DOC - Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Pengolahan Tersier Air Limbah Industri Menggunakan
Metode Saringan Pasir Lambat
Soeprijanto, Tontowi Ismail, Dyah Fitryana, dan Beauty S.D. Dewanti
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri,
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya
Email: [email protected]
Abstrak
Kebutuhan air permukaan di kota-kota besar semakin hari semakin meningkat seiring
dengan berkembangnya jumlah penduduk, sehingga terjadi ketidak seimbangan antara
kebutuhan dan suplai air. Oleh karena itu upaya yang dapat dilakukan adalah dengan
melakukan penghematan penggunaan air atau mendaur ulang air limbah industri maupun
air limbah domestik. Penelitian ini dilakukan menggunakan system saringan pasir lambat
dengan kecepatan alir fluida 35 liter/hari. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dalam
waktu 30 hari lapisan Schmutzdecke sudah terbentuk pada permukaan media pasir.
Selama periode operasi 60 hari, kekeruhan dapat berkurang sebesar 0,8 NTU dengan
penyisihan 69,56 %; kandungan E. Coli effluent sebesar 7 x 104 MPN/100ml dengan
penyisihan 97,1%; dan penyisihan COD terlarut diperolah sebesar antara 40 -100%.
Kata-kata kunci: Air limbah; E. Coli; kekeruhan; Schmutzdecke; saringan pasir lambat;
Abstract
The requirement of surface water increases with increasing the populations in the
metropolitan; therefore, there is unbalance between water demand and supply. Of this,
attempts could be done by the economically use of water or recycle of industrial
wastewaters or domestic wastewaters. The experiment was conducted using a slow sand
filter with a volumetric flow rate of 35 liter/day. The results showed that during period of 30
days a layer of Schmutzdecke has been created on the surface of sand media. During the
period of 60 days, the effluent turbidity was found to be 0.8 NTU with a removal of 69.56
%; E. Coli effluent was 7 x 104 MPN/100ml with a removal of 97.1%; and the dissolved
COD removal was between 40 -100%.
Keywords: Wastewater; E. Coli; turbidity; Schmutzdecke; slow sand filter;
1
1. PENDAHULUAN
Kebutuhan air semakin hari semakin bertambah dengan berkembangnya komunitas
di perkotaan, padahal persediaan air yang berasal dari air permukaan mengalami
penurunan, sehingga terjadi ketidak seimbangan antara kebutuhan dan suplai air. Oleh
karena itu, upaya yang dapat dilakukan adalah dengan melakukan penghematan
penggunaan air atau memanfaatkan air seefisien mungkin. Penghematan ini dapat
dilakukan dengan cara konservasi air yang berfungsi untuk memelihara keberadaan air
agar selalu tersedia dan mudah dikonversi menjadi air sanitasi, air minum atau air untuk
proses industri yang biasanya lebih baik dari air minum. Penghematan ini dapat dilakukan
pada fasilitas umum yang banyak menggunakan air bersih, misalnya masjid, kamar mandi
dan tempat umum lainnya.
Penghematan air dapat dilakukan dengan mudah terutama pada pemakaian air
secara umum. Usaha penghematan air tidak bisa dengan mengurangi dalam jumlah
pemakaian tetapi dapat dilakukan dengan memanfaatkan air buangan limbah industri
maupun limbah domestik untuk didaur ulang, dengan melalui proses pengolahan air yang
baik. Pengolahan ini harus mempertimbangkan baku mutu air minum dan harus
memenuhi persyaratan. Tetapi ada sebagian besar industri, rumah tangga maupun
pertanian, air limbah dibuang begitu saja tanpa pengolahan lebih lanjut. Contohnya di
pabrik gula, air untuk system pendinginan biasanya tidak memenuhi syarat tetapi tetap
dibuang begitu saja tanpa pengolahan terlebih dahulu. Contoh lain yaitu grey water atau
air buangan dari kamar mandi dan dapur.
Pengolahan air limbah dapat diolah menggunakan cara filtrasi yaitu mengalirkan air
limbah ke dalam suatu filter kemudian dapat juga dilakukan treatment-treatment yang lain.
Salah satu filter yang dapat digunakan adalah menggunakan saringan pasir lambat
dengan tujuan untuk mengurangi kandungan bakteri E.Coli dan kekeruhan dari air baku.
Peru merupakan salah satu Negara yang menggunakan saringan pasir lambat untuk
mengatasi masalah pemenuhan kebutuhan air minum, dimana penggunaan saringan pasir
lambat dapat menghilangkan kekeruhan dan coliform sampai 99,9% dan setelah klorinasi
dapat menghilangkan coliform 100%, sehingga kualitas air effluent yang dihasilkan
saringan pasir dapat layak diminum (Humphrey, 2005).
Saringan pasir lambat akan mengalami fase kematangan dalam menurunkan
bakteri E.Coli setelah dioperasikan selama 40 hari dan akan mengalami penurunan
sampai 85 hari (Droste,1997). Menurut Al-Layla (1997), kecepatan saringan pada saringan
2
pasir lambat ini adalah sebesar 0,1 – 0,4 m/jam. Robert (1995) menunjukkan bahwa
penggunaan saringan pasir lambat di Cat Lake First Nation, Ontario, dapat menghilangkan
Giardia cysts and Cryptosporidium oocysts mencapai 99% dan menurunkan kekeruhan
dari 3 NTU menjadi 0,2 NTU. Cynthia (1995) menggunakan saringan pasir lambat untuk
mengatasi masalah air minum di Dover, Idaho, dimana system ini dapat menghilangkan
Giardia Cysts 99,9%. Gresham (2005) menggunakan saringan pasir lambat untuk
kebutuhan air minum di Afganistan yang dapat menghilangkan organisme kontaminan
sebesar 99%. Humphrey (2005) nenggunakan saringan pasir lambat di Peru untuk
memenuhi kebutuhan air minum yang dapat menghilangkan coliform 99,9% dan setelah
khlorinasi dapat menghilangkan coliform 100%.
Berdasarkan latar belakang ini, maka tujuan penelitian adalah mengolah air dari
efluent pengolahan air limbah industri secara aerobik dengan menggunakan saringan
pasir lambat untuk mengurangi kandungan COD, menghilangkan bakteri E.Coli dan
kekeruhan air, sehingga diperoleh air yang dapat dimanfaafkan kembali.
2. FUNDAMENTAL
Saringan pasir lambat adalah system yang sederhana dan mudah digunakan oleh
komunitas yang kecil. System ini mirip dengan filtrasi kecepatan tinggi yang mengunakan
media tunggal, tetapi ada perbedaan yang penting dalam mekanisme penggunaannya.
Operasional filter dilakukan dengan cara melewatkan air melalui suatu media pasir tanpa
bantuan proses kimiawi ataupun mekanis. Hingga saat ini banyak di kota - kota di Eropa
yang masih menggunakan proses filtrasi dengan memakai prinsip saringan pasir lambat
tersebut (Droste, 1997).
Desain dan operasional saringan pasir lambat yang relatif lebih sederhana jika
dibandingkan dengan saringan pasir cepat, membuatnya menjadi alternative primer bagi
pemakaian di Negara berkembang. Keuntungan penggunaan dari saringan pasir lambat
antara lain: dapat menghasilkan air dengan kandungan silika, besi dan alum rendah; Tidak
memerlukan pengolahan koagulasi dan flokulasi; serta tidak membutuhkan bahan kimia
(kecuali desinfektan); biaya operasi dan perawatan rendah; mempunyai efisiensi
penurunan bakteri yang baik; dan periode operasi relatif lama.
Pembersihan dalam saringan dilengkapi dengan sejumlah mekanisme yaitu
penyaringan, sedimentasi, flokulasi, mekanisme kimia dan fisika lainnya. Secara umum
3
mekanisme yang paling dominan adalah difusi dan sedimentasi. saringan pasir lambat
berjalan melalui fase pematangan selama beberapa minggu setelah dimulai. Selama fase
ini banyak microbial zoogleal atau gelatinous yang tumbuh dengan sendirinya dilapisan
atas saringan. Pada lapisan ini banyak terjadi pembentukan partikel koloid. Setelah
beberapa lama, kerusakan meningkat ke ujung kasar dan lapisan kecil pada medium telah
menimbulkan pengikisan pada ujung atas saringan. Pertumbuhan biologis meluas ke
bawah lapisan yang rusak dan kinerja saringan tidak terganggu.
Siklus ini akan berulang-ulang, sehingga tersisa ketebalan minimum pada medium
saringan, sehingga perlu dibersihkan. Pertumbuhan biologis dalam saringan bisa sangat
mempengaruhi kinerja saringan dan mekanisme pembersihannya. Saringan pasir lambat
yang beroperasi dengan baik akan menyisihkan hampir 98 - 99,5 % dari jumlah bakteri
yang terdapat dalam air baku dimana dalam saringan sudah terbentuk suatu lapisan tipis
pada permukaan pasir, yang sudah terbentuk setelah lebih kurang selama 2 minggu.
Lapisan tipis ini disebut dengan lapisan Schmutzdecke (Salvato,1982). Lapisan
Schmutzdecke secara biologi merupakan lapisan media yang sangat aktif, yaitu dapat
menyisihkan bahan-bahan organik tersuspensi dan mikroorganisme dengan proses
biodegradasi dan proses-proses lainnya. Lapisan ini terdiri atas lapisan mikroba yang
tumbuh dan berkembang biak. Bakteri, protozoa dan mikroorganisme besar lainnya
seperti helminthes dan materi mengapung sangat banyak dilapisan ini. Kandungan E. Coli
dalam air baku dapat dikurangi sebesar 102 – 103. Kista Giardia dan Crytosporidium dapat
dibersihkan dengan tingkatan mendekati sempurna (99,9%) dalam operational saringan
pasir lambat yang sempurna. Pada lapisan Schmutzdecke ini paling banyak terjadi
penguraian atau pengurangan partikel tersuspensi, bakteri dan bahan organik. Namun
setelah beberapa lama pengoperasian headloss akan meningkat sehingga harus
dilakukan pencucian dan pengurangan lapisan Schmutzdecke pada permukaan saringan
dengan dikeruk (Droste,1997).
Pada negara-negara beriklim tropis paling cocok menggunakan saringan pasir
lambat, dikarenakan pada iklim tropis mempunyai suhu yang hangat sehingga akan
membantu keaktifan dan keefisienan dari lapisan Schmutzdecke. Sedangkan untuk
daerah yang memiliki 4 musim filter harus ditutup untuk menjaga pertumbuhan bakteri dan
mikroba pada lapisan Schmutzdecke ini pada musim dingin (Droste, 1997).
Kekeruhan air umpan sebaiknya kurang dari 50 NTU agar operasional saringan
tidak terganggu, akan tetapi bila nilai kekeruhan melebihi angka itu dapat ditoleransi
4
dengan waktu operasi yang pendek (Huismann dan Wood, 1974). Juga dapat dilakukan
tindakan pretreatment seperti pembersihan sedimentasi atau memperkasar ukuran
saringan.
Pengoperasian saringan pertama-tama harus dilakukan dengan pengisian air dari
dasar atau secara upflow dengan air bersih. Hal ini akan mendorong keluarnya udara
yang masuk melalui pori-pori media. Kemudian operasi filtrasi dapat dimulai dan
membutuhkan waktu beberapa minggu untuk membentuk lapisan Schmutzdecke dan
menghasilkan kualitas effluent yang dapat diterima.
Aliran air umpan pada saringan pasir dapat dikontrol dengan baik oleh katup inlet
dan outlet yang diatur secara harian. Apabila headloss yang melalui saringan telah
mencapai nilai maksimal yang diijinkan (head 1,0 – 1,5 m ), maka lapisan atas media pasir
harus dikeruk sekitar 1,5 – 2 cm dan operasional dapat dilanjutkan kembali. Lapisan
Schmutzdecke dapat berkembang kebawah hingga ketebalan 2 cm, dan membuat kinerja
saringan pasir lambat berjalan tidak signifikan.
3. METODOLOGI
3.1 Saringan Pasir Lambat
Unit saringan pasir lambat terbuat dari bahan akrilik (Gambar 1). Saringan yang
digunakan mempunyai kemampuan beroperasi untuk mengalirkan fluida kebawah. Laju
alir saringan yang digunakan adalah 0,1 – 0,4 m/jam (35 liter/hari) dengan diameter
saringan sebesar 5 cm. Untuk ketinggian unit mengikuti ketebalan dari media, dan unit
saringan dapat ditunjukkan dalam Tabel 1.
Tabel 1. Unit Saringan pasir lambat
Lapisan
Pasir ( diameter 0,5 – 0,8 mm )
Pasir ( diameter 1,6 mm )
Kerikil kecil
Lapisan
Kerikil Besar
Tinggi air diatas media
Total ketinggian filter
Ketinggian ( cm )
50
10
10
Ketinggian ( cm )
10
100
180
5
3.2 Pengoperasian Unit Saringan
Langkah awal dalam pengoperasian Saringan pasir lambat,
air baku dialirkan ke
dalam filter dari dasar saringan sampai ke permukaan atas media pasir. Hal ini dilakukan
untuk mengeluarkan udara yang terdapat pada pori-pori media media pasir dan kerikil
yang digunakan. Kemudian dilanjutkan dengan mengalirkan air baku kebawah kedalam
unit saringan pasir lambat. Selama operasi air yang ada pada unit saringan pasir lambat
ini harus selalu menggenangi media pasir untuk menjaga agar organisme yang ada pada
permukaan lapisan pasir tidak mati.
Proses pengaliran air baku ini dilakukan secara kontinyu, sehingga menyebabkan
miokroorganisme tumbuh dengan sendirinya pada lapisan paling atas media pasir
(Gambar 1). Pada lapisan Schmutzdecke akan terjadi proses pengurangan partikel
tersuspensi, bahan organik, dan bakteri melalui proses oksidasi biologis maupun kimiawi.
Inflow
Over flow
Lapisan Schmutzdecke
Under flow
Media pasir
E-5
Gravel
Gambar 1. Diagram proses system saringan pasir lambat
3.3 Analisa Kekeruhan
Analisa kekeruhan menggunakan alat turbidimeter dengan metode nefelometrik,
alat ini bekerja dengan prinsip membandingkan antara intensitas cahaya yang
dihamburkan dari suatu sampel air dengan intensitas cahaya yang dihamburkan oleh
6
larutan standard pada kondisi yang sama. Sebagai larutan standard kekeruhan digunakan
larutan standard keruh dengan nilai 40 NTU.
3.4 Analisa E.Coli
Pengambilan sampel untuk analisa total Coliform adalah berikut ini: Ujung kran
effluent dipanaskan dengan nyala api selama ± 5 menit (supaya steril). Sampel kemudian
dimasukkan ke dalam botol yang sudah disterilkan terlebih dahulu dan diisi dengan air
sampel sampai
3
4
bagian dari volume bersih. E.Coli dianalisa menggunakan metode
MPN. Adanya pertumbuhan bakteri golongan coli dapat diketahui dengan timbulnya
gelembung gas pada tabung Durham. Nilai E.Coli yang didapat dibandingkan dengan
standar air minum (Kepmenkes RI No. 907/MENKES/SK/VII/2002). Total coliform yang
diijinkan adalah 0 per 100 ml.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Kekeruhan selama waktu operasi
Air effluent dari pengolahan limbah Industri yang akan dialirkan kedalam saringan
pasir lambat sudah memiliki nilai kekeruhan yang cukup rendah antara 1,5 – 5 NTU. Nilai
kekeruhan ini telah memenuhi persyaratan air limbah yang dapat diolah oleh saringan
pasir lambat yaitu kurang dari 50 NTU.
Karena air limbah yang diumpankan pada saringan mempunyai nilai kekeruhan yang
bervariasi, maka nilai kekeruhan air yang dihasilkan bervariasi, dengan nilai rata-rata
sekitar 0,8 NTU (Gambar 2). Penurunan kekeruhan dari bahan organik tersuspensi
didalam air limbah karena proses biodegradasi mikroba yang terdapat pada lapisan
Schmutzdecke pada permukaan media pasir. Ada kenaikan persen penyisihan kekeruhan
mulai awal sampai akhir percobaan dari 40% hingga 69,56 %, hal ini menunjukkan bahwa
unjuk kerja system filtrasi sudah bekerja baik.
7
100
Kekeruhan masuk
Kekeruhan keluar
% Penyisihan kekeruhan
Kekeruhan (NTU)
8
80
6
60
4
40
2
20
0
% Penyisihan Kekeruhan
10
0
0
10
20
30
40
50
60
Waktu (hari)
Gambar 2. Profil kekeruhan air
4.2 COD selama waktu operasi
Profil COD dapat dilihat pada Gambar 3. Hasil penelitian menunjukan bahwa terjadi
pengurangan nilai COD selama periode waktu operasi 60 hari, hal ini disebabkan oleh
peranan bakteri yang terdapat pada lapisan Schmutzdecke untuk mendegradasi bahanbahan organik yang diumpankan. Kandungan COD air limbah yang diumpankan kedalam
saringan pasir lambat bervariasi antara 8 sampai 80 mg/l, sehingga menghasilkan
penyisihan COD yang bervariasi antara 40 sampai 100% (Gambar 4). Penyisihan COD
dapat dicapai sebesar 100% dengan umpan air limbah sebesar antara 8 sampai 10 mg
COD/l. Besar penyisihan COD ini tidak semuanya konsisten sama, ada yang jauh dibawah
100%, hal ini menunjukkan bahwa bakteri mempunyai kapasitas tertentu untuk
mengkonsumsi bahan-bahan organik.
100
COD masuk
COD keluar
COD (mg/l)
80
60
40
20
0
0
10
20
30
40
Waktu (hari)
Gambar 3. Profil COD terlarut
8
50
60
100
% Penyisihan COD
80
60
40
20
0
0
10
20
30
40
50
60
Waktu (hari)
Gambar 4. Profil % penyisihan COD
4.3 Kandungan bakteri E.Coli
Coliform adalah keseluruhan bakteri dengan bentuk dan struktur yang menyerupai
Escherichia coli yang ditemukan didalam usus besar mamalia atau hewan berdarah panas
yang membantu dalam proses pencernaan makanan. Adanya coliform digunakan sebagai
indikator pencemaran tinja dalam analisis kualitas air. Keberadaan coliform dalam air
dapat menunjukkan adanya pencemaran disebabkan oleh mikroorganisme pathogen
penyebab penyakit.
Total coliform dilakukan pada air limbah sebelum dilewatkan saringan pasir lambat
dan setelah tumbuh lapisan Schmutzdecke pada lapisan atas media filter. Beberapa
literatur menyebutkan bahwa untuk analisa total coliform dilakukan setelah beberapa
minggu atau kurang lebih 40 hari pengoperasian saringan pasir lambat, yaitu setelah
tumbuh lapisan schmutzdecke. Pada penelitian ini setelah pengoperasian selama 40
sampai 60 hari sudah terbentuk lapisan Schmutzdecke (Gambar 5).
Kandungan E.Coli air effluent pada pengolahan air limbah industri sebelum
diumpankan pada saringan pasir lambat sebesar 24 x 105 MPN/100ml. Setelah melalui
proses pada saringan pasir lambat sebesar sebesar 7 x 104 MPN/100ml. Penurunan
kandungan E.Coli ini disebabkan oleh bakteri didalam lapisan Schmutzdecke yang dapat
mengkonsumsi bakteri pathogen seperti E.Coli yang merupakan food-chain. Disamping itu
juga terjadi proses adsorpsi, yang mana bakteri yang bermuatan negatif akan diikat oleh
butiran media pasir yang bermuatan positif, sehingga bakteri E.Coli yang terdapat dalam
9
air limbah industri dapat tereduksi. Hasil yang diperoleh untuk menyisihkan E.Coli sebesar
97,1%.
Gambar 5. Profil kondisi permukaan saringan pasir lambat
5. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa dengan menggunaan saringan pasir
lambat dalam waktu 30 hari dengan laju alir volumetris 35 liter/hari sudah terbentuk
lapisan Schmutzdecke. Kekeruhan air effluent dapat berkurang dari antara 1,5 – 5 NTU
menjadi 0,8 NTU dengan penyisihan antara 40 - 69,56 %; kandungan E. Coli berkurang
dari 24 x 105 MPN/100 ml menjadi 7 x 104 MPN/100ml dengan penyisihan 97,1%; dan
penyisihan COD antara 40 -100% dengan umpan antara 8-80 mg/l dalam periode waktu
60 hari.
Daftar Singkatan
COD
DO
MENKES
MPN
NTU
Chemical Oxygen Demands
Dissolved Oxygen (oksigen terlarut)
Menteri Kesehatan
Most Probable Number
Nephelometric turbidity units
DAFTAR PUSTAKA
Al-Layla, MA., Ahmad, S., dan Middlebrooks, S.J. (1997). Water supply engineering
design. Second editions, Ann Arbor Science, Michigan-USA.
10
Cynthia, D. (1995). Slow sand filter serves Dover a cool drink. On tap summer.
Droste, RL. (1997). Theory and practice of water and wastewater treatments. John Willey
and Sons Inc.
Gresham, B. (1998). The household Slow sand filter. Footsteps, 35, 11.
Haarhoff, J.; Cleasby, J.L. (1991). Biological and physical mechanisms in slow
sand filtration. In: Slow Sand Filtration. Logsdon, G.S.(ed.). 19-68.
American Society of Civil Engineers, New York, USA.
Huismann dan Wood, W.E. (1994). Slow sand filter. WHO, Genewa.
Humphrey, B. (2005). Use of slow sand filter in Huacaria Peru, Blackbburn & Association,
Bellinghan, WA.
Ochieng, GMM., Otieno, FAO., Ogada, TPM., Shitote, SM., dan Menzwa DM. (2004).
Performance of multistage filtration using different filter media against conventional
water treatment systems. Water SA, 30(3).
Robert, A.L. (1995). The slow sand filtration alternative, RAL Engineering Ltd.
Salvato, JA. (1982). Environmental engineering and sanitation. Secod edition, John Willey
and Sons Inc. New York.
Rooklidge, SJ., Miner, JR., Kassim, TA., and Nelson, PO. (2005). Antimicrobial
Contaminant Removal by Mulistage Slow Sand Filtrasi. American Water Works
Association, 97(12), 92-100.
11