BAB 12 UJI COBA PENGOLAHAN AIR LIMBAH DOMESTIK INDIVIDUAL DENGAN PROSES BIOFILTER ANAEROBIK 286
12.1 PENDAHULUAN 12.1.1 Permasalahan Masalah pencemaran lingkungan di kota besar misalnya di Jakarta, telah menunjukkan gejala yang cukup serius, khususnya masalah pencemaran air. Penyebab dari pencemaran tadi tidak hanya berasal dari limbah industri, tetapi juga yang tidak kalah memegang andil baik secara sengaja atau tidak sengaja adalah masyarakat kota itu sediri, yakni akibat air buangan rumah tangga yang jumlahnya makin hari makin besar yang sejalan dengan perkembangan penduduk. Ditambah lagi dengan kurang baiknya sistem sanitasi lingkungan yang ada, menyebabkan proses pencemaran air sungai maupun pencemaran air tanah dangkal bertambah cepat. Hasil pemantauan yang dilakukan oleh BPLHD DKI Jakarta terhadap kualitas air tanah dangkal di wilayah Jakarta, diketahui bahwa sebagian besar contoh yang diperiksa telah tercemar oleh zat -zat kimia antara lain zat organik, amonia, dan sebagian telah tercemar oleh bakteri E. Coli yang berasal dari buangan tinja. Dari hasil pemantauan tersebut dapat diketahui bahwa sebagian besar air tanah dangkal di Jakarta telah mengalami pencemaran. Adanya amonia dan bakteri coli dalam air tanah dangkal dengan konsentasi yang cukup tinggi, menunjukkan gejala adanya pencemaran oleh buangan rumah tangga (tinja). Hal ini adalah akibat langsung dari buruknya sistem sanitasi yang ada. Sebagai contoh misalnya, sistem tangki septik yang umum digunakan oleh masyarakat adalah tangki septik dengan sistem resapan yang bahkan sering kurang memenuhi syarat teknis. Dengan semakin sempitnya lahan maka sistem resapan ini tidak layak lagi digunakan, sehingga air limbah yang meresap ke dalam tanah masih mengandung 287
konsentrasi polutan yang tinggi. Pencemaran bakteriologis terhadap terhadap air tanah dangkal secara potensial juga dapat disebabkan oleh pebuangan tinja sistem kakus cubluk. Hal ini dapat terjadi karena umumnya masyarakat kurang memahami cara merancang tangki septik yang memenuhi syarat teknis yang baik, sehingga masyarakat membuat tangki septik seadanya dan dibuat asal tidak cepat penuh tanpa memperhatikan syarat teknis yang baik. Lebihlebih lagi untuk daerah yang muka air tanahnya tinggi, sering masalah tangki septik ini menjadi persoalan yang cukup rumit. Bab ini membahas hasil uji coba alat pengolah air limbah domestik individual dengan proses biofilter anaerobik yang cocok digunakan untuk daerah yang berpenduduk padat atau untuk daerah yang muka air tanahnya cukup tinggi misalnya daerah pantai atau rawa. 12.1.2 Sistem Biofilter Anaerobik "Up Flow" Prinsip kerja tangki septik dengan filter "up flow" ini pada dasarnya sama dengan tangki septik biasa, yakni terdiri dari bak pengendap, ditambah dengan suatu filter yang diisi dengan batu kerikil atau batu pecah. Penguraian zat zat organik yang ada dalam air limbah atau tinja dilakukan oleh bakteri anaerobik. Bak pengendap terdiri atas 2 ruangan, yang pertama berfungsi sebagai bak pengendap pertama, sludge digestion (pengurai lumpur) dan penampung lumpur sedangkan ruang kedua berfungsi sebagai pengendap kedua dan penampung lumpur yang tidak terendapkan di bak pertama, dan air luapan dari bak pengendap dialirkan ke media filter dengan arah aliran dari atas ke bawah. Setelah beberapa hari operasi, pada permukaan media filter akan tumbuh lapisan film mikro-organisme. Mikroorganisme inilah yang akan menguraikan zat-zat organik 288
yang belum sempat terurai di tangki septik (bak pengendap). Air luapan dari filter dapat dibuang langsung ke sungai atau diresapkan kedalam tanah. Skema tangki septik dengan filter up flow seperti terlihat pada Gambar 12.1. Gambar 12.1 : Skema IPAL Individual Biofilter Anaerobik Up Flow. Biofilter Anaerobik "Up Flow" ini mempunyai 2 fungsi yang menguntungkan dalam proses pengolahan air buangan rumah tangga secara individual yakni : Pertama : Adanya air buangan yang melalui media kerikil yang terdapat pada filter lama kelamaan mengakibatkan timbulnya lapisan lendir yang menyelimuti kerikil atau yang disebut juga biological film. Air buangan yang masih mengandung zat organik yang belum teruraikan pada tangki setik bila melalui lapisan lendir ini akan mengalami proses penguraian secara biologis. Efisiensi filter tergantung dari luas kontak antara air limbah dengan mikro-organisme yang menempel 289
pada permukaan media filter tersebut. Makin luas bidang kontaknya maka efisiensi penurunan konsentrasi zat organiknya (BOD) makin besar. Selain menghilangkan atau mengurangi konsentrasi BOD cara ini dapat juga mengurangi konsentarasi padatan tersuspensi atau suspended solids (SS) dan konsentrasi total nitrogen dan posphor. Kedua : Bak filter juga berfungsi sebagai media penyaring bagi buangan yang melalui media ini. Sebagai akibatnya, air buangan yang mengandung suspended solid dan bakteri E. coli setelah melalui filter ini akan berkurang konsentrasinya. Efisiensi penyaringan akan sangat besar karena dengan adanya filter up flow yakni penyaringan dengan sistem aliran ke atas akan mengurangi kecepatan partikel yang terdapat pada air buangan dan partikel yang tidak terbawa aliran ke atas akan mengendapkan di dasar bak filter. Sistem tangki septik dengan filter up flow ini juga cocok digunakan untuk daerah-daerah yang muka air tanahnya tinggi, misalnya untuk daerah pantai atau rawa. 12.2 KRITERIA PERENCANAAN 12.2.1 Kriteria Perencanaan Bak Pengendap Perencanaan pembangunan bak pengendap harus memenuhi persyaratan tertentu antara lain : Bahan banguan harus kuat terhadap tekanan atau gaya berat yang mungkin timbul dan harus tahan terhadap asam serta harus kedap air. Jumlah ruangan disarankan minimal 2 (dua) buah. Waktu tinggal (residence time) 1 s/d 3 hari. 290
Bentuk tangki empat persegi panjang dengan perbandingan panjang dan lebar 2 s/d 3 :1. Lebar Bak minimal 0,75 meter dan panjang bak minimal 1,5 meter. Kedalaman air efektif antara 1-2 meter, tinggi ruang bebas air 0,2-0,4 meter dan tinggi ruang untuk penyimpanan lumpur 1/3 dari kedalaman air efektif (laju produksi lumpur sekitar 0,03-0,04 M 3 /orang/tahun). Dasar bak dapat dibuat horizontal atau dengan kemiringan tertentu untuk memudahkan pengurasan lumpur. Pengurasan lumpur minimal dilakukan setiap 2-3 tahun. 12.2.2 Kriteria Perencanaan Biofilter Anaerobik "Up Flow" Untuk merencanakan filter "Up Flow" harus memenuhi beberapa persyaratan yakni : Bak filter terdiri 1 (satu) ruangan atau lebih. Media filter terdiri dari kerikil atau batu pecah dengan ukuran diameter rata-rata 20-25 mm dan ratio volume rongga 0,45. Tinggi filter (lapisan kerikil) 0,9-1,2 meter. Beban hidrolik filter maksimum 3,4 m 3 /m 2 /hari. Waktu tinggal dalam filter 6-9 jam (didasarkan pada volume rongga filter). 12.3 PERCOBAAN 12.3.1 Tujuan Dan Metoda Penelitian Tujuan studi yakni melakukan uji coba pengolahan air limbah rumah tangga secara individual (on site treatment) dengan menggunakan proses biofilter anaerobik. Penelitian pengolahan air limbah rumah tangga secara 291
individual ini dilaksanakan dengan cara membuat proto-tipe biofilter anaerobik, sedangkan air limbah rumah tangga yang diolah yakni air limbah berasal dari : toilet (tinja, air kencing dan air bilasan), buangan air dari dapur dan kamar mandi. Percobaan dilakukan untuk mengetahui pengaruh volume biofilter terhadap efisiensi pengolahan dengan cara menganalisa air limbah sebelum dan sesudah diolah. 12.3.2 Lokasi Percobaan Lokasi percobaan terletak di desa Semplak, Bogor, di halaman rumah salah seorang penduduk. Air limbah yang diolah yakni air limbah rumah tangga yang berasal dari toilet (kakus), kamar mandi dan air bekas cucian baju dan cucian dapur. Debit air limbah yang diolah sekitar 1-1,5 M 3 per hari atau melayani 8-10 orang. Alat pengolah air limbah yang digunakan yakni biofilter anaerobik "Up Flow ", terdiri dari bak pengendap atau bak pengurai dan biofilter yang diisi dengan kerikil atau batu pecah. 12.3.3 Spesifikasi IPAL 12.3.3.1 Spesifikasi Bak Pengendap Spesifikasi Alat adalah sebagai berikut : Jumlah Ruang Bak Pengendap = 2 buah. Volume Efektif Bak Pengendap = 3,2 M3. Volume Efektif Ruang I = 2 M3 (60 %) Volume Efektif Runag II = 1,2 M3 (40 %) Kedalaman Air = 1,35 M Waktu Tinggal (total) = 2-3 hari 292
12.3.3.2 Spesifikasi Biofilter Anaerobik "Up Flow" Jumlah filter 4 buah yakni 1 (satu) buah filter dengan volume kerikil 0,63 M3 dan 3 (tiga) buah filter dengan volume kerikil masing-masing 0,114 M3, yang dipasang seri. Ukuran kerikil 2-3 cm, atau ratio volume rongga sekitar 0,45. Gambar penampang IPAL domestik individual dengan proses biofilter anaerobik "Up Flow" yang digunakan untuk percobaan adalah seperti pada Gambar 12.2 dan Gambar 12.3. Unit : sentimeter Gambar 2 : Penampang IPAL Individual Biofilter Anaerobik "Up Flow" Yang Digunakan Untuk Percobaan. 293
unit : cm Gambar 3: IPAL Individual Biofilter Anaerobik "Up Flow", Tampak Atas. 12.3.4 Proses Pengolahan Air limbah dari toilet (tinja dan air pembilas), kamar mandi dan air bekas cucian dialirkan ke bak pengendap (bak pengurai). Di dalam bak pengedap atau bak pengurai ini kotoran padat (suspended organic) akan terurai secara anaerob menjadi bentuk yang larut dalam air dan yang tak terurai akan menjadi lumpur yang akan mengendap di dasar bak pengendap. Air limpasan dari bak pengendap atau bak pengurai pertama dialirkan ke bak pengendap atau bak pengurai ke dua, kemudian dari bak pengendap ke dua air limbah dialirkan ke biofilter anaerobik yang berisi batu kerikil dengan aliran dari bawah ke atas (Up Flow). Selanjutnya air limpasan dari biofilter dibuang ke sungai atau saluran umum. Setelah 1-2 minggu operasi, pada permukaan media filter tumbuh lapisan film mikro-organisme. Mikroorganisme inilah yang akan menguraikan zat organik yang belum sempat terurai di bak pengendap. Dengan adanya biofilter anaerobik ini efisiensi pengolahan menjadi bertambah besar. 294
Beberapa parameter air limbah dan air olahan yang diperiksa yakni BOD, COD, Suspended Solid (SS), Total Nitrogen (T-N), Detergent (MBAS) dan Total Coli. Pengambilan contoh air hasil olahan, dilakukan dengan mengambil air limpasan masing-masing filter secara sesaat. Hal ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh volume filter (kerikil) terhadap efisiensi pengolahan. 12.4 HASIL PERCOBAAN Setelah proses pengolahan berjalan selama 2 minggu, tumbuh lapisan mikro-organisme yang menempel pada permukaan media filter (kerikil). Dan setelah proses pengolahan berjalan selama satu bulan pada media filter tersebut berkembang biak pula cacing- cacing kecil dan mikro-orgnisme air lainnya. Dengan adanya lapisan film biologi (microbial film), cacing dan mikro-organisme lainnya maka zat organik dalam air limbah yang belum sempat terurai dalam bak pengendap (bak pengurai) dapat terurai lebih lanjut oleh mikroorganisme yang menempel pada permukaan kerikil (media filter). Dari hasil pemeriksaan beberapa contoh air limbah sebelum dan sesudah diolah, proses pengolahan air limbah rumah tangga secara individual dengan menggunakan biofilter anaerobik "Up Flow" ini dapat menurunkan konsentrasi BOD, COD, SS, Total Nitrogen, Detergen (MBAS) dan Total Coli. Hasil percobaan secara lengkap seperti terlihat pada Gambar 12.4 sampai dengan Gambar 12.7. Dari hasil tersebut terlihat bahwa efisiensi pengolahan tergantung dari volume media filter Up Flow, makin besar volume kerikil (volume filter) maka efisiensi pengolahan makin besar. 295
Hasil pengolahan air limbah rumah tangga dengan menggunakan proses biofiter anaerobik "Up Flow" tersebut di atas, dengan debit air limbah 1,0 s/d 1,5 m 3 per hari dan total volume efektif filter (kerikil) 1,062 m 3, didapatkan hasil pengolahan sebagai berikut yakni efisiensi rata-rata penghilangan BOD, COD, Suspended Solid (SS), Total Nitrogen, Methylene Blue Active Substances (MBAS) sebagai parameter yang menunjukkan konsentrasi deterjen dan Total Coli masing-masing 80.9 %, 77,5 %., 86.7 %, 53 %, 54 % dan 82 %. Dari hasil percobaan tersebut dapat dilihat bahwa dengan alat ini dapat menghilangkan atau mengurangi kadar BOD, COD, Suspended Solid (SS) serta Bakteri Coli dengan baik yakni sekitar 80 %. Sedangkan efisiensi penghilangan detergen (MBAS) dan Total Nitrogen hanya sekitar 53 %. 12.5 KESIMPULAN Dari hasil percobaan tersebut di atas dapat disimpulkan bahwa : 1. Pengolahan air limbah rumah tangga secara individual dengan tangki septik yang dilengkapi dengan filter "Up Flow", dapat menghilangkan atau menurunkan kadar BOD, COD, Suspended Solid (SS), Total Nitrgen (T-N), Detergen (MBAS) dan Bakteri Coli. 2. Efisiensi rata-rata penghilangan BOD, COD, SS, dan Bakteri Coli masing-masing 80,9 %, 77,5 %, 8,7 dan 82 %. Sedangkan efisiensi rata-rata penghilangan Total Nitrogen dan deterjen lebih rendah yakni masing-masing 53 % dan 54 %. 296
3. Secara umum, makin besar volume media filter (kerikil), maka efisiensi pengolahan makin besar. 4. Alat ini cocok digunakan untuk daerah yang muka air tanahnya tinggi, karena kualitas air hasil olahannya cukup baik dan bisa langsung dibuang ke sungai atau saluran umum. Di samping itu, alat ini dapat dibuat dalam bentuk paket yang kompak sesuai dengan kondisi lokasi yang ada untuk mempermudah pemasangan alat. 297
Setelah dua minggu Operasi Setelah tiga minggu Operasi Setelah satu bulan Operasi Setelah empat bulan Operasi SS Rata-rata [mg/l] Effisiensi Rata-rata [%] 300 100 KONSENTRASI SS [mg/l] 250 200 150 100 50 80 60 40 20 EFISIENSI RATA-RATA [%] 0 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 V0LUME RATA-RATA [m3] Gambar 12.4 : Konsentrasi SS Dalam Air Limbah Sebelum Dan Sesudah Pengolahan Serta Efisiensi Proses. 298
100 Setelah dua minggu operasi Setelah tiga minggu Operasi Setelah satu bulan Opersi Setelah empat bulan Operasi Total - N Rata-rata [mg/l] Effisiensi Rata-rata [%] 100 TOTAL- NITROGEN [mg/l] 80 60 40 20 80 60 40 20 EFISIENSI RATA-RATA [%] 0 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 VOLUME KERIKIL [m3] Gambar 12.5 : Konsentrasi T-N Dalam Air Limbah Sebelum Dan Sesudah Pengolahan Serta Efisiensi Proses. 299
KONSENTRASI MBAS [mg/l] 20 15 10 5 Setelah dua minggu Operasi Setelah tiga minggu Operasi Setelah satu bulan Operasi Setelah empat bulan Operasi MBAS Rata-rata [mg/l] Effisiensi Rata-rata [%] 100 80 60 40 20 EFISIENSI RATA-RATA [%] 0 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 VOLUME KERIKIL [m3] Gambar 12.6 : Konsentrasi Deterjen (MBAS) Dalam Air Limbah Sebelum Dan Sesudah Pengolahan Serta Efisiensi Proses. 300
2.5 10 4 Setelah tiga minggu Operasi Setelah empat bulan Operasi Setelah satu bulan Operasi E. Coli Rata-rata [MPN/ml] Effisisensi Rata-rata [%] 100 KONSENTRASI E. COLI [MPN/ml] 2 10 4 1.5 10 4 1 10 4 5 10 3 80 60 40 20 EFISIENSI RATA-RATA [%] 0 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 VOLUME KERIKIL [m3] Gambar 12.7: Konsentrasi Bakteri E.Coli Dalam Air Limbah Sebelum Dan Sesudah Pengolahan Serta Efisiensi Proses. 301
Kondisi Air Limbah Di Dalam Bak Pengendap Atau Bak Pengurai Pertama. Media Kerikil Yang Telah Diselimuti Oleh Lapisan Mikro Organisme. 302
Lubang Kontrol Biofilter Anaerobil "Up Flow" Yang Sudah Beroperasi. 303