PENURUNAN SENYAWA ORGANIK LIMBAH CAIR INDUSTRI TAHU DENGAN PROSES BIOFILTER AEROB O l.

(1)

.

SKRIPSI

PENURUNAN SENYAWA ORGANIK LIMBAH CAIR

INDUSTRI TAHU DENGAN PROSES BIOFILTER

AEROB

O l e h :

YANIAR NURAINI

0752010030

PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN

FAKULTAS TEKNIK SIPIL & PERENCANAAN

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “ VETERAN” JATIM

SURABAYA

2012

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :

(2)

.

PENURUNAN SENYAWA ORGANIK LIMBAH CAIR

INDUSTRI TAHU DENGAN PROSES BIOFILTER

AEROB

untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam memperoleh Gelar Sarjana Teknik (S-1)

PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN

O l e h :

YANIAR NURAINI

0752010030

FAKULTAS TEKNIK SIPIL & PERENCANAAN

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “ VETERAN” JATIM

SURABAYA

2012

(3)

.

Telah dipertahankan dan diterima oleh Tim Penguji Skripsi

Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil & Perencanaan Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur

Pada hari : Kamis Tanggal : 25 Oktober 2012 NIP : 19620501 198803 1 001

Mengetahui,

Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan Untuk memperoleh gelar sarjana (S1), tanggal :...

Dekan Fakultas Teknik Sipil Dan Perencanaan

Ir. Naniek Ratni JAR., MKes NIP : 19590729 198603 2 00 1

(4)

.

Nama Lengkap : Yaniar Nuraini

NPM : 0752010030

No. Kegiatan Tempat/ Judul Selesai tahun

1 Kuliah Lapangan

PT. SI ER, PT. Royal Fisheries, PT. PI ER, Balai Konservasi hutan Mangrove Denpasar-Bali, PDAM Denpasar-Denpasar-Bali, PDAM Ubud-Bali

2010

2 KKN Probolinggo 2010

3 PBPAB Perencanaan Bangunan Pengolahan Air

Buangan I ndustri Penyamakan Kulit 2011

4 Kerja Praktek Proses Pengolahan Dan Pengelolaan Limbah

P.G. Tjoekir Jombang 2012

5 SKRI PSI Penurunan Senyawa Organik Limbah Cair

I ndustri Tahu Dengan Proses Biofilt er Aerob 2012

Or ang Tua

Nama : I yum Rahmawati

Alamat : Perum. Pondok I ndah Parahiangan Blok C/ 3 Ds. Dewasari

Kec. Cijeunj ing Kab. Ciamis-Jawa Barat

Telp : -

Pekerjaan : PNS

(5)

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan hidayah – Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan tugas skripsi ini dengan judul Penurunan Senyawa Organik Limbah Cair Industri Tahu Dengan Pr oses Biofilter Aerob. Tugas Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan bagi setiap mahasiswa Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, UPN “ Veteran “ Jawa Timur untuk mendapatkan gelar sarjana. Selama menyelesaikan tugas ini, penyusun telah banyak memperoleh bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini saya ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Ir. Naniek Ratni J.A.R.,Mkes , selaku Dekan Fakultas Teknik Sipil Dan Perencanaan UPN “Veteran” Jawa Timur.

2. Dr. Ir. Munawar , MT , selaku Ketua Program Studi Teknik Lingkungan UPN “Veteran” Jawa Timur. Dan selalu memberikan semangat serta saran-saran yang bermanfaat

3. Okik Hendriyanto C., ST, MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah membantu, mengarahkan dan membimbing hingga tugas ini dapat selesai dengan baik.

4. Kedua orang tua penyusun yang telah menjadi orang tua yang sabar dan selalu memberikan do’a serta dukungan moril maupun material.

5. Bapak dan Ibu dosen/staf program studi teknik lingkungan yang memberikan arahan selama masa perkuliahan.

(6)

6. Semua rekan-rekan di Teknik Lingkungan khususnya angkatan 2007 yang secara langsung maupun tidak langsung telah membantu hingga terselesainya tugas ini.

7. Semua pihak yang telah membantu dan yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.

Apabila masih banyak kekurangan dalam penyusunan tugas skripsi ini, saran dan kritik yang membangun akan saya terima. Akhir kata penyusun ucapkan terima kasih dan mohon maaf yang sebesar-besarnya apabila didalam laporan ini terdapat kata-kata yang kurang berkenan atau kurang dipahami.

Surabaya,

Penyusun

(7)

v

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ...

_i

ABSTRAK ... iii

ABSTRACT ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR GAMBAR ... ix

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang ... 1

I.2 Permasalahan ... 2

I.3 Tujuan ... 2

I.4 Manfaat ... 2

I.5 Ruang Lingkup ... 3

BAB II TINJ AUAN PUSTAKA II.1 Limbah Cair Industri ... 4

II.2 Limbah Cair Indusri Tahu ... 5

II.2.1 Karakteristik Limbah Cair Indutri Tahu ... 6

II.2.2 Baku Mutu Limbah Tahu ... 7

II.3 Pengolahan Limbah Cair Industri secara Biologis ... 7

II.3.1 Proses Pengolahan Biologis secara Anaerob ... 8

II.3.2 Proses Pengolahan Biologis secara Aerob ... 9 II.3.3 Faktor-faktor yang Mempengarui Mekanisme Proses

(8)

vi

II.4.2 Faktor-faktor yang Berpengaruh pada Pertumbuhan

Bakteri ... 13

II.5 Aklimatisasi ... 16

II.6 Reaktor Biofilter ... 17

II.6.1 Prinsip Pengolahan Air Limbah dengan Proses Biofilter ... 17

II.6.2 Media Biofilter ... 22

II.7 Landasan Teori ... 23

BAB III METODE PENELITIAN III.1 Bahan yang Digunakan ... 25

III.2 Peralatan Penelitian ... 25

III.3 Gambar Sketsa Alat ... 26

III.4 Prosedur Kerja ... 27

III.4.1 Tahap Persiapan ... 27

III.4.2 Tahap Percobaan Utama ... 28

III.5 Variabel Penelitian ... 28

III.6 Kerangka Penelitian ... 30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1 Pengaruh Debit (ml/menit) terhadap Efisiensi Penyisihan COD (%) ... 33

(9)

vii

IV.2 Pengaruh Tinggi Media (cm) terhadap Efisiensi Penyisihan COD (%) ... 36 IV.3 Pengaruh Debit (ml/menit) terhadap Efisiensi Penyisihan

TSS (%) ... 37 IV.4 Pengaruh Tinggi Media (cm) terhadap Efisiensi Penyisihan

TSS (%) ... 39 IV.5 Identifikasi Mikroorganisme... 41 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 Kesimpulan ... 44 V.2 Saran ... 45 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

(10)

viii

Tabel 4.2 Data Hasil Efisiensi Penyisihan COD ... 33 Tabel 4.3 Data Hasil Efisiensi Penyisihan TSS ... 37

(11)

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Mekanisme Proses Metabolisme di dalam Sistem Biofilm ... 18 Gambar 3.1 Rangkai Alat Penelitian ... 26 Gambar 4.1 Hubungan antara Debit terhadap Efisiensi Penyisihan COD

pada Variasi Tinggi Media ... 34 Gambar 4.2 Hubungan antara Tinggi Media terhadap Efisiensi Penyisihan

COD pada Variasi Debit... 36 Gambar 4.3 Hubungan antara Debit terhadap Efisiensi Penyisihan TSS pada

Variasi Tinggi Media ... 38 Gambar 4.4 Hubungan antara Tinggi Media terhadap Efisiensi Penyisihan

TSS pada Variasi Debit... 39 Gambar 4.5 Identifikasi Mikroorganisme ... 41

(12)

iii

mengandung senyawa organik yang tinggi. Tujuan dari penelitian ini adalah meneliti kemampuan biofilter aerob menggunakan media batu tembikar sebagai media biofilter. Pengolahan limbah dengan menggunakan proses biologi yaitu biofilter aerob diharapkan dapat membantu menurunkan kandungan Chemical

Oxygen Demand (COD), dan Total Suspended Solid (TSS) yang terkandung

dalam limbah cair industri tahu. Proses biofilter aerob disebut juga aerasi kontak sebab air limbah akan kontak dengan mikroorganisme yang menempel pada permukaan media. Pada penelitian ini variabel yang dilakukan adalah debit aliran (50, 100, 200, 300, dan 400 ml/menit) dan tinggi media (40, 50, 60, dan 70 cm). Dari hasil penelitian menggunakan biofilter ini menunjukan bahwa pada variabel debit 50 ml/menit dan tinggi media 70 cm mampu menurunkan kandungan COD dengan efisiensi penyisihan terbaik sebesar 79,72 % dan mampu menurunkan kandungan TSS dengan efisiensi penyisihan terbaik sebesar 95,34 %.

Kata kunci : Biofilter aerob, aerasi, COD dan TSS

(13)

iv

ABSTRACT

Liquid waste produced by the tofu industry still to be problem for the surrounding environment, due to in general, this household industry contained the high organic compound. The purpose of this research was to research the aerobic biofilter abilitis by means of the earthenware stone media as biofilter media. Wastewater processing by using biological process, namely the aerobic biofilter, is expected may help to lower the Chemical Oxygen Demand (COD) and Total Suspended Solid (TSS) contents contained in the liquid waste of the tofu industry. The aerobic biofilter process may also be called as contact aeration because of the waste water would contact to the microorganism adhering on the media surface. In this research the variables conducted were the flow debits (50, 100, 200, 300, and 400 ml/minute) and the media heights (40, 50, 60, and 70 cm). Of this research results using biofilter it showed that, on the debit variable of 50 ml/minute and the media height of 70 cm, is was capable to lower the COD content with the best elimination efficency of 79.72% and capable to lower the TSS content with the best elimination efficiency of 95.34%.

Key words: Aerobic biofilter, aeration, COD and TSS

(14)

1

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Industri tahu merupakan industri rakyat, yang sampai saat ini masih banyak yang berbentuk home industry. Industri ini adalah salah satu industri yang menghasilkan limbah organik. Limbah industri tahu yang dihasilkan dapat berupa limbah padat dan cair, tetapi limbah cair memiliki tingkat pencemaran lebih besar dari pada limbah padat. Limbah cair yang dikeluarkan oleh industri tahu masih menjadi masalah bagi lingkungan sekitarnya, karena pada umumnya industri rumah tangga ini mengalirkan air limbahnya langsung ke selokan atau sungai tanpa diolah terlebih dahulu. Keadaan ini disebabkan masih banyak pengrajin tahu yang belum mengerti akan kebersihan lingkungan, disamping tingkat ekonomi yang masih rendah sehingga pengolahan limbah akan menjadi beban yang cukup berat bagi mereka.

Upaya untuk menurunkan kandungan bahan organik dalam air buangan industri tahu yaitu melalaui pengolahan fisika-kimia, biologi secara aerob. Biofilter sebagai salah satu cara dalam pengolahan air limbah, dengan memanfaatkan kehadiran secara buatan dari kelompok mikroba yang melekat pada media yang dipakai. Untuk media filter, bahan harus kuat, keras, tahan tekanan, tahan lama, dan tidak mudah berubah. Proses biofilter disebut juga aerasi kontak sebab air limbah akan kontak dengan mikroorganisme yang

(15)

2

menempel pada permukaan media sehingga dapat meningkatkan efisiensi penguraian zat organik.(Pohan, 2008)

Dari beberapa referensi yang menyatakan kemampuan biofilter untuk menurunkan kandungan organik dalam limbah cair. Dalam penelitian ini akan diterapkan teknologi pengolahan limbah cair industri tahu dengan proses biofilter aerob menggunakan media batu tembikar sebagai media biofilter.

I.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan uraian latar belakang diketahui bahwa limbah cair industri tahu mengandung bahan organik yang tinggi, bila dibuang ke badan air tanpa pengolahan terlebih dahulu akan menimbulkan dampak negatif berupa penurunan kualitas badan air penerima.

I.3 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah meneliti kemampuan biofilter aerob menggunakan media batu tembikar sebagai media biofilter dalam menurunkan COD dan TSS limbah cair industri tahu serta identifikasi mikroorganisme yang berperan dalam proses biofilter.

I.4 Manfaat Penelitian

Manfaat ingin dicapai dari penelitian ini adalah :

1. Sebagai bahan masukan berupa informasi teknologi alternatif dalam pengolahan limbah cair industri tahu.

(16)

2. Mencegah pencemaran yang lebih parah pada badan air di sepanjang daerah industri tahu.

I.5 Ruang Lingkup

Adapun ruang lingkup pada sistem pengolahan dengan bioteknologi ini adalah :

1. Penelitian ini dilakukan dalam skala laboratorium meliputi, proses biologis dengan sistem biofilter aerobik.

2. Media biofilter yang digunakan adalah batu tembikar.

3. Parameter yang akan di uji dalam penilitian ini adalah chemical oxygen

demand (COD) dan total suspended solid (TSS)

(17)

4 BAB II

TINJ AUAN PUSTAKA

II.1 Limbah Cair Industri

Istilah pencemaran air atau polusi air cenderung semakin mengemuka sekarang ini, dan mungkin juga di masa-masa mendatang, mengingat masalah penurunan kualitas air semakin dirasakan oleh masyarakat pada umumnya. Pencemaran air pada lingkungan hidup masyarakat, dapat diakibatkan oleh banyak hal, terutama yang berkaitan dengan aktifitas hidup manusia. Limbah cair dari industri merupakan faktor terbesar yang sangat signifikan dalam mencemarkan badan air dan sekaligus menurunkan kualitas air di lingkungan tersebut.

Limbah cair dari industri dalam proses pengeluaran sisa hasil produksi biasa disebut dengan effluen. Effluen limbah cair industri yang dikeluarkan ke lingkungan sangat menentukan dan mempengaruhi kualitas air. Oleh karena itu, effluen limbah cair yang akan dibuang ke badan air harus sudah melalui proses pengolahan limbah.

Air limbah industri kalau tidak diolah terlebih dahulu akan menimbulkan banyak masalah. Air sungai, danau, atau badan air lain akan menurun jumlah oksigen terlarutnya, di samping meningkatnya jumlah mikroorganisme tertentu.

Sifat limbah industri lain yang perlu diperhatikan adalah pH, temperatur, dan unsur-unsur yang bersifat toksik bagi mikroorganisme seperti logam berat. Masuknya limbah cair ke dalam badan air dapat menyebabkan pencemaran air,

(18)

jika limbah tersebut tidak melalui proses pengolahan limbah yang baik terlebih dahulu. Masukanya unsur asing ke dalam air disebut kontaminasi. Pencemaran adalah kontaminasi yang mencapai tingkat yang dapat mengganggu penggunaan air tersebut.

Dengan demikian, pencemaran air dapat didefinisikan yaitu masuknya atau dimasukannya makhluk hidup, zat, energi, dan atau komponen lain ke dalam air oleh kegiatan manusia sehingga kualitas air menurun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan air tidak berfungsi lagi sesuai peruntukkannya. Untuk itu, setiap industri diwajibkan mengolah limbahnya sesuai dangan ketentuan yang ditetapkan oleh pemerintah daerah, maupun pemerintah pusat. Hal ini dimaksudkan agar tidak terjadi peurunan kualitas dan keseimbangan ekosistem khususnya lingkungan biotik, termasuk di dalamnya adalah manusia (Said, 2005).

II.2 Limbah Cair Industri Tahu

Limbah cair industri tahu memiliki beban pencemar yang tinggi terutama bahan bakunya yang berasal dari kacang-kacangan terutama kedelai, sehingga jika dibuang langsung ke badan air penerima akan menyebabkan pencemaran. Pencemaran limbah cair industri tahu berasal dari bekas air perendaman kedelai, air bekas pembuatan tahu dan air perendaman tahu. Air limbah tersebut mengandung bahan organik, bila bahan tersebut dibuang langsung ke badan air tanpa adanya pengolahan yang memadai maka akan menyebabkan pencemaran, seperti menimbulkan bau tidak enak dan berkurangnya oksigen terlarut dalam air. Sehingga kadar oksigen semakin lama akan semakin menipis dan organisme yang

(19)

6

hidup didalam air akan tergantung pada lingkungan. Apabila pencemaran berlangsung terus menerus maka akan menyebabkan matinya organisme tersebut, mengingat air berubah kondisinya menjadi anaerob.

II.2.1 Karakteristik Limbah Cair Industri Tahu

Untuk limbah industri tahu tempe ada dua hal yang perlu diperhatikan yakni karakteristik fisika dan kimia. Karakteristik fisika meliputi padatan total, suhu, warna dan bau. Karakteristik kimia meliputi bahan organik, bahan anorganik dan gas.

Menurut Nurhasan dan Pramudyanto, bahan-bahan organik yang terkandung di dalam buangan indutri tahu pada umunya sangat tinggi di dalam air buangan tersebut dapat berupa protein, karbohidrat, lemak dan minyak. Di antara senyawa-senyawa tersebut, protein dan lemak yang jumlahnya paling besar (Pohan, 2008), mencapai 40% - 60% protein, 25% - 50% karbohidrat, dan 10% lemak (Sugiharto,1994). Bertambah lama bahan-bahan organik ini volumenya semakin meningkat, dalam hal ini akan menyulitkan pengelolaan limbah, karena beberapa zat sulit diuraikan oleh mikroorganisme didalam air limbah tahu tersebut. Untuk menentukan besarnya kandungan bahan organik digunakan beberapa teknik pengujian seperti BOD, COD dan TSS. Uji BOD merupakan parameter yang sering digunakan untuk mengetahui tingkat pencemaran bahan organik, baik dari industri ataupun dari rumah tangga.

Pada umumnya konsentrasi ion hidrogen buangan industri tahu bersifat asam. Komponen terbesar dari limbah cair tahu yaitu protein, sehingga masuknya

(20)

limbah cair tahu ke lingkungan perairan akan meningkatkan total nitrogen. Sebelum melakukan upaya pengolahan maka perlu melakukan identifikasi karakteristik limbah tahu.

II.2.2 Baku Mutu Limbah Tahu

Parameter kunci dalam pengendalian limbah cair yang berasal dari industri pembuatan tahu adalah BOD, COD, TSS, dan pH, menurut S. K. Gubernur Jatim No. 45 Tahun 2002 tentang baku mutu limbah tahu dan kecap / tempe yang ditampilkan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Baku mutu limbah cair industri tahu

Volume Limbah Cair Maximum per satuan Bahan Baku Tahu : 20 m3 / ton kedelai

Kecap / Tempe: 10 m3 / ton kedelai

Parameter Kadar Maximum ( mg/l)

BOD5 150

COD 300

TSS 100

pH 6 – 9

II.3 Pengolahan Limbah Cair Industri secara Biologis

Pengolahan air buangan secara biologis adalah suatu cara pengolahan yang diarahkan untuk menurunkan atau menyisihkan substrat tertentu yang terkadung

(21)

8

dalam air buangan dengan memanfaatkan aktivitas mikroorganisme untuk melakukan perombakan substrat tersebut.

Proses pengolahan air buangan secara biologis dapat berlangsung dalam tiga lingkungan utama yaitu:

1. Lingkungan Aerob, yaitu lingkungan dimana oksigen terlarut (DO) di dalam air cukup banyak sehingga oksigen bukan merupakan faktor pembatas.

2. Lingkungan Anoksik, yaitu lingkungan dimana oksigen terlarut (DO) di dalam air ada dalam konsentrasi rendah.

3. Lingkungan Anaerob, merupakan kebalikan dari lingkungan aerob, yaitu tidak terdapat oksigen terlarut, sehingga oksigen menjadi faktor pembatas berlangsungnya proses metabolisme aerob.

II.3.1 Proses Pengolahan Biologis secara Anaer ob

Polutan-polutan organik komplek seperti lemak, protein dan karbohidrat pada kondisi anaerobik akan dihidrolisa oleh enzim hydrolase yang dihasilkan bakteri pada tahap pertama. Enzim penghidrolisa seperti lipase, protease, dan cellulose. Hasil hidrolisa polimer-polimer diatas adalah monomer seperti monosakarida, asam amino, peptide dan gliserin. Selanjutnya monomer-monomer ini akan diuraikan menjadi asam-asam lemak dan gas hydrogen.

Kumpulan mikroorganisme, umumnya bakteri terlibat dalam transformasi senyawa komplek organik menjadi mektan. Reaksinya dapat digambarkan pada persamaan (1) seperti berikut ini:

(22)

Senyawa Organik CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S...(1)

Meskipun beberapa jamur (fungi) dan protozoa dapat ditemukan dalam penguraian anaerobik, bakteri-bakteri tetap merupakan mikroorganisme yang paling dominan didalam proses penguraian anaerobik (Said, 2002).

Beberapa faktor yang berpengaruh terhadap penguraian secara anaerobik yaitu temperatur, waktu tinggal (retention time), keasaman (pH), Komposisi kimia air limbah, kompetensi antara metanogen dan bakteri racun.

II.3.2 Proses Pengolahan Biologis secara Aerob

Di dalam proses pengolahan air limbah organik secara biologis aerobik, senyawa kompleks organik akan terurai oleh aktivitas mikroorganisme aerob. Mikroorganisme tersebut di dalam aktivitasnya memerlukan oksigen atau udara untuk memecah senyawa organik yang kompleks menjadi CO2 (karbondoksida)

dan air serta ammonium, selanjutnya ammonium akan diubah menjadi nitrat dan H2S akan dioksidasi menjadi sulfat. Secara sederhana reaksi penguraian senyawa

organik secara aerobik dapat digambarkan pada persamaan (2) sebagai berikut: Reaksi pengurai organik:

Oksigen (O2)

Senyawa Polutan Organik CO2 + H2O + NH4 + Biomasa (2)

Heterotropik (Herlambang, 2001)

(23)

10

Beberapa perbedaan antara proses anaerobik dengan aerobik:

1. Proses anaerobik dapat menggunakan CO2 dan tidak membutuhkan

oksigen.

2. Penguraian anaerobik menghasilkan lebih sedikit lumpur. Energi yang dihasilkan bakteri anaerob relatif rendah. Sebagian besar energi didapat dari pemecahan substrat yang ditemukan dalam hasil akhir, CH4.

3. Penguraian anaerobik lebih lambat dari pada proses aerobik, juga sensitif terhadap senyawa toksik. Start up membutuhkan waktu lama.

II.3.3 Faktor- faktor yang Mempengar uhi Mekanisme Proses Aerob 1. Temperatur (Suhu limbah)

Temperatur tidak hanya mempengaruhi aktivitas metabolisme dari populasi mikroorganisme, tetapi juga mempengaruhi beberapa faktor seperti kecepatan transfer gas dan karakteristik pengendapan lumpur. Temperatur optimum untuk mikroorganisme dalam proses aerob tidak berbeda dengan proses anaerob yaitu 250 - 350.

2. Keasaman (pH)

Nilai pH merupakan faktor kunci bagi pertumbuhan mikroorganisme. Beberapa bakteri dapat hidup pada pH diatas 9.5 dan di bawah 4.0. secara umum pH optimum bagi pertumbuhan mikroorganisme adalah sekitar 6.5 – 7.5.

(24)

3. Waktu Tinggal Hidrolis (WTH)

Waktu tinggal hidrolis adalah waktu perjalanan limbah cair di dalam reaktor atau lamanya proses pengolahan limbah cair tersebut. Semakin lama waktu tinggal, maka penyisihan yang terjadi akan semakin besar. Sedangkan waktu tinggal pada reaktor aerob sangat bervariasi dari 1 jam hingga berhari-hari.

4. Nutrien

Disamping kebutuhan karbon dan energi, mikroorganisme juga membutuhkan nutrien untuk sintesa sel dan pertumbuhan. Kebutuhan nutrien tersebut dinyatakan dalam bentuk perbandingan antara karbon dan nitrogen serta phosphor yang merupakan nutrien anorganik utama yang diperlukan mikroorganisme.(Said, 2002)

II.4 Pertumbuhan Bakteri

Pertumbuhan bakteri dapat dilakukan dengan cara memasukkan sejumlah bakteri ke sebuah reaktor batch yang didalamnya telah disediakan medium pertumbuhan mikroba yang diperkaya dengan nutrien dan lingkungan pertumbuhan yang memadai. Mengingat proses Biofilter yang dilakukan merupakan proses biologis yang berlangsung secara aerob sehingga proses pertumbuhan bakteri aerob perlu diketahui.

(25)

12

II.4.1 Pertumbuhan Bakteri Aerob

Pengolahan aerob pada umunya tidak lepas dari peran serta bakteri aerob untuk mengolah air buangan yang ada. Proses pertumbuhan bakteri aerob ini dapat dikategorikan menjadi 2 (dua) macam, yaitu:

1. Pertumbuahan Bakteri Tersuspensi (Suspended Growth)

Proses pertumbuhan bakteri tersuspensi merupakan proses pengolahan biologi dengan menggunakan bakteri tercampur yang berfungsi untuk menurunkan kandungan organik dari air buangan menjadi gas dan partikel tersuspensi. Banyak proses pertumbuhan bakteri tersuspensi yang dioperasikan di industri, salah satunya dengan metode pemisahan konsentrasi oksigen (aerob). Pereaksi yang digunakan adalah bahan organik dan lumpur-lumpur organik. Proses pertumbuhan bakteri tersuspensi yang paling umum digunakan dalam pengolahan buangan adalah proses lumpur aktif, aerated lagoon dan aerobic digention (Metcalf and Eddy, 2003). 2. Pertumbuhan Bakteri Lekat (Attached-Growth)

Proses tersebut merupakan pengolahan biologi dengan menggunakan bakteri yang melakat pada media untuk mengubah kandungan organik atau kandungan lain di dalam air buangan tersebut. Bakteri ini menggabungkan diri pada beberapa perantara padat diantaranya bebatuan, arang atau bahan-bahan yang didesain khusus sebagai media tumbuh seperti keramik atau plastik. Pada proses penggabungan dalam suatu media, bakteri akan berkembang untuk mendegradasi air buangan sehingga membentuk suatu

(26)

lapisan tebal (lendir) yang dikenal sebagai lapisan biofilm (Metcalf and Eddy, 2003).

Pada lapisan biofilm bahan-bahan organik akan diuraikan oleh mikroorganisme yang menempel pada media. Bahan organik sebagai substrat yang terlarut dalam air limbah diadsorbsi ke dalam biofilm atau lapisan berlendir. Pada lapisan biofilm, bahan organik diuraikan oleh mikroorganisme aerobik. Pertumbuhan mikroorganisme akan mempertebal maksimum. Pada saat mencapai ketebalan penuh maka oksigen tidak dapat mencapai penetralisasi secara penuh, sehingga bahan organik yang diadsorbsi tidak dapat diuraikan oleh bakteri aerob karena tidak sampainya di permukaan media.

Tersedianya bahan organik untuk mikroorganisme pada bagian permukaan media sehingga keadaan menjadi anaerob dan mikroorganisme tersebut mengalami fase endogenous (kematian). Pada akhirnya mikroorganisme sebagai biofilm tersebut akan lepas dari media. Cairan yang masuk akan membantu mencuci dan mendorong biofilm keluar, setelah itu lapisan biofilm baru akan segera mulai tumbuh, inilah yang disebut dengan

sloughing.

II.4.2 Faktor-faktor yang Berpengaruh pada pertumbuhan Bakteri 1. Energi dan Sintesa Sel

Semua kehidupan organisme menggunakan suatu bentuk umum simpanan energi. Apapun sumber energi, energi yang didapatkan dari

(27)

14

sumbernya disimpan didalam sel sebagai ikatan energi kimiawi dalam bentuk adenosine trifosfat (ATP).

2. Kebutuhan Nutrisi

Semua proses biologi yang digunakan untuk pengolahan air limbah selalu berbasis pada kebutuhan nutrisi mikroorganisme. Bagi mikroorganisme, kebutuhan nutrient diperlukan untuk:

1) Memperoleh bahan yang diperlukan untuk sintesa bahan-bahan sitoplasma.

2) Menyediakan sumber energi untuk pertumbuhan sel dan reaksi biosintetik.

3) Menyediakan sumber akseptor elektron yang dilepaskan selama reaksi biokimia dalam sel.

3. Enzim Mikroba

Semua aktifitas sel mikroba tergantung pada penggunaan makanan dan semua reaksi kimiawi yang terkait didalamnya terkontrol oleh enzim. Enzim adalah protein yang diproduksi oleh sel hidup, berfungsi sebagai katalis untuk mempercepat laju reaksi spesifik yang terjadi dalam sel. Enzim bersifat spesifik yang hanya akan mengkatalisa reaksi tertentu dan akan berfungsi hanya untuk satu jenis zat tertentu saja.

(28)

4. Pengaruh Temperatur

Berdasarkan pada rentang temperatur dimana mikroba dapat hidup dan tumbuh kembang dengan baik, maka dapat diklasifikasikan menjadi :

1) Mikroorganisme Psikofilik = 00 – 200 C dengan suhu optimum 150 – 180C

2) Mikroorganisme Mesofilik = 200 – 450C dengan suhu optimum 300– 400 C

3) Mikroorganisme Thermofilik = 450 – 750 C dengan suhu optimum 450 – 700 C

5. Kebutuhan Oksigen

Ada tidaknya oksigen dalam proses oksidasi nutrien dapat dibagi menjadi 3 kelompok. Organisme aerobik, memerlukan oksigen bebas sebagai sumber oksidator. Organisme anaerobik, tidak memerlukan oksigen sebagai sumber oksidator. Organisme fakultatif, dapat menggunakan oksigen atau komponen lain sebagai akseptornya. Akan tetapi, akan tumbuh lebih efisien dalam suasana aerobik.

6. Pengaruh pH

Kebanyakan bakteri, baik dalam biakan murni maupun dalam kultur campuran seperti dalam bioreaktor air limbah, memiliki rentang pH untuk pertumbuhan antara pH 4 dan 9. secara umum pH optimum untuk pertumbuhan mikroba pada rentang 6,5 – 7,5. (Tarigan, 2006)

(29)

16

II.5 Aklimatisasi

Aklimatisasi merupakan serangkaian proses dalam pembiakan terhadap bakteri. Aklimatisasi dilakukan untuk memperoleh suatu populasi bakteri agar dapat membentuk populasinya sehingga mampu mengoksidasi atau mengurangi kandungan zat organik di dalam air.

Proses ini merupakan proses pembibitan dimana bakteri diusahakan tumbuh dengan baik, oleh karenanya jenis bakteri dan faktor lingkungannya harus diperhatikan dalam proses ini. Dengan mengatur debit yang masuk sistem rektor bersamaan dengan aliran reisrkulasi lumpur aktif yang kaya akan bakteri bercampur dengan aliran limbah yang masuk sehingga bakteri tersebut mendapatkan makanannya dan melakukan metabolisme untuk berkembang biak. Semakin lama bakteri bersentuhan dengan aliran limbah dan dengan penambahan aerasi yang cukup, maka akan memberikan peningkatan jumlah bakteri. Dengan adanya peningkatan jumlah bakteri akan memberikan keadaan didalam reaktor yang penuh dengan bakteri sehingga bakteri yang kalah dalam persaingan dalam persaingan untuk mendapatkan oksigen terlarut dan makanannya (substrat) akan mengalami endogenous (mati), hal ini ditandai adanya lumpur berwarna hitam (sloughing).

Pada proses aklimatisasi bakteri dilakukan secara kontinyu dan memerlukan nutrien (makanan) agar pertumbuhan bakteri dapat terjaga dengan baik.

(30)

II.6 Reaktor Biofilter

Reaktor biofilter lekat tercelup adalah suatu bioreaktor lekat diam dimana mikroorganisme tumbuh dan berkembang pada permukaan suatu media, yang dapat terbuat dari plastik atau batu, yang dalam operasinya tercelup sebagian atau seluruhnya, atau hanya dilewati air saja (tidak tercelup sama sekali), dengan membentuk suatu lapisan lendir untuk melekat di atas permukaan media tersebut, sehingga membentuk lapisan biofilm.

Biofilm tumbuh pada hampir semua permukaan didalam suatu lingkungan perairan. Sistem biofilm ini kemudian dimanfaatkan dalam proses pengolahan air buangan untuk menurunkan kandungan senyawa organik. Biofilm merupakan lapisan yang terbentuk dari sel-sel biosolid dan material inorganik bentuk polimetrik matriks yang menempel pada suatu lapisan penyokong (support media).

II.6.1 Pr insip Pengolahan Air Limbah dengan Proses Biofilter

Proses pengolahan air limbah dengan sistem biofilter dapat dilakukan dalam kondisi aerobik, anaerobik, dan kombinasi aerobik dan anaerobik. Mekanisme proses metabolisme di dalam sistem biofilm secara aerobik dengan sederhana dapat diterangkan seperti pada Gambar 2.1.

(31)

18

Gambar 2.1 Mekanisme Proses Metabolisme di dalam Sistem Biofilm Gambar tersebut menunjukkan suatu sistem biofilm yang terdiri dari medium penyangga, lapisan biofilm yang melekat medium, lapisan air limbah dan lapisan udara yang terletak di luar. Senyawa polutan yang ada di dalam air limbah misalnya senyawa organik (BOD, COD), ammonia, phosphor dan lainnya akan terdifusi ke dalam lapisan atau biofilm yang melekat pada permukaan medium. Pada saat yang bersamaan dengan menggunakan oksigen yang terlarut di dalam air limbah senyawa polutan tersebut akan diuraikan oleh mikroorganisme yang ada di dalam lapisan biofilm dan energi yang dihasilkan akan diubah menjadi biomassa. Suplai oksigen pada lapisan biofilm dapat dilakukan dengan beberapa cara misalnya pada sistem RBC yakni dengan kontak dengan udara luar, pada sistem Trickling Filter dengan aliran balik udara, sedangkan pada sistem biofilter tercelup dengan menggunakan blower udara atau pompa sirkulasi.

Jika lapisan mikrobiologis cukup tebal, maka pada bagian luar lapisan mikrobiologis akan berada dalam kondisi aerobik sedangkan pada bagian dalam

(32)

biofilm yang melekat pada medium akan berada dalam kondisi anaerobik. Pada kodisi anaerobik akan terbentuk gas H2S, dan jika konsentrasi oksigen terlarut

cukup besar maka gas H2S yang terbentuk tersebut akan diubah menjadi sulfat

(SO4) oleh bakteri sulfat yang ada di dalam biofilm. Selain itu pada zona nitrogen

ammonium akan diubah menjadi nitrit dan nitrat dan selanjutnya pada zona anaerob nitrat yang terbentuk mengalami proses denitrifikasi menjadi gas nitrogen. Oleh karena dalam sistem biofilm terjadi kondisi anaerobik dan aerobik pada saat bersamaan maka dengan sistem tersebut proses penghilangan senyawa nitrogen menjadi lebih mudah.

Proses pengolahan air limbah dengan proses biofilm dilakukan dengan cara mengalirkan air limbah ke dalam reaktor biologis yang didalamnya diisi dengan media penyangga untuk pengembang biakan mikroorganisme dengan atau tanpa aerasi. Di dalam proses pengolahan air limbah dengan sistem biofilter tercelup aerobik, sistem suplai udara dapat dilakukan dengan berbagai cara, tetapi yang sering digunakan adalah aerasi samping, aerasi tengah, aerasi merata seluruh permukaan, aerasi eksternal, aerasi dengan ”air lift pump”, dan aerasi dengan sistem mekanik. Masing-masing cara mempunyai keuntungan dan kerugian. Sistem aerasi juga tergantung dari jenis media maupun efisiensi yang diharapkan. Penyerapan oksigen dapat terjadi disebabkan terutama karena aliran sirkulasi atau aliran putar kecuali pada sistem aerasi merata diseluruh permukaan media.

Proses biofilter dengan sistem aerasi merata lapisan mikroorganisme yang melekat pada permukaan media mudah terlepas, sehingga seringkali proses menjadi tidak stabil. Tetapi didalam sistem aerasi melalui aliran putar,

(33)

20

kemampuan penyerapan oksigen hampir sama dengan sistem aerasi dengan menggunakan diffuser, oleh karena itu untuk penambahan jumlah yang besar sulit dilakukan. Berdasarkan hal tersebut diatas belakangan ini sistem aerasi merata banyak dilakukan karena mempunyai kemampuan penyerapan oksigen besar. Jika kemampuan penyerapan oksigen besar maka dapat digunakan untuk mengolah air limbah dengan beban organik (organic loading) yang besar pula. Oleh karena itu diperlukan juga media biofilter yang dapat melekatkan mikroorganisme dalam jumlah yang besar.

Sistem aliran jika menggunakan dari atas ke bawah (down flow) maka sedikit banyak terjadi efek filtrasi sehingga terjadi proses penumpukan lumpur organik pada bagian atas media yang dapat mengakibatkan penyumbatan. Sehingga perlu proses pencucian yang secukupnya. Jika terjadi penyumbatan maka dapat terjadi aliran singkat (short pass) dan juga terjadi penurunan jumlah aliran sehingga kapasitas pengolahan dapat menurun secara drastis.

Pengolahan limbah cair dengan proses biofilm mempunyai beberapa keunggulan antara lain :

1. Pengoperasian mudah.

Didalam proses pengolahan air limbah dengan sistem biofilm, tanpa dilakukan resirkulasi lumpur, tidak terjadi masalah “bulking”. 2. Lumpur yang dihasilkan sedikit.

Dibandingkan dengan proses lumpur aktif, lumpur yang dihasilkan pada proses biofilm relatif lebih kecil. Di dalam proses Lumpur aktif antara 30-60% dari BOD yang dihilangkan (removal BOD) diubah

(34)

menjadi Lumpur aktif (biomasa) sedangkan pada proses biofilm hanya sekitar 10 – 30%, hal ini disebabkan karena pada proses biofilm rantai makanan lebih panjang dan melibatkan aktivitas mikroorganisme dengan orde yang lebih tinggi dibandingkan pada proses lumpur aktif. 3. Dapat digunakan untuk pengolahan air limbah dengan

konsentrasi rendah maupun konsentrasi tinggi.

Oleh karena di dalam proses pengolahan air limbah dengan sistem biofilm mikroorganisme melekat pada permukaan medium penyangga maka pengontrolan terhadap mikroorganisme lebih mudah. Proses biofilm tersebut cocok digunakan untuk mengolah air limbah dengan konsentrasi rendah maupun tinggi.

4. Tahan terhadap fluktuasi jumlah air limbah maupun fluktuasi konsentrasi.

Pengaruh penurunan suhu terhadap efsiensi pengolahan kecil. Jika suhu air limbah turun maka aktifitas mikroorganisme juga berkurang tetapi oleh karena di dalam proses biofilm substrat maupun enzim dapat terdifusi sampai ke bagian dalam lapisan biofilm dan juga lapisan biofilm bertambah besar maka pengaruh penurunan suhu (suhu rendah) tidak begitu besar.

5. Pengaruh penur unan suhu terhadap efisiensi pengolahan kecil Jika suhu air limbah turun maka aktifitas mikroorganisme juga berkurang, tetapi oleh karena di dalam proses biofilm substrat maupun enzim dapat terdifusi sampai ke bagian dalam lapisan biofilm dan juga

(35)

22

lapisan biofilm bertambah tebal maka pengaruh penurunan suhu (suhu rendah) tidak begitu besar. (Said, 2005)

II.6.2 Media Biofilter

Media biofiter termasuk hal yang penting, karena sebagai tempat tumbuh dan menempel mikroorganisme, untuk mendapatkan unsur-unsur kehidupan yang dibutuhkannya, seperti nutrient dan oksigen. Dua sifat yang paling penting yang harus ada dari media adalah:

1. Luas permukaan dari media, karena semakin luas permukaan media maka semakin besar jumlah biomassa per unit volume.

2. Persentase ruang kosong, karena semakin besar ruang kosong maka semakin besar kontak biomassa yang menempel pada media pendukung dengan substrat yang ada dalam air buangan.

Media biofilter yang digunakan secara umum dapat berupa material organik maupun material anorganik. Untuk media biofilterdari bahan organik misalnya dalam bentuk tali, bentuk jarring, butian tak beratur (random packing), bentuk papan (plate), bentuk sarang tawon, dan lain-lain. Sedangkan untuk media biofilter dari bahan anorganik misalnya batu pecah (split), batu marmer, kerikil, batu tembikar, batu bara (kokas), dan lainnya.

Biasanya untuk media biofilter dari bahan anorganik, semakin kecil diameternya luas permukaannya semakin besar, sehingga jumlah mikroorganisme yang dapat dibiakkan semakin besar pula, tetapi volume rongga menjadi kecil.(Anonim, 2011)

(36)

II.7 Landasan Teori

Teori yang melandasi penelitian ini didasari atas penurunan polutan organik secara biologis dengan menggunakan bakteri aerobik yang melekat pada reaktor biofilter dengan media batu tembikar.

Mekanisme mengurangi bahan organik adalah serupa dengan proses lumpur aktif. Bagian besar cairan diterapkan pada permukaan filter dengan cepat melewati melalui dan remaimder yang menetes perlahan di atas permukaan pertumbuhan lendir. Penghapusan koloid organik dalam suspensi dan zat terlarut terjadi oleh 'biosorpsi' dan koagulasi dari bagian aliran yang melewati cepat, dan dengan proses biasa sintesis dan respirasi dari bagian dari aliran dengan waktu tinggal yang lama. Waktu tinggal ini terutama berkaitan dengan pemuatan hidrolik, sehingga tampaknya masuk akal bahwa semakin besar loading hidrolik proses yang lebih akan tergantung pada biosorpsi dan kurang itu akan tergantung pada sintesis dan respirasi, hal lain dianggap sama. Tindakan filter tergantung pada aktivitas metabolik bakteri zoogleal atau filamen atau jamur. Ini menjajah luas permukaan medium dukungan dan membentuk dasar dari 'film' yang juga berisi populasi protozoa serta padat amorf yang berasal dari limbah.

Faktor-faktor yang berpengaruh pada proses biologis dengan menggunakan biofilter media batu tembikar:

1. Waktu Tinggal (td)

Waktu tinggal (td) adalah waktu perjalanan limbah cair di dalam reaktor, atau lamanya waktu kontak antara air buangan yang diolah dengan mikroorganisme dalam reaktor. Tujuannya untuk meningkatkan kapasitas

(37)

24

pengolahan yang sesuai dengan kebutuhan agar dapat mengatasi debit air buangan yang besar.

2. Resirkulasi

Resirkulasi adalah suatu metode pencampuran effluen dan influen air limbah dengan menyeimbangkan beban hidrolik dengan beban nutrien.

Pertimbangan resirkulasi didasarkan pada faktor-faktor yang menyebabkan meningkatnya pengolahan dengan resirkulasi, antara lain :

a. Bahan organik di dalam effluen filter yang di resirkulasi dimasukkan kembali sehingga terjadi kontak dengan bahan biologis di dalam filter lebih dari satu kali. Hal ini menambah waktu kontak dengan mikroorganisme.

b. Jika resirkulasi dialirkan melalui bak sedimentasi, aliran ini akan mengencerkan aliran air buangan dengan beban yang besar dan menambah air buangan dengan beban yang kecil. Hal ini membantu menjaga kondisi filter tetap baik selama periode fluktuasi pembebanan.

(38)

25

BAB III

METODE PENELITIAN

II.1 Bahan yang Digunakan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Limbah cair industri tahu yang berada di Surabaya dan parameter yang dianalisa adalah COD, dan TSS.

2. Batu tembikar

3. Bahan pembantu yng merupakan bahan-bahan uji COD, dan TSS.

III.2 Peralatan Penelitian

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Bak penampung volume 17 liter

2. Bak equalisasi volume 15 liter

3. Reaktor biofilter aerob yang terbuat dari bahan plastik fibber, berukuran diameter = 21 cm dan tinggi = 100 cm.

4. Valve atau kran ukuran ½ inchi 5. Pompa

6. Aerator

(39)

26

III.3 Gambar Sketsa Alat

Gambar 3.1 Rangkaian Alat Penelitian Keterangan

1. Bak Penampung V = Valve (kran)

2. Bak Equalisasi P = Pompa

3. Reaktor Biofilter A = Aerator

4. Media Biofilter (tembikar) 5. Bak Penampung Effluent

(40)

III.4 Pr osedur Kerja

Penelitian ini dikerjakan dalam dua tahap proses, yaitu tahap persiapan dan tahap pelaksanaan.

III.4.1 Tahap Per siapan

Tahap persiapan ini meliuti proses aklimatisasi (penumbuhan bakteri dalam media) sehingga reaktor siap dipakai untuk penyisihan bahan organik. Proses ini merupakan proses pembibitan dimana mikroorganisme diusahakan tumbuh dengan baik, oleh karena jenis, makanan dan lingkungan mikroorganisme harus diperhatikan. Bibit mikroorganisme pada mulanya diperoleh dari limbah cair industri tahu yang dimasukkan ke dalam bak kemudian disirkulasi dalam reaktor dan di aerasi terus menerus sampai tumbuh biofilm yang menempel pada media selama ±10 hari. Aklimatisasi dilakukan untuk mendapatkan suatu kultur yang mantap dari mikroorganisme dan mampu beradaptasi dengan air buangan yang akan diolah.

Prosesnya sebagai berikut:

Air seeding yang ada dalam reaktor diambil 10% dari total volume air seeding dan diganti dengan air limbah tahu biarkan 1 hari. Pada hari kedua diambil 20% dan diganti dengan air limbah tahu biarkan 1 hari. Aklimatisasi dilakukan sampai kondisi 100% tergantikan dengan limbah tahu dan diharapkan sbakteri sudah tumbuh dan ditandai dengan adanya biofilm yang menempel pada media seperti lendir dengan warna kecoklatan. Dan media siap digunakan untuk proses biofilter.

(41)

28

III.4.2 Tahap Pelaksanaan

Tahap percobaan utama dilakukan secara kontinyu dalam raktor proses, yaitu:

1. Air limbah tahu yang telah diketahui konsentrasi zat organiknya dimasukkan ke dalam bak penampung (1).

2. Air limbah dalam bak penmpung (1) dimasukkan ke dalam bak penampung (2) dengan pemompaan. Bak penampung (2) dilengkapi dengan pipa overflow.

3. Dari bak penampung (2) dilanjutkan ke reaktor biofilter secara gravitasi (downflow). Dari reaktor ke bak penampung efluen hingga volume 5 liter kemudian diresirkulasi selama 3 jam dan proses dijalankan dengan menvariasikan tinggi media tembikar dan debit aliran.

4. Setelah proses dalam reaktor berjalan sesuai peubah yang dijalankan, yaitu debit air limbah dan tinggi media tembikar, maka air limbah tahu diambil dan dianalisa COD dan TSS-nya serta identifikasi mikroorganisme yang berperan dalam biofilter.

III.5 Variabel Penelitian

Adapun variabel yang digunakan dalam penelitian ini yaitu: 1. Variabel Tetap

1) Rasio Resirkulasi (Q/Qr) = 0,5 2) Ukuran media tembikar 1-2 cm

(42)

2. Variabel Perlakuan

1) Debit aliran limbah (ml/menit): 50, 100, 200, 300, dan 400 2) Tinggi media (cm): 40, 50, 60, dan 70 .

Parameter yang diuji: 1. COD

2. TSS

3. Identifikasi Mikroorganisme yang berperan dalam biofilter

(43)

30

III.6 Kerangka Penelitian

Ide Tugas Akhir

Penurunan Zat Organik Limbah Cair Industri Tahu Menggunakan Biofilter Aerob

Studi Literatur Persiapan Alat dan Bahan

Penelitian Pendahuluan :

• Seeding dan Aklimatisasi

• Analisa Awal Parameter

Pelaksanan Penelitian

•Vaiasi debit 50, 100, 200, 300, dan 40 ml/menit

•Variasi tinggi media 40, 50, 60, dan 70 cm

•Parameter efluent yang diuji COD, TSS, dan identifikasi mikroorganisme yang berperan dalam biofilter

Analisa Hasil dan Pambahasan

•Pengaruh antara debit terhadap efisiensi penyisihan COD pada variasi tinggi media

•Pengaruh antara tinggi media terhadap efisiensi penyisihan COD pada variasi debit

•Pengaruh antara debit terhadap efisiensi penyisihan TSS pada variasi tinggi media

•Pengaruh antara tinggi media terhadap efisiensi penyisihan TSS pada variasi debit

•Identifikasi mikroorganisme

Kesimpulan dan Sar an

(44)

31

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Penelitian ini dilakukan untuk menurunkan beban pencemar yang terdapat dalam limbah cair industri tahu. Sebelum dilakukan penelitian limbah cair dianalisa terlebih dahulu untuk mengetahui kadar cemarnya. Data analisa awal limbah cair industri tahu adalah sebagai berikut:

Tabel 4.1 Data Analisa Awal Limbah Cair Tahu

Parameter Beban (mg/lt) Baku Mutu (mg/lt)

BOD 3508 150

COD 4616 300

TSS 2576 100

pH 4,3 6 – 9

Sumber: Hasil Penelitian

Dari tabel 4.1 dapat dilihat bahwa parameter BOD dan COD dalam limbah cair industri tahu melebihi baku mutu yang telah ditetapkan oleh S. K. Gubernur Jatim No. 45 Tahun 2002 tentang baku mutu limbah tahu dan kecap / tempe. Konsentrasi BODnya mencapai 3508 mg/lt dan konsentrasi CODnya mencapai 4616 mg/lt. Sedangkan standar baku mutu untuk BOD adalah 150 mg/lt dan untuk COD adalah 300 mg/lt. Bila kandungan COD dan BOD dalam air limbah tinggi, berarti zat organik dalam air limbah tersebut juga tinggi. Kadar oksigen terlarut dalam air akan menurun karena dipakai untuk menguraikan zat organik. Rendahnya kandungan oksigen di suatu perairan akan mengakibatkan rusaknya lingkungan perairan yaitu adanya kematian berbagai organisme sehingga

(45)

32

menurunkan kualitas perairan tersebut (Utomo dalam Sitnjak, 2012). Parameter TSS melebihi baku mutu yang telah ditetapkan, yaitu 2576 mg/lt. Kandungan padatan tersuspensi yang tinggi akan menyebabkan terjadinya kekeruhan dan warna pada air limbah, hal ini dapat merusak pemandangan. Selain itu, kandungan solid yang terlalu besar dapat menyumbat aliran pada reaktor. Limbah cair tersebut dapat mempengaruhi kualitas badan air penerima jika dibuang terus-menerus.

Penelitian diawali dengan proses seeding dan aklimatisasi. Seeding atau disebut juga sebagai pembiakan mikroba merupakan langkah awal dari penelitian reaktor biologis. Dalam tahapan ini dilakukan upaya untuk menumbuhkan mikroorganisme pada media. Mikroorganisme ini sangat berperan penting dalam proses pengolahan biologis ini. Dalam penelitian ini, seeding dilakukan secara alami, yaitu dengan langsung membiakan mikroorganisme di dalam reaktor dengan cara mengalirkan limbah cair industri tahu secara kontinyu ke dalam reaktor dibutuhkan waktu 5 minggu. Sehingga pertumbuhan mikroorganisme yang ada langsung melekat pada media membentuk lapisan biofilm. Setelah mikroorganisme yang tumbuh cukup banyak (hal ini terlihat pada ketebalan biofilm), maka dapat dilakukan proses pengadaptasian atau disebut aklimatisasi.

Aklimatisasi dilakukan untuk mendapatkan suatu kultur mikroorganisme yang stabil dan dapat beradaptasi dengan air limbah. Pada tahap aklimatisasi ini konsentrasi limbah tidak langsung 100%. Hal ini dikarenakan agar mikroorganisme tidak kaget (shock). Konsentrasi air limbah yang diberikan

(46)

adalah 50%, 60%, 70%, 80%, 90, dan 100%. Air limbah yang masuk menggantikan nutrisi yang diberikan selama proses seeding.

IV.1 Pengaruh Debit (ml/mnt) terhadap Efisiensi Penyisihan COD (% ) Kemampuan penyisihan COD dengan pengolahan limbah cair industri tahu menggunakan biofilter aerob, yang memvariasikan debit dan tinggi media. Sedangkan pengaruh debit terhadap efisiensi penyisihan COD untuk variasi tinggi media hasilnya yang ditampilkan pada tabel 4.2.

Tabel 4.2 Data Hasil Efisiensi Penyisihan COD Tinggi Media

(47)

34

Data hasil yang ditampilkan pada tabel 4.2 menunjukan bahwa efisiensi penyisihan COD tertinggi adalah 79,72% yang terjadi pada variasi debit 50 ml/ menit dan tinggi media 70 cm. Sedangkan hasil terendah pada debit 400 ml/menit dan tinggi media 40 cm dengan efisiensi penyisihan 41,98 %. Adapun grafik yang diperoleh dari data diatas adalah sebagai berikut :

Gambar 4.1 Hubungan antara Debit terhadap Efisiensi Penyisihan COD pada Variasi Tinggi Media

Dari gambar diatas ditampilkan efisiensi penyisihan COD pada variasi debit. Efisiensi penyisihan tertinggi pada variasi tinggi media 70 cm dan debit 50 ml/menit sebesar 79,72% sedangkan efisiensi penyisihan terendah sebesar 41,98% terjadi pada variasi tinggi media 40 cm dan debit 400 ml/menit. Hal ini dapat dijelaskan bahwa semakin bertambahnya debit maka semakin kecil pula waktu tinggalnya, dengan waktu tinggal yang semakin kecil maka kesempatan mikroorganisme untuk berkontak dengan bahan organik pada limbah makin singkat sehingga penyisihan bahan organik pun semakin rendah. Dengan demikian, efisiensi penyisihan COD menjadi relatif konstan, dimana jumlah bakteri yang mati dan yang tumbuh mulai berimbang dan tercapai kestabilan. Dari

30

(48)

Gambar 4.1 dapat diketahui pada tinggi media media 60 cm dan dari debit 50 ml/menit sampai 200 ml/menit mengalami penurunan efisiensi hal ini disebabkan oleh faktor bakteri yang mengalami fase peralihan dari stationary phase yaitu fase dimana jumlah bakteri yang mati dan tumbuh mulai berimbang sehingga terjadi situasi yang konstan, beralih ke endogenous phase yaitu fase dimana jumlah makanan banyak yang sudah dipergunakan sehingga jumlah kematianakan lebih banyak dari pada yang tumbuh,tetapi pada debit 300 ml/menit mengalami kenaikan efisiensi yang disebabkan oleh faktor bakteri yang mengalami lag phase yaitu dimana bakteri yang baru lahir mengalami fase adaptasi terhadap situasi yang baru dan mengalami fase akselerasi yaitu dimana bertambahnya pertumbuhan bakteri. Pada saat terjadi penyisihan COD pada limbah cair disebabkan jumlah kematian bakteri lebih besar dari jumlah pertumbuhan bakteri dan pada saat terjadi kenaikan kembali karena bakteri yang tumbuh menggunakan energi simpanan untuk bertahan hidup (Sugiarto,1994 dalam Pohan, 2008).

Suatu sistem pengolahan limbah cair dengan biakan melekat

(attached-growth), proses degradasi bahan organik secara biologis sebagian besar

berlangsung pada antar muka biofilm dengan limbah cair dan sebagian kecil lagi didalam biofilm tersebut (Rittman dan McCarty, 2001; metCalf & Eddy, 2003 dalam Pohan, 2008). Berdasarkan hal tersebut, bahwa dalam sistem biofilter jumlah mikroorganisme pengurai yang aktif juga terbatas karena yang berperan dalam mendegradasi bahan organik hanya lapisan atas saja, dengan demikian kemampuan mendegradasi bahan organikpun terbatas.

(49)

36

IV.2 Pengaruh Tinggi Media (cm) terhadap Efisiensi Penyisihan COD (% ) Pada tabel 4.2 menunjukan bahwa tinggi media 40 cm dan debit 400 ml/mnt diperoleh efisiensi penyisihan COD mencapai 41,98 %. Apabila tinggi media dijalankan semakin naik maka efisiensi penyisihan COD naik mencapai 79,72% pada variasi tinggi media 70 cm dan debit 50 ml/menit. Adapun efisiensi penyisihan COD menurun pada tinggi media 60 cm. Secara keseluruhan ditampilkan pada gambar 4.2 berikut.

Gambar 4.2 Hubungan antara Tinggi Media terhadap Efisiensi Penyisihan COD pada Variasi Debit

Pada gambar 4.2 ditampilkan efisiensi penyisihan COD dengan variasi tinggi media. Efisiensi penyisihan tertinggi pada variasi tinggi media 70 cm dan debit 50 ml/menit sebesar 79,72% sedangkan efisiensi penyisihan terendah sebesar 41,98% terjadi pada variasi tinggi media 40 cm dan debit 400 ml/menit. Hal ini disebabkan semakin besar tinggi media, semakin panjang pula lintasan yang harus dilalui oleh bahan organik mulai masuk hingga keluar dari reaktor, dengan demikian semakin lama pula kesempatan kontak antara limbah cair

30

(50)

dengan mkroorganisme aerob dalam biofilm, atau akibat perbedaan tinggi media maka luas kontak mikroba dengan limbah akan berbeda.

IV.3 Pengaruh Debit (ml/mnt) terhadap Efisiensi Penyisihan TSS (% )

Kemampuan penyisiahan TSS dengan pengolahan limbah cair industri tahu menggunakan biofilter aerob, yang memvariasikan debit dan tinggi media. Sedangkan pengaruh debit terhadap efisiensi penyisihan TSS untuk variasi tinggi media hasilnya yang ditampilkan pada tabel 4.3.

Tabel 4.3 Data Hasil Efisiensi Penyisihan TSS Tinggi Media

(51)

38

Berdasarkan Tabel 4.3 pengaruh debit dan tinggi media pada proses biofilter aerob, menunjukan bahwa debit 50 ml/menit dengan tinggi media 70 cm diperoleh efisiensi penyisihan TSS terbesar mencapai 95,34%. Sedangkan pada debit 400 ml/menit dengan tinggi media 50 cm efisiensi penyisihan TSS mengalami penurunan sebesar 33,23%. Adapun grafik yang diperoleh dari data diatas adalah sebagai berikut:

Gambar 4.3 Hubungan antara Debit terhadap Efisiensi Penyisihan TSS pada Variasi Tinggi Media

Dari gambar diatas ditampilkan efisiensi penyisihan TSS pada variasi debit. Efisiensi penyisihan tertinggi terdapat pada variasi tinggi media 70 cm dengan debit 50 ml/menit sebesar 95,34%. Sedangkan pada variasi tinggi media 50 cm dengan semakin besar debit akan terjadi penurunan efisiensi penyisihan TSS hingga 33,23%. Hal ini menunjukan semakin kecil debit aliran pada proses tersebut maka efisiensi penyisihan TSS semakin meningkat, karena kontak yang lama antara air limbah dengan mikroorganisme yang menempel pada media. Efisiensi penyisihan mengalami penurunan karena hanya sedikit yang terdegradasi oleh mikroorganisme, tersaring oleh media mengalami proses pengendapan.

40

(52)

Menurut BPPT (1997a), dalam Pohan , kandungan padatan tersuspensi maupun terlarut dalam limbah cair industri tahu merupakan bahan-bahan organik komplek yang tinggi terutama protein dan asam-asam amino di samping karbohidrat. Dengan demikian, semakin tinggi kandungan padatan tersuspensi (TSS) dalam aliran limbah cair akan menyebabkan semakin tinggi pula bahan organik dalam limbah tersebut. Dengan demikian semakin besar kandungan organik dalam aliran limbah cair menyebabkan laju bahan oragnikpun cenderung semakin kecil. Dengan kata lain, kandungan bahan-bahan organik dalam keluaran limbah pada reaktor dalam bentuk TSS semakin besar.

Dari hasil percobaan, meskipun diperoleh efisiensi penyisihan TSS yang cukup tinggi, akan tetapi diduga bahwa efisiensi tersebut lebih didominasi oleh proses filtrasi ketika limbah cair melewati media padatan.

IV.4 Pengaruh Tinggi Media (cm) terhadap Efisiensi Penyisihan TSS (% ) Pada tabel 4.3 efisiensi penyisihan TSS tertinggi mencapai 95,34% pada variasi tinggi media 70 cm dan debit 50 ml/menit. Sedangkan pada debit 400 ml/menit dan tinggi media 50 cm efisiensi penyisihan TSS mengalami penurunan mencapai 33,23%. Hal ini menunjukan semakin besar tinggi media semakin besar juga volume rongga yang tersedia, dengan demikian efisiensi penyisihan TSS dalam limbah cair semakin besar. Secara keseluruhan ditampilkan pada gambar 4.4 berikut.

(53)

40

Gambar 4.4 Hubungan antara Tinggi Media terhadap Efisiensi Penyisihan TSS pada Variasi Debit

Pada gambar 4.4 menunjukan efisiensi penyisihan tertinggi terdapat pada variasi tinggi media 70 cm dengan debit 50 ml/menit sebesar 95,34%. Sedangkan pada variasi tinggi media 50 cm dengan semakin besar debit akan terjadi penurunan efisiensi penyisihan TSS hingga 33,23%. Efisiensi penyisihan TSS menurun sesuai dengan berkurangnya tinggi media karena tinggi tidaknya media akan menyebabkan lamanya pengaliran dan besarnya daya saring. Media yang tinggi mempunyai daya saring tinggi tetapi membutuhkan pengaliran yang lama. Sebaliknya media yang tipis mempunyai waktu pengaliran yang pendek dan kemampuan daya saring yang rendah.

Dalam pengolahan limbah cair dengan proses biolois kandungan padatan tersuspensi dalam limbah cair terdiri atas dua jenis, pertama berupa padatan tersuspensi yang dibawa oleh aliran umpan atau terbentuk karena proses koagulasi kimia. Jenis padatan tersuspensi yang kedua berupa flok-flok mikroba yang terbentuk akibat proses mikrobiologis yang berlangsung di dalam reaktor dan

30

(54)

belum sempat melekat pada media filter. Kedua jenis padatan ini bersama-sama memberikan kontribusi dalam pembentukan TSS dalam limbah cair. Akibat perbedaan partikel yang lebih besar dibandingkan volume rongga dalam media filter, maka kandungan TSS tertahan pada rongga tersebut atau pada bagian atas media.

IV.5 Identifikasi Mikr oorganisme

Identifikasi mikroorganisme yang berperan dalam pengolahan biofilter aerob ini dilakukan untuk mengetahui jenis mikroorganisme yang berperan dalam proses penyisihan bahan-bahan pencemar organik selama pengoperasian. Jenis bakteri yang diidentifikasi mampu mendegradasi limbah cair industri tahu yang terdapat dalam media rektor, yaitu :

(a) (b)

(c)

Gambar 4.5 Hasil Identifikasi Bakteri (a) Alcaligenes faecalis (b) Serratia

liquefaciens (c) Citrobakter freundii

(55)

42

Dari hasil identifikasi mikroorganisme pada Gambar 4.5 tersebut, adalah

Alcaligenes Faecalis, Serratia Liquefaciens, dan Citrobacter freundii. Menurut

Sylvia et al. dalam Dwi Agustyani Dkk, 2004 Alcaligenes Faecalis merupakan mikroorganisme yang bersifat heterotrofik juga dilaporkan mampu mengoksidasi ammonia atau nitrogen organik menjadi nitrat atau nitrat. Alcaligenes Faecalis adalah bakteri penghasil mediator atau penukar electron (Rabaey et al. 2004 dalam Fitriani,2009). Alcaligenes Faecalis merupakan bakteri gram-negatif, berbentuk batang dan pertumbuhan optimal tejadi pada sekitar 370C. Sedangkan

Serratia liquefaciens untuk merombak cemaran deterjen pada buangan industri

(Wignyanto dkk,2009). Serratia Liquefaciens adalah anaerob fakultatif membuat oksigen esensial untuk kelangsungan hidup. Mereka dapat mendiami kedua lingkungan aerobik dan anaerobik. Dengan demikian, Serratia Liquefaciens adalah bakteri luas ditemukan di lingkungan dan mampu menjajah di tanah, air, dan tanaman. Serratia Liquefaciens juga menghasilkan enzim lipolitik yang mampu medegradasi lemak dan zat organik. Kemudian Citrobacter freundii bertanggung jawab untuk mengurangi nitrat menjadi nitrit di lingkungan. Bakteri ini juga membantu dalam nitrogen daur ulang. Untuk metabolisme, Citrobacter

freundii memiliki kemampuan untuk tumbuh pada gliserol sebagai karbon tunggal

dan sumber energi. Menurunnya nilai BOD, COD, TSS dan deterjen menunjukkan bahwa telah terjadi reduksi/proses degradasi bahan cemaran organik yang dilakukan oleh bakteri-bakteri pendegradasi di dalam limbah. Menurut Radojevic dan Vladimir (1999); dan Suarsini (2007), Selama proses pengolahan

(56)

limbah, bakteri akan melakukan aktivitas metabolisme untuk tumbuh dan berkembang biak.

Bakteri mengeluarkan enzim ekstraselularnya untuk memecah senyawa organik kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana. Senyawa sederhana tersebut akan mudah memasuki sel sehingga dapat digunakan sebagai sumber nutrien bagi berlangsungnya metabolism bakteri. Dengan mekanisme tersebut jumlah sel bakteri akan meningkat. Seiring dengan meningkatnya jumlah sel bakteri, enzim yang dikeluarkan pun semakin banyak. Jika jumlah enzim yang dikeluarkan seimbang dengan volume polutan, maka reduksi total dapat terjadi dan proses degradasi limbah berlangsung dengan sempurna (Suarsini, 2007).

Ternyata mikroorganisme yang terdapat pada media biofilter mampu mendegradasi bahan organik pada air limbah. Semakin banyak mikroorganisme mengindikasikan bahwa pengolahan limbah akan semakin baik dan efisien karena kemampuan mendegradasi bahan organik akan semakin tinggi.

(57)

44

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan pembahasan yang telah diuraikan dapat disimpulkan :

1. Pengolahan air limbah industri tahu dengan menggunakan biofilter dengan variasi debit aliran yang paling baik dengan penurunan COD adalah 50 ml/mnt dengan effisiensi penurunan COD maksimal 936 mg/l masih belum memenuhi standart yaitu 300 mg/l, sedangkan debit yang paling baik dalam penurunan TSS adalah 50 ml/mnt dengan penurunan TSS maksimal 120 mg/l masih belum memenuhi standart yaitu 100 mg/l

2. Debit yang paling baik dalam effisiensi penurunan COD adalah 50 ml/mnt dengan effisiensi penurunan COD maksimal 79,72 %, sedangkan debit yang paling baik dalam effisiensi penurunan TSS adalah 50 ml/mnt dengan effisiensi penurunan TSS maksimal 95,34%.

3. Semakin bertambahnya debit maka semakin kecil pula waktu tinggalnya, dengan waktu tinggal yang semakin kecil maka kesempatan mikroorganisme untuk berkontak dengan bahan organik pada limbah makin singkat sehingga penyisihan bahan organik pun semakin rendah.

(58)

4. Hasil identifikasi mikroorganisme yang berperan dalam pengolahan biofilter aerob adalah Alcaligenes faecalis, Serratia liquefaciens dan

Citrobacter freundii.

V.2 Sar an

Berdasarkan hasil yang didapatkan dari penelitian ini, maka saran yang diberikan adalah :

1. Dari variabel yang berpengaruh dalam proses biologi biofilter hanya dua variabel yang ditinjau yaitu debit aliran dan tinggi media, maka disarankan untuk melakukan penelitian terhadap variabel yang mempengaruhi lainnya seperti waktu tinggal, rasio resirkulasi, besar atau kecilnya media dan lain-lain.

2. Dalam proses biologi ini mikroorganisme sangat berperan untuk mendegradasi bahan organik maka pemeliharaan mikroorganisme harus dijaga dengan pemberian nutrisi dan faktor yang mempengaruhinya.

3. Untuk hasil yang lebih maksimal diperlukan pretreatment atau proses kombinasi anaerob-aerob biofilter.

(59)

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2002, Keputusan Gubernur Jawa Timur no. 45 Tahun tentang ”baku mutu limbah cair bagi industri/ kegiatan usaha lainnya di Jawa Timur”. Anonim, 2011, ”Bab 8 Proses Biofilter Tercelup (Submerged Biofilter)”,

http://www.kelair.bppt.go.id/Publikasi/BatuAirLimbahDomestikDKI/BAB

8TERCELUP.pdf. 20 Januari 2011

Dwi Agustiyani, Dkk, 2004, “Pengaruh pH dan Substrat Organik Terhadap Pertumbuhan dan Aktivitas Bakteri Pengiksidasi Amonia”, Jurnal Biodeversitas vol.5, no. 2, http://www.biodiversitas.mipa.uns.ac.id 19 september 2012

Herlambang, Arie, 2001, “Pengaruh Pemakaian Biofilter Struktur Sarang Tawon pada Pengolah Limbah Organik Sistem Kombinasi Anaerob-Aerob(Studi Kasus: Limbah Tahu dan Tempe)”, Jurnal Teknologi Lingkungan, Vol. 2, No. 1, Januari 2001 : 28 -36,

http://www.kelair.bppt.go.id/PublikasiBatuAirLimbahDomestikDKI/03ta

won.pdf. 25 Mei 2011

Metcalf and Eddy, 1991, “Wastewater Engineering Treatment Disposal Reuse”, Third Edition, McGraw-Hill, Inc. New York, St Fransisco, Auckland. (Hal. 378-406)

Metcalf and Eddy, 2004, “Wastewater Engineering Treatment Disposal Reuse”, Fourth Edition, McGraw-Hill, Inc. New York, St Fransisco, Auckland.