APLIKASI FILTRASI ANAEROBIK ALIRAN UPFLOW DALAM MENURUNKAN KADAR BOD DAN COD LIMBAH CAIR TAPIOKA

APLIKASI FILTRASI ANAEROBIK ALIRAN UPFLOW

DALAM MENURUNKAN KADAR BOD DAN COD LIMBAH CAIR TAPIOKA

Hery Setyobudiarso

(Staf Pengajar Jurusan Teknik Lingkungan FTSP - ITN Malang)

ABSTRAK

Kondisi industri tapioka yang ada saat ini sering menimbulkan masalah lingkungan yang diakibatkan oleh kegiatan industri tersebut, sehingga sudah selayaknya diperhatikan dan dikendalikan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui berapa besar beban hidrolik dan waktu detensi optimal dalam menurunkan kandungan BOD dan COD pada air limbah tapioka. Penelitian ini dilakukanuntuk mengolah limbah cair tapioka sebelum dibuang ke perairan. Metode yang digunakan adalah filtrasi anaerobik aliran upflow. (Penyaringan tanpa membutuhkan udara dengan aliran dari bawah ke atas). Pengoperasian reaktor dilakukan secara batch dengan variasi beban hidrolik 1 m³/m².hari, 2 m³/m².hari dan 3 m³/m².hari serta waktu detensi 4 jam, 8 jam dan 12 jam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penurunan BOD tertinggi sebesar 77,80 % dan COD tertinggi sebesar 83,15 % pada variasi beban hidrolik 1 m³/m².hari dengan waktu detensi 12 jam.

Kata Kunci : Limbah Cair Tapioka, Aliran Upflow, Filtrasi Anaerobik, BOD, COD.

 

PENDAHULUAN

            Industri tapioka merupakan salah satu jenis industri hasil pertanian yang cukup banyak tersebar di Indonesia. Kondisi industri tapioka yang ada saat ini sering menimbulkan masalah lingkungan yang diakibatkan oleh kegiatan industri tersebut, sehingga sudah selayaknya diperhatikan dan dikendalikan. Apalagi sebagian besar industri tapioka berlokasi dekat pemukiman yang padat penduduk dan ditepi sungai sehingga sering terdengar keluhan dan kritikan dari masyarakat sekitar areal pabrik yang apabila tidak ditanggapi secara serius dapat menimbulkan kerusakan yang tidak diinginkan.

          Mengingat dampak negatif yang diakibatkan limbah cair tapioka tersebut maka perlu dilakukan pengolahan limbah cair tapioka sebelum dibuang ke perairan bebas, khusus pada penelitian ini digunakan metode filtrasi anaerobik. Jenis pengolahan ini cocok diterapkan apabila limbah yang akan diolah mempunyai konsentrasi zat organik yang tinggi, aliran upflow yaitu aliran yang dapat meminimalkan terjadinya clogging atau penyumbatan pada aliran air limbah daripada sistem aliran kebawah (down flow). Dalam sistem upflow ini, konsentrasi air limbah dapat diturunkan dengan baik. Media yang digunakan dalam penelitian ini ada dua jenis yakni  batu dan kerikil. Batu dan kerikil ini dipilih sebagai media filter karena kedua jenis media ini mudah didapatkan dipasaran dan relatif murah.

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi proses filtrasi,  diantaranya adalah :

1.    Debit Filtrasi

Dengan adanya aliran yang terlalu cepat melewati ruang pori diantara butiran media akan menyebabkan berkurangnya waktu kontak antara permukaan butir media penyaring dengan air yang akan disaring sehingga proses filtrasi tidak dapat terjadi secara sempurna.

2.    Kedalaman, ukuran, dan material media.

Partikel tersuspensi yang terjadi melalui influent akan tertahan pada permukaan media filter karena adanya mekanisme filtrasi (straining). Oleh karena itu efisiensi filter merupakan fungsi karakteristik fisik dari filter bed, yang meliputi porositas dan rasiodari kedalaman media terhadap ukuran media.

3.    Kualitas (kekeruhan) air baku

Kualitas (kekeruhan) air baku sangat mempengaruhi efisiensi filtrasi. Jika kekeruhan air baku terlalu tinggi maka diperlukan pengolahan awal terlebih dahulu.

4.    Tinggi muka air dan kehilangan tekanan

Tinggi muka air diatas media berpengaruh terhadap besarnya debit filtrasi yang mengalir. Muka air yang tinggi akan meningkatkan laju filtrasi (jika filter masih dalam keadaan bersih). Muka air diatas media akan naik jika rterjadi clogging (terjadi saat filter dalam keadaan kotor).

5.    Temperatur air

Perub`han temperatur air yang difiltrasi akan menyebabkan perubahan densitas, viskositas absolut dan viskositas kinematis pada air. Perubahan temperatur secara tidak langsung akan menyebabkan perbedaan kehilangan tekanan selama prose filtrasi.

Faktor – faktor lingkungan yang mempengaruhi proses anaerobik  antara lain :

1.    pH

Pengaruh dari perubahan pH terhadap sistem sangat besar. Jika pH dibawah 6,0 maka pembentukan metana terhenti dan lebih banyak asam berakumulasi, akibatnya akan menghentikan proses anaerobik.

2.    Kapasitas digester

          Kapasitas digester secara umum didasarkan pada periode waktu tinggal rata-  rata sel atau waktu penyimpanan padatan. Hal – hal yang mempengaruhi periode digestion yaitu debit rata-rata influent, dan volume tangki (reaktor).

3.    Suhu

Suhu optimum untuk pembentukan metana sekitar 30⁰C hingga 40⁰C pada suhu diatas 40⁰C maka produksi metana akan menurun.

4.    Nutrisi

Pada proses anaerobik media yang mempunyai kandungan nutrisi tertentu yang optimum akan sangat mempengaruhi proses. Perbandingan unsur nitrogen, karbon, dan fosfor layak untuk diperhitungkan yaitu besarnya dalam perbandingan karbon, nitrogen, dan fosfor, 150 : 55 : 1 bagian.

            Karakteristik Limbah Cair Pada Berbagai Industri Tapioka (rata – rata )

Karakteistik	Satuan	Industri
		Kecil	Menengah	Besar
Bahan baku Debit BOD COD MPT pH Sianida (CN)	Ton/hari m3/hari ppm ppm ppm ppm	5,00 22,00 5055,82 16202,30 3415,45 5,50 0,1265	20,00 80,00 5439,45 25123,33 3442,00 4,50 0,117	200-600 1200,00 3075,84 5158,78 1342,00 5,00 0,200

                          Sumber : BPPI Semarang Laporan Teknologi Pengolahan Air Buangan

                                             Industri  Tapioka

Karakteristik Biologis Air limbah

1.    BOD (Biochemical Oxygen Demand)  

Jumlah oksigen terlarut dalam air yang dibutuhkan oleh jasad renik dalam pengurangan bahan organik dibawah kondisi aerob  

2.    COD (Chemical Oxygen Demand)

Jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk menguraikan atau mengoksidasi bahan organik secara kimiawi.

3.    DO (Dissolved Oxygen)

Merupakan parameter yang penting untuk mengukur tingkat pencemaran air

4.    TOC (Total Oganic Compound)

Merupakan pengujian yang dilakukan untuk menentukan jumlah organik

5.    TSS (Total Suspended Solid)

Adalah jumlah berat dalam mg/l kering lumpur yang ada dalam air limbah setelah mengalami penyaringan dengan membran berukuran 0,45 mikron.

6.    NH₃ (Amonia)

Merupakan senyawa nitrogen yang menjadi NH₄ pada pH rendah dan disebut amonium. Amonia dalam air permukaan berasal dari air seni maupun air tinja, juga berasal dari oksidasi zat organis secara mikrobiologis yang berasal dari air buangan maupun air alam.

Tujuan dari penelitian ini adalah :

Menentukan besaran beban hidrolik dan waktu tinggal dengan metode filtrasi anaerobik dalam menurunkan kadar BOD dan COD limbah cair tapioka

METODE PENELITIAN

Tahap pembenihan (seeding)

Pembenihan dilakukan untuk memperoleh sejumlah mikroorganisme yang akan berperan dalam penguraian bahan organik dalam reaktor anaerobik. Pembenihan dilakukan langsung pada reaktor filtrasi anaerobik aliran upflow dengan tahapan: Sebelum melakukan seeding, terlebih dahulu media (batu dan kerikil) dimasukkan dalam reaktor. Selanjutnya proses seeding dilakukan dengan cara memasukkan sampel limbah yang akan diolah ke dalam reaktor kemudian dilakukan pengoperasian reaktor disesuaikan dengan variabel penelitian (beban hidrolik = 1m³/m².hari (27,8 ml/mnt) dengan waktu detensi 4 jam, 8 jam dan 12, jam pada reaktor 1. 2 m3/m2.hari (55,5 ml/mnt) dengan waktu detensi 4 jam, 8 jam dan 12 jam pada reaktor II, 3 m³/m².hari (88,8 ml/mnt) dengan waktu detensi 4 jam, 8 jam dan 12 jam pada reaktor III.)

Aklimatisasi

Aklimatisasi dilakukan bersama – sama dengan proses seeding setelah itu dilakukan pengukuran parameter dari effluen secara berkala. Kegiatan ini dilakukan melalui pengukuran permanganat value (PV) selama aklimatisasi sampai kondisi steady ready dicapai.

Analisa Kandungan Permanganat (bahan organik limbah)

Selama proses aklimatisasi metode ini yang dipakai untuk mengukur besarnya konsentrasi zat otganik dalam limbah.

Biological Oxygen Demand (BOD)

Sampel yang digunakan untuk menganalisis BOD terlarut terlebih dahulu disaring agar sampel terbebas dari padatan tersuspensi maupun koloid. Metode analisis yang digunakan adalah APHA. Ed. 20. 5210 B, 1998

Chemical Oxygen Demand (COD)

Pengukuran COD pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode closed reflux titrimrtric  (metode dikromat) dari  Standard Method 5520 C. Dengan menggunakan metode ini zat organik akan dioksidasi oleh K₂Cr₀O₇ (kalium dikromat) dalam  suasana asam pada suhu 150 ^oC selama 2 jam. Metode analisa yang digunakan adalah QI/LKA/19 (Spektrofotometri)

Kerangka Penelitian

HASIL DAN PEMBAHASAN

Karakteristik Awal Limbah Cair Tapioka

Dalam penelitian ini dilakukan analisa pendahuluan untuk memperoleh data karakteristik air limbah yang akan digunakan sebagai sampel penelitian. Berdasarkan analisa Laboratorium Kualitas Air Jasa Tirta I yang dilakukan, diperoleh data karakteristik limbah cair tapioka sebagai berikut :

                  

Tabel 1. Karakteristik Awal Limbah Cair Tapioka Kepanjen Talang Agung

Parameter	Karakteristik Awal	Baku Mutu Limbah Cair Tapioka Berdasarkan Surat Keputusan ( SK ) Gubernur Jawa Timur No.45 Tahun 2002
BOD COD pH Temperatur	492.0 mg/l 3032.5 mg/l 6 25 º C	150 300 6 – 9

                Sumber :Hasil Analisis Kualitas Air Limbah

Analisis Deskriptif  

          Analisis deskriptif dilakukan untuk menganalisis data dengan cara mendeskiptifkan data yang telah terkumpul tanpa bermaksud membuat kesimpulan yang berlaku untuk umum. Dalam penelitian ini analisa deskriptif menggunakan rata-rata data atau mean sebagai ukuran pemusatan data.

Analisis Deskriptif BOD

   &nbrp;      Data hasil penelitian yang diperoleh menunjukkan bahwa filtrasi anaerobik dengan menggunakan media batu dan kerikil mempunyai kemampuan menurunkan konsentrasi BOD. Hasil perhitungan % penyisihan  BOD dapat dilihat pada tabel 2.2 dan gambar 1.1

Tabel 2.1. Konsentrasi Akhir BOD

No	Konsentrasi Awal (mg/l)	Beban Hidrolik (m3/m2.hari)	Waktu (jam)	Konsentrasi Akhir BOD (mg/l)
				1	2	3	Rata-rata
1	492.0	1	4	181,93	181,63	182,26	181,94
2	492.0	1	8	145,36	146,25	146,45	146,02
3	492.0	1	12	108,12	109,65	109,92	109,23
4	492.0	2	4	193,60	193,43	194,34	193,79
5	492.0	2	8	160,94	160,33	161,09	160,78
6	492.0	2 <.td>	12	120,37	120,69	121,22	120,75
7	492.0	3	4	220,10	221,34	221,24	220,89
8	492.0	3	8	174,03	174,38	175,66	174,69
9	492.0	3	12	140,39	140,25	141,11	140,58

      Sumber : Hasil Penelitian 

Tabel 2.2. Persentase  Penyisihan Akhir BOD

No	Konsentrasi Awal (mg/l)	Beban Hidrolik (m3/m2.hari)	Waktu (jam)	Rata-rata konsentrasi BOD	Rata-rata Persentase penyisihan BOD (%)
1.	492.0	1	4	181,94	63,02
2.	492.0	1	8	146,02	70,32
3.	492.0	1	12	109,23	77,80
4.	492.0	2	4	193,79	60,61
5.	492.0	2	8	160,78	67,32
6.	492.0	2	12	120,75	75,45
7.	492.0	3	4	220,89	55,10
8.	492.0	3	8	174,69	64,99
9.	492.0	3	12	140,58	71,43

          Sumber : Hasil Penelitian 

          Pada gambar 1.1 dapat dilihat bahwa persen penyisihan BOD terendah terjadi pada beban hidrolik 3 dengan waktu detensi (td) 4 jam sebesar 55,10 % dan tertinggi pada beban hidrolik 1 dengan waktu detensi (td) 12 jam sebesar 77,80 %.

                        Gambar 1.1. Grafik Hubungan Waktu Detensi Terhadap Persen Penyisihan BOD

                                            

Analisis Deskriptif COD

          Data hasil penelitian yang diperoleh menunjukkan bahwa, filtrasi anaerobik dengan menggunakan media batu dan kerikil mempunyai kemampuan menurunkan konsentrasi BOD. Hasil perhitungan % penyisihan  COD dapat dilihat pada tabel 3.2 dan gambar 2.1

Tabel 3.1. Konsentrasi Akhir COD

No	Konsentrasi Awal (mg/l)	Beban Hidrolik (m3/m2.hari)	Waktu (jam)	Konsentrasi Akhir COD (mg/l)
				1	2	3	Rata-rata
1	3032.5	1	4	890,48	890,35	891,26	890,69
2	3032.5	1	8	720,23	721,36	721,66	721,08
3	3032.5	1	12	450,56	450,25	451,45	450,75
4	3032.5	2	4	970,73	971,63	971,09	971,15
5	3032.5	2	8	810,76	810,53	811,35	810,88
6	3032.5	2	12	512,67	513,83	513,93	513,47
7	3032.5	3	4	1122,12	1123,65	1123,92	1123,23
8	3032.5	3	8	850,42	851,39	851,33	851,04
9	3032.5	3	12	650,12	650,75	651,96	650,94

              Sumber : Hasil Penelitian 

Tabel 3.2. Persentase  Penyisihan Akhir COD

No	Konsentrasi Awal (mg/l)	Beban Hidrolik (m3/m2.hari)	Waktu (jam)	Rata-rata konsentrasi COD	Rata-rata Persentase penyisihan COD (%)
1.	3032.5	1	4	890,69	70,62
2.	3032.5	1	8	721,08	76,22
3.	3032.5	1	12	450,75	85,13
4.	3032.5	2	4	971,15	67,97
5.	3032.5	2	8	810,88	73,26
6.	3032.5	2	12	513,47	83,06
7.	3032.5	3	4	1123,23	62,96
8.	3032.5	3	8	851,04	71,93
9.	3032.5	3	12	650,94	78,53

                   Sumber : Hasil Penelitian 

          Pada gambar 2.1 dapat dilihat bahwa persen penyisihan COD terendah terjadi pada beban hidrolik 3 dengan waktu detensi (td) 4 jam sebesar 62,96 % dan tertinggi pada beban hidrolik 1 dengan waktu detensi (td) 12 jam sebesar 85,13 %.

 

         

                   Gambar 2.1. grafik Hubungan Waktu Detensi Terhadap Persen Penyisihan COD

Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin lama waktu detensi maka semakin banyak mikroorganisme yang tumbuh dan berkembang dalam air limbah tersebut mampu menguraikan bahan-bahan organik yang terdapat dalam air limbah tapioka sehingga dapat meningkatkan persentase penyisihan BOD dan COD (Sarastuti, 2005). Pada penelitian ini semakin kecilnya beban hidrolik maka semakin besar persentase penyisihan BOD, hal ini diakibatkan karena debit aliran sebesar 27,8 ml/menit sudah mampu menguraikan bahan organik oleh mikroorganisme. Karena beban hidrolik semakin besar maka debit air limbah yang dialirkan juga semakin besar sehingga akan terjadi sloughing yang menyebabkan mikroorganisme yang menempel pada media terkelupas sehingga persentase penyisihan BOD semakin kecil (Widianto, 2006)

  Semakin besar beban hidrolik maka semakin menurun persen penyisihan BOD dan semakin kecil beban hidrolik maka persentase penyisihan BOD akan semakin meningkat. Debit pada influen reaktor besarnya tidak stabil karena terjadinya clogging pada reaktor sehingga valve pengatur debit pada reaktor sering diatur kembali agar debit inffluen tetap (Rosalia, 2006)

Pada proses filtrasi anaerobik penurunan konsentrasi BOD disebabkan oleh proses biologis. Air limbah yang dialirkan melewati lapisan media filter (batu dan kerikil) akan terjadi kontak dengan bakteri anaerobik. Bahan organik dalam air buangan dikonversi secara biologis oleh mikroorganisme dalam kondisi anaerobik. (Metcalf & Eddy, 1991). Pada proses anaerob akan menghasilkan gas metan. Terjadinya gas metan dalam reaktor ini secara biokimia adalah sebagai berikut :

 

Padatan tersuspensi dapat dibagi menjadi padatan yang dapat mengendap dan yang tidak dapat mengendap (Benefield dan Randall, 1980). Pada umumnya 60 % dari padatan tersuspensi dalam air limbah adalah padatan yang dapat mengendap (Metcalf and Edy,2003).

  Seperti halnya limbah cair tapioka merupakan padatan yang dapat mengendap, dimana limbah cair tapioka yang mengandung senyawa organik dan senyawa kimia, pada reaktor filtrasi anaerobik tidak semua tertahan oleh media filter ada sebagian senyawa organik dan senyawa kimia yang ikut terbawa keluar oleh effluen, sehingga penurunan COD tidak terlalu besar karena masih adanya senyawa-senyawa organik pada effluen reaktor filtrasi anaerbik seperti sianida (CN), lemak karbohidrat dan protein.

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan maka dapat diambil kesimpulan-kesimpulan sebagai berikut:

1.    Beban hidrolik 1 m³/m².hari memberikan persen penyisihan BOD dan COD lebih baik dari pada beban hidrolik 2 m³/m².hari dan 3 m³/m².hari. Waktu detensi 12 jam memberikan persen penyisihan BOD dan COD yang lebih baik dari pada waktu detensi 4 jam dan 8 jam.

2.     Filtrasi anaerobik dapat menurunkan konsentrasi BOD pada limbah cair tapioka, dimana persentase penyisihan BOD tertinggi sebesar 77,80 % dengan variasi beban hidrolik 1 m³/m².hari dan waktu detensi 12 jam, persentase penyisihan terendah 62,96 % dengan variasi beban hidrolik 3 m³/m².hari dan waktu detensi 4 jam.

3.    Persentase penyisihan COD tertinggi sebesar 85,13 % dengan variasi beban hidrolik 1 m³/m².hari dan waktu detensi 12 jam, persentase penyisihan terendah 55,10 % dengan variasi beban hidrolik 3 m³/m².hari dan waktu detensi 4 jam

DAFTAR PUSTAKA

Alaerts, G dan Sumestri S. 1987. ”Metoda Penelitian Air “. Penerbit Usaha Nasional Surabaya.

Badan Pengendali Dampak Lingkungan, 2002. Keputusan Gubernur Jawa Timur No.45 Tahun 2002 Tentang Baku Mutu Limbah Cair Bagi Industri atau Kegiatan Usaha Lainnya di Jawa Timur.Bowo, D. M. 1994 . “Teknik Pengolahan Air Limbah Secara Biologis”. Surabaya. ITS Surabaya.

Masduki, dan Slamet. 2000. ”Satuan Proses Untuk Pengolahan Air”, Teknik Lingkungan FTSP ITS, Surabaya.

Metcalf and Eddy. 2003. Waste water Engineering. P ed. McGraw-MII, Inc. New York.

Pudjiningsih, Y (1998). Pengolahan Air Limbah Tempe Untuk Menurunkan BOD, COD dan TSS dengan metode Filtrasi Anaerobik Aliran Downflow.

Rosaliana (2006). Unjuk Kerja Biofilter Aerobic Aliran “Upflow’ Dengan Media Batu Apung (Studi Kasus: Penurunan BOD₅ Terlarut Pada Air Limbah Domestik

Sarastuti, Tri Nila. 2005. Uji Efektifitas Bioflokulan Bacillus Substilus Guna Menurunkan Konsentrasi Kekeruhan, BOD₅, dan COD Pada Limbah Cair Industri Tapioka. Tugas Akhir Jurusan Teknik Lingkungan FTSP – ITN Malang.

Sugiharto. 1987. Dasar–Dasar Pengolahan Air Limbah. Universitas Indonesia – Press. Jakarta.

W. I Putu ( 2006 ). Penurunan COD, TSS dan Warna Pada Limbah Cair Rumah Potong Hewan ( RPH ) Menggunakan Anaerobik Baffled Reactor. Skripsi. ITN Malang