PENGOLAHAN AIR LIMBAH LAUNDRY DENGAN BIOFILTER DAN KARBON AKTIF

Transkripsi

1 PENGOLAHAN AIR LIMBAH LAUNDRY DENGAN BIOFILTER DAN KARBON AKTIF Denny Yan Rustanto a* dan Nieke Karnaningroem ** Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya ABSTRAK Pesatnya pertumbuhan usaha laundry yang semakin menjamur di kota Surabya, menyebabkan banyaknya air limbah yang terbuang ke badan air. Hal ini dapat mengakibatkan penurunan kualitas perairan seperti eutrofikasi dan proses sel purification perairan juga menurun. Berdasarkan penelitian pendahuluan kadar COD dan fosfat limbah laundry sebesar 1256 mg/l dan 3,56 mg/l belum sesuai dengan baku mutu limbah cair sesuai dengan Peraturan Pemerintah No.82 Tahun Untuk itu dilakukan penelitian menggunakan biofilter dan karbon aktif secara aerobik dan intermitten dengan variasi media biofilter dan konsentrasi air limbah. Secara keseluruhan didapatkan efisiensi 76-90% untuk konsentrasi 100% dan 70-87% pada konsentrasi 50%. Sedangkan media biofilter yang paling efektif adalah media batu alam dengan total efisiensi removal mencapai 83%. Kata kunci: laundry, biofilter, karbon aktif, adsorpsi, intermitten. PENDAHULUAN Latar Belakang Seiring dengan perkembangan ekonomi yang sangat pesat, masyarakat cenderung memilih kegiatan kerumahtanggaan dengan hal hal yang praktis, seperti misalnya dalam pencucian baju atau laundry diserahkan kepada usaha jasa pencucian baju atau laundry. Air limbah bekas pencucian baju atau kegiatan laundry tersebut apabila dibuang ke badan air atau lingkungan terus menerus tanpa proses pengolahan dengan teknologi yang aplikatif akan dapat menyebabkan penurunan kualitas badan air atau lingkungan dan bahkan dapat menimbulkan masalah pencemaran pada perairan. Kandungan zat yang paling besar dalam deterjen adalah natrium tripoly-phosphat yang berfungsi sebagai surfaktan dan builder, sehingga dalam air limbah laundry akan mengandung phosphat (HERA, 2003). D engan semakin banyaknya air limbah laundry yang mengandung surfaktan masuk ke perairan, juga akan menyebabkan daya dukung badan air mengalami penurunan dan proses self purification perairan juga menurun. Hal ini tidak sesuai dengan PP No.82 Tahun 2001 tentang pengelolaan kualitas air dan pengendalian pencemaran yang menyatakan bahwa kandungan total phosphat sebagai P yang diijinkan untuk air golongan II adalah sebesar 0,2 mg/l. Dan apabila kandungan phosphat dalam air limbah dari kegiatan laundry berlebih, maka hal ini akan dapat mengganggu lingkungan yang antara lain menyebabkan : eutrofikasi. Eutrofikasi adalah suatu fenomena dimana badan air menjadi kaya akan nutrien terlarut, kandungan oksigen terlarut dan kemampuan daya dukung badan air terhadap biota air menurun (EPA, 1999). Permasalahan Perumusan masalah yang dikaji dalam penelitian ini adalah konsentrasi COD dan fosfat pada air limbah laundry menyebabkan penurunan kualitas badan air. Hal ini dapat pula E-6-1

2 menyebabkan self purification perairan. Maka diperlukan penelitian tentang teknologi untuk mengolah air limbah laundry yaitu salah satunya dengan menggunakan biofilter dan karbon aktif untuk mengurangi kandungan fosfat dan kadar COD di dalamnya. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian yang akan dilakukan ini adalah: 1. Mencari besarnya efisiensi kemampuan biofilter dan karbon aktif dari tempurung kelapa dalam menurunkan kadar COD, dan Phosphat (PO 4 ) pada air limbah laundry. 2. Mencari persen removal yang paling optimal dengan menggunakan variasi konsentrasi dan media biofilter dan karbon aktif dalam menurunkan kadar COD dan Phosphat (PO 4 ) dalam air limbah laundry. Landasan Teori Media biofilter yang digunakan secara umum dapat berupa bahan material organik atau bahan materail anorganik. Untuk media biofilter dari bahan organik misalnya, dalam bentuk tali, bentuk jaring, bentuk butiran tak teratur (random packing), bentuk papan (plate), bentuk sarang tawon, dan lain-lain. Sedangkan media dari bahan anorganik misalnya, batu pecah ( split), kerikil, batu marmer, batu tembikar, dan lain-lain. Biasanya untuk media biofilter dari bahan anorganik, semakin kecil diameternya luas permukaannya semakin besar, sehingga jumlah mikroorganisme yang dapat dibiakkan juga menjadi besar pula, tetapi volume rongga menjadi lebih kecil. Untuk media biofiler dari bahan organik banyak yang dibuat dengan cara dicetak dari bahan tahan karat dan ringan misalnya PVC dan lainnya, dengan luas permukaan spesifik yang besar dan volume rongga (porositas) yang besar, sehingga dapat melekatkan mikoorganisme dalam jumlah yang besar dengan resiko kebuntuan yang sangat kecil. Dengan demikian memungkinkan untuk pengolahan air limbah dengan konsentrasi yang tinggi serta efisisensi pengolahan yang cukup besar. METODE PENELITIAN Tabel 1 Perbandingan Luas Permukaan Spesifik Biofilter No. Jenis Media Luas Permukaan Spesifik (m 2 /m 3 ) 1. Trickling Filter dengan Batu Pecah 2. Modul Sarang Tawan (honeycomb modul) 3. Tipe Jaring RBC Bio-Ball (random) Sumber : Said, 2008 Penelitian ini dilakukan dengan penelitian menggunakan reaktor biofilter dan karbon aktif untuk melihat efisiensi daripada reaktor tersebut dengan variasi media biofilter dan konsentrasi limbah. digunakan 3 buah reaktor biofilter yang terbuat dari kaca akrilik yang dirancang pada skala kecil (skala laboratorium). Reaktor biofilter berbentuk persegi panjang dengan luas alas sebesar 30 x 30 cm dengan tinggi media 50 cm. Dimensi tersebut didapatkan dari perhitungan debit dikali td selama 5 jam. Hasil dibagi dengan tinggi media sebesar 50cm. E-6-2

3 Pada pengolahan limbah air limbah laundry ini digunakan aliran down flow dengan sistem intermitten. Pada reaktor biofilter bagian inlet ketinggian 25 cm. Pada bagian inlet diberi ketinggian muka air dari media sebesar 20 cm untuk menjaga agar pada bagian atas media tidak kering (Sukawati, 2008). Sedangkan pada bagian outlet biofilter memiliki ketinggian 20 cm dan dilengkapi pula dengan perforated baffle sebagai penyangga. Diameter media yang digunakan yaitu 1-2 cm menurut penelitian terdahulu (Pohan, 2008). Td atau waktu tinggal air dalam reaktor dipilih 6 jam dari kriteria desain 5-8 jam, menurut penelitian terdahuluan (Putra, 2011) Reaktor selanjutnya yang dipakai adalah karbon aktif butiran atau granular. Karbon aktif ini dipilih karena karbon aktif ini sangat baik untuk memisahkan kontaminan dalam air buangan seperti fenol, insektisida, deterjent, warna dan logam berat lainnya (Anonim,2006). Reaktor karbon aktif berbentuk persegi panjang dengan luas alas sebesar 21x21 cm dengan tinggi media 60 cm. Dimensi tersebut didapatkan dari penelitian sebelumnya (Sukawati). Pada reaktor karbon aktif terdapat inlet 15 cm dan outlet 15 cm. ANALISA DAN PEMBAHASAN Gambar 2 Rangkaian Reaktor Analisa efisiensi penurunan kadar COD dan fosfat dengan variasi media biofilter Analisa pengaruh variasi media penyangga biofilter terhadap penurunan kadar COD maupun fosfat. Berdasarkan hasil analisa dapat dibandingkan diantara ketiga jenis media media tersebut yang memiliki efiensi removal paling baik. Tabel 2 dan 3 menyajikan data hasil analisa COD serta Tabel 4 dan Tabel 5 yang menyajikan data hasil analisa fosfat masingmasing media biofilter dan karbon aktif Tabel 2 Data Hasil Analisa Total Removal COD rata-rata pada konsentrasi 100% Hari ke- Genteng Beton (%Batu Alam (%) Tutup Botol (%) Rata-Rata 1 71,43 85,71 57,14 71, ,00 82,86 57,14 71, ,33 87,50 71,43 80, ,33 87,50 71,43 80, ,00 91,67 66,67 80, ,67 92,00 71,67 81, ,00 88,00 71,43 81, ,33 85,00 76,00 81, ,00 80,00 75,00 76, ,00 75,00 71,67 68, ,00 72,00 60,00 66, ,67 57,14 60,00 57, ,14 50,00 50,00 52,38 E-6-3

4 Tabel 3 Data Hasil Analisa Total Removal COD rata-rata pada konsentrasi 50% Hari ke- Genteng Beton (%Batu Alam (%) Tutup Botol (%) Rata-Rata 1 62,50 82,50 60,00 68, ,67 85,00 63,33 71, ,67 85,50 66,67 72, ,33 86,67 60,00 73, ,00 87,50 66,67 76, ,00 88,33 70,00 76, ,00 87,50 72,50 78, ,67 87,50 75,00 79, ,00 83,33 76,67 78, ,33 82,50 75,00 76, ,00 75,00 72,50 72, ,00 70,00 63,33 66, ,33 66,67 60,00 60, Konsentrasi 100 Konsentrasi 50 Gambar 3 Grafik Total Removal COD rata-rata konsentrasi 100% dan 50% Pada Tabel 2 dan 3 dapat dilihat bahwa dari ketiga variasi media tersebut, media batu alam yang paling cepat mengalami penurunan hingga mencapai titik breakthrough yaitu pada hari ke 7 hari, dimana pada waktu tersebut lapisan biofilm pada media genteng beton sudah mengalami pengelupasan yang dikarenakan ketebalan pada biofilm telah mencapai kondisi maksimum dimana pada kondisi ini, sumber makanan tidak dapat terdifusi sampai pada lapisan yang paling dalam. Media genteng beton dan tutup botol memasuki waktu breakthrough rata-rata hari ke 8 dengan kondisi porositas lebih kecil dari media batu alam. Dengan efisiensi removal yang baik, dimana mikroorganisme yang tumbuh pada permukaan media batu alam juga lebih banyak daripada media genteng beton dan tutup botol, pada saat mikroorganisme sudah cukup matang/stabil, biomasa bakteri juga akan bertambah secara stabil sehingga lapisan biofilm pada permukaan media menjadi semakin tebal. Kondisi seperti ini menyebabkan difusi makanan dan oksigen pada lapisan terdalam semakin sedikit sejalan dengan bertambah tebalnya lapisan sehingga hanya bakteri diluar saja yang bekerja maksimal. Akibat terhentinya suplai makanan, maka mikroorganisme pada lapisan dalam akan mengalami tahap respirasi endogenous, dimana mikroorganisme yang lapar akan memanfaatkan sitoplasmanya untuk mempertahankan hidup. Pada kondisi seperti ini, mikroorganisme akan kehilangan kemampuan untuk menempel pada media, sehingga mikroorganisme akan terlepas dan terbawa keluar dari sistem biofilter. Apabila mikroorganisme yang mati terdapat dalam celah-celah kecil (batu alam memiliki banyak celah kecil) maka tidak dapat lepas dan tetap berada dalam biofilter, hal ini dapat menambah beban organik sehingga kemampuan mereduksi polutan organik secara optimal tidak terlalu lama jika dibandingkan kedua jenis media yang lain E-6-4

5 Tabel 4 Data Hasil Analisa Total Removal Fosfat rata-rata pada konsentrasi 100% Hari ke- Genteng BeBatu Alam Tutup Boto Rata-Rata 1 85,08 89,03 83,90 86, ,24 92,44 84,36 85, ,61 91,55 77,29 84, ,01 88,39 89,56 89, ,25 84,79 84,87 86, ,56 91,99 81,37 87, ,14 92,54 86,64 90, ,44 90,05 81,13 87, ,62 92,38 92,86 91, ,22 91,29 77,64 84, ,66 88,35 83,68 87, ,95 92,54 76,75 83, ,90 78,21 74,83 76,65 Tabel 5 Data Hasil Analisa Total Removal Fosfat rata-rata pada konsentrasi 100% Hari ke- Genteng BeBatu Alam Tutup Boto Rata-Rata 1 83,09 85,49 83,35 83, ,31 90,91 85,05 88, ,30 86,61 75,99 82, ,02 90,94 75,21 85, ,81 91,69 83,52 86, ,55 78,54 78,55 81, ,11 84,24 84,66 85, ,53 89,06 78,64 85, ,60 89,93 86,32 88, ,50 86,92 80,52 83, ,65 89,09 79,36 86, ,88 89,47 82,26 85, ,29 83,80 72,11 80, Konsentrasi 100 Konsentrasi Gambar 4 Grafik Total Removal Fofat rata-rata konsentrasi 100% dan 50% Berdasarkan grafik pada Gambar 4, pola penurunan kadar fosfat pada unit biofilter tidak jauh berbeda dengan penurunan kadar COD. Dimana ketika kemampuan removal unit biofilter optimal (mikroorganisme stabil) pada masing -masing media, maka kemampuan removal terhadap COD dan fosfat juga berjalan stabil. Namun kemampuan biofilter menurunkan kadar fosfat lebih kecil dibanding kemampuannya menurunkan kadar senyawa organik. Jika dibandingkan masing-masing jenis media biofilter memiliki kemampuan rata-rata sama dalam mereduksi kadar fosfat air limbah laundry yaitu 30 40%. Fosfat pada limbah dari penggunaan detergen sintetis sebagian besar berbentuk fosfat kompleks. Fosfat kompleks mengalami hidrolisa selama pengolahan biologis menjadi bentuk ortofosfat (PO 4 3- ) dan bersifat menghambat penguraian biologis (Budi 2006), maka dari itu pada unit biofilter E-6-5

6 reduksi fosfat tidak sebesar reduksi senyawa organik lainnya sehingga diperlukan pengolahan lanjutan Analisa efisiensi penurunan kadar COD dan fosfat dengan variasi konsentrasi limbah Berdasarkan grafik pada Gambar 3 dan 4 tersebut, efisiensi removal pada konsentrasi 100 persen dan 50 persen tidak jauh beda, yaitu pada range rata-rata 65-80%. Perbedaan konsentrasi tidak menimbulkan perbedaan efisiensi removal COD dan fosfat yang signifikan. Fluktuasi persentase penurunan COD dan fosfat tersebut akibat fluktuasi inlet awal dan outlet biofilter seperti yang telah dijelaskan pada subbab 3.1 diatas. Dapat kita lihat bahwa efisiensi removal total konsentrasi 100 persen lebih tinggi bila dibandingkan dengan konsentrasi 50 persen. Begitu pula dengan efisiensi pada outlet biofilter dan karbon aktif itu sendiri. Pada biofilter sesuai dengan Tabel 2 dan 3, efisiensi removal konsentrasi 100 persen lebih tinggi karena jumlah COD dan fosfat yang notabene sebagai makanan mikroorganisme tersedia lebih banyak sehingga biofilter dapat memiliki efisiensi removal lebih besar serta mencapai titik jenuh (breakthrough) lebih cepat bila dibandingkan dengan konsentrasi 50 persen. Begitu pula dengan proses removal fosfatnya, pada Tabel 4 dan 5 dapat dilihat, konsentrasi 100 persen lebih tinggi daripada konsentrasi 50 persen. Pada Biofilter, proses mekanisme pendegradasian bahan organik yaitu COD dan fosfat adalah pertama mereka akan terdifusi ke dalam lapisan atau film biologis yang melekat pada permukaan media. Pada saat yang bersamaan dengan menggunakan oksigen yang terlarut di dalam air limbah, senyawa polutan tersebut akan diuraikan oleh mikroorganisme yang ada di dalam lapisan biofilm dan energi yang dihasilkan akan diubah menjadi biomassa. Suplai oksigen pada biofilter dapat dilakukan dengan penambahan pengolahan pre treatment seperti aerasi. Reaksi yang terjadi adalah seperti berikut Jika reaksi penguraian komponen kimia dalam air terus berlaku, maka kadar oksigen pun akan menurun. Pada klimaksnya oksigen yang terseda tidak cukup untuk menguraikan komponen kimia tersebut sehingga keadaan dalam biofilter yang semula aerobik akan menjadi fakultatif karena kekurangan oksigen sehingga mikroorganisme akan mati dan terendap pada rongga-rongga media. Hal ini dapat menyebabkan beban organik bertambah besar pada outlet biofilter dan menyebabkan efisiensi removal menjadi menurun. Untuk itu perlu ditambahkan 1 pengolahan pre treatment berupa aerasi agar kadar oksigen dalam air tetap stabil karena semakin banyak mikroorganisme menguraikan bahan organik, maka semakin besar oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme tersebut (Said, 2005) KESIMPULAN Dari Penelitian ini dengan tujuan daripada mencari besarnya efisiensi kemampuan biofilter dan karbon aktif dalam menurunkan kadar COD dan fosfat serta mencari persen remova optimal menggunakan variasi konsentrasi dan media biofilter adalah 1. Besarnya efisiensi biofilter dan karbon aktif dalam menurunkan COD dan fosfat memiliki peran yang berbeda, yaitu biofilter lebih efisien dalam meremoval COD sedangkan karbon aktif cenderung efisien dalam meremoval fosfat. Hal ini terlihat dari presen removal rata-rata biofilter dalam meremoval COD mencapai 68% dan karbon aktif hanya 50%. Sedangkan untuk fosfat removal rata-rata biofilter mencapai 24% dan biofilter mencapai 89% 2. A. Total Removal kadar COD dan fosfat dalam limbah laundry paling efisien apabila diolah dengan media batu alam yaitu mencapai 92% sedangkan untuk media genteng beton mencapai 83% dan media tutup botol mencapai 76% E-6-6

7 B. Persen Removal paling optimal adalah pada konsentrasi 100 % dibuktikan dengan Total removal rata-rata pada konsentrasi 100% adalah 70-81% sedangkan untuk konsentrasi limbah 50%, total removalnya adalah % Saran Dari data analisa dan pembahsan dapat diambil saran yaitu 1. Perlu dilakukan penelitian lanjutan dengan media biofilter yang lain 2. Untuk meningkatkan efisiensi biofilter perlu diberikan pengolahan pre treatment terlebih dahulu. 3. Tutup Botol perlu dilubangi agar aliran air didalam reaktor tidak terhambat yang mengakibatkan tutup botol cenderung naik ke atas 4. Perlu dilakukan pengecekan ph untuk meningkatkan efisiensi adsorpsi karbon aktif karena adsorpsi akan berjalan sangat baik bila berada pada ph asam atau dibawah ph 7 5. Reaktor perlu dilapisi penutup agar cahaya matahari tidak mengganggu dan menyebabkan tumbuhnya algae DAFTAR PUSTAKA Ahmad, M.A.B Colour Reduction From Water Sample Using Adsorption Process by Agro - Waste By Product. Thesis. Malaysia : Universiti Teknologi Malaysia. Anonim. (2001). Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air. Amuda, O.S.,Giwa, A.A., Bello, I.A.,2007.Removal of Heavy Metal From Industrial Wastewater Using Modified Activated Coconut Shell Carbon. Biochemical Engineering Journal; Volume 36 (2007) Barros, L.A.F., Leal Filho, L.S., dan Peres, A.E.C., (2000 ). Technical Note Plant Practice Innovations In A Fosfate Concentrator. Dept of Minning Engineering, USP, Brazil. Darmawanti, Ika C Studi Kemampuan Low Rate Biofilter Terhadap Perubahan Konsentrasi Ammonia, Nitrit, dan Nitrat Air Kali Surabaya. Surabaya : Jurusan Teknik Lingkungan FTSP ITS. Droste, Ronald L., (1997). Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment Disposal, John Willey & Sons Inc, New York Gratuito, M.K.B., Panyathanmaporn, T., Chumnanklang, R,A., Sirinuntawittaya, N.,Dutta, A Production of Activated Carbon from Coconut Shell: Optimization Using Response Surface Methodology. Bioresource Technology; Volume 99 (2008) Gunawan, R.A., (2009). Dasar Teknik Instrumentasi Menggunakan ph Meter. Laboratorium Kimia Dasar. Logdon, G.S., Kohne, R., Abel, S., LaBonde, S., (2002). Slow Sand Filter for Small for Small Water Systems, J. Environt. Engineering, Canada Metcalf dan Eddy Wastewater Engineering Treatment and Reuse. New York : McGraw-Hill Inc. E-6-7

8 Paytan, A., dan McLaughin, K., (2007). Phosporus in Our Waters. Oceanography (20) 2: Pohan, Nurhasmawaty Pengolahan Industri Cair Limbah Tahu dengan Proses Biofilter Aerobik. Medan : USU e-repository. Priandani, M., (2005). Karbon Aktif si Hitam yang Aktif. Hari Pendidikan Nasional, Bontang Putra, M.Y. Eka Peningkatan Kualitas Air Sungai dengan Menggunakan Biofilter Bermedia Botol Bekas Minuman Probiotik. Surabaya : Jurusan Teknik Lingkungan FTSP ITS. Puspitahati. Cony Studi Kinerja Biosand Filter dalam Mengolah Limbah Laundry dengan Parameter Fosfat. Surabaya : Jurusan Teknik Lingkungan FTSP ITS. Qasem, S.R., Motlet, E.M., dan Zhu, Guang Water Works Engineering : Planning, Design & Operation. USA : Prentice-Hall. Reynolds, T.D., Paul A.R.1995.Unit Operations And Processes In Environmental Engineering. PWS Publishing Company:Boston Rosariawari, Firra Efektifitas Multivalen Ions dalam Penurunan Kadar Fosfat Sebagai Bahan Pembentuk Deterjen. Teknik Lingkungan FTSP UPN Surabaya. Santos, Silvia C. R., Boaventura, Rui A. R Adsorption Modelling of Textile Dyes by Sepiolite. Journal of Applied Clay Science 42. (1-2). Sukawati, T., (2008). Penurunan kadar Chemical Oxygen Demand (COD) Pada Air Limbah Laundry Menggunakan Reaktor Biosand Filter dan Activated Carbon. Tugas Akhir Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan UII, Yogyakarta Sundstrom, D.W., dan Klei, H.E., Wastewater Treatment Prentice-Hall,Inc.,London) Susana, T., dan Suyarso, (2008). Penyebaran Fosfat dan Deterjent di Perairan Pesisir dan Laut di Cirebon Jawa Barat. Pusat Penelitian Oseanografi LIPI, Bandung Tamamushi, B., (1983). Adsorption from Solution. Department of Civil Engineering. University of Birmigham, England Yuniarto, A Studi Kemampuan Batubara untuk Menurunkan Konsentrasi Surfaktan dalam Larutan Deterjen dengan Proses Adsorpsi. Surabaya: Tugas Akhir Teknik Lingkungan ITS. E-6-8