Alat
Pengolah Air Limbah Rumah Tangga Semi Komunal "Kombinasi Biofilter Anaerob
dan Aerob"
Masalah
pencemaran lingkungan di kota besar, khususnya di Jakarta telah menunjukkan
gejala yang cukup serius, terutama masalah pencemaran air. Penyebab dari
pencemaran tersebut tidak hanya berasal dari buangan industri atau
pabrik-pabrik yang membuang begitu saja air limbahnya tanpa pengolahan lebih
dahulu ke sungai atau ke laut, tetapi juga yang tidak kalah memegang andil baik
secara sengaja atau tidak adalah masyarakat Jakarta itu sendiri, yakni akibat
air buangan rumah tangga yang jumlahnya makin hari makin besar sesuai dengan
perkembangan penduduk maupun perkembangan kota Jakarta. Ditambah lagi rendahnya
kesadaran sebagian masyarakat yang langsung membuang kotoran/tinja maupun
sampah ke dalam sungai, menyebabkan proses pencemaran sungai-sungai yang ada di
Jakarta bertambah cepat.
Dengan
semakin besarnya laju perkembangan penduduk dan industrialisasi di Jakarta,
telah mengakibatkan terjadinya penurunan kualitas lingkungan. Padatnya
pemukiman dan kondisi sanitasi lingkungan yang buruk serta buangan industri
yang langsung dibuang ke badan air tanpa proses pengolahan telah menyebabkan
pencemaran sungai-sungai yang ada di Jakarta, dan air tanah dangkal di sebagian
besar daerah di wilayah DKI Jakarta. Bahkan kualitas air di perairan teluk
Jakartapun sudah menjadi semakin buruk.
Air limbah
kota-kota besar di Indonesia khususnya Jakarta secara garis besar dapat dibagi
menjadi tiga yaitu air limbah industri dan air limbah domistik yakni yang
berasal dari buangan rumah tangga dan yang ke tiga yakni air limbah dari
perkantoran dan pertokoan (derah kemersial). Saat ini selain pencemaran akibat
limbah industri, pencemaran akibat limbah domistikpun telah menunjukkan tingkat
yang cukup serius.
Dari hasil
penelitian yang dilakukan oleh Tim JICA (1990), jumlah unit air limbah dari
buangan rumah tangga di jakarta rata-rata per orang per hari adalah 118 liter,
dengan konsentrasi BOD rata-rata 236 mg/lt dan pada tahun 2010 nanti
diperkirakan akan meningkat menjadi 147 liter dengan konsetrasi BOD rata-rata
224 mg/lt. Sedangkan Jumlah air limbah secara keseluruhan 1.316.113 M3/hari
yakni untuk air buangan domistik 1.038.205 M3/hari, buangan perkantoran dan
daerah komersial 448.933 M3/hari, dan buangan industri 105.437 M3/hari.
Dari studi
tersebut juga diketahui bahwa untuk wilayah Jakarta, dilihat dari segi jumlah,
air limbah domistik (rumah tangga) memberikan kontribusi terhadap pencemaran
air sekitar 75 %, air limbah perkantoran dan daerah komersial 15 %, dan air
limbah industri hanya sekitar 10 %. Sedangkan dilihat dari beban polutan
organiknya, air limbah rumah tangga sekitar 70 %, air limbah perkantoran 14 %,
dan air limbah industri memberikan kontribusi 16 %. Dengan demikian air limbah
rumah tangga dan air limbah perkantoran adalah penyumbang yang terbesar terhadap
pencemaran air di wilayah DKI Jakarta.
Di lain
pihak fasilitas pengolahan limbah rumah tangga secara terpusat yang ada masih
sangat minim sekali yakni hanya melayani 3 % dari seluruh wilayah Jakarta.
Sebagai akibatnya, banyak sungai atau badan air di wilayah DKI Jakarta yang
tercemar berat oleh air limbah rumah tangga, air limbah perkantoran maupun air
limbah yang berasal dari daerah komersial.
Oleh karena
itu perlu dilakukan upaya untuk mengatasi masalah tersebut. Salah satu
alternatif untuk mengatasi masalah pencemaran oleh air limbah rumah tangga
adalah dengan cara mengolah air limbah rumah tangga tersebut secara individal
(on Site Treatment) sebelum dibuang ke saluran umum. Makalah ini membahas tentang hasil rancang banngun dan
pengujian pengolahan air limbah rumah tangga dengan sistem " Kombinasi
Biofilter anaerob-Aerob", untuk menghilangkan polutan organik yang ada di
dalam air limbah.
1.2.
Tujuan Dan Sasaran
Kegiatan ini bertujuan untuk mengkaji cara pengolahan air limbah rumah tangga
individual (On Site Treatment) atau semi komunal dengan sistem "Kombinasi
Biofilter Anaerob dan Aerob". Sedangkan sasarannya adalah membuat
prototipe alat pengolahan air limbah rumah tangga skala rumah tangga yang
kompak (dalam bentuk paket), yang dapat dipakai untuk daerah yang padat
penduduk maupun daerah yang muka air tanahnya tinggi misalnya daerah rawa atau
pantai, serta mengkaji efisiensi pengolahannya, serta menyebar luaskan
teknologi tersebut kepada masyarakat.
1.3.
Manfaat
Teknologi pengolahan air dengan sistem biofilter anaerob-aerob tersebut dapat
digunakan untuk mengolah air limbah rumah tangga atau buangan organik. Aplikasi
teknologi tersebut antara lain : untuk perumahan kumuh, pengolahan air limbah septik
tank komunal atau MCK, untuk pengolahan air limbah asrama dan lain-lain.
BAHAN
DAN PERALATAN
2.1. Bahan Utama
Unit reaktor dapat dibuat dari bahan fiberglas atau dari bahan beton cor,
tergantung dari situasi, kondisi, harga serta kemudahan
instalisi/pemasangannya. Untuk percontohan ini unit reaktor dibuat dari bahan
fiberglas.
Gambar 1 Unit Reaktor
Bentuk reaktor alat pengolahan air limbah rumah tangga yang terbuat dari bahan
fiberglas Medium biofilter yang digunakan untuk melekatkan mikroorganisme dapat
menggunakan batu pecah (gravel) atau batu apung ukuran 3-5 cm, atau dari bahan
plastik/PVC bentuk sarang tawon atau media lain yang sesuai.
Gambar 3 Media dari bahan batu pecah
|
Gambar 4 Media Palstik tipe sarng tawon
|
2.2. Rancang Bangun Bentuk Dan Prototipe Alat
Prototipe alat ini dibuat dari bahan fiber glas (FRP) dan dibuat dalam bentuk
yang kompak dan langsung dapat dipasang dengan ukuran panjang 310 cm, lebar 100
cm dan tinggi 190 cm. Ruangan di dalam alat tersebut dibagi menjadi beberapa
zona yakni rungan pengendapan awal, zona biofilter anaerob, zona biofilter
aerob dan rungan pengendapan akhir. Media yang digunakan untuk biofilter adalah
batu pecah dengan ukuran 1-2 cm.
Selain itu, air limbah yang ada di dalam ruangan pengendapan akhir sebagian
disirkulasi ke zona aerob dengan menggunakan pompa sirkulasi. Gambar penampang
alat ditunjukkan seperti pada gambar 5 dan 6.
2.3.
Kapasitas Alat
Prototipe alat ini dirancang untuk dapat mengolah air limbah sebesar 3 m3/hari,
atau untuk melayani sekitar 20-25 orang.
2.4.
Waktu Tinggal (Retention Time)
a. Ruang Pengendapan Awal
Debit
Air Limbah (Q) = 3 m3/hari = 125 lt/jam = 0,125 m3/jam
Volume Efektif = 1,6 m x 1,0 m x 0,6 m = 0,96 M3
Waktu Tinggal di dalam ruang pengendapan awal (T1) = 0,96 m3/0,125
m3/jam
T1 = 7,68 jam
b.
Zona Biofilter Anaerob
Volume
Total Ruang efektif = 1,6 m x 1,0 m x 1,2 m = 1,92 m3
Volume Total Unggun Medium = 2 x [1,2 m x 1 m x 0,6 m] = 1,44 m3
Porositas Mediun = 0,45
Volume Medium tanpa rongga = 0,55 x 1,44 m3 = 0,79 m3
Total Volume Rongga dalam Medium = 0,45 x 1,44 m3 = 0,65 m3
Volume Air Limbah Efektif di dalam zona Anareob = 1,92 m3 - 0,79 m3
= 1,13 m3
Waktu Tinggal di dalam Zona Anaerob (T2) = 1,13 m3/0,125
m3/jam = 9,04 jam
Waktu Kontak di dalam medium zona Anaerob = 0,65 m3/0,125 m3/jam
= 0,52 jam
c.
Zona Aerob
Volume
Efektif = 1,5 m x 1 m x 0,7 m = 1,05 m3
Volume Unggun Medium = 1,1 m x 0,6 m x 1 m = 0,66 m3
Porositas Medium = 0,45
Volume Rongga = 0,45 x 0,66 m3 = 0,3 m3
Volume Medium Tanpa Rongga = 0,66 m3- 0,3 m3 = 0,36 m3
Waktu Tinggal Total di dalam zona aerob (T3) = [1,05 - 0,36] m3/0,125
m3 = 5,52 jam
Waktu Kontak di dalam medium zona aerob = 0,3 m3/0,125 m3/jam
= 2,4 jam
d.
Ruangan Pengendapan Akhir
Volume
Efektif = 1,5 m x 0,6 m x 1 m = 0,9 m3
Waktu Tinggal (T4) = 0,9 m3/0,125 m3/jam = 7,2
jam
Waktu Tinggal Total = [7,68 + 9,04 + 5,52 + 7,2 ] jam = 29,44 jam
2.5.
Bak Kontaktor Khlorine
Unit prototipe alat pengolahan air limbah rumah tangga tersebut dapat
dilengkapi dengan bak khlorinasi (bak kontaktor) yang berfungsi untuk
mengkontakan khlorine dengan air hasil pengolahan. Air limbah yang telah diolah
sebelum dibuang ke saluran umum dikontakkan dengan khlorine agar mikroorganisme
patogen yang ada di dalam air dapat dimatikan. Senyawa khlor yang digunakan
adalah kaporit dalam bentuk tablet.
Penampang bak kontaktor adalah seperti pada gambar 7. Bak kontaktor ini
dipasang atau disambungkan pada pipa pengeluaran air olahan.
Gambar 5 Penampang Melintang
Keterangan : gambar tidak menurut skala
Gambar 6 : Rancangan prototipe alat pengolahan air limbah domistik
dengan sistem biofilter anaerob-aerob.
III.
TAHAPAN DAN CARA PEMBUATAN
3.1. Karakteristik Air Limbah Domistik
Air limbah domistik adalah air limbah yang berasal dari rumah tangga, hotel,
rumah sakit, losmen, apartemen, pasar, perkantoran , sekolah, fasilitas sosial
serta daerah komersial, yang umumnya mengandung senyawa polutan oraganik yang
cukup tinggi. Salah satu contoh karakteristik air limbah domistik dapat dilihat
pada Tabel 1. Dari tabel tersebut, terlihat bahwa konsentrasi parameter senyawa
pencemar sangat bervariasi tergantung pada jenis sumber air limbahnya.
Tabel
1 : Karakteristik air limbah rumah tangga di daerah Jakarta.
NO
|
PARAMETER
|
KONSENTRASI
|
1
|
BOD
- mg/l
|
27,61
- 190,59
|
2
|
COD
- mg/l
|
138,68
- 591,24
|
3
|
Angka
Permanganat (KMnO4) - mg/l
|
64,6
- 256,49
|
4
|
Ammoniak
(NH3) mg/l
|
12,5
- 63,62
|
5
|
Nitrit
(NO2-) - mg/l
|
0,017
- 0,031
|
6
|
Nitrat
(NO3-) - mg/l
|
3,27
- 27,64
|
7
|
Khlorida
(Cl-) - mg/l
|
32,52
- 57,94
|
8
|
Sulfat
(SO4-) - mg/l
|
65,04
- 144,99
|
9
|
pH
|
6,06
- 6,99
|
10
|
Zat
padat tersuspensi (SS) mg/l
|
17
- 239,5
|
11
|
Deterjen
(MBAS) - mg/l
|
0,18
- 29,99
|
12
|
Minyak/lemak
- mg/l
|
0,8
- 12,7
|
13
|
Cadmium
(Cd) - mg/l
|
nil
|
14
|
Timbal
(Pb)
|
nil
- 0,01
|
15
|
Tembaga
(Cu) - mg/l
|
nil
|
16
|
Besi
(Fe) - mg/l
|
0,29
- 1,15
|
17
|
Warna
- (Skala Pt-Co)
|
40
- 500
|
18
|
Phenol
- mg/l
|
0,11
- 1,84
|
Sumber : Disesuaikan dari PD PAL JAYA 1995.
3.2.
Proses Pengolahan Air Limbah Dengan Sistem "Kombinasi Biofilter
Anaerob-Aerob"
Proses pengolahan air limbah rumah tangga dengan biofilter anaerob-aerob ini
merupakan pengembangan dari proses proses biofilter anaerob dengan proses
aerasi kontak Pengolahan air limbah dengan proses biofilter anaerob-aerob
terdiri dari beberapa bagian yakni bak pengendap awal, biofilter anaerob
(anoxic), biofilter aerob, bak pengendap akhir, dan jika perlu dilengkapi
dengan bak kontaktor khlor.
Air limbah yang berasal dari rumah tangga dialirkan melalui saringan kasar (bar
screen) untuk menyaring sampah yang berukuran besar seperti sampah daun,
kertas, plastik dll. Setelah melalui screen air limbah dialirkan ke bak
pengendap awal, untuk mengendapkan partikel lumpur, pasir dan kotoran lainnya.
Selain sebagai bak pengendapan, juga berfungasi sebagai bak pengontrol aliran,
serta bak pengurai senyawa organik yang berbentuk padatan, sludge digestion
(pengurai lumpur) dan penampung lumpur.
Air limpasan dari bak pengendap awal selanjutnya dialirkan ke bak kontaktor
anaerob dengan arah aliran dari atas ke dan bawah ke atas. Di dalam bak
kontaktor anaerob tersebut diisi dengan media dari bahan plastik atau
kerikil/batu split. Jumlah bak kontaktor anaerob ini bisa dibuat lebih dari
satu sesuai dengan kualitas dan jumlah air baku yang akan diolah.
Penguraian zat-zat organik yang ada dalam air limbah dilakukan oleh bakteri
anaerobik atau fakultatif aerobik Setelah beberapa hari operasi, pada permukaan
media filter akan tumbuh lapisan film mikro-organisme. Mikro-organisme inilah
yang akan menguraikan zat organik yang belum sempat terurai pada bak pengendap.
Air limpasan dari bak kontaktor (biofilter) anaerob dialirkan ke bak kontaktor
(biofilter) aerob. Di dalam bak kontaktor aerob ini diisi dengan media kerikil,
atau dapat juga dari bahan pasltik (polyethylene), batu apung atau bahan serat,
sambil diaerasi atau dihembus dengan udara sehingga mikro organisme yang ada
akan menguraikan zat organik yang ada dalam air limbah serta tumbuh dan
menempel pada permukaan media.
Dengan demikian air limbah akan kontak dengan mikro-orgainisme yang tersuspensi
dalam air maupun yang menempel pada permukaan media yang mana hal tersebut
dapat meningkatkan efisiensi penguraian zat organik, deterjen serta mempercepat
proses nitrifikasi, sehingga efisiensi penghilangan ammonia menjadi lebih
besar. Proses ini sering di namakan Aerasi Kontak (Contact Aeration).
Dari bak aerasi, air dialirkan ke bak pengendap akhir. Di dalam bak ini lumpur
aktif yang mengandung massa mikro-organisme diendapkan dan dipompa kembali ke
bagian inlet bak aerasi dengan pompa sirkulasi lumpur. Sedangkan air limpasan
(over flow) dialirkan ke bak khlorinasi. Di dalam bak kontaktor khlor ini air
limbah dikontakkan dengan senyawa khlor untuk membunuh micro-organisme patogen.
Air olahan, yakni air yang keluar setelah proses khlorinasi dapat langsung
dibuang ke sungai atau saluran umum. Dengan kombinasi proses anaerob dan aerob
tersebut selain dapat menurunkan zat organik (BOD, COD), juga dapat menurunkan
konsentrasi ammonia, deterjen, padatan tersuspensi (SS), phospat dan lainnya.
Skema proses pengolahan air limbah rumah tangga dengan sistem biofilter
anaerob-aerob dapat dilihat pada Gambar 10.
Peoses
Biofilter "Anaerob-Aerob" ini mempunyai beberapa keuntungan yakni :
Adanya air buangan yang melalui media kerikil yang terdapat pada biofilter
mengakibatkan timbulnya lapisan lendir yang menyelimuti kerikil atau yang
disebut juga biological film.
Air limbah yang masih mengandung zat organik yang belum teruraikan pada bak
pengendap bila melalui lapisan lendir ini akan mengalami proses penguraian
secara biologis.
Efisiensi biofilter tergantung dari luas kontak antara air limbah dengan
mikro-organisme yang menempel pada permukaan media filter tersebut. Makin luas
bidang kontaknya maka efisiensi penurunan konsentrasi zat organiknya (BOD)
makin besar. Selain menghilangkan atau mengurangi konsentrasi BOD dan COD, cara
ini dapat juga mengurangi konsentrasi padatan tersuspensi atau suspended solids
(SS), deterjen (MBAS), ammonium dan posphor.
Biofilter juga berfungsi sebagai media penyaring air limbah yang melalui media
ini. Sebagai akibatnya, air limbah yang mengandung suspended solids dan bakteri
E.coli setelah melalui filter ini akan berkurang konsentrasinya. Efesiensi
penyaringan akan sangat besar karena dengan adanya biofilter up flow yakni penyaringan dengan sistem aliran dari
bawah ke atas akan mengurangi kecepatan partikel yang terdapat pada air buangan
dan partikel yang tidak terbawa aliran ke atas akan mengendapkan di dasar bak
filter. Sistem biofilter anaerob-aerob ini sangat sederhana, operasinya mudah
dan tanpa memakai bahan kimia serta sedikit membutuhkan energi. Poses ini cocok
digunakan untuk mengolah air limbah rumah tangga dengan kapasitas yang tidak
terlalu besar.
Dengan kombinasi proses "Anaerob-Aerob", efisiensi penghilangan
senyawa phospor menjadi lebih besar bila dibandingankan dengan proses anaerob
atau proses aerob saja. Selama berada pada kondisi anaerob, senyawa phospor
anorganik yang ada dalam sel-sel mikrooragnisme akan keluar sebagi akibat
hidrolosa senyawa phospor, sedangkan energi yang dihasilkan digunakan untuk
menyerap BOD (senyawa organik) yang ada di dalam air limbah. Efisiensi
penghilangan BOD akan berjalan baik apabila perbandingan antara BOD dan phospor
(P) lebih besar 10. (Metcalf and Eddy, 1991).
Selama berada pada kondisi aerob, senyawa phospor terlarut akan diserap oleh
bakteria atau mikroorganisme dan akan disintesa menjadi polyphospat dengan
menggunakan energi yang dihasilkan oleh proses oksidasi senywa organik (BOD).
Dengan demikian dengan kombinasi proses anaerob-aerob dapat menghilangkan BOD
maupun phospor dengan baik. Proses ini dapat digunakan untuk pengolahan air
limbah dengan beban organik yang cukup besar.
Keunggulan
Proses Biofilter "Anaerob-Aerob"
Beberapa
keunggulan proses pengolahan air limbah dengan biofilter anaerb-aerob antara
lain yakni :
Pengelolaannya
sangat mudah.
Biaya
operasinya rendah.
Dibandingkan
dengan proses lumpur aktif, Lumpur yang dihasilkan relatif sedikit.
Dapat
menurunkan konsentrasi senyawa nitrogen atau phospor yang dapat menyebabkan
euthropikasi.
Suplai
udara untuk aerasi relatif kecil.
Dapat
digunakan untuk air limbah dengan beban BOD yang cukup besar.
Dapat
menghilangan padatan tersuspensi (SS) dengan baik.
Tahan
terhadap perubahan beban pengolahan atau beban hidrolik secara mendadak
4.4. Kesimpulan
Dari
hasil uji coba prototipe alat pengolah air limbah rumah tangga "Kombinasi
Biofilter Anaerob-Aerob" tersebut diatas dapat disimpulkan bahwa :
Dengan
waktu tinggal antara 1- 3 hari didapatkan efisisensi pengolahan yang cukup
tinggi yakni BOD 84,7 - 91 %, COD 79,6 - 95,3 %, SS 94,1 - 95 %, Ammonia (NH4-N)
89,3 - 89,8 %, Deterjen (MBAS) 83 - 87 % dan Phospat (PO4) 44,4 -
47,3 %.
Efisiensi
pengolahan khususnya penghilangan senyawa organik (BOD, COD) dan SS cukup
stabil meskipun debit dan konsentrasi polutan dalam air limbah sangat
berfluktuasi.
Unit
alat pengolah air limbah rumah tangga dengan sistem kombinasi biofilter
anaerob-aerob ini dapat dibuat dengan skala kecil ataupun skala besar sesuai
dengan kebutuhan.
Untuk
pengolahan air limbah rumah tangga dengan kapasitas 20 -25 orang (2-3 M3 per
hari) memerlukan energi listrik sekitar 65 watt.
Bentuk reaktor alat pengolah air limbah rumah tangga (dari bahan fiberglas)