pengolahan limbah (lumpur aktif)

5/14/2018 Pengolahan Limbah (Lumpur Aktif)

1/7

Kinerja Sistem Lumpur AktifPada Pengo.laban Limbab Cair Industri Tabu

OlehNyoman Semadi AntaraBagian Teknologi Pangan

Program Studi Teknologi Pertanian, UNUO

ABSTRACT----------

Sludge taken from Code river from Yogyakarta wasacclimated in the laboratory to develop activated sludgesystem. Acclimated sludge was then treated tofu industrywastewater. The experiment showed that BOD removalefficiency reached more than 90% if sludge age was11.1 days or over and BOD loading was less than 1.32 gBODIL.day. This system generated sludge growth yieldof 0.18 mg MLSS/mg BOD, sludge decay coefficient of0.002 hr-l, saturation constant of286.7 mg BODIL andmaximum specific rate of BOD removal of 0.093 hr-I.

PENDAHULUAN

Industritahu rnerupakan industri yang ba-nyak menggunakan air sebagai bahan pencuci,pendingin maupun bahan produksi dalam sis-tern pengolahannya. Akibatnya, limbah cairyang dihasilkan industri tahu cukup tinggi danperlu penanganan yang rnemadai. Penangananlimbah cair dapat dilakukan dengan cara kirnia,fisis, biologis maupun gabungannya. Salah sa-tu cara untuk menurunkan kadar cernaranlirnbah cair industri adalah dengan sistemlumpur aktif (activated sludge). Istilah lumpuraktif digunakan untuk suspensi biologis ataumassa rnikroba yang sangat aktif menghi-langkan bahan-bahan organik yang terlarut.Dengan kondisi yang mernadai, cara ini dapatmenurunkan nilai BOD (Biochemical OxygenDemand) limbah 70 - 95 persen (Hammer,1986).

M A JA LA H IL M IA H T EK N OL OG I P ER T AN IA N V ol. 2, No .1 , 199633

Penanganan limbah secara biologismenjadi pilihan untuk mengolah limbahtangga maupun limbah industri. Hal ibabkan oleh kemampuan rnikroba untadaptasi dengan substrat yang beragammendegradasinya, dan biaya operasi rebih rendah dibandingkan dengan cara pean yang lain (Chian dan Klein, 1982).Maeda (1992) menyatakan bahwaoksigen sangat penting dalam sistemaktif. Oksigen terlarut yang diharapkanproses adalah di atas 0,5 mgIL. Kondapat dilakukan dengan mengatur keaerasi berkisar 0.1-0,2 vvrn ke dalamaerasi. Menurut Hawkes (1983a) keboksigen dalam sistern tergantung pada kan oksigen (oxygen demand) dari limbaditangani. Lirnbah organik "sangat kuatbutuhkan oksigen yang tinggi, seperticair dari pengolahan rnakanan. Limbyang mempunyai BOO tinggi, melebihmg/L, akan sangat baik apabila ditangalebih dahulu dengan proses anaerobidiikuti dengan proses aerobik. Nisbah ndan fosfor terhadap BOD mernegangyang penting dalam sistem penanganansecara aerobik. Nisbah ini mempengaruhmikrooa yang tumbuh dan efisiensiNisbah BOD:N:P = 100:6:1,5 dapat digsebagai dasar dalam percobaan penalirnbah secara aerobik (Hawkes,sedangkan Hammer (1986) mengernunisbah BOD:N:P = 100:5:1 sudah mapabila limbah cair tersebut ditangani


2/7

sistem lumpur aktif Untuk limbah yang me-ngandung nitrogen atau fosfor yang tinggi, sis-tern lumpur aktif menjadi tidak efisien untukmenurunkan kandungan nitrogen maupun fos-for. Wu dan Okrutny (1982) dalam peneIi-tianya menghasilkan bahwa kecepatan spesifikpertumbuhan lumpur aktif maksimum terjadipada konsentrasi fosfor 0,756 mg/L, konsen-trasi yang lebih tinggi tidak mempengaruhi per-tumbuhannya.

Untuk memantau kemampuan mengendapsistem umumnya digunakan SVI (SludgeVolume Index), yaitu volume dalam mililiteryang dimiliki oleh satu gram SS yang dapatdiendapkan. Kisaran SVI antara 50-150 mllg

TAIIIGKr AERASI TANG'!PENGENIlAPAN

Q( 1."1, oRD. x I "' " ~ S I ! I o, 0"". '(..--' 6,.

Gambar I. Skema alir sistern lumpur aktifSimboI-simbol pada Gambar Iartinya adalah :Q "" laju aliran influen limbah, L hr-]Qw laju lumpur yang dibuang, L hr-IQ-Qw laju aliran efluen, L hr-lR nisbah resirkulasi (RQIQ)RQ laju lumpur yang diresirkulasi, L hr-lQ( l+R) = laju aliran dari tangki aerasi, L hr-)V volume tangki aerasi, LX "" konsentrasi biomassa dalam

tangki aerasi, mg L-1MLSSX, konsentrasi biomassa yangdiresirkulasi, mg L-t SSX e = konsentrasi biornassa efluen,mg L-l SSSo konsentrasi substrat influen, mgL-l BOD atau CODSe konsentrasi substrat efluen, lumpurresirkulasi, dan dalarn tangki aerasi.

M AJA LA H ILM IA H T EK NO LO GI P ER TA NIA N V ol. 2 , N o .1, 1996 - 34

menunjukkan daya mengendap lumpur ybaik (Hammer, 1986). Apabila SVI lebih bdari 200 mllg menunjukkan terjadinya bulpada sistem (Hawkes, 1983a).

Secara prinsip kinetika biologisdidefinisikan oleh Monod telah diterapkanlam pengembangan model matematika usistem lumpur aktif. Untuk menurunkan pemaan-persamaan matematika pada proses pnganan limbah dengan lumpur aktif digunaskema umum seperti Gambar 1. Modelbanyak digunakan dalam penelitian-penelitsebelumnya (Aggarwal dan Tare, 1Mayabhate dkk., 1988; Eckhoff dan Camp1990~Hollingsworth dkk., 1991).

Pada sistem lumpur aktif proses perbuhan lumpur berlangsung pada fase egenous, sehingga pad a sistem terjadi kornpuntuk memperoleh nutrisi yang tinggal sedPada fase ini terjadi penurunan jumlahmassa akibat adanya sel-sel yang lisis.penurunan biomassa proporsional denganmassa yang ada, sehingga:

dXldt =- kdX (1)kd = koefisien kerusakan biornassa, hari-1Dengan demikian laju spesifik pertumbubersih selama fase endogenous adalah:

(uS J' = Ksr: S - kd (2maka

u' +ky= dqatau u' = Y.q - k < f (3)

Pada sistem lumpur aktif laju spepertumbuhan bersih adalah kebalikanMCRT (Sc),


3/7

u' = liSe " " (4)maka apabila digabung dengan persamaan (3)diperoleh:

liSe =Y.q - kd (5)Dari hubungan linear antara liSe dan q dapatditentukan nilai Y dan kd.

Hubungan rnaternatika antara laju peng-gunaan substrat dan konsentrasi substrat samadengan hubungan matematika yang diperlihat-kan persamaan Monod :

kSq = K + ; (6)s e

Untuk mendapatkan hubungan linear, makapersamaan (6) dibalik rnenjadi :

1 K 1 I_=_s_ +- (7)q k Se kDari hubungan linear ini dapat ditentukan nilaik dan Ks.

BAHAN DAN METODE

Aklimasi Lumpur AktifSumber mikrobe yang digunakan untuk di-

kembangkan menjadi lumpur aktif adalah sedi-men sungai. Sedimen ini, yang diharapkan me-ngandung mikroba yang dibutuhkan, dikem-bangkan di laboratorium dengan eara fill anddraw. Selama pengembangan ini mikroba yangada akan teraklirnasi dengan limbah yang akandiolah.Karakterisasi limbah cair tahu.

Karakterisasi limbah tahu meliputi anal isisCOD, BOD, pH, total nitrogen, total fosfor, dantotal padatan tersuspensi (TSS).

M A JA LA H IL M IA H T EK N OL OG I P ER T AN IA N V ol. 2. No .1 , 1996 - 35

Pengolahan Limbah dengan Sistemkontinyu.

Model pengolah limbah yang dseperti Gambar 2.

Keterangan:I. Tangki reservoar limbah2. Pompa peristaltik3. Aerator4. Flow meter5. Tangki aerasi6.Tangkipengendapan7, Propeler8. DifuserGambar 2. Model pengolah Iimbah deng

lumpur aktif

Tangki aerasi dan tangki pengmenjadi satu, dengan volume tangk8,76 liter dan volume tangki pengsekitar 4,44 liter. Laju influen diaturmenggunakan pompa peristaltik.dilakukan dengan aerator dengan kaerasi rata-rata 1,6 liter/menit atau 0,Untuk memperoleh gelernbung udakecil digunakan stone difuser danrnencampur seeara merata antara lumlimbah yang diolah dila-kukan agitasikecepatan putar propeler (pj. 8 em daem) rata-rata 160 rpm. Limbah eair tadigunakan dalam pereobaan in i diencekali, sehingga diperoleh COD limbah900 mgIL. Pereobaan dilakukanmemvanasi laju aliran influen,


4/7

diperoleb waktu retensi limbah (HRT): 5,8;8,1; 10,4; 12,2; dan 14,6 jam.

Oengan memvariasi laju influen, makaloading limbah juga akan bervariasi. Masing-masing waktu retensi limbah tersebut dilakukanpengambilan lumpur (sludge removal) 0,6Llhari, yaitu dengan mengambil MLSS daritangki aerasi dua kali sehari masing-masing300 ml pada pagi hari (jam 08.00) dan sore hadGam 17.00). Parameter yang diamati adalahSVI, COO influen dan efluen, BOD influen danefluen, pH influen dan efluen, kekeruhaninfluen dan efluen.Cara Pengamatan

Total nitrogen, total fosfor dan CODdengan metode standar dari EPA (1974) ; BODdengan metode rnanometrik; padatan tersuspen-si dengan metode sentrifugasi, yaitu 3500 rpm

selama 20 menit; kekeruhan dengan turbidmeter (Hach); pH dengan pH meter.

HASIL DAN PEMBAHASANKinerja sistem lumpur aktif dala

pengolahan limbah cair tahu dapat dilihat paTabe1 1. Oari data tersebut nampak bahwaktu retensi limbah (HRT) berpengaruterhadap umur lwnpur (MCRT) dan beblimbah, yaitu semakin lama HRT maka MCRjuga sernakin lama. Selain dipengaruhi oHRT, MCRT juga dipengaruhi oleh jwnllumpur yang diambil dan yang terbuang mlalui efluen. Beban limbah adalah banyaknsenyawa cemaran (BOD atauCOD) yang diprses setiap hari, Semakin cepat laju aliran libah ke dalam tangki aerasi berarti semaktinggi beban limbah,

Tabel 1. Kinerja sistern lumpur aktif dalam pengolahan limbah cair industri tahu

PARAMETER HRT(jam)5,8 8,1 10,4 12,2 14,6

MLSS (mg/L) 2830 4440 3870 3850 389MCRT (hari) 6,5 11,1 11,9 12,2 13,Influen :BOD (mg/L) 518 447 493 532 45COD (rng/L) 880 871 988 958 97pH 7,29 7,05 7,11 6,88 6,9Kekeruhan (NTU) 47,3 41,5 41,9 36,8 44,SVI (ml/mg) 141 112 110 67 10Beban Limbah :g BOD/L.hari 2,14 1,32 1,14 1,05 0,7g COO/L.hari 3,64 2,58 2,28 1,88 1,5

Nisbah F /M :OasarBOO 0,76 0,30 0,29 0,27 0,1Oasar COD 1,29 0,58 0,58 0,49 0,4

Efisiensi (%) :94,erombakan BOD 81,7 90,8 92,5 93,8

Perombakan COD 82,3 91,7 93,5 94,9 96,Penurunan Kekeruhan 53,5 62,2 72,8 74,7 82,

M AJA LAH ILM JAH TE KN OLO GI PE RTA NIAN V ol. 2, No .1 , 1996 - 36


5/7

Dalarn sistem lumpur aktif, MCRT me-megang peranan penting karena MCRT me-rupakan kebalikan dari kecepatan spesifik per-tumbuhan lumpur. Gambar 3 memperlihat-kanpengaruh MCR T terhadap efisiensi perom-bakan BOD, COD dan penurunan kekeruhanserta SVI. Dari gambar tersebut nampak bahwaMCRT yang semakin lama akan meningkatkanefisiensi proses dan SVI semakin kecil. Serna-kin lama MCRT berarti waktu kontak lumpurdengan limbah semakin lama sehingga prosesperombakan berlangsung dalam waktu lamadan senyawa cemaran yang dapat dirombakjuga semakin banyak, Semakin lama MCRTjuga menyebabkan lumpur berada dalam faseendogenous. Lwnpur yang berada dalam faseendogenous mempunyai sifat flokulasi yangbaik sehingga SVI semakin kecil. LamanyaMCRT dapat diatur dengan merubah kecepatanresirkulasi lumpur ke tangki aerasi, atau denganmengatur jumlah lwnpur yang dibuang. Padaumur lumpur lebih besar dari II,I harimemperlihatkan efisiensi perombakan BODatau COD di atas 90%.

Beban limbah dapat mempengaruhi per-tumbuhan lumpur, diperlihatkan dengan sema-kin tinggi beban limbah akan meningkatkanjumlah lumpur (MLSS), namun pada bebanlimbah yang terlalu tinggi MLSS akan me-nurun. Hal ini nampak pada Gambar 4, yaitubeban limbah dari 0.75 sampai 1,32 g BODIL.hari MLSS meningkat dari 3890 menjadi4440 mglL, sedangkan beban limbah lebihbesar dari 1,32 g BOD/L.hari (2.14 g BODIL.hari) MLSS menurun (2830 mg/L), Hal inidapat dijelaskan bahwa, apabila beban limbahterlalu tinggi terjadi dispersi lumpur yang tidakdapat terendapkan sehiungga banyak massa selyang terbuang bersama-sarna dengan efluen.Kondisi in i diperlihatkan dengan tingginyapadatan tersuspensi di dalam efluen. DariGambar 4 juga nampak bahwa walaupun padabeban limbah yang tinggi kecepatan spesifik

M A JA LA H IL M IA H T EK N O L O G I P E R T A N IA N V o l , 2, N o . 1 , 1996 - 3 7

10 0 r

I

].'!!W 2S

75

1 1 I 05 ,, 0I-ICilT (hari)

Gambar 3. Pengaruh umur lumpur (MCRdap efisiensi perornbakan BOdan penurunan kekeruhan, danBOD =..()oo ; ECOD = . ; EKe6. ; dan SVI = . . . .

'I: C IS- , 0 , 1 1. . .E .. t,:5 J 0.4 ig""}l: 1

o.~.0,0 2

8.0an l.imbah lIOIBODIL h wi I

Gambar 4. Pola hubungan beban limbah dengakecepatan spesifik perornbakanBOD efluen (BODe) dan padatapensi efluen (SSe). MLSS =-.-BODe =-0- ; SSe =~ .

perombakan BOD juga tinggi namunMLSS yang rendah tidak mampu mesecara sempurna bahan organik yangini diperlihatkan dengan tingginya kadefluen. Pada beban limbah 2,14 g BOD


6/7

kecepatan spesifik perombakan BOD 0,62 perhad dan kadar BOD efluen 95 rng/L.

Dari perhitungan diperoleh parameter kine-tika seperti terlihat pada Tabel 2. Nilai para-meter kinetika ini diperoleh dengan kondisiproses CFSTR (continous-flow stirred-tankreactor) dengan suhu mixed liquor berkisar 26-30oC, laju aerasi rata-rata 0,18 vvm dankecepatan agitasi 160 rpm dengan propelerberukuran pj 8 ern dan lb 1,8 ern. Parameterkinetika ini dapat digunakan sebagai dasar un-tuk merancang sistem pengolah limbah cairtahu. Namun dalam merancang sistem peng-olah limbah perlu diperhatikan variabel yangdapat mempengaruhi parameter kinetika. Me-nurut Harbold (1980) parameter kinetika dapatberubah dengan adanya perubahan suhu dankornposisi limbah cairo Dikatakan pula bahwaumumnya untuk penanganan limbah cair de-ngan sistem lumpur aktif, nilai parameterkinetika seperti Ks dan k dapat meningkat duakaIi lipat bila suhu meningkat lOoC.Tabel 2. Parameter kinetika sistem lumpur aktif daJam

pengolahan lim bah cair industri tahu

Parameter Kinetika BesarnyaGrowth Yield (Y) 0,18Koefisien kerusakan lumpur 0,0017 jam-l(kd)Kecepatan spesifik maksimum 0,093 jam-Iperombakan BOD (k)Tetapan saturasi (Ks) 268,7mg

BOD/L

KESIMPULAN

Dalam pengolahan limbah cair industritahu dengan menggunakan sistem lumpur aktif,efisiensi penghilangan bahan cemaran lebihbesar dari 90% diperoleh apabila beban limbahtidak lebih besar dari 1,32 g BODIL.hari danumur lumpur lebih lama atau sama dengan 11,1

M A JA LA H IL M IA H T EK NO LO G I P ER TA N IA N V ol. 2 , No .1 , 1 9 9 6 - 3 8

hari. Dalam penelitian ini diperoleh pula .parameter kinetika yang dapat digunakan sebagadasar dalam merancang sistem pengolahan limbah skala industri,

UCAPAN TERlMA KASIH

PenuJ is mengucapkan terima kasih kepadaDr. Ir. R.B. Kasmidjo, MS. dan Dr. Ir. DjokoWibowo atas masukan yang diberikan sehinggapenelitian ini dapat terselesaikan.

DAFTAR PUSTAKA

Aggarwal, A. dan V. Tare. 1988. Optimal design osingle and multiple stage activa-ted sludge processes. Water, Air and Soil Pollution (42): 6785.Carawan, R.E. 1979. Spinoff on Wastewater Treatmenof Food Processing Effluents. Extension SpeciaReport No. AM-18I. January, 1979.

Chian, E.S.K. dan I.A. Klein. 1982. EnvironmentalControl and Waste Utilization. Biotechnology anBioengineering Symp. No.12:301. lohn WileySons, Inc. New York.

Eckhoff, T.H., E.L. Stover, dan C.K Campana. 1990Performance reliability activated sludge assist:case study. Proceedings of the 1990 Food IndustryEnvironmental Conference. Atlanta.

EPA-625/6-74-003. 1974. Methods for ChemicaAnalysis of Water and Wastes. U.S. Environmental Protection Agency.

Hammer, M.J. 1986. Water and Wastewater Technology(2nd ed.). John Wiley & Sons. New York.

Harbold, H.S. 1980. Sanitary Engineering Problems anCalculation for the Profesional Engineer. AnArbor Science Publishers Inc. Michigan.

Hawkes, HA 1983. Activated Sludge. Di do/am: C.RCurds dan H.A. Hawkes (Eds.), Ecological Aspectof Used-water Treatment (YoU): 77-162Academic Press, London.

Hollingsworth, J.C., S. Rana, D,W. Graham, dan RGArnold. 1991. Determination of kinetic coefficientsfor BOD removal at soft drink bottling facilityProceeding of the . 1991 Food IndustrEnvironmental Conference. Atlanta.

Maeda, Y. 1992. Microbiological Waste TreatmentKursus Singkat Manajemen Lirnbah lndustrPangan. PAU Pangan dan Gizi, UGM. Yogyakarta.


7/7

Mayabhate, S.P., S.K. Gupta, dan S.G. Joshi. 1988.Biological treatment of pharmaceutical wastewater.Water, Air and Soil Pollution (38); l89-l97.

Wu, Y.c. dan M.S. Okrutny, 1982. Role of phosphorusin activated sludge. Biotechnology andBioengineering, Vo1.24: 1813-1826.

MA JA LA H II.M J AH T E KNO lO G I P E RT A NIA N Vol .2 , No.1 , 199639

pengolahan limbah (lumpur aktif)

Documents