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)