pengolahan limbah secara biologi

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Air merupakan salah satu sumber daya alam yang sangat dibutuhkan oleh

manusia, hewan dan tumbuhan. Limbah cair merupakan unsur pencemaran yang

sangat potensial bagi lingkungan air. Unsur tersebut dapat membahayakan baik

terhadap manusia maupun kehidupan biota air. Oleh karena itu, pengolahan limbah

cair menjadi semakin penting artinya sebagai bagian dari upaya manusia untuk

mengamankan sumber-sumber air yang sangat dibutuhkan mengingat air tersebut

sangat terbatas.

Industri jamu merupakan salah satu industri yang banyak menghasilkan

limbah cair. Limbah cair industri jamu mengandung bahan organik dan bahan

berbahaya seperti fenol dan turunannya yang berasal dari bahan baku tanaman obat

yang dipakai. Kehadiran fenol dan turunannya pada badan air memiliki efek serius

terhadap kehidupan mikroorganisme meskipun pada konsentrasi yang relative

rendah(Kibret et al, 2000; Chung et al, 2003; Kumar et al, 2005).

Industri jamu X di Semarang menghasilkan limbah cair jamu dengan datadata sebagai berikut: pH 4,94; kadar COD 3610 mg/l; BOD 990 mg/l; fenol 9,8; dan

TSS 549. Hal ini masih sangat jauh dari ambang batas yang ditentukan pemerintah

menurut Perda Provinsi Jawa Tengah No.10 Tahun 2004 yaitu pH 6-9; kadar COD

150 mg/l; BOD 75 mg/l; fenol 0,2; dan TSS 75 sehingga dalam upaya mengatasi

permasalahan yang ditimbulkan oleh limbah cair, maka proses pengolahan limbah

wajib dilakukan sebelum limbah tersebut dibuang ke badan perairan. Hingga saat ini

pengolahan limbah industri jamu dilakukan dengan proses kimia-fisika yaitu dengan

penambahan koagulan, aerasi dan sedimentasi. Meskipun dapat mengurangi

kandungan COD pada limbah, kadar COD limbah yang keluar dari unit pengolahan

limbah tersebut masih cukup tinggi.

Limbah cair jamu yang merupakan limbah organik dengan COD tinggi yang

dapat diolah secara biologis menggunakan lumpur aktif. Mikroba yang terdapat pada

lumpur aktif dapat menurunkan kadar COD limbah dengan memanfaatkan limbah

tersebut sebagai nutrisi. Bakteri yang digunakan merupakan kultur campuran atau

biakan murni. Untuk mendapatkan bakteri dengan biakan murni akan menambah

biaya. Karena pertimbangan ekonomis tersebut maka digunakanlah Activated

Sludge/ Lumpur Aktif dengan biakan campuran.

Data limbah yang diketahui COD = 3610 mg/l, sehingga penelitian kami

dilakukan secara anaerob dengan menggunakan lumpur aktif karena jika kadar COD

nya tinggi, penurunan COD nya akan lebih efektif dan efisien bila dilakukan secara

anaerob (Robert H. Perry, 1997). 

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Limbah Cair

Air limbah (waste water) adalah air buangan dari masyarakat, rumah tangga,

industri, air tanah, air permukaan serta buangan lainnya (Sutapa DAI, 1999). Di

dalam limbah cair terkandung zat-zat pencemar dengan konsentrasi tertentu yang bila

dimasukkan ke bahan air dapat mengubah kualitas airnya. Kualitas air merupakan

pencerminan kandungan konsentrasi makhluk hidup, energi, zat-zat, atau komponen

lain yang ada dalam air. Limbah cair mempunyai efek negative bagi lingkungan

karena mengandung zat-zat beracun yang mengganggu keseimbangan lingkungan

dan kehidupan makhluk hidup yang terdapat di dalamnya.

Karakteristik kimia bahan organik dalam limbah cair adalah sebagai berikut:

1) Protein

Protein merupakan bagian yang penting dari makhluk hidup, termasuk di

dalamnya tanaman, dan hewan bersel satu. Protein mengandung karbon, hidrogen,

dan oksigen yang mempunyai bobot molekul sangat tinggi. Struktur kimianya

sangat kompleks dan tidak stabil serta mudah terurai, sebagaian ada yang larut

dalam air, tetapi ada yang tidak. Susunan protein sangat majemuk dan terdiri dari

beribu-ribu asam amino dan merupakan bahan pembentuk sel dan inti sel. Di dalam

limbah cair, protein merupakan unsur penyebab bau, karena adanya proses

pembusukan dan peruraian oleh bakteri.

2) Karbohidrat

Karbohidrat antara lain : gula, pati, sellulosa dan benang-benang kayu terdiri

dari unsur C, H, dan O. Gula dalam limbah cair cenderung terdekomposisi oleh

enzim dari bakteri-bakteri tertentu dan ragi menghasilkan alkohol dan gas CO2

melalui proses fermentasi. Fermentasi merupakan proses peruraian metabolik dari

bahan organik oleh mikroorganisme yang menghasilkan energi dan gas, yang

berlangsung dalam kondisi anaerobik. Metabolisme merupakan peristiwa

pembentukan dan peruraian zat di dalam diri makhluk hidup yang memungkinkan

berlangsungnya hidup. Pati merupakan salah satu karbohidrat yang relatif lebih

stabil, tetapi dapat diubah menjadi gula oleh aktivitas bakteri. Sedang sellulosa

merupakan salah satu karbohidrat yang paling tahan terhadap dekomposisi atau

peruraian bakteri. Karbohidrat ini keberadaannya dalam limbah cair mengakibatkan

bau busuk dan turunnya oksigen terlarut, sehingga dapat mengganggu kehidupan

biota air.

3) Minyak dan lemak

Minyak adalah lemak yang bersifat cair. Keduanya mempunyai komponen

utama karbon dan hidrogen yang mempunyai sifat tidak larut dalam air. Bahanbahan tersebut banyak terdapat pada makanan, hewan, manusia dan bahkan ada

dalam tumbuh-tumbuhan sebagai minyak nabati. Sifat lainnya adalah relatif stabil,

tidak mudah terdekomposisi oleh bakteri.

4) COD (Chemical Oxygen Demand)

COD adalah banyaknya oksigen yang diperlukan untuk mengoksidasi

senyawa organik secara kimiawi. Hasil analisis COD menunjukkan kandungan

senyawa organik yang terdapat dalam limbah. Analisis COD dapat dilakukan

dengan metode dikromat. (Driyanti Rahayu, 2007)

5) BOD (Biologocal Oxygen Demand)

BOD adalah jumlah kebutuhan oksigen yang diperlukan oleh

mikroorganisme untuk mengoksidasi semyawa organik yang ada dalam limbah.

Hasil analisa BOD menunjukkan besarnya kandungan senyawa organik yang dapat

terbiodegradasi. (Driyanti Rahayu, 2007)

6) Deterjen

Deterjen termasuk bahan organik yang sangat banyak digunakan untuk

keperluan rumah tangga, hotel, dan rumah sakit. Bahan aktif pembersih yang

terkandung dalam deterjen di Indonesia sebelum tahun 1993 masih menggunakan

ABS (Alkyl Benzene Sulfonate). ABS ini dapat menimbulkan busa yang

mempunyai sifat tahan terhadap peruraian biologis, sehingga dapat menimbulkan

masalah pencemaran air. Sejak tahun 1993, bahan aktif ini diganti dengan LAS

(Linear Alkyl Sulfonate) yang busanya dapat diuraikan, walaupun harganya relatif

lebih mahal.

7) Phenol

Phenol juga merupakan bahan organik yang mempunyai sifat larut dalam air.

Bahan ini dalam air dapat menyebabkan iritasi yang kuat, racun terhadap kulit dan

dapat menyebabkan gangguan terhadap tenggorokan. Toleransi pengolahan untuk

air limbah industri adalah 500 mg/l, bila melebihi akan sulit untuk diuraikan secara

biologis. Toleransi maksimum untuk air limbah adalah 2 mg/l(Metcalf &Eddy,2004).

Pengolahan Limbah Cair secara Biologi

Hampir semua junis limbah cair dapat diolah secara biologi bila dilakukan

melalui analisis dan kontrol lingkungan yang benar. Proses pengolahan biologi

merupakan proses pengolahan air limbah dengan memanfaatkan aktivitas

pertumbuhan mikroorganisme yang berkontak dengan air limbah, sehingga

mikroorganisme tersebut dapat menggunakan bakteri organik pencemar yang ada

sebagai bahan makanan dalam kondisi lingkungan tertentu dan mendegradasi atau

menstabilisasinya menjadi bentuk yang lebih sederhana (Metcalf & Eddy, 2004).

Umumnya bakteri merupakan mikroorganisme utama dalam proses

pengolahan biologi. Karakteristik mereka beragam dan kebutuhan lingkungan yang

sederhana membuat mereka dapat bertahan pada lingkungan air limbah. Perlu

diperhartikan bahwa mikroorganisme lain juga dapat ditemukan pada lingkungan

pengolahan air limbah namun peranannya dalam oksidasi materi organik relatif kecil.

Proses pengolahan biologi juga dapat dibagi berdasarkan media pertumbuhan

mikroorganismenya, yaitu :

a. Suspended growth atau pertumbuhan tersuspensi, mikroorganisme berada dalam

keadaan tersuspensi di air limbah seperti pada reaktor lumpur akif atau kolam

oksidasi.

b. Attached growth atau pertumbuhan terlekat, mikroorganisme tumbuh terlekat pada

media pendukung yang berada di dalam air limbah. Media pendukung ini dapat

berupa media pendukung yang bergerak (rotating biological contactor, fluidized bed,

rotortogue), diam (trickling filter, baffled reactor), terendam (fluidized bed) maupun

tidak terendam (trickling filter).

c. Kombinasi dari suspended dan attached growth.

Secara keseluruhan, tujuan pengolahan limbah secara biologis pada limbah domestik

ialah (1) Mengubah (mengoksidasi) unsure terlarut dan partikel biodegradable ke

dalam bentuk akhir yang cocok (2) Menangkap dan menggabungkan padatan

tersuspensi dan padatan koloid yang sulit diendapkan pada lapisan biofilm (3)

Mengubah atau menghilngkan nutrien, seperti nitrogen dan fosfor (4). Pada beberapa

kasus, menghilangkan unsur dan senyawa trace organik spesifik. (Metcalf & Eddy,2004)

Pada dasarnya, cara biologi adalah pemutusan molekul kompleks menjadi molekul sederhana oleh mikroorganisme. Proses ini sangat peka terhadap faktor suhu, pH, oksigen terlarut (DO), dan zat-zat inhibitor terutama zat-zat beracun. Mikroorganisme yang digunakan untuk pengolahan limbah adalah bakteri, algae, atau protozoa [9]. Pengolahan limbah anaerob adalah sebuah metode biologi untuk peruraian bahan organik atau anorganik tanpa kehadiran oksigen. Produk akhir dari degradasi anaerob adalah gas, paling banyak metana (CH4), karbondioksida (CO2), dan sebagian kecil hydrogen sulfida (H2S) dan hidrogen (H2) [7]. Bakteri anaerob tidak memerlukan oksigen bebas dan dapat bekerja dengan baik pada suhu yang semakin tinggi hingga 40°C, serta pada pH sekitar 7. Bakteri anaerob juga akan bekerja dengan baik pada keadaan yang gelap dan tertutup [10]. Reaksinya adalah sebagai berikut:

Bakteri penghasil asam Methanomonas

(CH2O)x xCH3COOH CH4+CO2

N-organik NH3

2H2S+ CO2 (CH2O)x+S+ H2O + E (26 kcal/mol glukosa)

Dalam proses anaerob ini, penguraian bahan organic dilakukan oleh mikroorganisme dan dibagi menjadi dua tahap. Tahap pertama, fase non-methanogenic. Bakteri pembentuk asam yang terdiri dari bakteri anaerob dan fakultatif [8] menghidrolisis senyawa organik komplek menjadi molekul sederhana. Pati yang terhidrolisis menjadi gula sederhana dan protein yang dipecah menjadi asam amino, sementara lemak

tetap utuh. Metabolisme ini akan menekan pH dan menghambat pertumbuhan bakteri dekomposisi [10]. Tahap kedua, fase methanogenic (penghasil metan). Mikroorganisme ini disebut sebagai bakteri pembentuk metan yang memanfaatkan asam organik sebagai substrat dan memetabolisme asam organik yang dibentuk oleh tahap pertama menjadi karbondioksida (CO2) dan metan (CH4). Asam amino akan dipecah dan mengakibatkan pembentukan amonia yang berfungsi untuk menetralkan asam dan meningkatkan pH bagi bakteri metan. Asam lemak didekomposisi menjadi senyawa sederhana, yaitu CH4 dan CO2.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Y. Putra. “Pengelolaan Limbah Rumah Tangga (Upaya Pendekatan Dalam Arsitektur),” Skripsi Program Studi Arsitektur Fakultas Teknik Universitas Sumatra Utara: Sumatera Utara (2011).

[2] N.R. Sa’adah dan P. Winarti. (2009). Pengolahan Limbah Cair Domestik Menggunakan Lumpur Aktif Proses Anaerob. Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang. [Online] Available: http://eprints.undip.ac.id/11591/2/laporan_penlit_Puji_Rahmi.pdf

[3] Balfanz J & Rehm HJ, 1991, Biodegradation of 4-chlorophenol by adsorptive immobilized Alcaligenes sp. A 7-2 in soil, Appl. Microbiol. Biotechnol, 35: 662–668.

[4] Bambang Triono Basuki, 2001, Pengolahan Limbah Cair Tank Cleaning Tangki Timbun Instalasi Pertamina UPPDN IV Semarang, Jurnal Reaktor, Teknik Kimia, Universitas Diponegoro, Semarang.

[5] Beltrame P, Beltrame PL & Carniti P, 1984, Inhibiting action of chloro- and nitro-phenols on

biodegradation of phenol: A structure-toxicity relationship. Chemosphere 13: 3–9.