bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air merupakan salah satu komponen yang penting bagi kehidupan. Semua
mahluk hidup seperti manusia, hewan dan tumbuhan memerlukan air untuk
melakukan segala aktivitasnya. Pemanfaatan air dalam kehidupan juga bermacammacam seperti untuk kebutuhan rumah tangga, pertanian, perikanan, industri dan
lain
sebagainya.
Banyaknya
pemanfaatan
air
dalam
kehidupan
dapat
menyebabkan penurunan kualitas air di muka bumi (Terasaka dkk., 2011).
Melihat kondisi ini maka perlu dilakukan tindakan untuk menjaga kelestarian
air bersih tersebut. Salah satu cara adalah dengan melakukan usaha untuk
pengolahan limbah. Dewasa ini telah banyak dikembangkan pengolahan limbah
secara biologis yang dinilai lebih ramah lingkungan dan biaya operasional yang
lebih rendah dibanding dengan pengolahan limbah secara kimia.
Pengolahan secara biologi didefinisikan sebagai suatu proses yang
memanfaatkan kemampuan bakteri untuk mendegradasi polutan organik. Menurut
Said (2000), secara garis besar pengolahan air limbah secara biologis dapat dibagi
menjadi dua metode, yakni proses biologis dengan biakan tersuspensi (suspended
culture) dan proses biologis dengan biakan melekat (attached culture). Proses
activated sludge, sebagai salah satu proses biologis dengan biakan tersuspensi,
adalah metode yang paling umum untuk digunakan dalam pengolahan air limbah
secara biologis. Namun, kendala yang sering dihadapi adalah kebutuhan lahan dan
lumpur yang dihasilkan besar. Oleh karena itu penelitian mengenai attached
culture mulai banyak dikembangkan.
Proses biologis dengan attached culture merupakan metode pengolahan
limbah dengan bakteri yang dibiakkan pada suatu media padat, sehingga bakteri
tersebut melekat pada permukaan media. Proses ini disebut juga dengan proses
film mikrobiologis atau proses biofilm. Keuntungan pengolahan biologis
menggunakan metode ini yaitu pengoperasiannya mudah, lumpur yang dihasilkan
sedikit, dapat digunakan untuk pengolahan air limbah dengan konsentrasi rendah
maupun konsentrasi tinggi, tahan terhadap fluktuasi jumlah air limbah maupun
fluktuasi konsentrasi dan pengaruh suhu terhadap efisiensi pengolahan kecil.
Proses pengolahan limbah secara biologis ini dapat dilakukan pada dua kondisi
yaitu secara anaerobik tanpa adanya suplai oksigen dan aerobik yang
membutuhkan suplai oksigen pada proses pengoperasiannya (Said, 2000).
Pengolahan biologis secara aerobik menggunakan metode attached culture
dapat menjadi alternatif untuk mengurangi kadar bahan organik di dalam limbah.
Pada proses aerobik, suplai akan oksigen memiliki peranan yang penting karena
oksigen yang terlarut tersebut akan digunakan oleh bakteri untuk melakukan
aktivitasnya
dan
proses
degradasi
bahan
organik.
Penggunaan
aerator
konvensional yang umum digunakan untuk pengolahan limbah memerlukan
energi yang relatif besar dalam mempertahankan suplai oksigen bagi bakteri
(Liu dkk., 2012). Melihat kondisi tersebut maka mulai dikembangkan teknologi
microbubble generator (MBG). Microbubble generator merupakan suatu alat
aerasi yang dapat menghasilkan gelembung mikro dengan ukuran diameter 10
µm (Ohnari, 2003).
Penelitian Yamada dan Minagawa (2005) menunjukkan bahwa penurunan
ukuran gelembung dengan menggunakan microbubble meningkatkan konsentrasi
oksigen terlarut. Agar dapat memaksimalkan efisiensi kinerja MBG pada digester
aerobik, maka setting kecepatan aliran cairan (QL) dan kecepatan alir udara (QG)
sangat berpengaruh. Transfer massa oksigen yang efisien pada proses aerasi akan
bermanfaat untuk menghemat energi. Penelitian ini akan mempelajari pengaruh
variasi intensitas aerasi pada MBG, dengan pengaturan kombinasi kecepatan
aliran cairan dan kecepatan aliran udara, terhadap penurunan kadar bahan organik
yang dinyatakan sebagai nilai sCOD (Soluble Chemical Oxygen Demand).
Penelitian ini merupakan lanjutan dari penelitian sebelumnya pada skala
laboratorium (Satriawan, 2015). Dalam penelitian ini, konfigurasi MBG yang
sudah dilakukan pada skala laboratorium tersebut diaplikasikan pada kolam
aerobik pada instalasi pengolahan limbah Departemen Teknik Kimia FT UGM.
1.2 Keaslian Penelitian
Teknologi microbubble telah banyak diteliti dan dimanfaatkan dalam proses
pengolahan limbah. Liu dkk (2010) melakukan penelitian mengenai efek
microbubble
pada
proses
flotasi
koagulasi
limbah
pencelupan,
yang
membandingkan antara teknologi microbubble dengan pembentuk gelembung
udara konvensional. Hasil penelitian menyatakan bahwa pada kondisi yang sama,
efisiensi penyisihan sCOD, warna dan minyak untuk masing-masing microbubble
floatation meningkat 30%, 110% dan 40%, dibandingkan dengan flotasi
gelembung
udara
konvensional.
Setelah
proses
flotasi
koagulasi
biodegradabilities air limbah meningkat 0,290-0,363 dengan menggunakan
microbubble dan 0,301 pada gelembung udara konvensional. Penggunaan
teknologi microbubble dalam proses koagulasi dapat memberikan pendekatan
yang efisien dan hemat biaya untuk pengolahan air limbah.
Yamada dan Minagawa (2005) melakukan percobaan dan mengusulkan
sebuah model untuk sistem suplai oksigen yang menggunakan microbubble.
Penelitian tersebut menunjukkan bahwa dengan penurunan ukuran gelembung
menyebabkan konsentrasi oksigen mengalami peningkatan. Meningkatnya suplai
oksigen diharapkan dapat meningkatkan aktivitas bakteri dalam mendegradasi
senyawa organik dan transfer massa oksigen yang efisien dapat menekan
penggunaan energi.
Penelitian Liu dkk (2013) telah berhasil menerapkan sistem membran shirasu
porous glass (SPG) untuk aerasi microbubble dalam reaktor biofilm pada
pengolahan air limbah sintetik. Keberhasilan sistem eksperimental tersebut
menunjukkan kelayakan microbubble untuk pengolahan air limbah biologis secara
aerobik.
Berdasarkan penelusuran pustaka yang dilakukan belum ditemukan penelitian
mengenai variasi intensitas aerasi (kombinasi kecepatan aliran cairan dan
kecepatan aliran udara) pada microbubble generator untuk proses pengolahan
limbah secara aerobik dengan menggunakan media biofilm. Hasil dari penelitian
ini diharapkan dapat mempresentasikan fenomena yang berlangsung pada proses
pengolahan limbah secara aerobik dengan media biofilm ke dalam bentuk model
matematis semi empiris. Penggunaan model matematis diharapkan memberikan
representasi hasil yang lebih kuantitatif dibanding dengan analisis grafis yang
dilakukan oleh penelitian-penelitian terdahulu.
1.3. Manfaat Penelitian
Penelitian ini dapat memberikan informasi untuk mengembangkan penelitian
mengenai MBG lebih lanjut sebagai berikut:
1.
Memberi
informasi
mengenai
potensi
pemanfaatan
MBG
untuk
pengolahan limbah secara aerobik dengan media biofilm.
2.
Memberikan gambaran model kinetika sederhana untuk memperkirakan
konsumsi oksigen dan zat organik oleh bakteri yang dapat digunakan
untuk kemajuan penelitian sejenis.
1.4. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari efek dari variasi kecepatan aliran
cairan (QL) dan kecepatan aliran udara (QG) yang merupakan variabel operasi
MBG sebagai upaya mengoptimalkan kerja MBG, terhadap penurunan kadar
bahan organik pada reaktor aerobik yang dinyatakan dengan nilai sCOD.
Perbandingan beberapa kondisi proses yang diuji dilakukan dengan model
matematis yang telah disusun dalam penelitian sebelumnya (Budhijanto dkk.,
2015).