perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac fileapabila bahan organik dalam air sedikit, ... penyaringan...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

5

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Limbah Cair Industri Tahu

Limbah cair merupakan gabungan atau campuran dari air dan bahan-

bahan pencemar yang terbawa oleh air, baik dalam keadaan terlarut maupun

tersuspensi yang terbuang dari sumber domestik (perkantoran, perumahan dan

perdagangan), sumber industri, dan pada saat tertentu tercampur dengan air

tanah, air permukaan, atau air hujan (Soeparman dan Suparmin, 2002)

Limbah cair tahu mempunyai karakteristik fisik dan kimiawi.

Karakteristik fisika meliputi kandungan total padatan yang terdiri dari bahan

terapung, tersuspensi, koloid, dan terlarut. Karakteristik kimiawi meliputi

bahan anorganik, air buangan industri tahu mengandung nitrit (NO2-), nitrat

(NO3-), amonia (NH3), dan sulfida (SO4), gas nitrogen (N2), oksigen (O2)

hidrogen sulfida ( H2S), dan metan (CH4) (Pranoto, 1999).

Menurut Nurhasan dan Pramudyanto (1997) Molekul organik dalam

limbah cair industri tahu secara garis besar mengalami perombakan terutama

karbohidrat, lemak, dan protein yang dilakukan oleh mikroorganisme pengurai.

Bahan organik kompleks berupa karbohidrat, lemak dan protein mula-mula

diubah menjadi bentuk persenyawaan yang lebih sederhana glukosa, gliserol,

asam lemak dan asam amino. Asam amino yang merupakan hasil dari

perombakan protein akan dioksidasi menjadi nitrogen amonia (NH3-) dan


commit to user

6

senyawa karboksil. Senyawa (NH3-) akan dioksidasi lagi menjadi nitrit (NO2

-).

Apabila oksigen tersedia akan dioksidasi lagi menjadi nitrat (NO3-).

Karakteristik limbah cair industri tahu dapat dilihat pada Tabel 1

Tabel 1. Karakteristik Limbah Cair Industri Tahu

No. Karakteristik Fisik dan Kimia Limbah Cair Tahu

Nilai

1 Padatan Terendap 170-190 mg/l 2 Padatan Tersuspensi 638-660 mg/l 3 Padatan Total 668-703 mg/l 4 Warna 2225-2250 pt Co 5 Kekeruhan 524-585 FTU 6 Amonia-Nitrogen 23,3-23,5 mg/l 7 Nitrit-Nitrogen 0,1-0,5 mg/l 8 Nitrat-Nitrogen 3,5-4,0 mg/l 9 pH 4,0-6,0 10 BOD 6000-8000 mg/l 11 COD 7500-14000 mg/l 12 Abu 0,19 % 13 Protein 0,08 % 14 Karbohidrat 0,51 % 15 Pati 0,46 %

Sumber : Nurhasan dan Pramudyanto ( 1997)

Herlambang (2002) menyatakan bahwa, dampak yang ditimbulkan oleh

pencemaran bahan organik limbah industri tahu adalah gangguan terhadap

kehidupan biotik yang disebabkan oleh meningkatnya kandungan bahan

organik. Selama proses metabolisme oksigen banyak dikonsumsi, sehingga

apabila bahan organik dalam air sedikit, oksigen yang hilang dari air akan

segera diganti oleh oksigen hasil proses fotosintesis dan oleh reaerasi dari

udara. Apabila konsentrasi beban organik terlalu tinggi, maka akan tercipta

kondisi anaerobik yang menghasilkan produk dekomposisi berupa amonia,

karbondioksida, asam asetat, hirogen sulfida, dan metana. Senyawa-senyawa


commit to user

7

tersebut sangat toksik bagi sebagian besar hewan air, dan akan menimbulkan

gangguan terhadap keindahan (gangguan estetika) yang berupa rasa tidak

nyaman dan menimbulkan bau.

2. Pengolahan Limbah Cair Industri Tahu

Berbagai upaya untuk mengolah limbah cair tahu telah banyak diteliti

dan dikembangkan. Secara umum, metode pengolahan yang banyak

dikembangkan tersebut dapat digolongkan dalam 3 jenis metode pengolahan,

yaitu secara fisik, kimiawi, dan biologis.

Secara fisik, pengolahan limbah cair tahu biasanya dilakukan dengan

metode pemisahan sebagian dari beban pencemaran, khususnya padatan

tersuspensi atau koloid dari limbah cair. Dalam pengolahan limbah cair industri

tahu secara fisik, proses yang digunakan antara lain adalah filtrasi dan

pengendapan (sedimentasi). Filtrasi (penyaringan) menggunakan media

penyaringan terutama bertujuan untuk menjernihkan dan memisahkan partikel-

partikel kasar dan padatan tersuspensi dari limbah cair. Padatan tersuspensi

yang lolos dari penyaringan selanjutnya disisihkan dalam unit sedimentasi dan

ditambahkan koagulan sehingga terbentuk flok. Proses ini termasuk proses

kimiawi. Dalam sedimentasi, flok-flok padatan dipisahkan dari aliran dengan

memanfaatkan gaya gravitasi (Pohan, 2008)

Secara kimiawi, metode yang dilakukan adalah penghilangan atau

konversi senyawa-senyawa polutan dalam limbah cair dengan penambahan

bahan-bahan kimia atau reaksi kimia lainnya (MetCalf dan Eddy,2003). Salah

satu proses dalam pengolahan limbah cair secara kimiawi adalah koagulasi.


commit to user

8

Koagulasi merupakan proses destabilisasi koloid dalam limbah cair dengan

menambahkan bahan kimia (koagulan). Koagulan ditambahkan untuk

menetralkan keadaan atau mengurangi partikel kecil yang tercampur dalam

limbah cair melalui pengendapan (Sugiharto, 1987).

Secara biologis, metode yang dilakukan adalah dengan cara

menurunkan kadar senyawa kimia terlarut dengan memanfaatkan

mikroorganisme atau tumbuhan air. Pada dasarnya pengolahalan secara

biologis apabila menggunakan mikroorganisme adalah pemutusan molekul

kompleks menjadi molekul sederhana sedangkan apabila menggunakan

tanaman air dengan cara penyerapan senyawa kimia oleh tumbuhan air

tersebut. Proses ini sangat peka terhadap faktor suhu, pH, oksigen terlarut (DO)

dan zat-zat inhibitor terutama zat-zat beracun (Pohan, 2008). Ritman dan

McCarty (2001) menyebutkan bahwa, mikroorganisme yang digunakan untuk

pengolahan limbah adalah bakteri, alga, dan protozoa. Sedangkan menurut

Lisnasari (1995) tumbuhan air yang mungkin dapat digunakan termasuk gulma

air (aquatic weeds).

3. Paku Air (Azolla pinnata)

Simanjuntak (2005) menyatakan bahwa tumbuhan A. pinnata dalam

taksonomi tumbuhan mempunyai klasifikasi sebagai berikut:

Divisi : Pteridophyta

Kelas : Leptosporangiopsida (heterosporous)

Ordo : Salviniales

Family : Salviniaceae


commit to user

9

Genus : Azolla

Spesies : Azolla pinnata (Gambar 1)

Gambar 1. Azolla pinnata (dokumentasi pribadi)

Tanaman A. pinnata mempunyai akar yang muncul pada sisi bawah

batang utama yang berfungsi sebagai pengambil air dan mineral-mineral, serta

nutrisi untuk pertumbuhan dan perkembangannya. Panjang akar bervariasi

sesuai dengan varietasnya yaitu sekitar 1,5-11 cm. Akar A. pinnata

menggantung di dalam air (Arifin, 1996).

A. pinnata tidak mempunyai batang, tetapi berupa rimpang. Pada

cabang tanaman ini terdapat akar-akar yang menempel yang tersusun rapi

seperti rambut yang lebat tumbuh secara horisontal dipermukaan air. Batang

(rimpang) utama tidak bercabang secara bergantian, setiap cabang terdapat

daun yang saling menindih (Djojosuwito, 2000).

Daun A. pinnata terdiri atas 2 cuping, cuping bagian tengah sirip

belakang dan sirip perut tipis tetapi berukuran agak besar. Pada bagian

siripbelakang ada klorofil, kecuali pada bagian tepi atau pinggir yang

transparan terisioleh koloni Anabaena azollae. Cuping yang berklorofil


commit to user

10

merupakan tempatberlangsungnya proses fotosintesis dan simbiosis

denganAnabaena. Cuping bagian bawah tidak berwarna dan fungsinya sebagai

pengapung (Lumpkin dan Plucknet, 1982).

Anabaena azollae diketahui berperan dalam memfiksasi nitrogen. Di

dalam sel heterosis, Anabaena azollae mengandung enzim nitrogenase yang

memfiksasi N2 udara. Dengan enzim nitrogenase tersebut Anabaena azollae

mampu mengubah nitrogen menjadi amonia, sehingga amonia yang dihasilkan

dapat diangkut ke tumbuhan inang (A. pinnata). (Jiwintarum dan Fikri, 2013).

Suatu penelitian internasional dimana BATAN ikut terlibat yang

disponsori oleh Badan Tenaga Atom Internasional (IAEA) menggunakan 15N

menunjukkan bahwa laju pertumbuhan A. pinnata adalah 0,355-0,390 gram per

hari di laboratorium dan 0,144-0,890 gram per hari di lapangan. Pada

umumnya biomassa A. pinnata maksimum tercapai setelah 14-28 hari setelah

inokulasi. Dari hasil penelitian Batan diketahui bahwa dengan

menginokulasikan 200 g Azolla segar per m2 maka setelah 3 minggu, Azolla

tersebut akan menutupi seluruh permukaan lahan tempat A. pinnata tersebut

ditumbuhkan. ( Anonim, 1998)

Unsur hara sangat dibutuhkan dalam pertumbuhan A. pinnata, terutama

unsur fosfor (P). Kekurangan fosfat pada A. pinnata ditandai oleh penampilan

tumbuhan yang kecil, warna daun agak merah tua, vigor rendah. Kekurangan

total nitrogen (N) tanaman A. pinnata menyebabkan daun mengerut

danberwarna merah kehitam-hitaman, pertumbuhan akar menjadi keriting.

Bilakebutuhan unsur hara kurang tersedia dalam kultur air maka akar


commit to user

11

tanamanmengalami pemanjangan untuk mengambil unsur hara yang

dibutuhkan (Arifin,1996).

Pada paku air A. pinnata hidup sekelompok mikroorganisme rizosfer

yang telah diketahui mampu menguraikan bahan-bahan organik yang ada

didalam air buangan. A. pinnata akan menyerap hasil dekomposisi senyawa

organik dalam limbah tahu yang didekomposisi oleh mikroorganisme dari

protein berupa karbon, hidrogen, dan nitrogen melalui akar yang berguna bagi

pertumbuhannya (Suriawiria, 1986).

Azolla pinnata juga dapat dimanfaatkan untuk pakan ternak. Hasil

penelitian di Srilanka menunjukkan bahwa A. pinnata sangat mudah dicerna

oleh anak sapi. Kemampuan mencernak mencapai 68%. A. pinnata dapat

dimakan dalam keadaan basah atau kering. Apabila disimpan sebagai

persediaan pakan sebaiknya dalam keadaan kering (Sutanto,2002).

Konsentrasi nitrat yang tinggi dalam badan air menyebabkan kualitas

air menurun. Limbah cair yang berasal dari pemukiman dan industri yang

terkonsentrasi di suatu tempat dapat disehatkan kembali dengan perlakuan

tertentu untuk menurunkan kandungan nitrat. A. pinnata dapat dimanfaatkan

untuk memperbaiki kualitas air, karena tumbuh secara cepat dan mampu

menyerap N2-udara untuk kebutuhannya sendiri. Di samping itu, meskipun

menyerap dan menambat N2-udara, tetapi nitrat yang dikandung air buangan

kemungkinan besar dapat dimanfaatkan oleh A. pinnata (Sutanto, 2002)

Menurut penelitian yang dilakukan Jiwintarum dan Fikri (2013), rata-

rata terdapat penurunan kadar nitrat dan nitrit pada limbah cair tahu sebelum


commit to user

12

dan setelah penambahan aquatic plant treatment menggunakan Tumbuhan

Paku Air A. pinnata kadar rata-rata nitrat sebelum perlakuan sebesar 15,26

mg/l dan setelah perlakuan sebesar 6,46 mg/l sedangkan kadar rata – rata nitrit

sebelum perlakuan sebesar 0,346 mg/l dan setelah perlakuan sebesar 0,046

mg/l. Dari penelitian di atas dapat dilihat bahwa terjadi penurunan konsentrasi

senyawa nitrogen berupa nitrat dan nitrit. Penelitian di atas juga menunjukkan

bahwa A. pinnata memiliki potensi untuk menurunkan konsentrasi nitrat, nitrit,

dan amonia limbah cair industri tahu.

Kemampuan aquatic plant treatment menggunakan tanaman paku air A.

pinnata disebabkan karena A. pinnata akan menyerap hasil dekomposisi

senyawa organik dalam limbah tahu yang didekomposisi oleh mikroorganisme

dari protein berupa karbon, hidrogen, dan nitrogen melalui akar yang berguna

bagi pertumbuhannya sehingga meningkatkan kadar oksigen terlarut yang

secara tidak langsung dapat menurunkan BOD (Jiwintarum dan Fikri, 2013).

Dari penelitian yang dilakukan Singh dkk,(2014) menunjukkan Azolla

merupakan agen bioremediasi yang baik dan dapat digunakan untuk

pengolahan air limbah seperti limbah cair industri, limbah cair domestik, dan

lain-lain dalam skala besar. Proses bioremediasi limbah cair dengan dengan

Azolla lebih menguntungkan dibandingkan dengan metode bahan kimia,

karena penggunaan Azolla lebih ramah lingkungan dan mudah diaplikasikan.


commit to user

13

4. Nitrat, Nitrit, dan Amonia

Nitrogen perairan merupakan penyebab utama pertumbuhan yang

sangat cepat dari ganggang yang menyebabkan eutrofikasi. Pada umumnya

nitrogen anorganik dalam perairan aerobik terdapat dalam keadaan bilangan

oksidasi +5, yaitu sebagai NO3-,dan dengan bilangan oksidasi +3 sebagai NO2

-,

dan dalam keadaan anaerob, sebagai NH4+ yang stabil (Achmad, 2004).

Nitrogen terdapat dalam limbah organik dalam berbagai bentuk yang

meliputi empat spesifikasi, yaitu nitrogen organik, nitrogen amonia (ion

amonium dan amonia bebas), nitrogen nitrit, dan nitrogen nitrat. Dalam air

limbah yang dingin dan segar, biasanya kandungan nitrogen organik lebih

tinggi daripada nitrogen amonia. Sebaliknya dalam air limbah yang hangat

kandungan nitrogen organik lebih rendah daripada nitrogen amonia (Siregar,

2005).

a. Nitrat

Nitrat di dalam air berkaitan erat dengan siklus nitrogen di alam. Dalam

siklus tersebut diketahui bahwa nitrat dapat terjadi baik dari N2 atmosfer

maupun dari pupuk-pupuk yang digunakan dan dari oksidasi NO2- oleh bakteri

dari kelompok nitrobakter. Nitrat yang terbentuk dari proses-proses tersebut

merupakan pupuk bagi tanaman. Nitrat yang lebih dari yang dibutuhkan oleh

kehidupan tanaman akan terbawa oleh air yang merembes melalui tanah. Tanah

tidak memiliki kemampuan untuk menahan nitrat sehingga konsentrasi nitrat

pada aliran badan perairan menjadi tinggi (Sutrisno, 1991).


commit to user

14

Nitrat dibentuk dari asam nitrit yang berasal dari amonia melalui proses

oksidasi katalitik. Nitrat adalah komponen yang mengandung nitrogen

berkaitan dengan atom oksigen, nitrat mengikat tiga atom nitrogen. Sumber

pencemar nitrat umumnya berasal dari limbah industri, septic tank, limbah

hewan, dan limbah dari angkutan air. Selain itu limbah dari lahan-lahan

pertanian akibat aktivitaspemupukan, penggunaan pestisida, dan lain-lain

memberikan kontribusi yang sangat besar terhadap polusi nitrat di dalam air

permukaan dan air bawah tanah (Steenvoorden, 1989)

Nitrat yang terdapat di dalam sumber air seperti sumur dan sungai

umumnya berasal dari pencemaran bahan-bahan kimia (pupuk urea, ZA, dll) di

bagian hulu. Pencemaran ini disebabkan oleh tingkat kehilangan pupuk N yang

cukup tinggi, di antaranya melalui proses pencucian dan aliran permukaan.

Besarnya kehilangan dari pupuk N yang diberikan, diperkirakan sekitar 20-

40% di India, 37 % di California, 68 % di Lousiana, 25 % di Filipina, 52-71 %

di Indonesia (Riyanto, 2009)

Nitrat merupakan bentuk senyawa nitrogen yang merupakan senyawa

yang stabil. Nitrat adalah salah satu unsur penting untuk sintesis protein hewan

dan tumbuh -tumbuhan. Nitrat juga adalah salah satu jenis senyawa kimia yang

sering ditemukan di alam, seperti dalam tanaman dan air (Thompson, 2004).

McKee (1962) menyatakan bahwa sumber utama unsur hara yang

dimanfaatkan oleh tumbuhan air adalah ammonia, nitrat, dan fosfat total.


commit to user

15

b. Nitrit

Nitrit biasanya tidak bertahan lama dan merupakan keadaan sementara

proses oksidasi antara amonia dan nitrat, yang dapat terjadi pada instalasi

pengolahan air buangan, dalam air sungai dan sistem drainase, dan sebagainya.

Nitrit sendiri membahayakan kesehatan karena dapat bereaksi dengan

hemoglobin dalam darah, hingga darah tersebut tidak dapat mengangkut

oksigen lagi. Di samping itu, NO2 juga menimbulkan nitrosamin pada air

buangan yang tertentu, nitrosamin tersebut dapat menyebabkan kanker (Alaert

dan Sumestri, 1984).

Di perairan alami, nitrit (NO2) biasanya ditemukan dalam jumlah yang

sangat sedikit, lebih sedikit daripada nitrat, karena bersifat tidak stabil dengan

kaberadaan oksigen. Nitrit merupakan bentuk peralihan (intermediate) antara

amonia dan nitrat (nitrifikasi), dan antara nitrat dan gas nitrogen (denitrifikasi).

Denitrifikasi berlangsung pada kondisi anaerob. Pada denitrifikasi, dan N2

dilepaskan dari dalam air ke udara. Ion nitrit dapat berperan sebagai sumber

nitrogen bagi tanaman. Keberadaan nitrit menggambarkan berlangsungnya

proses biologis perombakan bahan organik yang memiliki kadar oksigen

terlarut sangat rendah (Effendi, 2003)

Bakteri pereduksi nitrat dalam usus manusia atau hewan akan

mengubah nitrat menjadi nitrit. Nitrit tersebut akan mengoksidasi hemoglobin

pada darah menjadi methemoglobin yang tidak dapat mengikat oksigen. (Jenie

dan Rahayu, 1993).


commit to user

16

Nitrit ditentukan secara kolorimetris dengan alat spektrofotometer UV-

Vis. Pada pH 2,0 – 2,5 berkaitan dengan hasil reaksi antara diazo asam

sulfanilat dan N-1-naftil-etilendiamin dihidroklorida (NED dihidroklorida),

maka akan terbentuk larutan berwarna ungu kemerah-merahan. Warna tersebut

mengikuti hukum Lambert-Beer dan menyerap sinar pada panjang gelombang

543 nm. Metoda kolorimetris tersebut sangat peka, sehingga biasanya perlu

pengenceran sampel. Selain dari metoda ini, tidak ada cara analisa lain yang

dapat dianggap bersifat baku (Alaert dan Sumestri, 1984).

c. Amonia

Amonia (NH3) dan garam-garamnya bersifat mudah larut dalam air. Ion

amonium adalah bentuk transisi dari amonia. Amonia banyak digunakan dalam

proses produksi urea, industri bahan kimia (asam nitrat, amonium fosfat,

amonium nitrat, dan amonium sulfat), serta industri bubur kertas dan kertas

(pulp dan paper). Sumber amonia di perairan adalah pemecahan nitrogen

organik (protein dan urea) dan nitrogen anorganik yang terdapat di dalam tanah

dan air, yang berasal dari dekomposisi bahan organik (tumbuhan dan biota

akuatik yang telah mati) oleh mikroba dan jamur. Proses ini dikenal dengan

istilah amonifikasi (Effendi, 2003).

Amonia bebas (NH3) yang tidak terionisasi bersifat toksik terhadap

organisme akuatik. Toksisitas amonia terhadap organisme akuatik akan

meningkat jika terjadi penurunan kadar oksigen terlarut, pH, dan suhu.

Avertebrata air lebih toleran terhadap toksisitas amonia daripada ikan. Ikan

tidak dapat bertoleransi terhadap kadar amonia bebas terlalu tinggi karena


commit to user

17

dapat mengganggu proses pengikatan oksigen oleh darah dan pada akhirnya

mengakibatkan sufokasi(Effendi, 2003)

Kadar amonia pada perairan alami biasanya kurang dari 0,1 mg/l. Kadar

amonia bebas yang tidak terionisasi pada perairan tawar sebaiknya tidak lebih

dari 0,2 mg/l. Jika kadar amonia bebas lebih dari 0,2 mg/l, perairan bersifat

toksik bagi beberapa jenis ikan. Kadar amonia yang tinggi dapat merupakan

indikasi adanya pencemaran bahan organik yang berasal dari limbah domestik,

industri, dan limpasan pupuk pertanian. Kadar amonia yang tinggi juga dapat

ditemukan pada dasar danau yang mengalami kondisi tanpa oksigen atau

anoxic (Effendi, 2003).

B. Kerangka Pemikiran

Penanganan terhadap limbah cair industri tahu di masyarakat masih sangat

kurang hal ini dapat menyebabkan pencemaran terhadap badan air. Karena dalam

limbah cair tahu banyak terkandung bahan-bahan pencemar termasuk senyawa

nitrogen seperti nitrat nitrit amonia yang apabila konsentrasinya melebihi ambang

batas, akan dapat menggangu kehidupan makhluk hidup yang ada di sekitarnya.

Penggunaan tanaman air A. pinnata dirasa dapat digunakan sebagai salah

satu alternatif pengolahan limbah cair tahu. Karena tanaman ini dalam aktivitas

hidupnya banyak memanfaatkan nitrogen di perairan sebagai nutrisi untuk

kehidupannya. Dengan demikian diharapkan A. pinnata mampu mengurangi

konsentrasi senyawa nitrogen (nitrat, nitrit, dan amonia) pada limbah cair industri


commit to user

18

tahu. Selain itu juga dapat digunakan sebagai alternatif pengolahan limbah cair

tahu (Gambar 2)

Limbah cair industri tahu kaya akan senyawa nitrogen

Senyawa nitrogen meliputi : nitrat (NO3), nitrit (NO2), dan amonia (NH3)

Dapat menimbulkan Azolla pinnata dapat digunakan Pencemaran untuk menurunkankonsentrasi

nitrat, nitrit dan amonia dengan perlakuan:

- Optimasi waktu pertumbuhan - Biomassa pertumbuhan

Terjadi penurunan konsentrasi nitrat, nitrit, dan amonia

Limbah cair Industri tahu dengan konsentrasi nitrat, nitrit, amonia yang aman

Gambar 2. Bagan Alir Kerangka Pemikiran

C. Hipotesis

1. Semakin lama perlakuan A. pinnata dalam limbah cair industri tahu semakin

besar pula penurunan konsentrasi nitrat, nitrit, dan amonia. Semakin besar

pemberian bobot biomassa A. pinnata dalam limbah cair tahu semakin cepat

pula penurunan konsentrasi nitrat, nitrit, amonia


commit to user

19

2. Pertumbuhan A. pinnata pada limbah cair industri tahu dapat menurunkan

konsentrasi nitrat, nitrit, dan amonia

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac fileapabila bahan organik dalam air sedikit, ... penyaringan...

Documents