Oleh MUAD ASEGAB F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

Transkripsi

1 PENGARUH NILAI F/M (FOOD TO MICROORGANISM RATIO) KOLAM LUMPUR AKTIF PADA EFISIENSI PENYISIHAN POLUTAN ORGANIK DALAM INSTALASI PENGOLAHAN AIR LIMBAH INDUSTRI TEPUNG AGAR-AGAR Oleh MUAD ASEGAB F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

2 PENGARUH NILAI F/M (FOOD TO MICROORGANISM RATIO) KOLAM LUMPUR AKTIF PADA EFISIENSI PENYISIHAN POLUTAN ORGANIK DALAM INSTALASI PENGOLAHAN AIR LIMBAH INDUSTRI TEPUNG AGAR-AGAR SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN pada Departemen Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh: MUAD ASEGAB F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

3 Judul Skripsi : Pengaruh nilai F/M (Food to Microorganism ratio) kolam lumpur aktif pada efesiensi penyisihan polutan organik dalam instalasi pengolahan air limbah industri tepung agar-agar Nama NIM : Muad Asegab : F Menyetujui, Ir. Andes Ismayana, MT NIP Mengetahui, Ketua Departemen, Prof. Dr. Ir. Nastiti Siswi Indrasti NIP Tanggal Lulus : 30 Juni 2010

4 MUAD ASEGAB. F Pengaruh nilai F/M (Food to Microorganism ratio) kolam lumpur aktif pada efesiensi penyisihan polutan organik dalam instalasi pengolahan air limbah industri tepung agar-agar. Di bawah bimbingan : Bapak Andes Ismayana RINGKASAN Rumput laut merupakan salah satu komoditi yang berpotensi untuk dikembangkan, dan berdasarkan dari data lima tahun terakhir produksi rumput laut Indonesia mencapai 2.6 juta ton per tahun dengan nilai Rp. 18 Miliar. Salah satu pemanfaatan rumput laut yang mendapatkan nilai tambah adalah pengolahan rumput laut menjadi tepung agar-agar. Selain menimbulkan dampak perekonomian yang positif, industri tepung agar-agar memberikan dampak negatif yang timbul dari aktivitas tersebut terhadap lingkungan yaitu buangan limbah cair. Tujuan pada penelitian ini adalah menentukan pengaruh F/M (Food to Microorganism ratio) pada pengolahan limbah cair industri tepung agar-agar, dan menentukan nilai F/M optimum proses lumpur aktif pada Instalasi Pengolahan Limbah Cair (IPAL) industri tepung agar-agar. Penelitian pendahuluan dilakukan dengan karakterisasi limbah cair meliputi analisa COD, dan TKN (Total Kjeldahl Nitrogen). Untuk penentuan Parameter nilai F/M pengambilan sampel dilakukan dalam lima taraf perlakuan waktu tinggal yaitu HRT 2.5 hari, HRT 2 hari, HRT 1.5 hari, HRT 1 hari, HRT 0.5 hari terhadap nilai F/M 0.5; 0.4; 0.3; 0.2; dan 0.1. Perlakuan waktu tinggal hidrolik menyebabkan perbedaan penyisihan COD yang terjadi. Nilai F/M yang digunakan dalam Instalasi Pengolahan Limbah Cair (IPAL) merupakan nilai terbaik, dimana nilai F/M yang digunakan adalah 0.2 dan 0.3. Efesiensi penyisihan COD dari nilai F/M 0.2 dengan waktu tinggal HRT 2.5 hari sebesar % sedangkan nilai F/M 0.3 dengan waktu tinggal HRT 2.5 hari sebesar %. Hal ini menunjukan efesiensi penyisihan pada pengolahan limbah tepung agar-agar terdapat pada kondisi nilai F/M 0.2 dengan kondisi HRT 2.5 hari sebesar 77.91%. Dengan mengunakan dasar baku mutu COD, maka pada penerapan nilai F/M 0.2 dan HRT 2.5 hari sudah mengikuti baku mutu yang ada.

5 MUAD ASEGAB. F Effect of F/M (Food to Microorganism) ratio of activated sludge tank for the efficiency of organic pollutant removal in waste water treantment plant of agar powder industry. Under Direction : Mr. Andes Ismayana SUMMARY Seaweed is one of the commodities that are potential to develop, and from the data in the last 5 years, seaweed production in Indonesia reached 2.6 million tons per year valued Rp. 18 billions. One way to add value to seaweed is to process it to become agar powder. Despite of the positive impact to economy, agar powder industries also give negative impact emerges form those activities which is the waste water. The objectives of this research were to study the effects of F/M (Food to Microorganism) ratio of waste water treatment in agar powder industry, and to determine the optimum F/M ratio of activated sludge process to waste water treatment plant (WWTP) of agar powder industry. The initial research was done to characterize the waste, including COD and TKN analysis (Total Kjeldahl Nitrogen). In order to determine the parameter of F/M ratio, the sampling were done in five level of resistance time treatments, which were HRT 2.5 days, HRT 2 days, HRT 1.5 days, HRT 1 day, HRT 0.5 day in F/M ratio of 0.5; 0.4; 0.3; 0.2; and 0.1. The treatment of hydraulic resistance time led to the difference in COD removal values. The F/M ratio used in waste water treatment plant (WWTP) was the best ratio, which were 0.2 and 0.3. The efficiency of COD removal of F/M ratio 0.2 in resistance time HRT 2.5 days was % while F/M ratio 0.3 in resistance time HRT 2.5 gave the efficiency of COD removal as much as %. It showed the most efficient removal in agar powder s waste water treatment was in F/M ratio of 0.2 with HRT of 2.5 days which was 77.91%. According to COD quality standard, the removal value in 0.2 F/M ratio and 2.5 days HRT met the existing standard.

6 SURAT PERNYATAAN Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul : PENGARUH NILAI F/M (FOOD TO MICROORGANISM RATIO) KOLAM LUMPUR AKTIF PADA EFISIENSI PENYISIHAN POLUTAN ORGANIK DALAM INSTALASI PENGOLAHAN AIR LIMBAH INDUSTRI TEPUNG AGAR-AGAR Adalah asli karya saya sendiri, dengan arahan dosen pembimbing akademik, kecuali yang dengan jelas ditujukan rujukannya. Bogor, Juni 2010 Yang membuat pernyataan Nama : Muad Asegab Nrp : F

7 KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji serta syukur kehadirat Allah SWT, Rabb Semesta Alam karena atas nikmat dan karunia-nyalah kita masih dapat menikmati segala keindahan ciptaan-nya. Shalawat serta salam senantiasa tercurah bagi junjungan umat Rasulullah Muhammad SAW yang telah membawa umat manusia dari zaman jahilliyah menuju zaman yang terang-benderang, keluarga serta para sahabatnya. Skripsi yang berjudul PENGARUH NILAI F/M (FOOD TO MICROORGANISM RATIO) KOLAM LUMPUR AKTIF PADA EFISIENSI PENYISIHAN POLUTAN ORGANIK DALAM INSTALASI PENGOLAHAN AIR LIMBAH INDUSTRI TEPUNG AGAR-AGAR ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Departemen Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penulis sadar bahwa penelitian ini tdak mungkin terlaksana tanpa bantuan dan dukungan semua pihak. Untuk itu, dengan sepenuh hati penulis sampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Ir. Andes Ismayana, MT sebagai dosen pembimbing akademik yang telah membimbing dan memotivasi penulis selama menempuh pendidikan di Departemen Teknologi Industri Pertanian dan dalam penyelesaian tugas akhir. 2. Dr. Ir. Suprihatin., selaku dosen penguji I yang telah memberikan saran dan kritik untuk perbaikan skripsi ini. 3. Drs. Purwoko, MSi., selaku dosen penguji II yang telah memberikan saran dan kritik untuk perbaikan skripsi ini.

8 4. Bapak Yusuf Machmudin. ST, Mas Budi, Mas Fahany, Mbak Lilik selaku staf PT. ASML dan mentor di instalasi pengolahan limbah yang telah membimbing penulis selama pelaksanaan penelitian 5. Bapak dan ibu yang senantiasa mendoakan, memberikan kasih sayang, dukungan spiritual dan material kepada penulis, serta adik-adikku yang selalu memberikan hari-hari yang ceria 6. Keluarga besar Bapak Dani di balebak bogor, memberikan semangat dan dorongan baik moril yang tak terhingga 7. Batosai Crew, Affan, Iqro, Acul, Alex, Latief, Umam yang sudah memberikan nuasa yang berbeda dalam persahabatan. 8. Semua pihak yang turut membantu suksesnya kegiatan penelitian dan penyusunan skripsi, yang tentu saja tidak dapat penulis sebutkan satupersatu pada lembar ini. Tidak ada sesuatu yang sempurna di alam semesta ini kecuali Allah SWT, demikian skripsi yang penulis buat ini dimana masih terdapat banyak kekurangan yang ada pada penyusunan skripsi. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun sangat dibutuhkan penulis. Semoga skripsi yang penulis buat ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita sekalian, Amin. Bogor, Juni 2010

9 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di kota Bojonegoro pada tanggal 17 Januari 1985 dari seorang bapak yang bernama Kasno dan ibu Sarmi. Penulis merupakan putra pertama dari empat bersaudara. Pada Tahun penulis mengenyam pendidikan SMA di SMA Muhammadiyah 1 Gresik jurusan IPA. Pada tahun 2003 penulis mendapat kesempatan melanjutkan studi ke Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) di Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian. Penulis telah mengikuti praktek lapang di perusahaan PT. Agar Sehat Makmur Lestari yang bergerak dibidang industry tepung agar-agar. Penulis pernah menjadi pengurus dalam kegiatan kemahasiswaan Ikatan Mahasiswa Muhammadiyah (IMM) Pimpinan Daerah Jawa Barat sebagai anggota divisi pengkaderan periode Pada pemilihan penelitian menitik beratkan pada ilmu dibidang lingkungan dengan judul Pengaruh nilai F/M (Food to Microorganism ratio) kolam lumpur aktif pada efesiensi penyisihan polutan organik dalam instalasi pengolahan air limbah industri tepung agar-agar.

10 DAFTAR ISI DAFTAR ISI... ii DAFTAR GAMBAR... iv DAFTAR TABEL... v DAFTAR LAMPIRAN... vi I. PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang... 1 B. Tujuan... 2 II. TINJAUAN PUSTAKA... 3 A. Limbah Cair Industri... 3 B. Pengolahan Limbah Cair... 6 C. Pengolahan Limbah Cair secara Biologis... 9 D. Proses Lumpur Aktif III. METODOLOGI A. Bahan dan Alat B. Waktu dan Temapt penelitian C. Tahapan Penelitian Karakterisasi limbah Aklimatisasi Lumpur Start Up Reaktor Penentuan Nilai Optimasi F/M Aplikasi Pada Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) 22 D. Analisis Data IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Karakterisasi Limbah Cair B. Aklimatisasi Lumpur Aktif C. Start Up Reaktor D. Penentuan Nilai F/M E. Kondisi Proses ph Konsentrasi Oksigen Terlarut (DO)... 31

11 3. Suhu F. Penentuan Pada Instalasi Pengolahan Air Limbah Penurunan COD Penurunan Totak Kjedahl Nitrogen (TKN) V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 43

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Bagan pengolahan limbah skala laboratorium Gambar 2. Grafik MLSS dan MLVSS selama aklimatisasi lumpur aktif Gambar 3. Grafik COD selama start up lumpur aktif Gambar 4. Penyisihan COD pada kondisi nilai F/M 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5 dan HRT 2.5; 2; 1.5; 1; Gambar 5. Grafik derajat keasaman (ph) pada HRT 2.5; 2; 1.5; 1; 0.5 hari Gambar 6. Grafik DO pada HRT 2.5; 2; 1.5; 1; 0.5 hari Gambar 7. Grafik suhu pada HRT 2.5; 2; 1.5; 1; 0.5 hari.. 32 Gambar 8. Grafik MLSS dan MLVSS pada HRT 2.5; 2; 1.5; 1; 0.5 hari pada kondisi nilai F/M Gambar 9. Grafik MLSS dan MLVSS pada HRT 2.5; 2; 1.5; 1; 0.5 hari pada kondisi nilai F/M Gambar 10. Grafik COD pada HRT 2.5; 2; 1.5; 1; 0.5 hari pada kondisi nilai F/M Gambar 11. Grafik COD pada HRT 2.5; 2; 1.5; 1; 0.5 hari pada kondisi nilai F/M Gambar 12. Grafik efisiensi penyisihan COD pada HRT 2.5; 2; 1.5; 1; 0.5 hari Gambar 13. Grafik efisiensi penyisihan TKN pada HRT 2.5; 2; 1.5; 1; 0.5 hari... 39

13 DAFTAR TABEL Tabel 1. Baku Mutu Limbah Cair Pengolahan Rumput Laut... 6 Table 2. Data desain system kombinasi degradasi senyawa karbon dan nitrogen dalam satu tahap (Sugiarto,1987). 17 Tabel 3. Komposisi penentuan nilai F/M. 21 Tabel 4. Hasil pengujian limbah cair industri tepung agar-agar Tabel 5. Efesiensi penyisihan COD pada HRT 2.5; 2; 1.5; 1; 0.5 hari pada kondisi F/M Tabel 6. Efesiensi penyisihan COD pada HRT 2.5; 2; 1.5; 1; 0.5 hari pada kondisi F/M

14 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Prosedur Analisis COD, MLSS, MLVSS Lampiran 2. Hasil Pengujian Limbah Cair Industri Tepung Agar-agar Lampiran 3. Data hasil pengukuran pada proses aklimatisasi Lampiran 4. Data hasil pengukuran pada proses start up Lampiran 5. Data hasil pengikuran DO, Suhu, dan ph Lampiran 6. pada kondisi F/M 0.1; 0.2;0.3;0.4; Data hasil pengukuran MLSS dan MLVSS pada HRT 2.5; 2; 1.5; 1; 0.5 hari Lampiran 7. Data hasil pengukuran COD dan efesiensi penyisihan COD Lampiran 8. Data perhitungan parameter kinetika COD Lampiran 9. Daftar keterangan simbol... 62

15 I. PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG Rumput laut merupakan salah satu komoditi yang berpotensi untuk dikembangkan, dan berdasarkan dari data lima tahun terakhir produksi rumput laut Indonesia mencapai 2.6 juta ton per tahun dengan nilai Rp. 18 Miliar (BPS, 2008). Sejalan dengan peningkatan produksi, penanganan rumput laut menjadi satu hal yang harus dilakukan untuk memberikan nilai tambah yang maksimal. Salah satu pemanfaatan rumput laut yang mendapatkan nilai tambah adalah pengolahan rumput laut menjadi tepung agar-agar. Saat ini industri tepung agar-agar memiliki kontribusi penting dalam perekonomian nasional dan dianggap memiliki peluang untuk membantu mengatasi krisis perekonomian serta daya saing dalam pasar global. Namun demikian terdapat juga dampak negatif yang timbul dari aktivitas tersebut terhadap lingkungan yaitu buangan limbah cair baik yang berasal dari industri besar maupun industri kecil. Limbah cair industri rumput laut memiliki kandungan pencemar bahan organik yang tinggi terhadap limbah cair industri agar-agar. Pengamatan yang dilakukan menunjukan nilai COD pada limbah cair industri pengolahan rumput laut sebesar 600 mg/l dengan debit limbah cair yang sebesar 500 m 3. Sedangkan baku mutu limbah cair bagi kegiatan industri pengolahan rumput laut yang diizinkan untuk COD adalah mg/l (Keputusan Menteri Lingkungan Hidup No. KEP-51/MENLH/10/1995). Tingginya kandungan bahan organik dalam limbah cair yang masuk ke badan air dapat mengancam kehidupan biologi pada perairan tersebut. Kandungan bahan organik yang sangat tinggi memungkinkan terjadinya proses oksidasi bahan organik oleh mikroorganisme dalam badan air, sehingga pada akhirnya ketersediaan oksigen bagi lingkungan perairan tersebut berkurang yang selanjutnya dapat membawa kematian organisme yang hidup di air. 1

16 Oleh karena itu, untuk meminimasi pencemaran air yang disebabkan oleh buangan limbah cair industri hasil pengolahan rumput laut tersebut diperlukan suatu fasilitas penanganan limbah cair dengan teknologi yang tepat, salah satunya adalah dengan menggunakan kolam lumpur aktif. Kolam lumpur aktif adalah kolam yang didalamnya mengandung mikroorganisme yang ditujukan untuk membantu proses penguraian bahan pencemar organik. Salah satu faktor yang mempengaruhi kinerja pengolahan limbah dengan menggunakan kolam lumpur aktif ini adalah perbandingan F/M (F/M ratio). Pengaruh terhadap nilai F/M yaitu dengan perbandingan antara substrat terhadap mikroorganisme, dimana bahan organik yang masuk kedalam instalasi pengolahan air limbah secara biologis merupakan makanan bagi mikroorganisme. Dengan nilai F/M yang tepat akan menjadikan kolam lumpur aktif dapat bekerja secara maksimal dalam penurunan pencemaran beban organik yang terdapat dalam limbah cair. B. TUJUAN 1. Menentukan nilai optimal dari F/M (Food to Microorganism) pengolahan limbah cair industri tepung agar-agar dengan kolam lumpur aktif. 2. Menerapkan optimasi nilai F/M proses lumpur aktif terhadap Instalasi Pengolahan Limbah Cair (IPAL) industri tepung agar-agar. 2

17 II. TINJAUAN PUSTAKA A. LIMBAH CAIR INDUSTRI Industri pertanian termasuk jenis industri yang dapat menimbulkan pencemaran lingkungan, akibat buangan cair (air limbah), padat, gas, suara dan panas yang berlangsung selama proses produksi. Dari kelima jenis limbah industri tersebut, limbah cair merupakan jenis limbah yang paling perlu mendapat perhatian, karena volumenya yang sangat besar dan kuantitas polutannya yang beragam (Hobson dan Robertsor; 1986). Pada beberapa industri, volume limbah cair sangat besar. Limbah cair ini sebagai hasil dari proses pencucian dengan jumlah polutan vang bervariasi tergantung pada operasi produksi produk olahan dan tahap-tahap proses yang berlangsung. Oleh karena itu, limbah ini dapat membahayakan lingkungan perairan bila dibuang ke badan penerima air tanpa perlakuan pengolahan. Bahaya yang ditimbulkan antara lain, berupa turunnya kualitas air di dalam badan penerima air, timbulnya gas berbau busuk, seperti H 2 S, CH 4 atau NH 3, atau munculnya warna tiruan oleh kekeruhan atau adanya padatan bukan zat organik (Tampubolon, 1990). Limbah cair didefinisikan sebagai buangan cair yang berasal dari suatu lingkungan masyarakat dan lingkungan industri dimana komponen utamanya adalah air yang telah digunakan dan mengandung benda padat yang terdiri dari zat-z-at organik dan anorganik (Mahida, 1984). Menurut Tchobanoglous dan Burton (1991), berdasarkan asalnya limbah cair dapat dibedakan meniadi empat macarn yaitu, air limbah rumah tangga (domestic waste), air limbah industri (industrial waste), rembesan air tanah lewat saluran dan luapan air hujan. Menurut Sugiharto (1998), sesuai dengan sumber asalnya, maka limbah cair mempunyai komposisi yang bervariasi dari setiap tempat dan setiap unit. 3

18 Diantara beberapa jenis polutan, kandungan bahan organik dalam suatu limbah yang masuk ke badan air bebas perlu mendapat perhatian sebab dapat mengancam kehidupan biologis pada badan air tersebut. Kandungan bahan organik yang sangat tinggi memungkinkan terjadinya proses oksidasi bahan organik oleh mikroorganisme dalam badan air. Proses tersebut akan menggunakan oksigen terlarut dalam badan air, sehingga pada akhimya ketersediaan oksigen bagi kehidupan di lingkungan tesebut berkurang. HaI ini dapat membawa bahaya kematian makhluk hidup di dalamnya (Tchobanoglous dan Burton, 1991). Untuk mengetahui lebih luas tentang limbah cair, maka perlu diketahui juga mengenai kandungan yang ada di dalam limbah cair dan sifat-sifatnya. Limbah cair mempunyai sifat yang dapat dibedakan menjadi tiga bagian besar; yaitu: sifat fisik, sifat kimia dan sifat biologis (Sugiharto,1987). Sifat fisik yang penting adalah kandungan zat padat sebagai efek estetika, kejernihan, bau, wama dan temperatur. Beberapa komposisi limtrah cair akan hilang bila dilakukan pemanasan secara lambat. ]umlah total endapan terdiri dari benda-benda yang mengendap, terlarut dan tercarnpur (Tchobanoglous dan Burton,1991). Sifat kimia limbah cair ditentukan oleh kandungan bahan kimia yang ada di dalam limbah cair. Bahan organik terlarut dapat menghabiskan oksigen dalam limbah serta akan menimbulkan rasa dan bau yang tidak sedap. Selain itu, akan lebih berbahaya apabila bahan tersebut merupakan bahan beracun (Sugiharto, 1987). Sifat biologis limbah cair diperlukan untuk mengukur kualitas air terutama bagi air yang dipergunakan sebagai air minum serta untuk keperluan kolam renang. Selain itu, diperlukan juga untuk menaksir tingkat kekotoran limbah cair sebelum dibuang ke badan air. Pemerisaan biologis di dalam limbah cair untuk memisahkan apakah ada bakteri-bakteri patogen berada di limbah cair (Tchobanoglous dan Burton, 1991). Menurut Polprasert (1989), karakteristik limbah cair sangat bervariasi tergantung pada keadaaan lokasi pengolahan, waktu (tiap jam dalam sehari, tiap hari dalam seminggu), musim, dan tipe saluran pembuangan. Kekuatan 4

19 limbah cair tergantung pada derajat pengenceran, proses produksi, jumlah tahapan produksi dan jumlah penggunaan air dalam setiap tahap produksi. Berdasarkan derajat pengenceran, maka kekuatan limbah cair dibagi menjadi tiga yaitu konsentrasi kuat, sedang dan lemah. Limbah cair dengan konsentrasi kuat (BOD 5 = mg/l) merupakan campuran yang keruh dan kotor (black liquor), sedangkan limbah cair dengan konsentrasi lemah (BOD 5 = 100 mg/l) tampak tidak keruh dan agak jernih (white liquor) (Shmidt, 1982). Nilai COD merupakan ukuran bagi pencemaran air oleh zat-zat organik yang secara alamiah dapat dioksidasikan melalui proses mikrobiologis yang mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut dalam air. Jika bahan organik terlarut merupakan bahan organik tahan urai dan sangat lambat mengalami proses penghancuran akan menghasilkan nilai COD yang tinggi dan nilai BOD yang rendah ( Alaert dan santika, 1987). Oksigen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa dan hanya sedikit larut dalam air. Semua makhluk yang hidup didalam air sangat tergantung pada oksigen terlarut, sehingga hal ini dapat digunakan sebagai indikator mutu air (Sastrawijaya, 1991). Kehidupan mikroorganisme ikan dan hewan lainnya tak terlepas dari kandungan oksigen yang terlarut dalam air. Air yang tidak mengandung oksigen tidak akan memberikan kehidupan, sehingga oksigen yang terlarut didalam air sangat penting artinya bagi kehidupan (Wardhana, 1995). 5

20 Tabel 1. Baku Mutu Limbah Cair Pengolahan Rumput Laut Sumber : PERATURAN/MENLH/12/2008 B. PENGOLAHAN LIMBAH CAIR Pada dasarnya tujuan utama pengolahan limbah cair adalah untuk melindungi lingkungan hidup terhadap. pencemaran yang diakibatkannya melalui pengurangan beban bahan organik (BOD), partikel tercampur, serta membunuh organisme patogen. Selain itu, diperlukan juga tambahan pengoiahan untuk menghilangkan bahan nutrisi komponen teraracun, serta bahan yang tidak dapat didegradasi agar konsentrasi yang ada menjadi rendah (Sugiharto, 1987). Tchobanoglous dan Burton (1991) mengatakan bahwa teknik-teknik pengolahan limbah cair yang telah dikembangkan secara umum diklasifikasikan menurut tiga metode pengolahan yaitu: 1. Pengolahan secara fisik 2. Pengolahan secara kimia 3. Pengolahan secara biologis Metode mana yang paling tepat digunakan untuk penanganan limbah cair industri sangat tergantung pada karakteristik limbah cair, kualitas keluaran yang dibutuhkan, dan tujuan akhir pengolahan. Selain itu, pemilihan metode juga dipengaruhi oleh biaya, kendala dan perbaikan kualitas air pada 6

21 waktu yang akan datang (Eckenfelder, 1980). Menurut Conway dan Ross (1980) penurunan kandungan bahan organik terdegradasi dalam limbah cair lebih ekonomis digunakan penanganan secara biologis dari pada metode fisik atau kimia. Tahapan pengolahan limbah cair yang umum digunakan adalah pengolahan pendahuluan (pretreatment), pengolahan primer (primery treatment), pengolahan sekunder (secondery treatment) dan pengolahan tersier (tertiery treatment) (Sugiharto, 1987). Pengolahan pendahuluan bertujuan untuk membersihkan limbah cair dari benda-benda yang dapat menghambat proses pengolahan lanjut. Pengolahan primer bertujuan untuk menghilangkan zat padatan tercampur melalui pengendapan atau pengapungan. Pengolahan sekunder mencakup proses biologis untuk mengurangi bahan-bahan organik melalui mikroorganisme yang ada di dalamnya. Pada tahap ini biasanya digunakan lumpur aktif (activated sludge) untuk mempercepat proses biologis yaitu penguraian atau degradasi bahan-bahan organik. Selanjutnya pengolahan tersier merupakan kelanjutan dari pengolahan-pengolahan terdahulu yang akan dipergunakan apabila banyak terkandung zat-zat berbahaya dan merupakan pengolahan secara khusus sesuai dengan kandungan zat-zat yang terbanyak dalam limbah cair (Sugiharto, 1987). Mahida (1984) mengatakan bahwa umumnya pada pabrik-pabrik berpola biasa, kadar limbah cair yang dapat ditangani secara memuaskan terbatas dan limbah pekat harus diencerkan secara khusus, dengan air atau dengan aliran akhir sebelum diterapkan pada filter. Pembuangan dengan cara pengenceran juga sering dilakukan oleh pabrik-pabrik tertentu. Pengenceran tersebut dilakukan pada Iimbah cair sampai pada konsentrasi yang cukup rendah kemudian dibuang keperairan bebas. 7

22 C. PENGOLAHAN LIMBAH CAIR SECARA BIOLOGI Pengolahan Limbah cair secara biologis merupakan proses biokimia yang dapat berlangsung dalam dua lingkungan utama, yaitu lingkungan aerobik dan lingkungan anaerobik. Lingkungan aerobik adalah lingkungan dimana oksigen terlarut di dalam air terdapat dalam jumlah yang cukup banyak, sehingga oksigen bukan merupakan suatu faktor pembatas. Proses pengolahan secara biologis menurut Djajadinigrat dan Wisjnusuprapto (1991) dibedakan mmjadi dua, yaitu: 1. Proses biologis aerobik 2. Proses biologis anaerobik Proses aerobik adalah proses mempertemukan bahan organik dengan mikroba pencemar aerob dalam suasana atau lingkungan beroksigen. Sehingga mikroba dapat mencerna bahan organik dan mempergunakan hasil pencernaannya untuk berkembang biak. Proses anaerobik mempertemukan mikroba anaerob dengan bahan organik di dalam suatu lingkungan tanpa oksigen. Dua hal penting yang perlu diperhatikan dalam proses biologis adalah sebagai berikut : 1. Proses Penambahan Oksigen Proses penambahan oksigen merupakan salah satu cara untuk menurunkan konsentrasi zat pencemar organik di dalam limbah cair atau bahkan menghilangkanya sama sekali. Dua cara penambahan oksigen (aerasi) yaitu dengan memasukkan udara bersih ke dalam limbah cair dan dengan rnemaksa limbah cair ke atas untuk dapat kontak dengan oksigen atau udara. Memasukkan udara atau oksigen murni ke dalam limbah cair dilakukan melalui benda porous atau nozzle. Apabila nozzle diletakkan di tengah-tengah, maka akan meningkatkan kecepatan kontak gelembung udara dengan limbah cair, sehingga proses pemberian oksigen akan berjalan lebih cepat. Oleh karena itu, biasanya nozzle ini diletakkan pada 8

23 dasar bak aerasi. Udara yang dimasukkan adalah berasal dari udara luar yang dipompakan ke dalam limbah cair oleh pompa tekan (aerator). Memasukkan limbah cair ke atas dilakukan dengan cara mengontakkan limbah cair dengan oksigen melalui pemutaran balingbaling yang diletakkan pada permukaan limbah cair. Akibat dari pemutaran ini, Iimbah cair akan terangkat ke atas dan mengadakan kontak langsung dengan udara sekitarnya (Sugiharto,1987). 2. Proses Pertumbuhan Bakteri Bakteri diperlukan untuk menguraikan bahan organik yang ada di dalam limbah cair. Oleh karena itu, diperlukan jumlah bakteri yang cukup untuk menguraikan bahan-bahan tersebut. Bakteri akan berkembang biak apabila jumlah makanan yang terkandung di dalamnya cukup tersedia sehingga pertumbuhan bakteri dapat dipertahankan secara konstan. Akan tetapi, mikroorganisme sangat sensitif terhadap perubahan lingkungan seperti suhu, ph, oksigen terlarut, cara pencampuran unsur ataupun senyawa toksik dan karakteristik serta iumlah bahan organiknya. (Sugiharto, 1987). Pada umurrnya metoda biologis merupakan cara yang paling efektif untuk mengurangi kandungan bahan organik dalam buangan (Sugiharto, 1987). Metode ini banyak digunakan dalam pengolahan timbah cair pada industri chemical, petrochemical, pulp dan industri kertas (Shmidt, 1982). Menurut Djajadiningrat dan Wisjnusuprapto (1991), ada sembilan tipe penanganan limbah cair secara biologis yang umum dipergunakan, yaitu activited sludge ( lumpur aktif), aerated lagoon, aerobic digetion, anaerobic digetion, tricking filter, cakram biologl kontak anaerobik, nitrifikasi dan denitrifikasi. Dari berbagai cara tersebut lumpur aktif merupakan cara pengolahan konvensional yang sederhana tapi efektif (Tchobanoglous dan Burton, 1991). 9

24 D. PROSES LUMPUR AKTIF Lumpur aktif merupakan gumpalan partikel yang mengandung campuran mikroorganisme aerobik yang dihasilkan melalui proses aerasi. Pada prinsipnya proses lumpur aktif adalah proses pemanfaatan mikroorganisme yang dapat menguraikan senyawa organik dalam limbah cair secara aerobik menjadi sumber tenaga, bahan seluler baru, air, dan karbon dioksida (Jenie dan Rahayu, 1993). Menurut Verstraete dan Vaerenbergh (1986), ada dua hal penting yang membedakan proses lumpur aktif dengan proses fermentasi mikrobial. Pertama, pada proses lumpur aktif terdapat komponen aktif yang bukan kultur murni tetapi merupakan gabungan dari bakteri, kapang, fungi protozoa, dan rotifer. Mikroorganisme tumbuh dan berinteraksi satu sama lain. Kedua, komponen lumpur aktif terdiri dari biomasa aktif dan yang sudah mati. Bakteri yang terdapat dalam lumpur aktif berflokulasi, secara umum terdiri atas bakteri gram negatif termasuk pengoksidasi karbon dan nitrogen. Beberapa kelompok bakteri yang ditemukan pada lumpur aktif adalah Pseudomonas, Arthrobacter, Bacillus, Flavobacterium, Cytophaga, Zooglaea, Sphaerotilus, Nitrosomonas, Nitrobacter, Acinetobacter, Achromobacterium, Alcaligenes, Nocardia (Verstraete dan Vaerenbergh,1986; Prave et al.,1987; Tchobanoglous dan Burton, 1991). Pseudomonas dan Arthrobacter merupakan bakteri pengurai bahan organik terutama karbohidrat menghasilkan karbon dioksida dan air. Bacillus dan Flavobacterium merupakan bakteri pendegradasi protein menghasilkan amonia, karbon dioksida dan air. Cytophaga merupakan bakteri yang berperan dalam pemecahan polimer. Zooglaea merupakan bakteri yang berperan dalam pembentukan flok pada lumpur aktif. Sphaerotilus merupakan bakteri yang menyebabkan lumpur aktif bersifat bulki (sludge bulking). Nitrosomonas dan Nitrobacter bakteri yang berperan dalam nitrifikasi, yaitu proses oksidasi amonia dengan adanya oksigen meniadi nitrit yang selanjutnya menjadi nitrat.. Sedangkan Acinetobacter bakteri yang dapat melakukan penyisihan fosfor. Bacillus dan Pseudomonas berperan juga 10

25 dalam proses denitrifikasi yaitu oksidasi nitrat menjadi gas nitrogen. Sedangkan bakteri Pseudomonas dan Nocardia berperan dalam degradasi hidrokarbon (Verstraete dan Vaerenbergh, 1986; Henry dan Heinke,1989). Djajadiningrat dan Wisjnusuprapto (1991) mengemukakan bahwa pada proses pengolahan limbah cair dengan lumpur aktif, nilai COD awal yang digunakan merupakan kisaran nilai antara 50 sampai 4000 mg/l limbah cair. Kisaran ph yang normal dalam pengoperasian lumpur aktif adalah 6,5-7,5. Pada nilai ph di atas 9 aktivitas mikroorganisme akan terganggu. Di bawah ph 5,5 akan tumbuh kapang dengan pesat yang bersifat kompetitor bagi bakteri. Menurut Jenie dan Rahayu (1993), proses lumpur aktif dapat berlangsung dengan konsentrasi oksigen terlarut sebesa mg/l. Menurut Benefield dan Randall (1980), lumpur aktif mampu merubah limbah cair organik menjadi bentuk anorganik yang mantap atau menjadi massa sel. Dalam proses ini bahan organik terlarut atau koloid yang telah mengalami sedimentasi awal, dengan menggunakan bermacam-macam jenis mikorganisme akan teriadi metabolisme dengan menghasilkan karbondioksida (CO 2 ) dan air. Pada waktu yang sama fraksi yang cukup besar dirubah menjadi massa sel, yang dapat dipisahkan dari aliran limbah cair dengan jalan sedimenatasi gravitasi. Selanjutnya Verstraete dan Vaerenbergh (1986) menambahkan bahwa reaksi yang teriadi pada proses lumpur aktif secara aerobik adalah sebagai berikut: 1. Penyerapan bahan organik yang tersuspensi, koloid, dan terlarut pada pada flok lumpur aktif. 2. Biodegradasi bahan organik menghasilkan produk akhir berupa karbon dioksida, air, mineral dan sintesis biomasa baru. 3. Konsumsi bakteri dan bahan organik lain oleh protozoa dan mikroorganisme predator. 4. Oksidasi nitrogen amonium meniadi nitrit yang selaniutnya menjadi nitrat oleh bakteri nitrifikasi. 5. Oksidasi sel pada saat bakteri kekurangan substrat (endogenous respiration). 11

26 Proses lumpur aktif tidak hanya menurunkan bahan organik, tetapi dapat menurunkan kandungan nitrogen melalui reaksi nitrifikasi dan denitrifikasi dan dapat melakukan penurunan kandungan fosfor. Dalam proses lumpur aktif menurut Davis dan Cornwel (1991) senyawa organik dan nitrogen digunakan untuk sistesis sel sedangkan fosfor digunakan untuk pembentukan ATP dan asam nukleat. Parameter yang penting dalam perancangan proses lumpur aktif adalah laju pembebanan bahan organik. Penentuan laju pembebanan tersebut akan menentukan waktu tinggal, kualitas lumpur dan kebutuhan oksigen. Waktu tinggal limbah cair di dalam bak aerasi menunjukkan lama kontak antara mikroorganisme dengan limbah cair. Secara umum waktu tinggal untuk proses pengolahan limbah cair dengan menggunakan lumpur aktif adalah 4 sampai 23 jam (Forster, 1985). 1. Degradasi Senyawa Karbon Dalam limbah cair bahan organik dapat berupa protein, karbohidrat dan hidrokarbon. Bahan organik yang didegradasi dibagr menjadi dua, yaitu bahan yang didegradasi secara cepat dan bahan organik yang didegradasi secara lambat. Bahan organik yang didegradasi secara cepat terdiri dari molekul sederhana dan dapat langsung dapat untuk pertumbuhan sel. Sedangkan bahan organik yang didegradasi secara lambat terdiri dari molekul kompleks yang diuraikan dengan enzim ekstraseluler menjadi molekul sederhana, sehingga dapat digunakan untuk pertumbuhan sel (Henze et. a1.,1987). Degradasi senyawa karbon terjadi ketika senyawa-senyawa organik diuraikan dan dioksidasi oleh mikroorganisme heterotropik pada proses aerasi. Mikroorganisme heterotropik tersebut menggunakan sumber karbon yang sarna, baik untuk sistesis sel menghasilkan sel-sel baru maupun untuk oksidasi (Tchobanoglous dan Burton, 1991). Menunrt Verstraete dan Vaerenbergh (1986), degradasi senvawa organik secara aerobik dapat dituliskan dengan reaksi sebagai berikut: 12

27 2. Nitrifikasi Nitrogen terdapat dalam limbah cair dapat berupa nitrat, nitrit, amonium, dan sebagai molekul terikat (nitrogen organik). Menurut Davis dan Comwell (1991), ada tiga dampak negatif senyawa nitrogen terhadap badan penerima air, yaitu: a. NH 3 yang rendah dan NO - 3 dapat memacu pertumbuhan ganggang yang pesat. b. Oksidasi NH 3 menjadi NO 2 menggunakan banyak oksigen terlarut, sehingga badan air akan kekurangan oksigen terlarut yang dapat mengancam kelangsungan hidup di air. c. NH 3 bersifat toksik pada ikan. Menurut Verstraete dan Vaerenbergh (1986), amonia bebas (NH 3 ) bersifat toksik terhadap ikan pada konsentrasi 1 mg/l sehingga perlu dilakukan penyisihan senyawa ini. Proses penyisihan senyawa ini dapat ditempuh dengan cara nitrifikasi. Nitrifikasi merupakan proses oksidasi senyawa nitrogen amonia menjadi nitrit dan selanjutnya menjadi nitrat oleh bakteri kemoautotropik. Bakteri kemoautrotopik menggunakan karbon anorganik berupa karbondioksida, bikarbonat, dan karbonat sebagai sumber karbon untuk menghasilkan energi dalam sintesis sel baru. Menurut Barnes dan Bliss (1983), bahwa reaksi yang terjadi pada proses nitrifikasi terdiri dari reaksi nitritifikasi dan nitratifikasi. Nitritifikasi adalah oksidasi amonia menjadi nitrit yang dilalarkan oleh bakteri Nitrosomonas (N.europaea darrt N.monocella) dan Nitrosococcus, yang mempunyai ph optimal Nitrosomonas terutama N.europaea telah banyak digunakan yang diisolasi dari instalasi penanganan limbah cair. Reaksi yang teriadi dapat dijabarkan sebagai berikut: 13

28 Nitratifikasi adalah oksidasi nitrit menjadi nitrat yang dilakukan oleh bakteri Nitrobacter (N.agilis dan N.winogradskyi) dan Nitrosospira graolis yang mempunyai ph optimal Nitrobacter terutama N.agilis telah banyak dipelajari dan digunakan dalam dalam penanganan limbah cair secara biologis. Reaksi yang terjadi pada saat oksidasi nitritt menjadi nitrat dapat dijabarkan sebagai berikut: Sehingga reaksi akan seluruan akan tertulis sebagai berikut; Menurut Verstraete dan Vaerenbergh (1986), proses nitrifikasi dapat berjalan pada kandungan oksigen terlarut lebih besar dari 0.5 mg/l, temperatur 5-40 oc, dan pada kisaran ph sedangkan kondisi optimal berlangsung pada ph 7.5. Pada ph di bawah 7.0 reaksi nitrifikasi bejalan lambat dan Casey et. al. (1992) menambahkan bahwa kondisi ini akan memacu pertumbuhan lumpur yang bulky, dimana akan mengakibatkan reduksi NO3- yang dihasilkan pada saat nitrifikasi menjadi NO2-, dan bakteri pembentuk flok akan melakukan reduksi NO3- menjadi N2. Menurut Boongorsrang (1982), ph optimal nitrifikasi untuk bakteri Nitrasomonas dan Nitrobacter adalah sebesar 8.3 dan 7.7. Sehingga kisaran ph optimal nitrifikasi sekjtar ph Dalam kondisi optimal bakteri autotropik menggunakan gram oksigen untuk setiap perubahan satu gram NH3-N mmjadi NO3-N. Efisiensi nitrifikasi dapat dihitung dengan membandingkan konsentrasi NO2-N dan NO3-N yang terbentuk pada akhir proses dengan konsentrasi NH3-N kemudian dikalikan 100 persen. 14

29 Menurut Verstraete dan Vaerenbergh (1986), neraca massa nitrogen dapat dituliskan dengan persamaan berikut: N av adalah jumlah N dalam bentuk NH 3 -N atau N-organik yang ada pada kondisi awal. N-nitrifikasi adalah jumlah N yang diubah oleh bakteri nitrifikasi menjadi NO 2 -N dan NO 3 -N. Dalam proses oksidasi ini digunakan sejumlah oksigen yang dapat dinyatakan dengan parameter NOD. Sedangkan N immob menyatakan jumlah N yang diubah menjadi biomasa sel dan N-flok merupakan jumlah N yang terjebak pada flok lumpur aktif. Verstraete dan Vaerenbergh (1986) mengatakan bahwa NOD merupakan jumlah oksigen yang diperlukan untuk oksidasi NH 3 -N menjadi NO 2 -N dan NOa-N selama proses nitrifikasi. Adapun hubungan NOD dengan N av dan N immob dapat dinyatakan sebagai berikut: NOD = (N av - N immob ) x 4.33 Untuk setiap pembentukan satu gram biomasa dibutuhkan 0.05 gram N yang digunakan untuk pembentukan protein dan asam nukleat. Secara spesifik dapat dinyatakan sebagai berikut: N immob = COD x Fb x Y cod x 0.05 Fb menyatakan fraksi senyawa organik vang mudah didegradasi sedangkan Y cod mrupakan gram biomasa untuk setiap penyisihan setiap gram COD. 3. Penyisihan Fosfat Limbah cair umunurya mengandung fosfor dalam bentuk fosfat, polifosfat, dan senyawa organik fosfor. Keberadaan fosfor dalam bentuk fosfat yang bersamaan dengan nitrat akan memacu pertumbuhan ganggang pada badan air. Konsentrasi fosfat diusahakan menurun sampai batas minimal agar pertumbuhan ganggang secara pesat dapat dicegah. Konsentrasi 0.5 mg/l PO 4 dapat mencegah pertumbuhan ganggang, sedangkan pertumbuhan ganggang 15

30 dapat dihentikan pada konsentrasi PO 4 di bawah 0.05 mg/i (Chen dan Fuhs, 1975; Yall et. a1.,7970). Penyisihan fosfat dapat dilakukan dengan proses lumpur aktif yang mengandung bakteri Acinetobacter. Bakteri Acinetobacter akan menggunakan fosfat untuk pembentukan ATP yang selanjutnya digunakan untuk sintesis asam nukleat. Jika konsentrasi fosfat berlebihan maka akan disimpan dalam bentuk polifosfat. Polifosfat ini akan diubah menjadi ATP jika diperlukan (Verstraete dan Vaerenbergh, 1986). Penyisihan fosfat dilakukan pada kondisi aerobik, karena pada kondisi anaerobik terjadi pembebasan ortofosfat sehingga kandungan ortofosfat pada sistem penanganan limbah cair akan meningkat. Sedangkan pada kondisi aerobik terjadi pemanfaatan ortofosfat untuk sistesis sel dan disimpan untuk kebutuhan di masa mendatang, bersamaan dengan penyisihan senyawa organik. Proses aerobik mampu menurunkan kandungan fosfat pada limbah cair sekitar persen (Tchobanoglous dan Schroeder, l986; Hiinel 1988). Efisiensi proses penyisihan fosfat dipengaruhi oleh oksigen terlaruf ph, konsentrasi biomasa, dan laju aliran udara. Agar proses penyisihan dapat berjalan dengan baik maka oksigen terlarut harus dijaga minimal 2.0 rng/l Proses penyisihan tidak akan berjalan pada konsentrasi oksigen terlarut sebesar mg/l. Adapun ph optimal proses penyisihan sekitar (Stall dan Sherrard, 1976). 4. Rasio F/M (Food to Microorganism Ratio) Nilai F/M menyatakan perbandingan makanan terhadap mikroorganisme yang terdapat dalam bioreaktor. Nilai F/M yang disarankan untuk sistem kombinasi degradasi senyawa karbon dan nitrogen dalam satu tahap (Single-Stage Nitrification) adalah kg BOD/kg MLSS.hari (Sugiarto,1987). Menurut Davis dan Cornwell (1991), nilai F/M yang tinggi (waktu tinggal lumpur aktif rendah) menyebabkan sistem kelebihan makanan. Keadaan ini menyebabkan efisiensi pengolahan menjadi buruk. Nilai F/M 16

31 rendah (waktu tinggal lumpur aktif panjang) menyebabkan sistem kekuragan makanan, keadaan ini menghasilkan degradasi limbah yang lebih baik. Data desain untuk sistem Sigle-Stage Nitrification disajikan pada Tabel 2. Tabel 2. Data desain sistem kombinasi degradasi senyawa karbon dan nitrogen dalam satu tahap (Sugiarto,1987) Parameter Unit Nilai Suhu ph F/M HRT SRT MLSS Laju Beban Oksigen Terlarut o C - Kg BOD/kg MLSS.hari Jam Hari g/l kg BOD/m 3.hari mg/l >30 o Waktu Tinggal Waktu tinggal cairan didalam reaktor adalah salah satu parameter penting untuk mendesain sistem penanganan limbah cair. Pengaruh waktu tinggal terhadap kinerja reaktor akan mempengaruhi parameter lain seperti tingkat laju pembebanan, stabilitas reaktor dan penurunan kandungan organik (indriyati,2002). Waktu ini dalam bioreaktor menunjukan lama kontak antara mikroorganisme dengan limbah cair. Secara umum, waktu tinggal minimum untuk proses pengolahan limbah cair dengan menggunakan lumpur aktif adalah 4-8 jam (Foster, 1985). Waktu tinggal minimum yaitu waktu tinggal yang harus dicapai untuk suatu proses pengolahan limbah cair dalam bioreaktor. Dibawah nilai waktu tersebut akan terjadi pencucian (washout), sehingga proses dalam bioreaktor tidak mencapai tujuan. Desain untuk bioreaktor dapat diturunkan dengan menetapkan tingkat efisiensi yang dikehendaki. Dengan penggunakan waktu tinggal sebagai parameter bebas untuk desain, 17

32 parameter-parameter lain dapat ditentukan dari berbagai hubungan model matematika (Mantulang, 1993). 18

33 III. METODOLOGI A. BAHAN DAN ALAT Bahan yang digunakan pada penelitian ini terdiri atas bahan uji dan bahan kimia. Bahan uji yang digunakan adalah air limbah industri tepung agar-agar. Bahan kimia yang digunakan adalah merkuri sulfat, kalium dikromat, asam sulfat, asam peroksida, campuran selen (K 2 SO 4 : CuSO 4 : Selenium 50 : 10 : 1), natrium hidroksida, asam klorida, indikator amonium assay, natrium isosianurat, sulfanil amide, asam fosfat, larutan dimetil-fenol, larutan asam askrorbat dan amonium molibdat. Adapun alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah reaktor aerobik yang terbuat dari bahan wadah dengan volume 20 liter, dapat dilihat pada Gambar 1. Peralatan yang digunakan untuk analisis adalah alat analisis untuk COD dan TKN, alat Visible Spektrofotometer untuk penerapan kandungan NH 3 -N, NO 2 -N, NO 3 -N dan PO 4 -P, ph meter, DO-meter, pengaduk magnetik, alat-lat gelas kimia B. WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN Waktu penelitian dilakukan pada bulan Januari 2008 sampai bulan November Tempat penelitian dilakukan pada di Instalasi Pengolahan Air Limbah Industri tepung agar-agar PT. Agar Sehat Makmur Lestari, Pasuruan, Jawa Timur.. C. TAHAP PENELITIAN 1. Karakterisasi Limbah Karakteristik limbah cair yang diuji diambil dari influen limbah yang diambil sebelum masuk ke reaktor lumpur aktif pada instalasi 19

34 pengolahan limbah cair (IPAL) PT. ASML. Beberapa parameter yang dilakukan pengujian saat karakteristik ini adalah COD (Chemical Oxygen Demand), MLSS (Mixed Liquor Suspended Solid) dan MLVSS (Mixed Liquor Volatile Suspended Solid). 2. Aklimatisasi Lumpur Aktif Sebelum dimasukan ke dalam reaktor, lumpur aktif yang dilakukan aklimatisasi untuk mengkondisikan dan mempercepat pertumbuhan mikroorganisme pada penelitian ini lumpur aktif yang digunakan diambil dari Unit pengolahan Limbah PT. Agar Sehat Makmur Lestari, Pasuruan. Aklimatisasi lumpur aktif dilakukan dengan cara memberikan aerasi pada lumpur aktif yang telah diberikan limbah cair dalam kondisi curah, penentuan kondisi oksigen terlarut (DO) yang harus dijaga lebih besar dari 2 mg/l, suhu ruang (27-31 o C) dan kisaran ph pertumbuhan bakteri ditandai peningkatan MLSS dan MLVSS serta terjadi perubahan warna suspensi menjadi coklat kehitaman. 3. Start Up reaktor Start Up reaktor dilakukan dengan memasukan lumpur aktif yang telah teraklimatisasi sesuai dengan volume reaktor yang perbandingannya 3:1 (perbandingan limbah cair terhadap lumpur aktif yang menggunakan corong inhoff) supaya sesuai dengan kondisi lapangan dan dialiri limbah cair secara kontiyu dengan laju influen rata-rata 5 liter/hari. Kegiatan ini dilakukan hingga tercapai kondisi stabil ditandai dengan penurunan nilai COD yang relatif konstan. 4. Penentuan Optimasi Nilai F/M Penelitian dilakukan pada skala laboratorium digunakan itu menganalisis karakteristik limbah sebelum diaplikasikan pada istalasi 20

35 pengolahan air limbah (IPAL). Reaktor yang digunakan memiliki volume 20 liter dengan pengaturan nilai F/M 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, dan 0.5 dan HRT 0.5, 1, 1.5, 2, dan 2.5 hari. Penentuan nilai F/M yaitu dengan perbandingan antara substrat terhadap mikroorganisme, dimana bahan organik yang masuk kedalam instalasi pengolahan air limbah secara biologis merupakan makanan bagi mikroorganisme. Dalam pengaturan nilai F/M dilakukan dengan cara memperhatikan suplai makanan (zat organik), jumlah lumpur yang dibuang dan umur lumpur. Tabel 3. Komposisi penentuan nilai F/M Nilai F/M Di Si X V Keterangan: Di = debit influen (l/hari) Si = Konsentrasi BOD influen (g/l) X = MLVSS (g/l) V = volume bioreaktor (liter) Sedangkan dalam pengamatan waktu detensi (HRT) dengan cara mengatur lamanya air limbah tinggal didalam kolam aerasi. Secara matematis dapat diketahui dari volume kolam aerasi dibagi dengan debit air limbah yang diolah. 21

36 INFLUEN REAKTOR REAKTOR REAKTOR O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 TITIK MENGAMBILAN SAMPEL TITIK MENGAMBILAN SAMPEL TITIK MENGAMBILAN SAMPEL Gambar 1. Bagan pengolahan limbah skala laboratorium 5. Aplikasi pada Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) Tahapan aplikasi atau pelaksanaan dilapangan IPAL dengan cara mendapatkan nilai terbaik dari perhitungan nilai F/M (Food to Microorganism) sebelumnya, dengan mengubah laju alir pada HRT 0.5, 1, 1.5, 2, dan 2.5 hari. Cara pengaturan nilai HRT (waktu tinggal hidrolik) dilakukan dengan mengatur lamanya air limbah tinggal didalam kolam aerasi. Secara matematis dapat diketahui dari volume kolam aerasi dibagi dengan debit air limbah yang diolah. Untuk mendapatkan nilai HRT yang diinginkan, diperlukan pengaturan dengan memperhatikan debit air limbah yang akan diolah di kolam aerasi supaya nilai F/M terjaga sesuai dengan kondisi nilai F/M yang diinginkan. Karena dengan mengatur laju debit yang masuk ke dalam kolam aerasi, menjaga nilai F/M yang terbaik dengan variasi HRT yang berbeda-beda untuk mendapatkan efesiensi penyisihan nilai COD. 22

37 D. ANALISIS DATA Menurut Vertraete dan Vaerenbergh (1986), efisiensi penyisihan COD, NH3-N dan PO4-P dapat dituliskan dengan rumus sebagai berikut: Efisiensi (%) = ( C C ) o C o e x 100% Dimana, Co = Nilai sebelum limbah tepung agar-agar diproses lumpur aktif Ce = Nilai sesudah limbah tepung agar-agar diproses lumpur aktif Penentuan optimasi proses penyisihan COD pada kolam lumpur aktif adalah dengan menggunakan pendekatan grafik antara presentase penyisihan dan waktu tinggal hidrolik (HRT) 23

38 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. KARAKTERISTIK LIMBAH CAIR Limbah cair tepung agar-agar yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah cair pada pabrik pengolahan rumput laut menjadi tepung agaragar di PT. Agar Sehat Makmur Lestari, Pasuruan. Hasil pengujian atau analisa limbah cair dilakukan terhadap COD, NH 3 -N, NO 3 -N dan TKN dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Hasil pengujian limbah cair industri tepung agar-agar No Parameter Satuan Hasil Analisa COD mg/l TKN mg/l NH 3 -N mg/l NO 3 -N mg/l Hasil pengamatan terhadap karakteristik limbah cair yang dilakukan dalam penelitian ini didapatkan nilai untuk COD berkisar antara mg/l, TKN (Total Kjeldahl Nitrogen) berkisar mg/l, amonia (NH 3 ) berkisar mg/l dan Nitrat (NO 3 ) berkisar mg/l. Tingginya hasil analisa limbah dikarenakan adanya beban organik yang tinggi yang disebabkan oleh proses produksi pengolahan rumput laut menjadi tepung agar-agar. Limbah cair industri agar-agar berasal dari proses produksi tepung agar-agar dimana terdapat pencucian bahan baku dan pencampuran reaksi-reaksi kimia buat pembentukan tepung agar-agar. Proses tersebut terjadi saat proses produksi tepung agar-agar yang menyebabkan beberapa senyawa organik akan terbawa dalam limbah cair. 24

39 B. AKLIMATISASI LUMPUR AKTIF Aklimatisasi lumpur aktif berfungsi untuk memberikan kondisi pertumbuhan mikroorganisme yang ditandai dengan meningkatnya padatan tersuspensi (MLSS) dan padatan volatil tersuspensi (MLVSS) dan juga ditandai dengan perubahan warna pada lumpur tersebut. Aklimatisasi ini bertujuan untuk mengkondisikan lumpur yang akan digunakan agar dapat berfungsi dengan baik dalam menurunkan beban limbah. Tahap aklimatisasi merupakan tahap pengkondisikan lumpur aktif sehingga mikroorganisme dapat beradaptasi dengan lingkungan barunya, hal ini ditandai dengan naiknya MLSS dan MLVSS dari mg/l menjadi mg/l dan mg/l menjadi 3203 mg/l. nilai MLSS dan MLVSS selama aklimatisasi lumpur aktif diperlihatkan pada Gambar 2. Gambar 2. Grafik MLSS dan MLVSS selama aklimatisasi lumpur aktif Pada Gambar 2, memperlihatkan grafik hubungan antara waktu proses dengan perolehan biomassa. Pada awal proses pola pertumbuhan mikroba tidak menunjukan adanya fase adaptasi, tetapi langsung tumbuh dan berkembang dengan laju bertumbuhan konstan. Pada awal pertumbuhannya bakteri tumbuh dengan kecepatan relatif konstan sampai pada hari ke-5. Pada fase ini sel 25

40 bakteri dapat tumbuh dan berkembang dengan baik karena kebutuhan nutrisi untuk pertumbuhannya terutama senyawa organik sebagai sumber karbon dan nutrien tersedia dan dapat diperoleh dengan mudah. Dengan demikian pada fase ini mikroorganisme akan terus tumbuh dan berkembang (fase ini dinamakan fase logaritmik/fase pertumbuhan eksponensial). Sampai hari ke-4, pertumbuhan biomassa berjalan dan mencapai puncak pertumbuhan pada hari ke-4 dimana biomassa pada hari ke-5 mencapai hasil tertinggi yaitu dengan nilai MLSS mg/l dan MLVSS mg/l. Selama tahap aklimatisasi terjadi perubahan warna suspensi dari hitam menjadi kecoklatan serta terjadi peningkatan biomassa dan penurunan COD, hal ini menunjukan adanya aktivitas mikroorganisme pada lumpur aktif, yang mampu memperbanyak diri dengan memanfaatkan nutrisi yang terdapat pada limbah. Lama tahap aklimatisasi dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya adalah kondisi mikroba dalam lumpur aktif yang digunakan, ph, temperatur dan nutrisi. C. START UP REAKTOR Proses start up dilakukan dengan memberikan aerasi pada lumpur yang telah dimasukan kedalam reaktor dan dialirkan limbah secara kontinyu dengan laju air influen rata-rata 5 liter/hari. Konsentrasi lumpur aktif yang diambi dimasukan antara % dari total volume reaktor. proses ini dilakukan hingga lumpur aktif siap digunakan, ditandai dengan kemampuan menurunkan beban COD yang mulai konstan. Keberhasilan start up juga ditentukan oleh profil laju pembebanan COD. Terdapat dua profil pembebanan COD yang penting, yaitu profil efisiensi maksimum dan profil beban maksimum. Pada profil efisiensi maksimum pembebanan dimulai dengan beban COD yang rendah dengan waktu tinggal hidrolik yang lama kemudian beban ditingkatkan tahap demi tahap ketika tingkat efisiensi penurunan COD maksimum. Pada laju pembebanan maksimum, sejak awal bioreaktor dibebani dengan COD yang tinggi dan waktu tinggal hidrolik yang tepat (Heijne et al., 1989). 26