KUALITAS AIR LIMBAH
MK PERENCANAAN BANGUNAN PENGOLAHAN AIR LIMBAH PS TEKNIK LINGKUNGAN FT UNUD
Identifikasi Air Buangan
■ Air buangan biasa dinamakan air limbah atau sludge bahan buangan dari suatu lingkungan masyrakat dimana terdapat kontaminan di dalamnya yang merupakan substansi organik dan anorganikoriginal.
■ Air buangan ini berasal dari sumber domestik, industri, air hujan atau infiltrasi ground water.
■ Air limbah yang masih baru berupa cairan keruh dan berbau tanah tetapi tidak terlalu merangsang.
■ Bahan buangan ini mengandung padatan terapung dan tersuspensi serta polutan dalam bentuk larutan. Selain tidak sedap dipandang, air buangan ini sangat berbahaya terutama karena jumlah organisme patogen yang dikandungnya. Karena itu air limbah perlu mendapat penanganan khusus dalam pengolahannya sebelum dikembalikan ke badan air.
Komposisi Air Limbah
Reaksi Pada Air Buangan
■ Bahan buangan biasanya diolah dengan memasukkan oksigen di dalamnya sehingga bakteri dapat memanfaatkan bahan buangan ini sebagai makanan.
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
Acuan Pengolahan Air Buangan
Hal penting yang perlu diperhatikan untuk dijadikan acuan dalam disain operasi bangunan pengolah air buangan adalah :
■ Zat padat atau solid, terutama zat padat tersuspensi
■ Material organik (biodegradable)
■ Nutrien (nitrogen dan phosphor)
■ Patogen
■ Mikropolutan, terutama logam berat, dissolved solid atau zat padat terlarut
Penyisihan Padatan
■ Dalam air buangan, diasumsikan telah melewati proses penyaringan (screening).
Berdasarkan ukurannya, zat padat diklasifikasikan sebagai:
■ Zat padat tersuspensi (suspended solid);
■ Zat padat terlarut (dissolved solid);
■ Koloid
■ Pemisahan solid pada wastewater sering mengalami kesulitan, sehingga fraksi dissolved diturunkan dengan mekanisme tertentu.
■
Parameter dalam air buangan (1)
■ Konduktivitas
■ Electrical Conductivity biasanya digunakan sebagai parameter kuantitas TDS (Total Dissolved solid) pada sampel.
■ Temperatur
■ Temperatur sangat berpengaruh terhadap kondisi air limbah, semakin tinggi temperatur maka kelarutan gas menurun, reaksi kimia meningkat dan pertumbuhan mikroorganisme berubah. Misalnya pada daerah tropis bakteri anaerobik tumbuh pada temperatur 20-25 OC, di luar range tersebut pertumbuhan mikroorganisme tersebut akan terganggu.
Parameter dalam air buangan (2)
■ Bau dan Warna
■ Bau biasanya dihasilkan dari hidrolisis dan degradasi secara aerobik maupun anaerobik dari zat organik yang menghasilkan NH3. Bau dapat dikurangi dengan aerasi secara intensifseperti strpping dari senyawa volatile dan oksidasi dari senyawa biodegradable serta dapat juga dengan penutupan treatment plant.
■ Warna merupakan hasil produk degradasi air buangan. Pemisahan warna sangat sulit dan perlu biaya tinggi. Bau dan warna ini adalah indikasi awal dari spesifik air limbah.
Komposisi material organik pada air limbah
■ Padatan dalam air limbah yang menduduki komposisi terbesar adalah material organik (70%).
Parameter Material Organik
■ ThOD (Theoritical Oxygen Demand)
■ Biasanya digunakan bila senyawa organiknya diketahui dan dapat dihitung bila persamaan reaksi diketahui. Karena air limbah komposisinya sangat kompleks di alam maka ThOD tidak dapat dihitung. Tetapi dalam praktiknya dapat digunakan COD.
■ COD (Chemical Oxygen Demand)
■ Jumlah kebutuhan oksigen yang diperlukan untuk oksidasi material organik, yang didapat dengan mengoksidasi limbah dengan larutan asam dikromat yang mendidih (Cr2O72-).
Jumlah COD biasanya lebih besar dari BOD.
■ BOD (Biochemical Oxygen Demand)
■ Parameter ini menunjukkan kebutuhan oksigen untuk pengoksidasian limbah oleh bakteri.
Limbah yang teroksidasi hanya limbah yang biodegradablr saja.
■ Hubungan antara ketiga parameter tersebut adalah : ThOD > COD > BOD
Pentingnya Pengolahan Air Limbah
■ Melihat kandungan air limbah yang begitu kompleks dan dapat menimbulkan dampak yang buruk pada masyarakat, maka disain bangunan pengolah air buangan harus benar-benar menghasilkan efluen yang aman bagi lingkungan.
Pengelolaan Air Limbah
■ Dalam Pengelolaan air limbah ada tiga aspek yang saling berhubungan, yaitu : (1) Pengumpulan
Pengumpulan air limbah rumah tangga sebaiknya dilakukan dengan sistem pengaliran air dalam pipa sepenuhnya . Hal ini dimaksudkan untuk mencegah terjadinya
kontaminasi dan mempermudah pengumpulan.
(2) Pengolahan
Pengolahan terutama dibutuhkan untuk membunuh mikroorganisme patogen yang ada di dalam air limbah dan untuk menjamin agar sesuai untuk setiap proses penggunaan ulang yang dipilih untuknya.Pengolahan air limbah adalah suatu kombinasi dari proses fisik, biologis, dan kimiawi.
(2) Pengolahan
■ Kriteria penyelenggaraan sistem pengolahan air limbah adalah :
■ Kesehatan
■ Organisme patogen tidak boleh tersebar baik secara langsung maupun tidak langsung. Proses pengolahan memiliki derajat pengolahan yang tinggi.
■ Penggunaan ulang
■ Proses pengolahan harus memberikan hasil yang aman untuk penggunaan ulang (aquaculture dan pertanian).
■ Ekologis
■ Pembuangan air limbah ke dalam air permukaan tidak boleh melebihi kapasitas pembersihan diri dari badan air penerima.
■ Gangguan
■ Bau yang ditimbulkan harus berada di bawah ambang batas.
■ Kebudayaan
■ Metoda yang dipilih untuk pengumpulan, pengolahan, dan penggunaan ulang harus sesuai dengan kebiasaan dan keadaan sosial setempat.
■ Biaya
■ Diusahakan biaya yang dikeluarkan sehemat dan seefisien mungkin sehingga masyarakat yang memakai instalasi pengolahan dapat membayar.
(3) Penggunaan Ulang Air Limbah
■ Kelangkaan akan air yang umum terjadi di daerah tropis dan subtropis serta tingginya biaya untuk membangun sistem penyediaan air yang baru merupakan dua faktor utama yang mendorong bertambahnya kebutuhan untuk mengkonversi sumber-sumber air dengan penggunaan ulang efluen atau dengan reklamasi efluen untuk menghasilkan air yang dapat dipakai untuk distribusi, misalnya air pendingin.
■ Penggunaan ulang air buangan segar maupun sudah terolah untuk irigasi telah dipakai secara meluas selama bertahun-tahun.
■ Untuk masa sekarang, perhatian ditujukan pada aquaculture dan penggunaan ulang efluen untuk keperluan kota dan industri.
Analisis Karakteristik Air Limbah
■ Analisa karakteristik berfungsi untuk mengetahui parameter-parameter apa saja yang harus dihilangkan dan bagaimana pengaruh parameter tersebut dalam air dan berguna sebagai informasi dasar dalam perencanaan bangunan pengolahan air buangan.
A. Karakteristik Fisik Air Buangan
SIFAT-SIFAT SUMBER
Suhu Limbah industri dan domestik
Benda Padat Limbah domestik, limbah industri, erosi tanah, inflow/infiltrasi
Bau Dekomposisi air limbah, limbah industri
Warna Limbah domestik dan limbah industri, penguraian material organik
Sumber: Tchobanoglous dan Burton, 1991
B. Karakteristik Kimia
(1) Zat Organik
■ Sumber utama zat organik berasal dari kotoran limbah manusia yaitu 80-90 gram/orang/hari.
■ Pada prinsipnya kategori zat organic yang dapat terdegradasi dalam air limbah adalah protein, karbohidrat, dan lipid (Sundstrom&Klei, 1979 dalam Hindarko, 2003).
■ Zat organic dalam air limbah jumlahnya cukup dominan, karena 75% dari zat padat tersuspensi dan 40% dari zat padat tersaring merupakan bahan organic.
■ Selanjutnya bahan organic ini dikelompokkan menjadi 40-60% berupa protein, 25-50%
berupa karbohidrat, 10% berupa lemak/minyak dan urea.
■ Urea sebagai kandungan bahan terbanyak didalam urine, merupakan bagian lain yang penting dalam bahan organic (Hindarko, 2003).
(1) Zat Organik
(a) Protein, senyawa kombinasi dari bermacam-macam asam amino ini dijumpai pada makanan manusia dan hewan seperti kacang-kacangan mengandung sekitar 16%
unsur nitrogen sehingga bersama dengan urea protein menjadi sumber nitrogen dalam air limbah. Proses penguraian protein menimbulkan bau busuk.
(b) Karbohidrat, dijumpai dalam gula, selulosa, serat kayu dan lain-lain. Dalam air limbah terdiri atas senyawa C, H, dan O. sejenis karbohidrat yang berbentuk gula, mudah larut dan mengalami penguraian oleh mikroba menjadi alcohol dan CO2. (c) Lemak dan Minyak, tidak mudah diuraikan oleh mikroba melainkan oleh asam
mineral sehingga terjadi gliserin dan asam jenuh. Minyak dan oli yang berasal dari hasil tambang masuk kedalam air limbah melalui bengkel kendaraan bermotor dan tidak dapat diuraikan oleh mikroba serta menutupi permukaan air limbah sehingga mengganggu proses selanjutnya. Sehingga minyak dan oli harus disingkirkan melalui bangunan penangkap minyak/oli.
(1) Zat Organik
(d) Surfactant (surface active agent) yang berasal dari deterjen pencuci pakaian.
Deterjen adalah golongan dari molekul organic yang digunakan sebagai pengganti sabun untuk pembersih supaya mendapatkan hasil yang lebih baik. Pada IPAL membentuk busa yang stabil sehingga sangat mengganggu operasi instalasi ini.
Keberadaanya dapat dideteksi oleh methylene blue.
(e) Pestisida, penggunaan dalam tanaman harus dikendalikan agar tidak terbawa oleh limpasan air hujan. Zat organic ini tergolong beracun dan bias mematikan ikan dan mencemari sumber air bersih.
(2) Zat Anorganik
Sumber dari zat anorganic meliputi (Hindarko, 2003):
■ pH, parameter ini sangat penting untuk menentukan kehidupan mikroorganisme didalam air limbah. pH pada pengolahan air digunakan sebagai control korosi pada pipa dan bangunan pengolahan. Pada pengolahan air limbah yang menggunakan proses biologi pH perlu dikontrol agar berada pada kisaran yang memungkinkan organism berkembang. Pada kondisi adam (pH<4) atau alkali (pH>9,5) bakteri akan mati.
Menurut PP No. 82 Tahun 2001 tentang pengelolaan kualitas air dan pengendalian pencemaran air kisaran pH yang diperbolehkan adalah 6-9.
■ Nitrogen, dalam pengolahan air limbah diperlukan zat hara dalam bentuk protein yang elemen utamanya adalah nitrogen, phosphor, dan zat besi. Nitrogen yang terkandung dalam tubuh makhluk hidup diuraikan oleh bakteri menjadi ammonia, tetapi ada juga yang mengambil bentuk urea dalam air kencing yang diuraikan menjadi ammonia.
■ Phosfor, bila kandungannya dalam air permukaan tidak terkontrol maka phosphor merupakan nutrient bagi tumbuhan seperti eceng gondok, ganggang sehingga permukaan air itu dipenuhi tumbuhan air. Hal ini mengganggu kegiatan pelayaran dan perikanan. Kandungan phosphor dibatasi antara 4-15 mg/liter.
(2) Zat Anorganik
Sumber dari zat anorganic meliputi (Hindarko, 2003):
■ Logam berat dan senyawa beracun, seperti Hg, Pb, Ni, Cr dan lain-lain. Kehadiran unsure ini perlu untuk menunjang kehidupan biota dan ganggang. Namun kadar yang tinggi dapat menebarkan zat baracun. Crom dan Nikel sebaiknya tidak melebihi kadar 500 mg/liter.
■ Belerang, unsure ini dbutuhkan untuk sintesa protein. Disamping itu pada kondisi anaerobic bakteri desulfovibrio dapat menguraikan zat organic bersama sulfat menjadi sulfida reaksinya:
Zat organic + SO42- à S-2 + H2O + CO2 S-2+ 2H+ à H2S
Gas H2S biasanya berkumpul pada bagian atas pipa air limbah dan bila terdapat cukup bakteri Thiobacillus, maka gas ini dapat dioksidasi menjadi asam sulfat.
Reaksinya: H2S + O2Bakteri hiobacillus H2SO4
■ H2SO4yang terbentuk dapat merusak mahkota pipa yang terbuat dari beton, asbes, dan besi.
Gas H2S yang tercampur bersama gas CH4 dan gas CO2bersifat sangat korosif terhadap pipa dan bila terbakar dalam mesin dapat menimbulkan letupan yang dapat merusak mesin tersebut.
(2) Zat Anorganik
Sumber dari zat anorganic meliputi (Hindarko, 2003):
■ Klorida. Masuknya klorida dalam air limbah bias berasal dari intrusi air laut yang berinfiltrasi ke dalam pipa, tinja manusia ynag mengandung 6 gram/orang/hari.
Pengolahan air limbah tidak dapat menurunkan kadar klorida. Sehingga pencegahan dini masuknya klorida lebih bermanfaat daripada mengeluarkan klorida yang ada.
C. Karakteristik Biologi
Aspek biologi ini mencakup mikroorganisme yang ditemukan pada air limbah. Organisme ini digunakan sebagai indicator polusi dan untuk mengetahui metode pengolahan yang tepat.
Setiap manusia mengeluarkan 100-400 milyar coliform/hari. Coliform digunakan sebagai indicator mikroorganisme pathogen.
Beberapa macam mikroorganisme yang banyak terdapat dalam air limbah domestic adalah:
■ Jamur, membutuhkan zat asam dan mendapatkan makanan dari makhluk yang telah mati.
Tugas utamanya menguraikan senyawa karbon bila dialam ini tidak ada jamur, maka siklus senyawa karbon akan terhenti dan zat organic akan menumpuk.
■ Ganggang, banyak terlihat didalam sungai, danau dimana ada limpahan air limbah.
Limpahan ini membawa zat nutrient biologis yang menyebabkan pertumbuhan ganggang dengan pesat yang diikuti bau tertentu.
■ Organisme pantogen, dalam air limbah yang berasal dari tubuh manusia yang terinfeksi penyakit, seperti typhus, kolera, disentri dan sebagainya. Dan bila sanitasi daerah kurang sehat standar yang ada, maka organism ini akan menimbulkan angka kesakitan yang cukup tinggi.
■ Bakteri coli sebagai indicator bibit penyakit, berasal dari tinja manusia yang memasuki air limbah. Untuk menganalisa bakteri pathogen digunakan parameter mikrobiologis dengan perkiraan terdekat jumlah golongan coliform dalam 100 ml air limbah serta perkiraan terdekat jumlah golongan coliform tinja dalam 100 ml air limbah.
■ Untuk menentukan unit pengolahan yang akan dibangun, hal pertama yang harus diketahui adalah parameter-parameter yang akan dihilangkan. Oleh karena itu diperlukan analisis terhadap konsentrasi campuran dengan membandingkan dengan baku mutu yang telah ditetapkan.
Karakteristik Air Limbah yang Diolah
Kualitas Air Limbah Domestik (Tugas)
No. Parameter Satuan Hasil Pemeriksaan Baku Mutu*) Fisika
1 Suhu °C 28.8 -
2 TSS mg/L 295 30
Kimia
1 pH - 7.07 6 – 9
3 BOD5 mg/L 220.2 30
4 COD mg/L 806.65 100
5 Detergen mg/L 3.9 5
6 Ammoniak (NH3) mg/L 11.10 10
7 Minyak dan Lemak mg/L 10,47 5
Biologi
2 Total Coliform MPN/100 mL 2100 3000
Keterangan:
TTD : Tidak Terdeteksi
**) Baku Mutu Air Limbah berdasarkan Peraturan Menteri Lingkungan Hidup No. 68 Tahun 2016 tentang Baku Mutu Air Limbah Domestik
Kualitas Air Limbah Non Domestik (Tugas)
Keterangan:
TTD : Tidak Terdeteksi
**) Baku Mutu Air Limbah berdasarkan Peraturan Menteri Lingkungan Hidup No. 68 Tahun 2016 tentang Baku Mutu Air Limbah Domestik No. Parameter Satuan Hasil Pemeriksaan *) Baku Mutu**)
Fisika
1 Suhu °C 20.0 ± 2.0 -
2 TSS mg/L 240 30
Kimia
1 pH - 8,26 6 – 9
2 BOD5 mg/L 280,35 30
3 COD mg/L 323,20 100
4 Detergen mg/L 0,107 5
5 Ammoniak (NH3) mg/L 0,052 10
6
Minyak dan
Lemak mg/L 2,0
6 – 9 Biologi
1 Coliform MPN/100 mL 1100 3000
Konsentrasi Campuran Air Limbah
■ Setelah diketahui data mengenai kualitas air buangan domestik, industri, baku mutu stream standar, maka dapat diperoleh konsentrasi campuran, konsentrasi yang harus dihilangkan dan efisiensi effluent standar.
■ Untuk menentukan konsentrasi campuran dapat menggunakan rumus berikut : 𝐶𝑐𝑎𝑚𝑝𝑢𝑟𝑎𝑛 = 𝑄𝑑𝑜𝑚𝑒𝑠𝑡𝑖𝑘 𝑥 𝐶𝑑𝑜𝑚𝑒𝑠𝑡𝑖𝑘 + 𝑄𝑛𝑜𝑛𝑑𝑜𝑚𝑒𝑠𝑡𝑖𝑘 𝑥 𝐶𝑛𝑜𝑛𝑑𝑜𝑚𝑒𝑠𝑡𝑖𝑘
𝑄𝑑𝑜𝑚𝑒𝑠𝑡𝑖𝑘 + 𝑄 𝑛𝑜𝑛𝑑𝑜𝑚𝑒𝑠𝑡𝑖𝑘 Keterangan:
Cc = Konsentrasi Campuran (mg/L)
Qd = Debit Air Buangan Domestik (m3/hari) Cd = Konsentrasi Air Buangan Domestik (mg/L) Qi = Debit Air Buangan Industri (m3/hari)
Ci = Konsentrasi Air Buangan Industri (mg/L)
CONTOH PERHITUNGAN
REKAPITULASI
■ Konsentrasi campuran untuk parameter antara limbah domestik dan non domestic (industri) serta konsentrasi campuran di IPAL dapat dilihat pada tabel berikut:
Keterangan:
*) : Baku mutu limbah cair domestik.
**) : Konsentrasi Campuran - Baku Mutu
***) : Presentase penyisihan.
[(Konsentrasi Campuran – Baku Mutu) / Konsentrasi Campuran] x 100%
