SCIENTIFIC CONFERENCE OF ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY IX

Transkripsi

1 SCIENTIFIC CONFERENCE OF ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY IX Pengaruh Resirkulasi Lindi Terhadap Laju Degradasi Sampah Tpa Kupang, Jabon, Sidoarjo Effect of Leachate Resirculation on Kupang Landfill Solid Waste Degradation Rate Jabon, Sidoarjo Amy Insari Kusuma *, Ellina S. Pandebesie **, Warmadewanthi ** *Mahasiswa Jurusan Teknik Lingkungan ITS, amy_08@enviro.its.ac.id **Dosen Jurusan Teknik Lingkungan ITS, ellina@its.ac.id **Dosen Jurusan Teknik Lingkungan ITS, warma@its.ac.id Abstrak TPA Kupang telah beroperasi selama 10 tahun dan mencapai batas akhir pemanfaatan karena sampah telah melebihi kapasitas TPA yang sebenarnya. Resirkulasi lindi diketahui dapat mempercepat proses laju degradasi sampah sehingga dapat meningkatkan kapasitas tampung sampah di TPA. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh resirkulasi lindi terhadap laju degradasi sampah, kualitas lindi berdasarkan parameter COD, BOD dan produksi gas metan (CH 4 ). Penelitian ini menggunakan 4 buah reaktor yang dioperasikan secara intermittent dengan debit sebesar 480 ml/menit. Lindi yang terbentuk ditampung pada bak penampung, kemudian diresirkulasikan kembali ke dalam reaktor. Variasi yang digunakan adalah variasi penambahan EM4 pada reaktor 2, 3, dan 4 sebesar 1, 2, dan 3 ml/l, sedangkan reaktor 1 sebagai reaktor kontrol. Hasil penelitian menunjukkan bahwa laju degradasi sampah dengan debit 480 ml/menit pada reaktor 4 memiliki nilai terbesar, yaitu 0,0882 hari -1. Pada reaktor 1, 2 dan 3 memberikan nilai sebesar 0,0578; 0,0646; dan 0,05 hari -1. Kualitas lindi berdasarkan penurunan konsentrasi COD pada reaktor 1, 2, 3, dan 4 sebesar 81,25; 82,35; 75,00; dan 91,30%. Penurunan konsentrasi BOD pada reaktor 1, 2, 3, dan 4 sebesar 59,97; 56,11; 72,06; dan 82,04%. Produksi gas metan (CH 4 ) pada reaktor 1, 2, 3, dan 4 sebesar 320, 350, 430, dan 550 ml. Berdasarkan hasil tersebut, diketahui bahwa resirkulasi lindi berpengaruh terhadap laju degradasi sampah di TPA Kupang Kecamatan Jabon, Sidoarjo. Kata kunci: EM4, laju degradasi sampah, resirkulasi lindi Abstract Kupang landfill has been operating for 10 years and reach the ultimate limit for waste utilization because the waste has exceeded the capacity of the actual landfill. Leachate recirculation can accelerate the solid waste degradation rates so that increased the capacity of waste in landfill. The purpose of this research were to determine the effect of leachate recirculation on solid waste degradation rate and quality of leachate based on COD, BOD, ph and methane production (CH 4 ). This research used 4 reactor operated in intermittent with flow rate 480 ml/minute. Leachate stored in the storage tank and then recirculated back into the reactor. Variables of the research were bioactivator EM4 added in reactor 2, 3, and 4 for 1, 2, and 3 ml/l EM4, and reactor 1 as a control reactor. The results showed that the solid waste degradation rate in 480 ml/minute at the reactor 4 has the biggest value, namely 0,0882 day -1. Reactor 1, 2, and 3 give a value of 0,0578; 0,0646; and 0,05 day -1. Leachate quality based on the decrease in COD concentration in reactor 1, 2, 3, and 4 are 81,25; 82,35; 75,00; and 91,30%. The decrease of BOD in reactor 1, 2, 3 and 4 are 320, 350, 430, and 550 ml. Based on these results, leachate recirculation has effect on solid waste degradation rate in Kupang landfill, district of Jabon, Sidoarjo. Keywords: EM4, leachate recirculation, waste degradation rate ISBN XXXX-XXXX 1

2 ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY SCIENTIFIC CONFERENCE IX Pendahuluan Jumlah sampah yang semakin pesat menjadi suatu masalah yang berkembang di dunia akibat meningkatnya kegiatan manusia yang memproduksi sampah. Peningkatan kuantitas sampah tersebut memerlukan perbaikan dan pengembangan dalam manajemen penanganan sampah (Bilgili, et al., 2007). TPA Kupang merupakan TPA dengan sistem open dumping yang berlokasi di Kecamatan Jabon Kabupaten Sidoarjo. TPA ini telah beroperasi selama ± 10 tahun. Kondisi sampah yang ditampung di TPA saat ini telah melebihi kapasitas yang ada. Selain penimbunan sampah, diperlukan pengolahan terhadap lindi yang dihasilkan oleh timbunan sampah tersebut. Konsentrasi dari zat organik dalam lindi akan menurun seiring dengan bertambahnya umur TPA, namun menjadi kurang biodegradabel (dapat terurai) akibat meningkatnya konsentrasi ammonia (Xie, et al., 2012). Resirkulasi lindi merupakan salah satu upaya untuk mempercepat proses degradasi sampah yaitu hari lebih cepat daripada tanpa resirkulasi lindi (Wang, et al., 2006 dan Francois, et al., 2007). Semakin cepat proses degradasi, mengakibatkan penurunan volume timbunan sampah di TPA sehingga dapat meningkatkan kapasitas lahan dan pengelolaan TPA serta dapat meningkatkan produksi gas (Sanphoti, et al., 2006; ). Resirkulasi lindi dilakukan dengan mengembalikan lindi yang dihasilkan sampah TPA yang telah ditampung dalam kolam lindi menuju timbunan sampah. Pengumpulan dan resirkulasi lindi menjadi suatu alternatif pengelolaan yang efisien dalam menurunkan baik kuantitas maupun kandungan pencemar dalam lindi serta memperpendek periode proses metanogenik karena lindi mengandung bahan organik yang tinggi (Priyambada, et al., 2010; Chan, et al., 2002). Metode ini memanfaatkan penguapan sehingga dapat mengurangi volume lindi yang akan keluar (Martono, 1996). Penelitian ini bertujuan untuk menentukan pengaruh resirkulasi lindi dengan variasi debit dan penambahan EM4 terhadap laju degradasi sampah, kualitas lindi, dan produksi gas jika dilakukan di TPA Kupang. Penelitian ini diharapkan dapat menjadi salah satu alternatif efektif pengolahan sampah di TPA khususnya TPA Kupang Kecamatan Jabon Kabupaten Sidoarjo. 2. Metode Penelitian Pada penelitian ini, terdapat 4 buah reaktor sampah anaerobik yang akan digunakan. Variasi yang digunakan pada setiap reaktor adalah variasi penambahan bioaktivator EM4 pada resirkulasi lindi sebesar 1, 2, dan 3 ml/l. Parameter yang digunakan pada penelitian ini meliputi bahan organik COD, BOD lindi, gas metan (CH 4 ), dan ph lindi. Untuk mengetahui karakteristik sampah, dilakukan penelitian pendahuluan proximate analysis dan ultimate analysis. Sampah dan lindi yang akan digunakan dalam penelitian ini berasal dari TPA Kupang, Kecamatan Jabon, Kabupaten Sidoarjo. Sampel sampah yang akan dimasukkan dalam reaktor sebanyak 45 kg. Pada bagian bawah reaktor diberi lapisan drainase berupa pasir dan kerikil setinggi 10 cm dan lapisan penutup berupa kompos. Kemudian dilakukan aklimatisasi, yaitu dengan mengalirkan atau meresirkulasikan lindi ke dalam reaktor selama 7 hari berturut-turut. Resirkulasi dilakukan dengan memasukkan lindi ke dalam wadah stok lindi untuk kemudian dialirkan menuju wadah penyeimbang. Wadah penyeimbang berfungsi untuk mempertahankan volume lindi selama pengoperasian agar tekanan yang masuk ke dalam reaktor tetap sama selama 30 menit. Lindi pada bak penampung lindi (outlet) dari hasil resirkulasi akan dikembalikan ke sampah melalui bak penampung lindi (inlet) selama 30 menit. 3. Hasil dan Pembahasan 3.1 Karakteristik kimia Karakteristik kimia yang diuji meliputi Proximate Analysis dan Ultimate Analysis. Proximate Analysis dilakukan untuk mengetahui kadar air (Moisture Content) dan Volatile Solid (VS) sehingga dapat diketahui kandungan air dan bahan organik yang terkandung dalam sampah yang dapat mempengaruhi kualitas lindi yang dihasilkan. Ultimate Analysis dilakukan untuk mengetahui komposisi unsur organik dalam sampah yang meliputi unsur C (Karbon), H 2 ISBN XXXX-XXXX

3 SCIENTIFIC CONFERENCE OF ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY IX (Hidrogen), O (Oksigen), dan N (Nitrogen). Senyawa kimia sampah secara teoritis (empiris) untuk perhitungan produksi gas metan (CH 4 ) diketahui adalah C 143 H 184 O 55 N. 3.2 Pengaruh Resirkulasi Lindi Terhadap Kualitas Lindi dengan Debit 480 ml/menit Pada resirkulasi awal lindi dengan debit 480 ml/menit, konsentrasi COD dan BOD sebelum proses aklimatisasi diketahui sebesar 4150 dan 2450 mg/l. Berdasarkan Tchobanoglous dan Kreith (1993), konsentrasi COD secara tipikal sebesar mg/l. Sedangkan menurut Williams (2005), konsentrasi COD berkisar antara mg/l pada fase acidogenic dan mg/l pada fase metanogenic. Fluktuasi konsentrasi COD lindi dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1. Grafik Konsentrasi COD dan BOD Lindi dengan Debit 480 ml/menit Berdasarkan Gambar 1, kualitas COD dan BOD lindi cenderung mengalami penurunan. Pada hari ke-3 terjadi kenaikan nilai COD dan BOD pada lindi. Peningkatan konsentrasi ini menunjukkan bahwa kondisi sampah telah masuk fase acidogenesis-acetogenesis, dimana terjadi peningkatan nilai bahan organik COD dan BOD akibat larutnya ion logam dan zat organik lemah. Penurunan konsentrasi COD berlangsung pada minggu berikutnya (hari ke-9) dan BOD padahari ke-6. Penurunan konsentrasi tersebut menunjukkan bahwa sampah telah memasuki fase methanogenesis (pembentukan gas metan). Pada fase ini terdapat mikroorganisme yang dapat mengkonversi asam asetik dan gas hidrogen dari fase asam menjadi CH 4 dan CO 2 (Francois, et al., 2007). Nilai COD paling rendah terdapat pada reaktor 4 (R4) dengan penambahan EM4 3 ml/l, yaitu sebesar 1600 mg/l. Penurunan nilai BOD tertinggi juga dialami reaktor 4 (R4) dengan konsentrasi sebesar 863,69 mg/l. Mikroorganisme yang berperan adalah mikroorganisme anaerob (metanogenik), yaitu bakteri mesofilik dan thermofilik. Bakteri mesofilik dapat hidup pada suhu antara o C. Sedangkan bakteri thermofilik hidup pada suhu o C. Penambahan EM4 bertujuan untuk mencukupi mikroorganisme yang dibutuhkan untuk proses degradasi. Peningkatan dan penurunan konsentrasi COD pada reaktor anaerobik bergantung pada aktivitas mikroorganisme di dalamnya (Presscott, et al., 2002).Pada fase methanogenesis terjadi penurunan pada nilai BOD, COD, serta konduktivitasnya. Penambahan EM4 bertujuan untuk mencukupi mikroorganisme yang dibutuhkan untuk proses degradasi serta meningkatkan fermentasi sampah organik dan EM4 mampu hidup secara sinergis dengan mikroorganisme lain (Rizaldi, 2008; Hanifah, et al., 2001). ISBN XXXX-XXXX 3

4 ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY SCIENTIFIC CONFERENCE IX Selain paramerer COD dan BOD, dilakukan pengamatan terhadap nilai ph. Parameter ph berpengaruh terhadap proses degradasi sampah secara anaerobik sebagai kondisi lingkungan optimum mikroorganisme. Nilai ph yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 2. Gambar 2. Grafik Nilai ph Lindi dengan Debit 480 ml/menit Berdasarkan Gambar 2, nilai ph pada minggu pertama cenderung rendah berkisar 6-6,69. Penurunan ph pada awal proses degradasi (ph asam) disebabkan adanya aktivitas mikroorganisme dalam menguraikan bahan organik menjadi asam organik dan terjadinya aktivitas bakteri yang menghasilkan asam pada sampah pada fase acidogenesis. Penurunan nilai ph berbanding terbalik dengan bahan organik yang semakin tinggi (Tchobanoglous, et al., 1993; Williams, 2005). Pada fase ini terjadi peningkatan volume CO 2 dan adanya asam organik (Williams, 2005). Nilai ph naik pada minggu berikutnya dari ph asam menjadi ph netral sampai dengan akhir penelitian. Hal ini menunjukkan bahwa resirkulasi lindi dapat menjaga stabilitas ph optimum dalam reaktor anaerobik. Peningkatan ph secara perlahan disebabkan hasil dekomposisi bahan organik seperti asam organik dikonversikan sebagai methan dan CO 2 (Pholpraset, 1989). Peningkatan nilai ph menunjukkan bahwa nilai bahan organik (COD dan BOD) mengalami penurunan. Hal tersebut menandai bahwa sampah telah memasuki fase metanogenesis (fase pembentukan gas metan). 3.3 Laju Degradasi dengan Persamaan Kinetik Laju degradasi sampah diketahui dengan perhitungan persamaan kinetik. Persamaan yang digunakan adalah persamaan kinetik orde kesatu. Parameter yang digunakan adalah nilai COD lindi. Degradasi nilai COD dinyatakan dengan nilai ln (Se/So). Se adalah nilai COD lindi yang dihasilkan berdasarkan waktu dan So adalah nilai awal COD lindi. Persamaan kinetik laju degradasi orde kesatu dapat diketahui dengan melakukan verifikasi antara waktu degradasi dan nilai ln Se/So. Persamaan kinetik nantinya digunakan untuk menentukan nilai konstanta (k) pada suatu persamaan laju degradasi. Nilai degradasi COD menunjukkan laju penurunan atau degradasi konsentrasi COD per satuan waktu (hari -1 ) pada debit 480 ml/menit. Laju degradasi reaksi orde kesatu dapat dilihat pada Gambar 4. Berdasarkan Gambar 4, diketahui bahwa laju degradasi sampah pada tiap reaktor sesuai dengan persamaan kinetik orde kesatu dengan nilai R 2 > 0,9. Nilai tersebut dapat digunakan untuk mengetahui nilai k dan intersept (b) persamaan kinetik laju degradasi orde kesatu. Laju degradasi sampah pada debit 480 ml/menit terbesar adalah reaktor 4 (R4) dengan nilai k 0,0882 hari -1. Reaktor 4 merupakan reaktor dengan variasi penambahan EM4 sebesar 3 ml/l. 4 ISBN XXXX-XXXX

5 SCIENTIFIC CONFERENCE OF ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY IX Gambar 4. Grafik Persamaan Kinetik Laju Degradasi Sampah Orde Kesatu dengan Debit 480 ml/menit 3.4 Produksi Gas Metan Produksi gas metan yang dihasilkan dalam proses dekomposisi sampah dapat diperkirakan dengan menggunakan persamaan dekomposisi sampah organik secara anaerobik yang menghasilkan gas metan dan karbondioksida (Tchobanoglous, et al., 1993). Produksi gas metan pada resirkulasi lindi dengan variasi debit 480 ml/menit dapat dilihat pada Gambar 5. Gambar 5. Grafik Produksi Gas Metan dengan Debit 480 ml/menit Berdasarkan Gambar 5, dapat dilihat bahwa grafik masih mengalami peningkatan dan belum stabil. Hal ini berarti bahwa masih terjadi proses methanogenesis di dalam reaktor. Produksi gas reaktor 4 (R4) paling besar diantara ketiga reaktor lainnya. Reaktor 4 (R4) dengan penambahan EM4 3 ml/l menghasilkan gas sebesar 550 ml. Reaktor 1, 2, dan 3 secara berturut-turut menghasilkan gas metan sebesar 320, 350, dan 430 ml. Fase acidogenesisacetogenesis terjadi selama kurun waktu 6-7 hari. Pada fase ini gas metan belum terbentuk karena bahan organik masih dalam proses degradasi menjadi molekul yang lebih sederhana (Salminen dan Rintala, 2002). Pada hari ke-4, kondisi sampah mulai memasuki fase metanogenesis. Fase methanogenesis masih berlangsung sampai pada akhir penelitian karena produksi gas masih menunjukkan peningkatan yang cukup tinggi. Nilai yield digunakan untuk mengambarkan besarnya jumlah gas metan yang dihasilkan persatuan bahan organik yang didegradasi. Perhitungan yield pada kondisi anaerobik (Reynolds, et al., 1996) sebagai berikut:...(3.1) Perhitungan yield pada reaktor 1, 2, 3, dan 4 secara berturut-turut sebesar 3,64; 5,47; 4,89; dan 6,88%. Nilai yield yang sangat kecil pada reaktor 1 (R1) sebesar 3,64% disebabkan oleh ISBN XXXX-XXXX 5

6 ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY SCIENTIFIC CONFERENCE IX proses dekomposisi sampah secara anerobik yang belum selesai. Produksi gas tidak mengalami penurunan volume yang tinggi menandakan bahwa fase metanogensesis belum selesai (Vaidya, 2002). 4. Kesimpulan Berdasarkan analisis dan pembahasan, maka kesimpulan penelitian: 1. Resirkulasi lindi dengan debit 480 ml/menit memberikan pengaruh paling besar pada reaktor 8 (R8) sebesar 0,0882 hari -1 dengan penambahan EM4 sebesar 3 ml/l. 2. Penurunan konsentrasi COD terbesar adalah reaktor 4 (R4) dengan penambahan EM4 sebesar 3 ml/l 1600 mg/l. Penurunan konsentrasi BOD terbesar pada reaktor 4 (R4) dengan penambahan EM4 3 ml/l sebesar 863,69 mg/l. Nilai ph lindi berkisar antara 7,5-8,01. Hal ini menunjukkan bahwa nilai ph berada pada kondisi stabil setelah resirkulasi lindi dan penambahan EM4. 3. Pada resirkulasi lindi dengan debit 480 ml, gas metan terbesar yang dihasilkan adalah 550 ml oleh reaktor 4 (R4) dengan penambahan EM4 sebesar 3 ml/l. 5. Daftar Pustaka Bilgili, S.M., Demir, A., dan Ozkaya. (2007). Influence of Leachate Recirculation on Aerobic and Anaerobic Decomposition of Solid Wastes. Journal of Hazardous Materials 143: Chan, G. Y. S., Chub, L. M., dan wong, M. H Effects of Leachate Recirculation on Biogas Production from Landfill Co-Disposal of Municipal Solid Waste, Sewage Sludge and Marine Sediment. Environmental Pollution 118: Hanifah, T. Abu., Jose, Christine., dan Nugroho, T. T Pengolahan Limbah Cair Tapioka dengan Teknologi EM (Effective Microorganisms). Jurnal Natur Indonesia III (2): Francois,V.G. Feuillade, G. Matejka, T. Lagier, dan N. Skhiri. (2007). Leachate Recirculation Effects on Waste Degradation: Study on Columns. Waste Management Journal 27: Martono, D.H Pengendalian Air Kotor (LEACHATE) dari Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Sampah. Analisis Sistem Nomor 5. Polprasert. C, (1989). Organik Waste Recycling. Inc. Indonesia Prescott, L. M., John, P. H., dan Donald, A. K Microbiology Fifth Edition. McGraw- Hill Book Company. New York. Reynolds, T. D., dan Richards, P.A Units Operations and Processes in Environmental Engineering 2 nd Edition. PWA Publishing Co. Rizaldi. R, Pengelolaan Sampah Secara Terpadu di Perumahan Dayu Permai Yogyakarta. Teknik Lingkungan FTSP UII. Yogyakarta Salminen, E., dan Rintala, J Anaerobic Digestion of Organic Solid Poultry Slaughterhouse Waste - a Review. Bioresource Technology 83: Sanphoti, N. S., Towprayoona, P. Chaiprasert dan Nopharatana, A. (2006). The Effects of Leachate Recirculation with Supplemental Water Addition on Methane Production and Waste Decomposition and a Simulated Tropical Landfill. Journal of Environmental Management 81: Tchobanoglous, G., dan Kreith, Frank Handbook of Solid Waste Management Second Edition. McGraw-Hill International Edition. United States of America: McGraw-Hill, Inc. Tchobanoglous, G., Theissen, H., Vigil, S. (1993). Integrated Solid Waste Management. McGraw- Hill International Edition. Singapore: McGraw-Hill, Inc. Vaidya, R.D. (2002). Solid Waste Degradation, Compaction and Water Holding Capacity. Thesis - Faculty of the Virginia Polytechnic Institute and State University.Virginia. Wang, Q., Yasushi M., Dong, L., Huang, Q., Hirano, F. dan Tanaka, A Research on Leachate Recirculation from Different Types of Landfills. Waste Management 26: Williams, P.T. (2005). Waste Treatment and Disposal. England: John Wiley & Sons, Ltd. Xie, Bing., Xiong, Shunzi., Liang, Shaobo., Hu, Chong., Zhang, Xiaojun., dan Lu, Jun Performance and Bacterial Compositions of Aged Refuse Reactors Treating Mature Landfill Leachate. Bioresource Technology 103: ISBN XXXX-XXXX