ANALISIS PENGARUH SIFAT FISIK-KIMIA SAMPAH TERHADAP REDUKSI VOLUME SAMPAH DAN KARAKTERISTIK AIR LINDI
PADA BIOREAKTOR LANDFILL AEROBIK DAN ANAEROBIK
TESIS
GARY ALFRITS MUNTU ADAM 1006773856
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN DEPOK
JUNI 2015
INFLUENCE OF PHYSICAL-CHEMICAL WASTE PROPERTIES ON WASTE VOLUME REDUCTION AND LEACHATE CHARACTERISTICS
OF AN AEROBIC AND ANAEROBIC BIOREACTOR LANDFILL
THESIS
GARY ALFRITS MUNTU ADAM 1006773856
FACULTY OF ENGINEERING
ENVIRONMENTAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPOK
JUNE 2015
UNIVERSITAS INDONESIA
ANALISIS PENGARUH SIFAT FISIK-KIMIA SAMPAH TERHADAP REDUKSI VOLUME SAMPAH DAN KARAKTERISTIK AIR LINDI
PADA BIOREAKTOR LANDFILL AEROBIK DAN ANAEROBIK
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar magister
GARY ALFRITS MUNTU ADAM 1006773856
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN DEPOK
JUNI 2015
UNIVERSITAS INDONESIA
INFLUENCE OF PHYSICAL-CHEMICAL WASTE PROPERTIES ON WASTE VOLUME REDUCTION AND LEACHATE CHARACTERISTICS
OF AN AEROBIC AND ANAEROBIC BIOREACTOR LANDFILL
THESIS
Proposed as one of the requirement to obtain a Master’s degree
GARY ALFRITS MUNTU ADAM 1006773856
FACULTY OF ENGINEERING
ENVIRONMENTAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPOK
JUNE 2015
Tesis ini adalah hasil karya saya sendiri,
dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar.
Nama : Gary Alfrits Muntu Adam
NPM : 1006773856
Tanda Tangan :
Tanggal : 22 Juni 2015
I declare that this thesis of one of my own research, and all of references either quoted or cited here
have been mentioned properly
Name : Gary Alfrits Muntu Adam
Student ID : 1006773856
Signature :
Date : June 22nd, 2015
Tesis ini diajukan oleh :
Nama : Gary Alfrits Muntu Adam
NPM : 1006773856
Program Studi : Teknik Lingkungan
Judul Skripsi : Analisis Pengaruh Sifat Fisik-Kimia Sampah Terhadap Reduksi Volume Sampah Dan Karakteristik Air Lindi Pada Bioreaktor Landfill Aerobik Dan Anaerobik
Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Magister Teknik pada Program Studi Teknik Lingkungan, Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia
DEWAN PENGUJI
Pembimbing : Ir. G.S. Boedi Andari, M.Eng., Ph.D ( )
Penguji 1 : Prof. Dr. Ir. Djoko M. Hartono, S.E., M.Eng. ( )
Penguji 2 : Dr. Ir. Setyo Sarwanto Moersidik, DEA ( )
Penguji 3 : Ir. Irma Gusniani, M.Sc. ( )
Ditetapkan di : Depok Tanggal : 22 Juni 2015
This thesis is submitted by :
Name : Gary Alfrits Muntu Adam
Student ID : 1006773856
Student Program : Environmental Engineering
Thesis Title : Influence Of Physical-Chemical Waste Properties On Waste Volume Reduction And Leachate Characteristics Of An Aerobic And Anaerobic Bioreactor Landfill
Has been successfully defended before the Council Examiners and was accepted as part of the requirement necessary to obtain a Master of Engineering degree in Environmental Engineering Program, Faculty of Engineering, Universitas Indonesia.
EXAMINERS
Advisor : Ir. G.S. Boedi Andari, M.Eng., Ph.D ( )
Examiner 1 : Prof. Dr. Ir. Djoko M. Hartono, S.E., M.Eng. ( )
Examiner 2 : Dr. Ir. Setyo Sarwanto Moersidik, DEA ( )
Examiner 3 : Ir. Irma Gusniani, M.Sc. ( )
Defined in : Depok
Date : June 22nd, 2015
Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, karena hanya atas berkat dan kuasa-Nya lah, saya dapat menyelesaikan tesis ini dengan sebaik- baiknya. Dalam proses pengerjaan tesis ini, saya menyadari ada banyak pihak yang turut membantu dan mendukung hingga akhirnya tesis ini dapat selesai. Maka dari itu, saya ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ir. Gabriel S.B. Andari K. M.Eng., Ph.D, selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu untuk membimbing, mengarahkan, dan mendengarkan segala keluh kesah saya selama mengerjakan tesis ini. Terima kasih Bu, untuk semua motivasi dan pembelajaran yang luar biasa.
2. Orang tua dan seluruh keluarga besar saya yang telah memberikan semangat dan mendukung saya, baik itu secara materi maupun moral.
3. Adik saya tercinta, Gina Stephanie Yuliana Adam yang telah memberikan semangat dan mendoakan saya untuk bisa terus berjuang menyelesaikan tesis ini.
4. Afrizal Citra Pradana dan Eliza Sinta Theresia selaku teman satu tim lysimeter jilid 2. Terima kasih untuk kerjasamanya dan untuk semua pengalaman berbagi ilmu. Sukses terus untuk kita semua.
5. Geng Fast Track Lingkungan 2010 Tercinta; Fieneshia Sevita, Puspa Suparno, Dini Aryanti, Dwi Rahayu, dan Nur Aisyah. Terima kasih untuk semua energi positif, untuk semangat, dan perhatian kalian yang luar biasa. Sukses untuk kita semua ya guys!
6. Mbak Sri Diah dan Mbak Licka Kamadewi dari Laboratorium Teknik Lingkungan yang telah memberikan bimbingan dan arahan kepada saya dalam perolehan data untuk tesis ini.
7. Perwakilan dari TPS Lenteng Agung, Jakarta Selatan yang telah memudahkan dalam proses pengambilan sampel untuk pengerjaan tesis ini.
dan dukungan yang telah kalian berikan. Sukses untuk kita semua.
9. Sahabat-sahabat yang selalu siap sedia mendengarkan keluh kesah ; Maria Dian Kusumaningrum, Bunga Isti Rumonda Dondha Siagian, Katherine Vania, dan Melisa. Terima kasih untuk semua dukungan dan semangat yang telah diberikan selama proses pengerjaan tesis ini.
10. Segenap karyawan Departemen Teknik Sipil; Mbak Fitri, Mbak Dian, Bang Jali, dan Mas Hamid yang telah membantu dalam hal administrasi dan perizinan untuk penggunaan laboratorium.
Akhir kata, semoga Tuhan Yesus Kristus senantiasa membalas segala kebaikan dan kemurahan hati semua pihak yang telah membantu saya. Besar harapan saya agar tesis ini boleh memberikan manfaat bagi banyak pihak.
Depok, Juni 2015
Penulis
TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai civitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan dibawah ini ;
Nama : Gary Alfrits Muntu Adam
NPM : 1006773856
Program Studi : Teknik Lingkungan Departemen : Teknik Sipil
Fakultas : Teknik Jenis Karya : Tesis
demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty- Free Right) atas karya ilmiah yang berjudul :
Analisis Pengaruh Sifat Fisik-Kimia Sampah Terhadap Reduksi Volume Sampah Dan Karakteristik Air Lindi Pada Bioreaktor Landfill Aerobik Dan Anaerobik
beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalih media atau formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan mempublikasikan tesis saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di : Depok Pada tanggal : 22 Juni 2015
Yang menyatakan
(Gary Alfrits Muntu Adam)
FOR ACADEMIC PURPOSES
As an civitas academica of University Of Indonesia, I, the undersigned : Name : Gary Alfrits Muntu Adam
Student ID : 1006773856
Study Program : Enviromental Engineering Department : Civil Engineering
Faculty : Engineering Type Of Work : Thesis
for the sake of science development, hereby agree to provide Universitas Indonesia Non-exclusive Royalty Free Right for my scientific work entitled :
Influence Of Physical-Chemical Waste Properties On Waste Volume Reduction And Leachate Characteristics Of An Aerobic And Anaerobic Bioreactor Landfill
together with the entire documents (if necessary). With the Non-exclusive Royalty Free Right, University Of Indonesia has rights to store, convert, manage in the form of database, keep and publish my final report as long as list my name as the author and copyright owner.
I certify that the above statement is true.
Signed at : Depok
Date : June 22nd, 2015
The Declarer
(Gary Alfrits Muntu Adam)
Nama : Gary Alfrits Muntu Adam Program Studi : Teknik Lingkungan
Judul : Analisis Pengaruh Sifat Fisik-Kimia Sampah Terhadap Reduksi Volume Sampah Dan Karakteristik Air Lindi Pada Bioreaktor Landfill Aerobik Dan Anaerobik
Perlakuan aerasi dan resirkulasi air lindi yang diberlakukan pada bioreaktor landfill dapat mempengaruhi kualitas fisik kimia sampah dan air lindi. Tujuan penelitian ini adalah menganalisis pengaruh perubahan sifat fisik-kimia sampah terhadap reduksi volume sampah, penyisihan nilai COD dan BOD5, dan perubahan konsentrasi logam berat antara lain logam Fe, Cd, Cu, Zn, Cr, dan Pb. Penelitian akan berlangsung selama 150 hari dan terbagi menjadi 3 tahap. Terdapat dua bioreaktor yang dioperasikan pada penelitian ini, yaitu bioreaktor aerobik dan anaerobik dengan sampel adalah sampah rumah tangga. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa ketinggian sampah turun sebesar 63% untuk reaktor aerob dan 62% untuk reaktor anaerobik. Penyisihan nilai COD sebesar 99% terjadi pada reaktor aerobik dan 98% pada reaktor anaerobik. Perubahan konsentrasi logam berat dipengaruhi oleh perubahan pH air lindi dan perlakuan aerasi. Nilai rata-rata konsentrasi tiap logam berat yang diperoleh pada reaktor aerobik adalah 4,29 mg/L untuk logam Fe; 0,84 mg/L untuk logam Cr (VI); 0,12 mg/L untuk logam Cu; 0,04 mg/L untuk logam Cd; 0,77 mg/L untuk logam Zn; dan 0,11 mg/L untuk logam Pb.
Sedangkan konsentrasi maksimum tiap logam pada reaktor anaerobik adalah 8,29 mg/L untuk logam Fe; 0,46 mg/L untuk logam Cr (VI); 0,09 mg/L untuk logam Cu;
0,04 mg/L untuk logam Cd; 0,79 mg/L untuk logam Zn; dan 0,10 mg/L untuk logam Pb. Konsentrasi tiap logam berat mulai stabil terhitung sejak hari ke-77 penelitian.
Kata kunci :
Bioreaktor landfill, sampah domestik, resirkulasi air lindi, aerasi, stabilisasi sampah, COD, BOD, logam berat
Name : Gary Alfrits Muntu Adam Study Program : Environmental Engineering
Title : Influence Of Physical-Chemical Waste Properties On Waste Volume Reduction And Leachate Characteristics Of An Aerobic And Anaerobic Bioreactor Landfill
Aeration mode and leachate recirculation affect waste and leachate characteristics. The objectives of this study were to observe the effect of physic and chemical waste properties on the reduction of waste volume, COD and BOD5
removal, and changes in heavy metals concentration, such as Fe, Cd, Zn, Cr, Cu, and Pb. This research was divided into 3 stages over 150 days. This research was carried out using 2 reactors containing household solid waste, namely aerobic and anaerobic bioreactor. Results showed that the height of waste for each reactor lift down 62%-63%, the COD percentage removal was 98% - 99%. Changing in concentration of heavy metals is affected by aeration and pH leachate. The average concentration of heavy metal obtained in the aerobic bioreactor was 4,29 mg/L for iron; 0,84 mg/L for chromium hexavalent; 0,12 mg/L for copper; 0,04 mg/L for cadmium; 0,77 mg/L for zinc; and 0,11 mg/L for lead. While the maximum concentration for each metal in the anaerobic reacotr was 8,29 mg/L for iron; 0,46 mg/L for chromium hexavalent; 0,09 mg/L for copper; 0,04 mg/L for cadmium;
0,77 mg/L for zinc; and 0,10 mg/L for lead. The heavy metals concentration were stabilized at day 77th.
Keywords :
Landfill bioreactor, household solid waste, leachate recirculation, aeration, waste stabilization,COD, BOD, and heavy metals concentration.
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ... v
STATEMENT OF AUTHENTICITY ... vi
HALAMAN PENGESAHAN ... vii
STATEMENT OF LEGITIMATION ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... xi
TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... xi
STATEMENT OF AGREEMENT OF FINAL REPORT PUBLICATION FOR ACADEMIC PURPOSES ... xii
ABSTRAK ... xiii
ABSTRACT ... xiv
DAFTAR ISI ... xv
DAFTAR GAMBAR ... xviii
DAFTAR TABEL ... xix
DAFTAR LAMPIRAN ... xxii
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Identifikasi Masalah ... 4
1.3 Pertanyaan Penelitian ... 4
1.4 Tujuan Penelitian ... 5
1.5 Manfaat Penelitian ... 5
1.6 Batasan Masalah ... 6
1.7 Sistematika Penulisan ... 6
1.8 Model Operasional Penelitian ... 8
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 9
2.1 Penelitian Terdahulu yang Relevan (State of The Art) ... 9
2.1.1 Perkembangan Bioreaktor Landfill ... 9
2.1.1.1 Sistem Aerobik dan Anaerobik ... 9
2.1.1.2 Sejarah Bioreaktor Landfill Aerobik ... 10
2.1.2 Pengaruh Sistem Aerasi Terhadap Stabilisasi Sampah ... 11
2.1.3 Pengaruh Aerasi Terhadap Penurunan Nilai COD ... 13
2.1.4 Pengaruh Aerasi Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Berat ... 14
2.1.5 Penelitian Bioreaktor Landfill Skala Laboratorium ... 15
2.2 Kebaharuan Penelitian (Novelty) ... 34
2.3 Dasar Teori ... 35
2.3.1 Landfill ... 35
2.3.2 Bioreaktor Landfill ... 38
2.3.3 Proses Fisik Kimia Pada Bioreaktor Landfill ... 39
2.3.4 Air Lindi ... 41
2.3.4.1 Karakteristik dan Komposisi Air Lindi ... 43
2.3.4.2 Logam Berat Pada Air Lindi ... 44
2.4 Hipotesa Penelitian ... 48
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 49
3.2 Kerangka Berpikir ... 49
3.3 Tahapan Penelitian... 51
3.4 Variabel Penelitian ... 54
3.5 Data Penelitian ... 55
3.6 Instrumen dan Populasi Penelitian ... 57
3.6.1 Perancangan Bioreaktor Landfill ... 57
3.6.1.1 Penentuan Sistem Pemadatan ... 61
3.6.1.2 Penentuan Sistem Aerasi ... 62
3.6.1.3 Resirkulasi Air Lindi dan Penambahan Air ... 63
3.6.2 Feedstock Sampah ... 65
3.6.3 Instrumen Untuk Pengujian Data Penelitian ... 66
3.6.4 Populasi Penelitian (Feedstock Sampah) ... 68
3.6.5 Pengolahan Data Penelitian ... 68
3.6.5.1 Prosedur Analisis Field Capacity ... 69
3.6.5.2 Prosedur Analisis Rasio C/N ... 69
3.6.5.3 Prosedur Analisis Logam Berat ... 69
3.6.6 Analisis Statistik Data Penelitian ... 70
3.7 Lokasi Penelitian ... 71
3.8 Durasi Penelitian ... 73
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 80
4.1 Perancangan dan Pengisian Bioreaktor ... 80
4.1.1 Perancangan Bioreaktor ... 80
4.1.2 Pengisian Sampel Sampah ... 81
4.2 Analisis Deskriptif Parameter Fisik Sampah dan Air Lindi ... 83
4.2.1 Analisis Penurunan Sampah Terhadap Waktu ... 83
4.2.2 Analisis pH Air Lindi Terhadap Waktu ... 86
4.2.3 Analisis Temperatur Sampah Terhadap Waktu ... 88
4.2.4 Analisis Field Capacity Sampah Terhadap Waktu ... 90
4.2.5 Analisis Rasio C/N Sampah Terhadap Waktu ... 93
4.3 Analisis Deskriptif Penyisihan Kandungan Organik Pada Air Lindi . 95 4.3.1 Analisis Nilai Biochemical Oxygen Demand (BOD) ... 95
4.3.2 Analisis Nilai Chemical Oxygen Demand (COD) ... 96
4.3.3 Analisis Rasio BOD/COD ... 98
4.4 . Analisis Hubungan Perubahan Karakteristik Fisik Kimia Sampah dan Air Lindi Terhadap Pengurangan Volume Sampah ... 100
4.5 Analisis Perubahan Konsentrasi Logam Berat Pada Air Lindi... 106
4.5.1 Analisis Konsentrasi Logam Cu Pada Air Lindi ... 107
4.5.1.1 Analisis Deskriptif Perubahan Konsentrasi Logam Cu Pada Air Lindi ... 107
4.5.1.2 Analisis Hubungan Perubahan Karakteristik Fisik Kimia Sampah dan Air Lindi Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Cu ... 110
4.5.2 Analisis Konsentrasi Logam Pb (Timbal) ... 114
4.5.2.1 Analisis Deskriptif Perubahan Konsentrasi Logam Pb ... 114
Sampah dan Air Lindi Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam
Pb ... 117
4.5.3 Analisis Konsentrasi Logam Zn (Seng) ... 121
4.5.3.1 Analisis Deskriptif Perubahan Konsentrasi Logam Zn ... 121
4.5.3.2 Analisis Hubungan Perubahan Karakteristik Fisik Kimia Sampah dan Air Lindi Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Zn ... 123
4.5.4 Analisis Konsentrasi Logam Cd (Kadmium) ... 127
4.5.4.1 Analisis Deskriptif Perubahan Konsentrasi Logam Cd ... 127
4.5.4.2 Analisis Hubungan Perubahan Karakteristik Fisik Kimia Sampah dan Air Lindi Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Cd ... 128
4.5.5 Analisis Konsentrasi Logam Fe (Besi) ... 133
4.5.5.1 Analisis Deskriptif Perubahan Konsentrasi Logam Fe ... 133
4.5.5.2 Analisis Hubungan Perubahan Karakteristik Fisik Kimia Sampah dan Air Lindi Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Fe ... 135
4.5.6 Analisis Konsentrasi Logam Cr (Kromium) ... 139
4.5.6.1 Analisis Deskriptif Perubahan Konsentrasi Logam Cr ... 139
4.5.6.2 Analisis Hubungan Perubahan Karakteristik Fisik Kimia Sampah dan Air Lindi Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Cr (VI) ... 141
4.5.7 Identifikasi Sumber Kandungan Logam Berat Pada Air Lindi ... 145
4.6 Uji Independensi Parameter Fisik – Kimia Sampah dan Air Lindi .. 146
4.6.1 Hasil Uji Independensi Terhadap Parameter Fisik Sampah dan Air Lindi ... 147
4.6.2 Hasil Uji Independensi Terhadap Parameter Pencemar Organik Pada Air Lindi ... 149
4.6.3 Hasil Uji Independensi Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Berat Pada Air Lindi ... 150
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 152
5.1 Kesimpulan ... 152
5.2 Saran ... 153
DAFTAR PUSTAKA ... 154
Gambar 2.1 Hasil dari Pengoperasian Fukuoka Method ... 11
Gambar 2.2 Grafik Rasio Penurunan Ketinggian Sampah... 12
Gambar 2.3 Grafik Persentase Penurunan Muka Sampah ... 13
Gambar 2.4 Konsentrasi Logam Berat Zn, Fe, Cr, dan Cu Pada Bioreaktor Landfill ... 14
Gambar 2.5 Konfigurasi Reaktor Penelitian Borglin et.al. ... 16
Gambar 2.6 Konfigurasi Reaktor Penelitian Zhongping et.al. ... 17
Gambar 2.7 Konfigurasi Reaktor Penelitian Sekman et.al. ... 18
Gambar 3.1 Kerangka Konsep Penelitian ... 51
Gambar 3.2 Tahapan Penelitian Bioreaktor Landfill Aerobik ... 53
Gambar 3.3 Pipa PVC Ukuran 12” ... 58
Gambar 3.4 Tampak Atas Reaktor ... 60
Gambar 3.5 Desain Lysimeter ... 61
Gambar 3.6 TPS Lenteng Agung, Jakarta Selatan ... 66
Gambar 3.7 pH Meter ... 67
Gambar 3.8 Termometer Digital ... 67
Gambar 3.9 Spektrofotometer DR – 2000 ... 68
Gambar 4.1 (a) Pengisian Kerikil; (b) Pengisian Material Sampah; ... 81
Gambar 4.2 Kondisi TPS Lenteng Agung, Jakarta Selatan ... 82
Gambar 4.3 Pengukuran Ketinggian Sampah dengan Menggunakan Meteran .... 84
Gambar 4.4 Grafik Penurunan Ketinggian Sampah Pada Tiap Reaktor ... 84
Gambar 4.5 Nilai pH Air Lindi Pada Kedua Reaktor ... 86
Gambar 4.6 Grafik Temperatur Sampah Pada Tiap Reaktor ... 89
Gambar 4.7 Volume Air Lindi yang Terbentuk Pada Kedua Reaktor ... 91
Gambar 4.8 Nilai Field Capacity Sampah Pada Kedua Reaktor ... 93
Gambar 4.9 Rasio C/N Pada Kedua Reaktor ... 94
Gambar 4.10 Grafik Nilai BOD Pada Tiap Reaktor ... 95
Gambar 4.11 Grafik Nilai COD Pada Tiap Reaktor ... 97
Gambar 4.12 Rasio BOD5/COD Pada Kedua Reaktor... 99
Gambar 4.15 Konsentrasi Logam Cu di Air Lindi Pada Tiap Reaktor ... 107
Gambar 4.16 Konsentrasi Logam Pb di Air Lindi Pada Tiap Reaktor ... 115
Gambar 4.17 Konsentrasi Logam Zn di Air Lindi Pada Tiap Reaktor ... 121
Gambar 4.18 Konsentrasi Logam Cd di Air Lindi Pada Tiap Reaktor ... 127
Gambar 4.19 Konsentrasi Total Logam Fe di Air Lindi Pada Tiap Reaktor ... 133
Gambar 4.20 Konsentrasi Logam Cr Heksavalen di Air Lindi Pada Tiap Reaktor ... 139
Tabel 2.1 Karakteristik Air Lindi Pada Bioreaktor ... 15
Tabel 2.2 Laju Aerasi Penelitian Terdahulu ... 18
Tabel 2.3 Hasil Penelitian Terdahulu ... 20
Tabel 2.4 Karakteristik Air Lindi di Landfill ... 43
Tabel 3.1 Variabel Penelitian ... 54
Tabel 3.2 Data Penelitian ... 55
Tabel 3.3 Spesifikasi Pipa PVC ... 57
Tabel 3.4 Keterangan Modifikasi Pipa PVC ... 58
Tabel 3.5 Detail Komponen Pipa Reaktor ... 59
Tabel 3.6 Detail Komponen Pengisi Reaktor ... 60
Tabel 3.7 Data Curah Bulanan Stasiun FT-UI Depok 2003-2012 ... 64
Tabel 3.8 Frekuensi Penambahan Air ... 65
Tabel 3.9 Frekuensi Resirkulasi Air Lindi ... 65
Tabel 3.10 Sifat Korelasi Berdasarkan Nilai Koefisien Korelasi ... 70
Tabel 3.11 Jadwal Pra Penelitian ... 73
Tabel 3.12 Jadwal Penelitian Bulan Desember Tahun 2014... 74
Tabel 3.13 Jadwal Penelitian Bulan Januari Tahun 2015 ... 75
Tabel 3.14 Jadwal Penelitian Bulan Februari Tahun 2015 ... 76
Tabel 3.15 Jadwal Penelitian Bulan Maret Tahun 2015 ... 77
Tabel 3.16 Jadwal Penelitian Bulan April Tahun 2015 ... 78
Tabel 3.17 Jadwal Penelitian Bulan Mei Tahun 2015 ... 79
Tabel 4.1 Karakteristik Fisik Awal Sampah ... 83
Tabel 4.2 Korelasi Antara Nilai BOD5 dan COD Air Lindi ... 100
Tabel 4.3 Koefisien Korelasi Pearson Tiap Variabel Bebas Terhadap Penurunan Ketinggian Sampah ... 102
Tabel 4.4 Nilai Koefisien Regresi Tiap Variabel Bebas Terhadap Penurunan Ketinggian Sampah ... 104
Tabel 4.5 Hasil Uji Regresi Parsial Tiap Variabel Bebas Terhadap Penurunan Ketinggian Sampah ... 105
Tabel 4.6 Koefisien Determinasi Model Hubungan Variabel Bebas Terhadap Penurunan Ketinggian Sampah di Reaktor Aerobik ... 105
Tabel 4.7 Koefisien Determinasi Model Hubungan Variabel Bebas Terhadap Penurunan Ketinggian Sampah di Reaktor Anaerobik ... 106
Tabel 4.8 Koefisien Korelasi Pearson Tiap Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Cu ... 110
Tabel 4.9 Nilai Koefisien Regresi Tiap Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Cu ... 112
Tabel 4.10 Hasil Uji Regresi Parsial Tiap Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Cu ... 113
Perubahan Konsentrasi Logam Cu Di Reaktor Aerobik ... 113 Tabel 4.12 Koefisien Determinasi Model Hubungan Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Cu Di Reaktor Anaerobik ... 114 Tabel 4.13 Koefisien Korelasi Pearson Tiap Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Pb ... 117 Tabel 4.14 Nilai Koefisien Regresi Tiap Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Pb ... 118 Tabel 4.15 Hasil Uji Regresi Parsial Tiap Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Pb ... 119 Tabel 4.16 Koefisien Determinasi Model Hubungan Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Pb Di Reaktor Aerobik ... 120 Tabel 4.17 Koefisien Determinasi Model Hubungan Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Pb Di Reaktor Anaerobik ... 120 Tabel 4.18 Koefisien Korelasi Pearson Tiap Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Zn ... 123 Tabel 4.19 Nilai Koefisien Regresi Tiap Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Zn ... 125 Tabel 4.20 Hasil Uji Regresi Parsial Tiap Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Zn ... 125 Tabel 4.21 Koefisien Determinasi Model Hubungan Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Zn Di Reaktor Aerobik ... 126 Tabel 4.22 Koefisien Determinasi Model Hubungan Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Zn Di Reaktor Anaerobik ... 126 Tabel 4.23 Koefisien Korelasi Pearson Tiap Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Cd ... 129 Tabel 4.24 Nilai Koefisien Regresi Tiap Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Cd ... 130 Tabel 4.25 Hasil Uji Regresi Parsial Tiap Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Cd ... 131 Tabel 4.26 Koefisien Determinasi Model Hubungan Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Cd Di Reaktor Aerobik ... 132 Tabel 4.27 Koefisien Determinasi Model Hubungan Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Cd Di Reaktor Anaerobik ... 132 Tabel 4.28 Koefisien Korelasi Pearson Tiap Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Fe ... 135 Tabel 4.29 Nilai Koefisien Regresi Tiap Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Fe ... 137 Tabel 4.30 Hasil Uji Regresi Parsial Tiap Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Fe ... 137 Tabel 4.31 Koefisien Determinasi Model Hubungan Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Fe Di Reaktor Aerobik ... 138
Perubahan Konsentrasi Logam Fe Di Reaktor Anaerobik ... 138 Tabel 4.33 Koefisien Korelasi Pearson Tiap Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Cr (VI) ... 142 Tabel 4.34 Nilai Koefisien Regresi Tiap Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Cr (VI) ... 143 Tabel 4.35 Hasil Uji Regresi Parsial Tiap Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Cr (VI) ... 144 Tabel 4.36 Koefisien Determinasi Model Hubungan Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Cr (VI) Di Reaktor Aerobik ... 144 Tabel 4.37 Koefisien Determinasi Model Hubungan Variabel Bebas Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Cr (VI) Di Reaktor Anaerobik ... 145 Tabel 4.38 Hasil Uji Independensi Terhadap Parameter Fisik Sampah ... 147 Tabel 4.39 Hasil Uji Independensi Terhadap Parameter Pencemar Organik Air Lindi ... 149 Tabel 4.40 Hasil Uji Independensi Terhadap Konsentrasi Logam Berat Air Lindi ... 150
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 – Data Penurunan Ketinggian Sampah ... 158 Lampiran 2 – Data pH Air Lindi ... 161 Lampiran 3 – Data Temperatur Sampah Reaktor Aerobik ... 164 Lampiran 4 – Data Kadar Air Dan Field Capacity Sampah ... 170 Lampiran 5 – Data Konsentrasi Logam Berat... 172 Lampiran 6 – Contoh Hasil Pengecekan Logam Berat Menggunakan AAS ... 173 Lampiran 7 – Data Nilai COD Air Lindi ... 177 Lampiran 8 – Data Nilai BOD Air Lindi ... 178 Lampiran 9 – Data Rasio C/N Sampah ... 179 Lampiran 10 – Hasil Uji ANOVA ... 180
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Setiap aktivitas manusia akan menghasilkan limbah yang pada umumnya akan dibuang karena dianggap sudah tidak memiliki nilai guna. Limbah yang dimaksud umumnya berbentuk padat, dan kata “limbah” menyatakan bahwa material tersebut sudah tidak memiliki nilai guna dan tidak dikehendaki keberadaannya. Limbah berbentuk padatan yang diproduksi dari kegiatan manusia dikenal dengan istilah sampah.
Sampah didefinisikan sebagai bahan buangan berbentuk padat maupun semi padat yang berasal dari aktivitas manusia maupun hewan yang dibuang karena tidak memiliki manfaat bagi pemiliknya (Tchobanoglous, 1993). Keberadaan sampah tidak akan menjadi masalah ketika pengelolaan yang dilakukan tepat dan sesuai. Indonesia sebagai negara dengan jumlah penduduk keempat terbesar di dunia berpotensi memproduksi sampah dalam jumlah besar. Dengan jumlah penduduk pada tahun 2010 adalah 237.641.326 jiwa dan laju pertumbuhan penduduk yang berkisar 1,49% per tahunnya (BPS, 2014), maka Indonesia diperkirakan akan memproduksi sampah sebanyak 130 ton per hari (Kementerian Lingkungan Hidup, 2014).
Produksi sampah yang terus meningkat tentu akan menjadi masalah besar ketika tidak diiringi dengan sistem pengelolaan yang baik. Undang-Undang No. 18 Tahun 2008 sebagai produk hukum yang mengatur pengelolaan sampah telah mengubah hierarki dari pengelolaan sampah. Sebelumnya, konsep “kumpul – angkut- buang” merupakan konsep yang diaplikasikan dalam pengelolaan sampah.
Namun seiring dengan meningkatnya produksi sampah, konsep ini sudah tidak relevan untuk dilakukan.
Dalam Undang-Undang No. 18 Tahun 2008 disebutkan bahwa hierarki pertama dalam proses pengelolaan sampah adalah pengurangan sampah melalui upaya 3R. Selanjutnya, hierarki kedua dari pengelolaan sampah adalah penanganan sampah yang meliputi pemilahan, pengumpulan, pengangkutan, pengolahan, hingga akhirnya berujung pada pemrosesan akhir sampah. Nyatanya, pelaksanaan
yang dihasilkan dari sektor rumah tangga tetap langsung dibuang menuju ke Tempat Pemrosesan Akhir (TPA) sampah (Kementerian Lingkungan Hidup, 2008).
Pembuangan sampah ke Tempat Pemrosesan Akhir (TPA) merupakan cara pengelolaan sampah yang masih diandalkan di Indonesia. Dari total + 492 TPA yang ada di Indonesia, 99% diantaranya merupakan TPA yang bersifat open dumping (Kementerian Pekerjaan Umum, 2012). Pengoperasian TPA dengan sistem terbuka (open dumping) memberikan dampak negatif yang kompleks terhadap kondisi lingkungan di sekitar. Pengoperasian landfill dengan sistem terbuka tidak memperhatikan pengolahan lanjut terhadap air lindi yang terbentuk.
Selain itu, pengoperasian landfill secara open dumping juga tidak memperhatikan emisi gas yang terbentuk akibat proses dekomposisi material organik pada sampah.
Selain itu, pengoperasian TPA dengan sistem terbuka memerlukan banyak lahan untuk menampung setiap sampah yang masuk.
Dengan tingginya volume sampah yang harus dibuang ke TPA, maka ketersediaan lahan TPA menjadi satu masalah yang harus dihadapi dalam hal pengelolaan sampah. Banyak daerah di Indonesia sulit mencari lahan yang sesuai untuk dijadikan sebagai lokasi pemrosesan akhir sampah. Hal ini juga dialami oleh Kota Depok yang saat ini hanya memiliki 1 TPA, yaitu TPA Cipayung. TPA Cipayung memiliki 3 buah kolam, yaitu kolam A, kolam B dan kolam C dengan luas masing-masing kolam adalah 2,1 Ha, 2,4 Ha dan 0,6 Ha (Dinas Kebersihan dan Pertamanan Kota Depok , 2012). Hanya saja, ketersediaan lahan di TPA Cipayung untuk menampung sampah Kota Depok semakin terbatas. Dari 3 kolam yang ada, saat ini hanya tersisa 1 kolam yang dapat dipergunakan dan diprediksikan bahwa 1 kolam yang tersisa ini hanya mampu menampung sampah sampai pertengahan 2013, disebabkan area landfill yang sudah tidak memadai lagi.
Masalah ketersediaan lahan ini sebenarnya dapat diatasi dengan mengurangi jumlah sampah yang masuk ke TPA. Pengurangan jumlah sampah bisa dilakukan dengan melakukan pemilahan sampah sebelum sampah dibawa menuju ke TPA. Dengan dilakukannya pemilahan ini, maka selanjutnya dapat ditentukan pengolahan yang tepat untuk setiap jenis sampah yang dihasilkan. Namun, ada alternatif lain untuk mengatasi masalah keterbatasan lahan di TPA. Solusi tersebut
dapat menampung sampah dengan jumlah yang lebih banyak, karena proses degradasi dapat berlangsung lebih cepat.
Opsi lain yang dapat dilakukan untuk menambah kapasitas landfill adalah dengan mempercepat proses stabilisasi landfill. Percepatan stabilisasi landfill dapat dilakukan dengan menerapkan konsep bioreaktor landfill, yaitu dengan melakukan proses resirkulasi air lindi. Bioreaktor landfill adalah landfill yang dikontrol dengan melakukan penambahan nutrisi, penyangga atau inokulum untuk mencapai tingkat kelembaban antara 40%-60%. Fungsi utama dari bioreaktor landfill adalah untuk mempercepat proses degradasi material organik pada sampah.
Ada 3 tipe konfigurasi dari bioreaktor landfill yang dikenal, yaitu bioreaktor aerob, bioreaktor anaerob, dan bioreaktor hybrid. Pada bioreaktor aerob dilakukan proses injeksi udara kedalam bioreaktor untuk mendukung aktivitas dekomposisi aerobik dan mempercepat proses stabilisasi sampah. Sedangkan pada bioreaktor anaerob, proses biodegradasi berlangsung tanpa adanya keberadaan oksigen (USEPA, 2013).
Proses aerasi yang diberlakukan pada bioreaktor landfill juga dapat mengurangi produksi air lindi, dan dapat mempercepat penurunan kadar material organik baik itu dalam sampah maupun air lindi (Sang et.al, 2008). Selain itu, proses aerasi juga dinilai mampu untuk mengurangi konsentrasi logam berat yang terkandung dalam air lindi (Hwidong et.al., 2011).
Proses aerasi dan resirkulasi air lindi yang dilakukan pada sistem akan mempengaruhi kualitas sampah dan air lindi, baik itu secara fisik, kimia maupun biologis. Dengan adanya pengaruh ini, maka penting untuk mengetahui karakteristik dari sampah dan air lindi. Parameter fisik yang akan dipantau selama penelitian berlangsung adalah penurunan muka sampah, temperatur sampah, pH air lindi, dan field capacity sampah. Parameter kimia yang akan dipantau adalah nilai BOD dan COD pada air lindi. Air lindi yang dihasilkan oleh landfill berpotensi memiliki kandungan logam berat dengan konsentrasi tertentu (Bilgili et.al., 2007).
Maka dari itu, pada penelitian ini juga akan dilakukan pengecekan konsentrasi logam berat seperti Fe, Cr, Cd, .
Produksi sampah yang terus meningkat menuntut adanya sistem pengelolaan sampah yang berkelanjutan. Pengoperasian TPA dengan menggunakan sistem open dumping mengakibatkan lahan yang diperlukan untuk pemrosesan akhr sampah meningkat. Keterbatasan lahan yang dapat dijadikan sebagai TPA mengakibatkan perlu dilakukan upaya percepatan proses stabilisasi sampah, sehingga umur landfill dapat diperpanjang. Konsentrasi pencemar organik dan logam berat pada air lindi yang cukup tinggi perlu diperhatikan.
Perlakuan aerasi in-situ pada bioreaktor dinilai mampu mempercepat laju penurunan sampah, sehingga berpotensi untuk mengurangi waktu yang diperlukan untuk stabilisasi sampah (Borglin et.al., 2004). Secara keseluruhan, bioreaktor landfill yang dioperasikan secara aerob memberikan keuntungan lebih jika dibandingkan dengan landfill tradisional. Perolehan kembali ruang akibat stabilisasi landfill yang lebih cepat dan pengolahan air lindi secara insitu merupakan keuntungan yang diperoleh dari pengoperasian bioreaktor landfill secara aerob.
1.3 Pertanyaan Penelitian
Berdasarkan identifikasi masalah yang telah disebutkan sebelumnya, maka rumusan masalah yang akan diajukan untuk mengetahui dari penelitian ini, antara lain adalah :
1. Bagaimana hubungan dan pengaruh antara perubahan sifat fisik-kimia sampah (temperatur sampah, pH air lindi, rasio C/N, dan field capacity) terhadap reduksi volume sampah yang ditinjau dengan mengukur penurunan ketinggian sampah pada bioreaktor landfill aerobik dan anaerobik?
2. Bagaimana hubungan dan pengaruh proses dekomposisi material organik terhadap konsentrasi pencemar organik yang ditinjau melalui pengukuran nilai BOD5 dan COD air lindi pada bioreaktor landfill aerobik dan anaerobik?
3. Bagaimana hubungan dan pengaruh antara perubahan karakteristik fisik- kimia sampah dan air lindi (temperatur sampah, pH air lindi, rasio C/N, dan
bioreaktor landfill aerobik dan anaerobik?
4. Bagaimana pengaruh dari perlakuan aerasi terhadap kelarutan tiap logam berat pada bioreaktor landfill?
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Menganalisis hubungan dan pengaruh antara perubahan sifat fisik-kimia sampah (temperatur sampah, pH air lindi, rasio C/N, dan field capacity) terhadap reduksi volume sampah yang ditinjau dengan mengukur penurunan ketinggian sampah pada bioreaktor landfill aerobik dan anaerobik
2. Menganalisis hubungan dan pengaruh proses dekomposisi material organik terhadap konsentrasi pencemar organik yang ditinjau melalui pengukuran nilai BOD5 dan COD air lindi pada bioreaktor landfill aerobik dan anaerobik.
3. Menganalisis hubungan dan pengaruh antara perubahan karakteristik fisik- kimia sampah dan air lindi (temperatur sampah, pH air lindi, rasio C/N, dan field capacity) terhadap perubahan konsentrasi logam berat di air lindi pada bioreaktor landfill aerobik dan anaerobik.
4. Menganalisis pengaruh dari perlakuan aerasi terhadap kelarutan tiap logam berat pada bioreaktor landfill.
1.5 Manfaat Penelitian
Dengan dilaksanakannya penelitian ini, diharapkan dapat memberikan manfaat, antara lain adalah :
1. Memberikan gambaran mengenai pengaruh perubahan sifat fisik-kimia sampah terhadap reduksi volume sampah yang terjadi pada bioreaktor landfill aerobik dan anaerobik.
2. Memberikan informasi terkait dengan pengaruh sifat fisik-kimia sampah terhadap perubahan karakteristik air lindi pada bioreaktor landfill aerobik dan anaerobik.
pengoperasian bioreaktor landfill secara aerobik dan anaerobik.
1.6 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah : 1. Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium.
2. Dalam penelitian ini akan dirancang dua buah reaktor, dimana satu reaktor merupakan reaktor kontrol (tidak diberikan perlakuan aerasi).
3. Feedstock yang akan digunakan sebagai sampel adalah sampah rumah tangga yang diperoleh dari TPS yang terletak di Jl. Raya Lenteng Agung, Jakarta Selatan.
4. Komposisi sampah yang akan digunakan dalam penelitian ini terdiri atas 70% sampah organik dan 30% sampah anorganik. Sampah anorganik hanya terdiri atas sampah kertas dan sampah plastik.
5. Akan dilakukan proses pencacahan terhadap sampel sampah yang digunakan. Ukuran sampah yang akan masuk ke dalam reaktor berkisar antara 15- 20 cm.
6. Metode pengisian sampah ke dalam bioreaktor dilakukan secara batch, agar dapat diketahui penurunan ketinggian sampah pada bioreaktor secara pasti.
7. Konsentrasi logam berat pada air lindi yang akan diukur adalah logam Cr, Zn, Cu, Cd, Pb, dan Fe.
8. Penentuan laju aerasi disesuaikan dengan kapasitas pompa udara yang tersedia.
9. Frekuensi aerasi diberlakukan setiap hari, namun proses aerasi tidak dilakukan secara kontinu melainkan dilakukan secara bertahap (intermittent).
1.7 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
dilaksanakan, rumusan masalah apa saja yang akan diteliti dalam penelitian ini, tujuan dari pelaksanaan penelitian ini, manfaat dari penelitian ini, batasan penelitian, sistematika penulisan dan model operasional dari penelitian ini.
BAB II KAJIAN PUSTAKA
Bab tinjauan pustaka berisi tentang penelitian terdahulu yang terkait dengan penelitian ini. Selain itu juga terdapat penjelasan mengenai kebaharuan dari penelitian ini, teori-teori dari aspek yang diteliti dalam penelitian ini, dan juga hipotesa dari penelitian ini.
BAB III METODE PENELITIAN
Bab metode penelitian berisi tentang strategi penelitian, kerangka berpikir penelitian, tahapan penelitian, variabel yang akan menjadi parameter penelitian, instrumen penelitian, prosedur penelitian yang meliputi prosedur persiapan dan prosedur pelaksanaan, teknik pengumpulan data, langkah-langkah analisis data baik itu secara deskriptif maupun statistik, lokasi pelaksanaan penelitian, dan waktu pelaksanaan penelitian.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab hasil dan pembahasan berisi mengenai data yang diperoleh dari hasil pengamatan, disertai dengan analisis terhadap data tersebut.
Selain itu, hasil data juga dibandingkan dengan teori yang terkait dengan objek penelitian tersebut.
BAB V KESIMPULAN
Bab kesimpulan berisi tentang kesimpulan yang dapat diambil dari hasil analisis data. Selain itu juga terdapat saran terkait dengan penelitian tersebut.
Bioreaktor Landfill (Aerobik dan Anareobik) Sampah Rumah
Tangga Komposisi Sampah : 70% Sampah Organik dan 30% Sampah Anorganik
Resirkulasi Air Lindi dan Penambahan Air
Perlakuan Aerasi
Penyisihan Beban Pencemar Organik
Pada Air Lindi
Perubahan Konsentrasi Logam Berat
Pengurangan Volume Sampah
BOD5 COD
Logam Fe, Cr, Cu, Pb, Zn, dan Cd
Laju Penurunan
Sampah
Sumber : Hasil Olahan Penulis (2014)
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Terdahulu yang Relevan (State of The Art) 2.1.1 Perkembangan Bioreaktor Landfill
Teknologi bioreaktor landfill merupakan teknologi pemrosesan akhir sampah yang efisien karena mampu mempercepat proses stabilisasi sampah.
Konsep utama dari bioreaktor landfill adalah dengan memberikan perlakuan resirkulasi air lindi terhadap sampah yang ditimbun dalam landfill. Resirkulasi air lindi dinilai sebagai cara untuk mengurangi zat pencemar di dalam air lindi dan mampu meningkatkan potensi gas yang dihasilkan karena lindi memiliki kandungan organik yang tinggi.
Saat ini, ide pengembangan bioreaktor landfill sangatlah beragam. Tidak hanya dengan memberikan perlakuan resirkulasi air lindi, namun berbagai jenis teknik lain juga dilakukan guna memberikan hasil yang efisien terhadap stabilisasi sampah. Beberapa teknik yang dilakukan antara lain dengan melakukan aerasi in situ, menambahkan lumpur dari waste water treatment plant, pretreatment sampah dengan melakukan pencacahan, dan melakukan variasi kompaksi terhadap sampah.
2.1.1.1 Sistem Aerobik dan Anaerobik
Untuk meningkatkan umur landfill dan mengurangi biaya yang diperlukan untuk mengolah air lindi, pengelolaan sampah dapat dilakukan dengan menggunakan bioreaktor landfill. Bioreaktor landfill merupakan teknologi yang muncul sebagai bentuk usaha untuk meningkatkan laju biodegradasi sampah di landfill. Bioreaktor mengoptimasi kondisi yang ideal bagi mikroorganisme untuk mendegradasi material organik pada sampah. Pada bioreaktor aerobik dan anaerobik, air lindi yang dihasilkan akan diresirkulasi. Hal ini dilakukan untuk mendistribusikan ulang nutrien yang terkandung dalam air lindi guna mendukung kinerja mikroorganisme pada sistem.
Pada bioreaktor anaerobik, penambahan air dapat mempercepat laju pembentukan gas metana yang jika dikelola dengan baik dapat dijadikan sebagai sumber energi baru. Sedangkan pada jika dilakukan penambahan udara kedalam
Laju biodegradasi material organik pada bioreaktor aerobik lebih cepat dan memiliki potensi untuk mengurangi waktu stabilisasi samaph dan mempercepat laju penurunan massa sampah pada landfill.
Di sisi lain, penambahan udara kedalam sistem akan menghambat pembentukan gas metana. Pada bioreaktor aerobik, potensi reduksi oskidasi (redoks) ambien akan berubah dari yang semula bersifat negatif menjadi positif.
Hal ini tentu saja akan berdampak terhadap spesiasi logam berat serta perpindahan dan juga penguraian senyawa organik yang terdapat dalam sampah. Kondisi aerob pada bioreaktor aerobik akan membatasi reaksi fermentasi, sehingga akan menghasilkan asam dalam jumlah yang banyak dan secara signifikan mengakibatkan penurunan nilai pH, mempengaruhi kelarutan, dan mempengaruh tingkat penyerapan terhadap kontaminan organik dan logam berat pada air lindi.
2.1.1.2 Sejarah Bioreaktor Landfill Aerobik
Ide mengenai pengoperasian landfill secara aerobik telah diinvestigasi secara sporadis sejak 30 tahun lalu. Ide ini pertama kali diperkenalkan di Amerika Serikat, bertempat di Santa Clara, California (Read et.al., 2001). Pelaksanaan ide ini merupakan proyek demonstrasi yang didanai oleh USEPA pada tahun 1969.
Dalam pelaksanaannya, udara dipompa masuk kedalam landfill melalui saluran pengumpul air lindi. Dengan demikian, maka sampah yang ada di dalam landfill akan cenderung kering. Hal yang serupa juga dilakukan di Elmira, New York dan Ontario County, dan New York Wall dan Zeiss. Pelaksanaan teknik ini memberikan hasil yang menjanjikan, termasuk didalamnya untuk mengurangi konsentrasi pencemar pada air lindi.
Tujuan utama dari pelaksanaan sistem aerobik adalah untuk mencapai kondisi optimum pada proses stabilisasi sampah melalui degradasi material organik secara aerobik. Keberhasilan dari tujuan pelaksanaan sistem aerobik dilihat dari laju stabilisasi material organik, penurunan konsentrasi kontaminan pada air lindi, pengurangan konsentrasi gas metana, dan penyusutan massa sampah.
Kunci utama yang perlu diperhatikan dalam pengoperasian bioreaktor landfill aerobik adalah mengatur kondisi aerobik yang berlangsung pada sistem
air yang harus dijaga agar tetap berada dalam rentang yang sesuai. Pengaturan ini dilakukan dengan menyeimbangkan debit udara yang masuk dan debit air lindi yang diresirkulasi (Read et.al., 2001). Hal-hal yang perlu dipantau selama sistem aerobik berjalan adalah temperatur sampah, kadar air sampah, konsentrasi gas landfill yang terbentuk (CO2, O2, CH4). Sedangkan untuk pemantauan air lindi meliputi nilai pH air lindi, nilai konduktivitas, konsentrasi BOD5 dan COD, kadar logam berat, dan konsentrasi volatile organic compounds.
Gambar 2.1 Hasil dari Pengoperasian Fukuoka Method Sumber : Read et.al. (2001)
2.1.2 Pengaruh Sistem Aerasi Terhadap Stabilisasi Sampah
Teknologi bioreaktor aerobik merupakan teknik yang mendukung prinsip lingkungan berkelanjutan. Menurut Giannis et.al. (2007), hasil dari pengoperasian bioreaktor secara aerob adalah adanya oksidasi fraksi organik sampah oleh mikroorganisme menjadi CO2 dan H2O, yang mana untuk organik nitrogen akan dimineralisasi menjadi NH4+. Jika dalam sistem terdapat oksigen terlarut, maka ion amonium akan dioksidasi kembali oleh bakteri nitrifikasi menjadi nitrat. Bioreaktor aerob dapat mempercepat proses penyisihan beban pencemar, mencapai kondisi optimum untuk stabilisasi sampah, dan mengurangi pembentukan gas metana.
Menurut Asakura et.al. (2010), rasio oksigen dapat dijadikan sebagai parameter pengoperasian aerasi pada landfill, karena akan sangat berpengaruh terhadap kecepatan stabilisasi material organik yang terkandung dalam landfill.
Sedangkan Sang et.al. (2009) menyatakan bahwa proses aerasi yang diberlakukan secara bertahap dengan aerasi yang dilakukan secara kontinu memberikan dampak yang berbeda terhadap laju stabilisasi sampah. Proses aerasi secara bertahap dinilai
juga dinyatakan oleh Lee et.al. (2002) yang menganggap bahwa perlakuan aerasi secara bertahap sedikit lebih efektif dibandingkan dengan perlakuan aerasi secara kontinu.
Menurut Sekman et.al. (2011), kecepatan penurunan sampah di landfill dipengaruhi oleh komposisi sampah. Proses penurunan sampah dapat dibagi menjadi 3 fase. Laju penurunan sampah paling tinggi terjadi pada fase awal ketika sampah mengandung material organik dalam jumlah yang tinggi. Selama fase pertama, penurunan dipengaruhi oleh tekanan yang berasal dari berat sampah itu sendiri. Pada fase kedua, laju penurunan sampah terjadi cukup lambat dikarenakan semakin meningkatnya densitas dari sampah itu sendiri. Sedangkan pada fase kedua, penurunan sampah dipengaruhi oleh kecepatan degradasi material organik pada landfill. Selama fase ini, total volume landfill akan berkurang karena adanya proses dekomposisi material organik. Penurunan sampah pada fase ketiga terjadi akibat adanya proses degradasi sampah yang berlangsung relatif lambat. Pada fase ini, sampah secara berangsur-angsur akan terstabilisasi dan penurunan yang dapat dipantau semakin lama akan semakin kecil.
Gambar 2.2 Grafik Rasio Penurunan Ketinggian Sampah
Sumber : Sekman et.al. (2011)
Menurut Zhongping et.al. (2010), Laju penurunan sampah merupakan indeks yang dapat digunakan untuk menggambarkan stabilisasi landfill. Laju penurunan sampah juga digunakan untuk mengukur efek aerasi terhadap
air dan gas yang terdapat dalam landfill.
Dari hasil penelitian Zhongping et.al. (2010) terlihat bahwa frekuensi aerasi mampu memberikan pengaruh terhadap penurunan muka sampah. Dengan memberikan 2 jam perlakuan aerasi berbanding dengan 6 jam tanpa perlakuan aerasi, hasil penurunan muka sampah terjadi lebih cepat dibandingkan dengan selalu melakukan aerasi. Penurunan muka sampah hingga hari terakhir penelitian mencapai 70% dari ketinggian awal sampah.
Gambar 2.3 Grafik Persentase Penurunan Muka Sampah
Sumber : Zhongping et.al. (2010)
2.1.3 Pengaruh Aerasi Terhadap Penurunan Nilai COD
Penerapan aerasi in situ pada bioreaktor mengakibatkan proses konversi karbon berjalan lebih cepat. Hal ini akan menyebabkan nilai COD pada reaktor aerobik lebih kecil dibandingkan dengan reaktor anaerobik. Selama proses degradasi aerobik berlangsung, senyawa organik yang bersifat kompleks akan diurai menjadi senyawa organik sederhana oleh mikroorganisme dengan menggunakan enzim. Senyawa organik yang telah terurai ini akan terus dipecahkan menjadi molekul yang sangat sederhana oleh bakteri aerob, hingga akhirnya membentuk karbon dioksida, air, nitrat, dan sulfat.
Variasi konsentrasi COD pada reaktor aerobik berbeda dibandingkan dengan reaktor anaerobik. Dimana pada reaktor aerobik, penurunan nilai COD berlangsung stabil. Sedangkan pada reaktor anaerobik terjadi beberapa kali peningkatan nilai COD pada awal tahap. Hal ini terjadi karena selama profase masih terdapat oksigen dalam reaktor anaerobik. Namun seiring dengan berjalannya
anaerobik mulai berlangsung pada sistem tersebut. Molekul organik kompleks yang telah diuraikan menjadi molekul organik sederhana akan larut dalam air lindi, yang akhirnya menyebabkan konsentrasi nilai COD meningkat (Qifei et.al., 2008).
2.1.4 Pengaruh Aerasi Terhadap Perubahan Konsentrasi Logam Berat
Menurut Hwidong et.al. (2011), faktor yang paling mempengaruhi keberadaan logam berat pada air lindi adalah nilai pH pada landfill. Selain pH, volume air yang ditambahkan ke dalam sistem juga akan mempengaruhi kondisi oksidasi yang pada akhirnya akan mempengaruhi konsentrasi logam berat.
Pada bioreaktor aerobik, konsentrasi rata-rata logam berat untuk Cu, Fe, dan Zn terlihat lebih besar pada fase asam dibandingkan dengan fase akali. Untuk bioreaktor anaerobik, konsentrasi logam yang dominan pada fase asam adalah Cr.
Kondisi aerobik memiliki potensi untuk meningkatkan kelarutan beberapa jenis logam, seperti Al, Cr, Cu, dan Pb. Flyhammar et.al. (1999) menyatakan bahwa mobilitas logam berat akan meningkat seiring dengan landfill yang semakin lama semakin teroksidasi. Hal ini dapat dibuktikan oleh reaksi kompleks yang terjadi antara logam berat dengan senyawa organik terlarut.
Gambar 2.4 Konsentrasi Logam Berat Zn, Fe, Cr, dan Cu Pada Bioreaktor Landfill
Sumber : Hwidong et.al. (2011)
yang dioperasikan secara aerob maupun anaerob.
Tabel 2.1 Karakteristik Air Lindi Pada Bioreaktor
Parameter
Bioreaktor Aerob Bioreaktor Anaerob Fase Asam Fase Alkali Fase Asam Fase
Metanogenesis
pH 4,5 - 7,0 7,0 - 9,2 4,5 - 7,0 7,0 - 7,9
COD (mg/L) 6.000 - 70.000 200 - 9.000 40.000 - 80.000 7.000 - 45.000 BOD (mg/L) 3.000 - 50.000 5 - 3.000 18.000 - 60.000 700 - 18.000 Alkalinitas
(mg/L CaCO3) 500 - 14.000 50 - 2.400 13.000 - 18.000 9.000 - 15.000 Amonia
(mg/L) 30 - 300 10 - 450 100 - 1.600 700 - 1.500 Sulfida (mg/L) 0 - 200 100 - 1.200 50 - 600 700 - 2.800 Kandungan Logam Berat (mg/L)
- Aluminium 0.4 - 10.9 3.5 - 16.6 0.03 - 2.10 0.03 - 0.50 - Arsen 0.01 - 1.01 0.13 - 0.90 0.25 - 3.20 0.20 - 0.70 - Kromium 0.02 - 0.20 0.10 - 0.45 0.01 - 0.45 0.02 - 0.20 - Tembaga 0.10 - 25.65 0.60 - 5.60 0.004 - 0.06 0.004 - 0.10 - Besi 1.50 - 1.90 0.90 - 8.10 12.10 - 600 5.60 - 330 - Timbal 0.01 - 1.70 0.01 - 0.10 0.003 - 0.12 0.003 - 0.05 - Seng 5.50 - 270 2.55 - 16.80 6.4 455.50 2.80 - 67.40
Sumber : Hwidong et.al. (2011)
2.1.5 Penelitian Bioreaktor Landfill Skala Laboratorium
Menurut Giannis et.al. (2007), bioreaktor landfill merupakan teknik pemrosesan akhir sampah yang mampu memberikan kondisi yang ideal bagi mikroorganisme untuk mendekomposisi material organik dalam sampah dan mempercepat proses stabilisasi sampah. Pada bioreaktor aerobik dan anaerobik, resirkulasi air lindi dapat meningkatkan kelembaban dalam landfill sekaligus menyediakan nutrien dan enzim yang diperlukan oleh mikroorganisme. Jika volume resirkulasi air lindi yang diberikan terhadap sistem terlalu banyak, maka akan muncul permasalahan seperti penyumbatan akibat terlalu banyaknya volume air dalam sistem dan terbentuknya kondisi asam yang dapat menghambat reaksi biologis dan kimia dalam sistem.
bergantung terhadap beberapa faktor, diantaranya adalah faktor ekonomi, iklim, lingkungan, dan status politik dari wilayah sekitar. Untuk memahami perbedaan antara bioreaktor aerobik dana anaerobik, diperlukan beberapa informasi terkait dengan laju pembentukan metana dan kecepatan respirasi aerob.
Berbagai jenis penelitian mengenai bioreaktor landfill telah dilakukan.
Setiap penelitian memiliki konfigurasi reaktor yang berbeda-beda. Penelitian yang dilakukan oleh Borglin et.al. (2004) menggunakan reaktor yang berbentuk heksagonal. Volume bioreaktor adalah 200 L, sedangkan ketinggian bioreaktor adalah 0,55 m dan lebar bioreaktor adalah 0,71 m. Massa sampah yang dimasukkan kedalam bioreaktor adalah 30 kg. Sampah yang akan dimasukkan kedalam bioreaktor dicacah terlebih dahulu hingga mencapai ukuran 5 cm. Komposisi sampah yang masuk kedalam bioreaktor didominasi oleh sampah kertas sebanyak 25,7%. Selain itu, terdapat pula sampah makanan sebanyak 16,2%, sampah logam 9,6%, sampah kaca 11,4%, sampah plastik 10,8%, sampah taman 12,2%, dan jenis sampah lainnya (seperti kain, karet, dan kayu) 10,5%. Eksperimen dilaksanakan selama 400 hari.
Menurut Borglin et.al. (2004), Parameter kunci dalam mengoperasikan bioreaktor aerob adalah menentukan laju aerasi dan volume air lindi yang diresirkulasi. Air lindi yang diresirkulasi sebesar 20 mL/menit. Laju aerasi yang diberlakukan pada sistem sebesar 1,3 L/menit atau setara dengan 6,5 L/menit/m3 sampah yang dimasukkan kedalam reaktor.
Gambar 2.5 Konfigurasi Reaktor Penelitian Borglin et.al.
Sumber : Borglin et.al. (2004)
et.al. (2010) menggunakan reaktor dengan bentuk tabung. Bioreaktor dirancang dengan menggunakan pipa PVC dengan diameter 315 mm, dengan ketinggian 1.000 mm. Massa sampel yang dimasukkan kedalam reaktor adalah 30 kg, dengan densitas akhir sampah sebesar 550 kg/m3.
Gambar 2.6 Konfigurasi Reaktor Penelitian Zhongping et.al.
Sumber : Zhongping et.al. (2010)
Pada penelitian Zhongping et.al. (2010) terdapat variasi terhadap frekuensi aerasi. Ada 3 reaktor yang digunakan dalam penelitian, dimana untuk reaktor 1 dioperasikan dengan perbandingan antara waktu perlakuan aerasi dengan waktu tanpa perlakuan aerasi adalah 2 jam berbanding 10 jam. Sedangkan pada reaktor 2, perbandingan antara waktu perlakuan aerasi dengan waktu tanpa perlakuan aerasi adalah 2 jam berbanding 6 jam. Dan untuk reaktor 3 merupakan reaktor yang selalu diberikan perlakuan aerasi. Jumlah oksigen yang disuplai kedalam sistem memiliki volume yang sama setiap harinya.
Sedangkan Sekman et.al. (2011) menggunakan reaktor berbentuk silinder dengan diameter reaktor adalah 40 cm dan memiliki ketinggian sekitar 100 cm.
Penelitian akan dilakukan selama 150 hari. Laju aerasi yang diberikan kepada tiap reaktor berbeda-beda, dengan rentang laju aerasi sebesar 0,1 – 1,0 L/menit-kg sampah dengan diameter pipa aerasi yang digunakan adalah 1 cm dan ketinggian pipa aerasi adalah 40 cm. Komposisi utama sampah yang digunakan dalam penelitian ini adalah sampah organik dengan persentase sebesar 44%.
Gambar 2.7 Konfigurasi Reaktor Penelitian Sekman et.al.
Sumber : Sekman et.al. (2011)
Berikut ini merupakan rangkuman penelitian terdahulu mengenai laju aerasi yang diberlakukan pada bioreaktor landfill.
Tabel 2.2 Laju Aerasi Penelitian Terdahulu
No Peneliti Judul Penelitian Kuantitas Aerasi
1 Xiaoli et.al.
(2012)
The Effect of Aeration Position on The Spatial Distribution and Reduction of Pollutants in The Landfill Stabilization Process - a Pilot Scale Study
0,2 L/menit-kg sampah
2 Bernreuter, et.al. (1999)
A Review of Aerobic Biocell
Research and Technology 0,5 L/menit-kg sampah
3 Smith et.al.
(2000)
Enchancing Aerobic Bioreduction Under Controlled Conditions in a Municipal Solid Waste Landfill Thorugh The Use of Injection and Water Recirculation
0,0002 L/menit-kg Sampah
4 Kim dan Yang (2002)
A Novel Design For Anaerobic COD and Nitrogen Removal From Leachate in a Semiaerobic Landfill
0,003 L/menit-kg Sampah
5 Ishigaki et.al.
(2003)
Application of Bioventing to Waste Landfill for Improving Waste Settlement and Leachate Quality - a Lab Scale Model Study
0,8 L/menit-kg Sampah
6 Cossu et.al.
(2003)
The PAF Model : an Integrated Approach for Landfill
Sustainability
0,17 L/menit-kg Sampah
7 Borglin et.al.
(2004)
Comparison of Aerobic and Anaerobic Biotreatment of Municipal Solid Waste
0,04 L/menit-kg Sampah
8 Giannis et.al.
(2008)
Monitoring Operational and Leachate Characteristics of an Aerobic Simulated Landfill Bioreactor
0,03 L/menit-kg Sampah
9 Sang et.al.
(2008)
Effect of Aeration on Stabilization of Organic Solid Waste and Microbial Population Dynamics in Lab-Scale Lysimeters - Effect of Aeration Rate
1,33 L/menit-kg Sampah
10 Bilgili et.al.
(2007)
Influence of Leachate Recirculation On Aerobic and Anaerobic
Decomposition Of Solid Wastes
0,084 - 0,086 L/menit-kg Sampah
Sumber : Hasil Olahan Penulis (2014)
Berikut ini merupakan ringkasan dari penelitian terdahulu terkait dengan penerapan dan pengoperasian dari bioreaktor landfill aerob dan anaerob.
No. Judul Penelitian Penulis Lokasi
(Tahun) Tujuan Variabel Indikator Metode Hasil dan Uraian
1 Influence of Aeration Modes on Leachate Characteristic of Landfills That Adopt The Aerobic- Anaerobic Landfill Method (Waste
Management)
Chuanfu, et.al.
China (2014)
Menentukan mode aerasi yang tepat untuk mempercepat proses dekomposisi material organik
Kedalama n aerasi, laju injeksi udara, dan degradasi material organik
Temperatur, Konsentrasi O2, Volume Air Lindi Terbentuk, TOC, dan Kandungan Nitrogen Pada Air Lindi
Temperatur : Temperatur sensor yang dipasang pada kedalaman tertentu
Kandungan O2 : mengambil gas dengan menggunakan syringe dan kemudian diukur menggunakan gas chromatography
Volume leachate : water level loggers
TOC dan Total N : TOC analyzer
NH4-N, kadar air, dan LOI : standard method China EPA
Nitrit dan Nitrat : ion kromatografi sistem
C/N : CNH analyzer
Dari hasil penelitian diperoleh bahwa aerasi yang dilakukan pada bagian dasar lysimeter lebih efektif untuk proses
dekomposisi material organik dibandingkan dengan aerasi yang dilakukan ditengah atau permukaan lysimeter.
2 Quantifying Factors Limiting Aerobic
Degradation During Aerobic Bioreactor Landfilling (Enviromental Science Technology)
Yazdani, et.al.
California (2010)
Kuantifikasi derajat dari degradasi anaerobik dan pembentukan CH4 selama percobaan berlangsung
Mengetahui mekanisme yang
Komposis i landfill gas, perlakuan aerasi in situ
Konsentrasi CH4, CO2, N2, dan O2, dan kadar air sampah
Pengukuran konsentrasi gas dilakukan dengan analisis gas chromatography
Pengukuran kadar air dilakukan dengan metode standar
Walaupun telah dilakukan proses aerasi insitu, namun aktivitas anaerobik dalam bioreaktor landfill tetap berlangsung, tidak kurang dari 13%, dan terkadang bahkan lebih dari 65%. Dengan dilakukannya sistem aerasi in situ, rata-rata kadar air sampah
No. Judul Penelitian Penulis
(Tahun) Tujuan Variabel Indikator Metode Hasil dan Uraian
membatasi aktivitas aerobik
diperoleh sebesar 33- 36%.
3 Effect of Leachate
Recirculation and Aeration on Volatile Fatty Acid
Concentrations in Aerobic and Anaerobic Landfill Leachate (Waste
Management and Research)
Bilgili, et.al.
Turki (2011)
Menginvestigasi pengaruh dari resirkulasi air lindi dan aerasi terhadap sifat dan
konsentrasi dari volatile fatty acid pada air lindi.
Resirkulas i air lindi, sistem aerasi dan konsentras i VFA
pH, konsentrasi VFA, dan nilai COD air lindi
Pengukuran komponen VFA dilakukan dengan menggunakan gas kromatografi.
Pengukuran COD dan pH dilakukan sesuai dengan metode standar APHA, 2005 tentang pengujian kualitas air dan air limbah
Laju degradasi VFA yang diperoleh hampir mencapai 100% pada setiap reaktor. Pada reaktor yang dioperasikan dengan sistem
aerobik,diperoleh total konsentrasi VFA mengalami penurunan hingga dibawah 1.000 mg/L. proses stabilisasi VFA memakan waktu sekitar 350-450 hari untuk setiap reaktor yang dijalankan. Proses resirkulasi air lindi tidak memberiken efek terhadap laju degradasi material organik pada landfill aerobik.
4 Oxygen Demand for The
Stabilization of The Organic Fraction Of Municipal Solid Waste in
Passively Aerated Bioreactors
Kasinski, et.al.
Polandia (2014)
Mernganalisis keefektifan dari proses aerasi selama proses stabilisasi sampah dengan menerapkan sistem ventilasi pasif terintegrasi dan resirkulasi air lindi
Stabilisasi sampah, volume udara terinjeksi, kebutuhan oksigen
Temperatur, Massa sampah yang telah stabil, volume udara yang masuk kedalam reaktor, komposisi gas, kadar air sampah,
Temperature : menggunakan PC THERM REM-84
Massa sampah : menggunakan 4 sensor, dibaca setiap hari
Volume udara terinjeksi : flow meter
Komposisi gas (O2, CO2, dan CH4) :
Dari penelitian diperoleh bahwa laju udara yang ada dalam reaktor adalah 0,016 m3/jam. Pengukuran laju aerasi dilakukan dengan menggunakan persamaan Darcy.
Pengukuran laju aerasi bergantung terhadap intensitas metabolism
