dipengaruhi oleh nilai pH. Agar pertumbuhan baik, diusahakan nilai pH mendekati keadaan netral. Nilai pH 4-9,5 dengan nilai pH yang optimum 6,5-7,5 merupKn lingkungan yang sesuai.
Pertumbuhan mikroorganisme juga dipengaruhi oleh suhu. Suhu yang baik untuk pertumbuhan mikroorganisme adalah 25-37oC. Selain itu suhu
juga mempengaruhi kecepatan reaksi dari proses biologis. Bahkan efisiensinya dari tricking filter sangat dipengaruhi oleh suhu.
Aerasi
Agar aerasi berlangsung dengan baik, media tricking filter harus disusun sedemikian rupa sehingga memungkinkan masuknya udara ke dalam sistem tricking filter tersebut. Ketersediaan udara dalam hal ini adalah oksigen sangat berpengaruh terhadap proses penguraian oleh mikroorganisme.
D. 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 Trickling Filter.
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.
Bahan organik yang ada dalam limbah cair diuraikan oleh mikroorganisme yang menempel pada media filter. Pada bagian biofilm, bahan organik diuraikan oleh mikroorganisme aerobik. Pertumbuhan mikroorganisme akan mempertebal lapisan biofilm (0,1 – 0,2 mm). Oksigen yang terdifusi dapat dikonsumsi sebelum film mencapai ketebalan maksimum. Pada saat mencapai ketebalan penuh, oksigen dapat mencapai penetrasi secara penuh, akibatnya bagian permukaan media menjadi anaerobik.
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.
Gambar 1. Rangkaian Alat Trickling Filter E. 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.
Air limbah tahu yang banyak mengandung bahan-bahan organik dan diuraikan mikroorganisme dan merangsang pertumbuhan mikroorganisme pada permukaan media yang berupa lapisan biofilm.
segera diuraikan dan zat-zat organisme koloidal diserap pada permukaan biofilm tersebut. Pada saat itu mikroorganisme akan tumbuh secara cepat.
BAB III PENUTUP
3.1 Simpulan
1. Pengolahan air limbah secara biologi merupakan pengolahan air limbah dengan memanfaatkan mikroorganisme.
3. Proses pengolahan limbah secara biologis akan menghasilkan indikator biologis yang terdiri dari jenis-jenis mikroba yang berperan, tergolong kedalamnya yaitu bakteria, mikroalgae dan protozoa. Bakteri diperlukan untuk menguraikan bahan organik yang ada di dalam air limbah.
4. Limbah cair dari industri tahu dapat diolah menggunakan cara biologi yaitu dengan metode Trickling Filter. Trickling filter merupakan salah satu aplikasi pengolahan air limbah dengan memanfaatkan teknologi biofilm. Trickling filter mempunyai 3 komponen utama, yaitu distributor, pengolahan dan pengumpul. Faktor-faktor yang berpengaruh pada efisiensi penggunaan trickling filter yaitu jenis media, diameter media, ketebalan susunan media, lama waktu tinggal trickling filter, pH, suhu, dan aerasi. Pengolahan limbah secara biologi dengan metode trickling filter umumnya diaplikasikan pada limbah cair domestik dan limbah cair industri.
3.2 Saran
