BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Pendahuluan

Perkembangan industri yang semakin maju sekarang ini mengakibatkan perubahan

pada rona awal sekitar daerah industri tersebut. Misalnya suatu industri PT.X didirikan di

suatu area tanpa melakukan suatu pengelolaan lingkungan sehingga menyebabkan

berbagai macam pencemaran seperti pencemaran udara, air, dan tanah. Seringkali yang

menjadi sorotan adalah pencemaran sungai karena air sungai digunakan sebagai sumber

air baku untuk diolah menjadi air bersih.

Mikroorganisme berperan aktif dalam kehidupan manusia yang mempunyai fungsi

utama sebagai pengurai. Mikroorganisme juga berperan penting dalam pengolahan air

limbah untuk mendegradasi senyawa polutan yang ada. Pengolahan air limbah secara

biologis merupakan suatu pengolahan yang memanfaatkan mikroorganisme sebagai katalis

untuk menguraikan material yang terkandung di dalam air limbah. Mikroorganisme sendiri

selain menguraikan dan menghilangkan kandungan material, juga menjadikan material yang

terurai tadi sebagai tempat berkembang biaknya.

Salah satu pengolahan limbah secara biologi adalah pengolahan lumpur aktif.

Pengolahan lumpur aktif (activated sludge) adalah merupakan proses pengolahan air limbah

yang memanfaatkan proses mikroorganisme tersebut.Metode lumpur aktif banyak

dikembangkan da lam pengolahan limbah cair dengan kandungan bahan organik yang

tinggi. Telah diteliti bahwa penggunaan metode lumpur aktif dalam pengolahan limbah dapat

menurunkan BOD dan COD.

Begitu pentingnya peran mikroorganisme dalam pengolahan air limbah, oleh karena

itu dalam paper ini akan dijelaskan secara detail peranan mikroorganisme dalam

pengolahan lumpur aktif (activated sludge).

1.2 Tujuan

Dalam paper ini pengolahan lumpur aktif ini bertujuan untuk mengetahui :

karakteristrik limbah yang bisa diolah menggunakan lumpur aktif

jenis & peran mikroorganisme dalam pengolahan lumpur aktif

proses pengolahan lumpur aktif & faktor – faktor yang mempengaruhi proses

studi kasus pengolahan lumpur aktif

BAB II

LANDASAN TEORI

1.1 Karakteristik Limbah yang bisa diolah dengan pengolahan lumpur aktif

Karakteristk air limbah tergantung dengan ciri – ciri fisik, kimiawi, dan biokimiawi.

Berikut merupakan penjelasan secara rinci untuk masing – masing karakteristik air limbah :

1. Karakteristik Fisika

Karakteristik fisika ini terdiri dari beberapa parameter, diantaranya:

a. Total Solid (TS)

Merupakan padatan di dalam air yang terdiri dari bahan organik maupun anorganik yang

larut, mengendap, atau tersuspensi dalam air.

b. Total Suspended Solid (TSS)

Merupakan jumlah berat dalam mg/l kering lumpur yang ada di dalam air limbah setelah

mengalami penyaringan dengan membran berukuran 0,45 mikron (Sugiharto, 1987). Total

Suspended Solid atau Padatan tersuspensi adalah padatan yang menyebabkan kekeruhan

air, tidak terlarut dan tidak dapat langsung mengendap, terdiri dari partikel-partikel yang

ukuran maupun beratnya lebih kecil dari sedimen.

c. Warna

Pada dasarnya air bersih tidak berwarna, tetapi seiring dengan waktu dan meningkatnya

kondisi anaerob, warna limbah berubah dari yang abu–abu menjadi kehitaman.Warna dalam

air disebabkan adanya ion-ion logam besi dan mangan (secara alami), humus, plankton,

tanaman air dan buangan industri.Warna air dibedakan atas dua macam, yaitu :

Warna sejati (true colour) yang diakibatkan oleh bahan-bahan terlarut.

Warna semu (apparent colour) yang selain disebabkan oleh bahan-bahan terlarut,

juga karena bahan-bahan tersuspensi, termasuk diantaranya yang bersifat koloid.

d. Kekeruhan

Kekeruhan disebabkan oleh zat padat tersuspensi, baik yang bersifat organik maupun

anorganik yang mengapung dan terurai dalam air. Kekeruhan menunjukan sifat optis air,

yang mengakibatkan pembiasan cahaya kedalam air. Kekeruhan membatasi masuknya

cahaya dalam air

e. Temperatur

Merupakan parameter yang sangat penting dikarenakan efeknya terhadap reaksi kimia, laju

reaksi, kehidupan organisme air dan penggunaan air untuk berbagai aktivitas sehari – hari.

Naiknya suhu atau temperatur air akan menimbulkan akibat berikut :

Menurunnya jumlah oksigen terlarut dalam air.

Meningkatkan kecepatan reaksi kimia.

Mengganggu kehidupan organisme air.

f. Bau

Disebabkan oleh udara yang dihasilkan pada proses dekomposisi materi atau penambahan

substansi pada limbah. Sifat bau limbah disebabkan karena zat-zat organik yang telah

berurai dalam limbah dan mengeluarkan gas-gas seperti sulfide atau amoniak yang

menimbulkan penciuman tidak enak. Hal ini disebabkan adanya pencampuran dari nitrogen,

sulfur dan fosfor yang berasal dari pembusukan protein yang dikandung limbah.

Pengendalian bau sangat penting karena terkait dengan masalah estetika.

g. Minyak dan Lemak

Minyak dan lemak yang mencemari air sering dimasukan ke dalam kelompok padatan, yaitu

padatan yang mengapung di atas permukaan air. Minyak dan lemak merupakan bahan

organis bersifat tetap dan sukar diuraikan oleh bakteri. Karena berat jenisnya lebih kecil dari

pada air maka minyak tersebut membentuk lapisan tipis di permukaan air dan menutup

permukaan yang mengakibatkan terbatasnya oksigen masuk ke dalam air.

2. Karateristik Kimia

a. Biological Oxygen Demand (BOD)

Menunjukkan jumlah oksigen terlarut yang dibutuhkan oleh organisme hidup untuk

menguraikan atau mengoksidasi bahan–bahan buangan di dalam air. Jadi nilai BOD tidak

menunjukan jumlah bahan organik yang sebenarnya, tetapi hanya mengukur secara relativ

jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi bahan-bahan buangan tersebut. Jika

konsumsi oksigen tinggi, yang ditunjukan dengan semakin kecilnya sisa oksigen terlarut

didalam air, maka berarti kandungan bahan buangan yang membutuhkan oksigen adalah

tinggi.

BOD dapat diterima bilamana jumlah oksigen yang akan dihabiskan dalam waktu lima hari

oleh organisme pengurai aerobik dalam suatu volume limbah pada suhu 200C. Hasilnya

dinyatakan dengan ppm.

b. Chemical Oxygen Demand (COD)

COD Merupakan jumlah kebutuhan oksigen dalam air untuk proses reaksi secara kimia

guna menguraikan unsur pencemar yang ada. COD dinyatakan dalam ppm (part per milion)

atau ml O2/ liter.(Alaerts dan Santika, 1984). Pengukuran kekuatan limbah dengan COD

adalah bentuk lain pengukuran kebutuhan oksigen dalam air limbah. Pengukuran ini

menekankan kebutuhan oksigen akan kimia dimana senyawa-senyawa yang diukur adalah

bahan-bahan yang tidak dapat dipecah secara biokimia.

Angka COD merupakan ukuran bagi pencemaran air oleh zat anorganik. Dalam

laboratorium, pengukuran COD dilakukan sesaat dengan membuat pengoksidasi K2Cr2O7

yang digunakan sebagi sumber oksigen.

c. Dissolved Oxygen (DO)

DO adalah kadar oksigen terlarut yang dibutuhkan untuk respirasi aerob mikroorganisme.

DO di dalam air sangat tergantung pada temperatur dan salinitas. Keadaan DO berlawanan

dengan keadaan BOD. Semakin tinggi BOD semakin rendah DO. Keadaan DO dalam air

dapat menunjukan tanda-tanda kehidupan organisme dalam perairan. Angka DO yang tinggi

menunjukan keadaan air yang semakin baik.

d. Derajat keasaman (pH)

Keasaman air diukur dengan pH meter.Keasaman ditetapkan berdasarkan tinggi- rendahnya

konsentrasi ion hidrogen dalam air. pH dapat mempengaruhi kehidupan biologi dalam air.

Bila terlalu rendah atau terlalu tinggi dapat mematikan kehidupan mikroorganisme. Ph

normal untuk kehidupan air 6 – 8.

e. Logam Berat

Air sering tercemar oleh berbagai komponan anorganik, diantaranya berbagai jenis logam

berat yang berbahaya. Logam berat bila konsentrasinya berlebih dapat bersifat toksik

sehingga diperlukan pengukuran dan pengolahan limbah yang mengandung logam berat.

Logam berat yang berbahaya dan sering mencemari lingkungan, yang terutama adalah

Merkuri (Hg), Timbal (Pb), Arsenik (As), Kadmium (Cd), Tembaga (Cu), Kromium (Cr), dan

Nikel (Ni). Logam- logam tersebut diketahui dapat mengumpul di dalam tubuh suatu

organisme dan tetap tinggal dalam tubuh dalam jangka waktu yang lama sebagai racun

yang terakumulasi.

f. Tembaga (Cu)

Tembaga dengan nama kimia cupprum dilambangkan dengan Cu. Unsur logam ini

berbentuk kristal dengan warna kemerahan.Unsur tembaga di alam, dapat ditemukan

dalam bentuk logam bebas, akan tetapi lebih banyak ditemukan dalam bentuk

persenyawaan atau senyawa padat dalam bentuk mineral, seperti dari peristiwa pengikisan

(erosi) dari batuan mineral.

Sesuai dengan sifat kelogamannya, Cu dapat membentuk alloy dengan bermacam-macam

logam. Dalam bidang industri, senyawa Cu banyak digunakan, seperti pada industri cat

sebagai antifoling, industri insektisida dan fungisida, dan lain-lain.

Pada manusia, efek keracunan utama yang ditimbulkan akibat terpapar oleh debu atau uap

logam Cu adalah terjadinya gangguan pada jalur penafasan sebelah atas.

g.Cadmium (Cd)

Logam Cd mempunyai penyebaran yang sangat luas di alam, namun hanya satu jenis

mineral Cd di alam, yaitu greennockite (CdS) yang selalu ditemukan bersamaan dengan

mineral spalerite (ZnS). Logam ini bersifat lunak, ductile, berwarna putih seperti putih perak.

Prinsip utama dalam penggunaan cadmium adalah sebagai bahan ”stabilisasi” sebagai

bahan pewarna dalam industri plastik dan pada elektroplating. Namun sebagian besar dari

substansi logam cadmium ini juga digunakan pada baterai.

Keracunan yang diakibatkan oleh Cd dapat bersifat akut dan kronis.Keracunan akut oleh

logam Cd menimbulkan penyakit paru-paru. Sedangkan keracunan kronik yang diakibatkan

logam Cd adalah kerusakan pada banyak sistem fisiologis tubuh.

3. Karakteristik Biologi

Karakteristik biologi digunakan untuk mengukur kualitas air terutama air yang

dikonsumsi sebagai air minum dan air bersih. Parameter yang biasa digunakan adalah

banyaknya mikroorganisme yang terkandung dalam air limbah.

1.2 Jenis-Jenis Bakteri Lumpur Aktif

Mikroorganisme dalam lumpur aktif

Proses activated sludge memanfaatkan mikroorganisme aerob untuk melakukan

perombakan zat-zat organik dari air limbah. Lumpur yang dimaksud di dalam sistem

activated sludge adalah mikroorganisme itu sendiri. Konsumsi zat-zat organik tersebut

bisa diibaratkan dengan makan. Dengan memakan zat-zat organic dari dalam air

limbah, maka mikroorganisme dapat tumbuh (memperbanyak diri).

Seperti mikroorganisme pada umumnya, mikroorganisme dalam lumpur aktif

memerlukan sumber nutrisi seperti karbon, nitrogen, fosfor, sulfur, dan unsur-unsur

mikro lainnya yang digunakan dalam proses metabolisme. Semua nutrisi yang

dibutuhkan tersebut dapat diperoleh dari limbah cair (Buchari dkk., 2001).

Komponen biologi pada lumpur aktif adalah mikroorganisme. Lumpur aktif

mengandung mikroorganisme yang variatif. Secara umum ditemukan Prokariota

(bakteri) dan eukariota (protozoa, crustacean, nematode dan rotifier), terkadang

terdapat bakteriophage, yang merupakan virus bakteri. Fungi ditemukan tetapi tidak

terlalu sering. Jamur, rotifer, dan protozoa juga terdapat pada lumpur aktif. Protozoa

umumnya berupa spesies bersilia, tetapi protozoa berflaglea dan amuba juga bisa

terdapat pada lumpur aktif. Prozoa berfungsi sebagai indikator kondisi lumpur aktif dan

siliata berperan dalam penyisihan Eschercia coli dari saluran pembuangan. Terkadang

virus yang berasal dari manusia juga terdapat dalam influen saluran pembuangan,

tetapi dapat disingkirkan dalam jumlah besar oleh proses lumpur aktif.

Bakteri, fungi, protozoa dan rotifer tergabung dalam komponen biologis atau biological

mass pada lumpur aktif. Terkadang, terdapat juga kelompok metazoan, seperti cacing

nematode. Pemberian udara yang konstan dan kontinu pada tangki aerasi dan

resirkulasi lumpur menentukan pertumbuhan mikroorganisme yang terlibat di

dalamnya. Pertumbuhan sel tergantung dari pada komposisi kimia air limbah dan

karakteristik dari mikroorganisme dalam komunitas biologi yang terlibat. Spesies yang

mendominasi sistem tergantung pada kondisi lingkungan, design proses, model

operasi instalasi unit lumpur aktif, dan karakteristik influen setelah proses

pengendapan. Mikroorganisme tersebut bersatu dalam flok dengan adanya produk

polimer organik dan ikatan elektrostatik. Konsumen utama dari materi organik limbah

cair adalah bakteri heterotropik, walaupun dengan adanya partikel organik lain,

protozoa dapat berfungsi dengan baik. Beberapa spesies bakteri dapat

mengkonsumsi beberapa jenis materi organik yang berbeda sekaligus, beberapa

spesies hanya mengkonsumsi senyawa organik tertentu. Desain dan analisis reaktor

lumpur aktif tergantung dari karakteristik mikroorganisme di dalamnya. Biasanya

parameter yang diukur adalah reaksi stoikiometri dan kinetic. Beberapa mikroba

adalah konsumen sekunder, artinya mereka mengkonsumsi material yang dilepaskan

oleh consumen primer. Contohnya adalah prokariot yang mendegardasi produk

sampingan dari proses degradasi BOD. Beberapa prokariota juga mengkonsumsi

mikroba lain yang mati. Beberapa eukariota bersifat predator dan mengkonsumsi

bakteri dan bakteriofag.

a. Bakteri

Bakteri merupakan komponen utama dari flok lumpur aktif, terdapat lebih dari 300

jenis bakteri hidup dalam sistem lumpur aktif. Bakteri-bakteri tersebut

mendegradasi bahan-bahan organik dan mentransformasi nutrien. Jenis umum

yang sering ditemukan dalam lumpur aktif adalah Zooglea, Pseudomonas,

Flavobacterium, Alkaligenes, Bacillus, Achromobacter, Corynebacterium,

Comomonas, Brevibacterium, dan Acenetobactes juga Sphaerotillus, seperti

Beggiatoa, dan Vitreoscilla (Sutapa, 1999). Menurut Metcalf dan Eddy (2003),

mikroorganisme ditemukan dalam jumlah yang sangat bervariasi hampir dalam

semua bentuk air limbah, biasanya dengan konsentrasi 105-108 sel/ml.

Kebanyakan merupakan sel tunggal yang bebas ataupun berkelompok dan mampu

melakukan proses-proses kehidupan baik itu tumbuh, bermetabolisme, dan

bereproduksi. Dalam siklus hidupnya, mikroorganisme mengalami 4 fase

kehidupan, yaitu:

1. Fase Lag

Merupakan fase adaptasi bagi mikroorganisme untuk menyesuaikan diri

dengan lingkungan yang baru. Biasanya fase ini terjadi pada bak equalisasi.

2. Fase Pertumbuhan Dalam fase ini mikroorganisme tumbuh dan berkembang

secara eksponensial apabila fase lag dapat dilalui dengan berhasil. Fase

pertumbuhan ini terjadi pada bak aerasi.

3. Fase Stasioner Pada fase ini mikroorganisme tidak mengalami

perkembangbiakkan karena persediaan nutrien sudah hampir habis digunakan

pada fase pertumbuhan. Fase ini terjadi pada tangki aerasi.

Distribusi Bakteri Heteropik Aerobik Dalam Lumpur Aktif Standard (Hiraishi et al.

(1989).

Genus kelompok PERSENTASI

DARI TOTAL ISOLAT

Comamonas-Pseudomonas 50

Alkaligenes 5.8

Pseudomonas (Kelompok

Florescent)

1.0

Paracoccus 11.5

Unidentified (gram negative rods) 1.9

Aeromomas 1.9

Flavobacterium - Cytophaga 13.5

Bacillus 1.9

Micrococcus 1.9

Coryneform 5.8

Arthrobacter 1.9

Aureobacterium-Microbacterium 1.9

Bakteri merupakan mikrorganisme yang paling dominan dan memegang peranan

penting dalam proses lumpur aktif. Bakteri yang terdapat dalam lumpur aktif dapat berbentuk

individual berukuran 1 mikron hingga berbentuk agregat atau koloni kasat mata. Komposisi

mikroorganisme ini adalah 70-90% bakteri yang hidup dari bahan organik dan 10-30%

bakteri yang hidup dari materi inorganik.

Kebanyakan bakteri yang terdapat pada lumpur aktif adalah jenis gram negative.

Beberapa genus yang paling sering ditemukan diataranya: Pseudomonas, Arthrobacter,

Comamonas, Laphomonas, Zooglea, Spaerotilus, Azotobacter, Chromobacterium,

Achromobacter, Flavobacterium, Bacillus dan Nocardia. Gabungan berbagi jenis bakteri

dapat menyebabkan kesulitan dalam proses pengendapan.

Baik bakteri aerobik maupun anaerobik terdapat dalam lumpur aktif, tapi biasanya

bersifat fakultatif, dapat hidup dengan atau tanpa dissolved oksigen. Beberapa bakteri

bersifat strict aerob (hanya dapat hidup dengan adanya oksigen), sementara yang lain

anerob (dapat beraktivitas optimum pada kondisi tidak ada oksigen). Kecenderungan jenis

bakteri yang hidup pada proses lumpur aktif adalah yang bersifat fakultatif (dapat hidup

dengan atau tanpa oksigen), yang merupakan faktor penting dalam kesintasan lumpur aktif

ketika konsentrasi oksigen terlarut rendah atau mengalami penurunan.

Bakteri yang paling mendominasi adalah jenis heterotrof yaitu bakteri yang

membutuhkan komponen organik untuk suplai karbon dan energi. Bakteri heterotropik dan

autrotopic terdapat pada lumpur aktif, tetapi bakteri heterotropik lebih dominan. Bakteri

heterotropik memperoleh energy dengan memanfaatkan materi organik karbon dalam air

limbah untuk mensisntesis sel baru. Dalam saat yang bersamaan bakteri ini melepaskan

energi melaui konversi komponen organik menjadi karbon dioksida dan air. Genus bakteri

hetrotropik yang banyak ditemukan dalam lumpur aktif adalah Achromobacter, Alcaligenes,

Arthrobacter, Citromonas, Flavobacterium, Pseudomonas, dan Zoogloea.

Gambar 8 Pseudomonas sp.

Gambar 9 Arthrobacter sp.

Gambar 10 Alcaligenes sp.

Bakteri autotrof, yaitu bakteri yang menggunakan komponen inorganik untuk

pertumbuhan sel, muncul sebanding dengan proporsi konsentrasi karbon dan nitrogen.

Bakteri autotrof pada lumpur aktif mereduksi komponen karbon yang telah teroksidasi

seperti karbon dioksida untuk pertumbuhan sel. Bakteri ini memperoleh energi dengan

mengoksidasi nitrogen ammonia menjadi nitrogen nitrat dalam dua tahap proses konversi

yang dikenal sebagai nitrifikasi. Karena hanya sedikit energi yang diperoleh dari reaksi

oksidasi ini, dan karena energi sangat dibutuhkan untuk mengkonversi karbon dioksida

menjadi karbon seluler, bakteri nitrifikasi jumlahnya sangat terbatas pada lumpur aktif.

Bakteri nitrifikasi yang bersifat autotrof memiliki laju pertumbuhan yang lebih lambat

dibandingkan bakteri heterotrof (carbon-removing bacteria). Hanya dua genus yang

mengkonversi ammonia menjadi nitrat dalam lumpur aktif, yaitu Nitrobacter dan

Nitrosomonas.

Gambar 11 Nitrobacter sp

Reaksi nitrifikasi

2 NH4+ + 3O2 2NO2- + 4H+ + 2H2O + energi

Nitrosomonas

2NO2 + O2 2NO3- + energi

Nitrobacter

Nitifikasi baru dapat terjadi ketika waktu tinggal lumpur aktif (Mean Cell Residence

time/MCRT) diperpanjang. Semakin panjang waktu tinggal, semakin besar kemungkinan

populasi bakteri nitrifikasi untuk hidup. Tetapi karena kebutuhan oksigen untuk proses

nitrifikasi yang lengkap sangat tinggi, maka suplai oksigen dan kebutuhan pemenuhan

energy untuk system lumpur aktif akan meningkat. Selain itu, pH optimum untuk

pertumbuhan bakteri nitrifikasi adala 8-9, dimana pH dibawah 7 menyebabkan menurunnya

aktivitas nitrifikasi secara signifikan. Pada proses konversi ammonia menjadi nitrat, mineral

bersifat asam diproduksi. Ketika hal tersebut terjadi, pH sistem akan menurun dan

menghambat nitrifikasi. Selain itu, walaupun nitrifikasi dapat terjadi pada range suhu yang

luas, tetapi penurunan suhu memperlambat proses nitrifikasi.

Sistem lumpur aktif didesain khusus untuk meningktkan pertumbuhan bakteri yang

dapat menyisihkan karbon dari lair limbah dan penambahan bahan kimia untuk tujuan

tersebut dapat menekan terjadinya nitrifikasi. Beberapa lumpur aktif didesain untuk proses

nitrfikasi pada tahap kedua dalam system lumpur aktif 2 tahap melaui perpanjangan waktu

tinggal (MCRT) yang dibutuhkan untuk proses nitrifikasi. Beberapa sistem dirancang khusus

hanya untuk nitrifikasi saja. Beberapa bakteri kemolitropik memperoleh energy dari oksidasi

komponen inorganic seperti ammonium, nitrit, sulfide, dan Fe (II) Bakteri kemolitropik

menyebabkan oksidasi BOD pada lumpur aktif. Bakteri pengoksidasi sulfide mempunyai

peranan penting dalam sludge bulking.

b. Jamur / Fungi

Jamur/fungi juga merupakan konstituen yang terdapat dalam lumpur aktif.

Organisme multiselular ini memetabolisme komponen organik dan sukses berkompetisi

dengan bakteri dalam kondisi lingkungan tertentu dalam kultur campuran. Sejumlah kecil

fungi dapat mengoksidasi ammonia menjadi nitrit, dan beberpa fungi dapat mengubahnya

menjadi nitrat. Fungi yang paling umum terdapat pada proses lumpur aktif adalah

Sphaerotilus natans dan Zoogloea sp.

Gambar 12 Sphaerotilus natans Gambar 13 Zoogloea sp

c. Protozoa

Protozoa, walaupun tidak berperan secara langsung dalam mendegradasi meteri

organik, merupakan indikator limbah yang bebas dari toksin. Dalam lumpur aktif yang

terkondisikan dengan baik protozoa bersilia yang menempel pada flok adalah indikator

utama. Sejumlah spesies protozoa terdapat dalam proses lumpur aktif. Protozoa adalah

organisme sel tunggal yang menkonsumsi bakteri dan partikulat. Protozoa bersilia

merupakan spesies utama dalam proses lumpur aktif, protozoa berflagella dan amuba dapat

muncul dalam porsi kecil. Protozoa bersilia yang terdapat dalam proses lumpur aktif adalah

Aspidisca costata, Carchesium polypinum, Chilodonella uncinata, Opercularia coarcta dan

O. microdiscum, Trachelophyllum pusillum, Vorticella convallaria dan V. microstoma.

Gambar 14 Charcesium

Gambar 15 Opercularia

Gambar 16 V. Convallaria

Prozoa berguna sebagai indikator kondisi lumpur aktif. Karena bersifat strict aerob,

mikroorganisme ini merupakan indikator utama untuk kondisi aerobik (walaupun beberapa

protoa mapu bertahan hidup selam 12 jam tanpa oksigen). Protozoa juga indikator

lingkungan toksik, karena bersifat sangat sensitif terhadap toksik disbanding bakteri. Salah

satu tanda terjadinya masalah toksisitas dalam proses lumpur aktif adalah ketidakhadiran

protozoa dan kurangnya mobilitas protozoa. Gambaran sistem lumpur aktif yang

dioperasikan dengan baik dan stabil adalah eksistensi sejumlah besar prozoa dalam massa

biologi. Protozoa bersilia memiliki peranan penting dalam penyisihan bakteri Eschercia coli

dari limbah melalui proses predasi dan flokulasi. Populasi E.coli direduksi sekitar 91-99%

dalam proses lumpur aktif.

d. Rotifer

Rotifer adalam mikroorganisme akuatik multiseluler yang tampak seperti roda yang

berputar cepat ketika bergerak. Hal ini disebabkan bagian anterior end pada rotifier

berbentuk retractible disc, atau corona, menampung lingkaran berisi silia kuat. Rotifier dapat

mengkonsumsi mikroba dan partikulat. Seperti protozoa, mikroorganisme ini strict aerob dan

lebih sensitif terhadap kondisi toksik dibandingkan bakteri. Rotifier hanya ditemukan dalam

sistem lumpur aktif yang sangat stabil.

Gambar 17 Lecane sp (Rotifer)

e. Virus

Virus juga ditemukan dalam influen air limbah dalam proses lumpur aktif, terutama

virus yang berasal dari manusia yang dieksresikan lewat feces. Virus yang dapat masuk ke

dalam tubuh manusia ini dibagi dalam tujuh kelompok, yaitu: adenovirus, coxsackievirus,

echovirus, infectious hepatitus, poliovirus, dan reovirus.

Virus yang berasal dari hewan dan tumbuhan terdapat dalam jumlah yang lebih kecil,

virus yang menginvasi bakteri juga mungkin terdapat dalam jumlah sangat kecil. Jumlah

virus ini dapat direduksi oleh proses lumpur aktif, mekanisme penyisihan dan de-aktivasinya

masih belum dapat dijelaskan. Berbagai penenelitian oleh ilmuan menemukan bahwa

adanya proses inaktivasi virus oleh biological antagonist dalam lumpur, adsorpsi dan reduksi

dimana partikel tersuspensi, materi koloidal , aerasi dan kemungkinan substansi toksik

memegang peranan penting. 

Gambar 18 Human adenovirus 2

Gambar 19 Polio virus

Gambar 20 Hepatitus a virus

1.3 Faktor Kontrol Lumpur Aktif dan Perhitungannya

Beberapa faktor biologis dan fisika yang mempengaruhi efisiensi proses lumpur aktif

antara lain:

1.Umpan organik dan hidrolik pada tangki aerasi

2.Oksigen terlarut pada tangka aerasi

3.Laju biosolids wasting

4.Laju return activated sludge (RAS)

5.Umpan clarifier

6.Karakteristik tumbukan dan pengendapan padatan

(Operator Training and Certification Unit, 2007)

Parameter yang umum digunakan dalam lumpur aktif adalah sebagai berikut:

1. Mixed-liqour suspended solids (MLSS). Isi tangki aerasi dalam sistem lumpur aktif

disebut sebagai mixed liqour yang diterjemahkan sebagai lumpur campuran. MLSS

adalah jumlah total dari padatan tersuspensi yang berupa material organik dan

mineral, termasuk didalamnya adalah mikroorganisma. MLSS ditentukan dengan

cara menyaring lumpur campuran dengan kertas saring (filter), kemudian filter

dikeringkan pada temperatur 1050C, dan berat padatan dalam contoh ditimbang.

2. Mixed-liqour volatile suspended solids (MLVSS). Porsi material organik pada MLSS

diwakili oleh MLVSS, yang berisi material organik bukan mikroba, mikroba hidup dan

mati, dan hancuran sel. MLVSS diukur dengan memanaskan terus sampel filter yang

telah kering pada 600 - 6500C, dan nilainya mendekati 65-75% dari MLSS.

3. Food - to - microorganism ratio (F/M Ratio). Parameter ini merupakan indikasi beban

organik yang masuk kedalam sistem lumpur aktif dan diwakili nilainya dalam

kilogram BOD per kilogram MLSS per hari (Curds dan Hawkes, 1983; Nathanson,

1986). Adapun formulasinya sebagai berikut :

dimana :

Q = Laju alir limbah Juta Galon per hari (MGD)

BOD5  = BOD5 (mg/l)

MLSS = Mixed liquor suspended solids (mg/l)

V = Volume tangki aerasi (Gallon)

Rasio F/M dikontrol oleh laju sirkulasi lumpur aktif. Lebih tinggi laju sirkulasi lumpur

aktif lebih tinggi pula rasio F/M-nya. Untuk tangki aerasi konvensional rasio F/M

adalah 0,2 - 0,5 lb BOD5/hari/lb MLSS, tetapi dapat lebih tinggi hingga 1,5 jika

digunakan oksigen murni. Rasio F/M yang rendah mencerminkan bahwa

mikroorganisme dalam tangki aerasi dalam kondisi lapar, semakin rendah rasio F/M

pengolah limbah semakin efisien.

4. Hidraulic retention time (HRT). Waktu tinggal hidraulik (HRT) adalah waktu rata-rata

yang dibutuhkan oleh larutan influent masuk dalam tangki aerasi untuk proses

F/M = Q x BOD5

MLSS x V

lumpur aktif; nilainya berbanding terbalik dengan laju pengenceran (D) (Sterritt dan

Lester, 1988).

dimana :

V = Volume tangki aerasi

Q = Laju influent air limbah ke dalam tangki aerasi

D = Laju pengenceran.

5. Umur lumpur (Sludge age). Umur lumpur adalah waktu tinggal rata-rata

mikroorganisme dalam sistem. Jika HRT memerlukan waktu dalam jam, maka waktu

tinggal sel mikroba dalam tangki aerasi dapat dalam hari lamanya. Parameter ini

berbanding terbalik dengan laju pertumbuhan mikroba. Umur lumpur dihitung dengan

formula sebagai berikut (Hammer, 1986;Curds dan Hawkes, 1983):

Umur Lumpur (Hari) =       MLSS x V      

SSe x Qe + SSw X Qw

dimana :

MLSS = Mixed liquor suspended solids (mg/l).

V = Volume tangki aerasi (L)

SSe  = Padatan tersuspensi dalam effluent (mg/l)

SSw = Padatan tersuspensi dalam lumpur limbah (mg/l)

Qe  = Laju effluent limbah (m3/hari)

Qw  = Laju influent limbah (m3/hari).

Umur lumpur dapat bervariasi antara 5 - 15 hari dalam konvensional lumpur aktif. Pada

musim dingin lebih lama dibandingkan musim panas. Parameter penting yang

mengendalikan operasi lumpur aktif adalah laju pemuatan organik, suplay oksigen, dan

pengendalian dan operasi tangki pengendapan akhir. Tangki ini mempunyai dua fungsi:

penjernih dan penggemukan mikroba. Untuk operasi rutin, orang harus mengukur laju

pengendapan lumpur dengan menentukan indeks volume lumpur (SVI).

(Herlambang, 2009)

1.4 Proses Pengolahan Lumpur Aktif

a. Jenis – jenis Pengolahan Lumpur Aktif

HRT = 1/D = V/ Q

1.5 Pengkondisian Nutrient Pada Lumpur Aktif

1.6 Cara Mengembangkan & Mempertahankan Keanekaragaman Bakteri Lumpur Aktif

1.7 Kelemahan & Kelebihan Sistem Lumpur Aktif

Kelebihan Kekurangan

Daya larut oksigen dalam air limbah lebih

besar

Areal instalasi luas, sehingga membutuhkan

dana investasi cukup besar, akibatnya

pemanfaatan teknologi lumpur aktif menjadi

tidak efisien di Indonesia

Efisiensi proses lebih tinggi Proses operasional yang rumit mengingat

proses lumpur aktif memerlukan

pengawasan yang cukup ketat seperti

kondisi suhu dan bulking control proses

endapan

Cocok untuk pengolahan air limbah dengan

debit kecil untuk polutan organik yang susah

terdegradasi

Membutuhkan energi yang besar

Membutuhkan operator yang terampil dan

disiplin dalam mengatur jumlah massa

mikroba dalam reactor

Membutuhkan penanganan lumpur lebih

lanjut

Strategi control yang baik sangat penting untuk keberhasilan proses pada proses activated

sludge. Beberapa strategi termasuk dalam aplikasi long – term control methods dan short

term methods. Berikut adalah metode control pada proses activated sludge :

Tabel Parameter Kinerja dan Kontrol Proses Activated Sludge

Parameter Kinerja Kontrol Pengukuran

MLSS Konsentrasi MLSS

Organic Loading Konsentrasi Substrat Influent

Konsentrasi MLSS

Debit Influent

Solid Retention Time Konsentrasi MLSS

Recycle Konsentrasi suspended solid

Hydraulic Method Debit Influent

Recycle Flow Rate

Sumber : Linvil, 1980

Berikut merupakan beberapa masalah yang sering terjadi pada operasi sistem activated

sludge dan penyebabnya.

Tabel Permasalahan pada proses activated sludge dan penyebabnya

Masalah Penyebab

Kelarutan Rendah

Reduksi BOD

1. Nilai SRT terlalu rendah

2. pH terlalu tinggi atau terlalu rendah

3. Materi toxic dalam influent

4. Aerasi yang tidak cukup

5. Short Circuitting

Kandungan padatan effluent tinggi pada bak

sedimentasi

1. Nilai SRT terlalu tinggi

2. Nilai SRT terlalu rendah

3. Aerasi yang tidak cukup

4. Debit pengembalian lumpur terlalu rendah

Odors 1. Aerasi yang tidak cukup bak aerasi

2. Kondisi Anaerobic pada bak

penampungan lumpur

Sumber : Linvil, 1980

Tabel Solusi Operasional dan konstruksional masalah pada proses activated sludge

Kondisi Tindakan

Nilai Solid Retention Time

a. Terlalu Tinggi

b. Terlalu Rendah

1. Mengurangi Debit pembuangan lumpur

2. Melakukan equalisasi debit inlet

1. Meningkatkan debit pembuangan lumpur

pH yang terlalu tinggi atau terlalu rendah 1. Equalisasi debit inlet

2. Netralisasi debit inlet

Aerasi tidak memadai 1. Meningkatkan kapasitas aerasi

2. Redistribusi aerator sepanjang bak aerasi

3. Equalisassi debit inlet

Pencampuran materi organih rendah Meningkatkan kapasitas aerasi

Sumber : Mark J Hammer, 2004

BAB III

STUDI KASUS

Penelitian ini dilakukan di Waste Water Treatment Plant (WWTP) PT. KIMA

Makassar.Waktu pelaksanaan pengumpulan data dan informasi dimulai pada bulan Agustus-

September 2013.

Sampel penelitian ini terbagi atas dua jenis, yaitu ;

Sampel inffluent air limbah yang diambil di kolam penampungan sebelum dilakukan

perlakuan sebanyak 1 liter untuk dianalisa COD, BOD, TSS dan Amoniak. Sampel

untuk pengujian air limbah inffluent hanya satu, hal ini menganggap kualitas influet

pada hari yang lain sama.

Sampel air limbah pada tanggal 29 Agustus yang diambil sebanyak 700 ml pada kolam

penampungan dan lumpur aktif sebanyak 300 ml pada kotak lumpur aktif, selanjutnya

dilakukan pengadukan untuk menghomogenkan keduanya. Sepuluh liter (10000ml) air

limbah tersebut dibagi ke dalam lima wadah (botol) yang kemudian diaerasi selama

waktu yang telah ditentukan. Waktu untuk pengujian sampel kelima botol tersebut

adalah hari pertama aerasi, hari keempat aerasi, hari kelima aerasi, hari ketujuh aerasi

dan hari kesembilan aerasi. Total sampel untuk pengujian kualitas effluent air limbah

adalah 5 buah, yang dianalisis pH, suhu, BOD, COD, TSS dan Amoniak.

HASIL DAN PEMBAHASAN

a. Analisis Data

Lumpur aktif adalah salah satu pengolahan biologi yang sering digunakan dalam proses

pengolahan limbah cair. Proses pada lumpur aktif bersifat aerobik, dimana mikroorganisme

memerlukan oksigen untuk proses mengurai zat pencemar.

Salah satu parameter penting pada lumpur aktif adalah umur lumpur (Sakti A Siregar,

2009). Umur lumpur dapat mempengaruhi kualitas effluent limbah cair.

Adapun hasil penelitian kualitas effluent limbah cair dan efisiensi setelah mengalami

proses aerasi dengan waktu-waktu yang telah ditentukan sebagai berikut :

Tabel 1 Hasil Pengukuran Kualitas Effluent Limbah Cair

No Parameter Satuan

Hasil Pengujian

InletHari

ke-1

Hari

ke-4

Hari

ke-5

Hari

ke-7

Hari

ke-9

A Fisika              

1Residu

Tersuspensi (TSS)mg/L 342 266 120 58 45 69

B Kimia              

1 Amoniak mg/L 74.43 62.33 40.69 10.81 10.21 7.91

2 COD mg/L423.2

8120.72 73.92 57.72 70.96 85.67

3 BOD mg/L170,1

178.84 42.67 23.07 34.67 61.03

Tabel .2. Efisiensi Pengolahan Limbah Cair Menggunakan Metode Lumpur Aktif

Tanggal

TSS BOD Amoniak COD

I E Eff

(%)

I E Eff

(%)

I E Eff

(%)

I E Eff

(%)mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L

Aerasi

H+1342 266 22.22 170.11 78.84 53.65 74.43 62.33 16.26

423.2

8120.72 71.48

Aerasi

H+4342 120 64.91 170.11 42.67 74.92 74.43 40.69 45.33

423.2

873.92 82.54

Aerasi

H+5342 58 83.04 170.11 23.07 86.44 74.43 10.81 85.48

423.2

857.72 86.36

Aerasi

H+7342 45 86.84 170.11 34.67 79.62 74.43 10.21 86.28

423.2

870.96 83.24

Aerasi

H+9342 69 79.82 170.11 61.03 64.12 74.43 7.91 89.37

423.2

885.67 79.76

Min 342 45 22.22 170.11 23.07 53.65 74.43 7.91 16.26 423.2 57.72 71.48

8Max 266 86.84 78.84 86.44 62.33 89.37 120.72 86.36

Dengan adanya hasil pengamatan diatas (pada tabel 1 dan 2)

BAB IV

KESIMPULAN

DAFTAR PUSTAKA

Curds, C.R dan Hawkes, H.A, 1983. Ecological Aspects of Used Water Treatment

(vol.3) .Academic Press. New York.

Hammer, Mark.J. 1986. Water and Wastewater Technology, SI Version. John Wiley & Sons : New York.

Herlambang, Ari, 2009. Teknologi Pengolahan Limbah Tekstil Dengan Sistem Lumpur Aktif.

Kelompok Teknologi Pengelolaan Air Bersih dan Limbah Cair, 

Direktorat Teknologi Lingkungan, Kedeputian Bidang Informatika, Energi dan Material.

Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi. Jakarta Pusat.

http://www.enviro.bppt.go.id/~Kel-1/ 

Nathanson, J.A, 1986. Basic Environmental Technology: Water Supply, Waste Disposal,

Pollution Control. Prentice Hall College. Mishawaka.

Operator Training and Certification Unit, 2007. Activated Sludge Process Control: Training

Manual For Wastewater Treatment Plant Operators. State of Michigan Department of

Environmental Quality.

https://www.michigan.gov/documents/deq/wrd-ot-activated-sludge-manual_460007_7.pdf

Sterritt, R M and J H Lester. 1988. Microbiology for environmental and public health

engineers. E & F N Spoon Ltd. London