1 Unit Aerasi, Sedimentasi, dan Biosand Filter Sebagai Pereduksi COD, TSS, Nitrat, dan Fosfat Air Limbah Artificial (Campuran Grey dan Black Water) Bahari Purnama Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: baharipurnama@gmail.com Abstrak Meningkatnya jumlah air limbah domestik yang tidak diimbangi dengan peningkatan badan air dari aspek kapasitas maupun kualitasnya, menyebabkan jumlah air limbah yang masuk ke badan air melebihi daya tampung maupun daya dukungnya. Untuk mengantisipasi potensi dampak tersebut, maka perlu alternatif teknologi pengolahan limbah yang efektif dan hemat biaya, yaitu berupa biosand filter. Penelitian ini bertujuan menghitung efisiensi penyisihan dan memperoleh variasi diameter dan ketebalan media yang optimal dalam menyisihkan parameter pencemar COD, TSS, nitrat, dan fosfat pada limbah artificial (campuran black dan grey water). Hasil dari analisis yang dilakukan didapatkan penyisihan rata rata dari reaktor biosand filter 1, 2, dan 3 dalam penyisihan organik (COD) 74,09 76,93 dan 70,81, TSS 79,99 81,32 dan 79,61, nitrat 36,44 37,27 dan 34,62, fosfat 28,40 30,37 dan 28,39.. Variasi media yang paling optimal adalah reaktor biosand filter 2 dengan diameter 0,59 mm dan Kata Kunci : Biosand filter, COD, fosfat, limbah domestik, nitrat, TSS Abstract The amount of domestic wastewater production has now increased and over the limit of maximum capacity which environment able to support. In order to anticipate the negative potency that occurred, biosand filter had chosen as an effective and economic alternative of wastewater treatment. The purpose of this research is getting the optimum variation of sand filter s diameter and thickness and calculating it s removal efficiencies in terms of removing COD, TSS, nitrate and phosphate within the mix of greywater and blackwaterwhich is artificially made. According to the analysis, an average removal of biosand filter 1, 2, and 3 over COD sequentially were 74,09%; 76,93%; and 70,81%. TSS 79,99%; 81,32%; and79,61%. nitrat 36,44%; 37,27%; and34,62%. fosfat 28,40%; 30,37%; and28,39%. Biosand filter 2 had came out to be the most optimum media with 0,59 mm of diameter and 10 cm thickness variation. Keywords :Biosand filter, COD, domestic wastewater, nitrat, phosphate, TSS I. PENDAHULUAN Meningkatnya jumlah air limbah domestik yang tidak diimbangi dengan peningkatan badan air penerima, menyebabkan jumlah air limbah yang masuk ke badan air tersebut dapat melebihi daya tampung maupun daya dukungnya.untuk mengantisipasi potensi dampak tersebut, maka perlu upaya minimasi limbah baik itu dari aspek kebijakan pemerintah dalam rangka menekan jumlah air limbah domestik yang dihasilkan maupun dari aspek ilmu pengetahuan dan teknologi guna mendapatkan berbagai alternatif teknologi pengolahan limbah yang efektif dan efisien. Mengingat karakteristik air limbah domestik yang banyak mengandung bahan organik, maka alternatif sistem pengolahan limbah secara biologis dapat dijadikan pilihan utama. Dengan konsentrasi bahan pencemar yang tidak terlalu besar, maka sistem pengolahan dapat dilaksanakan dengan teknologi yang sederhana dan praktis dalam pemeliharaannya. Atas dasar pertimbangan tersebut, maka diperlukan sistem pengolahan air limbah (IPAL) yang sederhana, mudah dioperasionalkan & murah untuk biaya pembuatan dan operasionalnya. Salah satu alternatif sistem pengolahan air limbah tersebut adalah dengan menggunakan unit biosand filter sederhana. Biosand filter merupakan unit pengolahan yang menggunakan media pasir sebagai penyaring dan batuan dengan beberapa gradasi ukuran sebagai media penyangganya. Berdasarkan latar belakang di atas, penelitian ini dilakukan bertujuan untuk menghitung efisiensi penyisihan dan juga memperoleh variasi diameter dan ketebalan media yang optimal dalam menyisihkan parameter pencemar COD, TSS, nitrat, dan fosfat pada limbah artificial (campuran black dan grey water) pada unit biosand filter. A. Pembuatan Air Sampel II. METODE Sampel air limbah yang digunakan menggunakan air limbah artificial. Hal ini disebabkan karena adanya kesulitan dalam pengambilan limbah black water langsung dari tangki septik. Air limbah artificial disesuaikan dengan kualitas air limbah black water
2 yang sebenarnya. Air limbah yang dibuat menggunakan perbandingan C:N:P= 100:5:1. Karakteristik air limbah yang digunakan dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel 1 Karakteristik limbah black water Kelurahan Gabahan No. Parameter Satuan Hasil Uji 1 COD mg/l 3.000 2 BOD mg/l 1.218 3 TSS mg/l 1.800 4 ph - 7,13 5 Suhu o C 27,03 6 DO mg/l 0,51 Sumber: Ragil, 2012 Tabel 2 Karakteristik limbah grey water perumahan ITS Parameter Satuan Hasil uji BOD mg/l 195 COD mg/l 290 TSS mg/l 480 ph - 6,92 Suhu o C 29 Sumber: Tangahu dan Warmadewanthi, 2001 D. Reaktor Biosand Filter Pada penelitian ini akan digunakan tiga buah unit biosand filter yang terbuat dari ember plastik. Biosand filter ini memiliki ketinggian 30 cm dan diameter 25 cm. Media yang digunakan adalah pasir halus (< 1.0 mm) dengan ketinggian media 10cm, pasir kasar (5-7 mm) dengan ketinggian media 5 cm, dan kerikil (1-2 cm) dengan ketinggian media 5 cm. Kemudian dilakukan variasi berupa variasi diameter pasir halus pada BSF 2 dan variasi ketinggian media antara pasir halus dan pasir kasar pada BSF 3. Gambar 1 biosand filter dengan variasi diameter media dan kedalaman media Limbah artificial dibuat dengan bahan dasar gula pasir sbagai organik, KNO 3 sebagai nitrat, KH 2 PO 4 sebagai fosfat, dan tanah sebagai TSS. Air limbah campuran black dan grey water menggunakan perbandingan 50:50 dari total air limbah yang digunakan yaitu 30L. B. Proses Aerasi Salah satu kegunaan dari aerasi adalah memberikan suplai oksigen pada proses pengolahan biologi secara aerobik. Pengaruh lamanya waktu pada proses oksidasi akan mempengaruhi kemampuan mikroorganisme untuk mendegradasikan bahan organik yang terdapat dalam air limbah (Droste dalam Sukawati, 2008). Semakin lamanya waktu yang diberikan pada proses oksidasi maka akan memberi kesempatan bagi mikroorganisme untuk tumbuh dan melakukan degradasi bahan organik. Penelitian ini dilakukan aerasi dengan menggunakan aerator terdifusi ke dalam air limbah selama 30 menit. C. Unit Bak Sedimentasi Jika air limbah campuran black dan grey water yang memiliki konsentrasi yang lebih tinggi langsung diolah dengan biosand filter, maka terjadi kemungkinan clogging lebih cepat. Maka dari itu diperlukan pre treatmen berupa bak sedimentasi untuk mereduksi kandungan organik yang terdapat pada air limbah sebelum masuk ke unit biosand filter. Gambar 2 Gambar rangkaian reaktor Gambar 3 Layout reaktor
3 E. Proses Aklimatisasi Aklimatisasi adalah tahap mengkondisikan mikroorganisme agar dapat hidup dan melakukan adaptasi. Proses seeding dilakukan dengan cara merendam media yang sudah terisi pada biosand filter dengan sampel air limbah selama 5 hari. Ketinggian air pada lapisan biofilm dijaga setinggi 5 cm dari permukaan media pasir halus. Pertumbuhan biofilm diamati dengan ditandai permukaan media licin bila dipegang (Darmawanti, 2005). F. Running dan Analisis Air Effluent Setelah alat biosand filter sudah siap digunakan maka selanjutnya dilakukan running pada alat tersebut dengan menggunakan air limbah artificial sebagai sampel. Running dilakukan dengan cara menuangkan 30 L air sampel ke dalam reservoar dan dialirkan dengan aliran down flow dengan sistem intermittent menuju bak sedimentasi dan unit biosand filter. Kemudian dari hasil running tersebut dilakukan analisis COD, nitrat, fosfat, dan TSS. Running dilakukan selama 10 hari. III. ANALISA DAN PEMBAHASAN A. Data Analisis EfisiensiPenurunan Kadar COD Sampel air limbah yang telah dibuat sebanyak 30 L diaerasi selama 30 menit untuk menambah jumlah oksigen terlarut yang dibutuhkan dalam perkembangan biofilm pada reaktor biosand filter. Kemudian sampel air limbah dimasukkan ke dalam eservoar dan dialirkan ke bak parsedimentasi dan kemudian ke reaktor biosand filter dengan aliran downflow secara intermitten. Analisis dilakukan di tiga titik sampling, yaitu di inlet bak prasedimentasi, outlet bak prasedimentasi, dan outlet reaktor biosand filter. Hasil perhitungan nilai efisiensi penyisihan COD gambar 4 di bawah ini. Gambar 4 Efisiensi penyisihan konsentrasi COD pada Efisiensi penyisihan COD yang paling baik terdapat 76,93%. Penurunan konsentrasi COD pada air limbah Pada biofilm tersebut terdapat mikroorganisme yang menyebabkan terjadinya proses biologis dimana bakteri yang tumbuh pada media menggunakan oksigen yang terlarut dalam air limbah untuk menguraikan zat organik yang terdapat pada air limbah. Diameter dan kedalaman media pasir halus mempengaruhi besarnya nilai efisiensi penyisihan konsentrasi COD pada air limbah. Semakin kecil diameter pasir, maka total luas permukaan media pasir yang dapat ditumbuhi oleh biofilm akan semakin banyak, sehingga kemampuan mikroorganisme dalam menyisihkan konsentrassi COD semakin baik. Kedalaman media yang semakin dalam mengakibatkan volume pasir juga semakin banyak, sehingga biofilm yang tumbuh juga semakin banyak. BSF 2 memiliki ukuran diameter pasir 0,59 mm dan B. Data Analisis EfisiensiPenurunan Kadar Fosfat analisis fosfat sama seperti pada analisis penurunan kadar COD. Analisis dilakukan di tiga titik sampling, yaitu di inlet bak prasedimentasi, outlet bak prasedimentasi, dan outlet reaktor biosand filter Hasil perhitungan nilai efisiensi penyisihan fosfat gambar 5 di bawah ini. Gambar 4 Efisiensi penyisihan konsentrasi fosfat pada Efisiensi penyisihan fosfat yang paling baik terdapat 30,37%. Penurunan konsentrasi fosfat pada air limbah Pada biofilm tersebut terdapat bakteri fosfat yang menggunakan fosfat pada air limbah sehingga menurunkan total fosfat pada air limbah. Diameter dan kedalaman media pasir halus mempengaruhi besarnya nilai efisiensi penyisihan konsentrasi fosfat pada air limbah. Semakin kecil diameter pasir, maka total luas permukaan media pasir yang dapat ditumbuhi oleh biofilm akan semakin banyak, sehingga kemampuan mikroorganisme dalam menyisihkan konsentrassi fosfat semakin baik. Kedalaman media yang semakin dalam mengakibatkan volume pasir juga semakin banyak, sehingga biofilm yang tumbuh juga semakin banyak.
4 BSF 2 memiliki ukuran diameter pasir 0,59 mm dan - Hasil perhitungan nilai efisiensi penyisihan nitrat pada masing-masing unit BSF dapat dilihat pada gambar 7 di bawah ini. C. Data Analisis EfisiensiPenurunan Kadar TSS pada Reaktor Biosand Filter analisis TSS sama seperti pada analisis penurunan kadar COD dan fosfat. Analisis dilakukan di tiga titik sampling, yaitu di inlet bak prasedimentasi, outlet bak prasedimentasi, dan outlet reaktor biosand filter. Hasil perhitungan nilai efisiensi penyisihan fosfat gambar 6 di bawah ini. Gambar 6 Efisiensi penyisihan konsentrasi TSS pada Berdasarkan gambar 6 di atas, nilai efisiensi penyisihan TSS dari seluruh unit BSF tidak jauh berbeda, tetapi BSF 2 memiliki nilai efisiensi penyisihan yang paling baik yaitu 81,32%. Penurunan konsentrasi TSS pada air limbah terjadi akibat adanya proses fisik yaitu berupa pengendapan pada media pasir. Diameter dan ketinggian media juga menjadi penentu keberhasilan biosand filter dalam menurunkan konsentrasi TSS. Kedalaman media juga berpengaruh dalam proses penyaringan. Mekanisme penurunan TSS pada biosand filter mengalami proses filtrasi dan adsorbsi dengan menggunakan butiran pasir yang halus. Bahan- bahan dalam bentuk suspensi akan terperangkap di lapisan saringan. Semakin kecil diameter pasir maka luas total permukaan media pasir akan semakin besar sehingga kemampuan untuk mengadsorbsi semakin baik. BSF 2 memiliki ukuran diameter pasir 0,59 mm dan D. Data Analisis EfisiensiPenurunan Kadar Nitrat analisis nitrat sama seperti pada analisis penurunan kadar COD, TSS, dan fosfat. Analisis dilakukan di tiga titik sampling, yaitu di inlet bak prasedimentasi, outlet bak prasedimentasi, dan outlet reaktor biosand filter. Gambar 7 Efisiensi penyisihan konsentrasi nitrat pada Efisiensi penyisihan nitrat yang paling baik terdapat 37,27%. Penurunan konsentrasi nitrat pada air limbah Pada biofilm tersebut terdapat bakteri nitrat yang mengakibatkan terjadinya nitrifikasi dan denitrifikasi sehingga dapat menurunkan total N pada air limbah.diameter dan kedalaman media pasir halus mempengaruhi besarnya nilai efisiensi penyisihan konsentrasi nitrat pada air limbah. Semakin kecil diameter pasir, maka total luas permukaan media pasir yang dapat ditumbuhi oleh biofilm akan semakin banyak, sehingga kemampuan mikroorganisme dalam menyisihkan konsentrasi nitrat semakin baik. Kedalaman media yang semakin dalam mengakibatkan volume pasir juga semakin banyak, sehingga biofilm yang tumbuh juga semakin banyak. BSF 2 memiliki ukuran diameter pasir 0,59 mm dan kedalaman media 10 cm. IV. KESIMPULAN/RINGKASAN Hasil dari analisis yang dilakukan didapatkan penyisihan rata rata dari reaktor biosand filter 1, 2, dan 3 dalam penyisihan organik (COD) 74,09%; 76,93%; dan 70,81%, TSS 79,99%; 81,32%; dan 79,61%, nitrat 36,44%; 37,27%; dan 34,62%, fosfat 28,40%; 30,37%; dan 28,39%. Konsentrasi awal ratarata parameter pencemar adalah COD 1697 mg/l; TSS 1217 mg/l; nitrat 83,57 mg/l;dan fosfat 16,88 mg/l. Variasi diameter dan ketebalan media yang optimal dalam menyisihkan parameter pencemar COD, TSS nitrat, dan fosfat pada limbah domestik adalah reaktor biosand filter 2, Media yang digunakan adalah pasir halus dengan diameter 0,59 mm dan ketebalan media 10cm, BSF2 memiliki efisiensi penyisihan tertinggi dengan nilai penyisihan COD 76,93%, TSS 81,32%, nitrat 37,27%, dan fosfat 30,37%. V. SARAN
5 Untuk penelitian selanjutnya, disarankan untuk dilakukan ketika reaktor berada dalam kondisi stabil supaya tidak terjadi fluktuasi pada nilai penyisihan efisiensi. Sebaiknya, penelitian selanjutnya dilakukan sampai reaktor dalam keaadan clogging untuk mengetahui kapan unit BSF harus dibersihkan kembali. [12] Tchobanoglous, G., Burton, F.L., dan Stensel, H.D. 2003. Wastewater Engineering Treatment Disposal and Reuse. New York: McGraw Hill. [13] Widyaningsih, V. 2011. Pengolahan Limbah Cair Kantin Yongma FISIP UI. Jakarta: Universitas Indonesia. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Riski Yulistianto dan Andrew Indrawanto sebagai partner dalam menyelaesaikan penelitian ini yang telah membantu selama penelitian berlangsung. DAFTAR PUSTAKA [1] Anonim. 2009. Modul Praktikum Teknik Analisis Pencemaran Lingkungan. Laboratorium Teknik Lingkungan. Surabaya: ITS. [2] Alaerts, G dan Santika, SS. 1987. Metode Penelitian Air. Surabaya: Usaha Nasional. [3] Effendi, H. 2003. Telaah Kualitas Air : Bagi Pengelolaan Sumberdaya dan Lingkungan Perairan. Yogyakarta: Kanisius. [4] Hindarko, S. 2003. Mengolah Air Limbah : Supaya Tidak Mencemari Orang Lain. Jakarta: ESHA. [5] Kikkawa, I. 2008. Modification of a Biosand filter in the Northern Region of Ghana. Massachusetts Institute of Technology. [6] Mahida,U. N. 1993. Pencemaran Air dan Pemanfaatan Limbah Industri. Jakarta: PT. Raja Grafindo Persada. [7] Mara, D. 2003. Domestic Wastewater Treatment In Developing Countries. UK : Cromwell Press, Trowbridge [8] Nugroho, D. 2013. Pemanfaatan Limbah Padat Industri Tahu dan Reaktor Biosand filter untuk Menurunkan Kadar Ion Logam Fe 3+ dan Zn 2+ pada Industri Galvanis. Semarang: Universitas Negeri Semarang. [9] Ragil, R. 2012. Studi Pengaruh Variasi Hydraulic Loading Rate (HLR) dan Konsentrasi Influen terhadap Penurunan BOD, COD, dan TSS Limbah Cair Domestik Black water Menggunakan Reaktor UASB. Semarang: Universitas Diponegoro. [10] Sukawati, T. 2008. Penurunan Konsentrasi Chemical Oxygen Demand (COD) pada Air Limbah Laundry dengan Menggunakan Reaktor Biosand filter Diikuti dengan Reaktor Activated Carbon. Yogyakarta: Universitas Islam Indonesia. [11] Tangahu, B.V. dan Warmadewanthi, I.D.A.A. 2001. Pengelolaan Limbah Rumah Tangga Dengan Memanfaatkan Tanaman Cattail (Typha angustifolia) dalam Sistem Constructed Wetland, Purifikasi, Volume 2 Nomor 3, ITS Surabaya.