Teknologi Pengolahan Sampah secara Biologis

Pengelolaan Limbah Padat

Oleh:

Dianisti Saraswati, S.T.

Instruktur Pelatihan PSLH ITB

Teknologi Pengolahan Sampah secara Biologis

Tujuan Pemilahan Limbah

1. Meningkatkan efisiensi proses pengolahan/daur ulang

→ Suatu teknologi spesifik terhadap suatu jenis limbah tertentu

2. Memperkecil potensi bahaya akibat bercampurnya beberapa limbah

3. Menjaga kemurnian dari berbagai pengotor/limbah lain

→ Semakin sedikit by-product yang harus ditangani

4. Membantu proses manajemen perusahaan lebih baik

→ Karena hanya berhubungan dengan jumlah dan jenis limbah yang lebih sedikit

Urgensi Pemilahan Limbah Padat Domestik

• Walaupun unit timbulan per satuan penghasil

(kg/org) kecil tetapi jumlah populasi sangat banyak

→ Timbulan menjadi sangat besar

• Setiap waktu dihasilkan dari sumber yang sangat banyak dan tersebar

• Memiliki karakteristik yang sangat heterogen dan berubah setiap hari

• Masih menjadi tanggungjawab pemerintah (“Public Services”)

• Besar kemungkinan bercampur dengan berbagai jenis limbah

Timbulan & Komposisi Sampah Kota

• Studi komprehensif antara Lab Buangan Padat dan B3 ITB dengan JICA Adviser “Indonesian Domestic Solid Waste Statistics Year of 2008”

• Dari total 485 seluruh kota/kab di Indonesia, 33%

memberikan data terkait pengelolaan persampahan

Tingkat Daur Ulang Sampah Kota

• Diketahui tingkat daur ulang sampah kota tidak lebih dari 3%

• Daur ulang dominan dilakukan terhadap sampah organik, botol PET dan plastik

Urgensi proses sampah yang lebih baik

Pemilahan Limbah

Beberapa pertimbangan Pemilahan limbah agar efisien maka dilakukan:

(1) Berdasarkan kuantitasnya → Hanya yg jumlahnya dominan dibandingkan yang lain

(2) Terhadap limbah yang memiliki nilai ekonomis → Agar berjalan secara berkelanjutan

(3) Terhadap limbah yang dapat dimanfaatkan (untuk industri yang sama atau berbeda) → Mengurangi ketergantungan pada sumberdaya alam

(4) Terhadap limbah yang dapat dipilah → Untuk mempermudah proses pemilahan

Pemilahan Limbah

• Alasan Pemilahan limbah di sumber sangat dikehendaki:

➢ Mengurangi kontaminasi dari jenis limbah yang tidak serupa dan/atau berbahaya

➢ Memudahkan proses daur ulang/pengolahan/

penanganan selanjutnya

➢ Mereduksi biaya pengelolaan limbah selanjutnya

➢ Mengurangi kebutuhan prasarana sarana pengelolaan limbah

➢ Menghindari konflik sosial karena penanganan dekat dengan penghasil limbah

Pemilahan Limbah

Pemilahan limbah, terutama sampah, dapat pula dilakukan di TPA:

• Kuantitas yang ditangani sangat besar

➢ Membutuhkan lahan yang luas

➢ Tidak lagi bisa dilakukan dengan manual

➢ Kalaupun bisa secara manual, hanya untuk sampah dari sumber spesifik

• Sampah organik terpilah tertimbun di TPA:

➢ Dapat mempercepat stabilisasi lahan TPA

➢ Dapat mengoptimalkan produksi gas methan

MA

Pemilahan Limbah Sebagai bagian dari

Material Recovery Facility

Material Recovery Facility

1. reception area 2. feeding conveyor

to sorting area 3. sorting belt

4. magnetic separator 5. ejection of waste

material 6. storage silos 7. paper shredder 8. feeding conveyor

to the press 9. baling press 10. bale press for

metal scraps

Process involved in MRF

Techniques

Manual methods Mechanical methods

• Electromagnetic separation

• Fluid dynamics

• Pneumatics

• Others

Processes:

• Size reduction

• Air classification

• Screening

Pemilahan Manual

Pemilahan Manual

Mechanical Separation

• Size reduction

• Glass separation

• Air classification

• Non-ferrous separation

• Screening

• Densification

• Magnetic separation

• Conveyors

Size reduction Technique

• The term “size reduction” has a number of synonyms in solid waste management, including “shredding” and “grinding”.

• Reduces bulky items to particles, the sizes of which are compatible with the processing equipment.

• This uniformity is a requirement of some mechanical sorting systems

• The hammer mill is a type of high-speed shredder frequently used for size reducing solid waste.

• Low-speed, high-torque; flail mill-type shredders;

and shear shredders are also used in some cases for size reducing solid waste.

• On the basis of orientation of the rotor -- namely, horizontal and vertical.

Size reduction Technique

Air Classifiers

• Tujuan: untuk memisahkan bahan ringan (a.l materi anorganik) dari yang berat (a.l fraksi organik).

• Prinsip:

➢ Bahan ringan akan tertangkap dalam aliran udara keatas dan dibawa oleh udara.

➢ Sementara fraksi yang lebih berat akan turun, tidak dapat dihembuskan oleh aliran udara, selanjutnya harus

dipisahkan dengan udara.

➢ Biasanya, dilakukan dengan suatu cyclone tapi dapat

dilengkapi dengan box untuk menangkap partikel yg turun sementara udara keluar disaring (bila diperlukan) dan

dikeluarkan.

➢ Udara dapat saja dihempuskan atau dihisap dan kipas dapat ditempatkan sbl atau sesudah cyclone nya.

Screening

• Screens are used for achieving efficient separation of particles through dependence on differences between particle sizes with respect to any two dimensions.

• Screening process: Oversized feedstock, Undersized feedstock

Pemisahan Secara Magnetik

•

Dua aplikasi:

➢ Memurnikan campuran pasokan yang mengandung logam

➢ Memurnikan campuran bahan logam

•

Ada dua jenis konfigurasi:

➢ Drum separator: Limbah dijatuhkan ke sebuah silinder yang mempunyai medan magnet.

➢ Belt separator: Limbah dialirkan melalui bagian yg mempunyai medan magnet

• Komposisi limbah padat bisasaja berupa materi organik

→ Penghasil limbah padat yang didominasi materi organik??

• Pada prinsipnya semua materi organik adalah biodegradable

→ Yang membedakan adalah kecepatan dekomposisinya

→ Karena melibatkan mikroorganisme maka perlu diketahui proses dan kondisi yang dikehendaki mikroorganisme tsb

Pengolahan Biologis

Pendahuluan

Konversi Secara Biologi

• Proses dekomposisi sebenarnya bisa terjadi di alam akibat aktivitas mikroorganisme

→ Yang bekerja umumnya bakteri, actinomycetes, jamur dll

→ Kehidupannya sangat membutuhkan makanan/nutrien untuk kelangsungan metabolisme selnya

→ Shg sangat penting faktor-faktor lingkungan yg menunjang kehidupan mikroorganisme.

• Materi organik dapat didekomposisi melalui aktivitas mikroorganisme untuk metabolisme selnya

• Hal penting proses dekomposisi materi organik, seperti :

❑Kebutuhan nutrisi bagi mikroorganisme

❑Tipe metabolisme mikrobial berdasarkan kebutuhan oksigen

❑Lingkungan yang dibutuhkan

Kebutuhan Nutrien bagi Mikroorganisme

• Untuk keberlanjutan reproduksi & fungsinya,

organisme membutuhkan berbagai nutrien seperti C, elemen anorganik seperti N, P, S, K, Ca, Mg

→ C berperan dlm pembentukan dinding sel

• Dua sumber utama karbon:

❖Karbon organik → m.o Heterotrophs

❖Karbon dioksida (CO₂) → m.o Autotrophs

→ Mrp proses reduktif yg butuh input energi

→ Autotroph menggunakan lebih banyak energi

→ Umumnya pertumbuhan lebih lambat.

Kebutuhan Energi bagi Mikroorganisme

•

Sumber energi untuk sintesa sel:

➢Cahaya → m.o phototroph, bersifat:

❖Heterotrophic (bakteri sulfur) atau

❖Autotrophic (algae dan bakteri)

➢Reaksi oksidasi kimia→ m.o chemotroph, bersifat:

❖Heterotrophic (protozoa, fungi, & kebanyakan bakteri)

❖Autotrophic (bakteri nitrifying)

➢Oksidasi & reduksi senyawa inorganik, spt

ammonia, nitrit, & sulfida → m.o Chemoautotroph

➢Oksidasi senyawa organik → m.o Chemoheterotroph

Klasifikasi Mikroorganisme

Klasifikasi Sumber Energi Sumber

Karbon Autotrophic

Photoautotrophic Cahaya CO₂

Chemoautotrophic Reaksi oksidasi- reduksi

senyawa inorganik CO₂ Heterotrophic

Photoheterotrophic Cahaya Karbon organik

Chemoheterotrophic Reaksi oksidasi- reduksi

senyawa organik Karbon organik

Kebutuhan Nutrien Lainnya

•

Selain karbon dan sumber energi lainnya adalah nutrien inorganik (Seperti N, S, P, K, Mg, Ca, Fe, Na, dan Cl).

→ Nutrien minor yang penting adalah Zn, Mn, Mo, Se, Co, Cu, Ni

•

Sebagian besar kandungan karbon digunakan sbg sumber energi yg dibakar dalam proses respirasi menjadi CO

₂

.

→ Sisanya, bersama-sama dengan nitrogen digunakan untuk sintesa sel dalam protoplasma sel, terutama pada

pembentukan dinding sel.

Metabolisme Mikrobial

• M.o yang menghasilkan energi dan menggunakan oksigen

sebagai penerima transport elektron dari donor elektron disebut mempunyai metabolisme respiratori,

→ Prosesnya disebut respiratori aerob,

→ Kebutuhan energinya terjadi bila ada suplai molekul oksigen

→ Disebut mikroorganisme obligate aerob.

• M.o yang mengalami metabolisme fermentatif dimana energi dihasilkan oleh organisme melalui proses fermentasi dan proses dapat terjadi bila dalam lingkungannya tidak terdapat oksigen

→ Dikenal sbg m.o obligate anaerob.

• Terdapat pula kelompok m.o yang dapat hidup dalam

lingkungan baik dengan kehadiran maupun tanpa adanya molekul oksigen

→ Disebut m.o anaerob fakultatif.

Jenis mikroorganisme

M.o yang bekerja dapat diklasifikasikan berdasarkan struktur sel dan fungsinya, yaitu:

1. Kelompok procaryote seperti eubacteria dan

archaebacteria memegang peranan penting dalam konversi secara biologi dari materi organik limbah, dan biasa disebut bakteri.

2. Kelompok eucaryote berupa tanaman, hewan, dan protis (algae, fungi dan protozoa). Eucaryote yang penting dalam konversi secara biologi dari limbah organik diantaranya adalah fungi, yeast dan

Actinomycetes ( mempunyai sifat antara bakteri dan fungi).

Faktor Lingkungan

• Setiap m.o memerlukan kondisi lingkungan optimum untuk menjamin berlangsungnya kehidupan m.o

• pH optimum adalah pH netral (6,5 – 7,5)

→ Dijumpai pula bakteri yang dapat tumbuh pada pH

> 9,0 atau pH < 4,5.

• Dominan m.o tumbuh baik pada temperatur 35^oC

• Kelembaban/kandungan air adalah unsur lingkungan penting yang dibutuhkan m.o

→ Bila terlalu rendah, perlu ditambahkan air untuk mendapatkan aktivitas optimum bakteri.

Tipe mikroorganisme Temperatur ^oC Kisaran Optimum

Psychrophilic -10 - 30 15

Mesophilic 20 - 50 35

Thermophilic 45 - 75 55

▪ Proses konversi limbah dengan proses biologi

sebaiknya berlangsung dalam kondisi kesetimbangan dinamik.

→ Lingkungan kehidupan mikroorganisme harus bebas dari toksik, seperti logam berat, ammonia, sulfida dan toksik-toksik lainnya.

Jenis Limbah Harga C/N Kadar Air (%)

Kayu 200-400 75-90

Jerami padi 50-70 75-85

Kertas 50 55-65

Kotoran ternak 10-20 55-65

Sampah kota 30 50-60

• Reaksi sederhana:

• Konversi sebagian (tidak sempurna):

• Konversi lengkap (sempurna):

(1/2)

No. Faktor Komentar

1. Ukuran partikel

Untuk hasil yang optimum, diameter limbah sebaiknya antara 25-75 mm.

2. Ratio carbon- nitrogen

(C/N)

Rasio C/N di awal proses adalah antara 25-50. Pada rasio lebih rendah, akan dihasilkan ammonia yang dapat menghambat aktivitas biologi. Pada rasio lebih tinggi, nitrogen akan menjadi nutrien pembatas.

3. Pencampuran Waktu pengomposan dapat direduksi dengan proses pencampuran dengan bagian yang sudah terdekomposisi sampai 1-5% dalam berat. Kadar air dapat diatur dengan penambahan lumpur IPAL.

4. Kadar air Kadar air harus berada dalam range 50-60% selama proses. Nilai optimum sekitar 55%.

5. Pembalikan Untuk menjaga pengeringan dan pengaliran udara, sampah dibalik secara periodik

No. Faktor Komentar

6. Temperatur Untuk mmendapatkan hasil yang baik, temperatur harus berada antara 50-70ºC pada hari-hari awal proses dan 55-60ºC pada periode pengomposan aktif. Jika lebih dari 70ºC, aktivitas biologi terganggu.

7. Kontrol Bakteri Patogen

Bila proses berjalan baik maka akan membunuh semua patogen selama pengomposan. Hal ini akan terjadi bila temperatur berada pada suhu 60-70ºC.

8. Kebutuhan udara

Secara teori dapat dihitung berdasarkan reaksi transformasi biologi.

Untuk hasil yang optimum, diperlukan udara yang mengandung lebih dari 50% oksigen.

9. Pengontrolan pH

Untuk mencapai hasil optimum, range pH adalah 7-7,5. Untuk meminimalkan kehilangan nitrogen dalam bentuk gas ammonia, pH sebaiknya tidak melebihi 8,5.

10. Tingkat

dekomposisi

Derajat dekomposisi ditandai oleh : penurunan suhu akhir, tingkat kapasitas panas, jumlah materi yang terdekomposisi dan yang resistan, kenaikan potensial redoks, kebutuhan oksigen.

Transformasi Aerob (2/2)

• Proses Hidrolisa: pelarutan organik tak terlarut dan

pemecahan organik rantai panjang (kompleks) menjadi materi bermolekul lebih kecil atau mjd senyawa mudah larut dan berantai lebih sederhana

• Proses Asidogenesa: fermentasi menjadi asam-asam organik terutama asam volatil rantai pendek (asetat,

propionat, dan butirat), hidrogen (H₂), karbondioksida (CO₂), alkohol, dan senyawa dengan berat molekul lebih rendah

lainnya

• Proses Asetogenesa: asam-asam lemak berantai pendek, butirat, dan propionat dioksidasi menghasilkan asam asetat, CO₂, dan H₂

• Proses Metanogenesa: Semua hasil dari tahap

sebelumnya diubah menjadi gas CH₄ dan CO₂. Pada tahap ini kondisi harus anaerobic strict

Monomer (b)

Aseton Butanol Propanol Etanol Butirat Propionat Laktat

Asetat Format CO2

H2

CH4 +⁺ BIO

BIO

BIO

a : polyside, protein, lemak.

b : gula sederhana, asam amino, asam lemak.

BIO : biomassa, mikroba.

2

3

4

2

3

4

Asidogenesa

Asetogenesa Metanogenesa

Degradasi Materi Organik Secara Anaerob

Faktor Lingkungan Anaerob

• pH netral (6,5 – 7,5), alkalinitas harus cukup agar tidak turun

menjadi < 6,2, sebab bakteri metan tidak dapat aktif di bawah pH tersebut.

• Alkalinitas (1000 – 5000 mg/l) dan asam lemak volatil < 250 mg/l

→ Bisa saja menjadi 2 tahap

→ Umumnya rasio terbaik asam lemak volatil dan alkalinitas adalah sekitar 0,25.

• Temperatur optimum dalam proses anaerob adalah 30 – 38^oC (mesofilik) dan 55 – 60^oC (termofilik).

Reaksi Kimia Dekomposisi Anaerob

• Reaksi Sederhana:

• Konversi fraksi organik dari limbah padat:

• Reaksi dekomposisi organik scr lengkap:

Perbandingan Proses Aerob dan Anaerob dari

Materi Organik Sampah

Tujuan Pengomposan

• Mengubah bahan organik yang bidegradable menjadi bahan yang secara biologi bersifat stabil dan

mengurangi volume limbah padat.

• Memusnahkan bakteri patogen, telur serangga, dan mikroorganisme lain yang tidak dikehendaki dalam buangan, terutama bila proses pengomposan seara aerob berjalan dengan baik.

• Memanfaatkan nutrien dalam limbah secara maksimal (nitrogen, phospor, potasium).

• Menghasilkan produk yang digunakan untuk

mendukung pertumbuhan tanaman dan sebagai tanah penyangga.

Manfaat kompos dalam memperbaiki sifat tanah

• Memperkaya bahan makanan untuk tanaman.

• Memperbesar daya ikat tanah berpasir.

• Memperbaiki struktur tanah berlempung.

• Mempertinggi kemampuan menyimpan air.

• Memperbaiki drainase dan porositas tanah.

• Menjaga suhu tanah stabil.

• Mempertinggi daya ikat tanah terhadap zat hara.

• Dapat meningkatkan pengaruh pupuk buatan.

KOMPOS VS PUPUK ???

Sumber Materi:

Mata kuliah Pengelolaan Limbah Padat Teknik Lingkungan ITB

Oleh Dr. Moch. Chaerul (Dosen Teknik Lingkungan ITB)