BAB 3 METODA PENELITIAN 3.1 Peralatan Yang Digunakan Penelitian dilakukan dengan menggunakan suatu reaktor berskala pilot plant. Reaktor ini mempunyai ukuran panjang 3,4 m, lebar 1,5 m, dan kedalaman air efektif 2,0 m. Total volume reaktor biofilter 10,2 m 3, dibuat dari bahan fiber glass. Reaktor biofilter terdiri dari bak pengendapan awal, bak biofilter yang terdiri dari media sarang tawon dan pengendapan akhir. Bioreaktor ini dilengkapi dengan pipa inlet dan pipa outlet yang terletak pada kedua sisi reaktor. Pada bagian bawah reaktor terdapat ruang lumpur yang berfungsi sebagai tempat pengendapan yang dapat digunakan untuk mengeluarkan lumpur yang mengendap (Gambar 3.1 dan Gambar 3.2). Pengaliran air yang akan diolah dilakukan dengan terus-menerus (continues flow). Proses yang terjadi pada bioreaktor adalah proses aerobik sehingga pemberian oksigen dilakukan dengan cara menggunakan pompa (blower) udara yang diinjeksikan ke dalam reaktor. Media penyangga yang dipergunakan adalah sarang tawon (cross flow) yang terbuat dari plastik. Ukuran modul tiap media adalah 30 x 25 x 30 cm. Media biofilter yang digunakan adalah media dari bahan plastik tipe sarang tawon, dengan ketinggin 1,5 m dan total Volume media 3,375 m 3. Perbandingan volume media terhadap volume efektif reaktor biofilter adalah 0,4. Hal ini mengacu kepada proses pengolahan awal (pretreatment) air minum secara biologis yang telah ada yakni Mishima Water Purification Plant, Osaka, Japan. Proses pengolahannya menggunakan sistem biofilter aerobik dengan media penyangga dari bahan plastik tipe sarang tawon. Rasio volume media terhadap volume efektif reaktor biofilter adalah 0,6. Untuk penelitian ini, rasio volume media terhadap volume efektif reaktor biofilter dirancang lebih kecil yakni 0,4. Hal ini dilakukan agar ruang pengendapan lumpur menjadi lebih besar, mengingat konsentrasi padatan tersuspensi di dalam air baku cukup tinggi terutama pada saat musim hujan. Rangkaian peralatan atau disebut unit biofilter yang digunakan pada penelitian ini terdiri atas beberapa peralatan, seperti bioreaktor, media biofilter, pompa, blower dan alat penunjang seperti rotameter, flowmeter, valve dan perpipaan. 62
Gambar 3.1. Unit Biofilter (tampak atas) Ruang Pengendap Awal Media isian Ruang pengendap akhir Drain Drain Gambar 3.2 : Konstruksi Reaktor Biofiltrasi Yang Digunakan Untuk Penelitian (Potongan Melintang Unit Biofilter). 63
Reaktor Biofilter terdiri atas 3 ruangan, yakni ruang1 (pengendap awal) yang berfungsi untuk mengendapkan padatan-padatan yang ikut masuk bersama air baku, ruang 2 (tempat media isian) dibagian tengah yang diisi media sarang tawon yang berfungsi untuk tempat tumbuh, berkembang biak mikroba pengurai polutan (ruang reaksi penguraian polutan) dan ruang 3 (pengendap akhir) yang berfungsi untuk mengendapkan padatan dan mikroba yang ikut mengalir bersama air olahan. Pada bagian dasar biofilter dipasang pipa-pipa paralon untuk pendistribusian udara yang disuplai dari blower yang ditempatkan dibagian atas biofilter. Pada ruang pengendap akhir dipasang pompa untuk sirkulasi endapan dan cairan ke ruang pengendap awal. Spesifikasi dan fungsi dari masing-masing peralatan dapat dilihat pada Tabel 3.1. 3.2 Proses Pengolahan Skema proses pengaliran air baku kedalam biofilter sampai air olahan keluar secara over flow seperti tertera pada Gambar 3.3. Air baku dari sungai setelah melewati saringan kasar untuk memisahkan sampah dan kotoran kasar dipompa masuk kedalam ruang 1 bioreaktor melalui pipa paralon melewati rotameter. Rotameter berfungsi untuk melihat jumlah (debit) air baku yang mengalir masuk biofilter. Diruang 1 air baku diaerasi dengan udara dari blower, selanjutnya mengalir masuk ruang 2 dengan arah aliran dari bawah keatas dan dari atas kebawah melewati media isian berupa sarang tawon. Arah aliran air dibuat demikian agar persentuhan polutan dengan media bisa berlangsung lama. Selama melewati media isian, polutanpolutan dalam air baku yang jenuh udara akan bersentuhan dengan mikroba-mikroba pengurai polutan yang menempel pada permukaan media isian. Selama persentuhan ini akan terjadi proses degradasi polutan dalam air baku. Dari ruang media isian, air olahan akan mengalir masuk ruang 3 atau ruang pengendap akhir. Disini partikel-partikel padatan halus yang masih tersisa dan mikroba yang mungkin terikut akan diendapkan secara gravitasi untuk selanjutnya dipompa kembali ke ruang 1. Air olahan yang telah jernih kemudian mengalir secara overflow keluar bioreaktor melalui pipa outlet dan flow meter yang dipasang diujung pipa outlet. Waktu tinggal air dalam biofilter diatur dengan memperbesar atau memperkecil jumlah atau debit aliran air yang masuk biofilter, yaitu dengan memutar valve yang dipasang pada pipa inlet sebelum rotameter. Reaktor dan beberapa peralatan penunjang yang 64
digunakan untuk penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.4 sampai dengan Gambar 3.10. Gambar 3.3 : Skema Proses Biofiltrasi Untuk Peningkatan Kualitas Air baku Air Minum.. Gambar 3.4. Biofilter terpasang dan siap beroperasi di intake IPA Taman Kota, Palyja Jakarta. 65
TABEL 3.1 : Peralatan Penelitian dan Spesifikasinya No PERALATAN SPESIFIKASI FUNGSI JUMLAH 1. Bioreaktor Bahan : Fiberglass (FRP), rangka besi Dimensi : (150 x 340 x 200) cm 3 Volume Efektif : 10.2 m 3 Dilengkapi pipa & valve untuk drain Tempat penguraian polutan 1 unit 2. Pompa Tipe : AP 750 Untuk mengalirkan air dari 1 unit umpan Bahan : Stainless Steel sungai masuk biofilter Aksesoris : High and level control, Pressure switch Kapasitas : 400 liter per menit Power : 1,5 KW 3. Blower udara Hiblow 100, 100 watt Suplai udara kedalam biofilter 3 unit Kapasitas : 100 l/menit 4. Pompa sirkulasi HCP 750 watt, cap. 150 l/min Mengembalikan sebagian air olahan dari bak pengendap akhir ke bak pengendap awal 1 unit 5. Media isian Material : PVC sheet Media tumbuh dan 1 unit Ketebalan : 0,15 0,23 mm berkembang biak mikroba Luas Kontak Spsesifik : 150-200 m 2 /m 3 Diameter lubang : 3 cm x 3 cm Warna : Bening Porositas Rongga : 0,98 66
6. Rota meter Membaca aliran air masuk 1 unit biofilter 7. Flow meter Mengetahui debit aliran air 1 unit 8. Valve dan perpipaan Mengatur jumlah air dan saluran air 1 paket 67
Gambar 3.5. Lokasi Intake Air Baku. Pompa air baku Gambar 3.6 : Lokasi Pompa Air Baku. 68
Gambar 3.7 : Rota Meter Dan Valve Aliran. Flow meter Gambar 3.8: Flow Meter Dan Over Flow Air Olahan. 69
Gambar 3.9 : Blower Udara Dan Ruang Aerasi. Gambar 3.10 : Panel Listrik. 70
3.3 Sampling Dan Analisa Sampling air dilakukan setiap hari mulai dari hari Senin sampai hari Jum at, meliputi air baku dan air olahan dilakukan pagi hari, sekitar pukul 08:00. Tetapi, mulai tanggal 23 Februari 2010 sampling air baku dilakukan pada pukul 06:30 dan sampling air olahan pada pukul 08:30. Hal ini dilakukan agar air olahan yang disampling benar-benar mewakili air baku yang disampling pada pukul 06:30, karena biofilter dioperasikan pada waktu tinggal 2 jam. Lokasi sampling adalah pada pipa aliran masuk biofilter untuk air baku dan pada pipa outlet setelah melewati flow meter untuk air olahan. Air sampling dimasukkan kedalam botol sampling yang telah disiapkan, kemudian segera dibawa ke laboratorium untuk dianalisa. Parameter polutan yang dianalisa adalah: derajat keasaman (ph), total suspended solid (TSS), kekeruhan (turbidity), organic matter (OM), warna, deterjen, besi (Fe), mangan (Mn), amonium (NH 4 + ), nitrat (NO 3 - ) dan nitrit (NO 2 - ). Semua analisa parameter tersebut diatas dilakukan di laboratorium PT. PALYJA, Pejompongan. Metoda yang digunakan untuk analisa mengikuti metoda yang digunakan laboratorium PT. PALYJA yakni mengacu kepada SNI. 3.4 Start-Up Biofilter Dan Seeding Mikroba Pengertian start-up disini adalah uji coba biofilter dan peralatan penunjangnya secara keseluruhan, prosesnya adalah sebagai berikut. Setelah bioreaktor dan semua peralatan penunjangnya dipasang, selanjutnya dilakukan start-up dan uji coba untuk melihat apakah semua peralatan yang sudah dipasang dapat berfungsi sebagaimana mestinya. Caranya adalah air baku dialirkan dengan pompa inlet kedalam bioreaktor sampai terisi penuh dan mengalir keluar secara over flow melalui pipa outlet. Setelah bioreaktor penuh, blower udara dan pompa sirkulasi dihidupkan. Selama proses pengujian dilakukan pengamatan : 1. Apakah ada kebocoran pada perpipaan dan tangki biofilter. 2. Apakah pompa inlet dan pompa sirkulasi bekerja dengan baik. 3. Apakah blower udara bekerja dengan baik. 4. Apakah rota meter dan flow meter berfungsi dengan baik. 71
Selanjutnya setelah dipastikan bahwa semua hal-hal yang diamati diatas berfungsi dengan baik, maka peralatan siap dioperasikan secara kontinyu dan selanjutnya operasional secara kontinyupun dilaksanakan. Setelah peralatan beroperasi kontinyu selama 3 hari yakni dari tanggal 4 Desember 2009 sampai 6 Desember 2009, kemudian dilakukan pemeriksaan ulang alat-alat secara menyeluruh. Disini terlihat semua alat berfungsi dengan baik. Setelah dipastikan bahwa semua peralatan bekerja dengan baik, selanjutnya pada tanggal 7 Desember tersebut dilakukan proses seeding mikroba atau penumbuhan mikroba pengurai polutan dalam air. Mikroba yang dimasukkan kedalam biofilter adalah starbio yang dicampur dengan nutrisi untuk sumber NPK dan glukosa untuk sumber hidrokarbon. Starbio merupakan serbuk yang berisi kumpulan mikroba probiolitik, selulolitik, lignolitik, lipolitik, aminolitik dan nitrogen fiksasi (anon 1995). Produk ini banyak dijual di toko-toko kimia. Jumlah starbio yang dimasukkan adalah 250 gr per 10m 3 volume reaktor. Campuran starbio mula-mula dilarutkan dalam air secukupnya, kemudian ditaburkan kedalam biofilter pada ruangan paling hulu (ruang inlet). Proses seeding mikroba dilakukan pada waktu tinggal sekitar 6 jam, yaitu dengan mengatur debit air yang masuk biofilter melalui rotameter pada laju sebesar 1,65 m 3 /jam. Proses seeding mikroba dilakukan selama 7 hari sampai 16 Desember 2009. Selama masa seeding ini jumlah air yang masuk biofilter dijaga agar selalu konstan pada waktu tinggal 6 jam dengan laju alir air sebesar 1,65 m 3 /jam. Demikian pula pompa sirkulasi dan blower dijaga agar selalu hidup dan berfungsi dengan baik. Seeding adalah proses pengembangbiakan mikroba dalam biofilter. Bila efisiensi penurunan polutan sudah diatas 50% dan cukup stabil, maka proses seeding sudah dapat dianggap berjalan dengan baik. Dalam penelitian ini waktu 7 hari sudah dapat dianggap selesai masa seeding. Gambar 3.11 : Persiapan Dan Seeding Mikroba Pengurai Limbah. 72
Pipa outlet Pipa inlet Rota meter Valve Gambar 3.12. Inspeksi Dan Diskusi Di Lokasi Penelitian. Gambar 3.13. Peralatan Online Monitoring Pada Ruang Pengendap Akhir. 3.5. Variasi Waktu Tinggal Setelah selesai seeding mikroba pada tanggal 16 Desember 2009, maka mulai tanggal 17 Desember 2009 penelitian diteruskan untuk melihat kinerja biofilter selanjutnya pada waktu tinggal yang sama yakni 6 jam. Tetapi baru sehari penelitian berjalan, tepatnya pada hari Jumat tanggal 18 Desember 2009 sekitar jam 10 pagi, aliran listrik dari PLN ke intake air baku putus, sehingga biofilter tidak bisa beroperasi sama sekali. Setelah ditunggu satu hari, listrik dari PLN belum juga bisa tersambung, selanjutnya 73
percobaan dilanjutkan dengan menggunakan Genset kapasitas 5.000 Watt dengan bahan bakar bensin. Mulai Sabtu 19 Desember 2009 sekitar jam 18, peralatan biofilter dioperasikan dengan sumber listrik dari Genset setelah selama sekitar 30 jam tidak beroperasi. Setelah Genset beroperasi secara terus menerus (non stop) selama sekitar 6 hari, pada hari Rabu tanggal 24 Desember 2009 sekitar jam 10 siang tenaga Genset kelihatan mulai kurang yang ditandai dengan melemahnya kekuatan pompa inlet untuk mengalirkan air masuk biofilter. Pada malam harinya sekitar jam 24, tenaga Genset sama sekali tidak bisa menggerakkan pompa inlet. Setelah dilakukan berbagai upaya tetapi tidak memberikan hasil, maka pada malam itu juga diputuskan untuk mematikan Genset dan dengan sendirinya operasional biofilter juga dihentikan. Pada tanggal 14 Januari 2010, aliran listrik dari PLN sudah tersambung kembali, setelah berhenti selama 17 hari. Mulai dari tanggal tersebut biofilter dioperasikan lagi secara kontinyu dan dilakukan pada waktu tinggal yang sama, yakni 6 jam. Selanjutnya dilakukan penelitian peningkatan kualitas air baku untuk IPA dengan variasi waktu tinggal air didalam biofilter, dimulai dari waktu tinggal 6 jam, kemudian secara betahap dipersingkat menjadi 4 jam, 3 jam, 2 jam, 1 jam dan terakhir 0,5 jam. Waktu tinggal (hydraulic retention time dalam jam) dihitung dengan cara membagi volume biofilter (m 3 ) dengan jumlah atau debit air yang dialirkan masuk kedalam biofilter (m 3 /jam). Pada masing-masing waktu tinggal tersebut diatas akan dilihat kinerja biofilter dalam mengurangi konsentrasi polutan. 74