Laboratorium Lingkungan TL-3103 27-1
27. BIOCHEMICAL OXYGEN DEMAND (BOD)
27.1. Umum
BOD didefinisikan dengan banyaknya oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme (terutama bakteri), selama mikroorganisme tersebut menguraikan senyawa organik . Penguraian senyawa organik oleh mikroorganisme dapat diartikan bahwa zat organik sebagai bahan makanan untuk mikroorganisme dan diuraikan melalui rangkaian reaksi biokimia yang panjang dan rumit di dalam sel . Hasil akhir dari penguraian zat organik tersebut adalah energi untuk kebutuhan hidup mikroorganisme sendiri, H2O , gas CO2 dan senyawa lainnya
Hasil pengukuran parameter BOD diperlukan :
a. Untuk menentukan tingkat pencemaran dalam air yang disebabkan oleh zat organik , baik dalam air limbah domestik maupun dalam air limbah industri.
b. Untuk studi dan evaluasi kemampuan badan air dalam proses self purification.
c. Untuk evaluasi suatu sistem pengolahan air dalam menurunkan /mengolahn senyawa organik dalam air limbah.
Pengukuran BOD adalah berdasarkan prosedur bioassay (uji hayati), yang menyangkut pengukuran oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme (terutama bakteri) dalam menguraikan zat organik. Karena kelarutan oksigen di dalam air terbatas kira-kira 9 mg/l pada suhu 20oC , maka air
yang mengandung zat organik tinggi harus diencerkan agar pada akhir percobaan masih tersisa oksigen yang dapat diukur.
Percobaan BOD harus bebas dari zat-zat yang bersifat toksik terhadap mikroorganisme, seperti klor, pestisida . tetapi harus mengandung elemen esensial (Fe, Mg, dsb) yang diperlukan oleh bakteri, sehingga pertumbuhan mikroorganisme tidak terganggu.
Penguraian zat organik secara biologis terjadi di alam oleh berbagai jenis mikroorganisme . Oleh sebab itu dalam percobaan BOD harus mengandung bakteri yang cukup untuk terjadi reaksi penguraian zat organik secara sempurna . Oleh sebab itu, untuk air yang miskin dengan mikroorganisme ditambahkan mikroorganisme dari luar (seeding).
Reaksi penguraian zat organik dalam percobaan dapat dituliskan sebagai berikut:
Laboratorium Lingkungan TL-3103 27-2 CnHaObNc + ( n + a/4 - b/2 – ¾ c) O2 n CO2 + (a/2 – 3/2c) H2O + c NH3
Reaksi yang terjadi pada percobaan BOD adalah hasil aktifitas mikroorganisme, kecepatan reaksi penguraian sangat dipengaruhi oleh konsentrasi zat organik.
Sebenarnya reaksi penguraian zat organik oleh mikroorganisme tidak sesederhana yang tertulis di atas, karena penguraian zat organik membentuk CO2 dan H2O memerlukan banyak sekali reaksi kimia yang
terjadi di dalam sel mikrorganisme yang dikatalasis oleh berbagai enzim . Reaksi di atas hanya menuliskan produk akhir dari serangkaian reaksi kimia yang terjadi di dalam sel mikrooragnisme (bakteri).
Temperatur percobaan BOD sangat mempengaruhi kecepatan penguraian zat organik. Untuk percobaan BOD ditentukan temperatur inkubasi adalah 20oC , merupakan temperatur rata-rata badan air
Secara teoritis , waktu yang dibutuhkan untuk menguraikan senyawa organik secara sempurna dalam percobaan BOD adalah kira-kira 20 hari (BOD ultimate). Tetapi karena waktu tersebut terlalu lama, maka dipilih waktu yang diperkirakan sebagian besar zat organik telah terurai. Berdasarkan hasil percobaan ternyata dalam waktu 5 hari percobaan BOD kira-kira 70 – 80 % zat organik telah terurai (7–89% dari BOD ultimate ). Besarnya prosen penguaraian tersebut sangat dipengaruhi oleh jenis zat organik dan jenis mikroorganisme yang terdapat pada percobaan BOD. Selain itu, alasan dipilih waktu 5 hari untuk mengurangi gangguan dari oksidasi senyawa nitrogen oleh mikrorganisme ( reaksi nitrifikasi )
Oksidasi senyawa organik nitrogen oleh mikroorganisme (proses nitrifikasi ) dapat mengganggu penentuan BOD carbon. Jika di dalam seed mengandung mikroorganisme yang dapat mengoksidasi senyawa nitrogen organik (protein atau asam amino) membentuk senyawa ammoniak, yang selanjutnya senyawa ammonium tersebut dioksidasi membentuk senyawa nitrit dan nitrat . maka akan mengganggu hasil pengukuran BOD 5 hari.
Untuk itu dalam percobaan BOD yang banyak mengandung nitrogen organik ditambahkan zat inhibitor nitrifikasi, yaitu senyawa 2 chloro-6 ( trichloro methyl) pyridine ( TCMP) .
27.2. Metode Pengukuran BOD
Pengukuran BOD berdasarkan percobaan uji hayati (bioassay) , yaitu penentuan oksigen terlarut pada hari ke nol dan hari ke lima, setelah diinkubasikan pada temperatur 200C . Akibatnya, ketelitian hasil
pengukuran BOD sangat dipengaruhi oleh ketelitian pengukuran oksigen tersebut .
Laboratorium Lingkungan TL-3103 27-3 Beberapa persyaratan yang harus dipenuhi dalam pengukuran BOD, diantaranya :
- Bebas dari bahan-bahan beracun
- Kondisi pH dan tekanan osmosa yan optimum,
- Mengandung nutrien yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroorganisme
- Mengandung populasi mikroorganisme yang cukup.
Metode pengukuran BOD dapat dilakukan dengan metode langsung dan metode pengenceran.
27.2.1. Metode langsung.
Jika contoh air diperkirakan mengandung BOD tidak boleh lebih besar dari 7 mg/l, mengandung populasi mikroorganisme yang cukup, dan memenuhi persyaratan lainnya, maka pengukurannnya dapat dikerjakan tanpa melalui pengenceran. (Metode langsung). Hal ini dapat dilakukan untuk air sungai yang belum tercemar.
Cara kerja. Contoh air diaerasi untuk menambah oksigen mencapai
konsentrasi jenuh, kemudian dimasukkan dalam 2 botol BOD. Botol pertama di tentukan oksigen terlarut (DO 0hari) sedangkan botol BOD yang
kedua diinkubasikan pada temperatur 20 oC selama 5 hari, kemudian
ditentukan kadar oksigen terlarutnya (DO 5 hari).
Sehingga angka BOD diperoleh dari pengurangan DO 0 hari - DO5 hari 27.2.2. Metode pengenceran.
Metode pengenceran merupakan metode yang paling banyak digunakan, terutama untuk air limbah industri dan rumah tangga (domestik). Hal ini disebabkan karena mengandung zat organik yang tinggi, sedangkan kelarutan oksigen di dalam air terbatas. Selain itu, tidak selalu air limbah industri mengandung populasi mikroorganisme yang cukup dan mengandung nutrien yang diperlukan untuk pertumbuhan mikroorganisme.
27.2.3. Air pengencer
Berbagai jenis air dapat digunakan untuk air pengencer. Air alam lebih ideal sebagai air pengncer , tetapi kelemahannya adalah kandungan zat organik, populasi mikroorganisme dan mineral yang bervariasi.
Air kran juga dapat digunakan sebagai air pengencer, tetapi seringkali mengandung klor yang bersifat toksik terhadap mikroorganisme.
Laboratorium Lingkungan TL-3103 27-4 Berdasarkan hasil percobaan , telah dikembangkan suatu air pengencer sintetis yang dibuat dari aquadest atau aqudem yang ditambah dengan berbagai nutrien dan populasi mikrorganisme.
Kualitas air pengencer tidak boleh mengandung senyawa toksik seperti klor, kloramin dan tembaga yang sering ditemukan dalam aquadest. pH air pengencer harus berkisar antara 6,5 –8,5. Untuk menjaga agar pH air pengencer stabil ditambahakan buffer fosfat .
Untuk menjaga agar tekanan osmostik cairan sama dengan tekanan osmotik mikroorganisme ditambahkan garam kalium, natrium, kalsium dan magnesium. Selain itu, ditambahkan FeCl3, MgSO4 dan NH4Cl sebagai
unsur Fe, S dan N yang diperlukan untuk pertumbuhan mikrorganisme. Mikroorganisme ditambahkan ke dalam air pengencer sebanyak 2 ml air limbah domestik untuk setiap 1 liter air pengencer. Untuk seed bisa digunakan air sungai tetapi harus diingat adanya algae dan bakteri nitrifikasi. Air pengencer harus selalui ditambah seed untuk menjamin adanya populasi mikroorganisme yang cukup dalam percobaan BOD. Air pengencer harus diaerasi untuk menjamin persedian oksigen yang cukup selama percobaan BOD.
27.2.4. Percobaan Blanko dan standar BOD.
Dalam percobaan BOD yang menggunakan metode pengencer harus melakukan percobaan blanko. Percobaan blanko untuk koreksi terhadap air pengencer. Sebagaimana diketahui air pengencer ditambahkan seed yang mengandung zat organik Percobaan blanko dilakukan minimal 3 botol sehingga diperoleh hasil rata-rata.
Untuk kalibrasi pengukuran BOD digunakan larutan standar asam glutamat-glukosa .Berdasarkan hasil penelitian menunjukkan bahwa 300 mg/l campuran glukosa dan asam glutamat akan memberikan nilai BOD
5hari sebesar 198 mg/l dengan standar deviasi 30, 5 mg/l.
27.2.5. Pengenceran Contoh Air
Pengenceran contoh air limbah dengan air pengencer harus dilakukan dalam 3 set pengenceran dengan angka pengenceran yang berbeda, untuk menjaga agar jika terjadi kegagalan satu set pengenceran , masih ada cadangan 2 set pengenceran .
Untuk menentukan besarnya pengenceran contoh air, harus mengetahui perkiraan angka BOD contoh air tersebut. Jika pengenceran terlalu kecil (air hasil pengenceran masih terlalu pekat), maka pada waktu pengukuran DO 5 hari dikhawatirkan oksigen terlarutnya menjadi 0,0 mg/l. Sehingga percobaan BOD menjadi gagal.
Laboratorium Lingkungan TL-3103 27-5 Jika pengenceran contoh air terlalu tinggi (air hasil pengenceran terlalu encer) maka dikhawatirnya penurunan DO selama percobaan terlalu kecil , sehingga diperoleh hasil pengukuran BOD yang kurang valid.
Dalam pengenceran contoh air diharapakan DO 5 hari lebih besar dari
0,5 mg/l dan penurunan DO nya lebih besar dari 2 mg/l, atau 30-70%. Untuk memprediksi BOD dari suatu contoh air dapat dilakukan berdasarkan literatur atau berdasarkan hasil penentuan angka permanganat. Pada tabel di bawah ini diberikan perkiraan prosen pengenceran untuk setiap perkiraan angka BOD .
Tabel 17.1. Perkiraan angka pengenceran BOD Perkiraan BOD
(mg/l)
%
campuran Vol.contoh Air (ml) pengencer (ml) Vol.Air pengenceran Angka
20.000-70.000 0,01 0,07 699,93 10.000 x 10.000-35.000 0,02 0,14 699,86 5.000 x 4.000-14.000 0,05 0,35 699,65 2000 x 2.000-7.000 0,10 0,70 699,30 1000 x 1.000-3.500 0,20 1,40 698,60 500 x 400-1.400 0,50 3,50 696,50 200 x 200-700 1,0 7,00 693.00 100 x 100-350 2,0 14,00 686.00 50 x 40-140 5,0 35.00 665.00 20 x 20-70 10 70.00 630.00 10 x 10-35 20 140.00 560.00 5 x 4-14 50 350.00 350.00 2 x
Sebagai contoh, jika suatu contoh air diperkirakan mengandung BOD 1000 mg/l, maka diperkirakan % campuran contoh air adalah 0,5 %. Artinya 0,5 ml dicampurkan dengan 99,5 ml air pengencer ( angka pengenceran , 100/0,5 = 200 x). Untuk mencegah agar tidak terjadi kegagalan dalam pengukuran, maka pengenceran ditambahkan yaitu dengan 0, 2% dan 1,0%, sehingga range pengukuran BOD berkisar antara 200 – 3.500 .
Pengenceran berdasarkan data angka permanganate .
Hasil pengukuran angka permanganat (AP) dari contoh air tersebut dapat digunakan untuk memperkirakan besarnya pengenceran BOD yaitu dengan pengenceran P1 = AP/3, P2= AP/5 dan P3 = AP/7.
Laboratorium Lingkungan TL-3103 27-6 Jika berdasarkan hasil pengukuran Angka Permanganat adalah 1000 mg/l KMnO4, maka angka pengencerannya adalah P1 = 1000/3 , P2 = 1000/5
dan P3 1000/7
27.2.6. Botol inkubasi (botol BOD)
Botol yang digunakan untuk analisis BOD harus dilengkapi dengan tutup gelas dan pelindung air (water seal) untuk mencegah masuknya udara (oksigen) dari luar selama inkubasi berlangsung.
Hal yang perlu mendapat perhatian adalah botol tersebut harus bebas zat organik Pencucian terbaik adalah dengan menggunakan larutan asam kromat atau detergent dengan kualitas yang baik. Jika digunakan detergent sebagai pencuci, pada akhirnya harus dibilas dengan air panas untuk membunuh bakteri nitrifikasi yang cenderung berkebambang dalam dinding botol. Untuk menjamin botol bebas zat organik dan pengganggu lainnya, sebaiknya botol BOD dilbilas 4 x, mulai dengan air kran dan akhirnya dengan aquadest atau aquadem.
27.3. Prosedur Pengukuran
27.3.1. PrinsipPengukuran BOD terdiri dari pengenceran sampel, inkubasi selama 5 hari pada suhu 200C dan pengukuran oksigen terlarut sebelum dan sesudah
inkubasi.
Penurunan oksigen terlarut selama inkubasi menunjukkan banyaknya oksigen yang dibutuhkan oleh sampel air.
Oksigen terlarut dianalisa dengan menggunakan metode titrasi Winkler. 27.3.2. Pereaksi
a. Larutan Buffer Fosfat
8,5 gr KH7PO4, 21,75 gr K2PO4, 33,4 gr Na2HPO4.7H2O dan MgSO4
serta 1,7 gr NH4Cl dilarutkan dalam 500 ml aquadest dan diencerkan
hingga volumenya 1 liter dan pH larutan harus 7,2.
b. Larutan Magnesium Sulfat
22,5 gr MgSO4.7H2O dilarutkan dan diencerkan dengan aquadest
hingga volumenya 1 lt.
c. Larutan Kalsium Klorida
22,5 gr CaCl2 dilarutkan dan diencerkan dengan hingga volumenya 1 lt.
d. Larutan Ferri Klorida
27,5 gr FeCl3 dilarutkan dan diencerkan dengan aquadest hingga
Laboratorium Lingkungan TL-3103 27-7
e. Bibit air kotor (seed)
Air limbah domestik yang banyak menggunakan mikrorganisme dan telah diaklimitasi.
f. Pembuatan air pengenceran (AP)
1 ml bibit air kotor (seed) , 1 ml larutan buffer fosfat, 1 ml larutan FaCl3, 1 ml larutan CaCl2 dan 1 ml larutan MgSO4 ditambahkan ke
dalam 1 liter aquadest atau aqudem. Lalu aerasi selama 30 menit agar air pengencer jenuh dengan oksigen.
27.3.3. Cara Kerja
Tahapan dalam pemeriksaan BOD terdiri dari :
1. Membuat larutan pengencer yang jenuh oksigen seperti dijelaskan pada pembuatan pereaksi di atas.
2. Menentukan angka pengenceran sampel :
Menentukan angka pengenceran dengan berdasarkan literatur atau berdasarkan hasil pengukuran angka permanganat
Contoh menentukan angka pengenceran berdasarkan hasil pengukuran angka permanganate dari contoh air :
Jika contoh air menunjukkan angka permanganat 150 mg/l maka air pengencernya adalah sebagai berikut:
P1 = 150/3 = 50 x , (10 ml sampel air + 635 ml AP) P2 = 150/5 = 30 x , (22 ml sampel air + 638 ml AP) P3 = 150/7 = 20 x , (33 ml sampel air + 627 ml AP) P4 = 150/10 = 15 x , (45 ml sampel air + 630 ml AP) 3. Melakukan pengenceran
Setelah diketahui angka pengenceran dari sampel air tersebut maka dilakukan pengenceran contoh air tersebut dengan air pengencer yang telah disediakan. Banyaknya air pengencer yang ditambahkan tergantukng pada angka pengenceran tersebut (lihat contoh perhitungan di atas).
Setelah diencerkan, masukkan ke dalam 2 buah botol BOD yang telah dikalibrasi volumenya. Salah satu botol BOD tersebut disimpan dalam inkubator 200C selama 5 hari, sedangkan botol BOD yang lainnya
diperiksa kandungan oksigen terlarutnya dengan metode titrasi Winkler.
Untuk percobaan blanko disiapkan 6 botol BOD. Masing-masing botol diisi dengan air pengencer. Tiga botol pertama diinkubasikan selama 5 hari pada temperatur 200C. Sedangkan tiga botol lainnya ditentukan
Laboratorium Lingkungan TL-3103 27-8 4. Pemeriksaan oksigen terlarut
Pemeriksaan oksigen terlarut dapat dilakukan dengan menggunakan alat DO meter atau dengan metode titrasi Winkler , seperti dijerlaskan dalam bab sebelumnya ( Bab 6. )
27.3.4. Perhitungan
BOD 5hari,20
0C (mg/l) = { ( D
1– D
2) – ( B
1– B
2) } x f x P
Keterangan :
D1 : DO 0 hari contoh air (mg/l) D2 : DO 5 hari contoh air (mg/l) B1 : DO 0 hari blanko (mg/l) B2 : DO 5 hari blanko (mg/l) P : angka pengenceran f : koreksi untuk seeding
blangko dalam seeding vol sampel dalam seeding vol f . . 27.3.5. Catatan
Karena dilakukan 3 variasi pengenceran , maka akan diperoleh hasil pengukuran BOD sebanyak 3 angka BOD yang berbeda-beda.
Jika hasil pengukuran antara pengenceran yang satu dengan yang lainnya berbeda jauh, maka diambil hasil pengukuran dengan criteria sebagai berikut:
a. DO 5 hari dari contoh air harus lebih besar dari 0,5 mg/l
b. Penurunan DO antara DO o hari dan DO 5 hari sebesar 30% - 70% Pengawetan sampel dilakukan dengan cara pendinginan, dan waktu penyimpanan maksimum adalah 48 jam (2 hari).
