REVIEW : Proses Pengolahan Air Limbah Secara Fisika, Kimia dan Biologi
Fildzah ‘Adanya*
aJurusan Kimia Fakultas Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
*Email :fildzah16@mhs.chem.its.ac.id
A R T I C L E I N F O A B S T R A C T
Keyword:
Wastewater treatment Biological treatment Chemical treatment Physical Treatment
Daftar Isi
1. Pendahuluan ... 2
2. Pengolahan Limbah Secara Fisika ... 2
2.1 Sedimentasi ... 2
2.2 Penyaringan... 2
3. Pengolahan Limbah Secara Biologi ... 3
3.1 Lumpur teraktivasi ... 4
3.2 Biofiltrasi ... 4
4. Pengolahan Limbah Secara Kimia ... 5
4.1 Koagulasi ... 5
4.2 Adsorpsi ... 6
5. Kesimpulan ... 6
Daftar Pustaka ... 6
1. Pendahuluan
Air adalah komponen yang sangat penting untuk kelangsungan hidup. Kebutuhan air bersih akan terus meningkat seiring bertambahnya jumlah populasi didunia. Jumlah kebutuhan air bersih terus meningkat tiap tahun,, akan tetapi sumber air bersih terus menurun tiap tahun.
Meskipun jumlah air mencakup 70% dari permukaan bumi, akan tetapi hanya sekitar 0.002 % yang tersedia untuk di konsumsi oleh makhluk hidup (Alrumman dkk., 2016). WHO menyatakan bahwa 1,1 milyar manusia tidak mendapatkan air bersih.
Air merupakan salah satu komponen penting dalam kehidupan manusia. Air yang terkontaminasi dapat mempengaruhi kehidupan makhluk hidup. Oleh karena itu dibutuhkan pengolahan limbah sehingga diperoleh air dengan kualitas yang sesuai dengan standar. Proses pengolahan limbah dibagi menjadi tiga jenis, pengolahan limbah secara fisika, kimia, dan biologi. Pemilihan metode didasarkan pada sifat polutan. Pemilihan metode bisa salah satu atau kombinasi metode bergantung pada sifat polutan.
Sebagian besar air digunakaan pada rumah tangga, pertanian, dan industri. Penggunaan air menyebabkan munculnya air. Oleh karena itu dibutuhkan suatu sistem pengolahan air sehingga air limbah dapat digunakan kembali. Proses pengolahan air limbah merupakan salah satu langkah penting untuk memperoleh air bersih akan tetapi terdapat beberapa parameter yang perlu diperhatikan sehingga diperoleh air ang dapat digunakan kembali. Beberapa parameter yang perlu diperhatikan seperti, Total organic carbon (TOC), Dissolved organic carbon (DOC), Chemical oxygen demand (COD), Biological oxygen demand (BOD) (Schutte dan Focke, 2006).
Berdasarkan metodenya proses pengolahan air limbah dibagi menjadi tiga jenis yaitu pengolahan secara fisika, biologi, dan kimia. Pemilihan metode pada pengolahan limbah bisa salah satu dari metode tersebut atau kombinasi dari ketiganya. Proses pemilihan metode berdasarkan sifat polutan yang akan diolah (Riffat, 2012). Pada review ini akan dibahas proses pengolahan air limbah berdasarkan metode secara fisika, kimia, dan biologi.
2. Proses Pengolahan Secara Fisika Proses pengolahan secara fisika
merupakan metode pengolahan air limbah dengan cara menghilangkan polutan secara fisika, seperti sedimentasi, penyaringan, screening dan lain-lain.
Prinsip utama dari pengolahan limbah secara fisika adalah untuk menghilangkan padatan yang tersuspensi pada air (Riffat, 2012). Metode pengolahan secara fisika antara lain sedimentasi dan filtrasi.
2.1 Sedimentasi
Sedimentasi adalah proses pemisahan partikel yang tersuspensi diair. Partikel yang tersuspensi dia air memiliki massa jenis yang lebih besar dari air. Proses sedimentasi merupakan pemisahan yang dipengaruhi gaya gravitasi berdasarkan perbedaan partikel yang tersuspensi denngan larutannya (Carlsson, 1998). Proses sedimentasi diamati pada proses pengolahan air limbah pada industri tepung jagung. Pengamatan menunjukkan bahwa tidak semua partikel yang tersuspensi dapat mengendap. Partikel yang lebih besar membutuhkan waktu yang lebih lama untuk menghilangkan partikel yang lebih besar. Oleh karena itu, dibutuhkan metode tambahan seperti mikrofiltrasi untuk menghilangkan semua Proses sedimentasi merupakan proses pengolahan air limpartikel yang tersuspensi (Cancino-Madariaga dan Aguirre, 2011). Saat ini metode sedimentasi terutama diindustri terus dikembangkan dengan cara melakukan modifikasi pada tanki sediment. Salah satunya dengan memodofikasi vortex pada tanki sedimen. Modifikasi vortex menunjukkan terdapat peningkatan proses sedimentasi (Ochowiak dkk., 2017).
2.2 Penyaringan
Penyaringan pada proses pengolahan air merupakan proses tersier dalam pengolahan air
Limbah. Proses ini biasanya diikuti setelah proses sekunder ( sedimentasi, koagulasi, lumpur teraktivasi). Proses filtrasi dapat memisahkan sebagian besar partikel yang tersuspensi sehinggi tahap disinfeksi menjadi lebih efektif (Hamoda dkk., 2004). Material untuk proses ini antara lain pasir, abu layang, batu gamping , dan dolomit.
Proses filtrasi pada air limbah dapat digunakan untuk menghilangkan logam berat seperti Pb (II), Cd (II), Cu (II). Batu gamping yang berasal dari Tunisia menunjukkan hasil yang cukup efektif untuk proses penghilangan logam berat pada larutan encer. Proses penyaringan menunjukkan faktor yang mempengaruhi dalam proses penghilangan logam berat adalah adsorpsi kimia dan presipitasi. Selain itu pengotor yang terkandung pada batu gamping juga mempengaruhi kecepatan penghilangan logam berat dari larutan (Sdiri dkk., 2012). Penggunaan batu gamping untuk proses filtrasi logam berat juga dilaporkan oleh Aziz et al., (2001).
Penggunaan batu gamping sebanyak lebih dari 90% dengan konsentrasi lebih tinggi dibandingkan 50 mg/l dapat dihilangkan dengan bau gamping sebanyak 56 gram. Pada proses penyaringan logam berat dengan batu ganping meliputi proses adsorpsi maupun absorpsi.
Gambar 1 adalah hasil SEM dari batu gamping setelah proses penyaringan berlangsung. Gambar 1 menunjukkan bahwa Cu telah ter adsorpsi pada permukaan media dan sebagian besar yang lain terpenetrasi atau mengalami absorpsi pada media saring
Gambar 1. SEM dari media setelah proses filtrasi (Aziz dkk., 2001)
3 Proses Pegolahan Secara Biologi
Proses pengolahan limbah dengan metode biologi adalah proses penghancuran atau penghilangan kontaminan dengan menggunakan bantuan mikroorganisme. Tujuan utama pengolahan dengan metode biologi adalah menghilangkan dan mengurangi bahan organik biodegradable dari air limbah ke tingkat yang dapat diterima sesuai dengan ambang batas yang telah ditentukan. Pengolahan secara biologi juga digunakan untuk menghilangkan nitrogen dan fosfor dari air limbah (Riffat, 2012). Beberapa metode yang digunakan pada proses pengolahan biologis antara lain proses anaerobik, aerobik, bioreaktor, dan lumpur teaktifasi,
3.1 Lumpur Teraktivasi
Lumpur teraktivasi merupakan suatu metode berdasarkan populasi bakteri yang tersuspensi pada limbah air dengan kondisi aerobic. Kondisi nutrisi dan oksigen yang tak terbatas menyebabkan kecepatan tumbuh dan respirasi bakteri akan tinggi (Samer, 2015). Penggunaan metode lumpur teraktivasi telah dilaporkan oleh Soraya et al., (2012) pada limbah cair industri PT. X. Limbah cair industri PT X dimasukan ke dalam tangki aerasi yang berisi mikroorganisme aerobik. r. Di dalam tangki aerasi terjadi proses perombakan bahan organik menjadi CO2 dan H2O. Limbah yang telah diolah kemudian dialirkan dari tangki aerasi ke dalam tangki sedimentasi. Dalam tangki sedimentasi ini terjadi pemisahan mikroorganisme dengan air limbah.
Mikroorganisme tersebut akan terkumpul satu sama lain dan membentuk flok mikroorganisme yang turun ke bagian bawah tangki sedimentasi sebagai sludge atau lumpur biomassa. Lumpur biomassa ini akan dikeluarkan dari tangki sedimentasi dan sebagian kecil dikembalikan ke tangki aerasi 1. Sisanya dialirkan ke tangki aerasi 2 untuk penambahan nutrisi. Setelah proses penambahan nutrisi tersebut limbah dialirkan kembali ke tangki sedimentasi untuk pemisahan lumpur dan air limbah yang telah diolah, Penggunaan lumpur teraktivasi menurunkan kadar COD, BOD, dan TDS dari air limbah PT X. Akan tetapi untuk polutan lain seperti logam berat tidak diamati.
Penggunaan lumpur teraktivasi juga digunakan untuk proses degradasi phthalate esters (PE) PE adalah bahan aditif yang digunakan dalam proses pembuatan plastic akan tetapi juga ditemukan di lem, cat, pestisida dan farmasi. Penggunaan lumpur teraktivasi untuk degradasi PE terbukti cukup efektif. Lumpur teraktifasi dapat menghilangkan nitrogen dan fosfor hingga 91- 93 % dari PE pada air limbah. Mikroba yang digunakan untuk proses degradasi yang berada dalam lumpur teraktifasi menurun seiring dengan menurunya kelarutan air di ester (Roslev dkk., 2007). Aktifitas dari lumpur teraktifasi dapat ditingkatkan salah satunya dengan menambahan enizim fungal. Penambahan enzim fungal dilakukan pada lumpur teraktifasi untuk degradasi zat warna pada air limbah industri tekstil. Penambahan enzim pada lumpur teraktifasi terbukti dapat meningkatkan aktivitas dari lumpur teraktifasi. Jumlah endapan dan warna yang hilang meningkat dari 75% ke 95%. Pada limbah dengan jumlah zat organic terlarut yang lebih rendah kemampuan lumpur teraktifasi meningkat dari 82.3 % ke 98.4% (Manai dkk., 2017).
3.2 Biofiltrasi
Biofiltrasi atau biasa disebut dengan trickling filters, percolating filters, dan bakteria beds adalah proses sekunder yang digunakan untuk air limbah dosmetik. Metode biofilter menghasilkan air dengan kualitas yang baik, misalnya < 20 mg BOD/l dan <30 mg SS/I. (Mara, 2013). Pada biofilter mikroorganisme dipasang pada media berpori untuk mendegradasi polutan
yang berada aliran air limbah. Mikrorganisme tumbuh dalam biofilm pada permukaan medium atau tersuspensi dalam fase air yang mengelilingi partikel medium. Kinerja biofilter dipengaruhi oleh inokulasi mikroba, pH, suhu, kelembaban dan kandungan hara (Srivastava dan Majumder, 2008) Salah satu aplikasi biofilter digunakan untuk menghilangkan logam berat dari air limbah.
Selain logam berat biofilter juga digunakan untuk menghilangkan toluene dalam air limbah.
Salah satu aplikasi biofilter adalah dalam proses degradasi toluene. Material yang digunakan sebagai penyaring harus memiliki luas permukaan yang tinggi, kapasitas air tinggi, densitas rendah, dan porositas yang tinggi. Mikroba di letakan di dala filter. Salah satu mikroba yang dapat digunakan adalah mikroba yang berasal dari kompos kotoran sapi. Mikroba yang berasal dari kompos kotoran sapi karena memiliki berbagai macam jenis mikroba. Penghilanngan toluene paling besar sebesar 97% ketika jumlah mikroba yang ditambahkan 60.55 g m3 h-1. Akan tetapi, sensitifitas dari biofilter akan menurun ketika kondisi lingkungan berubah (Rajamanickam dan Baskaran, 2017).
4 Proses Pengolahan Secara Kimia
Proses pengolahan air limbah secara kimia adalah proses yang melibatkan penambahan bahan kimia untuk mengubah atau destruksi kontaminan. (Riffat, 2012). Proses pengolahan air limbah secara kimia antara lain dengan menggunakan koagulasi dan adsorpsi.
4.1 Koagulasi
Proses koagulasi adalah proses pengendapan partikel yang tersuspensi dengan menggunakan bahan kimia. Berdasarkan jenisnya koagulan dibagi menjadi dua jenis yaitu koagulan yang berasal dari alam dan koagulan sintetik. Koagulan sintetik memiliki kekurangan seperti dapat menyebabkan polusi dan menyebabkan penyakit alzhaimer. Salah satu contoh koagulan sintetik adalah Poly aluminium klorida (PAC) dan Aluminium Sulfat (Alum). Penggunaan Koagulan PAC dan Alum pada air limbah PT Nalco dapat menurunkan nilai BOD, COD, TSS, dan kekeruhan. Untuk konsentrasi optimal PAC sebesar 2500 ppm dan Alum sebesar 3000 ppm.
Akan tetapi nilai BOD, COD, TSS, dan kekeruhan setelah proses koagulasi masih lebih tinggi jika dibandingkan dengan nilai ambang batas yang telah ditetapkan di Indonesia, sehingga diperlukan metode tambahan agar diperoleh nilai BOD, COD, kekeruhan dan TSS yang dibawah ambang batas (Abidin dkk., 2012). Selain koagulan sintetik, koagulan yang berasal dari bahan alam juga dapat digunakan untuk proses koagulasi seperti kacang babi dan biji asam jawa (Vicia faba ) dan biji asam jawa (Tamarindus indica). Hasil penelitian menunjukkan bahwa pH optimum suspensi kacang babi dan suspensi biji asam jawa berada pada pH 3. Konsentrasi optimum suspensi kacang babi sebesar 0.06% dengan penurunan kekeruhan 99.70 % TSS sebesar 99,27%, nilai BOD
sebesar83,30%, nilai COD sebesar 98,93%, dan persentase kenaikan nilai DO sebesar 72,83%.
sedangkan kosentrasi optimum suspensi biji asam jawa sebesar 0.04% dengan penurunan kekeruhan sebesar 99.60 % penurunan TSS sebesar 99,27%, nilai BOD sebesar 90,20 %, nilai COD sebesar 93,47%, dan persentase kenaikan nilai DO sebesar 78,65 % (Purnamasari dkk., 2015).
4.2 Adsorpsi
Adsorpsi adalah suatu proses ketika molekul yang terlarut (adsorbat) dihilangkan dengan cara menempelkan adsorbat pada permukaan ansorben. Adsorben harus memiliki luas permukaan yang tinggi, contoh adsorben antara laim alumina, clay, hidroksida, resin, dan karbon teraktivasi. Proses adsorpsi dipengaruhi oleh diameter partikel, konsentrasi adsorbat, suhu, berat molekul dan pH (Samer, 2015). Dalam pengolahan air limbah biasanya proses adsorpsi digunakan untuk menghilankan zat warna dari air limbah. Salah satu contoh Penggunaan adsorben dalam pengolahan air limbah adalah ZSM-5. ZSM-5 yang disintesis dari kaolin Bangka digunakan untuk menghilangkan zat warna tekstil. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kapasitas absorpsi dari ZSM- 5 untuk pewarna congo red, auramin, metilen biru, dan rhodamin B adalaha 129, 157, 134, 205, dan 210 mg/g. Sehingga dapat disimpulkan bahwa ZSM-5 yang berasal dari kaolin Bangka adalah adsorben yang baik untuk mendegradasi zat warna tekstil (Iryani dan Djoko Hartanto, 2017).
5. Kesimpulan
Air dengan kualitas yang baik dapat diperoleh dengan melakukan pengolahan air limbah.Terdapat beberapa metode yang digunakan untuk pengolah limbah yaitu pengolahan secara kimia, fisika dan biologi. Pada pemilihan metode proses pengolahan limbah didasarkan pada sifat polutan yang terkadung pada air. Metode pemilihan juga tidak terpaku pada satu jenis metode saja, akan tetapi metode yang dipilih bisa kombinasi antara dua atau lebih dari dua metode pengolahan air. Hal ini disebabkan ketika hanya memilih satu metode, air limbah yang dihasilkan belum memiliki kualitas yang baik.
Daftar Pustaka
Abidin, Z., Iryani, A., dan Mulyati, A.H. (2012),"Perbandingan Penggunaan PAC dan Alum Sebagai Koagulan Pada Air Limbah Industri PT. Nalco Indonesia "
Alrumman, S.A., El-kott, A.F., dan Keshk, S.M. (2016), “Water Pollution: Source &
Treatment.” American Journal of Environmental Engineering, Vol. 6, No. 3, Hal. 88–
98.
Aziz, H.., Othman, N., Yusuff, M.., Basri, D.R.., Ashaari, F.A.., Adlan, M.., Othman, F., Johari, M., dan Perwira, M. (2001), “Removal of Copper from Water Using Limestone Filtration Technique: Determination of Mechanism of Removal.” Environmental Geochemistry in the Tropics and Subtropics, Vol. 26, No. 5, Hal. 395–99.
Cancino-Madariaga, B., dan Aguirre, J. (2011), “Combination Treatment of Corn Starch Wastewater by Sedimentation, Microfiltration and Reverse Osmosis.” Desalination, Vol. 279, No. 1, Hal. 285–90.
Carlsson, B. (1998), “An Introduction to Sedimentation Theory in Wastewater Treatment.”
Systems and Control Group, Uppsala University,
Hamoda, M.., Al-Ghusain, I., dan Al-Mutairi, N.. (2004), “Sand Filtration of Wastewater for Tertiary Treatment and Water Reuse.” Desalination, Vol. 164, No. 3, Hal. 203–11.
Iryani, A., dan Djoko Hartanto (2017), “Textile Dyes Removal By ZSM-5 From Bangka Kaolin”
Manai, I., Miladi, B., El Mselmi, A., Hamdi, M., dan Bouallagui, H. (2017), “Improvement of Activated Sludge Resistance to Shock Loading by Fungal Enzyme Addition during Textile Wastewater Treatment.” Environmental Technology, Vol. 38, No. 7, Hal. 880–
90.
Mara, D. (2013), Domestic Wastewater Treatment in Developing Countries, Routledge, Ochowiak, M., Matuszak, M., Włodarczak, S., Ancukiewicz, M., dan Krupińska, A. (2017),
“The Modified Swirl Sedimentation Tanks for Water Purification.” Journal of Environmental Management, Vol. 189, No. Supplement C, Hal. 22–28.
Purnamasari, Riska Devi., Iryani, Ani & Aminingsih, Tri. (2015). "Pemanfaatan Kacang Babi (Vicia faba) dan Biji Asam Jawa (Tamarindus indica L) Sebagai Koagulan Alami Pada Proses Perbaikan Kualitas Air". Program Studi Kimia Fakultas MIPA UNPAK
Purnamasari, Riska Devi., Ani Iryani, Tri Aminingsih., “Pemanfaatan Kacang Babi (Vicia faba) dan Biji Asam Jawa (Tamarindus indica L) Sebagai Koagulan Alami Pada Proses Perbaikan Kualitas Air,” 2015.
Rajamanickam, R., dan Baskaran, D. (2017), “Biodegradation of Gaseous Toluene with Mixed Microbial Consortium in a Biofilter: Steady State and Transient Operation.” Bioprocess and Biosystems Engineering, Vol. 40, No. 12, Hal. 1801–12.
Riffat, R. (2012), Fundamentals of Wastewater Treatment and Engineering, CRC Press, Roslev, P., Vorkamp, K., Aarup, J., Frederiksen, K., dan Nielsen, P.H. (2007), “Degradation of
Phthalate Esters in an Activated Sludge Wastewater Treatment Plant.” Water Research, Vol. 41, No. 5, Hal. 969–76.
Samer, M. (2015), “Biological and Chemical Wastewater Treatment Processes.” Dalam Wastewater Treatment Engineering, , diedit oleh Mohamed Samer, Ch. 01InTech, Rijeka.
Schutte, F., dan Focke, W. (2006), “Handbook for the Operation of Water Treatment Works.”
Water Research Commission, The Water Institute of Southern Africa,
Sdiri, A., Higashi, T., Jamoussi, F., dan Bouaziz, S. (2012), “Effects of Impurities on the Removal of Heavy Metals by Natural Limestones in Aqueous Systems.” Journal of Environmental Management, Vol. 93, No. 1, Hal. 245–53.
Soraya, D., Iryani, A., dan Mulyati, A.H. (2012),“ WASTEWATER TREATMENT AT PT. X BY ACTIVE SLUDGE ( Pengolahan Limbah Cair PT. X Secara Lumpur Aktif )."
Universitas Pakuan Bogor
Srivastava, N.K., dan Majumder, C.B. (2008), “Novel Biofiltration Methods for the Treatment of Heavy Metals from Industrial Wastewater.” Journal of Hazardous Materials, Vol.
151, No. 1, Hal. 1–8.
