Metode, tahapan dan karakteristik proses pengolahan limbah cair

A. Metode dan tahapan proses pengolahan limbah cair

Metode dan tahapan proses pengolahan limbah cair yang telah dikembangkan sangat beragam. Limbah cair dengan kandungan polutan yang berbeda kemungkinan akan membutuhkan proses pengolahan yang berbeda pula. Proses- proses pengolahan tersebut dapat diaplikasikan secara keseluruhan, berupa kombinasi beberapa proses atau hanya salah satu. Proses pengolahan tersebut juga dapat dimodifikasi sesuai dengan kebutuhan atau faktor finansial.

1.   Pengolahan Primer (Primary Treatment)

Tahap pengolahan primer limbah cair sebagian besar adalah berupa proses pengolahan secara fisika.

a.   Penyaringan (Screening)

Limbah yang mengalir melalui saluran pembuangan disaring menggunakan jeruji saring. Metode ini disebut penyaringan.  Metode penyaringan merupakan cara yang efisien dan murah untuk menyisihkan bahan-bahan padat berukuran besar dari air limbah.

b.  Pengolahan Awal  (Pretreatment)

Limbah yang telah disaring kemudian disalurkan kesuatu tangki atau bak yang berfungsi untuk memisahkan pasir dan partikel padat teruspensi lain yang berukuran relatif besar. Tangki ini dalam bahasa inggris disebut grit chamber dan cara kerjanya adalah dengan memperlambat aliran limbah sehingga partikel – partikel pasir jatuh ke dasar tangki sementara air limbah terus dialirkan untuk proses selanjutnya.

c.   Pengendapan

Setelah melalui tahap pengolahan awal, limbah cair akan dialirkan ke tangki atau bak pengendapan. Metode pengendapan adalah metode pengolahan utama dan yang paling banyak digunakan pada proses pengolahan primer limbah cair. Di    tangki pengendapan, limbah cair didiamkan agar partikel-partikel padat yang tersuspensi dalam air limbah dapat mengendap ke dasar tangki. Enadapn partikel tersebut akan membentuk lumpur yang kemudian akan dipisahkan dari air limbah ke saluran lain untuk diolah lebih lanjut. Selain metode pengendapan, dikenal juga metode pengapungan (Floation).

d.  Pengapungan (Floation)

Metode ini efektif digunakan untuk menyingkirkan polutan berupa minyak atau lemak. Proses pengapungan dilakukan dengan menggunakan alat yang dapat menghasilkan gelembung- gelembung udara berukuran kecil (± 30 – 120 mikron). Gelembung udara tersebut akan membawa partikel –partikel minyak dan lemak ke permukaan air limbah sehingga kemudian dapat disingkirkan.

Bila limbah cair hanya mengandung polutan yang telah dapat disingkirkan melalui proses pengolahan primer, maka limbah cair yang telah mengalami proses pengolahan primer tersebut dapat langsung dibuang kelingkungan (perairan). Namun, bila limbah tersebut juga mengandung polutan yang lain yang sulit dihilangkan melalui proses tersebut, misalnya agen penyebab penyakit atau senyawa organik dan anorganik terlarut, maka limbah tersebut perlu disalurkan ke proses pengolahan selanjutnya.

2.  Pengolahan Sekunder (Secondary  Treatment)

Tahap pengolahan sekunder merupakan proses pengolahan secara biologis, yaitu dengan melibatkan mikroorganisme yang dapat mengurai/ mendegradasi bahan organik. Mikroorganisme yang digunakan umumnya adalah bakteri aerob.

Terdapat tiga metode pengolahan secara biologis yang umum digunakan yaitu metode penyaringan dengan tetesan (trickling filter), metode lumpur aktif (activated sludge), dan metode kolam perlakuan (treatment ponds / lagoons).

a.   Metode Trickling Filter

Pada metode ini, bakteri aerob yang digunakan untuk mendegradasi bahan organik melekat dan tumbuh pada suatu lapisan media kasar, biasanya berupa serpihan batu atau plastik, dengan dengan ketebalan  ± 1 – 3 m. limbah cair kemudian disemprotkan ke permukaan media dan dibiarkan merembes melewati media tersebut. Selama proses perembesan, bahan organik yang terkandung dalam limbah akan didegradasi oleh bakteri aerob. Setelah merembes sampai ke dasar lapisan media, limbah akan menetes ke suatu wadah penampung dan kemudian disalurkan ke tangki pengendapan.

Dalam tangki pengendapan, limbah kembali mengalami proses pengendapan untuk memisahkan partikel padat tersuspensi dan mikroorganisme dari air limbah. Endapan yang terbentuk akan mengalami proses pengolahan limbah lebih lanjut, sedangkan air limbah akan dibuang ke lingkungan atau disalurkan ke proses pengolahan selanjutnya jika masih diperlukan.

b.  Metode Activated Sludge

Pada metode activated sludge atau lumpur aktif, limbah cair disalurkan ke sebuah tangki dan didalamnya limbah dicampur dengan lumpur yang kaya akan bakteri aerob. Proses degradasi berlangsung didalam tangki tersebut selama beberapa jam, dibantu dengan pemberian gelembung udara aerasi (pemberian oksigen). Aerasi dapat mempercepat kerja bakteri dalam mendegradasi limbah. Selanjutnya, limbah disalurkan ke tangki pengendapan untuk mengalami proses pengendapan, sementara lumpur yang mengandung bakteri disalurkan kembali ke tangki aerasi. Seperti pada metode trickling filter, limbah yang telah melalui proses ini dapat dibuang ke lingkungan atau diproses lebih lanjut jika masih dperlukan.

c.   Metode Treatment ponds/ Lagoons

Metode treatment ponds/lagoons atau kolam perlakuan merupakan metode yang murah namun prosesnya berlangsung relatif lambat. Pada metode ini, limbah cair ditempatkan dalam kolam-kolam terbuka. Algae yang tumbuh dipermukaan kolam akan berfotosintesis menghasilkan oksigen. Oksigen tersebut kemudian digunakan oleh bakteri aero untuk proses penguraian/degradasi bahan organik dalam limbah. Pada metode ini, terkadang kolam juga diaerasi. Selama proses degradasi di kolam, limbah juga akan mengalami proses pengendapan. Setelah limbah terdegradasi dan terbentuk endapan didasar kolam, air limbah dapat disalurka untuk dibuang ke lingkungan atau diolah lebih lanjut.

2.  Pengolahan Tersier (Tertiary Treatment)

Pengolahan tersier dilakukan jika setelah pengolahan primer dan sekunder masih terdapat zat tertentu dalam limbah cair yang dapat berbahaya bagi lingkungan atau masyarakat. Pengolahan tersier bersifat khusus, artinya pengolahan ini disesuaikan dengan kandungan zat yang tersisa dalam limbah cair / air limbah. Umunya zat yang tidak dapat dihilangkan sepenuhnya melalui proses pengolahan primer maupun sekunder adalah zat-zat anorganik terlarut, seperti nitrat, fosfat, dan garam- garaman.

Pengolahan tersier sering disebut juga pengolahan lanjutan (advanced treatment). Pengolahan ini meliputi berbagai rangkaian proses kimia dan fisika. Contoh metode pengolahan tersier yang dapat digunakan adalah metode saringan pasir, saringan multimedia, precoal filter, microstaining, vacum filter, penyerapan dengan karbon aktif, pengurangan besi dan mangan, dan osmosis bolak-balik.

Metode pengolahan tersier jarang diaplikasikan pada fasilitas pengolahan limbah. Hal ini disebabkan biaya yang diperlukan untuk melakukan proses pengolahan tersier cenderung tinggi sehingga tidak ekonomis.

3.  Desinfeksi (Desinfection)

Desinfeksi atau pembunuhan kuman bertujuan untuk membunuh atau mengurangi mikroorganisme patogen yang ada dalam limbah cair. Meknisme desinfeksi dapat secara kimia, yaitu dengan menambahkan senyawa/zat tertentu, atau dengan perlakuan fisik.

Dalam menentukan senyawa untuk membunuh mikroorganisme, terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan, yaitu :

·      Daya racun zat

·      Waktu kontak yang diperlukan

·      Efektivitas zat

·      Kadar dosis yang digunakan

·      Tidak boleh bersifat toksik terhadap manusia dan hewan

·      Tahan terhadap air

·      Biayanya murah

Contoh mekanisme desinfeksi pada limbah cair adalah penambahan klorin (klorinasi), penyinaran dengan ultraviolet(UV), atau dengan ozon (Oз). Proses desinfeksi pada limbah cair biasanya dilakukan setelah proses pengolahan limbah selesai, yaitu setelah pengolahan primer, sekunder atau tersier, sebelum limbah dibuang ke lingkungan.

4.  Pengolahan Lumpur (Slude Treatment)

Setiap tahap pengolahan limbah cair, baik primer, sekunder, maupun tersier, akan menghasilkan endapan polutan berupa lumpur. Lumpur tersebut tidak dapat dibuang secara langsung, melainkan pelu diolah lebih lanjut. Endapan lumpur hasil pengolahan limbah biasanya akan diolah dengan cara diurai/dicerna secara aerob (anaerob digestion), kemudian disalurkan ke beberapa alternatif, yaitu dibuang ke laut atau ke lahan pembuangan (landfill), dijadikan pupuk kompos, atau dibakar (incinerated).

A. Karakteristik Limbah Cair

Limbah cair berasal dari rumah tangga (domestik) maupun Industri.

Air limbah domestik terdiri atas :

a.   Tinja ( faeces ),yang mengandung mikroba pathogen

b.  Air seni (urine), pada umumnya mengandung nitrogen dan Posfor campuran air seni dan tinja disebut Excreta.

c.   Grey water atau air bekas cucian dapur, mesin cuci dan kamar mandi
Air cucian dari setiap rumah tangga berkumpul dan menyatu pada parit-parit kota mengalir menuju parit yang lebih besar kemudian ke sungai bercampur dengan segala macam limbah mulai dari detergen, busa sampho, kaporit dan karbol serta cucian bekas kotoran lainnya. Kaporit dan larutan karbol serta detergen merupakan racun bagi bakteri pembusuk dalam air sungai. Apabila konsentrasinya semakin tinggi maka bahan-bahan organik sukar membusuk sehingga menambah endapan dalam dasar parit dan parit akhirnya cepat tersumbat.

Air limbah industri dapat mengandung berbagai jenis bahan organik maupun anorganik, yaitu :

a.   Garam anorganik, seperti magnesium sulfat dan magnesium khlorida yang berasal dari kegiatan pertambangan atau pabrik pupuk.

b.  Asam anorganik, seperti asam sulfat yang berasal dari industri pengolah bijih logam dan bahan bakar fosil yang mengandung kotoran berupa ikatan belerang.

c.   Senyawa organik, seperti pelarut dan zat warna yang berasal dari industri penyamakan kulit dan industri cat.

d.  Logam berat, seperti cadmium, air raksa (merkuri dan krom yang berasal dari industri pertambangan, cat, zat warna, baterai dan penyepuhan logam.

Zat-zat tersebut jika masuk ke perairan akan menimbulkan pencemaran yang dapat membahayakan makhluk hidup, termasuk manusia.Karakteristik limbah cair meliputi sifat – sifat fisika, kimia dan biologi.

Sifat-sifat tersebut dapat dipahami dengan mempelajari konsentrasinya dan sejauh mana tingkat pencemaran yang dapat ditimbulkan limbah terhadap lingkungan. Pemahaman tentang karakteristik dapat diketahui melalui pengambilan sampel, misalnya : limbah cair mempunyai tingkat keasaman, pH= 6 dan mengandung kadar besi 5 mg/l. Konsentrasi yang dikandung limbah akan menentukan beban limbah terhadap lingkungan.

Ada tiga jenis sifat dalam karakteristik limbah yaitu :

1.  Sifat Fisik

Sifat fisik limbah cair meliputi temperatur, bau, warna, kekeruhan dan jumlah padatan terlarut.

a.   Temperatur
Temperatur menunjukkan derajat atau tingkat panas air limbah. Skala temperatur yang biasa digunakan adalah Skala Fahrenheit (oF) dan Skala Celcius (oC). Persamaan dari kedua skala tersebut adalah:

oC = X ( oF-32 )

oF = X ( oC ) + 32

Temperatur yang dikeluarkan suatu limbah cair harus merupakan temperature alami. Temperatur merupakan yang penting dalam pengoperasian unit pengolahan limbah karena berpengaruh terhadap aktivitas kimiawi dan biologi. Limbah yang mempunyai temperatur panas akan mengganggu pertumbuhan biota tertentu dan pengentalan cairan berkurang serta mengurangi sedimentasi. Tingkat zat oksidasi juga akan lebih besar pada suhu tinggi dan pembusukan jarang terjadi pada suhu rendah.

b.  Bau

Bau merupakan parameter yang subjektif. Sifat bau limbah disebabkan karena zat-zat organik yang telah terurai dalam limbah dan mengeluarkan gas-gas seperti Sulfida dan Amoniak yang menimbulkan penciuman tidak enak, misalnya : bau seperti telur busuk menunjukkan adanya Hidrogen Sulfida yang dihasilkan oleh permukaan zat-zat organik dalam kondisi Anaerobik. Bau yang tidak enak dapat disebabkan adanya campuran dari Nitrogen, Sulfur dan Fosfor yang berasal dari pembusukan protein yang dikandung limbah. Adanya bau yang diakibatkan limbah merupakan suatu indikator bahwa terjadi proses alamiah, sehingga dengan adanya bau ini akan lebih mudah untuk menghindarkan tingkat bahaya yang ditimbulkan oleh limbah dibandingkan dengan limbah yang tidak menghasilkan bau dikarenakan lebih sulit diketahui.

c.   Warna

Warna dalam air disebabkan adanya ion-ion logam besi, mangan, humus, plankton, tanaman air dan buangan industri. Selain itu warna juga dapat disebabkan zat-zat terlarut dan zat tersuspensi. Meskipun tidak menimbulkan sifat racun, warna air limbah menjadikan pemandangan lebih jelek.

d.  Kekeruhan

Kekeruhan air disebabkan karena ada partikel koloid yang terdiri dari kwartz, tanah liat, sisa bahan-bahan, protein dan ganggang yang terdapat dalam limbah, sehingga dapat dilihat dengan mata secara langsung. Adanya kekeruhan membuat hilang nilai estetika. 

e.   Padatan 

Zat padat dalam limbah dapat dibedakan menjadi dua golongan yaitu padatan terlarut dan padatan tersuspensi. Jenis padatan terlarut maupun tersuspensi dapat bersifat organis atau sifat inorganis tergantung dari mana sumber limbah. Padatan tersuspensi terdiri dari partikel koloid dan partikel biasa. Ada juga padatan yang mengendap dikarenakan diameter lebih besar sehingga dalam keadaan tenang, padatan tersebut mengendap sendiri. Pengukuran konsentrasi mokroorganisme dalam limbah diukur dengan zat padat tersuspensi organik sebagai padatan tersuspensi yang menguap
( Volatile Suspensi Solid ) pada temperatur tertentu.

2. Sifat kimia

Karakter kimia air limbah meliputi :

a.   Biochemical Oksigen Demand (BOD) adalah jumlah oksigen terlarut yang dibutuhlan oleh organisme hidup untuk memecah atau mengoksidasi bahan-bahan buangan didalam air. Jika konsumsi oksigen tinggi yang ditunjukkan dengan semakin kecilnya sisa oksigen terlarut, berarti kandungan polutannya organiknya tinggi.

b.  Chemical Oksigen Demand (COD ) adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi bahan-bahan organik yang terdapat dalam air, secara kimia.

c.   Senyawa Organik dan Anorganik. Senyawa organik terdiri dari karbon dengan unsur O, N, P, S, H. Sedangkan senyawa anoranik terdiri atas unsur lain yang bukan tersusun dari karbon organik. Unsur-unsur yang terdapat dalam jumlah banyak akan bersifat toksik dan menghalangi proses-proses biologis.

d.  Keasaman Air (pH). Keasaman air diukur dengan pH meter. Keasaman ditetapkan berdasarkan tinggi rendahnya konsentrasi ion hidrogen dalam air. Limbah cair yang mempunyai pH tinggi atau rendah dapat mempengaruhi organisme dalam air. Air yang mempunyai pH rendah (pH<7) membuat air menjadi korosif terhadap bahan konstruksi besi yang kontak dengan air. Limbah cair dengan keasaman tinggi bersumber dari buangan yang mengandung asam seperti air pembilas pada pabrik kawat atau seng.

e.    Alkalinitas (basa) nilai pH tinggi, ph>7

Tinggi rendahnya alkalinitas ditentukan senyawa karbonat, garam-garam hidroksida, kalsium, magnesium, natrium dalam air. Kesadahan dalam air disebabkan oleh tingginya kandungan zat-zat tersebut. Semakin tinggi kesadahan suatu air semakin sulit air berbuih.

f.   Oksigen Terlarut

Oksigen telarut berlawanan dengan BOD, semakin tinggi BOD semakin rendah oksigen terlarut. Kemampuan air untuk mengadakan pemulihan secara alami benyak tergantung pada tersedianya oksigen terlarut.

3. Sifat Bioligis

Sifat biologis meliputi mikroorganisme yang ada dalam limbah cair. Mikroorganisme ini memiliki jenis yang bervariasi, hampir dalam semua bentuk air limbah dengan konsentrasi 105 - 108 organisme/ml. Mikroorganisme yang ditemukan banyak dalam bentuk sel tunggal yang bebas atau berkelompok dan mampu melakukan proses-proses kehidupan. Bahan-bahan organik yang terdapat dalam air akan diubah oleh mikroorganisme menjadi senyawa kimia yang sederhana, sehingga dekomposisi zat-zat tersebut dalam jumlah besar akan menimbulkan bau busuk. Keberadaan bakteri dalam unit pengolahan air limbah merupakan kunci efisiensi proses biologis dan penting untuk mengevaluasi kualitas air.

Semoga bermanfaat !!!