IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengolahan Aerasi untuk Menurunkan Polutan Lindi
Pengolahan lindi menjadi efluen yang aman untuk dibuang ke lingkungan dilakukan melalui proses aerasi dengan memberikan empat laju alir udara yang berbeda (0 liter/menit, 10 liter/menit, 30 liter/menit dan 70 liter/menit). Hasil penelitian menunjukkan bahwa efluen hasil olahan aerasi yang berasal dari kran atas menunjukkan kualitas lebih baik dibanding sebelumnya. Efektivitas tertinggi dalam menurunkan polutan dari lindi terjadi pada perlakuan pemberian udara pada laju aerasi 70 liter/menit. Secara rinci, hasil analisis uji keragaman (uji F) terhadap parameter yang diukur saat percobaan disajikan pada Tabel Lampiran 2 - Tabel Lampiran 4.
4.1.1 Pengaruh Laju Aerasi terhadap Efektivitas Penurunan BOD5, COD, E. coli, NH3dan Sulfida
Pengolahan aerasi merupakan cara tradisional dalam pengolahan lindi. Cara ini efektif dalam menghilangkan pencemar organik terlarut yang terdapat dalam lindi (Abbas et al., 2009). Sejalan dengan hal tersebut, hasil penelitian ini juga menunjukkan bahwa selama proses aerasi berlangsung, nilai BOD5 yang ada dalam lindi mengalami penurunan. Besar penurunan tiap jam dari masing-masing laju aerasi sebagaimana disajikan pada Gambar 13 dengan efektivitas dalam menurunkan nilai BOD5 dari keempat laju aerasi disajikan pada Gambar 14.
Gambar 13. Fluktuasi nilai BOD5pada 4 taraf laju aerasi
Gambar 13 memperlihatkan bahwa perlakuan dengan laju aerasi tertinggi (70 liter/menit) menyebabkan BOD5mengalami penurunan yang drastis dan mencapai nilai terendah (73,12 ppm) dalam waktu yang paling singkat yakni pada jam ke 2.
Pada laju aerasi 30 liter/menit, BOD5 minimum (81,36 ppm) dicapai pada jam ke 5, sedangkan pada perlakuan dengan laju aerasi 10 liter/menit dan 0 liter/menit, nilai- nilai BOD5 pada jam ke 2 dan jam ke 5 masih jauh lebih tinggi dibanding nilai BOD5
pada laju aerasi 70 liter/menit dan 30 liter/menit. Efektivitas tertinggi dalam menurunkan nilai BOD5terdapat pada perlakuan pemberian udara dengan laju aerasi 70 liter/menit (Gambar 14).
Fenomena tersebut di atas menunjukkan bahwa laju aerasi berpengaruh terhadap laju penurunan nilai BOD5. Metcalf dan Eddy (2003) mengemukakan bahwa penghilangan BOD5 terjadi sebagai akibat degradasi bahan organik oleh mikroorganisme menjadi zat- zat lain yang lebih sederhana. Disamping itu, menurut Park et al. (2004), penurunan BOD5 juga dapat disebabkan bahan organik terlarut dapat teroksidasi langsung akibat keberadaan oksigen.
Gambar 14. Efektivitas penurunan BOD5(%) dari masing-masing laju aerasi
Perhitungan terhadap laju penguraian BOD5pada empat taraf laju aerasi dilakukan dengan menggunakan rumus yang dikembangkan oleh Peterson dan Cummin (1974 dalam Goldman dan Horne (1983)) dengan hasil disajikan pada Gambar 15.
Gambar 15. Laju penguraian BOD5(k) tiap jam pada 4 tingkat laju aerasi
Gambar 15 memperlihatkan bahwa perlakuan pengolahan lindi dengan memberikan udara pada laju 70 liter/menit selalu mempunyai laju penguraian BOD5
tertinggi, kemudian diikuti oleh perlakuan pemberian udara dengan laju 30 liter/menit dan 10 liter/menit. Laju penguraian BOD5 pada perlakuan tanpa aerasi memiliki nilai terendah. Sejalan dengan hasil penelitian ini, Shofuan (1996) yang melakukan penelitian dengan mengolah limbah cair dari rumah sakit di Jakarta dengan menerapkan beberapa tekanan aerasi yang berbeda mendapatkan bahwa tekanan aerasi berpengaruh terhadap penurunan nilai BOD5. Berdasarkan hasil penelitiannya, laju penurunan BOD5 (k) tertinggi terjadi pada tekanan aerasi 2 atm yang dilakukan selama 5 jam, yakni sebesar 0,4465. Menurut Metcalf dan Eddy (2003), nilai k dalam kondisi normal berkisar antara 0,05 – 0,3 per hari.
Laju penguraian BOD5 dari pengolahan melalui pemberian udara pada laju 70 liter/menit selama 4 jam ternyata hampir mendekati nilai laju penguraian BOD5
dengan menggunakan aerasi bertekanan 2 atm yang dilakukan Shofuan (1996) yakni 0,4587 (Gambar 15). Bila mengacu pada pendapat Peterson dan Cummin dalam Goldman dan Horne (1983) seperti pada Tabel 26, maka perlakuan dengan laju aerasi 70 liter/menit, 30 liter/menit dan 10 liter/menit tergolong cepat mulai dari jam ke 1 hingga jam ke 6.
Tabel 26. Hubungan nilai k dengan laju penguraian BOD5
Nilai k Kriteria
> 0,01 Cepat
0,005 - 0,01 Moderat
< 0,005 Lambat
Sumber : Peterson dan Cummin (1974 dalam Goldman dan Horne (1983)
Di dalam limbah cair yang diproses melalui cara aerasi, mikroorganisme dapat tumbuh dan berkembang biak menjadi banyak karena di dalam bahan yang diproses ada makanan bagi mikroorganisme pengurai yang bersifat aerobik ataupun fakultatif berupa bahan organik yang biodegradable (BOD5). Proses penguraian bahan organik oleh mikroorganisme membutuhkan oksigen yang cukup (Sugiharto, 1987). Oleh karenanya, selama proses aerasi berlangsung, nilai BOD5 menjadi berfluktuasi setiap saat sebagai akibat bahan tersebut dimanfaatkan oleh mikroorganisme untuk tumbuh dan berkembang biak. Bahan organik (BOD5) dimanfaatkan oleh mikroorganisme untuk diubah menjadi sel-sel tubuh maupun senyawa lain yang relatif tidak berbahaya dan sebagian lagi menjadi bahan yang mudah menguap, diantaranya CO2. Pemanfaatan bahan organik dalam limbah cair yang diproses menjadi sel-sel tubuh mikroorganisme mengakibatkan jumlah mikroorganisme dalam limbah cair tersebut juga mengalami fluktuasi.
Nilai MLVSS sering dijadikan sebagai petunjuk tidak langsung jumlah mikroorganisme yang berada dalam bahan yang diproses. Nilai ini penting diketahui untuk mendapatkan saat mikroorganisme berada dalam jumlah maksimal, terutama untuk dijadikan sebagai sumber lumpur aktif yang akan dimasukkan ke dalam tangki pemrosesan yang akan digunakan dalam proses pengolahan berikutnya dengan tujuan agar pengolahan berikutnya menjadi lebih cepat dalam volume tertentu. Fluktuasi nilai MLVSS selama 6 jam proses aerasi yang diperoleh dari hasil percobaan disajikan pada Gambar 16.
Gambar 16. Fluktuasi nilai MLVSS pada 4 taraf laju aerasi
Gambar 16 menunjukkan bahwa nilai MLVSS dari perlakuan pemberian udara dengan laju 70 liter/menit mencapai maksimal (2166 mg/l) terjadi dalam waktu yang relatif lebih cepat dibanding perlakuan lain yakni pada jam ke 2, sedangkan pada laju aerasi 30 liter/menit dicapai pada jam ke 5 (2029 mg/l). Pada laju aerasi 10 liter/menit nilai MLVSS masih di bawah nilai MLVSS dari perlakuan 70 liter/menit dan 30 liter/menit.
Pada laju aerasi 70 liter/menit dan 30 liter/menit, nilai MLVSS maksimum dan nilai BOD5 minimum tercapai pada waktu yang sama (Gambar 13 dan Gambar 16).
Hal ini menunjukkan ada keterkaitan antara nilai MLVSS (jumlah mikroorganisme) dengan jumlah makanan yang tersisa (BOD5). Informasi ini penting artinya dalam menentukan waktu saat proses aerasi sebaiknya dihentikan apabila hanya BOD5saja yang menjadi target untuk dihilangkan dalam proses pengolahan lindi dan akan memanfaatkan lindi yang diproses pada saat tersebut sebagai bahan lumpur aktif.
Pada dasarnya, proses pengolahan limbah cair dengan cara memberikan udara pada laju yang tinggi ke dalam air limbah ditujukan untuk meningkatkan jumlah oksigen terlarut dalam bahan yang diproses. Oksigen penting artinya karena oksigen diperlukan dalam jumlah cukup agar mikroorganisme aerobik maupun fakultatif aktif dalam mendegradasi bahan pencemar yang biodegradable. Semakin tinggi laju aerasi membuat oksigen terlarut yang dibutuhkan oleh mikroorganisme untuk mendegradasi polutan yang biodegdradable menjadi semakin terpenuhi dan tidak menjadi faktor pembatas bagi
mikroorganisme untuk tumbuh dan berkembang biak dibanding pada proses pengolahan yang dilakukan dengan memberikan udara pada laju yang lebih rendah. Hasil penelitian ini menunjukkan pemberian udara menyebabkan oksigen terlarut (dissolve oxygen (DO)) pada lindi menjadi meningkat (Gambar 17).
Gambar 17. Fluktuasi nilai DO pada 4 taraf laju aerasi
Gambar 17 memperlihatkan bahwa laju aerasi 70 liter/menit memberikan sumbangan terhadap peningkatan DO yang lebih tinggi dalam waktu yang relatif lebih cepat dibanding laju aerasi 30 liter/menit,10 liter/menit dan tanpa aerasi (0 liter/menit).
Hal ini pula yang menyebabkan perlakuan pemberian udara pada laju 70 liter/menit memiliki kemampuan yang lebih tinggi dalam menurunkan bahan organik yang non biodegradable (COD) dengan tingkat efektifitas tertinggi (74,53%) dibanding perlakuan dengan laju aerasi yang lebih rendah (30 liter/menit, 10 liter/menit dan 0 liter/menit) (Gambar 18 dan Gambar 19). Menurut Park et al. (1994), suplai udara yang tinggi dapat berperan dalam oksidasi secara langsung bahan-bahan organik yang non biodegradable sehingga dapat menurunkan kandungan COD dalam air limbah.
Gambar 18. Nilai COD pada jam ke 6
Gambar 19. Efektivitas penurunan COD pada jam ke 6
Kenaikan konsentrasi oksigen sebagai akibat pemberian udara dengan laju yang tinggi juga dapat menyebabkan terbentuknya radikal bebas yang toksik terhadap proses enzimatik metabolisme bakteri anaerob sehingga mengakibatkan pertumbuhan bakteri anaerob yang umumnya merupakan bakteri patogen menjadi terhambat (Park et al., 1994). Hal ini ditunjukkan oleh jumlah E. coli (bakteri yang umum digunakan
sebagai petunjuk keberadaan bakteri patogen) yang semakin rendah dengan meningkatnya laju aerasi. Pada proses pengolahan dengan laju aerasi 70 liter/menit selama 6 jam ternyata mampu menyebabkan nilai E. coli terendah (450 MPN/100 ml) (Gambar 20) dengan efektifitas penghilangan E. coli tertinggi (66,49%) dan berbeda nyata dibanding perlakuan dengan laju aerasi 30 liter/menit, 10 liter/menit dan 0 liter/menit (Gambar 21). Hal ini sejalan dengan hasil penelitian Seaman et al. (2009) yang mendapatkan bahwa E. coli dan Salmonella spp berkurang akibat proses aerasi.
Park et al. (1994) mengemukakan bahwa pemberian udara pada laju yang tinggi menyebabkan pembentukan radikal bebas berupa anion superoksida (O2-
) yang dalam air akan bereaksi membentuk hidrogen peroksida (H2O2). H2O2disamping sebagai oksidator kuat, juga mempunyai sifat desinfektan.
Gambar 20. Nilai E. coli pada jam ke 6
Gambar 21. Efektivitas penurunan E. coli pada jam ke 6
Selain BOD5, COD dan E. coli sebagai sumber masalah dan sering terdapat dalam lindi, maka NH3 juga merupakan sumber masalah. Oleh karenanya, NH3 harus ditekan jumlahnya. NH3 dalam lindi dapat berasal dari degradasi biologi asam amino maupun nitrogen organik. Secara individu atau berikatan dengan senyawa lain, NH3 dapat berpengaruh terhadap toksisitas lindi (Clement et al., 1993). NH3merupakan racun utama bagi kehidupan akuatik (Kurniawan et al., 2006). Pada konsentrasi 0,43 ppm hingga 2,1 ppm, NH3sudah dapat mematikan Ciprinus carpio (Hasan dan Machintosh, 1986).
Bahan lain yang juga dapat menjadi masalah bagi lingkungan adalah sulfida. Bahan ini juga menjadi penyebab bau busuk yang menyengat sama seperti halnya dengan NH3. Hasil penelitian ini memperlihatkan bahwa jumlah NH3dan sulfida sebagai akibat proses aerasi selama 6 jam mengalami penurunan (Gambar 22 dan Gambar 23) dengan efektifitas penurunan NH3 dan sulfida dari masing-masing laju aerasi seperti yang disajikan pada Gambar 24. Menurut Metcalf dan Eddy (2003), penurunan kedua bahan polutan ini disebabkan suplai oksigen ke dalam air limbah mampu mengaktifkan bakteri yang memanfaatkan NH3dan sulfida menjadi bahan lain yang kurang berbahaya sehingga menyebabkan kedua bahan tersebut menjadi berkurang. Selain itu, menurut Achmad (2004), proses aerasi juga dapat menyebabkan terjadi oksidasi langsung terhadap NH3dan sulfida menjadi nitrat dan sulfat.
Hasil penelitian ini mendapatkan konsentrasi NH3 pada efluen yang dihasilkan melalui pemberian udara pada laju 70 liter/menit sebesar 2,33 ppm. Konsentrasi tersebut masih bersifat toksik bagi kehidupan akuatik. Oleh karena itu, pada efluen ini perlu dilakukan pengolahan lebih lanjut untuk menurunkan jumlah NH3yang masih ada. Salah satu caranya dengan menggunakan zeolit agar NH3dapat dijerap karena menurut Sutarti dan Rachmawati (1994) zeolit memiliki afinitas yang tinggi terhadap NH3.
Gambar 22. Kadar amoniak (NH3) pada jam ke 6
Gambar 23. Kadar sulfida pada jam ke 6
Gambar 24. Efektivitas penurunan NH3dan sulfida pada jam ke 6
Gambar 22 dan Gambar 23 memperlihatkan bahwa pada lama aerasi yang sama (pada jam ke 6), semakin tinggi laju aerasi akan menyebabkan jumlah NH3 dan sulfida pada efluen semakin rendah. Perbedaan kemampuan dalam menurunkan jumlah NH3dan sulfida tersebut disebabkan oleh perbedaan kemampuan dalam mensuplai oksigen ke dalam limbah cair yang diproses. Pada laju aerasi yang lebih tinggi, suplai oksigen lebih besar dibanding pada laju aerasi yang lebih rendah. Hal ini menyebabkan pemanfataan NH3dan sulfida oleh bakteri menjadi lebih besar pula. Selain itu, pada laju aerasi yang tinggi, proses oksidasi secara langsung baik pada NH3maupun sulfida menjadi nitrat dan sulfat juga berjalan lebih cepat dibanding pada laju aerasi yang rendah.
Proses aerasi menyebabkan amoniak (NH3) menjadi nitrat, sulfida menjadi sulfat (SO42-
) dan bahan organik yang mengandung phosphor akan diubah menjadi phosphat.
Sebagai produk yang dihasilkan dari proses aerasi, nitrat, sulfat maupun phosphat relatif tidak berbahaya bagi kehidupan aquatik. Secara rinci, gambaran reaksi perubahan NH3
dan sulfida dikemukakan Achmad (2004) sebagai berikut:
NH3 --- NH4+
NH4+
+ 2O2 --- 2H+ + NO3-
+ H2O 4FeS + 9O2 + 10H2O --- 4Fe(OH)3 + SO42-
+ 8H+
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa lindi yang diberi perlakuan pemberian udara cenderung memiliki kandungan nitrat, sulfat dan phosphat yang lebih tinggi dibanding pada perlakuan yang tidak diberi udara (Gambar 25, 26 dan 27).
Gambar 25. Kadar nitrat (NO3-
) pada jam ke 6
Gambar 26. Kadar sulfat (SO42-
) pada jam ke 6
Gambar 27. Kadar fosfat pada jam ke 6
Uraian di atas menunjukkan bahwa pengolahan lindi dengan memberikan udara pada laju yang tinggi memberikan suatu keuntungan dengan semakin berkurang bahan- bahan yang bersifat toksik pada efluennya, diantaranya: BOD5, COD, NH3 dan sulfida dalam jumlah yang lebih tinggi dibanding apabila pengolahan dilakukan dengan pemberian udara pada laju yang lebih rendah.
4.1.2 Pengaruh Laju Aerasi terhadap Total Disolve Solid (TDS), pH dan Logam Terlarut
Efektivitas penghilangan polutan lindi merupakan fungsi dari besarnya laju aerasi dan lama aerasi. Fenomena ini terkait dengan perubahan populasi bakteri yang mendegradasi polutan yang ada pada lindi. Semakin meningkat laju aerasi dan semakin lama aerasi akan menyebabkan semakin banyak populasi bakteri pendegradasi hingga akhirnya semakin banyak pula jumlah polutan yang dapat diubah ke dalam bentuk yang tidak toksik (Attar, Bina dan Moeinian, 2005). Besarnya perubahan kadar polutan pada lindi dapat dideteksi oleh nilai TDS. Nilai TDS biasa dijadikan sebagai indikator kadar polutan baik organik maupun anorganik yang masih ada dalam lindi yang diproses (Khoury et al., 2000).
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa selama proses aerasi berlangsung, nilai TDS terus mengalami penurunan dan penurunan nilai TDS tiap jam makin besar pada laju aerasi yang makin besar. Hal ini mengindikasikan selama aerasi berlangsung, polutan organik maupun anorganik terus berkurang. Nilai TDS tiap jam dari masing-masing laju aerasi disajikan pada Gambar 28.
Gambar 28. Nilai TDS tiap jam pada empat laju aerasi
Pada jam ke 6, nilai TDS terendah didapatkan pada perlakuan pemberian udara pada laju aerasi 70 liter/menit yakni sebesar 2850 ppm dengan efektivitas penurunan nilai TDS dari perlakuan tersebut terbesar dan nyata berbeda dari perlakuan lainnya yakni sebesar 12,83% (Gambar 28 dan Gambar 29).
Gambar 29. Efektivitas penurunan nilai TDS tiap jam pada empat laju aerasi
Perbedaan nilai TDS sebagai akibat pemberian udara pada laju yang berbeda berkaitan dengan perbedaan jumlah bahan padatan terlarut yang dapat diendapkan. Hal ini ditunjukkan oleh perbedaan jumlah kandungan logam terlarut (Cu, Zn, Mn, Fe, Pb, Cd dan Cr) pada efluen yang diambil dari kran atas dan kran bawah setelah lindi diaerasi selama 6 jam (Gambar 30 - Gambar 33).
Gambar 30. Kadar Cu dan Zn pada efluen dari keempat laju aerasi pada jam ke 6
Gambar 31. Kadar Mn dan Fe pada efluen dari keempat laju aerasi pada jam ke 6
Gambar 32. Kadar Pb, Cd dan Cr pada efluen dari kran atas pada keempat laju aerasi pada jam ke 6
Gambar 33. Kadar Pb, Cd dan Cr pada efluen dari kran bawah pada keempat laju aerasi pada jam ke 6
Tabel 27. Selisih kadar logam terlarut antara efluen dari kran atas dan kran bawah pada jam ke 6
Jenis Logam
Selisih Kadar Logam Mikro antara Kran Atas dan Kran Bawah (ppm) 0 liter/menit 10 liter/menit 30 liter/menit 70 liter/menit
Cu 0,005a 0,018ab 0,039b 0,104c
Zn 0,005a 0,016a 0,042a 0,380b
Mn 0,073a 0,962ab 2,22b 4,670c
Fe 1,215a 3,230a 6,135b 8,615b
Pb 0,002a 0,003a 0,005a 0,009a
Cd 0,006a 0,022ab 0,048b 0,080c
Cr 0,016a 0,063ab 0,120b 0,234c
Keterangan : Angka yang diikuti oleh huruf yang sama pada satu baris, tidak berbeda nyata pada taraf 1%.
Logam menjadi berkurang pada efluen yang berasal dari kran atas dan makin meningkat jumlahnya di bagian bawah. Hal ini menunjukkan terjadi pengendapan logam terlarut akibat proses aerasi. Pada perlakuan dengan laju aerasi yang lebih besar, selisih jumlah logam terlarut antara efluen yang dikeluarkan dari kran atas dan bawah menjadi semakin besar (Tabel 27). Menurut Park et al., (1994), proses aerasi dapat menyebabkan suasana menjadi lebih oksidatif. Selanjutnya Suriawiria (1993) mengemukakan bahwa suasana yang lebih oksidatif dapat menyebabkan logam terlarut menjadi mengendap.
Manahan (2005) menggambarkan reaksi dari proses pengendapan besi dalam pengolahan air limbah melalui cara aerasi sebagai berikut.
4Fe2+ + O2 + 10H2O --- 4Fe(OH)3(s) + 8H+
Menurut Achmad (2004), reaksi tersebut dikatalisis oleh bakteri besi thiobacillus ferroxidans.
Selama proses aerasi berlangsung, pH juga terus mengalami peningkatan. Dari proses aerasi yang dilakukan selama 6 jam, pH tertinggi (9,05) terdapat pada perlakuan pemberian udara pada laju 70 liter/menit (Gambar 34).
Gambar 34. pH tiap jam pada empat laju aerasi
Peningkatan pH yang semakin tinggi sebagai akibat pemberian udara pada laju yang semakin besar berkaitan dengan perubahan senyawa yang bersifat asam yang ada dalam limbah cair yang diproses menjadi senyawa yang lebih basa seperti yang digambarkan oleh Achmad (2004) sebagai berikut.
O2 + H2O --- 2OH- CO2 + OH- --- HCO3-
HCO3-
+ OH- ---- CO32-
H2S + OH- --- HS- + H2O
Jumlah logam terlarut yang lebih rendah pada efluen yang dikeluarkan dari kran atas dibanding jumlah logam terlarut pada efluen yang dikeluarkan dari kran bawah akibat aerasi, juga berkaitan dengan terjadinya peningkatan pH pada lindi yang diproses.
Menurut Hardjowigeno (2010), dalam kondisi pH yang lebih rendah, logam berada dalam kondisi terlarut; sedangkan apabila pH mengalami kenaikan, maka logam terlarut akan bereaksi dengan OH- membentuk senyawa hidroksida yang mudah mengendap. Reaksi pembentukan senyawa besi dan mangan hidroksida yang mudah mengendap akibat proses aerasi seperti yang digambarkan Ahmad (2004) sebagai berikut.
4Fe(HCO3)2 + O2 + H2O --- 4 Fe(OH)3(s) + 8CO2
2Mn(HCO3)2 + O2 --- 2MnO2(s) + 4CO2 + 2H2O
Logam terlarut terutama yang dalam keadaan bebas dapat bersifat toksik (Vigneault dan Campbell, 2005). Hal ini berarti peningkatan pH akibat aerasi dapat memberikan dampak positif karena logam terlarut yang lebih bersifat toksik akan berkurang akibat pengendapan sehingga efluen yang dihasilkan menjadi lebih aman dialirkan ke lingkungan. Sebaliknya, pada endapan karena mengandung kadar logam yang lebih tinggi, maka endapan ini menjadi lebih berpotensi untuk dijadikan pupuk cair. Secara visual perbedaan efluen yang berasal dari kran atas dari ke 4 laju aerasi disajikan pada Gambar 35.
Gambar 35. Perbedaan visual dari lindi setelah diolah melalui empat tingkat laju aerasi
4.2 Penggunaan Zeolit untuk Menurunkan Polutan yang Masih Tersisa
Pengolahan lanjutan dengan melewatkan efluen hasil olahan aerasi pada laju 70 liter/menit melalui zeolit pada tiga ukuran partikel yang berbeda (5 - 10 mesh, 10 - 20 mesh, 20 - 30 mesh) memberikan efektivitas yang berbeda dalam menurunkan polutan lindi. Secara umum, efluen yang telah melewati zeolit menunjukkan kualitas yang lebih baik dibanding bila pengolahan hanya dilakukan dengan cara aerasi saja. Secara rinci, hasil analisis uji keragaman (uji F) terhadap parameter yang diukur saat percobaan disajikan pada Tabel Lampiran 6.
0 l/mnt Anaerobik
10 l/mnt 30 l/mnt
70 l/mnt
Hasil penelitian menunjukkan bahwa efluen hasil olahan aerasi 70 liter/menit yang dilewatkan melalui zeolit memperlihatkan kualitas yang lebih baik dibanding sebelumnya. Hal ini terlihat dari nilai TDS, NH3, sulfida dan kadar logam terlarut (Cu, Zn, Mn, Fe, Pb, Cd dan Cr) serta bahan organik (BOD dan COD) pada efluen yang telah melewati zeolit mengalami penurunan. Secara rinci, hasil percobaan ini akan diuraikan di bawah ini.
4.2.1 Pengaruh Ukuran Partikel Zeolit terhadap Nilai TDS
Nilai TDS pada efluen yang dilewatkan melalui zeolit lebih rendah dibanding nilai TDS pada efluen hasil olahan aerasi pada laju 70 liter/menit. Hal ini ditunjukan oleh penurunan nilai TDS setelah efluen hasil aerasi 70 liter/menit dilewatkan melalui zeolit (Gambar 36). Penurunan nilai TDS ini terjadi karena sejumlah bahan terlarut mampu ditahan oleh zeolit. Penurunan nilai TDS pada ketiga efluen menunjukkan bahwa pada awal penuangan nilai TDS akan mengalami penurunan hingga pada volume tertentu untuk kemudian nilai TDS akan meningkat kembali sebagai akibat kompleks jerapan maupun ruang pori zeolit mulai dijenuhi oleh polutan. Nilai TDS dari penuangan ke 1 hingga ke 40 pada efluen dari zeolit berukuran 20 – 30 mesh menunjukkan nilai terendah.
Hal ini menunjukkan bahwa zeolit ukuran 20 – 30 mesh paling efektif dalam menurunkan polutan lindi. Efektivitas tertinggi dalam menurunkan nilai TDS dari zeolit berukuran 20 – 30 mesh terdapat pada penuangan ke 20, yakni sebesar 30,70% (Gambar 37).
Gambar 36. Nilai TDS pada efluen dari ketiga ukuran partikel zeolit
Gambar 37. Efektivitas penurunan nilai TDS dari ketiga ukuran partikel zeolit Zeolit ukuran kasar (5 – 10 mesh atau 10 – 20 mesh) secara fisik kurang efektif dalam penyaringan karena ada bahan yang tidak mengalami penyaringan dibandingkan zeolit yang lebih halus (20 – 30 mesh) sehingga menyebabkan kemampuan menurunkan polutan dari zeolit berukuran lebih kasar (5 – 10 mesh atau 10 – 20 mesh) menjadi lebih rendah. Hal ini ditunjukkan oleh nilai TDS pada efluen yang telah melewati zeolit yang lebih kasar lebih tinggi dibanding nilai TDS pada efluen yang telah melewati zeolit yang berukuran lebih halus.
Kemampuan yang lebih tinggi dari zeolit berukuran partikel 20 – 30 mesh dalam menurunkan nilai TDS dibanding zeolit berukuran 5 – 10 mesh atau 10 – 20 mesh juga berkaitan dengan kapasitas tukar kation (KTK) dari zeolit berukuran 20 – 30 mesh yang lebih tinggi dibanding zeolit berukuran 5 – 10 mesh atau 10 – 20 mesh (Tabel 28).
Menurut Tan (1993), KTK berkaitan dengan kemampuan dalam menukar ion.
Tabel 28. KTK dari zeolit yang digunakan dalam penelitian
Ukuran Partikel Zeolit KTK (me/100 g)
5 – 10 mesh 66,65a
10 – 20 mesh 100,15a
20 – 30 mesh 157,92b
Keterangan : Angka yang diikuti oleh huruf yang sama pada satu kolom, tidak berbeda nyata pada taraf 1%.
Selain berkaitan dengan kemampuan zeolit dalam menjerap polutan terlarut, KTK juga berkaitan dengan kemampuan dalam menjerap air. Semakin tinggi KTK, semakin tinggi pula kemampuan zeolit dalam menjerap molekul air. Hal ini pula yang menyebabkan jumlah efluen yang mampu melewati zeolit berukuran partikel lebih halus (20 – 30 mesh) pada saat-saat awal penuangan lebih rendah dibanding jumlah efluen yang berhasil melewati zeolit berukuran partikel lebih kasar (5 – 10 mesh atau 10 – 20 mesh) (Gambar 38).
Gambar 38. Jumlah efluen (ml) yang dapat melewati zeolit (volume bahan yang dialirkan 150 ml)
Gambar 38 memperlihatkan bahwa setiap kali penuangan (penuangan pertama hingga penuangan keenam), jumlah efluen yang berhasil melewati zeolit berukuran 20 – 30 mesh lebih rendah dibanding jumlah efluen yang berhasil melewati zeolit berukuran partikel 5 – 10 mesh atau 10 – 20 mesh. Pada zeolit berukuran partikel 5 – 10 mesh, jumlah lindi yang dituangkan ke zeolit (150 ml) baru akan sama dengan jumlah efluen yang keluar melalui zeolit tersebut pada penuangan keempat. Pada zeolit berukuran partikel 10 – 20 mesh, jumlah efluen baru akan sama dengan jumlah lindi yang masuk ke media filter tersebut pada penuangan keenam, sedangkan pada zeolit berukuran partikel 20 – 30 mesh, jumlah lindi yang masuk ke zeolit dan keluar sebagai efluen baru akan sama pada penuangan ketujuh.
Fenomena tersebut menunjukkan bahwa zeolit berukuran partikel lebih halus (20 – 30 mesh) nyata memiliki kemampuan menjerap air lebih tinggi dibanding zeolit berukuran partikel lebih kasar (5 – 10 mesh atau 10 – 20 mesh). Air dapat dijerap oleh zeolit dikarenakan zeolit memiliki kapasitas tukar kation (KTK) yang tinggi.
4.2.2 Pengaruh Ukuran Partikel Zeolit terhadap Kadar NH3, Sulfida, BOD5
dan COD
Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses pengolahan aerasi pada laju 70 liter/menit ternyata masih menyisakan NH3sebesar 2,33 ppm dan sulfida 1,17 ppm pada efluennya. Namun setelah efluen tersebut dilewatkan melalui zeolit pada tiga ukuran partikel yang berbeda, ketiga efluennya menunjukkan kadar NH3dan sulfida lebih rendah dibanding sebelum dilewatkan melalui zeolit (tanpa zeolit) (Gambar 39). Hal ini menunjukkan bahwa zeolit mampu menurunkan NH3dan sulfida yang masih tersisa yang terdapat pada efluen hasil olahan aerasi pada laju 70 liter/menit. Adapun efektivitas penurunan NH3 dan sulfida dari masing-masing ukuran partikel zeolit disajikan pada Gambar 40.
Gambar 39. Kadar NH3dan sulfida pada efluen setelah melewati zeolit
Gambar 39 memperlihatkan bahwa kadar NH3 dan sulfida terendah terdapat pada efluen yang telah melewati zeolit berukuran partikel 20 – 30 mesh, yakni 1,07 ppm dan 0,82 ppm; sedangkan Gambar 40 menunjukkan bahwa efektivitas tertinggi dalam menurunkan NH3 dan sulfida yang tersisa, juga terdapat pada zeolit berukuran partikel 20 – 30 mesh, yakni sebesar 53,73% dan 30,02%.
Gambar 40. Efektivitas penurunan NH3dan sulfida pada masing-masing ukuran partikel zeolit
Zeolit dengan ukuran partikel lebih halus (20 mesh – 30 mesh) lebih mampu dan memiliki efektivitas tertinggi dalam menurunkan NH3. Kemampuan ini juga berkaitan erat dengan kapasitas tukar kation (KTK) zeolit pada ukuran 20 – 30 mesh lebih tinggi dan nyata berbeda dibanding zeolit yang berukuran lebih kasar (10 – 20 mesh atau 5 – 10 mesh). Penjerapan NH3oleh zeolit terjadi melalui proses pertukaran dengan ion yang dijerap sebelumnya. Di lain pihak, pada zeolit berukuran 20 – 30 mesh, karena ukuran partikel pada zeolit tersebut lebih kecil dibanding zeolit berukuran partikel 5 – 10 mesh atau 10 – 20 mesh menyebabkan jumlah senyawa sulfida yang terperangkap dalam pori- pori zeolit tersebut menjadi lebih banyak. Hal ini ditunjukkan oleh kadar sulfida dalam efluen setelah melewati zeolit berukuran 20 – 30 mesh lebih rendah dibanding kadar sulfida yang terdapat pada efluen yang melewati zeolit berukuran partikel 5 – 10 mesh atau 10 – 20 mesh. Terkait dengan kemampuan zeolit dalam menurunkan NH3, Suyartono dan Husaini (1991) mendapatkan dari hasil penelitiannya, limbah cair yang mengandung NH3sebesar 0,3 ppm setelah direndam pada zeolit selama 5 hari, kadar NH3
berkurang menjadi 0,02 ppm.
Disamping mempunyai kemampuan menurunkan NH3 dan sulfida yang masih tersisa yang terdapat pada efluen hasil olahan aerasi pada laju 70 liter/menit, zeolit ternyata juga mampu menurunkan BOD5dan COD yang masih tersisa. Hal ini ditunjukan oleh nilai BOD5dan COD pada efluen setelah dilewatkan pada zeolit dari ketiga ukuran
partikel lebih rendah dibanding sebelumnya (tanpa zeolit) (Gambar 41). Zeolit dengan ukuran partikel lebih halus (20 – 30 mesh) lebih mampu menurunkan nilai BOD5dan COD yang masih tersisa dibanding zeolit yang berukuran lebih kasar ( 5 – 10 mesh atau 10 – 20 mesh). Demikian halnya dengan efektivitas dalam menurunkan nilai BOD5
dan COD yang masih tersisa, efektivitas tertinggi dalam menurunkan kedua bahan ini juga terjadi pada zeolit berukuran 20 – 30 mesh yakni 47,96% dan 50,15% (Gambar 42).
Terkait dengan kemampuan zeolit dalam menurunkan COD, Suyartono dan Husaini (1991) juga mendapatkan dari hasil penelitiannya, limbah cair yang mengandung COD sebesar 20,82 ppm setelah direndam pada zeolit selama 5 hari, 10 hari dan 30 hari, kadar COD berkurang berturut-turut menjadi 10,62 ppm, 6,72 ppm dan 4,79 ppm.
Gambar 41. Kadar BOD5dan COD pada efluen setelah melewati zeolit
Gambar 42. Efektivitas penurunan BOD5dan COD pada masing-masing ukuran partikel zeolit
Kemampuan yang tinggi dari zeolit berukuran lebih halus dibanding zeolit yang berukuran lebih kasar dalam menurunkan nilai BOD5dan COD dari limbah cair berkaitan erat dengan ukuran partikel yang lebih halus yang menyebabkan ukuran rongga menjadi lebih kecil dibanding partikel yang berukuran lebih kasar. Semakin kecil ukuran rongga, maka zeolit akan semakin mampu menyaring polutan yang lewat.
Selain lebih mampu menurunkan NH3, sulfida, BOD5 dan COD; ternyata zeolit berukuran partikel 20 – 30 mesh juga lebih mampu menurunkan E. coli dibanding zeolit berukuran 5 – 10 mesh atau 10 – 20 mesh seperti yang ditunjukan oleh data yang dihasilkan pada penelitian ini sebagai berikut. Hal ini sejalan dengan hasil penelitian Husaini (1993) yang juga mendapatkan bahwa penggunaan zeolit dapat menurunkan E. coli dari limbah cair yang diproses.
45
35
30 20 25
32 39 46
Nilai E. coli (MPN/10 ml)
Tanpa zeolit
5 – 10 mesh
10 – 20 mesh
20 – 30 mesh Penggunaan Zeolit
22,5
32,5
55
0 15 30 45 60
Efektivitas Penurunan E. coli (%)
5 – 10 m esh 10 – 20 m esh 20 – 30 m esh Penggunaan Zeolit
Gambar 43. Nilai E. coli pada efluen dari Gambar 44. Efektivitas penurunan ketiga ukuran partikel zeolit nilai E. coli dari ketiga
ukuran partikel zeolit
4.2.3 Pengaruh Ukuran Partikel Zeolit terhadap Penurunan Logam Terlarut dan pH
Kemampuan zeolit dalam menukar ion menyebabkan zeolit sering dimanfaatkan dalam menurunkan bau yang disebabkan oleh amoniak (NH3) dan sulfida yang terdapat dalam limbah cair. Selain itu, berdasarkan hasil penelitian Zorpas et al. (2000), zeolit juga dapat menurunkan kadar Cu, Zn, Mn, Fe, Pb, Cd dan Cr dalam air limbah. Sebagian dari logam-logam tersebut seperti Cu, Zn, Mn dan Fe merupakan hara mikro bagi tanaman.
Zeolit yang digunakan dalam penelitian ini dimanfaatkan untuk menjerap logam-logam tersebut yang masih ada pada efluen hasil olahan aerasi pada laju 70 liter/menit agar dihasilkan efluen yang lebih aman dialirkan ke lingkungan dengan jumlah logam terlarut yang lebih rendah.
Hasil penelitian ini mendapatkan bahwa logam terlarut yang masih tersisa di dalam efluen hasil olahan aerasi dengan laju 70 liter/menit selama 6 jam ternyata masih mampu diturunkan lagi dengan cara melewatkannya melalui zeolit. Kadar beberapa logam terlarut (Cu, Zn, Mn, Fe, Pb, Cd dan Cr) pada masing-masing efluen setelah efluen tersebut melewati zeolit yang berbeda ukuran partikelnya disajikan pada Tabel 29, sedangkan efektivitas dari penurunan logam terlarut dari ketiga ukuran partikel zeolit disajikan pada Gambar 45.
Tabel 29. Kadar beberapa logam terlarut pada efluen hasil olahan aerasi setelah efluen dilewatkan melalui zeolit
Media Filter Kadar logam terlarut pada efluen (ppm)
Cu Zn Mn Fe Pb Cd Cr
Tanpa zeolit 0,021a 0.070a 0,235a 2,380a 0,022a 0,030a 0,0410a Zeolit 5 – 10 mesh 0,016a 0,057ab 0,177b 1,790ab 0,014ab 0,020b 0,0290b Zeolit 10 – 20 mesh 0,014ab 0,048bc 0,156b 1,490bc 0,010b 0,014bc 0,0250bc Zeolit 20 – 30 mesh 0,008b 0,034c 0,139b 0,850c 0,006b 0,010c 0,022c Keterangan : Angka yang diikuti oleh huruf yang sama pada satu kolom, tidak berbeda nyata pada taraf 1%.
Penggunaan zeolit sebagai penjerap logam menyebabkan kompleks jerapan dijenuhi oleh logam tersebut. Zeolit yang telah jenuh karena mengandung hara mikro dapat dijadikan bahan pembenah tanah. Hasil penelitian Suherman et al. (2005) menunjukkan bahwa penggunaan zeolit mampu meningkatkan pertumbuhan tanaman.
Khusus untuk zeolit yang telah digunakan pada proses penyaringan polutan lindi, karena mengandung logam berat lainnya, maka tidak disarankan untuk digunakan pada tanaman pangan. Zeolit ini dapat dimanfaatkan oleh Dinas Pertamanan untuk meningkatkan kesuburan tanaman-tanaman hias yang ada di sepanjang jalan-jalan kota.
23,57 33,18
64,19
19,24 31,46
51,55
24,51 33,74
40,96
24,76 37,32
64,47
36,25 56,67
72,92
34,82 52,91
66,52
29,07 38,88
46,24
15 25 35 45 55 65 75
Efektivitas Penurunan Logam Mikro (%)
Cu Zn Mn Fe Pb Cd Cr
Logam Mikro
5 - 10 m esh 10 - 20 m esh 20 -30 m esh
Gambar 45. Efektivitas penurunan logam terlarut yang masih tersisa dari ke 3 ukuran partikel zeolit
Zeolit berukuran partikel 20 – 30 mesh memiliki efektivitas tertinggi dalam menurunkan logam terlarut. Hal ini berkaitan dengan KTK dari zeolit berukuran 20 – 30 mesh yang lebih tinggi dibanding KTK dari zeolit berukuran partikel lebih kasar (5 – 10 mesh atau 10 – 20 mesh) (Tabel 28). Semakin tinggi nilai KTK, semakin besar pula kemampuan zeolit dalam menjerap dan menukar ion.
Ukuran partikel zeolit yang berbeda ternyata menyebabkan perbedaan pH pada efluennya. pH dari efluen yang telah melewati zeolit lebih rendah dibanding pH sebelumnya (Gambar 46). Fenomena ini dapat terjadi sebagai akibat terjadi pertukaran antara ion H+yang ada pada zeolit dengan ion logam yang terdapat dalam lindi. pH dari efluen yang telah melewati zeolit yang berukuran partikel 20 – 30 mesh lebih rendah dibanding pH dari efluen yang telah melewati zeolit yang berukuran partikel 5 – 10 mesh atau 10 – 20 mesh juga akibat KTK pada zeolit yang berukuran 20 – 30 mesh lebih tinggi dibanding KTK dari zeolit berukuran partikel 5 – 10 mesh atau 10 – 20 mesh. Zeolit dengan KTK yang tinggi memiliki potensi yang lebih besar untuk menghasilkan H+ melalui proses pertukaran ion dibanding zeolit dengan KTK rendah. Semakin banyak H+ yang ditukar dengan logam-logam terlarut menyebabkan H+semakin banyak pada efluen sehingga pH efluen semakin rendah.
Gambar 46. pH dari efluen setelah efluen hasil olahan aerasi dilewatkan melalui zeolit
4.2.4 Pengaruh Ukuran Partikel Zeolit terhadap Total Suspended Solid (TSS) dan Jumlah Padatan Mengendap
Selain kemampuan dalam menurunkan logam terlarut dan bahan organik dari lindi yang diolah, hal lain yang perlu mendapat perhatian dalam menentukan ukuran partikel zeolit yang layak digunakan untuk menurunkan polutan yang masih tersisa dari lindi terolah adalah total suspended solid (TSS) dan jumlah padatan mengendap. Hasil penelitian ini mendapatkan nilai TSS dan jumlah padatan mengendap yang terdapat pada efluen dari tiga ukuran partikel zeolit seperti yang terdapat pada Gambar 47 dan Gambar 49.
Zeolit yang telah jenuh oleh polutan memiliki efektivitas yang rendah. Apabila zeolit ini akan digunakan kembali sebagai penjerap polutan, maka upaya untuk meningkatkan kapasitas penjerapan zeolit tersebut dapat dilakukan melalui proses regenerasi. Regenerasi secara fisik dapat dilakukan melalui pemanasan, namun hal ini hanya untuk menghilang air yang terjerap di dalam zeolit. Zeolit yang jenuh dengan polutan berupa logam yang terjerap dapat diregenerasi (dihilangkan polutannya) melalui cara kimia melalui penggunaan garam (NaCl), asam (H2SO4) atau basa (NaOH) untuk mengeluarkan polutan-polutan yang terjerap. Hasil penelitian Widianti (2007) didapatkan bahwa penggunaan 0,5 N NaCl; 0,2 N H2SO4atau 0,2 N NaOH menunjukkan nilai KTK tertinggi.
Gambar 47. TSS pada efluen dari ketiga ukuran partikel zeolit
3 0 ,9 3
4 8 ,1 2
7 7 ,0 3
2 5 4 5 6 5 8 5
Efektivitas Penurunan TSS (%)
5 – 1 0 m e sh 1 0 – 2 0 m e sh 2 0 – 3 0 m e sh P e n g g u n a a n Z e o lit
Gambar 48. Efektivitas penurunan TSS dari ketiga ukuran partikel zeolit
Gambar 49. Jumlah padatan mengendap (ml/150 ml) pada efluen dari ketiga ukuran partikel zeolit
TSS berkaitan dengan kekeruhan dan kekeruhan berkaitan dengan pencemaran pada badan-badan air penerima terutama berkaitan dengan kemampuan sinar matahari menembus ke bagian yang lebih bawah dari badan air. Semakin tinggi TSS, badan air akan semakin keruh dan hal ini dapat menghambat proses fotosintesis oleh fitoplankton.
Apabila fotosintesis berkurang akan berakibat pada penurunan jumlah oksigen terlarut.
Hal ini akan berakibat buruk bagi kehidupan biotik dalam badan air penerima.
Jumlah padatan mengendap berkaitan dengan jumlah bahan-bahan yang mengendap yang terkandung dalam efluen yang dihasilkan. Jumlah padatan mengendap dapat berpengaruh buruk bagi badan air penerima karena berkaitan langsung dengan proses pendangkalan pada badan air penerima. Apabila terjadi pendangkalan pada badan air penerima berarti akan menambah biaya dalam pengelolaan badan air. Oleh karena itu, dalam pemilihan ukuran partikel zeolit yang akan digunakan dalam proses pengolahan lindi untuk menurunkan polutan yang masih tersisa, kedua hal ini juga perlu mendapatkan perhatian.
Hasil penelitian ini, seperti yang disajikan pada Gambar 47 dan Gambar 49 menunjukkan nilai TSS dan jumlah padatan mengendap dari efluen yang dilewatkan melalui zeolit berukuran 5 – 10 mesh dan 10 – 20 mesh lebih tinggi dibanding nilai TSS dan jumlah padatan mengendap dari efluen yang dilewatkan pada zeolit yang berukuran 20 – 30 mesh. TSS dan jumlah padatan mengendap dari efluen yang telah melewati zeolit berkaitan dengan ukuran partikel zeolit karena ukuran partikel zeolit berpengaruh terhadap ukuran rongga, selanjutnya ukuran rongga berkaitan langsung dengan kemampuan zeolit dalam melewatkan bahan padatan yang berukuran sangat halus yang menempel pada partikel zeolit sebagai akibat proses penggerusan saat pembuatan partikel pada ukuran yang diinginkan. Zeolit yang berukuran lebih kasar (5 – 10 mesh atau 10 – 20 mesh) memiliki rongga yang lebih besar dibanding zeolit berukuran 20 – 30 mesh. Oleh karenanya, kemampuan melewatkan bahan padatan dari zeolit berukuran 5 – 10 mesh atau 10 – 20 mesh lebih besar dibanding zeolit berukuran 20 – 30 mesh.
4.2.5 Ukuran Partikel Zeolit yang Layak Digunakan dalam Pengolahan Tahap II Sebagai akibat perbedaan kemampuan dalam menurunkan polutan dari ketiga ukuran partikel zeolit menyebabkan perbedaan visual dari efluennya. Secara visual, efluen yang dilewatkan pada masing-masing ukuran partikel zeolit ditampilkan pada Gambar 50.
Gambar 50. Efluen dari ketiga ukuran partikel zeolit
Efluen dari zeolit
5 – 10 mesh Efluen dari zeolit
10 – 20 mesh Efluen dari zeolit 20 – 30 mesh
Gambar 50 menunjukkan bahwa efluen yang telah melewati zeolit berukuran partikel 20 – 30 mesh lebih cerah dibanding efluen dari zeolit berukuran partikel lebih kasar. Perbedaan warna dari ketiga efluen tersebut berkaitan dengan kandungan polutan yang masih tersisa. Oleh karena zeolit dengan ukuran partikel 20 – 30 mesh lebih mampu menurunkan beberapa parameter pencemar seperti NH3, sulfida, BOD5, COD, logam terlarut (Cu, Zn, Mn, Fe, Pb, Cd, Cr), TSS dan padatan mengendap maka zeolit dengan ukuran partikel 20 – 30 mesh lebih layak digunakan dalam pengolahan lanjutan dibanding zeolit berukuran 5 – 10 mesh atau 10 – 20 mesh.
4.2.6 Pengaruh Jumlah Tahapan Pengolahan terhadap Kualitas Efluen yang Dihasilkan
Efektivitas penurunan polutan dari pengolahan 1 tahap (pengolahan aerasi pada laju 0, 10, 30 atau 70 liter/menit) dan pengolahan 2 tahap (pengolahan aerasi pada laju 70 liter/menit yang dilanjutkan dengan pengolahan menggunakan zeolit berukuran 5 – 10 mesh, 10 – 20 mesh atau 20 – 30 mesh) serta kadar beberapa parameter pencemar yang terdapat pada efluen dari masing-masing pengolahan disajikan pada Tabel 30.
Tabel 30. Efektivitas penurunan polutan lindi dari pengolahan tahap I dan tahap II
Po lut a n
Efektivitas Penurunan Polutan Lindi melalui Pengolahan Tahap I (%) *
Efektivitas Penurunan Polutan Lindi melalui Pengolahan Tahap II (%) **
0 l/mnt
10 l/mnt
30 l/mnt
70 l/mnt
5 - 10 mesh
10 - 20 mesh
20 - 30 mesh
BOD5 3,87a 29,98b 70,32c 74,63c 8,15a 17,92a 47,96b
COD 2,11a 14,63a 50,71b 74,53c 15,27a 30,09ab 50,15b
NH3 -1,67a 24,38b 60,93c 66,60c 14,22a 40,95b 53,73b Sulfida -2,20a 23,24b 55,51c 74,67c 8,85a 13,31a 30,02b
TDS -0,31a 3,82b 6,25b 12,83c 14,04a 17,89a 30,70b
Cu 2,38a 9,76b 29,27c 48,78d 23,81a 33,33a 61,90b
Zn 1,12a 10,23b 17,05c 20,45c 19,24a 31,46ab 51,55b
Mn 0,13a 14,07b 28,39c 70,22d 24,51a 33,74ab 40,96b
Fe 0,03a 11,07b 26,00c 38,74d 24,76a 37,32b 64,47c
Pb 1,87a 3,62b 3,85b 15,38c 36,25a 56,67b 72,92c
Cd 0,76a 20,00b 40,00c 53,85c 34,82a 52,91ab 66,52b
Cr 0,56a 19,10b 38,20c 53,93d 29,07a 38,88ab 46,24b
E. coli -7,29a 14,59b 42,02c 66,49d 22,50a 32,50ab 55,00b
Keterangan : Angka yang diikuti oleh huruf yang sama pada satu baris berdasarkan pengolahan tahap 1 atau pengolahan tahap 2 tidak berbeda nyata pada taraf 1%.
* Efektivitas pengolahan tahap I (pemberian udara (aerasi) pada laju 0, 10, 30 dan 70 liter/menit).
** Efektivitas pengolahan tahap II (pengolahan efluen hasil olahan aerasi pada laju 70 liter/menit melalui zeolit pada ukuran partikel 5 – 10 mesh, 10 – 20 mesh atau 20 – 30 mesh)).
Tabel 31. Nilai beberapa parameter pencemar pada efluen hasil olahan tahap I dan tahap II serta baku mutu pada masing-masing golongan peruntukan
Parameter Pencemar
Pada Efluen Hasil Olahan 1 Tahap *
Pada Efluen Hasil Olahan
2 Tahap **
Baku Mutu***
Nilai Nilai Gol. A Gol. B Gol. C Gol. D
pH 9,05a 8,25a 6 - 9 6 - 9 6 - 9 6 - 9
DO (ppm) 10,2a 9,2a 6 4 3 0
BOD5(ppm) 80,76a 41,74b 2 3 6 12
COD (ppm) 166,15a 82,56b 10 25 50 100
E. coli (MPN/100 ml) 450a 200b 1000 5000 10000 10000
NH3(ppm) 2,33a 1,07b 0,5 - - -
Sulfida (ppm) 1,17a 0,82b 0,002 0,002 0,002 -
TDS (ppm) 2850a 1975b 1000 1000 1000 2000
TSS (ppm) 128,8a 37,90b 50 50 400 400
Padatan Mengendap (ml/150ml)
2,45a 0,2b - - - -
Cu (ppm) 0,021a 0,008b 0,02 0,02 0,02 0,2
Zn (ppm) 0,070a 0,034b 0,05 0,05 0,05 2
Mn (ppm) 0,235a 0,139b 1 - - -
Fe (ppm) 2,380a 0,850b 0,3 - - -
Pb (ppm) 0,022a 0,006b 0,03 0,03 0,03 1
Cd (ppm) 0,030a 0,010b 0,01 0,01 0,01 0,01
Cr (ppm) 0,041a 0,022b 0,05 0,05 0,05 0,01
Keterangan : Angka yang diikuti oleh huruf yang sama pada satu baris tidak berbeda nyata pada taraf 1%..
* Pengolahan aerasi pada laju 70 liter/menit.
** Pengolahan aerasi pada laju 70 liter/menit yang dilanjutkan dengan melewatkan efluen hasil pengolahan tersebut melalui zeolit yang berukuran partikel 20 – 30 mesh.
*** Baku mutu berdasarkan Peraturan Pemerintah No.82 tahun 2001.
Tabel 31 menunjukkan bahwa kadar polutan pada efluen hasil pengolahan 2 tahap dengan memberikan perlakuan pemberian udara pada laju 70 liter/menit yang dilanjutkan dengan melewatkan efluen hasil pengolahan tersebut melalui zeolit yang memiliki ukuran partikel 20 – 30 mesh nyata lebih rendah dibanding kadar polutan pada efluen hasil pengolahan hanya dengan memberikan udara pada laju 70 liter/menit.
Hal ini menunjukkan bahwa pengolahan lanjutan dengan menggunakan zeolit efektif dalam menurunkan polutan yang masih tersisa.
Beberapa parameter pencemar yang masih di atas baku mutu untuk golongan D (pertanian), meskipun efluen tersebut telah diolah dengan cara aerasi pada laju 70 liter/menit adalah BOD, COD, nilai TDS, TSS, Cu, Cd dan Cr. Parameter yang dapat diturunkan lagi hingga di bawah baku mutu melalui pengolahan tahap II dengan cara melewatkan efluen tersebut melalu zeolit yang berukuran 20 – 30 mesh adalah COD, nilai TDS, Cu dan Cd.
Pengolahan yang disarankan untuk mendapatkan efluen yang aman dialirkan ke lingkungan adalah melalui pengolahan dua tahap, yakni pada tahap pertama pengolahan dilakukan melalui pemberian udara dengan laju 70 liter/menit selama 6 jam yang dilanjutkan dengan pengolahan tahap kedua dengan cara melewatkannya melalui zeolit berukuran 20 - 30 mesh. Pemilihan ini didasarkan pada kemampuan menurunkan sejumlah polutan dari pengolahan dua tahap lebih tinggi dibanding pengolahan satu tahap yang ditunjukkan oleh nilai-nilai parameter pencemar yang lebih rendah dibanding pengolahan satu tahap.
4.3 Pengaruh Jenis dan Dosis Kapur terhadap Beberapa Parameter Kimia pada Sentrat maupun Endapan
Perlakuan pemberian empat jenis kapur (CaO, Ca(OH)2, CaCO3 dan dolomit) pada 11 dosis yang berbeda (500, 750, 1000, 1250, 1500, 1750, 2000, 3000, 4000, 5000 dan 6000 ppm) untuk menjadikan endapan hasil olahan aerasi pada laju 70 liter/menit sebagai bahan pupuk cair memberikan hasil yang berbeda. Secara rinci, hasil analisis uji keragaman (uji F) terhadap parameter yang diukur saat percobaan ini disajikan pada Tabel Lampiran 7 dan 8.
Pemberian jenis kapur yang berbeda pada 11 dosis yang berbeda dilanjutkan dengan proses fisik (sentrifugasi atau pengocokan) ternyata menyebabkan perbedaan pada beberapa parameter kimia (nilai TDS, pH dan Ca2+) pada sentrat dan kadar beberapa logam mikro (Cu, Zn, Mn, Fe, Pb, Cd dan Cr) maupun bahan organik pada endapan.
Gambaran umum dari hasil penelitian pada tahap percobaan ini menunjukkan bahwa pemberian kapur jenis CaO dan Ca(OH)2 menyebabkan perubahan terhadap nilai TDS, pH dan Ca2+ dengan pola perubahan yang serupa. Pola perubahan tersebut berbeda dengan pola perubahan yang disebabkan oleh pemberian kapur jenis CaCO3dan dolomit.
Pemberian jenis kapur yang berbeda pada dosis yang berbeda ternyata juga berpengaruh terhadap jumlah logam mikro dan bahan organik yang dapat diendapkan.
Beberapa logam mikro dalam endapan mengalami penurunan dan beberapa logam mikro lainnya justru mengalami peningkatan bila dosis kapur yang diberikan makin ditingkatkan; sedangkan jumlah bahan organik yang dapat diendapkan ternyata makin meningkat bila dosis kapur (CaO, Ca(OH)2, CaCO3 dan dolomit) yang diberikan makin tinggi. Secara rinci, nilai dari masing-masing parameter tersebut akan diuraikan di bawah ini.
4.3.1 Pengaruh Jenis dan Dosis Kapur terhadap Nilai TDS, pH, dan Kadar Ca2+pada Sentrat
Hasil percobaan mendapatkan bahwa pemberian kapur yang berbeda pada lindi yang akan dijadikan bahan pupuk cair ternyata menyebabkan perbedaan nilai TDS pada sentrat. Secara rinci, nilai TDS pada sentrat dari masing-masing dosis kapur disajikan pada Tabel 32.
Tabel 32. Nilai TDS pada sentrat dari perlakuan kapur
Dosis (ppm) CaO Ca(OH)2 CaCO3 Dolomit
500 2765 bc 2785 b 2912,5 a 2895 a
750 2695 abc 2700 b 2860 a 2932,5 ab
1000 2467,5 a 2442,5 a 2797,5 a 2942,5 ab
1250 2642,5 ab 2617,5 ab 2785 a 2957,5 ab
1500 2905 c 2755 b 2752,5 a 2962,5 ab
1750 3347,5 d 3082,5 c 2725 a 2967,5 ab
2000 3702,5 e 3662,5 d 2685 a 2980 ab
3000 5662,5 f 4785 e 2680 a 3072,5 abc
4000 6900 g 5977,5 f 2670 a 3205 bc
5000 7710 h 7095 g 2670 a 3325 cd
6000 8287,5 i 7352,5 h 2690 a 3497,5 d
Keterangan : Angka yang diikuti oleh huruf yang sama pada satu kolom, tidak berbeda nyata pada taraf 1%.
Tabel 32 maupun Gambar 51 dan Gambar 52 menunjukkan bahwa nilai TDS pada sentrat akibat pemberian CaO dan Ca(OH)2pada dosis rendah (500 ppm hingga dosis kurang dari 1000 ppm) mengalami penurunan dan mencapai minimum pada dosis 1000 ppm; sedangkan pada dosis lebih dari 1000 ppm, nilai TDS mengalami peningkatan yang tajam sejalan dengan dosis CaO atau Ca(OH)2 yang makin meningkat. Sejalan dengan penelitian ini, Amuda (2005) yang menggunakan bahan kimia FeCl3sebagai bahan untuk mengendapkan bahan terlarut dari lindi TPA sampah mendapatkan bahwa penggunaan FeCl3pada dosis 1000 ppm juga menyebabkan penurunan polutan yang maksimal yang ditunjukkan oleh nilai TDS pada lindi yang diproses menunjukkan nilai terendah. Hasil penelitiannya menunjukkan pada pemberian FeCl3 di atas 1500 ppm mulai terjadi peningkatan garam besi dalam larutan yang ditunjukan oleh peningkatan nilai TDS pada lindi yang diproses.
Hasil penelitian ini mendapatkan bahwa pada perlakuan pemberian CaO dan Ca(OH)2 terdapat kemiripan pola dalam perubahan nilai TDS pada sentrat. Pola perubahan tersebut berbeda dengan pola perubahan dari perlakuan kapur jenis CaCO3
maupun dolomit. Gambar 51 hingga Gambar 56 menunjukkan bahwa perubahan nilai TDS, Ca2+ bahkan pH dari perlakuan CaCO3 maupun dolomit tidak sebesar perubahan pada perlakuan CaO dan Ca(OH)2. Perbedaan perilaku ini berkaitan dengan sifat kapur tersebut.
Tabel 32, Gambar 51 dan Gambar 52 menunjukkan bahwa penggunaan kapur jenis CaCO3 atau dolomit pada dosis 500 ppm hingga 6000 ppm tidak mengakibatkan penurunan yang berarti terhadap nilai TDS pada sentrat. Nilai TDS dari perlakuan CaCO3 berangsur-angsur menurun dan mencapai minimum (2670 ppm) pada dosis 4000 ppm hingga 5000 ppm. Nilai TDS minimum dari perlakuan pemberian CaCO3
tersebut masih berada di atas nilai TDS minimum (2467,5 ppm dan 2442,5 ppm) dari perlakuan pemberian 1000 ppm CaO dan Ca(OH)2. Nilai TDS pada sentrat dari perlakuan pemberian CaCO3 pada dosis di atas 5000 ppm baru menunjukkan peningkatan. Sebaliknya, pada pemberian dolomit, nilai TDS pada sentrat justru terus mengalami peningkatan secara berangsur mulai dari dosis 500 ppm hingga 6000 ppm.
Gambar 51. Pola perubahan nilai TDS pada sentrat dari keempat jenis kapur (perlakuan sentrifugasi)
Gambar 52. Pola perubahan nilai TDS pada sentrat dari keempat jenis kapur (perlakuan pengocokan)
Nilai pH dari perlakuan pemberian CaCO3 ternyata juga mengalami peningkatan secara berangsur dengan peningkatan pH yang jauh lebih rendah dari peningkatan pH dari perlakuan CaO dan Ca(OH)2 (Gambar 55 dan Gambar 56). Demikian juga halnya dengan pH dari perlakuan pemberian dolomit yang juga mengalami peningkatan secara berangsur apabila dosis pemberiannya makin ditingkatkan. Perbedaan pola perubahan nilai TDS dan pH berkaitan dengan reaksi yang terjadi dalam lindi akibat pemberian jenis dan dosis kapur yang berbeda.
Pada perlakuan CaO, setelah bahan tersebut dicampur dengan lindi maka CaO akan bereaksi dengan air yang terdapat dalam lindi, kemudian terurai membentuk ion-ion.
Menurut Manahan (2005), reaksi CaO dalam air sebagai berikut.
CaO + H2O ---> Ca(OH)2
Kemudian Ca(OH)2dalam air akan berubah menjadi ion Ca2+dan OH-sebagai berikut.
Ca(OH)2---> Ca2+ + 2OH-
Demikian juga pada perlakuan pemberian kapur jenis Ca(OH)2dalam air, Ca(OH)2akan langsung bereaksi sebagai berikut (Manahan, 2005).
Ca(OH)2---> Ca2+ + 2OH-
Berdasarkan reaksi seperti yang digambarkan di atas, pemberian CaO atau Ca(OH)2ke dalam lindi akan menghasilkan bahan yang sama berupa Ca2+ dan OH-. Kedua bahan tersebut (Ca2+ dan OH-) selanjutnya juga dapat mempengaruhi bahan lain yang terlarut yang terdapat dalam lindi berupa logam-logam terlarut maupun koloid. Muatan negatif pada koloid baik koloid organik maupun koloid anorganik yang terdapat dalam lindi makin meningkat bila konsentrasi OH- makin meningkat. Menurut Brady (1974) dalam Hardjowigeno (2010), muatan negatif dari koloid dapat meningkat sebagai akibat terjadi disosiasi H+ dari gugus OH yang terdapat pada tepi atau ujung kristal seperti gambar berikut.
OH + OH- ---> O- + H2O
Pada pH rendah (masam), H+ terikat erat. Namun bila pH naik, maka H+menjadi mudah lepas mengakibatkan muatan negatif dari koloid menjadi meningkat. Muatan ini disebut muatan tergantung pH. Pada koloid organik, sumber muatan negatif terutama berasal dari gugus karboksil (-COOH) dan gugus phenol (-OH). Muatan tersebut adalah muatan tergantung pH, artinya dalam keadaan masam, H+ dipegang kuat oleh gugus karboksil atau phenol. Menurut Hardjowigeno (2010), ikatan H+ pada gugus karboksil atau phenol menjadi berkurang bila pH menjadi lebih tinggi. Ikatan yang lemah tersebut memudahkan terjadi disosiasi H+ yang menyebabkan H+ terlepas hingga pada gugus tersebut menjadi bermuatan negatif. Makin tinggi pH, makin tinggi pula disosiasi H+ menyebabkan muatan negatif pada koloid menjadi makin tinggi. Muatan negatif yang terbentuk dapat menyebabkan terjadi interaksi antara koloid dengan logam yang terlarut termasuk dengan Ca2+, baik Ca2+ yang berasal dari lindi maupun Ca2+ yang berasal dari penambahan kapur. Hasil interaksi antara muatan positif dari logam terlarut dengan muatan negatif dari koloid membentuk senyawa kompleks berbentuk flok yang mudah untuk diendapkan baik melalui proses sentrifugasi maupun pengocokan. Hasil penelitian Harmsen (1983) menunjukkan bahwa pada pH tinggi, logam terlarut menjadi berkurang
karena membentuk komplek dengan asam humik. Berdasarkan hasil penelitian Umar, Aziz dan Yusoff (2010), pada pH sedikit di atas netral, 30 – 100% Cu dan 0 – 95% Zn umumnya berada dalam kondisi berikatan dengan koloid. Menurut Vigneault dan Campbell (2005), hal ini dapat menurunkan toksisitas lindi yang diproses akibat logam terlarut berkurang.
Pembentukan flok yang mudah mengendap antara Ca atau logam terlarut dengan koloid menyebabkan kadar Ca2+ maupun logam-logam terlarut lainnya menjadi makin menurun dalam sentrat. Ca2+ maupun logam terlarut lainnya merupakan bahan padatan terlarut yang mempengaruhi nilai TDS. Apabila bahan-bahan tersebut berkurang mengakibatkan nilai TDS menurun hingga sentrat lebih aman untuk dibuang ke lingkungan.
Gambaran dari reaksi pengikatan antara koloid organik dengan koloid anorganik yang dijembatani oleh Ca2+ seperti yang dikemukakan oleh Peterson (1947) dalam Supardi (1988) sebagai berikut.
--- liat – Ca – OOC – R – COO – Ca – liat ---
Gambaran ikatan kompleks antara liat dan liat dengan Ca sebagai penghubung seperti yang dikemukakan oleh Foth (1978) sebagai berikut.
- + + - - + + -
Penurunan nilai TDS pada sentrat dari perlakuan CaO dan Ca(OH)2 tidak hanya disebabkan oleh penurunan jumlah Ca2+dan logam-logam terlarut lainnya sebagai akibat terjadi pengikatan logam tersebut oleh koloid yang membentuk endapan. Penurunan nilai TDS dari perlakuan tersebut juga dapat disebabkan oleh penurunan jumlah logam terlarut akibat terjadi reaksi antara logam terlarut dengan OH- membentuk senyawa hidroksida yang memiliki solubilitas (kelarutan) yang rendah. Sebagai contoh, gambaran dari reaksi pembentukan senyawa hidroksida logam seperti yang dikemukakan oleh Mohajit (2001) sebagai berikut.
Fe3+ + 3OH- ---> Fe(OH)3(s) Cr3+ + 3OH- ---> Cr(OH)3(s) Permukaan
Liat Ca Permukaan
Liat
Permukaan Ca Liat
Pada perlakuan CaO dan Ca(OH)2, bila dosis pemberian kapur tersebut terus ditingkatkan ternyata menyebabkan pH juga mengalami peningkatan, melebihi peningkatan pH dari perlakuan CaCO3 dan dolomit (Gambar 55 dan Gambar 56). pH yang makin meningkat menggambarkan konsentrasi OH-juga makin meningkat. Namun pada konsentrasi OH-yang makin tinggi, menurut Davis dan Masten (2004) justru dapat menyebabkan pembentukan senyawa baru antara logam terlarut dan OH-berlebih yang ada dalam larutan membentuk senyawa kompleks yang memiliki solubilitas (kelarutan) lebih tinggi dibanding sebelumnya. Proses ini menyebabkan jumlah padatan terlarut pada sentrat akan mengalami peningkatan kembali. Davis dan Masten (2004) mengemukakan bahwa pada pH di atas netral hingga ± pH 9, logam-logam terlarut seperti Cu, Zn dan Pb memiliki solubilitas yang minimum dan akan membentuk endapan dalam bentuk senyawa hidroksida. Namun pada pH > 9, ketiga logam tersebut akan membentuk senyawa kompleks yang mudah larut (Gambar 64).
Hasil penelitian ini mendapatkan bahwa pada perlakuan CaO dan Ca(OH)2dengan dosis 1000 ppm, pH mencapai 10,35 hingga 10,55 (Tabel 33) dan pada pH tersebut nilai TDS pada sentrat mencapai minimum. Pada kondisi ini, meskipun ada beberapa logam mikro terlarut yang mengalami pelarutan kembali seperti Cu, Zn, Pb dan Cd, namun ada pula logam mikro lainnya yang masih mengalami pengendapan seperti Mn, Fe dan Cr.
Pada pH tersebut jumlah padatan terlarut pada sentrat mencapai minimum sebagai akibat logam-logam terlarut yang berinteraksi dengan OH- atau berinteraksi dengan koloid membentuk senyawa yang mudah mengendap berada dalam jumlah yang lebih banyak dibanding logam-logam terlarut lainnya yang melarut kembali karena membentuk senyawa komplek dengan OH-yang berlebih.
Kadar Ca2+ pada sentrat dari perlakuan CaO dan Ca(OH)2dengan dosis 1500 ppm menunjukkan nilai yang paling minimum (Gambar 53 dan Gambar 54). Hal ini menunjukkan bahwa pemberian CaO dan Ca(OH)2 pada dosis 1000 ppm menyebabkan muatan bergantung pH yang terbentuk akibat penambahan kapur maksimal dalam mengikat Ca2+ baik yang berasal dari lindi maupun kapur. Apabila dosis pemberian dari kedua jenis kapur tersebut terus ditingkatkan (di atas 1500 ppm) sementara volume lindi tetap, Ca2+pada sentrat mulai mengalami peningkatan. Diduga pada dosis >
1500 ppm, jumlah muatan bergantung pH yang terbentuk akibat penambahan kapur kurang dari jumlah Ca2+yang ada pada larutan menyebabkan ada Ca2+ yang tidak diikat dan tetap berada dalam bentuk terlarut.
Kelebihan Ca2+tersebut menjadi salah satu bahan padatan terlarut yang sulit terendapkan baik melalui proses sentrifugasi maupun pengocokan. Kelebihan Ca2+ tersebut dapat mempengaruhi nilai TDS pada sentrat.
Gambar 53. Pola perubahan kadar Ca2+pada sentrat dari keempat jenis kapur (perlakuan sentrifugasi)
Gambar 54. Pola perubahan kadar Ca2+pada sentrat dari keempat jenis kapur (perlakuan pengocokan)
Kemiripan pola perubahan nilai TDS, kadar Ca2+ dan pH pada sentrat dari perlakuan CaO dan Ca(OH)2(Gambar 51 - Gambar 56) berkaitan pada tiga hal, yakni:
1) Kedua jenis kapur tersebut memiliki perbedaan bobot molekul (BM) yang relatif sempit (BM CaO = 56 dan BM Ca(OH)2 = 74), 2) pada larutan, kedua jenis kapur tersebut akan bereaksi membentuk bahan yang sama yakni Ca2+ dan OH-sehingga pada konsentrasi yang sama hampir menyumbangkan Ca2+ dan OH- ke dalam larutan dalam jumlah yang hampir sama, dan 3) reaksi CaO atau Ca(OH)2 dalam air membentuk ion Ca2+dan OH-tidak mencapai kejenuhan hingga pada dosis 6000 ppm.
Gambar 55. Pola perubahan pH pada perlakuan pemberian kapur yang disentrifugasi
Gambar 56. Pola perubahan pH pada perlakuan pemberian kapur yang dikocok
