< PreviousLimbah 280 7.3. LLiimmbbaahh IInndduussttrrii PPeerrttaanniiaann Pengetahuan tentang sifat-sifat limbah sangat penting dalam pengembangan suatu sistem pengelolaan limbah yang layak. Limbah yang diproduksi oleh industri pertanian bervariasi dalam kuantitas dan kualitasnya. Limbah dari industri pangan merupakan limbah yang berbeban rendah dengan volume cairan tinggi, sedangkan yang berasal dari peternakan cenderung berbeban tinggi dengan volume cairan rendah. Pengetahuan mengenai sifat-sifat limbah dapat membantu dalam penetapan metode penanganan dan atau pembuangan limbah secara efektif. Seperti pada penanganan biologik cocok dilakukan pada limbah cair yang mengandung bahan padatan organik. Limbah padat dengan kadar organik tinggi cocok dilakukan pembakaran atau pengomposan. Akan tetapi cara pembakaran dapat mencemari lingkungan terutama pencemaran udara. Pengelolaan limbah industri pangan (cair, padat dan gas) diperlukan untuk meningkatkan pencapaian tujuan pengelolaan limbah (pemenuhan peraturan pemerintah), serta untuk meningkatkan efisiensi pemakain sumber daya. Secara umum, pengelolaan limbah merupakan rangkaian ke giatan yang mencakup reduksi (reduction), pengumpulan (collection), penyimpangan (storage), pengang-kutan (transportation), pemanfaatan (reuse, recycling), pengolahan (treatment), dan/atau penimbunan (disposal). Beberapa contoh alternatif lain penanganan limbah industri pertanian dapat dilihat pada Tabel 7.1. Tabel 7.1. Metode Penanganan dan Pembuangan Limbah dengan Karakteristik yang Berbeda Cairan Metode Penanganan dan Pembuangan Cairan Limbah organijk terlarut Bahan anorganik terlarutLimbah organik tersuspensi Bahan anorganik tersuspensi Padatan Limbah organik Limbah anorganik Penanganan biologik, penimbunan lahan Penimbunan lahan, perlakuan fisik dan kimia Sedimentasi penanganan biologik, presipitasi kimia, penimbunan lahan Sedimentasi, penimbunan lahan, perlakuan kimia Insinerasi, pupuk, penimbunan lahan, dehidrasi, kondisi tanah, pakan ternak Penimbuanan tanah Sumber: Loehr (1977) dalam Jenie dan Winiati, 1993 Limbah 281 Setiap industri pangan mempunyai limbah yang berbeda dalam kuantitas dan kualitas. Industri pengolahan pangan meliputi pengolahan beraneka ragam makanan seperti buah-buahan dan sayuran, beberapa hasil tanaman perkebunan, daging, susu dan hasil laut. Limbah pengolahan makanan dihasilkan dari pencucian, pemotongan, blanching, pasteurisasi, pembuatan jus, pembersihan peralatan pengolahan, dan pendinginan produk akhir. Komponen limbah cair dari industri pangan sebagian besar adalah bahan organik. Pengolahan buah dan sayuran dapat menyebabkan fluktuasi aliran dan muatan limbah karena karakteristik yang bervariasi dan relatif bersifat musiman dibandingkan dengan pengolahan daging, unggas dan susu yang tidak mengenal musim. Limbah pengolahan buah dan sayuran sering kali mempunyai pH tinggi, karena penggunaan senyawa kaustik seperti larutan alkali dalam pengupasan. Larutan kaustik dapat menghasilkan pH sekitar 12-13 yang jika tidak dikelola (langsung dibuang) dapat mencemari lingkungan. Beberapa proses pengolahan buah dan sayuran juga dapat menghasilkan pH rendah (asam) dan mengandung klorida serta bahan organik cukup tinggi seperti limbah dari pikel dan sauerkraut. Limbah dari pengolahan daging dan unggas dapat berasal dari penyembelihan, penghilangan bulu, penanganan isi perut, rendering, pemotongan bagian-bagian yang tidak diinginkan, pengolahan dan pekerjaan pembersihan. Limbah mengan-dung darah, lemak, padatan anorganik dan organik, garam-garam serta bahan kimia yang ditambahkan selama proses pengolahan. Limbah dari pengolahan susu dihasilkan selama pengolahan dan pemindahan susu dari petani sampai ke penerima (industri maupun konsumen susu segar). Limbah dapat terdiri dari susu penuh dan olah, whey dari produksi keju, maupun air pencuci dan pasteurisasi. Untuk mengatasi limbah diperlukan pengolahan dan pena-nganan limbah. Pada dasarnya pengolahan limbah dapat dibedakan menjadi: 1. golahan menurut tingkatan perlakuan 2. ngolahan menurut karakteristik limbah 7.4. PPeenncceemmaarraann AAiirr ddaann IInnddiikkaassiinnyyaa Pencemaran air adalah suatu perubahan keadaan di suatu tempat penampungan air seperti danau, sungai, lautan dan air tanah akibat aktivitas manusia yang mengganggu kebersihan dan atau keamanan lingkungan. Walaupun fenomena alam seperti gunung berapi, badai, gempa bumi dll juga mengakibatkan perubahan yang Limbah 282 besar terhadap kualitas air, hal ini tidak dianggap sebagai pencemaran. Pencemaran air dapat disebabkan oleh berbagai hal dan memiliki karakteristik yang berbeda-beda. Meningkatnya kandungan nutrien dapat mengarah pada eutrofikasi. Sampah organik seperti air comberan (sewage) menyebabkan peningkatan kebutuhan oksigen pada air yang menerimanya yang mengarah pada berkurangnya oksigen yang dapat berdampak parah terhadap seluruh ekosistem. Industri membuang berbagai macam polutan ke dalam air limbahnya seperti logam berat, toksin organik, minyak, nutrien dan padatan. Air limbah tersebut memiliki efek termal, terutama yang dikeluarkan oleh pembangkit listrik, yang dapat juga mengurangi oksigen dalam air. Indikasi pencemaran air dapat diketahui baik secara visual maupun pengujian antara lain, seperti: 1. Prubahan pH (tingkat keasaman/konsentrasi ion hidrogen) Air normal yang memenuhi syarat untuk suatu kehidupan memiliki pH netral dengan kisaran nilai 6,5-7,5. Air limbah industri yang belum terolah dan memiliki pH diluar nilai pH netral, akan mengubah pH air sungai dan dapat mengganggu kehidupan organisme didalamnya. Hal ini akan semakin parah jika daya dukung lingkungan rendah serta debit air sungai rendah. Limbah dengan pH asam/rendah bersifat korosif terhadap logam. 2. Perubahan warna, bau dan rasa Air normak dan air bersih tidak akan berwarna, sehingga tampak bening/jernih. Bila kondisi air warnanya berubah maka hal tersebut merupakan salah satu indikasi bahwa air telah tercemar. Timbulnya bau pada air lingkungan merupakan indikasi kuat bahwa air telah tercemar. Air yang bau dapat berasal dari limba industri atau dari hasil degradasi oleh mikroba. Mikroba yang hidup dalam air akan mengubah organik menjadi bahan yang mudah menguap dan berbau sehingga mengubah rasa. 3. Timbulnya endapan, koloid dan bahan terlarut Endapan, koloid dan bahan terlarut berasal dari adanya limbah industri yang berbentuk padat. Limbah industri yang berbentuk padat, bila tidak larut sempurna akan mengendapdidsar sungai, dan yang larut sebagian akan menjadi koloid dan akan menghalangi bahan-bahan organik yang sulit diukur melalui uji BOD karena sulit didegradasi melalui reaksi biokimia, namun dapat diukur menjadi uji COD. Adapun komponen pencemaran air pada umumnya terdiri dari : Bahan buangan padat Bahan buangan organik Bahan buangan anorganik Limbah 283 77..55.. PPeennaannggaannaann LLiimmbbaahh CCaaiirr Limbah cair biasanya dihasilkan oleh industri. Secara umum penanganan limbah cair dapat dilakukan dengan metode perlakuan secara fisik, perlakuan secara kimia, perlakuan secara biologi. Penangan limbah metode fisika yaitu dengan menyisihkan limbah padat secara fisik dari bagian cairan. Metode kimia dilakukan dengan mengendapkan atau memflokulasi partikel menggunakan senyawa kimia sebagai koagulan seperti ferrous atau ferisulfat, almunium sulfat, kalsium hidroksida. Penanganan limbah secara biologi dilakukan dengan menggunakan agensia hayati (mikroba) melalui proses fermentasi baik fermentasi aerob (membutuhkan oksigen) maupun anaerob (tanpa membutuhkan oksigen) yang dikenal sebagai lumpur aktif atau activity sludge. Parameter kimiawi fisik yang digunakan sebagai indikator & kualitas air antara lain meliputi: kekeruhan, bahan padat terlarut, BOD, COD, suhu, pH, warna aroma, detergen senyawa radioaktif dan lain sebagainya. Parameter mikrobiologis meliputi kandungan mikroba patogen seperti Eschericia coli, Salmonella, Streptocoucus dan lain sebagainya. Jumlah dan karakteristik air limbah industri bervariasi menurut jenis industrinya. Sebagai contoh industri tapioka konvensional dapat menghasilkan limbah cair sebanyak 14 - 18 m3 per ton ubi kayu. Pada industri tapioka modern dapat meminimalkan jumlah limbah menjadi 8 M3 per ton ubi kayu (Winarrio, 1980 dalam Direktorat Jenderal Industri Kecil Menengah Departemen Perindustrian, 2007). Limbah cair industri tapioka mengandung padatan tersuspensi 1.000 - 10.000 mg/L dan bahan organik 1.500 - 5.300 mg/L (Koesoebiono, 1984). Contoh lain adalah industri tahu dan tempe. Industri tahu dan tempe mengandung banyak bahan organik dan padatan terlarut. Untuk memproduksi 1 ton tahu atau tempe dihasilkan limbah sebanyak 3.000 - 5.000 Liter (Tabel 7.2). Tabel 7.2 Parameter Limbah dari Industri Kerupuk Kulit dan Tahu-Tempe Parameter Industri Tahu- Kerupuk Tempe Kullit BOD (mg/L) 2.850 950 COD (mg/L) 8430 1.534 TSS (mg/L) 6.291 309 pH (-) 13 5 Volume (m3/ton) 2,5 3 – 5 Sumber: Wenas, Sunaryo, dan Sutyasmi (2002) Selama fermentasi maka suatu bahan mentah diubah menjadi berbagai macam produk tergantung pada proses yang digunakan. Faktor-faktor yang perlu diamati selama survey buangan pabrik antara lain: Limbah 284 1. Kecepatan alir limbah setiap hari 2. Kekeruhan, warna 3. Padatan tersuspensi 4. Oksigen terlarut, BOD dan COD 5. pH dan suhu 6. Kandungan toksik logam, CL-, sulfida, sianida, fenol dan deterjen 7. Bau dan rasa 8. Radioaktivitas Kadar oksigen terlarut perlu diketahui karena sangat beberapa alasan yaitu: 1. Sangat esensial untuk pertumbuhan beberapa jasad renik 2. konsentrasi oksigen terlarut: 4 mg/dm-3 atau 90 % konsentrasi jenuh pada suhu dan salinitasn ambien. 3. dipengaruhi oleh partikel-partikel bahan organik terlarut 4. metoda pengukuran yang sering digunakan untuk oksigen terlarut. Keperluan oksigen biokimia (BOD): ukuran kuantitas oksigen yang diperlukan untuk oksidasi bahan organik di dalam air, oleh mikrobia yang terkandung di dalamnya pada inteval waktu dan suhu tertentu. Kadar oksigen effluen ditentukan dengan memasukkan limbah atau larutan limbah ke dalam botol berwarna gelap, sebelum dan setelah diinkubasi pada suhu 200 C selama 5 hari. Penurunan oksigen dapat dihitung dengan satuan O2 yang dikonsum-si per dm3 sampel. Pengukuran ini digunakan hanya untuk menentu-kan bahan yang dapat didegradasi. Pada umumnya BOD diukur setelah 5 hari inkubasi. Keperluan oksigen kimia (COD) dapat diketahui dengan pengujian sampel yang dilarutkan ke dalam sejumlah larutan asam potasium dikromat yang mendidih selama 2,5 sampai 4 jam. Selanjutnya sisa dikromat dititrasi dengan ferro sulfat atau fero-ammonium sulfat. Bahan organik yang teroksidasi akan sebanding dengan potasium dikromat yang digunakan. Metode ini digunakan untuk mengukur semua kandungan bahan organik yang mudah dan sukar terdegradasi, baik yang rekalsiran maupun yang bersifat toksik. Perbandingan BOD : COD yang ideal untuk buangan antara 0,2-0,5 : 1. Pada beberapa buangan industri yang komposisinya bervariasi mempunyai rasio BOD : COD bervariasi pula. Strategi untuk Pengolahan Limbah Industri Pengolahan limbah industri memerlukan strategi tertentu yang dilakukan dengan mengadakan survey ke pabrik-pabrik khususnya untuk pelaksanaan program penanganan limbah yang ekonomis. Selanjutnya mengindentifikasi sumber-sumber air yang tidak terkontaminasi dan yang terkontaminasi yang kemungkinan digunakan kembali. Untuk limbah yang pekat harus dipisah dalam pengolahannya karena dimungkinkan Limbah 285 menghasilkan bahan yang lebih berguna. Penanganan limbah pekat ini dapat lebih ekonomis bila dibandingkan dengan effluent yang lebih encer, karena pada effluent yang lebih encer memerlukan pompa dan penampung untuk mengendapkan bahan yang terkandung di dalamnya. Pengujian di laboratorium diperlu-kan untuk mendapat teknik seperti teknik menurunkan kadar garam, teknik mengkoagulasi partikel tesuspensi dan koloid dan meme-cah emulsi. Strategi untuk menanggulangi atau menangani limbah dikenal dengan istilah 3R yaitu Reduced, Re-used dan Re-cycled. 1. Reduced: mengurangi seminim mungkin tebentuknya limbah dengan memperbaiki proses pengolahan. 2. Re-used: memanfaatkan limbah untuk bahan bakar selama prosesing. Pada umumnya dikaitkan dengan sumber air untuk pemanfaatannya. 3. Re-cycling: mengolah kembali sebagai bahan dasar pemrosesan. Khususnya untuk limbah-limbah industri yang masih mengandung sejumlah bahan yang dapat dimanfaatkan sebagai makanan, pakan ternak, pembenah tanah dan bahan bakar. Daya buangan industri harus mempunyai nilai BOD antara 40.000 sampai 70.000 mg/l-1 untuk limbah yang mengandung miselium jamur dan 10.000 – 25.000 mg/l-1 untuk nilai BOD buangan industri alkohol : Penanganan dan pembuangan limbah cair dapat dilakukan dengan cara: 1. membuang effluen tidak berbahaya ke sungai atau laut tanpa perlakuan terlebih dahulu 2. membuang effluen tidak berbahaya ke tanah, lagoon, dimasukkan ke sumur. 3. sebagian effluen yang tidak berbahaya dibuang langsung tanpa perlakuan dan sebagian diperlakukan terlebih dahulu sebelum dibuang 4. pengiriman semua effluen dikirim ke penampungan limbah untuk diberi diperlakukan (treatment) pengolahan, atau 5. semua effluen ditangani terlebih dahulu di industri itu sendiri. Pengelolaan Limbah Cair dengan Sistem Kolam (Kolam Oksidasi) Prinsip sistem kolam atau sering disebut juga sebagai kolam oksidasi merupakan salah satu sistem pengolahan limbah cair tertua, dan merupakan perkembangan dari cara pembuangan limbah cair secara langsung ke badan air. Pada sistem kolam. konsentrasi mikroorganisme relatif kecil, suplai oksigen dan pengadukan berlangsung secara alami, sehingga proses perombakan bahan organik berlangsung relatif lama dan pada area yang luas. Limbah 286 Berbagai jenis mikroorganisme berperan dalam proses perombakan, tidak terbatas mikroorganisme aerobik, tetapi juga mikroorganisme anaerbik. Organisme heterotrof aerobik dan aerobik berperan dalam proses konversi bahan organik; organisme autotrof (fitoplankton, alga, tanaman air) mengambil bahan-bahan anorganik (nitrat dan fosfat) melalui proses fotosintetsis (Gambar 7.14). Karena lamanya waktu tinggal limbah cair, maka organisme dengan waktu generasi tinggi (zooplankton, larva insekta, kutu air, ikan kecil) juga dapat tumbuh dan berkembang dalam sistem kolam. Organisme tersebut hidup aktif di dalam air atau pada dasar kolam. Komposisi organisme sangat tergantung pada temperatur, suplai oksigen, sinar matahari, jenis dan konsentrasi substrat. Sistem kolam dapat diterapkan untuk pengolahan limbah industri pangan dengan konsentrasi bahan organik rendah, terutama di daerah yang cukup tersedia lahan. Sistem kolam berfungsi untuk pengolahan limbah cair, sekaligus pengolahan sludge. Alga yang tumbuh dapat dipanen dan digunakan sebagai hail samping yang bermanfaat. Gambar 7.14 Mekanisme Perobakan Bahan Organik dalam Sistem Kolam (Loehr, 1974) Faktor pembatas sistem kolam adalah suplai oksigen. Sistem kolam umumnya dirancang untuk tingkat pembebanan rendah. sehingga laju pasokan oksigen dari atmosfir mencukupi kebutuhan oksigen bakteri, dan paling tidak bagian permukaan atas kolam selalu pada kondisi aerobik. Suplai oksigen merupakan faktor pembatas, pembebanan sistem serine didasarkan pada luas permukaan kolam dan dinyatakan dalam P- BOD,,/m-,hari, dan tidak didasarkan pada volume kolam atau jumlah blomassa. Sistem kolam umumnya dirancang dewan kedalaman maksimum 1,0 - 1,5 m, sehingga pencahayaan dan pengadukan oleh angin CALIP. Waktu tinggal hidrolik dalam kolam sekitar 20 hari. Kolam sebaiknya dibagi menjadi tiga bagian, sehingga dalam masing-masing bagian organisme dapat tumbuh secara optimum dan proses perombakan berlangsung lebih cepat. Limbah 286 Sistem kolam merupakan sistem pengolahan limbah cair sederhana yang tidak memerlukan peralatan mekanis, mudah dioperasikan dan tidak memerlukan biaya tinggi. Kekurangan sistem ini adalah sangat tergantung pada cuaca, dan memerlukan lahan luas, serta berpotensi menimbulkan bau busuk terutama pada malam hari dimana suplai oksigen tidak mencukupi untuk proses aerobik. Selain itu, kolam juga dapat digunakan sebagai tempat berkembang biak nyamuk. Pengolahan Limbah Cair dengan Sistem Lumpur Aktif Prinsip pengolahan limbah dengan sistem Lumpur aktif pada dasarnya terdiri atas dua unit proses utama, yaitu bioreaktor (tangki aerasi) dan tangki sedimentasi. Dalam sistem lumpur aktif, limbah cair dan biomassa dicampur secara sempurna dalam suatu reaktor dan diaerasi. Pada umumnya, aerasi ini juga berfungsi sebagai sarana pengadukan suspensi tersebut. Suspensi biomassa dalam limbah cair kemudian dialirkan ke tangki sedimentasi dimana biomassa dipisahkan dari air yang telah diolah. Sebagian biomassa yang terendapkan dikembalikan ke bioreaktor, dan air yang telah terolah dibuang ke lingkungan. Agar konsentrasi biomassa di dalam reaktor konstan (MLSS = 3 - 5 gfL), sebagian biomassa dikeluarkan dari sistem tersebut sebagai excess sludge. Dalam sistem tersebut, mikroorganisme dalam biomassa (bakteri dan protozoa) mengkonversi bahan organik terlarut sebagian menjadi produk akhir (air, karbon dioksida), dan sebagian lagi menjadi sel (biomassa). Oleh karena itu, agar proses perombakan bahan organik berlangsung secara optimum syarat berikut harus terpenuhi yaitu: polutan dalam limbah cair harus kontak dengan mikroorganisme, suplai oksigen cukup, cukup nutnien, cukup waktu tinggal (waktu kontak), dan cukup biomasa jumlah dan Jenis). Tujuan pengolahan limbah cair dengan sistem. lumpur aktif dapat dibedakan menjadi 4 (empat) yaitu penyisihan senyawa karbon (oksidasi karbon), penyisihan senyawa nitrogen, penyisihan fosfor, dan penstabilisasian lumpur secara aerobik simultan. Pada penyisihan senyawa karbon (bahan organik), polutan berupa bahan organik dioksidasi secara enzimatik oleh oksigen yang berada dalam limbah cair. Jadi senyawa karbon dikonversi menjadi karbon dioksida. Eliminasi nutrien (nitrogen dan fosfor) dilakukan terutama untuk mencegah terjadinya eutrofikasi pada perairan. Adapun skema umum pengolahan limbah cair dengan sistem lumpur aktif dapat dilihat pada Gambar 7.15. Limbah 287 Gambar 7.15 Skema Proses Lumpur Aktif. Sumber: (Dirjen Industri Kecil Menengah Dept. Perindustrian, 2007). Parameter desain yang penting dalam sistem lumpur aktif adalah tingkat pembebanan, konsentrasi biomassa, konsentrasi oksigen terlarut, lama waktu aerasi, umur lumpur, dan suplai oksigen. Konsentrasi mikroorganisme (bio-massa) diukur dari konsentrasi padatan tersuspensi (Mixed Liquor Suspended Solids/ MLSS). Nilai tipikal parameter desain/operasi sistem lumpur aktif untuk berbagai tujuan dapat dilihat pada Tabel 7.3. Untuk eliminasi fosfor diperlukan zona anaerobik dengan waktu kontak minimum 0,75 jam. Untuk pengolahan limbah cair dalam jumlah kecil, sistem lumpur aktif didesain dan dioperasikan pada beban rendah (<0,05 kg BOD5/kgNILSS.hari) atau umur lumpur sangat tinggi (<25 hari) dan tidak diperlukan pembuangan sludge (stabilisasi sludge) karena laju pertumbuhan sama dengan laju perombakan mikroorganisme. Tabel 7.3 Nilai Tipikal Parameter Desain/Operasi Sistem Lumpur Aktif Parameter Satuan Oksidasi karbon Nitrifikasi dan Denitrifikasi Stabilisasi Lumpur Laju pembebanan sludge kgBODs/kgMLSS hari 0,3 – 0,5 0,15 0,05 Laju pembebanan ruang kgBODs/m3 hari - - - MLSS g/L 2,5 – 4,5 2,5 – 4,5 4 – 5 Waktu tinggal hidrolik (waktu aerasi) Jam 0,5 – 1 1,5 – 3 - Waktu tinggal sel (sludge age) Hari 2 – 5 8 - 10 10 - 18 > 25 Suplai oksigen kgO2/kgBODs 1,3 – 1,5 2,9 dan 2,6 2,5 – 3,5 Konsentrasi oksigen terlarut mg/L 2,0 2,0 dan 0 1,0 Sumber: Bischof, 1993 Tangki sedimentasiExcess sludge BioreaktorEfluen Influen Limbah 288 Gambar 7.16 Oksidasi karbon (A), Oksidasi KaNitrifikasi dan Denitrifikasi (c), Oksidasi KaFosfor Secara Biologis (Ket: N = Nitrifikasi, D = Denitrifikasi, AN = Eliminasi Fosfor) Sumber: (Dirjen Industri Kecil Menengah Dept. Perindustrian, 2007). Selain tangki aerasi, unit operasi lain yang penting dalam sistem lumpur aktif adalah unit sedimentasi untuk memisahkan biomassa dari limbah cair yang telah diolah. Tangki sedimentasi untuk sistem lumpur aktif biasanya didesain untuk waktu tinggal hidrolik 2 - 3,5 jam dengan laju pembebanan sekitar I - 2 m/jam. Untuk tujuan pengolahan limbah cair skala kecil, sistem lumpur aktif dapat disederhanakan dalam konstruksinya. Contoh modifikasi sistem lumpur aktif skala kecil dapat dilihat pada Gambar 7.17. Influen Influen Influen Influen Efluen Efluen Efluen Efluen Excess sluExcess slugExcessslugeExcessslugeResirkulasi slugeResirkulasi slugeResirkulasi Resirkulasi slugeResirkulasi slugeNext >