TUGAS AKHIR. Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana. Oleh : Ahmad Soleh Setiyawan NIM :

Transkripsi

1 No. Urut : 12192/1007/P/2007 OPTIMASI EFISIENSI PENGOLAHAN EFLUEN REAKTOR ANAEROBIK BERSEKAT DENGAN MENGGUNAKAN REKAYASA ALIRAN PADA WETLAND (Studi Kasus : Limbah Cair RPH dan Industri Tahu) TUGAS AKHIR Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Oleh : Ahmad Soleh Setiyawan NIM : Program Studi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007 pdfmachine - is a pdf writer that produces quality PDF files with ease! Get yours now! Thank you very much! I can use Acrobat Distiller or the Acrobat PDFWriter but I consider your product a lot easier to use and much preferable to Adobe's" A.Sarras - USA

2 Lembar Pengesahan Tugas Akhir Sarjana OPTIMASI EFISIENSI PENGOLAHAN EFLUEN REAKTOR ANAEROBIK BERSEKAT DENGAN MENGGUNAKAN REKAYASA ALIRAN PADA WETLAND (Studi Kasus : Limbah Cair Rumah Pemotongan Hewan dan Industri Tahu) Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya, baik sebagian ataupun seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik di ITB maupun institusi pendidikan lainnya. Bandung, 27 September 2007 Penulis, Ahmad Soleh Setiyawan NIM Bandung, 27 September 2007 Pembimbing, Dr. Ing. Ir. Prayatni Soewondo, MS NIP Mengetahui, Program Studi Teknik Lingkungan, Ketua, Dr. Ir. Agus Jatnika Effendi NIP pdfmachine - is a pdf writer that produces quality PDF files with ease! Get yours now! Thank you very much! I can use Acrobat Distiller or the Acrobat PDFWriter but I consider your product a lot easier to use and much preferable to Adobe's" A.Sarras - USA

3 Jagalah Allah niscaya engkau mendapati-nya dihadapanmu, kenalillah Allah di waktu lapang niscaya Dia mengenalmu di saat sulit. Ketahuilah bahwa apa yang luput darimu tidak akan mengenaimu, dan apa yang mengenaimu tidak akan luput darimu. Ketahuilah bahwa bersama kesabaran ada kemenangan, bersama kesusahan ada jalan keluar, dan bersama kesulitan ada kemudahan (HR. Tirmidzi) Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, silih bergantinya malam dan siang, bahtera yang berlayar di laut membawa apa yang berguna bagi manusia, dan apa yang Allah turunkan dari langit berupa air, lalu dengan air itu Dia hidupkan bumi sesudah mati (kering)-nya dan Dia sebarkan di bumi itu segala jenis hewan, dan pengisaran angin dan awan yang dikendalikan antara langit dan bumi; sungguh (terdapat) tanda-tanda (keesaan dan kebesaran Allah) bagi kaum yang memikirkan (QS. Al-baqarah : 164)

4 ABSTRAK Perkembangan industri kecil saat ini sangat pesat, tetapi penanganan limbah cairnya masih sangat langka. Masalah utama yang dihadapi oleh industri kecil adalah tidak tersedianya biaya yang dibutuhkan untuk pembangunan, biaya operasi, dan pemeliharaan instalasi pengolahan air limbah. Oleh karena itu diperlukan sistem pengolahan air limbah yang murah, tepat guna, mudah dioperasikan, serta hasilnya tidak kalah dengan sistem pengolah teknologi canggih. Salah satu alternatif yang sangat berpotensi dalam pengolahan limbah cair industri adalah constructed wetland. Constructed wetland merupakan sistem pengolahan terencana atau terkontrol yang telah didesain dan dibangun dengan menggunakan proses alami yang melibatkan vegetasi wetland, tanah dan mikroorganisme untuk mengolah air limbah. Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi kondisi optimum constructed wetland horizontal subsurface flow (HSF) dengan variasi jenis vegetasi, beban pengolahan, dan waktu detensi dalam menyisihkan COD, BOD, Total Solid, NTK, dan Total Fosfat pada efluen reaktor anaerobik bersekat. Limbah yang digunakan adalah air limbah industri tahu dan rumah pemotongan hewan. Pada penelitian ini digunakan empat buah reaktor constructed wetland horizontal subsurface flow yang terdiri dari dua jenis tanaman yaitu Scirpus grossus dan Sagittaria lancifolia. Beban pengolahan yang digunakan bergantung pada hasil keluaran anaerobik bersekat (ABR) sebagai pengolahan pendahuluan dengan beban pengolahan pada ABR sebesar 3000 mg/l COD dan 4000 mg/l COD, waktu detensi hidrolik (t d ) yang digunakan 5 hari dan 7 hari. Dari hasil penelitian diketahui penyisihan optimum COD dan total solid terjadi pada reaktor tanaman Scirpus grossus dengan efisiensi penyisihan 98,29 % (Beban ABR 4000 mg/l COD, T d 7 hari) dan 66,74 % (beban ABR 4000 mg/l COD, T d 5 hari). Penyisihan optimum BOD, NTK dan total solid terjadi pada reaktor tanaman Sagittaria lancifolia dengan beban ABR 3000 mg/l COD dan waktu detensi 5 hari yaitu dengan efisiensi masing-masing sebesar 94,32 %; 68,98 %; dan 86,49 %. Kata kunci : constructed wetland, efisiensi penyisihan, vegetasi wetland, waktu detensi, beban pengolahan. i

5 ABSTRACT The development of small industries is very fast recently, but the wastewater treatment is still rare. The main problem which is faced by small industries is no cost to build, operate, and maintenance of wastewater treatment plant. Therefore a cheap, appropriate, simple operation, and effective wastewater treatment system is needed. One alternative which is very potential to treat industrial wastewater is constructed wetland. Constructed wetland is a planned treatment which is designed and built by using natural process which involve wetland vegetation, soil, and microorganisms to treat wastewater. This experiment purposes to identified the optimum condition of constructed wetland horizontal subsurface flow (HSF) with the variance of vegetation types, organic loading rate, and hydraulic detention time in order to remove COD, BOD, Total Solid, NTK, and Total Phosphate parameters in the effluent of anaerobic baffled reactor. In this experiment, we use four constructed wetland horizontal subsurface flow reactor and two kind of vegetation. Organic loading rate which is used is depend on anaerobic baffled reactor (ABR) effluent as a primary treatment with organic loading rate at ABR are 3000 mg/l COD and 4000 mg/l COD, Hydraulic Retention Times (T d ) 5 days and 7 days. From the experiment, it is known that the optimum removal for COD and total solid is Scirpus grossus with efficiency 98,29 % (Organic loading 4000 mg/l COD, T d 7 hari) and 66,74 % (Organic loading 4000 mg/l COD, T d 5 hari). The optimum removal for BOD, NTK, and total phosphate is Sagittaria lancifolia with efficiency 94,32 %; 68,98 %; and 86,49 % (Organic loading 3000 mg/l COD, T d 5 days). Key words : constructed wetland, removal efficiency, wetland vegetation, hydraulic detention time, organic loading. ii

6 KATA PENGANTAR Pertama-tama penulis panjatkan puji syukur ke hadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-nya, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul Optimasi Efisiensi Pengolahan Efluen Reaktor Anaerobik Bersekat dengan Menggunakan Rekayasa Aliran pada Wetland sebagai persyaratan kelulusan S- 1 di Program Studi Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Bandung. Dalam proses penyelesaian tugas akhir ini penulis mendapatkan banyak bantuan, bimbingan, dan dorongan, serta pengarahan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada pihak-pihak yang telah membantu selama pengerjaan dan penulisan tugas akhir ini. Terima kasih ini penulis ucapkan kepada : Dr. Ing. Ir. Prayatni Soewondo, MS. selaku pembimbing tugas akhir yang telah begitu banyak memberikan bimbingan, arahan, motivasi, serta ilmuilmu yang sangat bermanfaat. Dr. Ir. Barti Setiani dan Mayrina Firdayati S.Si, MT. yang telah bersedia menguji dan memberikan banyak sekali masukan dan kritikan yang sangat membangun. Dr. Benno Rahardyan, ST, MT. selaku Koordinator Seminar Tugas Akhir. Dr. Sukandar, Ssi, MT. selaku Koordinator Sidang Tugas Akhir. Dr. Ir. Raden Driejana selaku dosen wali selama kuliah di TL-ITB. Ibu Ilen, Ibu Juju, Kang Yusep, Pak Dadan, Pak Nana, Pak Ejen, Pak Wardi, Bu Mimin, Aris, Budi, Asri yang telah mengajarkan prosedur laboratorium dan melancarkan segala sesuatu selama pengerjaan sampel di laboratorium. Ibu Sri yang telah mengizinkan saya meminjam buku-buku di perpustakaan yang sangat bermanfaat. Mbak Titi yang selalu melancarkan urusan surat menyurat dan mengingatkan segala administrasi yang harus dilengkapi. Seluruh staf dan karyawan Program Studi Teknik Lingkungan. Pak Juandi dan Hendrik, makasih atas informasi tentang tanamannya. iii

7 Mamah dan Bapak yang penuh pengertian dan kasih sayang yang selalu memberi semangat, doa, serta bantuan moril juga materi yang sangat berarti dan tak terhingga besarnya bagi saya. Kakak-kakak tercinta Noey, teteh, Imik, AA yang menjadi sumber inspirasi dan semangat untuk selalu melakukan yang terbaik. Riri...ponakan yang baik dan selalu menjadi asisten pribadi saya selama pengejaan tugas akhir ini. Anggi, walaupun udah lama ga pernah ngomel-ngomel lagi gw selalu inget kritik n nasehat lo selama ini..thanks ya... Andri, yang selalu siap ngebantuin gw di mana pun dan kapan pun berada. Makasih buat semuanya dri..smoga kuliahnya lancar.. Dyah, patner TA ku yang selalu nekat untuk lulus cepet...selamat ya akhirnya kita bisa wisuda bareng. Mbak Siwi, Mbak Bilkis, Mbak Yanti, Codet, Iman, Imam, Indri yang sudah menghabiskan bersama hari-hari yang melelahkan selama di lab dan mendampingi lembur di lab. Rakhmi&lei, sang pendahulu yang sudah banyak memberikan pengalaman TA-nya buat gw. Alim (makasih buat satu malam penuh makna), Pq (makasih buat tenda birunya), Novi (makasih buat gambarnya kayaknya ga sempet diambil nov), Pare, Ratri, Donal, Deo, Cindy, Ayam, Muti, Mike, luki, dini, chandra dan semua anak-anak Oriental 03 terimakasih atas perhatian dan dukungannya. Terima kasih saya untuk semua orang-orang yang telah membantu saya dan saya tidak mungkin menyebutkannya satu persatu, terima kasih banyak. Dalam pembuatan laporan ini tentu saja masih banyak kekurangan, untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pihak manapun. Penulis berharap semoga laporan Tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi siapapun yang memerlukannya. Bandung, 27 September 2007 Ahmad Soleh Setiyawan iv

8 DAFTAR ISI ABSTRAK ABSTRACT KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR i ii iii v viii ix BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang I-1 I.2 Maksud dan Tujuan I-2 I.3 Ruang Lingkup I-3 I.4 Sistematika Pembahasan I-4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum II Air Limbah RPH II Proses Terbentuknya Limbah RPH II Karakteristik Air Limbah RPH II Air Limbah Industri Tahu II Proses Terbentuknya Limbah Tahu II Karakteristik Air Limbah Tahu II Wetland II Cunstucted Wetland II Tipe Constructed Wetland II Komponen-komponen Constructed Wetland II Mekanisme Penyisihan Parameter Pencemar II Pengelolaan dan Pemeliharaan Constructed Wetland II-36 v

9 BAB III METODOLOGI 3.1 Tahapan Penelitian III Lokasi dan Waktu Penelitian III Pemilihan Vegetasi Reaktor Constructed Wetland III Penyediaan Alat dan Bahan III Reaktor Constructed Wetland III Tahap Penjenuhan III Pengoperasian Reaktor III Pengambilan Pengukuran Sampel III Parameter Pencemar yang Diukur III Metoda Analisa Parameter Pencemar III Pengolahan Data III-13 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Sistematika Pembahasan IV Baku Mutu Limbah Limbah Cair IV Karakteristik Limbah IV Penyisihan Pencemar pada Subsurface Constructed Wetland dengan Menggunakan Tanaman Scirpus grossus IV Penyisihan Pencemar dengan Beban ABR 3000 mg/l COD IV Penyisihan Pencemar dengan Beban ABR 4000 mg/l COD IV Penyisihan Pencemar pada Subsurface Constructed Wetland dengan Menggunakan Tanaman Sagittaria lancifolia IV Penyisihan Pencemar pada Beban Pengolahan 3000 mg/l COD IV Penyisihan Pencemar pada Beban Pengolahan 4000 mg/l COD IV Pola Pertumbuhan Tanaman IV Pengaruh Variasi Waktu Detensi IV Pengaruh Variasi Beban Pengolahan IV-29 vi

10 4.9 Pengaruh Vegetasi pada Constructed Wetland IV Penentuan Kondisi Reaktor Optimal IV-35 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan V Saran V-2 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A : Data hasil penelitian LAMPIRAN B : Metode analisa LAMPIRAN C : Dokumentasi vii

11 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Sumber Dampak Kegiatan RPH terhadap Lingkungan II-3 Tabel 2.2 Karakteristik Limbah RPH II-5 Tabel 2.3 Hasil Pemerikasaan Air buangan Industri Tahu II-8 Tabel 2.4 Kriteria Desain pada Horizontal Subsurface Flow II-16 Tabel 2.5 Karakteristik Media pada Subsurface Flow System II-18 Tabel 2.6 Kadar Unsur Hara Anorganik Ideal yang Dibutuhkan Tanaman II-20 Tabel 2.7 Distribusi Mikroorganisme pada Profil Memanjang Tanah II-22 Tabel 2.8 Mekanisme Penghilangan Bahan Pencemar dalam Wetland II-26 Tabel 2.9 Kemampuan Constructed Wetland dalam Menyisihkan Parameter Pencemar II-27 Tabel 2.10 Kemampuan Constructed Wetland Menyisihan Total Solid II-28 Tabel 2.11 Kemampuan Constructed Wetland Menyisihan COD II-29 Tabel 2.12 Kemampuan Constructed Wetland Menyisihan BOD II-30 Tabel 2.13 Kemampuan Constructed Wetland Menyisihan Nitrogen II-34 Tabel 2.14 Kemampuan Tanaman Akuatik dalam Menyerap Bahan Pencemar Nitrogen dan Fosfor. II-35 Tabel 2.15 Kemampuan Constructed Wetland Menyisihan Fosfor II-36 Tabel 3.1 Kerangka Percobaan III-9 Tabel 3.2 Metoda Analisa Parameter Limbah dan Alat di Laboratorium III-12 Tabel 4.1 Karakteristik Limbah Industri Tahu dan RPH yang Digunakan dalam Penelitian IV-3 Tabel 4.2 Karakteristik Efluen Anaerobic Baffled Reactor IV-5 Tabel 4.3 ph pada Pengolahan dengan Menggunakan Tanaman Scirpus Grossus IV-14 Tabel 4.4 ph pada Pengolahan dengan Menggunakan Tanaman Sagittaria Lancifolia IV-22 Tabel 4.5 Perbandingan Kemampuan Penyisihan, Nilai K T dan K S IV-29 Tabel 4.6 Efisiensi Penyisihan COD pada Reaktor Constructed Wetland dengan Variasi Waktu Detensi dan Beban Pengolahan IV-31 Tabel 4.7 Kondisi Optimum Reaktor IV-36 viii

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Skematik proses kerja pada RPH ayam Dago Bengkok II-4 Gambar 2.2 Proses pembuatan tahu secara konvensional II-6 Gambar 2.3 Skema proses pembuatan tahu II-7 Gambar 2.4 Pola aliran pada FWS II-13 Gambar 2.5 Pola aliran pada VFS II-14 Gambar 2.6 Pola aliran pada HSF II-15 Gambar 2.7 Zona akar tanaman pada wetland II-21 Gambar 3.1 Diagram alir metodologi penelitian III-1 Gambar 3.2 Tanaman yang digunakan pada penelitian III-3 Gambar 3.3 Reaktor Constructed wetland III-5 Gambar 3.4 Sketsa reaktor constructed wetland III-6 Gambar 3.5 Dimensi dan struktur media pada reaktor A dan D III-7 Gambar 3.6 Dimensi dan struktur media pada reaktor B dan C III-7 Gambar 3.7 Rangkaian sistem pengolahan III-8 Gambar 4.1 Efisiensi penyisihan COD pada reaktor A dan reaktor D dengan beban ABR 3000 mg/l COD IV-6 Gambar 4.2 Perbandingan tingkat penyisihan BOD pada reaktor A dan reaktor D dengan beban ABR 3000 mg/l COD IV-7 Gambar 4.3 Perbandingan tingkat penyisihan NTK reaktor A dan reaktor D dengan beban ABR 3000 mg/l COD IV-8 Gambar 4.4 Perbandingan tingkat penyisihan total fosfat reaktor A dan reaktor D dengan beban 3000 mg/l COD IV-9 Gambar 4.5 Perbandingan tingkat penyisihan total solid reaktor A dan reaktor D dengan beban ABR 3000 mg/l COD IV-9 Gambar 4.6 Efisiensi penyisihan COD pada reaktor A dan reaktor D dengan beban ABR 4000 mg/l COD IV-10 Gambar 4.7 Perbandingan tingkat penyisihan BOD reaktor A dan reaktor D dengan beban ABR 4000 mg/l COD IV-11 Gambar 4.8 Perbandingan tingkat penyisihan NTK reaktor A dan reaktor D dengan beban ABR 4000 mg/l COD IV-12 ix

13 Gambar 4.9 Perbandingan tingkat penyisihan total fosfat reaktor A dan reaktor D dengan beban ABR 4000 mg/l COD IV-12 Gambar 4.10 Perbandingan tingkat penyisihan total solid reaktor A dan reactor D dengan beban ABR 4000 mg/l COD IV-13 Gambar 4.11 Efisiensi penyisihan COD reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 3000 mg/l COD IV-15 Gambar 4.12 Perbandingan tingkat penyisihan BOD reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 3000 mg/l COD IV-16 Gambar 4.13 Perbandingan tingkat penyisihan NTK reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 3000 mg/l COD IV-16 Gambar 4.14 Perbandingan tingkat penyisihan total fosfat reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 3000 mg/l COD IV-17 Gambar 4.15 Perbandingan tingkat penyisihan total solid reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 3000 mg/l COD IV-18 Gambar 4.16 Grafik penyisihan COD reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 4000 mg/l COD IV-19 Gambar 4.17 Perbandingan tingkat penyisihan BOD reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 4000 mg/l COD IV-19 Gambar 4.18 Perbandingan tingkat penyisihan NTK reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 4000 mg/l COD IV-20 Gambar 4.19 Perbandingan tingkat penyisihan total fosfat reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 4000 mg/l COD IV-21 Gambar 4.20 Perbandingan tingkat penyisihan total solid reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 4000 mg/l COD IV-21 Gambar 4.21 Pola pertumbuhan tinggi tanaman Scirpus grossus dan Sagittaria lancifolia. IV-23 Gambar 4.22 Perbandingan efisiensi dengan variasi waktu detensi dan beban pengolahan untuk Sagittaria lancifolia IV-25 Gambar 4.23 Perbandingan efisiensi dengan variasi detensi pada beban pengolahan untuk Scirpus grossus IV-27 Gambar 4.24 Efisiensi penyisihan COD dengan variasi waktu detensi dan beban pengolahan pada Scirpus grossus IV-30 x

14 Gambar 4.25 Efisiensi penyisihan COD dengan variasi waktu detensi dan beban pengolahan pada Sagittaria lancifolia Gambar 4.26 Perbandingan efisiensi penyisihan COD, BOD, NTK, total fosfat, dan total solid dengan variasi waktu detensi dan beban pengolahan pada Scirpus grossus Gambar 4.27 Perbandingan efisiensi penyisihan COD, BOD, NTK, total fosfat, dan total solid dengan variasi waktu detensi dan beban pengolahan pada Sagittaria lancifolia Gambar 4.28 Zona perakaran Sagittaria lancifolia dan Scirpus grossus Gambar 4.29 Bentuk daun Sagittaria lancifolia dan Scirpus grossus Gambar 4.30 Perbandingan efisiensi penyisihan pencemar pada beban ABR 3000 mg/l COD Gambar 4.31 Perbandingan efisiensi penyisihan pencemar pada beban ABR 4000 mg/l COD Gambar 4.32 Hubungan kemampuan penyisihan organik dengan efisiensi penyisihan organik IV-30 IV-32 IV-32 IV-33 IV-34 IV-34 IV-35 IV-37 xi