3

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. LIMBAH CAIR INDUSTRI

Industri pertanian termasuk jenis industri yang dapat menimbulkan

pencemaran lingkungan, akibat buangan cair (air limbah), padat, gas, suara

dan panas yang berlangsung selama proses produksi. Dari kelima jenis limbah

industri tersebut, limbah cair merupakan jenis limbah yang paling perlu

mendapat perhatian, karena volumenya yang sangat besar dan kuantitas

polutannya yang beragam (Hobson dan Robertsor; 1986).

Pada beberapa industri, volume limbah cair sangat besar. Limbah cair

ini sebagai hasil dari proses pencucian dengan jumlah polutan vang bervariasi

tergantung pada operasi produksi produk olahan dan tahap-tahap proses yang

berlangsung. Oleh karena itu, limbah ini dapat membahayakan lingkungan

perairan bila dibuang ke badan penerima air tanpa perlakuan pengolahan.

Bahaya yang ditimbulkan antara lain, berupa turunnya kualitas air di dalam

badan penerima air, timbulnya gas berbau busuk, seperti H2S, CH4 atau NH3 ,

atau munculnya warna tiruan oleh kekeruhan atau adanya padatan bukan zat

organik (Tampubolon, 1990).

Limbah cair didefinisikan sebagai buangan cair yang berasal dari suatu

lingkungan masyarakat dan lingkungan industri dimana komponen utamanya

adalah air yang telah digunakan dan mengandung benda padat yang terdiri dari

zat-z-at organik dan anorganik (Mahida, 1984).

Menurut Tchobanoglous dan Burton (1991), berdasarkan asalnya

limbah cair dapat dibedakan meniadi empat macarn yaitu, air limbah rumah

tangga (domestic waste), air limbah industri (industrial waste), rembesan air

tanah lewat saluran dan luapan air hujan.

Menurut Sugiharto (1998), sesuai dengan sumber asalnya, maka

limbah cair mempunyai komposisi yang bervariasi dari setiap tempat dan

setiap unit.

4

Diantara beberapa jenis polutan, kandungan bahan organik dalam suatu

limbah yang masuk ke badan air bebas perlu mendapat perhatian sebab dapat

mengancam kehidupan biologis pada badan air tersebut. Kandungan bahan

organik yang sangat tinggi memungkinkan terjadinya proses oksidasi bahan

organik oleh mikroorganisme dalam badan air. Proses tersebut akan

menggunakan oksigen terlarut dalam badan air, sehingga pada akhimya

ketersediaan oksigen bagi kehidupan di lingkungan tesebut berkurang. HaI ini

dapat membawa bahaya kematian makhluk hidup di dalamnya

(Tchobanoglous dan Burton, 1991).

Untuk mengetahui lebih luas tentang limbah cair, maka perlu diketahui

juga mengenai kandungan yang ada di dalam limbah cair dan sifat-sifatnya.

Limbah cair mempunyai sifat yang dapat dibedakan menjadi tiga bagian besar;

yaitu: sifat fisik, sifat kimia dan sifat biologis (Sugiharto,1987).

Sifat fisik yang penting adalah kandungan zat padat sebagai efek

estetika, kejernihan, bau, wama dan temperatur. Beberapa komposisi limtrah

cair akan hilang bila dilakukan pemanasan secara lambat. ]umlah total

endapan terdiri dari benda-benda yang mengendap, terlarut dan tercarnpur

(Tchobanoglous dan Burton,1991).

Sifat kimia limbah cair ditentukan oleh kandungan bahan kimia yang

ada di dalam limbah cair. Bahan organik terlarut dapat menghabiskan oksigen

dalam limbah serta akan menimbulkan rasa dan bau yang tidak sedap. Selain

itu, akan lebih berbahaya apabila bahan tersebut merupakan bahan beracun

(Sugiharto, 1987).

Sifat biologis limbah cair diperlukan untuk mengukur kualitas air

terutama bagi air yang dipergunakan sebagai air minum serta untuk keperluan

kolam renang. Selain itu, diperlukan juga untuk menaksir tingkat kekotoran

limbah cair sebelum dibuang ke badan air. Pemerisaan biologis di dalam

limbah cair untuk memisahkan apakah ada bakteri-bakteri patogen berada di

limbah cair (Tchobanoglous dan Burton, 1991).

Menurut Polprasert (1989), karakteristik limbah cair sangat bervariasi

tergantung pada keadaaan lokasi pengolahan, waktu (tiap jam dalam sehari,

tiap hari dalam seminggu), musim, dan tipe saluran pembuangan. Kekuatan

5

limbah cair tergantung pada derajat pengenceran, proses produksi, jumlah

tahapan produksi dan jumlah penggunaan air dalam setiap tahap produksi.

Berdasarkan derajat pengenceran, maka kekuatan limbah cair dibagi menjadi

tiga yaitu konsentrasi kuat, sedang dan lemah.

Limbah cair dengan konsentrasi kuat (BOD5 = 400 - 500 mg/l)

merupakan campuran yang keruh dan kotor (black liquor), sedangkan limbah

cair dengan konsentrasi lemah (BOD5 = 100 mg/l) tampak tidak keruh dan

agak jernih (white liquor) (Shmidt, 1982).

Nilai COD merupakan ukuran bagi pencemaran air oleh zat-zat

organik yang secara alamiah dapat dioksidasikan melalui proses mikrobiologis

yang mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut dalam air. Jika bahan

organik terlarut merupakan bahan organik tahan urai dan sangat lambat

mengalami proses penghancuran akan menghasilkan nilai COD yang tinggi

dan nilai BOD yang rendah ( Alaert dan santika, 1987).

Oksigen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa

dan hanya sedikit larut dalam air. Semua makhluk yang hidup didalam air

sangat tergantung pada oksigen terlarut, sehingga hal ini dapat digunakan

sebagai indikator mutu air (Sastrawijaya, 1991).

Kehidupan mikroorganisme ikan dan hewan lainnya tak terlepas dari

kandungan oksigen yang terlarut dalam air. Air yang tidak mengandung

oksigen tidak akan memberikan kehidupan, sehingga oksigen yang terlarut

didalam air sangat penting artinya bagi kehidupan (Wardhana, 1995).

6

Tabel 1. Baku Mutu Limbah Cair Pengolahan Rumput Laut

Sumber : PERATURAN/MENLH/12/2008

B. PENGOLAHAN LIMBAH CAIR

Pada dasarnya tujuan utama pengolahan limbah cair adalah untuk

melindungi lingkungan hidup terhadap. pencemaran yang diakibatkannya

melalui pengurangan beban bahan organik (BOD), partikel tercampur, serta

membunuh organisme patogen. Selain itu, diperlukan juga tambahan

pengoiahan untuk menghilangkan bahan nutrisi komponen teraracun, serta

bahan yang tidak dapat didegradasi agar konsentrasi yang ada menjadi rendah

(Sugiharto, 1987).

Tchobanoglous dan Burton (1991) mengatakan bahwa teknik-teknik

pengolahan limbah cair yang telah dikembangkan secara umum

diklasifikasikan menurut tiga metode pengolahan yaitu:

1. Pengolahan secara fisik

2. Pengolahan secara kimia

3. Pengolahan secara biologis

Metode mana yang paling tepat digunakan untuk penanganan limbah

cair industri sangat tergantung pada karakteristik limbah cair, kualitas

keluaran yang dibutuhkan, dan tujuan akhir pengolahan. Selain itu, pemilihan

metode juga dipengaruhi oleh biaya, kendala dan perbaikan kualitas air pada

7

waktu yang akan datang (Eckenfelder, 1980). Menurut Conway dan Ross

(1980) penurunan kandungan bahan organik terdegradasi dalam limbah cair

lebih ekonomis digunakan penanganan secara biologis dari pada metode fisik

atau kimia.

Tahapan pengolahan limbah cair yang umum digunakan adalah

pengolahan pendahuluan (pretreatment), pengolahan primer (primery

treatment), pengolahan sekunder (secondery treatment) dan pengolahan tersier

(tertiery treatment) (Sugiharto, 1987).

Pengolahan pendahuluan bertujuan untuk membersihkan limbah cair

dari benda-benda yang dapat menghambat proses pengolahan lanjut.

Pengolahan primer bertujuan untuk menghilangkan zat padatan tercampur

melalui pengendapan atau pengapungan. Pengolahan sekunder mencakup

proses biologis untuk mengurangi bahan-bahan organik melalui

mikroorganisme yang ada di dalamnya. Pada tahap ini biasanya digunakan

lumpur aktif (activated sludge) untuk mempercepat proses biologis yaitu

penguraian atau degradasi bahan-bahan organik. Selanjutnya pengolahan

tersier merupakan kelanjutan dari pengolahan-pengolahan terdahulu yang akan

dipergunakan apabila banyak terkandung zat-zat berbahaya dan merupakan

pengolahan secara khusus sesuai dengan kandungan zat-zat yang terbanyak

dalam limbah cair (Sugiharto, 1987).

Mahida (1984) mengatakan bahwa umumnya pada pabrik-pabrik

berpola biasa, kadar limbah cair yang dapat ditangani secara memuaskan

terbatas dan limbah pekat harus diencerkan secara khusus, dengan air atau

dengan aliran akhir sebelum diterapkan pada filter. Pembuangan dengan cara

pengenceran juga sering dilakukan oleh pabrik-pabrik tertentu. Pengenceran

tersebut dilakukan pada Iimbah cair sampai pada konsentrasi yang cukup

rendah kemudian dibuang keperairan bebas.

8

C. PENGOLAHAN LIMBAH CAIR SECARA BIOLOGI

Pengolahan Limbah cair secara biologis merupakan proses biokimia

yang dapat berlangsung dalam dua lingkungan utama, yaitu lingkungan

aerobik dan lingkungan anaerobik. Lingkungan aerobik adalah lingkungan

dimana oksigen terlarut di dalam air terdapat dalam jumlah yang cukup

banyak, sehingga oksigen bukan merupakan suatu faktor pembatas.

Proses pengolahan secara biologis menurut Djajadinigrat dan

Wisjnusuprapto (1991) dibedakan mmjadi dua, yaitu:

1. Proses biologis aerobik

2. Proses biologis anaerobik

Proses aerobik adalah proses mempertemukan bahan organik dengan

mikroba pencemar aerob dalam suasana atau lingkungan beroksigen. Sehingga

mikroba dapat mencerna bahan organik dan mempergunakan hasil

pencernaannya untuk berkembang biak. Proses anaerobik mempertemukan

mikroba anaerob dengan bahan organik di dalam suatu lingkungan tanpa

oksigen. Dua hal penting yang perlu diperhatikan dalam proses biologis adalah

sebagai berikut :

1. Proses Penambahan Oksigen

Proses penambahan oksigen merupakan salah satu cara untuk

menurunkan konsentrasi zat pencemar organik di dalam limbah cair atau

bahkan menghilangkanya sama sekali. Dua cara penambahan oksigen

(aerasi) yaitu dengan memasukkan udara bersih ke dalam limbah cair dan

dengan rnemaksa limbah cair ke atas untuk dapat kontak dengan oksigen

atau udara.

Memasukkan udara atau oksigen murni ke dalam limbah cair

dilakukan melalui benda porous atau nozzle. Apabila nozzle diletakkan di

tengah-tengah, maka akan meningkatkan kecepatan kontak gelembung

udara dengan limbah cair, sehingga proses pemberian oksigen akan

berjalan lebih cepat. Oleh karena itu, biasanya nozzle ini diletakkan pada

9

dasar bak aerasi. Udara yang dimasukkan adalah berasal dari udara luar

yang dipompakan ke dalam limbah cair oleh pompa tekan (aerator).

Memasukkan limbah cair ke atas dilakukan dengan cara

mengontakkan limbah cair dengan oksigen melalui pemutaran baling-

baling yang diletakkan pada permukaan limbah cair. Akibat dari

pemutaran ini, Iimbah cair akan terangkat ke atas dan mengadakan kontak

langsung dengan udara sekitarnya (Sugiharto,1987).

2. Proses Pertumbuhan Bakteri

Bakteri diperlukan untuk menguraikan bahan organik yang ada di

dalam limbah cair. Oleh karena itu, diperlukan jumlah bakteri yang cukup

untuk menguraikan bahan-bahan tersebut. Bakteri akan berkembang biak

apabila jumlah makanan yang terkandung di dalamnya cukup tersedia

sehingga pertumbuhan bakteri dapat dipertahankan secara konstan. Akan

tetapi, mikroorganisme sangat sensitif terhadap perubahan lingkungan

seperti suhu, pH, oksigen terlarut, cara pencampuran unsur ataupun

senyawa toksik dan karakteristik serta iumlah bahan organiknya.

(Sugiharto, 1987).

Pada umurrnya metoda biologis merupakan cara yang paling

efektif untuk mengurangi kandungan bahan organik dalam buangan

(Sugiharto, 1987). Metode ini banyak digunakan dalam pengolahan timbah

cair pada industri chemical, petrochemical, pulp dan industri kertas

(Shmidt, 1982).

Menurut Djajadiningrat dan Wisjnusuprapto (1991), ada sembilan

tipe penanganan limbah cair secara biologis yang umum dipergunakan,

yaitu activited sludge ( lumpur aktif), aerated lagoon, aerobic digetion,

anaerobic digetion, tricking filter, cakram biologl kontak anaerobik,

nitrifikasi dan denitrifikasi. Dari berbagai cara tersebut lumpur aktif

merupakan cara pengolahan konvensional yang sederhana tapi efektif

(Tchobanoglous dan Burton, 1991).

10

D. PROSES LUMPUR AKTIF

Lumpur aktif merupakan gumpalan partikel yang mengandung

campuran mikroorganisme aerobik yang dihasilkan melalui proses aerasi.

Pada prinsipnya proses lumpur aktif adalah proses pemanfaatan

mikroorganisme yang dapat menguraikan senyawa organik dalam limbah cair

secara aerobik menjadi sumber tenaga, bahan seluler baru, air, dan karbon

dioksida (Jenie dan Rahayu, 1993).

Menurut Verstraete dan Vaerenbergh (1986), ada dua hal penting yang

membedakan proses lumpur aktif dengan proses fermentasi mikrobial.

Pertama, pada proses lumpur aktif terdapat komponen aktif yang bukan

kultur murni tetapi merupakan gabungan dari bakteri, kapang, fungi protozoa,

dan rotifer. Mikroorganisme tumbuh dan berinteraksi satu sama lain. Kedua,

komponen lumpur aktif terdiri dari biomasa aktif dan yang sudah mati.

Bakteri yang terdapat dalam lumpur aktif berflokulasi , secara umum terdiri

atas bakteri gram negatif termasuk pengoksidasi karbon dan nitrogen.

Beberapa kelompok bakteri yang ditemukan pada lumpur aktif adalah

Pseudomonas, Arthrobacter, Bacillus, Flavobacterium, Cytophaga,

Zooglaea, Sphaerotilus, Nitrosomonas, Nitrobacter, Acinetobacter,

Achromobacterium, Alcaligenes, Nocardia (Verstraete dan

Vaerenbergh,1986; Prave et al.,1987; Tchobanoglous dan Burton, 1991).

Pseudomonas dan Arthrobacter merupakan bakteri pengurai bahan

organik terutama karbohidrat menghasilkan karbon dioksida dan air. Bacillus

dan Flavobacterium merupakan bakteri pendegradasi protein menghasilkan

amonia, karbon dioksida dan air. Cytophaga merupakan bakteri yang

berperan dalam pemecahan polimer. Zooglaea merupakan bakteri yang

berperan dalam pembentukan flok pada lumpur aktif. Sphaerotilus

merupakan bakteri yang menyebabkan lumpur aktif bersifat bulki (sludge

bulking). Nitrosomonas dan Nitrobacter bakteri yang berperan dalam

nitrifikasi, yaitu proses oksidasi amonia dengan adanya oksigen meniadi nitrit

yang selanjutnya menjadi nitrat. . Sedangkan Acinetobacter bakteri yang

dapat melakukan penyisihan fosfor. Bacillus dan Pseudomonas berperan juga

11

dalam proses denitrifikasi yaitu oksidasi nitrat menjadi gas nitrogen.

Sedangkan bakteri Pseudomonas dan Nocardia berperan dalam degradasi

hidrokarbon (Verstraete dan Vaerenbergh, 1986; Henry dan Heinke,1989).

Djajadiningrat dan Wisjnusuprapto (1991) mengemukakan bahwa

pada proses pengolahan limbah cair dengan lumpur aktif, nilai COD awal

yang digunakan merupakan kisaran nilai antara 50 sampai 4000 mg/L limbah

cair. Kisaran pH yang normal dalam pengoperasian lumpur aktif adalah 6,5 -

7,5. Pada nilai pH di atas 9 aktivitas mikroorganisme akan terganggu. Di

bawah pH 5,5 akan tumbuh kapang dengan pesat yang bersifat kompetitor

bagi bakteri. Menurut Jenie dan Rahayu (1993), proses lumpur aktif dapat

berlangsung dengan konsentrasi oksigen terlarut sebesa 0.5- 1.0 mg/L.

Menurut Benefield dan Randall (1980), lumpur aktif mampu merubah

limbah cair organik menjadi bentuk anorganik yang mantap atau menjadi

massa sel. Dalam proses ini bahan organik terlarut atau koloid yang telah

mengalami sedimentasi awal, dengan menggunakan bermacam-macam jenis

mikorganisme akan teriadi metabolisme dengan menghasilkan

karbondioksida (CO2) dan air. Pada waktu yang sama fraksi yang cukup

besar dirubah menjadi massa sel, yang dapat dipisahkan dari aliran limbah

cair dengan jalan sedimenatasi gravitasi. Selanjutnya Verstraete dan

Vaerenbergh (1986) menambahkan bahwa reaksi yang teriadi pada proses

lumpur aktif secara aerobik adalah sebagai berikut:

1. Penyerapan bahan organik yang tersuspensi, koloid, dan terlarut pada pada

flok lumpur aktif.

2. Biodegradasi bahan organik menghasilkan produk akhir berupa karbon

dioksida, air, mineral dan sintesis biomasa baru.

3. Konsumsi bakteri dan bahan organik lain oleh protozoa dan

mikroorganisme predator .

4. Oksidasi nitrogen amonium meniadi nitrit yang selaniutnya menjadi nitrat

oleh bakteri nitrifikasi.

5. Oksidasi sel pada saat bakteri kekurangan substrat (endogenous

respiration).

12

Proses lumpur aktif tidak hanya menurunkan bahan organik, tetapi

dapat menurunkan kandungan nitrogen melalui reaksi nitrifikasi dan

denitrifikasi dan dapat melakukan penurunan kandungan fosfor. Dalam

proses lumpur aktif menurut Davis dan Cornwel (1991) senyawa organik dan

nitrogen digunakan untuk sistesis sel sedangkan fosfor digunakan untuk

pembentukan ATP dan asam nukleat.

Parameter yang penting dalam perancangan proses lumpur aktif

adalah laju pembebanan bahan organik. Penentuan laju pembebanan tersebut

akan menentukan waktu tinggal, kualitas lumpur dan kebutuhan oksigen.

Waktu tinggal limbah cair di dalam bak aerasi menunjukkan lama kontak

antara mikroorganisme dengan limbah cair. Secara umum waktu tinggal

untuk proses pengolahan limbah cair dengan menggunakan lumpur aktif

adalah 4 sampai 23 jam (Forster, 1985).

1. Degradasi Senyawa Karbon

Dalam limbah cair bahan organik dapat berupa protein, karbohidrat

dan hidrokarbon. Bahan organik yang didegradasi dibagr menjadi dua, yaitu

bahan yang didegradasi secara cepat dan bahan organik yang didegradasi

secara lambat. Bahan organik yang didegradasi secara cepat terdiri dari

molekul sederhana dan dapat langsung dapat untuk pertumbuhan sel.

Sedangkan bahan organik yang didegradasi secara lambat terdiri dari molekul

kompleks yang diuraikan dengan enzim ekstraseluler menjadi molekul

sederhana, sehingga dapat digunakan untuk pertumbuhan sel (Henze et .

a1.,1987).

Degradasi senyawa karbon terjadi ketika senyawa-senyawa organik

diuraikan dan dioksidasi oleh mikroorganisme heterotropik pada proses aerasi.

Mikroorganisme heterotropik tersebut menggunakan sumber karbon yang

sarna, baik untuk sistesis sel menghasilkan sel-sel baru maupun untuk oksidasi

(Tchobanoglous dan Burton, 1991).

Menunrt Verstraete dan Vaerenbergh (1986), degradasi senvawa

organik secara aerobik dapat dituliskan dengan reaksi sebagai berikut:

13

2. Nitrifikasi

Nitrogen terdapat dalam limbah cair dapat berupa nitrat, nitrit,

amonium, dan sebagai molekul terikat (nitrogen organik). Menurut Davis dan

Comwell (1991), ada tiga dampak negatif senyawa nitrogen terhadap badan

penerima air, yaitu:

a. NH3 yang rendah dan NO3- dapat memacu pertumbuhan ganggang yang

pesat.

b. Oksidasi NH3 menjadi NO2 menggunakan banyak oksigen terlarut,

sehingga badan air akan kekurangan oksigen terlarut yang dapat

mengancam kelangsungan hidup di air.

c. NH3 bersifat toksik pada ikan.

Menurut Verstraete dan Vaerenbergh (1986), amonia bebas (NH3)

bersifat toksik terhadap ikan pada konsentrasi 1 mg/l sehingga perlu dilakukan

penyisihan senyawa ini. Proses penyisihan senyawa ini dapat ditempuh

dengan cara nitrifikasi. Nitrifikasi merupakan proses oksidasi senyawa

nitrogen amonia menjadi nitrit dan selanjutnya menjadi nitrat oleh bakteri

kemoautotropik. Bakteri kemoautrotopik menggunakan karbon anorganik

berupa karbondioksida, bikarbonat, dan karbonat sebagai sumber karbon

untuk menghasilkan energi dalam sintesis sel baru.

Menurut Barnes dan Bliss (1983), bahwa reaksi yang terjadi pada

proses nitrifikasi terdiri dari reaksi nitritifikasi dan nitratifikasi. Nitritifikasi

adalah oksidasi amonia menjadi nitrit yang dilalarkan oleh bakteri

Nitrosomonas (N.europaea darrt N.monocella) dan Nitrosococcus, yang

mempunyai pH optimal 5.0 - 9.0. Nitrosomonas terutama N.europaea telah

banyak digunakan yang diisolasi dari instalasi penanganan limbah cair. Reaksi

yang teriadi dapat dijabarkan sebagai berikut:

14

Nitratifikasi adalah oksidasi nitrit menjadi nitrat yang dilakukan oleh

bakteri Nitrobacter (N.agilis dan N.winogradskyi) dan Nitrosospira graolis

yang mempunyai pH optimal 7.0 - 8.3. Nitrobacter terutama N.agilis telah

banyak dipelajari dan digunakan dalam dalam penanganan limbah cair secara

biologis. Reaksi yang terjadi pada saat oksidasi nitritt menjadi nitrat dapat

dijabarkan sebagai berikut:

Sehingga reaksi akan seluruan akan tertulis sebagai berikut;

Menurut Verstraete dan Vaerenbergh (1986), proses nitrifikasi dapat

berjalan pada kandungan oksigen terlarut lebih besar dari 0.5 mg/l, temperatur

5 - 40 oC, dan pada kisaran pH 5.5 - 9.0 sedangkan kondisi optimal

berlangsung pada pH 7.5. Pada pH di bawah 7.0 reaksi nitrifikasi bejalan

lambat dan Casey et. al. (1992) menambahkan bahwa kondisi ini akan

memacu pertumbuhan lumpur yang bulky, dimana akan mengakibatkan

reduksi NO3- yang dihasilkan pada saat nitrifikasi menjadi NO2-, dan bakteri

pembentuk flok akan melakukan reduksi NO3- menjadi N2.

Menurut Boongorsrang (1982), pH optimal nitrifikasi untuk bakteri

Nitrasomonas dan Nitrobacter adalah sebesar 8 .3 dan 7.7. Sehingga kisaran

pH optimal nitrifikasi sekjtar pH 7.7 - 8.3. Dalam kondisi optimal bakteri

autotropik menggunakan 4.33 - 4.57 gram oksigen untuk setiap perubahan

satu gram NH3-N mmjadi NO3-N. Efisiensi nitrifikasi dapat dihitung dengan

membandingkan konsentrasi NO2-N dan NO3-N yang terbentuk pada akhir

proses dengan konsentrasi NH3-N kemudian dikalikan 100 persen.

15

Menurut Verstraete dan Vaerenbergh (1986), neraca massa nitrogen

dapat dituliskan dengan persamaan berikut:

Nav adalah jumlah N dalam bentuk NH3-N atau N-organik yang ada

pada kondisi awal. N-nitrifikasi adalah jumlah N yang diubah oleh bakteri

nitrifikasi menjadi NO2-N dan NO3-N. Dalam proses oksidasi ini digunakan

sejumlah oksigen yang dapat dinyatakan dengan parameter NOD. Sedangkan

Nimmob menyatakan jumlah N yang diubah menjadi biomasa sel dan N-flok

merupakan jumlah N yang terjebak pada flok lumpur aktif.

Verstraete dan Vaerenbergh (1986) mengatakan bahwa NOD

merupakan jumlah oksigen yang diperlukan untuk oksidasi NH3-N menjadi

NO2-N dan NOa-N selama proses nitrifikasi. Adapun hubungan NOD dengan

Nav dan Nimmob dapat dinyatakan sebagai berikut:

NOD = (Nav - Nimmob) x 4.33

Untuk setiap pembentukan satu gram biomasa dibutuhkan 0.05 gram N

yang digunakan untuk pembentukan protein dan asam nukleat. Secara spesifik

dapat dinyatakan sebagai berikut:

Nimmob = COD x Fb x Ycod x 0.05

Fb menyatakan fraksi senyawa organik vang mudah didegradasi

sedangkan Ycod mrupakan gram biomasa untuk setiap penyisihan setiap gram

COD.

3. Penyisihan Fosfat

Limbah cair umunurya mengandung fosfor dalam bentuk fosfat,

polifosfat, dan senyawa organik fosfor. Keberadaan fosfor dalam bentuk fosfat

yang bersamaan dengan nitrat akan memacu pertumbuhan ganggang pada

badan air. Konsentrasi fosfat diusahakan menurun sampai batas minimal agar

pertumbuhan ganggang secara pesat dapat dicegah. Konsentrasi 0.5 mg/l PO4

dapat mencegah pertumbuhan ganggang, sedangkan pertumbuhan ganggang

16

dapat dihentikan pada konsentrasi PO4 di bawah 0.05 mg/I (Chen dan Fuhs,

1975; Yall et. a1.,7970).

Penyisihan fosfat dapat dilakukan dengan proses lumpur aktif yang

mengandung bakteri Acinetobacter. Bakteri Acinetobacter akan

menggunakan fosfat untuk pembentukan ATP yang selanjutnya digunakan

untuk sintesis asam nukleat. Jika konsentrasi fosfat berlebihan maka akan

disimpan dalam bentuk polifosfat. Polifosfat ini akan diubah menjadi ATP

jika diperlukan (Verstraete dan Vaerenbergh, 1986).

Penyisihan fosfat dilakukan pada kondisi aerobik, karena pada

kondisi anaerobik terjadi pembebasan ortofosfat sehingga kandungan

ortofosfat pada sistem penanganan limbah cair akan meningkat. Sedangkan

pada kondisi aerobik terjadi pemanfaatan ortofosfat untuk sistesis sel dan

disimpan untuk kebutuhan di masa mendatang, bersamaan dengan penyisihan

senyawa organik. Proses aerobik mampu menurunkan kandungan fosfat pada

limbah cair sekitar 10 - 30 persen (Tchobanoglous dan Schroeder, l986;

Hiinel 1988).

Efisiensi proses penyisihan fosfat dipengaruhi oleh oksigen terlaruf

pH, konsentrasi biomasa, dan laju aliran udara. Agar proses penyisihan

dapat berjalan dengan baik maka oksigen terlarut harus dijaga minimal 2.0

rng/L Proses penyisihan tidak akan berjalan pada konsentrasi oksigen

terlarut sebesar 0.2 - 0.4 mg/l. Adapun pH optimal proses penyisihan sekitar

7.0 - 8.0 (Stall dan Sherrard, 1976).

4. Rasio F/M (Food to Microorganism Ratio)

Nilai F/M menyatakan perbandingan makanan terhadap

mikroorganisme yang terdapat dalam bioreaktor. Nilai F/M yang disarankan

untuk sistem kombinasi degradasi senyawa karbon dan nitrogen dalam satu

tahap (Single-Stage Nitrification) adalah 0.05-0.15 kg BOD/kg MLSS.hari

(Sugiarto,1987).

Menurut Davis dan Cornwell (1991), nilai F/M yang tinggi (waktu

tinggal lumpur aktif rendah) menyebabkan sistem kelebihan makanan.

Keadaan ini menyebabkan efisiensi pengolahan menjadi buruk. Nilai F/M

17

rendah (waktu tinggal lumpur aktif panjang) menyebabkan sistem kekuragan

makanan, keadaan ini menghasilkan degradasi limbah yang lebih baik. Data

desain untuk sistem Sigle-Stage Nitrification disajikan pada Tabel 2.

Tabel 2. Data desain sistem kombinasi degradasi senyawa karbon dan

nitrogen dalam satu tahap (Sugiarto,1987)

Parameter Unit Nilai

Suhu

pH

F/M

HRT

SRT

MLSS

Laju Beban

Oksigen

Terlarut

oC

-

Kg BOD/kg

MLSS.hari

Jam

Hari

g/l

kg BOD/m3.hari

mg/l

>30o

8.0-8.5

0.05-0.15

18-24

20-30

3-6

0.08-0.24

1-2

5. Waktu Tinggal

Waktu tinggal cairan didalam reaktor adalah salah satu parameter

penting untuk mendesain sistem penanganan limbah cair. Pengaruh waktu

tinggal terhadap kinerja reaktor akan mempengaruhi parameter lain seperti

tingkat laju pembebanan, stabilitas reaktor dan penurunan kandungan

organik (indriyati,2002). Waktu ini dalam bioreaktor menunjukan lama

kontak antara mikroorganisme dengan limbah cair. Secara umum, waktu

tinggal minimum untuk proses pengolahan limbah cair dengan

menggunakan lumpur aktif adalah 4-8 jam (Foster, 1985).

Waktu tinggal minimum yaitu waktu tinggal yang harus dicapai

untuk suatu proses pengolahan limbah cair dalam bioreaktor. Dibawah

nilai waktu tersebut akan terjadi pencucian (washout), sehingga proses

dalam bioreaktor tidak mencapai tujuan. Desain untuk bioreaktor dapat

diturunkan dengan menetapkan tingkat efisiensi yang dikehendaki.

Dengan penggunakan waktu tinggal sebagai parameter bebas untuk desain,

18

parameter-parameter lain dapat ditentukan dari berbagai hubungan model

matematika (Mantulang, 1993).