VOLUME 4 NO. 1, J UNI 2007 PENGARUH PENGURAIAN SAMPAH TERHADAP KUALITAS AIRDITINJAU DARI PERUBAHAN SENYAWA ORGANIK DAN NITROGEN DALAM REAKTOR KONTINYU SKALA LABORATORIUM Bambang Iswanto, Widyo Astono, Sunaryati. J urusan Teknik Lingkungan, Fakultas Arsitektur Lansekap dan Teknologi Lingkungan, Universitas TrisaktiJ l. Kyai Tapa No.1, Grogol, J akarta 11440 E-mail: biswanto@trisakti.ac.id, widya_85@yahoo.com, aya_ok04ok@yahoo.com Abstrak Didalambadanairseringterdapatsampahyangmerupakanpermasalahanlingkunganakibatdarisampahyang menumpuk di badan air dan berakibat menurunnya kualitas air serta mempengaruhi pada kehidupan biota perairan, oleh karena itu secara bertahap dalam penelitian ini ingin mengkaji dari awal hubungan antara dekomposisi sampah yang ada di badan air terhadap perubahan kualitas air dengan skala laboratorium. Dekomposisi merupakan proses yang dinamis dansangatdipengaruhiolehkeberadaandekomposerbaikjumlahmaupundiversitasnya.Sedangkankeberadaan dekomposersendirisangatditentukanolehfaktor-faktorlingkunganbaikkondisikimia,fisikamaupunbiologi. DekomposisibahanorganikmenghasilkanbahanorganikterlarutyangdiukursebagaiCOD,BOD,amoniakdan nitrogen organik. Dilihat dari hasil pengukuran nilai C/N pada sampah yaitu 14,56. Hal ini menunjukkan bahwa sampah tersebut lebih cepat terdegradasi oleh mikroorganisme. Pada titik sampling pertama yaitu di titik sebelum melewati sampah di dapat nilai konstanta reaerasi (kr) adalah 3,585 /hari, sedangkan pada titik sampling ke-2 yaitu di titik setelah melewatisampahdidapatnilaikonstantareaerasi(kr)adalah6,467/hari,halinimenunjukkanAdanyaoksigen menyebabkanprosesoksidasiaerobikdapatberlangsung.NilaikonstantalajupenguraianBOD5adalah0.7414dan untuk DO nilai tetapan laju reaksi (k) sebesar 0.8479. Sedangkan untuk Nitrogen nilai tetapan laju reaksi (k) sebesar 0.5148 serta nilai COD memiliki nilai tetapan laju reaksi (k) sebesar 0.7076.Dari hasil pengamatan selama 24 hari terlihatbahwasampahorganiksudahhabisterdegradasipadaharike-12danseterusnyasampaihari-hariterakhir larutanmenjadibening.J adisecarafisiksampahteruraisampaiharike-12yaitusampahterdegradasimenjadi partikel/zatorganik.DanselanjutnyazatorganikakandioksidasidenganO2yangcukupbanyakterlarutdalamair (proses aerob) menjadi asam organik, seterusnya akan terurai menjadi CO2 dan H2O. Abstract InfluenceofSolidWasteDegradationToWaterQualityObservedfromChangeofOrganicCompoundand NitrogeninContinualReactorScaleofLaboratory. In river often there are garbage is problems of environment effect of garbage heaping in body irrigate and cause downhillly of him is quality of water, and also influencing at life of territorialwaterbiota,thereforestepbystepinthisresearchwishtostudyfromearlyrelationbetweengarbage dekomposition which in body irrigate to change of quality irrigate with laboratory scale. Dekomposition is dynamic process and very influence by the existence of good dekomposer of him and amount of, while existence of dekomposer alone very determine by good environmental factors of chemical condition, biology and physics. Is seen from result measurement of value of C/N at garbage that is 14,56. This matter indicate that the the garbage quicker degradation by mikroorganism. At first sampling before passing garbage in earning value of konstanta reaerasi (kr) is 3,585 /day, while at sampling second that is in after passing garbage in earning value of konstanta reaerasi (kr) is 6,467 /day, this matter show the Existence of oxygen cause process oxidize aerobik can take place. Value of konstanta fast of decomposition of BOD5 is 0.7414 and for DO assess konstanta fast of reaction (k) equal to 0.8479. While for Nitrogen assess konstanta fast of reaction (k) equal to 0.5148 and also assess COD have value of konstanta fast of reaction (k) equal to 0.7076. Thus by physics garbage ravelled until day of to-12 that is garbage of terdegradasi become particle / an organic matter. And here in after an organic matter will oxidize with O2 which quite a lot dissolve in water (process aerob) becoming organic acid, further will ravelled to become CO2 and of H2O Keywords : biodegradation, mass balance, transfer mass oxygen24 VOLUME 4 NO. 1, J UNI 2007 251.Pendahuluan Penelitianinidilakukankarenapermasalahan penurunankualitasair,yangdisebabkanolehsampah yangmasukkebadanair.Sampahakanmengalami proses dekomposisi dalam badan air oleh bakteri aerob menggunakan oksigen yang terlarut dalam air. Reaksi umumyangmungkinberlangsungsangatkompleks, yang disederhanakan dalampersamaanreaksisebagai berikut : CxHyOz +O2 CO2 +H2O Dalamhalini,bahanorganik(CxHyOz)bereaksi dengan oksigen terlarut dalam air. Bila kadar oksigen terlarutdalamairlebihrendahdarikadarjenuhnya, makaakanterjadiperpindahanoksigendariudarake air. Oleh karena itu, dalam proses biodegradasi bahan organikdalamair,terjadiduaprosessimultanyaitu reaksi kimia dan perpindahan massa dari udara ke air [1]. Bila kadar bahan organik dalam air sangat tinggi, maka kecepatanreaksikimiaakansangatbesar,sehingga kecepatanpemakaianoksigenakanlebihtinggidari kecepatanperpindahanoksigendariudara.Akibatnya kadar oksigen terlarut dalam air akan turun dan berarti kualitas airnya menurun [2]. Selain itu bahan organik juga dapat menyebabkan terjadinya pendangkalan dan penurunan asupan oksigen sehingga badan air menjadi anaerobdanjugadapatmemperlambatlajualiranair karena terhambat oleh sampah yang menggenang di air, oleh karena itu dalam penelitian ini ingin mengkaji dari awal hubungan antara dekomposisi sampah yang ada di dalamairterhadapperubahankualitasairdengan reaktor kontinue skala laboratorium. Tujuanpenelitianiniuntukmengukurpengaruh sampah organik terhadap kualitas air dan penelitian ini dilakukan analisis terhadap parameter fisik dan kimia ; Suhu, Kekeruhan, DHL, pH, COD, DO, BOD5, TKN (TotalKjeldahNitrogen),Amonium,Nitrit,Nitrat. Mengukurlajudegradasisampahorganikkaitannya dengan oksigen dari udara kedalam air (DO). 2.Metode Penelitian Bahan.Bahanyangdigunakandalampenelitianini adalah sampel sampah yang berasal dari permukiman low income yang dibuat berdasarkan komposisi sampah dansampelairkeranlaboratorium.Alatyang digunakanadalahreaktorkontinyudanbak penampunganair,sertapompa(0,55L/dtk)untuk mensirkulasi air (Gambar 1). CaraKerja.Tahapanpenelitianyangdilakukandi Laboratorium Lingkungan adalah : 1.Perancangandanpembuatanalatujicobareaktor sesuaiskalalaboratorium.Reaktorinidilengkapi denganpompauntukmengalirkanairyang digunakan untuk mensirkulasi air.2. Pembuatansampelsampahyangdibuat berdasarkankomposisisampah.Sebelum digunakanuntukpenelitian,sampahdianalisis kadar C/N pengukuran di lakukan di laboratorium denganmetodegravimetriuntukCdankjeldhal untuk N.3.Pengambilansampelair.Sampelairyangdiambil berasal dari air keran yang berada di laboratorium lingkungan.4.Pengoperasianreaktordenganmengalirkanairdi bak penampungan ke dalam reaktor. 5. MelakukanpengukuranKekeruhan,Suhu,DHL, pH, DO, BOD5, COD, Amonium, Nitrit, Nitrat dan Total nitrogen.6.Mengamatidanmenganalisisprosesbiodegradasi bahanorganikyangterjadididalamreaktor. Dengan melakukan perhitungan Transfer Massa O2 keair,Lajudekomposisisampahorganik,Reaksi Organik +O2. 3.Hasil dan Pembahasan HasilRasioC/NSampahAwal.NilaiC/Nsampah diukur sebelum sampah dimasukkan ke dalam reactor untukmengetahuikandunganCdanNyangterdapat padasampahyangdibuatsebelummelakukan penelitian.DarihasilpengukuranC=41,2%danN=2,83% sehingga hasil C/N sampah awal sebesar 14,56. Gambar1.Reaktorkontinyu,bakpenampunganair, serta pompa VOLUME 4 NO. 1, J UNI 2007 26 HasilAnalisisParameterFisik.Darihasil pengamatanselama24hariterlihatbahwasampah organiksudahhabisterdegradasimenjadipartikel/zat organikpada hari ke-12 dan seterusnya sampai hari-hari terakhirlarutanmenjadibening.Selanjutnyazat organikakanteroksidasimenjadiasamorganik, seterusnya akan terurai menjadi CO2 dan H2O. 1.Kekeruhan.Besarnyakonsentrasikekeruhandi dalamreaktortiapharinyacenderungmengalami peningkatanselamaprosesdegradasiberlangsung, nilaikekeruhanberkisarantara2,366NTU. (Gambar 2). Nilai kekeruhan mulai tinggi pada hari ke-12,haliniterjadikarenaadanyapenambahan oksigen dari sirkulasi air sehingga mikroorganisme dapatmengoksidasibahan-bahanorganikyang menyebabkanairmenjadikeruh.Olehkarenaitu secarafisikkekeruhanpalingtinggiterlihatpada hari ke-12. 2.Suhu.Berdasarkanhasilpengukuranselama24 hariterlihatbahwasuhuairdititikpengamatan berkisar antara 29C 32C (Gambar 3). Degradasi sampahpadaharike-12jugaditunjukkandengan naiknyasuhu sampaiharike-12,selanjutnyasuhu akanmenurunsetelahharike-12karenabahan organikyangadadidalamreaktorsemakinhabis terdegradasisehinggaaktivitasmikroorganisme berkurang.3.DHL(DayaHantarListrik).Darihasil pengukurandidapatkannilaiDHLberkisarantara 0,3140,445s/cm.Darihasilpengukurandari awal sampai hari ke-13 nilai DHL cenderung naik. Grafi k Kekeruhan (NTU)0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24Hari ke-Kekeruhan (NTU)Kekeruhan (NTU) C1Kekeruhan (NTU) C2Kekeruhan (NTU) C3 Gambar 2. Grafik hasil pengukuran kekeruhan Grafik Suhu 0.05.010.015.020.025.030.035.01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24t (hari )suhu (oC)SUHU(c) C1SUHU(c) C2SUHU(c) C3 Gambar 3. Grafik hasil pengukuran suhu Grafik DHL0.0000.1000.2000.3000.4000.5001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24t (hari)DHL DHL (s/cm) C1DHL (s/cm) C2DHL (s/cm) C3 Gambar 4. Grafik hasil pengukuran DHL Nilai DHL pada hari ke-13 menunjukkan masih ada penguraianzatorganikmenjadiasamorganik sehingga DHL naik sampaihari ke-13. Selanjutnya padaharike-14sampaihariseterusnyamengalami penurunan (Gambar 4). Hasil Analisis Parameter Kimia. Hasil analisis adalah sebagai berikut : 1.pH(DerajatKeasaman).Hasilpengukuran selama24hari,terlihatbahwabesarnyanilaipH berkisar antara 6,8 8,2. Dan hasil pengukuran dari awalsampaiharike-13cenderungmenurunatau kondisi badan air mulai bersifat asam (Gambar 5). Halinimenunjukkanadanyakegiatan mikroorganismeyangmenguraikanbahanorganik yaitukarbohidratdiuraikanmenjadiglukosadan glukosadiuraikanlagimenjadiasamorganik, menghasilkan karbondioksida (CO2) dan air (H2O). Sedangkanpadaharike-14danseterusnyaterjadi penguraianasamorganikmenjadiCO2danH2O dengan demikian berkurangnya asam organik, maka pH akan naik. 2.OksigenTerlarut(DO). Hasil pengukuran DO di dalamreaktorselama24hari,terlihatbahwa besarnyanilaiDOberkisarantara3,88,3mg/l. Dari awal pengukuran sampai hari ke-13 cenderung menurun,oksigenterlarutturunpadaharike-13 dengankonsentrasi3,8mg/lsetelahkeluarandari saringan sampah. Hal ini disebabkan karena adanya aktifitasmikroorganismeyangmengoksidasi bahan-bahanorganik,sehinggamikroorganisme banyakmembutuhkanoksigen.J ikakonsentrasi oksigenterlarutsudahterlalurendah,maka mikroorganismeaerobiktidakdapathidupdan berkembang.Selanjutnyapadaharike-14sampai denganseterusnyanilaiDOmengalami peningkatan(Gambar6).DOmengalami peningkatan disebabkan karena kandungan oksigen terlarutdisuatubadanairterutamadipengaruhi oleh adanya terjunan dalam proses ini berarti terjadi aerasi. VOLUME 4 NO. 1, J UNI 2007 27Grafik pH0.002.004.006.008.0010.001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24t (har i)pHpH C1pH C2pH C3 Gambar 5. Grafik hasil pengukuran pH Grafik Perubahan DO (mg/L)0.02.04.06.08.010.01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24t (hari)Konsentrasi DO (mg/l)Konsentrasi DO (mg/L)C1Konsentrasi DO (mg/L)C2Konsentrasi DO (mg/L)C3 Gambar6.Grafikhasilpengukurankonsentrasi DO 3.BOD5(BiochemicalOxygenDemand). Dari hasil pengukuran selama 24 hari, terlihat bahwa besarnya konsentrasiBOD5 berkisarantara2,026-31,746 mg/l.Dariawalsampaidenganharike-16 cenderungnaikdanbesarnyakonsentrasiBOD5 tertinggididapatpadaharike-16terletaksetelah keluaransaringansampahsebesar31,746mg/l. (Gambar7).Padaharike-12sampaidenganhari ke-16 kenaikan BOD5 ada perbedaan semakin kecil ini menunjukkan bahwa zat organik sebagai nutrien mikroorganismemasihcukupdipakaiuntuk kehidupanmikroorganisme.Halinimenunjukkan adanya bahan organikyang mudahdiuraikan oleh mikroorganismesehinggadiperlukansejumlah oksigen untuk menguraikan bahan organik tersebut. Selanjutnya, nilai BOD5 berangsur menurun setelah harike-24sampaidenganhari-hariterakhir.Nilai berangsurmenurundenganbertambahnyawaktu karenabahanorganikberangsurteruraioleh mikroorganisme yang ada di dalam reaktor. Grafik BOD5 (mg/L)0.0005.00010.00015.00020.00025.00030.00035.0001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24t(hari)konsentrasi BOD5 (mg/L)BOD5 (mg/L) C1BOD5 (mg/L) C2BOD5 (mg/L) C3 Gambar7.Grafikhasilpengukurankonsentrasi BOD5 Grafik COD mg/L0.00020.00040.00060.00080.000100.000120.0001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24t (hari)Konsentrasi COD (mg/l)Konsentrasi COD (mg/L) C1Konsentrasi COD (mg/L) C2Konsentrasi COD (mg/L) C3 Gambar 8. Grafik hasil pengukuran konsentrasi COD 4.COD(ChemicalOxygenDemand).Berdasarkan hasilpengukuranselama24harinilaiCOD berkisarantara4,601-113,970mg/l(Gambar8). HasilpengukurannilaiCODdariawalcenderung naik sampai hari ke-12. Dilihat dari grafik pada hari ke-12, zat organik dan asam organik hasil degradasi darimikroorganismemencapainilaitertinggi.Hal inidimungkinkanbanyaknyaoksigenyang digunakanolehmikroorganismeuntuk mempengaruhi kinerja mikroorganisme di dalam air dalammelakukanperombakan-perombakanpada senyawa-senyawaorganiksecarakimiawi.Dan selanjutnya setelah hari ke-12 nilai COD berangsur menurunsampaihari-hariterakhir,dengan bertambahnyawaktukarenaterjadipenguraian asamorganikmenjadiCO2danH2Odengan demikian berkurangnya asam organik.5.TKN(TotalKjeldahlNitrogen).Nilaitotal nitrogen berkisarantara 0,0767 1,53mg/l.Pada awalpengukuranbesarnyakonsentrasitotal nitrogencenderungnaiksampaiharike-14,dan selanjutnyamulaiturunsetelahharike-14sampai dengan hari-hari terakhir karena berkurangnya asam organikdidalamair.Padaharike-1nilaiTKN sudahada,halinidimungkinkandarihasil degradasisampahorganikmenjadizatorganik sudahmulaiterjadidanzatorganiktersebut mengandungnitrogen.Danpadaharike-14 merupakannilaitertinggidariTKN.Selanjutnya setelah hari ke-14 TKN mulai berkurang atau habis terdegradasi. Grafik Perubahan Total Nitrogen (mg/l)0.0000.5001.0001.5002.0001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24t (hari)Konsentrasi Total Nitrogen (mg/l)Konsentrasi TKN(mg/L) CA0Konsentrasi TKN(mg/L) CAKonsentrasi TKN(mg/L) CAsisa Gambar 9. Grafik hasil pengukuran konsentrasi TKN VOLUME 4 NO. 1, J UNI 2007 28 Gambar10.Grafikhasilpengukurankonsentrasi amonium 6.Ammonium(NH4+).Darihasilpengukurannilai ammoniumberkisarantara0,0021.229mg/l (Gambar10).Hasilpengukurannilaiammonium dari awal berkecenderungan naik sampai hari ke-12. Padaharike-12merupakankonsentrasitertinggi dariamonium,selanjutnyasetelahharike-12dan seterusnya konsentrasi amonium mulai turun. Dari grafik dapat kita lihat bahwa kenaikan konsentrasi ammonium,terjadikarenaadanyapenguraian-penguraianzatorganikolehmikroorganismedan padaharike-12zatorganikmulaisedikitsampai harike-16sehinggaaktivitasmikroorganismedi dalamreaktorberkurang.Dariawalsampaihari terakhirpengukuran,konsentrasiyangdidapat kecil,halinimenunjukkanbahwabahanorganik yangteruraiolehmikroorganismememiliki kandungannitrogenyangrendah,halinidapat dilihat dari hasil analisis C/N.7.Nitrit.Darihasilpengukurannilainitritberkisar antara