Pengolahan Sludge

8/18/2019 Pengolahan Sludge

1/10

Ikbal dan Nugroho. R. 2006: Pengolahan Sludge……J. Tek. Ling. P3TL – BPPT. 7. (1): 80 – 89 80

PENGOLAHAN SLUDGE DENGAN PROSES BIOLOGIANAEROBIK

Ikbal dan Rudi Nugroho

Kelompok Teknologi Pengelolaan Air Bersih dan Limbah Cair,Pusat Pengkajian dan Penerapan Teknologi Lingkungan, BPPT

Abstract

Mixed sludge generated from wastewater treatment plant increases annually.Organic content as COD of the mixed sludge is about 20.000mg/l, which isconsidered to be high-strength wastewater. Due to the sludge have high watercontent, it cannot self-burn. In addition, in many industries, there is not enoughland for landfill. For this reason, an experiment of anaerobic treatment wasconducted to investigate the degradation of organic materials in the mixedsludge. The result shows that high degradation efficiency of organic sludge of 90,70 and 50% was achieved at organic loading rate of 0,7; 1,4 and 2,1 g/l/drespectively. The degradation efficiency decreased drastically when the organicloading rate increased up to 2.8 g/l/d. During the experiment, gas evolution ratewas low due to low organic content of the sludge.

Kata kunci: Mixed sludge, anaerobic treatment, organic sludge degradation,biogas

1. PENDAHULUAN

Pada sebagian besar industri, untukmenanggulangi dampak negatif yangditimbulkan air limbah buangannya, telahdibangun instalasi pengolahan air limbah(IPAL). Namun, beroperasinya IPAL jugamemunculkan masalah baru yaitu timbulnyalumpur atau “sludge” sebagai produksamping IPAL. Khusus pada IPAL sistembiologis, sludge yang timbul adalah berupasludge organik yang berasal dari kolampengendap awal ( primary settling tank ) dan

dari kolam pengendap akhir (secondarysettling tank ). Sludge dari primary settlingtank disebut primary sludge yang merupakanendapan padatan yang ikut mengalirbersama air limbah, sedangkan sludge darisecondary settling tank disebut secondarysludge, merupakan endapan mikroba sisayang dibuang dari unit IPAL. Sejalan denganpengoperasian IPAL, akumulasi sludge darihari ke hari juga terus bertambah sehinggamenimbulkan masalah baru cukup seriusdilingkungan pabrik. Sebagai gambaran,pada salah satu kawasan IPAL terpadu di

Cikarang,

Jawa Barat produksi sludge mencapai 150m

3/hari. Karena tidak memiliki teknologi

untuk mengolah sludge, maka sampai saat inisludge tersebut masih belum diolah secaramandiri, tetapi dibawa dan dikelola ditempatlain, dimana setiap tahun membutuhkanbiaya sangat besar, mencapai ratusan jutarupiah.

Pada beberapa industri, sludge inihanya ditumpuk pada lahan-lahan kosong disekitar pabrik atau dijadikan sebagai tanah

urukan. Cara seperti ini jelas tidak tepat,karena bahan-bahan organik sludge akanmencemari lingkungan serta air tanahdisekitarnya. Pada sebagian industri, volumesludge diperkecil dengan cara mengurangikadar airnya dengan alat belt press atau filter press. Ada juga industri yang menggunakanfasilitas drying bed untuk mengeringkansludgenya. Cara ini selain membutuhkanlahan yang sangat luas, pengeringan dengansludge drying bed sangat tergantung padakondisi cuaca. Disamping cara-cara diatas,ada juga industri yang membakar sludge

yang dihasilkannya. Cara terakhir ini


2/10

81 Ikbal Nugroho. R. 2005: Pengolahan Sludge……..J. Tek. Ling. P3TL – BPPT. 7. (1): 80- 89

disamping boros energi karena untukmembakar sludge secara sempurnadiperlukan suhu sekitar 800

oC, pembakaran

tidak sempurna akan mencemari udara.Untuk mengatasi beberapa masalah

diatas, maka perlu dicarikan solusi baru yangmudah dan murah untuk diaplikasikan dalammengolah sludge.

Salah satu cara yang tepat untukmengolah limbah organik berpolutan tinggiseperti sludge organik adalah prosesfermentasi metana atau proses biologianaerobik

1). Proses ini dikenal tidak saja

hemat energi, tetapi sekaligus proses yangmenghasilkan energi berupa biogas metana(CH4)

2) dari penguraian polutan-polutan

organik. Disamping itu proses ini sangatbersahabat dengan lingkungan, karena

produk akhir hasil pengolahan adalahsenyawa-senyawa yang sudah stabil

3).

Diharapkan dengan alternatif baru ini jumlahproduksi sludge dapat dikurangi secarasignifikan sehingga bisa membantu kalanganindustri dalam pengoperasian IPAL danmengelola sludgenya.

1.1 Tinjauan Proses Anaerobik1.2

Pada proses anaerobik ataufermentasi metana, hampir semua polimerorganik dapat diuraikan menjadi senyawa

karbon tunggal. Tahap penguraian ini meliputitahap pembentukan asam dan tahappembentukan gas metana

4). Keseluruhan

tahapan proses anaerobik secara umumdapat dijelaskan Gambar 2.1. berikut ini:

Gambar 1. Mekanisme penguraian polutanorganik pada proses anaerobik

1. Tahap Hidrolisa dan PembentukanAsam (Hydrolysis & Acidogenesis)

Polutan-polutan organik komplekseperti lemak, protein dan karbohidrat padakondisi anaerobik akan dihidrolisa oleh enzim

hidrolisa yang dihasilkan bakteri pada tahap

pertama. Enzim penghidrolisa seperti lipasa,proteasa dan sellulosa. Hasil hidrolisapolimer-polimer diatas adalah monomerseperti monosakarida, asam amino, peptidadan gliserin. Selanjutnya monomer-monomer

ini akan diuraikan menjadi asam-asam lemakmolekel rendah (lower fatty acids) dan gashidrogen sebagai berikut:

Dekomposisi lemak :

lipase C3H5(RCOO)3 + 3H2O 3RCOOH + C3H5(OH)3

lemak asam lemak gliserol

Dekomposisi protein :

protease

Protein Asam amino

RCHNH2COOH + H2 RCH2COOH + NH3

Asam amino asam lemak

Dekomposisi karbohidrat :

Selulosa glukosa

sellulase C6H12O6 CH3CH2CH2COOH + 2H2 +2CO2

Glukosa asam butirat

2. Tahap pembentukan asam asetat danhydrogen (acetogenesidehydrogenation)

Meskipun sejumlah asam asetat dan H2 dihasilkan dari penguraian monosakarida danasam-asam amino pada tahap acidogenesis,namun sebagian besar diproduksi daripenguraian asam-asam lemak yangmempunyai gugus karbon lebih tinggi melaluitahap acetogenesis dan dehydrogenation,seperti berikut:

Dekomposisi asam propionat dilakukan olehSyntrophobacter Wolini

CH3CH2COOH + 3H2O CH3COOH + H2CO3 +

3H2

Asam propioat Asam asetat

Dekomposisi asam butirat olehSyntrophomonas Wolfei

CH3CH2CH2COOH + 2H2O 2CH3COOH +

2H2

Asam butirat

Carbohydrat e Monosaccharide H2

Protein Peptide, amino acids

Lipid Glycerine , fat

Fiber Monosaccharide Aceticacid

CH4

Lower fatty acids

Hydrolysis Acidogenesis Acetogenesis&dehydrogenation

Methanogenesis


3/10


Dekomposisi asam laktat oleh ClostridiumFormicoaceticum CH3CHOHCOOH + 2H2O CH3COOH + H2CO3 +

2H2O

Asam laktat

Reaksi H2 dengan CO2 oleh Clostridium Aceticum dan Acetobacterium Woodii

4H2 + 2CO2 CH3COOH + 2H2O

3. Tahap pembentukan gas metana(methanogenesis)

Proses ini merupakan tahap akhir darikeseluruhan konversi zat organik menjadiCH4 dan CO2, dimana sumber utamapembentukan gas metan adalah asam asetat(70-80%), H2 dan CO2. Dalam proses ini

terdapat dua group mikro organisme yangtelah diidentifikasi yaitu :a. Obligate acetoclastic methanogenens yanghanya menggunakan asam asetat sebagaisumber energi.

CH3COOH CH4 + CO2

b. Obligate hydrogenotropic methanogenens yang menggunakan H2 sebagai sumberenergi dan CO2 sebagai sumber karbon.

CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O

Disamping itu, gas metan juga dihasilkan darikonversi asam format dan methanol.

HCOOH 0,25 CH4 + 0,75 CO2 + 0,5

H2O

Asam format

CH3OH 0,75 CH4 + 0,25 CO2 + 0,5 H2O

Methanol

1.2 Faktor-faktor yang Berpengaruhterhadap Proses Anaerobik

Kesuksesan proses pengolahan secaraanaerobik dipengaruhi oleh beberapa faktor,yaitu:

1. Derajat keasaman (pH)

Pada umumnya bakteri metanogenpembentuk gas metana merupakan bakteriyang sangat sensitif terhadap perubahan pHdan mempunyai kisaran pH optimum antara6.5 – 7.5

5). Diatas atau dibawah pH ini,

proses penguraian polutan masih dapat

berjalan tetapi efisiensinya akan menurun.Sedangkan bakteri pembentuk asammempunyai rentang toleransi pH yang lebihtinggi dibanding bakteri pembentuk gasmetana.

2. Temperatur

Temperatur sangat mempengaruhi lajumetabolisme, keseimbangan ionisasi, dankelarutan substrat. Hal ini terjadi karenareaksi-reaksi kimia dan fisik di dalam prosesbiologi sangat tergantung pada temperatur.Pengolahan anaerobik kondisi mesophilik

berlangsung pada suhu antara 25℃ sampai

40oC dengan suhu optimum 37℃, sedangkan

kondisi thermophilik pada temperatur 50

sampai 60℃ dengan suhu optimum 53℃6)

.

Untuk daerah tropis seperti di Indonesia yangsuhunya tidak terlalu fluktuatif dimana suhu

harian berkisar 28 sampai 33 ℃ , proses

anaerobik cukup dijalankan pada suhu kamarartinya tidak perlu penambahan panas dariluar sistem.

3. Hydraulic retention time (HRT) atauwaktu tinggal

HRT adalah lamanya substrat beradadalam reaktor sebelum keluar sebagai hasilolahan (effluent). HRT harus lebih lama dari

waktu generasi bakteri anaerobik untukmencegah agar mikroba di dalam reaktortidak keluar (washed out) dari reaktorbersama air olahan. Bioreaktor jenispertumbuhan melekat memiliki HRT antara 1sampai 10 hari, lebih pendek dari bioreaktor jenis pertumbuhan tersuspensi yaitu 10sampai 60 hari

7)

4. Nutrisi

Pada proses biologi anaerobik, limbahharus memiliki keseimbangan antara jumlah

karbon (C) dengan nutrisi seperti nitrogen (N)dan phosphor (P) yang ideal. PerbandinganC:N:P menurut Sahm (1984) 700 : 5 : 1.Peneliti lain berpendapat bahwa rasio C : Nuntuk menghasilkan biogas yang maksimalharus bernilai 25 : 1 (Polprasert, 1989).Bakteri metanogen menggunakan senyawaammonia dan sulfida sebagai sumbernitrogen dan sulfur. Mineral-mineral sepertibesi, kobal, dan nikel juga dibutuhkan dalamsangat sedikit

8).


4/10


5. Racun.

Beberapa senyawa kimia yang bersifatracun terhadap mikroba anaerobik, adalah:

Oxygen. Kehadiran oksigen sangatmengganggu aktifitas mikroba anaerobik,terutama terutama kelompok mikrobapembentuk gas (methanogen), karena bakterimethanogen termasuk golonganmikroorganisme anaerob mutlak.Sulfida. Bakteri methanogen sangat sensitifterhadap senyawa sulfida. Diketahuikonsentrasi senyawa sulfida lebih dari 200mg/l akan meracuni bakteri methanogen

5).

Amonium. Konsentrasi NH3 bebas sangatmempengaruhi produktivitas bakterimethanogen. Apabila pH diatas 7,5,

konsentrasi NH3 bebas sebesar 150 mg/ldidalam bioreaktor menyebabkan produksibiogas turun sampai 50%

5).

Asam-asam organik. Akumulasi asam-asamorganik menghalangi aktivitas bakterimethanogen. Konsentrasi asam asetat diatas3.000 mg/l atau konensentrasi asampropionat 4.000 mg/l menyebabkan produksibiogas berkurang secara drastis

5).

Logam berat. Kehadiran ion-ion Cu+2

, Pb+2

,Cd

+2, Ni

+2, Zn

+2, Cr

+6 dalam air limbah industri

pada konsentrasi tinggi sangat menggangguproses anaerobik

6).

2. BAHAN DAN METODA

2.1 Sludge

Sludge yang diolah pada penelitian inidiambil dari salah satu IPAL Kawasan (PT. A)yang berlokasi di Cikarang, Jawa Barat.Sludge yang diteliti merupakan sludgecampuran (mixed sludge) dari primary dansecondary sludge dengan perbandingan 1volume berbanding 2 volume (1 vol : 2 vol).

Gambar 2. Skematik diagram IPAL PT. A

Perbandingan ini disesuaikan denganperbandingan jumlah primary dan secondarysludge yang dihasilkan oleh PT. A tersebut.Gambar 2 adalah skematik diagram IPAL PT.

A serta tempat-tempat pengambilan sludgeyang meliputi primary serta secondarysludge.

Gambar 3 adalah photo primary dansecondary sludge yang baru diambil darimasing-masing kolam pengendap. Primarysludge bewarna hitam sedangkan secondarysludge bewarna coklat kekuning-kuningan.

Gambar 3. Photo primary sludge (kanan) dansecondary sludge (kiri)

2.2 Mikroba Anaerobik

Sebagai sumber mikroba anaerobikuntuk mengolah sludge, diambil cairan dalam

bioreaktor anaerobik Rumah PemotonganHewan Cakung (RPH), Jakarta Timur.Sebelum digunakan untuk mengolah sludge,terlebih dulu dilakukan pengujian apakahcairan mikroba anaerob tersebut masih aktifatau tidak. Caranya yaitu cairan mikrobayang telah diambil dimasukkan kedalam botolbermulut lebar mempunyai volume 1 literyang difungsikan sebagai bioreaktor (Gambar4). Botol ditutup dengan karet yang telahdiberi 2 buah lobang. Lobang pertamadigunakan untuk tempat sampling,sedangkan yang kedua untuk tempat keluarbiogas menuju tangki penampung biogas(gas holder). Setiap hari cairan didalam botoldiambil dalam jumlah tertentu, kemudianlimbah sintetis dalam jumlah yang samadimasukkan ke dalamk botol sebagaipengganti cairan yang diambil. Limbahsistetis yang digunakan adalah larutan gulasebagai sumber karbon dengan konsentrasi25 g/l. Keaktifan mikroba diamati dari jumlahbiogas yang dihasilkan setiap hari sebagaihasil penguraian senyawa karbon gula. Gasholder dilengkapi dengan skala pembacaanuntuk mengetahui jumlah produksi biogas.

Raw

wastewater

Treated

wastewater Primary

settling

tank

Secondary

settling

tank

Aerobic

treatment

reactor

Return of sludge

Primary

sludgeSecondary

sludge


5/10


Gambar 4. Rangkaian peralatan untuk pengujian

keaktifan mikroba

2.3 Bioreaktor anaerobik

Bioreaktor yang digunakan untukmengolah sludge adalah tangki berbentuk

silinder yang dibuat dari bahan akrilik,mempunyai tinggi 48 cm, diameter 20 cm danvolume operasi 12 liter. Pengadukan isibioreaktor dilakukan dengan caramensirkulasikan cairan didalam bioreaktordengan bantuan pompa jenis Handy Pump(Shimisu dan Wilo, Jepang) kapasitas 20l/menit. Pengadukan dilakukan secarakontinyu selama 24 jam dalam satu hari.Pengadukan berfungsi untuk membebaskanbiogas yang terbentuk serta menjagahomogenitas cairan dalam bioreaktor. Gasholder yang digunakan untuk menampung

biogas juga dibuat dalam bahan akrilikbervolume 10 liter. Gambar 5 adalahrangkaian peralatan yang digunakan untukpenelitian pengolahan sludge dengan proses

Gambar 5. Rangkaian peralatan pengolahansludge dengan proses anaerobik

biologi anaerobik. Mula-mula kedalambioreaktor dimasukkan cairan mikrobaanaerobik sebanyak 11,75 liter dan limbahsintetis yang mengandung gula sebagai

sumber karbon sebanyak 0,25 liter. Mula-

mula bioreaktor diberi umpan limbah sintetis.Setelah biogas mulai terbentuk yaitu setelah3 hari, limbah sintetis sebagai umpanbioreaktor diganti dengan sludge campurandari IPAL PT. A. Pengambilan cairan dari

dalam bioreaktor dan pemasukan umpanbaru kedalam bioreaktor dilakukan setiap harisecara “draw-and-fill”, yaitu cairan didalambioreaktor diambil dalam jumlah tertentu,kemudian sludge segar dalam jumlah yangsama dimasukkan kedalam bioreaktor.Cairan hasil olahan kemudian dianalisa untukmengetahui pH dan konsentrasi bahanorganik yang tersisa. Metode draw and filldigunakan karena jumlah draw and fill setiaphari sedikit, disamping itu konsentrasipadatan dalam sludge cukup tinggi sehinggapengumpanan sludge dengan pompa secara

kontinyu sulit dilakukan. Jumlah produksibiogas setiap hari diketahui dari pembacaanskala gas holder. Dalam selang waktutertentu, biogas dalam gas holder disamplingdan dianalisa untuk mengetahui konsentrasigas CH4 dan CO2. Penelitian dilaksanakanpada suhu ruangan.

2. 4 Analisa

Beberapa parameter penting yangdianalisa dalam pengolahan sludge adalahsebagai berikut:a. pH

Pengukuran pH dilakukan denganmenggunakan Horiba pH Meter F-22 (Horiba,Jepang). Sebelum digunakan, elektroda pHmeter dikalibrasi dengan larutan standar 4,01dan 6,86.

b. Produksi Gas

Jumlah produksi biogas diukurmenggunakan gas holder yang dilengkapiskala pembacaan. Komposisi biogas meliputiCH4. dan CO2 diukur menggunakan serbuk

CaO. Biogas didalam gas holder diambilmenggunakan syringe dari bahan gelasbervolume 100 ml. Kemudian diinjeksikankedalam botol bertutup rapat yang berisiserbuk CaO. Dalam botol, gas CO2 akanbereaksi dengan serbuk CaO membentukCaCO3, sedangkan gas CH4. akan balikkembali kedalam syringe. Selisih jumlah gasawal dan akhir dalam syringe adalah jumlahgas CO2, sedangkan gas yang masih tersisadalam syringe adalah gas CH4. Disinidiasumsi bahwa biogas hanya mengandunggas CO2 dan gas CO4.

B io rea k to r G as h o lde r

Gas holder Bioreaktor

(volume 11 L)

Pompa

sirkulasi


6/10


c. Chemicals Oxygen Demand (COD)

COD adalah jumlah oksigen yangdiperlukan untuk mengoksidasi polutanorganik dalam jumlah tertentu dan

merupakan salah satu parameter pentingdalam menetapkan tingkat pencemaran.Semakin tinggi kadar COD, maka tingkatpencemaran limbah tersebut juga makintinggi. COD yang diukur disini adalah CODtotal, meliputi COD dalam cairan dan CODdalam padatan sludge. Metoda yangdigunakan mengikuti prosedur Hach(methode no. 430). Slugde setelahdiencerkan dimasukkan kedalam reagentHach, kemudian dipanaskan dalam COD

reaktor pada suhu 150℃ selama 120 menit.

Setelah dingin, konsentrasi COD diukur

dengan Spektrofotometer (Hach DR/2000, Amerika) pada panjang gelombang 420 nm.Nilai yang terbaca pada spektrometerkemudian dikalikan dengan tingkatpengenceran yang dilakukan diawal proses,maka akan diperoleh konsentrasi COD (mg/l).d. Total Solid (TS) dan Total Volatile

Solid (TVS)

TS dan TVS merupakan parameterpenting dalam pengolahan limbah yangmempunyai konsentrasi padatan tinggi

seperti sludge. TS adalah jumlah padatantotal dalam limbah, meliputi padatan terlarutdan tidak larut, sedangkan TVS menunjukkan jumlah bahan organik yang terdapat didalamTS. Mula-mula sampel dalam jumlah tertentudimasukkan kedalam cawan porselin yangtelah ditimbang beratnya (A g). Cawandipanaskan diatas water bath pada suhu105

oC untuk menguapkan air dalam sludge,

kemudian dikeringkan dalam drying oven 105ºC selama 1 malam. Setelah didinginkan,berat cawan dan sludge kering ditimbang (Bg). Selanjutnya sludge kering dibakar dalam

burner pada suhu 600℃ selama 30 menit.

Setelah dingin, cawan dan abu sisapembakaran ditimbang (C g). Besarnya TSadalah pengurangan B dengan A (mg/l),sedangkan nilai TVS adalah selisih antara Bdengan C (mg/l).

e. Suspended Solid (SS) dan VolatileSuspended Solid (VSS)

Disamping TS dan TVS, parameter SSdan VSS juga cukup penting dalam

pengolahan sludge. TS menunjukkan jumlahpadatan yang tersuspensi dalam limbah,

sedangkan VSS adalah jumlah materialorganik dalam SS. Cara mengukurkonsentrasi SS dan VSS hampir samadengan cara mengukur konsentrasi TS danTVS. Karena disini yang diukur hanya

padatan sludgenya saja, maka cairan yangada dalam sludge harus dipisahkan, yaitudengan alat sentrifugator (Kokusan, type H103, Jepang). Caranya, sampel dalam jumlahtertentu dimasukkan kedalam tabung khususyang dilengkapi penutup, kemudiandisentrifius pada kecepatan 4.000 rpmselama 10 menit. Cairan supernatan yangterpisah pada dibagian atas dibuang danpadatan dipindahkan kedalam cawan porselin.Langkah-langkah selanjutnya adalah samaseperti cara analisa parameter TS dan TVS.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Analisa sludge

Salah satu contoh hasil analisa sludgeIPAL PT. A adalah seperti terlihat pada Tabel1, meliputi konsentrasi TS, TVS, SS, VSSdan COD primary dan secondary sludge.Pada bagian kanan Tabel juga disajikan hasilanalisa sludge campuran.

Tabel 1. Hasil analisa primary, secondary dansludge campuran (mixed sludge)*

Parameter Unit Primary

sludge

Secondary

sludge

Mixed

sludge

pH

TS

TVS

SS

VSS

COD

(-)

mg/l

mg/l

mg/l

mg/l

mg/l

6.8

49.225

24.815

43.630

21.525

23.000

6..9

21.255

8.250

20.105

6.805

11.400

6.8

32.335

14.895

31.570

13.775

20.250

*campuran primary sludge dan secondary sludge (1 vol :2 vol).

Disini terlihat, pH sludge mendekatinormal yaitu sekitar 7. Primary sludge yangberasal dari bak pengendap awal IPALmemiliki konsentrasi TS, SS dan COD sangattinggi yaitu masing-masing 49.225, 43.630dan 23.000 mg/l, sedangkan secondarysludge cukup rendah masing-masing 21.255,20.105 dan 11.400 mg/l atau sekitarsetengahnya. Sludge campuran yang diolah

pada penelitian ini mempunyai kadarkonsentrasi TS, SS dan COD cukup tinggi


7/10


yaitu masing-masing 32.335, 31.570 dan20.250 mg/l. Konsentrasi organik TVS danVSS kurang dari 50% TS dan SS, yaitumasing-masing 14.895 dan 13.775 mg/l.

Tabel 2 adalah hasil analisa unsur-

unsur dominan pembentuk sludge yangmeliputi karbon, hidrogen dan nitrogen. DariTabel 2 diketahui bahwa kandungan karbonpada masing-masing sludge hanya sekitar 25dan 32%. Nilai-nilai ini lebih kecil biladibandingkan dengan kandungan karbonpada sludge organik IPAL limbah domestikyaitu mencapai 45%. Kecilnya kandungankarbon ini berpengaruh pada tingkatdegradasi sludge dan jumlah biogas yangakan dihasilkan.

Tabel 2. Konsentarsi karbon, hydrogen, nitrogen

dan protein dalam sludge

Unsur PrimarySludge

SecondarySludge

Carbon (C) 25,8 % 32,3 %

Hidrogen (H) 3,8 % 4,8 %

Nitrogen (N) 3,25 % 4,7 %

3.2. Pengujian Keaktifan Mikroba

Gambar 6 adalah produksi biogas hasilpenguraian polutan organik limbah

Gambar 6. Produksi Biogas pada Limbah Sintetis

sintetis oleh mikroba anaerobik. Terlihatdisini, mulai dari hari pertama penambahanlimbah sintetis kedalam bioreaktor sudahterbentuk biogas. Selanjutnya pada hari-hariberikutnya jumlah biogas yang dihasilkanrelatif stabil. Keadaan ini memperlihatkanbahwa mikroba yang akan digunakan padapenelitian ini mempunyai keaktifan yang

cukup tinggi dan relatif stabil.

3.3 Pengolahan sludge campuran

Seperti dijelaskan diatas, mula-mulabioreaktor diberi umpan limbah sintetis,kemudian setelah 3 hari limbah sintetis

diganti dengan sludge campuran dari IPALPT. A.. Pengumpanan sludge dimulai dari jumlah kecil, kemudian secara bertahap jumlah sludge dinaikan sampai diperolehbeban maksimum yang bisa dicapai. Padatiap beban dilakukan analisa pH, COD, TS,VS, SS dan VSS disamping mengitung jumlah produksi dan konsentrasi biogas.

3.3.1 Pengaruh perubahan bebanterhadap pH dan produksi biogas

Gambar 7 adalah perubahan pH dan

produksi gas selama penelitian pengolahansludge berlangsung. Bagian paling atasdalam

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30 40 50 60 70 800

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

, p H

( - )

, P r o d u k

s i b i o g a s ( m l / d )

Waktu (hari)

Konsentrasi gas CH4 40~60%

0,5 1,0 1,5 2,00,3 1,0

Beban VSS (g/l/d)

0,4 0,7 1,4 2,1 2,8 1,4

1,5

2,1

Jumlah umpan (l/d)

0,5 1,0 1,5 2,00,3 1,0

Beban VSS (g/l/d)

0,4 0,7 1,4 2,1 2,8 1,4

1,5

2,1

Jumlah umpan (l/d)

Gambar 7. Pengaruh kenaikan jumlah umpanterhadap pH dan produksi biogas

gambar adalah jumlah umpan yangdimasukkan kedalam bioreaktor dandibawahnya adalah beban organik VSS (VSSloading rate). Beban VSS (g/l/d) dihitungdengan cara mengalikan konsentrasi VSS(g/l) dengan jumlah sludge yang diumpankandalam 1 hari (l/d), kemudian hasil yangdiperolah dibagi dengan volume bioreaktor.Seperti terlihat pada gambar 7, kenaikan jumlah umpan bioreaktor yang dilakukansecara bertahap mulai dari 0,3 l/hari sampaidengan 2,0 l/hari hampir tidak mempengaruhiderajat keasaman (pH) dalam bioreaktor.Selama penelitian berlangsung, nilai pH tetapstabil disekitar 7. Dari sini dapat disimpulkanbahwa perubahan beban organik (organicmatter loading rate) tidak mempengaruhi nilaipH dalam bioreaktor. Hal ini terjadi karena

0

100

200

300

400

500

600

0 2 4 6 8 10

Waktu (hari)

P r o d u k s i b i o g a s ( m l / d )


8/10


sludge organik mengandung larutanpenyagga (buffer solution) yang cukup kuat.

Produksi biogas pada saatmenggunakan limbah sintetis cukup tinggimencapai 4.000 ml/hari. Ini menandakan

aktifitas mikroba yang digunakan cukuptinggi. Namun setelah umpan diganti dengansludge jumlah produksi biogas menuruncukup signifikan. Kenaikan jumlah umpanhampir tidak menambah jumlah produksibiogas. Produksi biogas pada hari ke 6,13,41, 55, 69, 76 lebih banyak dibandingkanpada hari-hari lainnya. Hal ini terjadi karena jumlah biogas pada titik-titik tersebutmerupakan akumulasi produksi biogasselama 3 hari, yakni jumlah produksi biogasmulai dari hari Jumat sampai hari Minggu,karena hari Sabtu merupakan hari libur jadi

pada hari tersebut tidak dilakukan aktifitaspenelitian. Sedikitnya produksi biogas padahari ke 29, 30, 58, 62 disebabkan karenapada hari-hari tersebut terjadi kerusakanpada pompa sirkulasi cairan dalam bioreaktoryang menyebabkan isi bioreaktor tidakteraduk, sehingga keaktifan mikroba menjadimenurun dan produksi biogas menjadiberkurang.

Produksi biogas per hari rata-ratahanya 300~800 ml atau 50~75 ml per gramVSS umpan. Angka ini sangat kecil biladibanding produksi biogas pada pengolahan

sludge limbah domestik yang mencapai 200ml per gram VSS umpan. Hal ini didugakarena terjadi kebocoran pada gas holdersehingga sebagian gas tidak tertampung,disamping itu konsentrasi karbon dalamsludge IPAL PT. A juga lebih sedikitdibanding konsentrasi karbon dalam limbahdomestik. Kandungan gas CH4 didalambiogas cukup tinggi, berkisar antara 45-60%.

3.3.2 Pengaruh perubahan bebanterhadap effisiensi penguranganCOD

Pengaruh kenaikan jumlah umpan(beban organik) terhadap perubahankonsentrasi COD hasil olahan dan effisiensipengurangan COD seperti terlihat padagambar 8. Kenaikan jumlah umpan barudilakukan setelah dicapai kondisi stabil padabeban umpan tersebut yang memerlukanwaktu 10 sampai 15 hari. Penambahan jumlah sludge dilakukan secara bertahapsebesar 0,5 liter. Pada jumlah pengumpanansludge 0,5 liter perhari atau pada beban VSS(VSS loading rate) 0,7 g/l/hari dengan waktu

tinggal (HRT) 22 hari, diperoleh effisiensi

pengurangan COD (COD degradationefficiency) sebesar 90%. Effisiensipengurangan COD masih dapatdipertahankan tinggi sekitar 70% pada jumlahumpan 1 l/hari. Penambahan jumlah umpan

sampai 1,5 l/hari effisiensi pengurangan COD

Gambar 8. Pengaruh kenaikan jumlah umpan

terhadap konsentrasi dan effisiensi pengurangan

COD turun menjadi sekitar 50%. Pada bebanini, konsentrasi COD dalam sludge olahansekitar 15 g/l. Selanjutnya dengan menaikkan jumlah umpan menjadi 2,0 l/hari, konsentrasiCOD olahan naik secara drastis seharisetelah penambahan. Naiknya konsentrasiCOD menyebabkan effisiensi penguranganCOD turun secara tajam. Pada hari ke 55,effisiensi pengurangan COD tinggal sekitar15% dan angka ini cenderung terus turunsehingga kestabilan proses tidak dapatdipertahankan. Disini dapat disimpulkanbahwa terjadi kondisi “over load“ dalambioreaktor dimana mikroba tidak mampu lagimengolah sludge yang masuk, sehinggaeffisiensi penguraian terus menurun. Padahari ke 56 umpan bioreaktor diturunkanmenjadi 1 l/hari dan setelah kwalitas effluenkembali normal seperti kondisi semula, bebanbioreaktor dinaikkan lagi menjadi 1,5 l/hari.Selama 10 hari lebih penelitian dilakukanpada beban 1,5 l/hari, ternyata effisiensipengurangan COD tetap dapat dipertahankansekitar 50%, sama besar dengan angka yangdicapai sebelumnya pada beban yang sama.

3.3.3 Pengaruh perubahan bebanterhadap effisiensi pengurangantotal volatile solid (TVS)

Total volatile solid adalah jumlahseluruh bahan-bahan organik yang ada

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50 60 70 800

20

40

60

80

100

, K o n s

e n t r a s i C O D i n l e t ( g l )

, K o n s

e n t r a s i C O D o u t l e t ( g / l )

, E f f i s i e n s i p e n g u r a n g a n C O D ( % )

Waktu (hari)

90%

70%

95%

50%

0,5 1,0 1,5 2,00,3 1,0

Beban VSS (g/l/d)

0,4 0,7 1,4 2,1 2,8 1,4

1,5

2,1

Jumlah umpan (l/d)

0,5 1,0 1,5 2,00,3 1,0

Beban VSS (g/l/d)

0,4 0,7 1,4 2,1 2,8 1,4

1,5

2,1

Jumlah umpan (l/d)


9/10


dalam limbah, meliputi bahan organik dalampadatan dan dalam cairan limbah. Padapengolahan biologi anaerobik, bahan-bahanorganik inilah yang akan diuraikan menjadibiogas melalui reaksi biokimia oleh mikroba

anaerobik.Gambar 9 adalah pengaruh

penambahan jumlah umpan terhadapperubahan konsentrasi TVS dalam sludgeolahan dan effisiensi pengurangan TVSselama penelitian berlangsung.Bertambahnya jumlah umpan bioreaktormenyebabkan konsentrasi TVS hasil olahanmeningkat sehingga effisiensi pengolahanmenjadi berkurang. Effisiensi penguranganTVS masih dapat dipertahankan stabilsampai jumlah umpan 1,5 l/hari. Kenaikanvolume umpan menjadi 2 l/hari menyebabkan

effisiensi pengurangan TVS terus menerusturun. Hal ini diduga karena terjadi kondisi

Gambar 9. Pengaruh kenaikan jumlah umpanterhadap konsentrasi dan effisiensi pengurangan

TVS over load didalam bioreaktor yangmenyebabkan kinerja mikroba menurundrastis. Setelah umpan bioreaktor diturunkanmenjadi 1 l/hari, seperti lihat pada gambar 8,

konsentrasi TVS sludge olahan kembalimembaik dan effisiensi pengolahan juga naik.Pada hari ke 70 umpan bioreaktor dinaikkanlagi menjadi 1,5 l/hari. Pada beban inieffisiensi pengurangan TVS dapat kembalidipertahankan sekitar 40%, sama sepertikondisi sebelumnya pada beban yang sama.

Dari gambar 9 diatas terlihat, pada jumlah pengumpanan sludge 1 l/hari (waktutinggal 11 hari) effisiensi pengurangan TVSadalah sekitar 65%, apabila dinaikan menjadi1,5 l/hari (waktu tinggal 7,3 hari) effisiensinyaturun menjadi sekitar 40%.

3.3.4 Pengaruh perubahan bebanterhadap effisiensi penguranganvolatile suspended solid (VSS)

Volatile suspended solid (VSS) adalah

material-material organik yang terdapatdalam padatan yang tidak larut atau dalamsuspended solid (SS). Parameter ini sangatpenting, karena tujuan utama daripengolahan sludge adalah untuk mengetahuiseberapa banyak padatan khususnyapadatan organik (VSS) dalam sludge yangdapat diuraikan oleh mikroba anaerobik.

Gambar 10 menunjukkan pengaruhperubahan beban bioreaktor terhadapkonsentrasi VSS dalam sludge hasilolahan

Gambar 10. Pengaruh kenaikan jumlah umpanterhadap konsentrasi dan effisiensi pengurangan

VSS serta effisiensi pengurangan VSS.Seperti halnya COD dan TVS, kenaikan jumlah umpan bioreaktor juga menyebabkaneffisiensi pengurangan VSS menurun.Kenaikkan jumlah umpan sampai 1,5 l/harimenyebabkan effisiensi pengurangan VSS

turun sampai 50%.

3.3.4 Effisiensi pengolahan sludge tiap-tiap beban yang diteliti pada kondisistabil

Tabel 3 adalah rangkuman hasilpenelitian yakni effisiensi pengolahan sludgeyang meliputi chemical oxygen demand (COD), total volatile solid (TVS), volatilesuspended solid (VSS) pada tiap bebanyang diteliti dalam kondisi stabil. Jumlahumpan 0,3, 0,5, 1,0 dan 1,5 l/hari bila

dikonversi menjadi besaran beban organikdalam padatan (VSS loading rate) maka

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40 50 60 70 800

20

40

60

80

100

, K o n s e n t r a s i T V S i n l e t ( g / l )

, K o n s e n t r a s i T V S o u t l e t ( g / l )

, E f f i s i e n s i

p e n g u r a n g a n T V S ( % )

Waktu (hari)

80%

65%

40%

90%

0,5 1,0 1,5 2,00,3 1,0

Beban VSS (g/l/d)

0,4 0,7 1,4 2,1 2,8 1,4

1,5

2,1

Jumlah umpan (l/d)

0,5 1,0 1,5 2,00,3 1,0

Beban VSS (g/l/d)

0,4 0,7 1,4 2,1 2,8 1,4

1,5

2,1

Jumlah umpan (l/d)

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40 50 60 70 800

20

40

60

80

100

, K o n s e n t r a s i V S S i n l e t ( g / l )

, E f f i s i e n s i p e n g u r a n g a n V S S ( % )

, K o n s e n t r a s i V S S o u t l e t ( g / l )

Waktu (hari)

93%

70%

50%

98%

0,5 1,0 1,5 2,00,3 1,0

Beban VSS (g/l/d)

0,4 0,7 1,4 2,1 2,8 1,4

1,5

2,1

Jumlah umpan (l/d)

0,5 1,0 1,5 2,00,3 1,0

Beban VSS (g/l/d)

0,4 0,7 1,4 2,1 2,8 1,4

1,5

2,1

Jumlah umpan (l/d)


10/10


angka-angka diatas menjadi setara dengan0,4; 0,7; 1,4 dan 2,1 g/l/hari.

Dari Tabel 3 diatas terlihat, kenaikkan jumlah umpan akan menurunkan effisiensipengolahan sludge. Dari sini diketahui

effsisiensi pengurangan masing-masingparameter pada beban maksimum VSS yangbisa dicapai yakni 2,1 g/l/hari adalah hampirsama yaitu sekitar 50%. Angka ini lebih besardari studi yang pernah dilakukan Ikbal dkk

9,10).

dalam mengolah sludge limbah domestik,dimana effisiensi pengurangan VSSmaksimal yang bisa diperoleh hanya sekitar45% pada beban VSS yang sama.

Tabel 3. Effisiensi pengolahan sludge pada tiapbeban umpan dalam kondisi stabil

Flow rate Effisiensi pengurangan (%)

Beban VSS

COD TVS VSS

0,3 l/hari

0,4 g/ l /hari95 90 98

0,5 l/hari

0.7 g/ l /hari90 80 93

1,0 l/hari

1,4 g/ l /hari70 65 70

1,5 l/hari

2.1 g/ l /hari50 40 50

4. KESIMPULAN

Dari hasil penelitian pengolahan sludgecampuran IPAL PT. A dapat disimpulkansebagai berikut:1. Sludge campuran dari IPAL biologis

dapat diolah dengan effektifmenggunakan proses biologi anaerobik.

2. Beban organik maksimal yang bisadicapai 2,1 g/l/hari dengan waktu tinggalsludge dalam bioreaktor 7,3 hari.

3. Effisiensi penguraian organik dalamsludge (VSS degradation efficiency )

sangat tinggi, masing-masing sebesar 98,93, 70 dan 50% pada masing-masingbeban organik 0,4; 0,7; 1,4 dan 2,1g/l/hari.

4. Produksi biogas relatif sedikit. Hal inidisebabkan karena kandungan bahanorganik dalam sludge kecil (sekitar 50%),disamping itu diduga terjadi kebocoranpada gas holder sehingga sebagianbiogas yang diproduksi tidak tertampung.

DAFTAR PUSTAKA

1. Bitton, Gabriel. : WastewaterMicrobiologi, 13, 229, Anaerobicdigestion of wastewater and sludge,

Wiley-Liss Inc. (1994).2. Beppu, T. and Anazawa, H. : Studies on

methane fermentation at hightemperature, Tokyo University, Bunkyo-ku, Tokyo 113, Japan.

3. Metcalf and Eddy, Inc. : WastewaterEngineering, Treatment, Disposal andReuse, McGraw-Hill, Inc.(1979)

4. Nagai, S., and Nishio, M. : Biologicalaspects of anaerobic digestion.Handbook of Heat and Mass Transfer, 3,702-704, Catalysis, Kinetics and ReactorEngineering, Gulf Publishing Co. (1989).

5. Ikbal, Tang, Y., Fujimura, Y., Shigematsu,T., Morimura, S., and Kida, K.: Theaffecting factors for optimization ofmesophilic aceticlastic methanogenesis.J. Water Treatment Biology, 39, 189-197(2003).

6. Sonoda, Y., Kida, K., and Nagai, S. :Conventional anaerobic digestion.Handbook of Heat and Mass Transfer, 3,753-772, Catalysis, Kinetics and ReactorEngineering, Gulf Publishing Co. (1989).

7. Kida, K., Morimura, S., Sonoda, Y., Obe,M., and Kondo, T.: Support media for

microbial adhesion in an anaerobicfluidized-bed reactor. J. Ferment.Bioeng. 69, 354~359 (1990).

8. Kida. K., Ikbal, Sonoda, Y., Kawase, andNomura, T.: Influent of mineralnutrients on high performance duringanaerobic treatment of waste waterfrom beer brewery. J. Ferment. Bioeng.72, 54~57 (1991).

9. Kida. K., and Ikbal.: Treatment ofsewage sludge by two-series digestionwith liquefaction of thickened surplussludge. J. Water Environment (Mizu

Kankyou Gakkaishi), 18, 215-221 (1995).10. Ikbal, Morimura, S., Shigematsu, T and

K. Kida.: Bacterial population anddegradation of sludge components in amodified two-series digestion processincluding sludge liquefaction. J. WaterTreat. Biol., 38, 193-201 (2002).

Documents

Pengolahan Sludge