PENGOLAHAN AIR LIMBAH RUMAH MAKAN (RESTORAN) DENGAN UNIT AERASI, SEDIMENTASI DAN BIOSAND FILTER Afry Rakhmadany 1, *) dan Nieke Karnaningroem 2) 1)Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Kampus ITS Keputih Sukolilo, Surabaya, 60111, Indonesia e-mail: afry.rakhmadany@gmail.com 2) Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember ABSTRAK Rumah makan adalah suatu usaha yang berkembang pesat dengan meningkatnya jumlah penduduk sehingga membawa dampak berupa limbah rumah makan yang apabila langsung dibuang ke saluran akan menimbulkan pencemaran air, tanah dan banjir.penelitian ini membahas upaya peningkatkan pengolahan terhadap air limbah rumah makan (restoran). Teknologi pengolahan yang akan digunakan adalah aerasi, sedimentasi, dan biosand filter untuk mereduksi parameter COD, TSS, Nitrat, dan Phospat. Penelitian menggunakan dua jenis biosand filter yaitu Biosand filter A yang mengolah air limbah dengan kualitas air limbah yang rendah dan Biosand filter B yang mengolah air limbah dengan kualitas air limbah yang tinggi. Kedua biosand terbagi menjadi 4 biosand filter yang memiliki variasi dalam tinggi media pasir halus dan besar diameter pasir halus yang digunakan. Dari hasil analisis disimpulkan ketinggian dan diameter media pasir halus mempengaruhi efisiensi setiap biosand filter. Biosand filter yang paling efektif mengolah air limbah rumah makan adalah biosand filter dengan ketinggian pasir halus 50 cm dan diameter pasir halus 0,15 mm. Efisiensi yang dihasilkan oleh biosand filter tersebut untuk mereduksi parameter COD, TSS, Nitrat dan Fosfat adalah 60,26 %, 90,89 %, 33,01 % dan 25,82 % untuk air limbah rumah makan yang minimal. Untuk air limbah rumah makan yang maksimal adalah 55,37 %, 88,10 %, 23,22 % dan 17,32 %. Kata kunci: Aerasi, Air Limbah Rumah Makan (Restoran), Biosand Filter, Sedimentasi. PENDAHULUAN Rumah makan adalah suatu usaha yang berkembang pesat dengan meningkatnya jumlah penduduk sehingga membawa dampak berupa limbah rumah makan yang apabila langsung dibuang ke saluran akan menimbulkan pencemaran air, tanah dan banjir.dari sisi pengolahan air limbah, sebagian besar pengolahan air limbah restoran yang berasal dari efluen tangki septik (sistem on site) di kota besar, dilengkapi dengan resapan yang belum memenuhi persyaratan teknis. Oleh karena itu,dalam penelitian ini akan membahas upaya pencegahan pencemaran air dengan melakukan pengolahan terhadap air limbah rumah makan (restoran). Aerasi merupakan salah satu proses dari transfer gas yang lebih dikhususkan pada transfer oksigen dari fase gas ke fase cair.bangunan bak pengendap digunakan untuk memisahkan suspended solid dari fase liquid dengan menggunakan gaya gravitasi.biosand filter adalah alat penyaring dimana air yang diolah dilewatkan pada media proses dengan kecepatan rendah. Kecepatan penyaringan dipengaruhi oleh diameter butiran pasir. Pada A-37-1
media tersebut juga telah dilakukan penanaman bakteri sehingga terjadi proses biologis di dalamnya. Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah memperoleh efisiensi penyisihan terhadap parameter COD, TSS, nitrat dan fosfat pada tiap unit pengolahan yaitu aerasi, sedimentasi, dan biosand filter dalam mengolah air limbah rumah makan, memperoleh efisiensi penyisihan terhadap parameter COD, TSS, nitrat dan fosfat dari rangkaian unit pengolahan yaitu aerasi, sedimentasi, dan biosand filter dalam mengolah air limbah rumah makan dan memperoleh dan menganalisis kemampuan kinerja unit biosand filter dalam mengolah air limbah rumah makan dengan konsentrasi yang maksimal dan minimal. METODE Penelitian ini menggunakan bangunan pengolah air limbah meliputi aerasi, sedimentasi dan biosand filter.proses pertama yang dilakukan adalah pembuatan ketiga bangunan pengolah air limbah tersebut. Setelah ketiga bangunan tersebut dibangun, biosand filter diisi dengan media meliputi kerikil, pasir kasar dan pasir halus. Media pasir halus divariasi berdasarkan diameternya dan ketinggiannya. Diameter pasir halus yang digunakan sebesar 0,15 mm dan 0,30 mm. Ketinggian pasir halus yang digunakan adalah 40 cm dan 50 cm. Sampling dan Uji Karateristik Air Limbah Rumah Makan (Restoran) Peneliti melakukan sampling terhadap kualitas air limbah rumah makan. Sampling dilakukan selama 5 hari untuk mengetahui fluktuasi kualitas air limbah rumah makan. Setelah itu dibuat air limbah buatan sampai didapatkan kondisi yang sesuai dengan karakteristik dari air yang disampling. Hal ini dilakukan karena pihak rumah makan tidak bersedia untuk diambil air limbahnya selama proses running. Selain itu air limbah yang diproduksi oleh rumah makan ini tidak mencapai 120 liter per harinya sesuai dengan kebutuhan penelitian selama proses running. Konsentrasi air limbah buatan (artifisial) divariasikan menjadi dua yaitu konsentrasi air limbah artificial rumah makan dengan konsentrasi minimal dan maksimal. Parameter yang diukur antara lain, COD, TSS, nitrat, dan fosfat Seeding dan Aklimatisasi Seeding dan 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 (secara batch culture) dan ketinggian air pada lapisan biofilm dijaga setinggi 5 cm dari permukaan media pasir halus. Proses aklimatisasi untuk pembentukan biofilm pada media pada penelitian ini dilakukan sekitar ± 10-20 hari sebelum proses running pada reaktor dilakukan. Running dan Analisis Karakteristik Air Efluen Proses selanjutnya adalah running pada rangkaian bangunan pengolah tersebut dengan menggunakan air limbah buatan yang sesuai dengan kualitas air limbah rumah makan (restoran) sebagai sampel. Running dilakukan dengan cara menuangkan 60 L air sampel ke dalam reservoir lalu dilakukan aerasi dan dialirkan menuju bak sedimentasi dan unit biosand filter dengan pengaturan debit sesuai dengan perhitungan perencanaan menggunakan valve / kran. Running dilakukan satu hari sekali pada pagi hari selama kurang lebih 7 hingga 10 hari. A-37-2
Kemudian dari hasil running tersebut dilakukan analisa karakteristik air efluen yang dihasilkan, lalu membandingkan nilai penyisihan setiap parameter pada tiap-tiap unit yang digunakan dan kemampuan penyisihan total rangkaian unit aerasi, sedimentasi, dan biosand filter sehingga dapat diketahui bagaimana kinerja reaktor yang digunakan dari persentase penyisihannya.penurunan atau persentase penyisihan tersebut dihitung dengan membandingkan nilai pada inlet dan outlet yang dinyatakan dalam persen (%) Perhitungan Efisiensi: Efisiensi = (Konsentrasi Inlet Konsentrasi Outlet / Konsentrasi Inlet ) x 100 % HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil sampling karateristik kualitas air limbah rumah makan (restoran) selama 5 hari dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 1 Kualitas Air Limbah Rumah Makan (Restoran) Hari Ke/ Tanggal COD TSS N P (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) 1 / 3 November 2014 157 196 153,62 14,44 2 / 4 November 2014 134 168 140,65 15,64 3 / 5 November 2014 134 150 160,69 10,69 4 / 6 November 2014 234 242 142,67 20,88 5 / 7 November 2014 160 194 174,59 16,17 Berdasarkan tabel di atas dapat disimpulkan bahwa kualitas air limbah yang terendah terjadi pada hari Rabu (Sampling Hari Ketiga) untuk parameter COD, TSS dan fosfat sedangkan untuk parameter nitrat, kualitas terendah terjadi pada hari Selasa (Sampling Hari Kedua). Kualitas air limbah yang tertinggi terjadi pada hari Kamis (Sampling Hari Keempat) untuk parameter COD, TSS dan fosfat juga, sedangkan untuk parameter nitrat terjadi pada hari Jum at (Sampling Hari Kelima). Setelah sampling selesai, peneliti membuat air limbah sesuai dengan karakteristik menyerupai kualitas air limbah yang disampling. Sampel air limbah dibuat dengan dua variasi konsentrasi yaitu konsentrasi air limbah yang minimal dan maksimal. Air limbah yang telah dibuat dimasukkan ke dalam reservoir dan dialirkan melalui ketiga bangunan pengolah air limbah tersebut. Hasil running menunjukkan bahwa rangkaian bangunan aerasi, sedimentasi dan biosand filter dengan diameter pasir halus 0,15 mm dan ketinggian pasir halus 50 cm memiliki efisiensi yang paling efektif untuk mengolah kedua kualitas air limbah. Tetapi pada parameter COD untuk kualitas air limbah yang maksimal, kualitasnya masih diatas baku mutu air limbah yang berlaku. Berikut adalah tabel dan grafik efisiensi dari rangkaian bangunan aerasi, sedimentasi dan biosand filter dengan diameter pasir halus 0,15 mm dan ketinggian pasir halus 50 cm. Tabel 2 Efisiensi Gabungan Aerasi, Sedimentasi dan Biosand Filter A5 Hari Ke Efisiensi Penyisihan Total (%) Aerasi + Sedimentasi +Biosand Filter A5 COD TSS Nitrat Fosfat 1 79.41 95.34 48.94 42.49 2 80.23 96.34 45.53 41.69 3 80.87 96.79 47.80 41.63 A-37-3
4 79.90 97.18 45.31 38.06 5 82.77 96.23 45.97 40.15 6 79.85 97.07 44.72 36.30 7 81.29 96.66 43.72 35.38 8 77.44 96.88 42.37 34.19 9 77.10 96.90 41.36 36.47 10 75.79 96.31 41.80 34.78 Rata-Rata 79.47 96.57 44.75 38.11 Tabel 2 Efisiensi Gabungan Aerasi, Sedimentasi dan Biosand Filter A5 Hari Ke Efisiensi Penyisihan Total (%) Aerasi + Sedimentasi +Biosand Filter B5 COD TSS Nitrat Fosfat 1 70.93 93.68 36.44 29.38 2 72.77 94.57 33.89 29.28 3 73.86 94.82 35.54 29.15 4 74.35 94.54 34.33 29.55 5 78.39 94.94 35.34 30.69 6 75.93 94.98 36.30 28.80 7 76.80 95.60 34.74 30.38 8 75.68 95.63 34.57 28.87 9 76.11 94.74 34.67 31.47 10 74.30 94.86 36.90 29.40 Rata-Rata 74.91 94.83 35.27 29.70 Efisiensi (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Gabungan Efisiensi Biosand A5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hari Ke- COD TSS N P Gambar 1 Grafik Gabungan Efisiensi Penyisihan untuk Keempat Parameter pada Biosand Filter A5 A-37-4
Efisiensi (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Gabungan Efisiensi Biosand B5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hari Ke- COD TSS N P Gambar 2. Grafik Gabungan Efisiensi Penyisihan untuk Keempat Parameter pada Biosand Filter B5 Proses Penyisihan COD Proses pengolahan dengan biosand filter mengkombinasikan pengolahan fisik dan biologis. Pengolahan biologis dilakukan dengan menggunakan lapisan biofilm yang berada pada permukaan filter. Lapisan biologis yang banyak mengandung mikroorganisme akan menguraikan zat-zat organik dalam air limbah menjadi CO 2 dan H2O.Penurunan nilai COD dipengaruhi oleh mikroorganisme yang ada dan berperan sebagai pengurai zat-zat organik dalam air limbah. Selain itu, penurunan nilai COD dipengaruhi juga oleh oksigen terlarut yang terjadi dalam proses aerasi sebelumnya. Proses Penyisihan TSS Lapisan biofilm berperan penting dalam menurunkan konsentrasi Total Suspended Solid. Pada lapisan ini pengurangan TSS disebabkan oleh proses predation oleh mikroorganisme, tetapi tidak semua TSS dapat dimakan oleh mikroorganisme, sehingga dibutuhkan juga proses penyaring dalam media filter. Karena proses penyaringan tersebut, oleh karena itu diameter dan ketinggian medis filter menjadi penentu keberhasilan biosand filter dalam menurunkan konsentrasi TSS. Proses Penyisihan Nitrat Pada zona aerobik nitrogen-ammonium akan diubah menjadi nitrit dan nitrat dan selanjutnya pada zona anerobik nitrat yang terbentuk mengalami proses denitrifikasi menjadi gas nitrogen. Oleh karena itu, di dalam sistem biofilm terjadi kondisi anaerobik dan aerobik pada saat yang bersamaan maka dengan sistem proses tersebut proses penghilangan senyawa nitrogen menjadi lebih mudah. Proses Penyisihan Fosfat Penurunan konsentrasi ini dipengaruhi oleh kondisi ph yang ada pada biosand filter. Secara umum bakteri pelarut fosfat dapat hidup pada kisaran ph 4-10,6 (Sen and Paul, 1957). Pertumbuhan kelompok bakteri optimum pada ph sekitar netral dan meningkat seiring dengan meningkatnya ph dan pelepasan fosfat dan nitrat akan meningkat dengan meningkatnya ph dari asam ke netral. Fosfat dan nitrat merupakan nutrient pembatas pada petumbuhan alga dalam badan air A-37-5
KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan dari penelitian ini, kesimpulan yang dapat ditarik adalah: 1. Biosand filter dengan diameter pasir halus 0,15 mm dan ketinggian pasir halus 50 cm untuk setiap kualitas air limbah rumah makan baik minimal maupun maksimal memiliki efisiensi yang paling efektif diantar unit-unit pengolahan lainnya. Biosand filter tersebut memiliki efisiensi penyisihan COD, TSS, Nitrat dan Fosfat berturutturut sebesar 60,26 %, 90,89 %, 33,01 % dan 25,82 % dalam mengolah air limbah yang minimal. Biosand filter lainnya memiliki efisiensi penyisihan COD, TSS, Nitrat dan Fosfat berturut-turut sebesar 55,37 %, 88,10 %, 23,22 % dan 17,32 % dalam mengolah air limbah yang maksimal. 2. Rangkaian unit pengolahan yang paling efektif dalam mengolah kedua kualitas air limbah adalah unit rangkaian unit aerasi, sedimentasi dan biosand filter dengan diameter pasir halus 0,15 mm dan ketinggian pasir halus 50 cm Unit aerasi cukup efektif dalam menyisihkan parameter COD sebelum masuk ke unit selanjutnya dibandingkan parameter lainnya. Sedangkan, unit sedimentasi cukup efektif dalam menyisihkan parameter TSS sebelum masuk ke unit biosand filter dibandingkan parameter lainnya. Biosand filter memiliki kemampuan untuk menyisihkan parameter COD dan TSS lebih tinggi dari pada parameter nitrat dan fosfat. 3. Terjadi perbedaan efisiensi yang tidak jauh berbeda dalam mengolah air limbah yang memiliki kualitas air limbah yang minimal dan maksimal untuk parameter COD, TSS, nitrat dan fosfat. Pada biosand filter B, walaupun memiliki efisiensi yang cukup tinggi, untuk parameter COD belum memenuhi baku mutu. Beberapa saran yang dapat dilakukan untuk penelitian selanjutnya adalah menggunakan variasi bak jenis, ukuran, maupun ketinggian media pasir yang berbeda, melakukan analisis lebih lanjut terhadap parameter coliform, besi, sulfat, warna, kekeruhan dan ph serta Melakukan analisis kinerja biosand filter untuk air limbah dengan sumber yang berbeda dan sesuai permasalahan air limbah sekarang ini. DAFTAR PUSTAKA Alaerts, dkk. 1987. Metode Penelitian Air. Usaha Nasional. Surabaya. Blount, J.R. 2003. Design Considerations of High Strength Wastewater. Harris Country Public Infrastructure Department CAWST. 2009. Biosand Filter Manual. September Edition Calgary.Alberta.Canada Huisman, L. dan Wood, W.E. 1974. Slow Sand Filtration. World Health Organization. Genewa Indrawanto,.A. 2013. Analisis Proses Pada Unit Aerasi, Sedimentasi dan Biosand Filter sebagai Pereduksi COD, Nitrat, Fosfat dan TSS dari Limbah Artificial Grey Water. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Lee, T.L. 2001. Biosand Household Water Filter Project in Nepal. Master Thesis, Massachusetts Institute of Technology. A-37-6
Lesikar, B.J, dkk. 2006. Food-Service Establishment WastewaterCharacterization. Water Environment Research. 78:805-809 Manz, D. H., 2007. Guidelines Preparation of media For Biosand Water Filter Three layer System. Diakses melalui http://www.manzwaterinfo.ca Mara, D. 2004. Domestic Wastewater Treatment in Developing Countries.Earthscan. London. Metcalf & Eddy. 1993. Wastewater Engineering Treatment Disposal Reuse, McGraw-Hill Company Purnama,.B. 2013. Analisis Proses Pada Unit Aerasi, Sedimentasi dan Biosand Filter sebagai Pereduksi COD, Nitrat, Fosfat dan TSS dari Limbah Artificial Campuran Grey dan Black Water. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Widyaningsih, V. 2011.Pengolahan Limbah Cair Kantin Yongma Fisip UI. Jakarta Yulistianto,R.2013. Analisis Proses Pada Unit Aerasi, Sedimentasi dan Biosand Filter sebagai Pereduksi COD, Nitrat, Fosfat dan TSS dari Limbah Artificial Black Water. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. A-37-7