BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Biofilter Biofilter adalah reaktor biologis dengan bangun tetap (fixed bed film) dimana mikroorganisme tumbuh dan berkembang menempel pada permukaan media yang kaku misalnya plastik atau batu. Sebagai efektivitas proses biofilter sangat dipengaruhi oleh jenis serta bentuk media yang digunakan sebagai upaya dalam menyediakan area permukaan tempat bakteri atau mikroorganisme berkembangbiak mengingat peranan bakteri dalam media biofilter sangat penting. Proses biofilter mempunyai beberapa kemampuan antara lain yakni merubah ammonia menjadi nitrit dan akhirnya menjadi gas nitrogen, menghilangkan polutan organik (BOD, COD), menambah oksigen (untuk proses aerobik), menghilangkan kelebihan nitrogen dan gas insert lainnya, menghilangkan kekeruhan dan menjernihkan air, serta dapat menghilangkan bermacam-macam senyawa organik (Said and Rulasih, 2005). Penggunaan biofilter sangat efektif sebagai pengelolaan limbah dengan kadar BOD5 dan COD dengan rasio diatas 0,5 (Metcalf and Eddy, 2003) Biofilter Up Flow Menurut Said dan wahjono (1999), proses pengolahan air limbah dengan biofilter up flow ini terdiri dari bak pengendapan pertama sebagai penampungan dari sludge, kemudian luapan (over flow) pada bak kedua di alirkan pada bak filtrasi dengan aliran dari bawah ke atas. Bak filtrasi diisi dengan media krikil atau batu pecah, plastik atau media lain. Penguraian zat organik yang ada dalam air limbah dilakukan oleh bakteri anaerobik atau facultatif aerobik. Kriteria 7

2 8 perencanaan biofilter up flow harus memenuhi beberapa persyaratan ataralain: (1) Bak biofilter terdiri dari 1 ruang atau lebih, (2) Media filter terdiri dari kerikil atau batu pecah atau bahan pelastik dengan ukuran diameter rata-rata mm, dan ratio volume rongga 0,45. (3) Tinggi filter (lapisan krikil) 0,9-25 meter. (4) Beban hidrolik filter maksimum 3,4/m 2 /hari. (5) Waktu tinggal dalam filter 6-9 jam (didasarkan pada volume rongga filter) Keunggulan Biofilter Up Flow Biofilter up flow memiliki 2 keunggulan dalam proses pengolahan air buangan yaitu: (1) Adanya air limbah yang melalui media kerikil pada media biofilter lama kelamaan mengakibatkan timbulnya lapisan lendir yang menyelimuti kerikil atau yang disebut juga biological film. Air limbah yang masih mengandung zat organik bila melalui lapisan lendir ini akan mengalami proses penguraian secara biologis. Makin luas kontaknya maka efisiensi penurunan konsentrasi zat organiknya (BOD5) makin besar. Selain menghilangkan BOD5 cara ini juga dapat mengurangi konsentrasi padatan tersuspensi solid (SS), konsentrasi nitrogen, dan pospor. (2) Sistem biofilter up flow ini sangat sederhana, operasinya mudah dan tanpa memakai bahan kimia serta membutuhkan energi. Proses ini cocok digunakan utuk mengolah limbah yang tidak terlalu besar (Said and wahjono, 1999). 2.2 Pengertian Limbah Cair Limbah cair adalah limbah dalam wujud cair yang dihasilkan dalam kegiatan industri atau kegiatan usaha lainnya yang dibuang ke lingkungan dan diduga dapat menurunkan kualitas lingkungan (Sugito, 2017).

3 9 Karakteristik fisik air limbah di tentukan oleh polutan yang masuk kedalam air limbah dan memberikan perubahan fisik pada air limbah tersebut. Karakteristik tersebut adalah suhu, kekeruhan, Warna dan bau yang disebabkan oleh adanya bahan tersuspensi dan terlarut didalamnya. Penentuan derajat kekotoran air limbah sangat di pengaruhi oleh adanya sifat fisik yang mudah terlihat. Adapun sifat fisik yang penting adalah kandungan zat padat sebagai efek estetika dan kejenihan serta bau warna dan juga temperatur. (Suyasa 2015) Warna air limbah umumnya berwarna abu-abu (grey water) atau berwarna hitam (black water). Warna abu-abu air limbah berasal dari campuran berbagai residu bahan organik dan anorganik yang menghasilkan perubahan warna pada air. Jika air limbah berwarna abu-abu (grey water) tercampur dengan sampah bahan makanan, urin, dan feses akan menghasilkan air limbah berwarna hitam (black water). Bau dari air limbah bervariasi sesuai dengan komposisinya. Bau air limbah abu-abu (grey water) umumnya berbau tengik, bau air limbah hitam (black water) berbau busuk dikarenakan adanya proses dekomposi dari urin dan feses dalam air limbah, sedangkan bau dari air limbah industri memiliki bau spesifik yang berbeda dari air limbah lainnya. Air limbah lebih keruh dari air biasa. Kekeruhan air limbah dipengaruhi oleh padatan yang terlarut maupun padatan yang tersuspensi dalam air limbah. Air limbah abu-abu (grey water) umumnya memiliki tingkat kekeruhan yang lebih rendah dibandingkan dengan air limbah hitam (black water) dan air limbah industri (Sperling, 2007). Karakteristik Kimia dari air limbah mengadung berbagai macam bahan organik dan anorganik, kandungan bahan-bahan tersebut mempengaruhi kualitas parameter kimia dalam air limbah yang mencakup ph, BOD5, COD, serta penentuan tingkat kandungan bahan kimia yang berbahaya seperti fosfor,

4 10 nitrogen, dan klorida. Karakteristik Biologi dari air limbah umumnya mengandung berbagai jenis organisme yang tumbuh akibat adanya kandungan bahan organik dalam limbah sebagai bahan makanan. Jenis organisme yang umum ada di dalam air limbah yaitu bakteri, jamur, virus, maupun organisme air sejenis (Sperling, 2007) Jenis Limbah Cair Jenis limbah cair dapat berasal dari sumber cemaran air yang dapat di bagi menjadi dua yaitu (1) Sumber tertentu (point souuc) yang di bagi kembali menjadi dua jenis, limbah domestik dan limbah industri. (2) Sumber tak tertentu (non point source) terdiri dari limbah limpasan daerah pertanian dan limpasan daerah perkotaan (Suyasa, 2015) Limbah Industri Air limbah industri merupakan air limbah dari berbagai kegiatan industri yang mencakup proses produksi hingga proses penunjang kegiatan industri (Spellman, 2008). Air limbah industri digolongkan menjadi dua jenis yaitu air limbah organik industri dan air limbah anorganik industri Air limbah organik industri Air limbah organik industri merupakan air limbah dengan kandungan bahan-bahan residu berupa senyawa organik yang berasal dari proses produksi industri yang membutuhkan penggunaan bahan kimia organik sebagai pereaksi. Proses tersebut menghasilkan air limbah yang memiliki kualitas yang buruk dengan kisaran COD mg/l sehingga memerlukan metode

5 11 pengolahan yang efektif untuk mengolah limbah tersebut sebelum dibuang ke perairan (Hanchang, 2009) Air limbah anorganik industri Air Limbah anorganik industri merupakan air limbah yang mengandung residu berupa senyawa anorganik yang berasal dari proses produksi. Air limbah anorganik tersebut umumnya dihasilkan oleh industri logam dan industri mineral bukan logam. Air limbah yang dihasilkan industri tersebut banyak mengandung padatan terutama padatan tersuspensi. Selain padatan, air limbah tersebut juga mengandung polutan sianida, asam, dan flourida. Polutan sianida dan asam yang berasal dari proses pembakaran logam dan proses pendinginan logam, sedangkan flourida dihasilkan pada proses pemurnian logam khususnya aluminium. Oleh karena itu, air limbah anorganik memerlukan pengolahan sebelum dibuang dikarenakan sifatnya yang berbahaya dan toksik (Hanchang, 2009) Limbah Domestik Berdasarkan bahan-bahan residu yang terkandung dalam air limbah, air limbah domestik dibagi menjadi dua yaitu air limbah domestik abu-abu (grey water) dan air limbah domestik hitam (black water) (Stevens. 2008) Air Limbah Domestik Abu-abu (Grey Water) Grey water merupakan air limbah yang berasal dari aktivitas Mandi, Laundry, penducian alat-alat, pencucian bahan makanan. Grey water mengandung berbagai bahan residu yang memiliki risiko bahaya bagi kesehatan dan lingkungan. Kandungan bahan-bahan dalam grey water berupa minyak dan

6 12 lemak, sodium, fosfor, nitrogen, garam, serta senyawa kimia yang terdapat pada deterjen, sabun, dan bahan pembersih rumah tangga lainnya. Selain bahan-bahan tersebut, grey water juga mengandung organisme penyebab penyakit seperti bakteri, protozoa, dan virus. Grey water dapat dimanfaatkan untuk penyiraman tanaman, namun jika penggunaan grey water dilakukan terus menerus akan menyebakan kelebihan bahan organik pada tanah yang berdampak pada kejenuhan bahan organik dalam tanah sehingga tanah sulit untuk ditumbuhi tanaman. Selain itu, grey water berlebih dalam tanah berisiko merusak kualitas tanah dan berisiko mencemari air tanah (Stevens. 2008) Air Limbah Domestik Hitam (Black Water) Kualitas black water ditentukan dari proporsi penyusun black water. Urin dan feses pada umumnya merupakan hasil buangan yang mengandung residu bahan kimia dan bahan toksik lainnya yang tidak diperlukan tubuh. Residu tersebut berasal dari konsumsi zat kimia dalam berbagai jenis seperti obat maupun jenis suplemen lainnya. Semakin banyak residu yang dihasilkan tubuh dan dibuang dalam bentuk urin dan feses maka semakin berbahaya black water yang dihasilkan (Tjandraatmadja and Diaper, 2006). Black water juga mengandung organisme penyebab penyakit, hormone, serta residu bahan kimia yang diekskresikan tubuh (Graaff et al, 2010) Baku Mutu Limbah Domestik Berdasarkan Peraturan Gubernur Bali nomor 16 tahun 2016 tentang baku mutu air limbah domestik, ditetapkan parameter dan baku mutu sebagai berikut :

7 13 Tabel 2.1 Baku Mutu Air Limbah Domestik Parameter Satuan Kadar DO Mg/l 6 (Baku mutu kelas I) TSS Mg/l 100 Ph Sumber: Peraturan Gubernur Bali nomor 16 tahun DO (Disolved Oksygen) Oksigen terlarut merupaka terlarutnya kandungan oksigen dalam di perairan yang bervariasi, kebutuhan oksigen sangat berhubungan dengan suhu, kadar logam berat yang dapat mempengaruhi sitem respirasi organisme sehingga menyebabkan kadar oksigen rendah (Suyasa, 2015). Oksigen merupakan salah satu unsur kimia yang sangat penting dalam menunjang kehidupan berbagai organisme. Oksigen dimanfaatkan oleh organisme perairan untuk proses respirasi dan menguraikan zat organik menjadi zat an-organik oleh mikro organisme. Oksigen terlarut dalam air berasal dari difusi udara dan hasil fotosintesis organisme berklorofil yang hidup dalam suatu perairan dan dibutuhkan oleh organisme untuk mengoksidasi zat hara yang masuk ke dalam tubuhnya (Nybakken, 1988). Berdasarkan Peraturan Gubernur Bali nomor 16 tahun 2016 tentang baku mutu lingkungan hidup, standar baku mutu DO berdasarkan baku mutu kelas I 6 mg/l

8 TSS (Total Suspended Solids) TSS adalah padatan yang menyebabkan kekeruhan air, tidak terlarut dan tidak dapat mengendap langsung. Padatan ini terdiri dari partikelpartikel yang ukuran maupun beratnya lebih kecil dari sedimen, seperti bahan organik yang terkandung dalam air limbah. Semakin banyak bahan organik yang terurai oleh aktivitas bakteri maka kualitas limbah domestik semakin baik (Romayanto et al, 2006). Berdasarkan Peraturan Gubernur Bali nomor 16 tahun 2016 tentang baku mutu lingkungan hidup, standar baku mutu TSS untuk baku mutu limbah domestik ialah 100 mg/l ph (Power Of Hydrogen) Nilai ph ditentukan oleh nilai Konsentrasi ion hidrogen dalam air, semakin besar konsentrasi ion hydrogen dalam air semakin rendah nilai ph dan perairan semakin bersifat toksik. Sebagian besar biota akuatik sensitive terhadap perubahan ph, dan menyukai ph yang berkisar antara 7,0-8,5. Kondisi ph sangat mempengaruhi kondisi kimiawi unsur atau senyawa dan proses biokimia perairan, misalnya proses nitrifikasi akan terhambat dengan menurunnya ph perairan. Namun demikian, logam berat dalam kondisi ionnya dan meningkatkan tingkat toksisitasnya pada ph yang rendah. Penurunan ph perairan dari ph 6 akan mempengaruhi kelimpahan anekaragaman plankton dan bentos, sementara Ph 5 kebawah akan mempengaruhi penurunan yang signifikan terhadap biomassa zooplankton dan peningkatan filament algae hujau, dan pada Ph 4 sebagian besar tumbuhan hijau akan mati (Suyasa, 2015). Berdasarkan Peraturan Gubernur Bali nomor 16 tahun 2016 tentang baku mutu lingkungan hidup, standar baku mutu ph 6-9.

9 Material IPAL ( Istalasi Pengolahan Air Limbah ) Biofilter Media biofilter yang digunakan secara umum dapat berupa bahan material batu pecah (split), kerikil, batu marmer, batu tembikar, batu vulkanik, Arang dan lainnya. Biasanya untuk media biofilter dari bahan ini, semakin kecil diameternya luas permukaannya semakin besar, sehingga jumlah mikroorganisme yang dapat dibiakkan juga menjadi besar (Kementrian Kesehatan RI, 2011) BatuVulkanik dan Karakteristiknya Letusan eksplosifnya gunung membawa material antara lain berupa lapili dan bom vulkanik yang mengendap di sekitar kawah. Sisa dari letusan tersebut meninggalkan bekas berupa bongkahan batuan dan pasir di sekitar kawah (Nandini, 2012). Bentukan lahan asal vulkanik kaldera Batur tersusun atas batuan vulkanik seperti batuan ignimbrit, basalt, breksi vulkanik dan andesit (Badan Pengelola Gunung Api Batur, 2009). Kelompok batuan ekstrusi atau batu vulkanik terdiri dari semua material yang dikeluarkan ke permukaan bumi baik di daratan ataupun di bawah permukaan laut. Material ini mendingin dengan cepat, ada yang berbentuk padat, debu atau suatu larutan yang kental dan panas yang biasa kita sebut lava. Bentuk dan susunan kimia dari lava mempunyai ciri sendiri (Kementrian Pendidikan dan kebudayaan Republik Indonesia, 2013). Batu vulkanik merupakan jenis batuan yang berasal dari magma atau lava yang mengalami pendinginan dan pengerasan yang membentuk berbagai jenis kristalisasi batuan. Batu vulkanik merupakan jenis batuan yang mengandung silika dalam bentuk siliki dioksida (SiO2) serta mineral lainnya yang terdiri dari

10 16 jenis mineral seperti alumina (Al3O2), senyawa kalsium (CaO), besi (FeO dan Fe2O3), magnesium (MgO) dan jenis senyawa lainnya. (McBirney, 2007). Batu vulkanik selain mudah di dapatkan juga memiliki luas permukaan yang sangat tinggi sehingga sangan efektif sebagai media biofilm,dimana media biofilm berperan sebagai tempat tumbuh kembangnya bakteri. Sehingga limbah yang masuk tidak hanya dapat di endapkan namun dapat juga di degradasi oleh mikroorganisme yang menempati media biofilm. ( Morgan et al, dalam Wardiho and prihandono, 2015) Jenis Jenis Batu Vulkanik dan Karakteristiknya A. Batu Rhyolite Gambar 2.1 Batu Rhyolite Batu Rhyolite Memiliki kandungan kimia seperti : SiO %, Fe,Mg,Ca,K Sedang dengan suhu c setra memiliki kandungan gas yang tinggi dan kekentalan yang tinggi (Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia, 2013) B. Batu Dacite Gambar 2.2 Batu Dacite

11 17 Tekstur batu Dasit (Dacite) kasar namun tersusun atas partikel-partikel halus (Fine-grained) dengan sifat warna terang dengan kandungan mineral pemberi warna yang hampir sama dengan Batu Rhiolik. Kandungan Silikon dioksida dalam Batu Dasit sebesar 69,2 % dan kandungan alumina sebesar 15,2 % (McBirney dan Gill. 2010). C. Batu Andesite Gambar 2.3 Batu Andesite Warna Batu Andesit bervariasi dengan dominasi warna abu-abu dikarenakan mineral pemberi warna dalam Batu Andesit yaitu mineral pemberi warna terang dan mineral pemberi warna gelap berada pada komposisi yang mendekati keseimbangan. Struktur Batu Andesit Halus dengan titik-titik hitam atau putih yang terbentuk karena persebaran mineral-mineral di dalam batu. Kandungan Silika dioksida dalam batu Andesit sebesar 60%, sedangkan kandungan alumina dalam Batu Andesit Sebesar 16% (McBirney, 2007and Gill, 2010). Komposisi kimia batu andesit diantaranya SiO %, Fe, Mg, Ca, K dan Na sedang, dengan suhu c. Dengan tingkat kandungan dan kekentalan yang intermediet. (Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia, 2013)

12 18 D. Batu Basalt Gambar 2.4 Batu Basalt Batu Basalt merupakan jenis batuan yang berasal dari pembekuan lava. Struktur batu basalt halus sehingga sulit mengidentifikasi secara tepat kandungan berbagai jenis kandungan mineral yang ada terutama jenis mineral yang berukuran sangat kecil dengan identifikasi mikroskopik (Gill, 2010). Batu Basalt secara umum berwarna hitam ataupun abu-abu gelap sesuai dengan kandungan mineral yang menyusun batu tersebut. Batu Basalt terutama jenis basalt tinggi alumina mengandung 49,2% silika dioksida dan 17,7% alumina (McBirney, 2007). Komposisi kimia batu basalt diantaranya SiO %, Fe, Mg, Ca tinggi K dan Na rendah, dengan suhu c. Dengan tingkat kandungan dan kekentalan yang rendah. (Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia, 2013) E. Batuan Krikil Gambar 2.5 Batuan Krikil

13 19 Kerikil yang berasal dari hasil letusan gunung berapi atau lahar dingin biasanya masih terkandung inti abu vulkanik. Abu vulkanik merupakan pozzolan alam yang banyak mengandung silika (SiO2) dan alumina (AlO3). Penggunaan pozzolan bertujuan agar kapur bebas (Ca(OH)2) yang tersisa dari reaksi hidrasi semen dan air dapat bereaksi dengan kandungan kimia yang terdapat dalam pozzolan, yaitu silika dan alumina (Barasa,2013) Kerikil telah digunakan dalam biofilter sejak abad ke sembilan belas untuk berbagai penggunaan. Dapat dipakai baik untuk biofilter tercelup ataupun untuk trickling filter. Masih tetap digunakan untuk berbagai keperluan termasuk akuarium, akuakultur dan pengolahan air buangan rumah tangga. Kerikil bersifat inert dan tidak pecah dengan kekuatan mekanikal yang baik, serta bahan tersebut mempunyai sifat kebasahan yang baik. Secara umum diameter celah bebas sebanding dengan ukuran kerikil. Pada umumnya pertumbuhan bakteri terjadi pada bagian luar permukaan media kerikil. Hal ini akan dapat menahan nutrient dan menghambat difusi oksigen kedalam bagian dalam pori media (Kementrian Kesehatan RI, 2011) Material Tambahan Arang Kayu Arang adalah senyawa karbon armof dari bahan yang mengandung karbon atau dari arang yang di perlukan secara khusus. Sebagai adsorben berkarbon dengan bentuk kristal dan berpori, dengan memperluas permukaan arang pada media filter tersebut akan bersifat absorben yang baik. (Sembring and Sinaga, 2003). Menurut Metcalf dan Eddy (1991) Arang kayu dapat mengurangi kadar bahan-bahan organik terlarut yang ada. Pori-pori arang kayu menyerap benda-

14 20 benda partikel, proses ini biasanya digunakan untuk melengkapi proses pengolahan limbah industri secara biologis. Arang kayu sebagai medium pertumbuhan lekat, medium lekat adalah tempat bakteri melekat untuk memakan bahan-bahan organik yang melekat pada arang kayu dan bahan organik yang tidak melekat diuraikan bakteri di dalam limbah. Arang kayu sebagai medium pertumbuhan pernah dilakukan untuk menurunkan zat warna dan deterjen dari limbah industri tekstil menurut Metcalf dan Eddy (1991).