Effect of Aeration and Natural Light in Capability of High Rate Algae Reactor (HRAR) for Organic Matter Removal of Domestic Urban Wastewater

Transkripsi

1 PENGARUH AERASI DAN PENCAHAYAAN ALAMI PADA KEMAMPUAN HIGH RATE ALGAE REACTOR (HRAR) DALAM PENURUNAN BAHAN ORGANIK LIMBAH DOMESTIK PERKOTAAN Effect of Aeration and Natural Light in Capability of High Rate Algae Reactor (HRAR) for Organic Matter Removal of Domestic Urban Wastewater Oleh Aditya Prana Iswara Dosen Pembimbing Welly Herumurti S.T., M.Sc Sidang Lisan Surabaya, 15 Juli 2011 Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

2 LATAR BELAKANG Munculnya konstituen limbah domestik perkotaan pada Boezem Kandungan COD Boezem Kalidami 78 mg/l O 2-88 mg/l O 2 dan BOD 36 mg/l O 2-42 mg/l O 2 (Laboratorium Teknik Lingkungan, 2010). Ambang batas untuk kualitas air golongan III adalah COD 50 mg/l O 2 dan BOD 6 mg/l O 2 (PP 82 Tahun 2001 Tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air). High Rate Algae Reactor (HRAR) metode sederhana, ekonomis, menurunkan bahan organik (Mihalyfalvy dkk, 1998). Penurunan Bahan Organik Memanfaatkan Simbiosis Alga & Bakteri Produk Samping berupa alga sebagai Biofuel

3 RUMUSAN & TUJUAN RUMUSAN MASALAH Bagaimana kemampuan High Rate Algae Reactor (HRAR) dalam mereduksi zat organik limbah domestik perkotaan? Bagaimana pengaruh aerasi dan pencahayaan siang malam pada performa HRAR? TUJUAN Mengetahui kemampuan High Rate Algae Reactor (HRAR) dalam menurunkan bahan organik limbah domestik perkotaan Mengetahui pengaruh aerasi dan pencahayaan alami pada performa HRAR

4 RUANG LINGKUP Sampel limbah domestik yang dianalisis adalah adalah limbah yang berada pada Boezem Kalidami Parameter yang dianalisis parameter utama berupa COD, PV, TSS dan parameter tambahan berupa DO, temperatur, ph, biomassa (MLSS) klorofil dan intensitas cahaya,. Penelitian dilakukan secara Intermitten pada skala laboratorium di laboratoriun jurusan Teknik Lingkungan ITS Variabel penelitian berupa variabel aerasi dan variabel pencahayaan alami. Variabel aerasi meliputi aerasi penuh (fully aerated) dan aerasi parsial Variabel pencahayaan berupa pencahayaan siang dan malam

5 MANFAAT Acuan pengolahan limbah menggunakan alga Data kondisi optimum dimana alga dapat menurunkan zat organik pada limbah domestik perkotaan

6 AIR LIMBAH DOMESTIK PERKOTAAN Air limbah domestik adalah air yang telah digunakan oleh suatu komunitas dimana mengandung material yang telah tertambahkan selama penggunaan air tersebut (Mara, 2003) Metcalf and Eddy (1991) mendefinisikan air limbah sebagai cairan buangan dari rumah tangga, industri maupun tempattempat umum lainnya yang mengandung bahan-bahan yang dapat membahayakan kehidupan manusia serta mengganggu kelestarian lingkungan Air limbah domestik perkotaan merupakan gabungan berbagai air limbah yang masuk pada saluran.

7 ALGA Organisme akuatik, lebih kecil, strukturnya lebih sederhana (Graham & Wilcox, 2000) Alga menggunakan energi cahaya untuk mensintesa karbon yang bersumber pada karbon dioksida dan senyawa organik sederhana (Mara, 2003) Berfotosintesis (Bosma, 2010), produsen, penyedia oksigen bagi bakteri Respirasi alga pada malam hari dapat menyebabkan persaingan perebutan oksigen dengan bakteri (Supriharyono, 2000)

8 AKTIFITAS MIKROBA Mutu oksigen, akumulasi nitrogen anorganik, ph, alkalinitas, dan mutu CO 2 serta akumulasi residu organik. DO yang dibutuhkan 4-5 mg/l (Boyd, 1990). Simbiosis mutualisme pada pond Aerasi menjaga kadar DO di atas tingkat kritis, menjaga persaingan oksigen.

9 Aplikasi Penggunaan Alga Sebagai Pengolah Limbah High Rate Algae Pond (HRAP) pengolahan air limbah dan nutrien berdasarkan interaksi simbiosis diantara bakteri hetetrotof dan alga yang hidup di pond (El Hamouri dkk., 1992 ; Oswald dan Goluke, 1968 ; McGarry dan Tongkasame, 1971) HRAP biaya pembangunan, perawatan dan operasi lebih murah (Middlebrook dkk, 1979) HRAP mampu mengatasi fluktuasi zat organik pada limbah domestik (Oswald, 1957). HRAP dikembangkan untuk memaksimalkan produksi alga (Oswald, 1957) namun juga memiliki efisiensi removal zat organik yang tinggi.

10 PENURUNAN BAHAN ORGANIK Limbah Penurunan Penurunan Sumber BOD COD Limbah Tekstil - 62,27 % Sang-Lai Lim, et al. Limbah Industri Karet - 93,39 % Nguyen Ngoc Bich, et al Limbah Domestik 91 % - Azof dan Shelef Limbah Domestik 95 % 85 % Banat, et al.

11 METODE PENELITIAN

12 REAKTOR Reaktor K Reaktor A 12 Reaktor A 24 Reaktor K = Reaktor A digunakan sebagai variabel kontrol tanpa perlakuan apa-apa (tanpa aerasi). Reaktor A12 = Reaktor B digunakan untuk variabel aerasi penuh (24 jam) dan pencahayaan siang malam Reaktor A24 = Reaktor C digunakan untuk variabel aerasi sebagian ketika DO turun yaitu ketika malam hari (12 jam) dan pencahayaan siang malam. Dimensi mengacu hasil penelitian pendahuluan, kedalaman 30 cm freeboard 10 cm Bentuk reaktor miriip Oxydation Ditch (Bich, 1999)

13 REAKTOR Aerator Lubang Penguras Skema Reaktor 10 cm Lubang Penguras 30 cm Arah Aliran 30 cm Pengaduk 60 cm Foto Reaktor

14 SEEDING ALGA DAN AKLIMATISASI Seeding Alga Alga kolam jurusan Teknik Lingkungan Pemberian substrat secara kontinu Aklimatisasi Rasio C:N:P Boezem Kalidami 42:18:1 (Anonim, 2010) Penyesuaian rasio C:N:P pada steady state 106:16:1 (Redfield, 1963) Penyesuaian rasio C:N:P pada kondisi asli

15 PELAKSANAAN ANALISIS Intermitten skala laboratorium Dilakukan setelah aklimatisasi. Sampling pada influen dan efluen sesuai td 4, 6, 8 hari (Mara, 2003). Variasi aerasi dan pencahayaan siang malam Analisis parameter utama dan parameter tambahan

16 METODE ANALISIS PARAMETER Closed Reflux Titirimetric Method COD PV Permanganat Value TSS Dried C TSS ph DO Temperatur Biomassa Intensitas cahaya Khlorofil Standard Method (APHA, 2005)

17 PENELITIAN PENDAHULUAN Removal COD (%) Removal (%) Efisiensi Penurunan COD Variasi Konsentrasi Hari Kontrol Lumpur Kontrol Algae R 100 R 200 R 400 R 800 Efisiensi Penurunan COD Variasi Kedalaman Hari Kontrol Alga Kontrol Lumpur R-25 cm R-40 cm R-50 cm R-60 cm

18 PENELITIAN PENDAHULUAN (CON T) Variasi Konsentrasi 100 Variasi Kedalaman Efisiensi (%) efisiensi rata-rata Kontrol Alga Kontrol Lumpur R-25 cm R-40 cm R-50 cm R-60 cm

19 PENENTUAN JUMLAH LIMBAH Hasil Penelitian Pendahuluan Efisiensi tertinggi R-800 mg/l. Garcia (2002) 270 mg/l. perbandingan jumlah limbah ± 25% Secara visual, limbah 25% kondisi alga stabil Ketercukupan makanan Stabilitas alga (Bich, 1999) PENENTUAN KEDALAMAN EFEKTIF Hasil Penelitian Pendahuluan Efisiensi tertinggi variasi kedalaman pada kedalaman 25 cm Intensitas cahaya masih dapat masuk hingga dasar HRAR kedalaman algae pond berkisar cm (Fallowfield, 2010; Graham & Wilcox, 2000; Echelberger, 1964)

20 KONSENTRASI COD HRAR Siang Malam Siang Malam Siang Malam Siang Kontrol 148,54 ± 225,06 92,36 ± 128,82 66,95 ± 61,75 77,52 ± 176,43 312,38 ± 459,63 92,37 ± 51,77 366,67 ± 209,33 A ,23 ± 381,38 97,75 ± 107,06 81,52 ± 58,37 103,13 ± 77,09 282,13 ± 477,87 111,14 ± 61, ± 76 A ,52 ± 117,38 108,58 ± 96,22 66,95 ± 72,12 46,13 ± 51,33 462,54 ± 577,46100,36 ± 118, ± 193,33 Penurunan COD Dekomposisi bahan organik oleh bakteri Kenaikan COD Eksudat pada alga dan bakteri (Larsson, 1979) Lysis (Shilo, 1970) Gangguan mekanisme pond (Beristain, 1990) Kematian bakteri dan alga (Shilo, 1979)

21 EFISIENSI COD Waktu HRAR Kontrol HRAR A 12 HRAR A 24 Malam 28,69% 13,34% 15,77% Siang 37,14% 42,36% 59,52% Total 65,83% 55,70% 75,29% Efisiensi Penurunan COD waktu pengukuran hari 2 Malam hari, HRAR kontrol efisiensi penurunan paling tinggi, HRAR A 12 paling rendah Siang Hari, HRAR Kontrol paling rendah, HRAR A 24 paling tinggi. Efisiensi total (0-2) A 24 paling tinggi

22 ANALISIS MLSS HRAR Siang Malam Siang Malam Siang Malam Siang Kontrol 304,29 ± 283, ± ,83 ± ± ,38 ± 459,63 466,67 ± 322,67 366,67 ± 209,33 A ,86 ± 309,14 237,33 ± 322,67 157, 5 ± 227,5 318,67 ± 629,33 282,13 ± 477,87 542,67 ± 382, ± 76 A ,71 ± 317, ± , 17 ± 159, ± ,54 ± 577,46 589, 33 ± 453, ± 193,33 HRAR aerasi 24 jam cenderung memiliki MLSS paling banyak MLSS pada siang hari cenderung lebih rendah dibandingkan malam hari MLSS semakin turun dikarenakan setiap pencampuran limbah baru, alga dipanen 25% kemudian diisi air limbah

23 ANALISIS KLOROFIL HRAR Malam Siang Kontrol 0,88 ± 1,57 0,96 ± 0,84 A 12 1,06 ± 1,11 1,22 ± 1,17 A 24 1,02 ± 1,32 1,07 ± 1,36 Klorofil optimum 0,53±0,05 Fallowfield (1999) Klorofil pada ketiga HRAR cenderung stabil HRAR A 12 memiliki rata-rata konsentrasi klorofil paling tinggi Klorofil cenderung lebih tinggi siang hari daripada malam hari

24 ANALISIS DO HRAR Malam Siang Kontrol 3,41 ± 2,41 4,50 ± 3,7 A 12 4,33 ± 2,73 4,88 ± 2,22 A 24 4,43 ± 2,23 4,53 ± 3,27 DO Optimum bakteri untuk mendekomposisi bahan organik 3-5 mg/l (Boyd, 1990) DO stabil 3-6 mg/l, HRAR Kontrol cenderung paling rendah DO cenderung lebih tinggi siang daripada malam kec. HRAR A 24 Malam paling tinggi HRAR A 24, Siang Paling tinggi HRAR A 12

25 ANALISIS CO 2 HRAR Malam Siang Kontrol 18,75 ± 34,06 19,8 ± 46,2 A 12 18,17 ± 21,43 18,2 ± 21,4 A 24 21,81 ± 26,59 19,57 ± 28,83 HRAR A 24 cenderung memiliki CO 2 lebih tinggi CO 2 cenderung lebih tinggi pada siang hari

26 ANALISIS PH HRAR Malam Siang Kontrol 7,46 ± 1,7 7,62 ± 2,4 A 12 7,69 ± 1,28 8,04 ± 1,85 A 24 7,68 ± 1,2 7,98 ± 1,5 ph optimum kisaran 6-9 (Buelna, 1990; Fallowfield, 2010; Beristain, 2005) Fotosintesis menaikkan ph di dalam kolam hingga >9,4 (Mara, 2003) ph cenderung lebih tinggi pada siang hari HRAR A 12 memiliki nilai ph paling tinggi siang dan malam HRAR Kontrol memiliki nilai ph paling rendah siang dan malam

27 ANALISIS TEMPERATUR HRAR Malam Siang Kontrol 27,76 ± 1,14 29,27 ± 1,67 A 12 27,76 ± 0,96 29,20 ± 1,5 A 24 29,14 ± 1,14 29,14 ± 1,06 Suhu optimum o Celcius (Lim, 2010) Kontrol terhadap suhu memungkinkan pencegahan terhadap keluarnya enzim berlebih oleh alga (Bosma, 2010) Temperatur HRAR cenderung stabil HRAR A 24 tertinggi ketika malam, HRAR Kontrol tertinggi ketika siang Temperatur cenderung lebih tinggi siang hari

28 PENGUKURAN INTENSITAS CAHAYA Intensitas cahaya selama waktu penelitian adalah berkisar antara ft-candle Intensitas masih berada pada kondisi optimum (Sorokin,1957; Echelbelger, 1964)

29 DISSOLVED OXYGEN (DO) DAN PH Ketika DO naik ph cenderung naik Kondisi lingkungan ditinjau dari ph dan DO cenderung stabil

30 BIOMASSA DAN BAHAN ORGANIK Ketika biomassa naik, jumlah bahan organik cenderung turun Indikasi proses dekomposisi oleh bakteri terjadi pada reaktor MLSS semakin turun, penambahan limbah 25%

31 JUMLAH ALGA DAN BIOMASSA Pola umum, kenaikan alga diikuti oleh kenaikan bakteri (El Hamouri dkk., 1992) Fenomena : Jumlah bakteri naik, alga cenderung turun Jumlah alga relatif stabil, Biomassa berbeda pada tiap reaktor

32 JUMLAH OKSIGEN DAN JUMLAH ALGA Jumlah alga cenderung stabil HRAR Kontrol, klorofil naik-do cenderung naik, HRAR lain tidak ada tren DO tidak berpengaruh terhadap alga

33 JUMLAH OKSIGEN DAN BIOMASSA HRAR A 24, Biomassa terbanyak, kadar DO terendah (siang) DO berpengaruh terhadap bakteri, DO digunakan untuk dekomposisi Aerasi semakin banyak, biomassa semakin tinggi

34 KESIMPULAN HRAR memiliki kemampuan dalam mendekomposisi bahan organik limbah domestik perkotaan mencapai 75,29% pada HRAR dengan aerasi 24 jam Aerasi cenderung berpengaruh terhadap kinerja bakteri dalam mendekomposisi bahan organik daripada produksi alga. Pencahayaan alami berpengaruh terhadap dekomposisi bahan organik, efisiensi lebih baik terjadi pada siang hari dibandingkan malam hari

35 SARAN Perlu dilakukan pengamatan harian supaya diketahui kecenderungan penurunan bahan organik harian, fluktuasi dan tren harian. Perlu digunakan kertas saring jenis GFC sehingga yang tersaring murni dissolved sample tanpa pengotor. Perlu dilakukan uji karakteristik semua parameter pada limbah sebelum digunakan untuk penelitian algae pond agar dapat diketahui fenomena yang terjadi diakibatkan oleh siklus mikroorganisme (faktor internal) atau dari kadar substansi lain yang terkandung dalam limbah (faktor eksternal)

36 Aditya Prana Iswara Environmental Engineering Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya adepran.wordpress.com