Teknologi Pengolahan Limbah Tahu-Tempe Dengan Proses Biofilter Anaerob Dan Aerob

ABSTARK

           Industri tahu dan tempe merupakan industri kecil yang banyak tersebar di kota-kota besar dan kecil. Tempe dan tahu merupakan makanan yang digemari oleh banyak orang. Akibat dari banyaknya industri tahu dan tempe, maka limbah hasil proses pengolahan banyak membawa dampak terhadap lingkungan. Limbah dari pengolahan tahu dan tempe mempunyai kadar BOD sekitar 5.000 - 10.000 mg/l, COD 7.000 - 12.000 mg/l.

           Besarnya beban pencemaran yang ditimbulkan menyebabkan gangguan yang cukup serius terutama untuk perairan disekitar industri tahu dan tempe. Teknologi pengolahan limbah tahu tempe yang ada saat ini pada umumnya berupa pengolahan limbah sistem anaerob. Dengan proses biologis anaerob, efisiensi pengolahan hanya sekitar 70-80 %, sehingga air lahannya masih mengandung kadar polutan organik cukup tinggi, serta bau yang ditimbulkan dari sistem anaerob dan tingginya kadar fosfat merupakan masalah yang belum dapat diatasi.

           Untuk mengatasi hal tersebut dapat dilakukan dengan cara kombinasi proses biologis anaerob-aerob yakni proses penguraian anaerob dan diikuti dengan proses pengolahan lanjut dengan sistem biofilter anaerob-aerob. Dengan kombinasi proses tersebut diharapkan konsentrasi COD dalan air olahan yang dihasilkan turun menjadi 60 ppm, sehingga jika dibuang tidaklagi mencemari lingkungan sekitarnya.

KATA KUNCI Industri Tahu Tempe, Pencemaran, Limbah Cair, Sistem Biofilter Anaerob-Aerob
JENIS TEKNOLOGI : Teknologi Pengolahan Limbah Cair
TARGET PENGGUNAAN : Pabrik Industri Tahu/Tempe

I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

            Tahu dan tempe merupakan makanan yang digemari masyarakat, baik masyarakat kalangan bawah hingga atas. Keberadaannya sudah lama diakui sebagai makanan yang sehat, bergizi dan harganya murah. Hampir ditiap kota di Indonesia dijumpai industri tahu dan tempe. umumnya industri tahu dan tempe termasuk ke dalam industri kecil yang dikelola oleh rakyat dan beberapa di antaranya masuk dalam wadah Koperasi Pengusaha Tahu dan Tempe (KOPTI).

           Proses pembuatan tahu dan tempe masih sangat tradisional dan banyak memakai tenaga manusia. Bahan baku utama yang digunakan adalah kedelai (Glycine spp). Konsumsi kedelai Indonesia pada Tahun 1995 telah mencapai 2.287.317 Ton (Sri Utami, 1997). Sarwono (1989) menyatakan bahwa lebih dari separuh konsumsi kedelai Indonesia dipergunakan untuk diolah menjadi tempe dan tahu. Shurtleff dan Aoyagi (1979) memperkirakan jumlah pengusaha tahu di Indonesia sekitar 10.000 buah, yang sebagian besar masih berskala rumah tangga, dan terutama terpusat di Pulau Jawa, sebagai bandingan di Jepang sekitar 38 000 buah, di Korea 1 470 buah, Taiwan 2 500 buah dan Cina 158 000 buah.

           Air banyak digunakan sebagai bahan pencuci dan merebus kedelai untuk proses produksinya. Akibat dari besarnya pemakaian air pada proses pembuatan tahu dan tempe, limbah yang dihasilkan juga cukup besar. Sebagai contoh limbah industri tahu tempe di Semanan, Jakarta Barat kandungan BOD 5 mencapai 1 324 mg/l, COD 6698 mg/l, NH 4 84,4 mg/l, nitrat 1,76 mg/l dan nitrit 0,17 mg/l (Prakarindo Buana, 1996). Jika ditinjau dari Kep-03/MENKLH/11/1991 tentang baku mutu limbah cair, maka industri tahu dan tempe memerlukan pengolahan limbah.

           Pada saat ini sebagian besar industri tahu tempe masih merupakan industri kecil skala rumah tangga yang tidak dilengkapi dengan unit pengolah air limbah, sedangkan industri tahu dan tempe yang dikelola koperasi beberapa diantaranya telah memiliki unit pengolah limbah. Unit pengolah limbah yang ada umumnya menggunakan sistem anaerobik dengan efisiensi pengolahan 60-90%. Dengan sistem pengolah limbah yang ada, maka limbah yang dibuang ke peraian kadar zat organiknya (BOD) masih terlampau tinggi yakni sekitar 400 1 400 mg/l. Untuk itu perlu dilakukan proses pengolahan lanjut agar kandungan zat organik di dalan air limbah memenuhi standar air buangan yang boleh dibuang ke saluran umum.

1.2. Tujuan dan Sasaran

Tujuan :

Tujuan Kegiatan ini adalah mengkaji dan mengembangkan teknologi pengolahan air limbah khususnya pengolahan air limbah industri tahu-tempe yang sederhana, murah dan dapat diterapkan sesuai dengan kondisi di Indonesia, sehingga dapat digunakan langsung oleh masyarakat.

Sasaran :

Sasaran dari kegiatan ini adalah membuat prototipe unit alat pengolahan air limbah industri tahu-tempe yang murah dan sederhana, serta mengkaji karakteristik dan efisiensi pengolahan terhadap beberapa parameter kualitas air limbah serta mengkaji kelayakan alat secara ekonmis.

1.3. Manfaat Teknologi tersebut dapat disebarluaskan dan dapat dimanfaatkan atau ditiru oleh masyarakat.

1.4. Kontak Personil

Ir. Nusa Idaman Said, M.Eng.
Ir. Arie Herlambang, M.Si.

Kelompok Teknologi Pengelolaan Air Bersih dan Limbah Cair,
Direktorat Teknologi Lingkungan,
Kedeputian Bidang Informatika, Energi dan Material.
Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi

Jl. M.H. Thamrin No. 8, Jakarta Pusat
Tel. 021-3169769, 3169770 Fax. 021-3169760
Email : air@server.enviro.bppt.go.id
Home Page : http://www.enviro.bppt.go.id/

II. PROSES PEMBUATAN TAHU DAN TEMPE

2.1. Proses Pembuatan Tahu

           Tahu merupakan makanan yang terbuat dari bahan baku kedelai, dan prosesnya masih sederhana dan terbatas pada skala rumah tangga. Suryanto (dalam Hartaty, 1994) menyatakan bahwa yang dimaksud dengan tahu adalah makanan padat yang dicetak dari sari kedelai (Glycine spp) dengan proses pengendapan protein pada titik isoelektriknya, tanpa atau dengan penambahan zat lain yang diizinkan.

           Pembuatan tahu pada prinsipnya dibuat dengan mengekstrak protein, kemudian mengumpulkannya, sehingga terbentuk padatan protein. Cara penggumpalan susu kedelai umumnya dilakukan dengan cara penambahan bahan penggumpal berupa asam. Bahan penggumpal yang biasa digunakan adalah asam cuka (CH3COOH), batu tahu (CaSO4nH 2O) dan larutan bibit tahu (larutan perasan tahu yang telah diendapkan satu malam).

Secara umum tahapan proses pembuatan tahu adalah sebagai berikut :

Diagram proses pembuatan tahu ditujukkan seperti pada gambar 1, sedangkan diagram neraca masa untuk proses pembuatan tahu ditunhjukkan pada gambar 2.



Gambar 1 : Diagram proses pembuatan tahu.




Gambar 2 : Diagram neraca masa proses pembuatan tahu.


2.2. Proses Pembuatan Tempe

Tempe merupakan hasil fermentasi kedelai, dan secara garis besar urutan proses pembuatan tempe adalan sebagai berikut :




Gambar 3 : Bagan proses pembuatan tempe


III. LIMBAH INDUSTRI TAHU-TEMPE

3.1. Karakteristik Limbah

           Untuk limbah industri tahu tempe ada dua hal yang perlu diperhatikan yakni karakteristik fisika dan kimia. Karakteristik fisika meliputi padatan total, suhu, warna dan bau. Karakteristik kimia meliputi bahan organik, bahan anorganik dan gas.

           Suhu buangan industri tahu berasal dari proses pemasakan kedelai. Suhu limbah cair tahu pada umumnya lebih tinggi dari air bakunya, yaitu 400C sampai 46 0C. Suhu yang meningkat di lingkungan perairan akan mempengaruhi kehidupan biologis, kelarutan oksigen dan gas lain, kerapatan air, viskositas, dan tegangan permukaan.

           Bahan-bahan organik yang terkandung di dalam buangan industri tahu pada umumnya sangat tinggi. Senyawa-senyawa organik di dalam air buangan tersebut dapat berupa protein, karbohidrat, lemak dan minyak. Di antara senyawa-senyawa tersebut, protein dan lemaklah yang jumlahnya paling besar (Nurhasan dan Pramudyanto, 1987), yang mencapai 40% - 60% protein, 25 - 50% karbohidrat, dan 10% lemak (Sugiharto, 1987). Semakin lama jumlah dan jenis bahan organik ini semakin banyak, dalam hal ini akan menyulitkan pengelolaan limbah, karena beberapa zat sulit diuraikan oleh mikroorganisme di dalam air limbah tahu tersebut. Untuk menentukan besarnya kandungan bahan organik digunakan beberapa teknik pengujian seperti BOD, COD dan TOM. Uji BOD merupakan parameter yang sering digunakan untuk mengetahui tingkat pencemaran bahan organik, baik dari industri ataupun dari rumah tangga (Greyson, 1990; Welch, 1992).

           Air buangan industri tahu kualitasnya bergantung dari proses yang digunakan. Apabila air prosesnya baik, maka kandungan bahan organik pada air buangannya biasanya rendah (Nurhasan dan Pramudya, 1987). Pada umumnya konsentrasi ion hidrogen buangan industri tahu ini cenderung bersifat asam. Komponen terbesar dari limbah cair tahu yaitu protein (N-total) sebesar 226,06 sampai 434,78 mg/l. sehingga masuknya limbah cair tahu ke lingkungan perairan akan meningkatkan total nitrogen di peraian tersebut.

           Gas-gas yang biasa ditemukan dalam limbah adalah gas nitrogen (N2 ), oksigen (O2 ), hidrogen sulfida (H2S), amonia (NH3 ), karbondioksida (CO2 ) dan metana (CH4). Gas-gas tersebut berasal dari dekomposisi bahan-bahan organik yang terdapat di dalam air buangan. Beberapa contoh hasil pengukuran kadar BOD Dan COD di dalam air limbah tahu dan tempe di daerah DKI Jakarta ditunjukkan pada Tabel 1 dan Tabel 2.


Tabel 1. Hasil Analisa Limbah Cair Industri Tempe

PARAMETER LOKASI

COD (mg/l)

BOD (mg/l)

Setia Budi

7.852

5.400

Setia Budi

20.467

11.000

Setia Budi

8.659

4.750

Tebet

28.320

9.475

Tebet

5.285

2.950

Kebayoran Baru

5.597

3.675

Kebayoran Lama

6.423

3.525

Cilandak

6.073

3.600

Pasar Minggu

12.300

7.500

Pasar Minggu

7.912

3.650

Tegal Parang

15.685

8.250

Tegal Parang

23.340

14.000

Cipinang

61.425

13.600

Kebon Pala

2136

2100

Setia Budi

7852

5400

Tebet

28320

9475

Kebayoran Baru

5597

3675

Kebayoran Lama

6423

3525

Cilandak

6073

3600



Tabel 2. Hasil Analisa Limbah Cair Industri Tahu

PARAMETER LOKASI

COD(mg/l)

BOD(mg/l)

Cipinang

1102

910

Kebon Pala

3211

2200

Utan Kayu

8327

1200

Setia Budi

5904

2250

Tebet

2362

2100

Kebayoran Lama

7916

3450

Kuningan Barat

8360

8100

Mampang

4897

3550

Cilandak

9207

5425

Pasar Minggu

3779

1750

Tegal Parang

15055

12100





Limbah cair yang berasal dari industri kecil tahu-tempe

3.2. Permasalahan

           Limbah cair yang dikeluarkan oleh industri-industri masih menjadi masalah bagi lingkungan sekitarnya, karena pada umumnya industri-industri, terutama industri rumah tangga mengalirkan langsung air limbahnya ke selokan atau sungai tanpa diolah terlebih dahulu. Demikian pula dengan industri tahu/tempe yang pada umumnya merupakan industri rumah tangga.

           Keadaan ini akibat masih banyaknya pengrajin tahu/tempe yang belum mengerti akan kebersihan lingkungan dan disamping itu pula tingkat ekonomi yang masih rendah, sehingga pengolahan limbah akan menjadi beban yang cukup berat bagi mereka. Namun demikian keberadaan industri tahu-tempe harus selalu didukung baik oleh pemerintah maupun oleh masyarakat karena makanan tahu-tempe merupakan makanan yang digemari oleh hampir seluruh lapisan masyarakat Indonesia, disamping nilai gizinya tinggi harganya pun relatif murah.

           Limbah industri tahu-tempe dapat menimbulkan pencemaran yang cukup berat karena mengandung polutan organik yang cukup tinggi. Dari beberapa hasil penelitian, konsentrasi COD (Chemical Oxygen Demand) di dalam air limbah industri tahu-tempe cukup tinggi yakni berkisar antara 7.000 - 10.000 ppm, serta mempunyai keasaman yang rendah yakni pH 4-5. Dengan kondisi seperti tersebut di atas, air limbah industri tahu-tempe merupakan salah satu sumber pencemaran lingkungan yang sangat potersial.

           Saat ini pengelolaan air limbah industri tahu-tempe umumnya dilakukan dengan cara membuat bak penampung air limbah sehingga terjadi proses anaerob. Dengan adanya proses biologis anaerob tersebut maka kandungan polutan organik yang ada di dalam air limbah dapat diturunkan. Tetapi dengan proses tersebut efisiesi pengolahan hanya berkisar antara 50 % - 70 % saja. Dengan demikian jika konsertarsi COD dalam air limbah 7000 ppm, maka kadar COD yang keluar masih cukup tinggi yakni sekitar 2100 ppm, sehinga hal ini masih menjadi sumber pencemaran lingkungan.



Pengolahan air limbah industri kecil tahu tempe di Semanan, Jakarta Barat, dengan sistem Penampungan (lagon) Anaerob. Dengan sistem lagon tersebut dapat menurunkan kadar zat organik (BOD) sekitar 50 %.


Dengan sistem penampungan anaerob terjadi penguraian secara biologis anaerobik, maka zat organik akan terurai dan menghasilgan produk gas methan dan gas H2S serta NH3 yang menyebabkan bau yang kurang sedap.

           Suatu alternatif pengolahan limbah yang cukup sederhana adalah pengolahan secara biologis, yakni dengan kombinasi proses biologis "Anaerob-Aerob". Sistem ini cocok diterapkan pada pengolahan limbah yang banyak mengandung bahan-bahan organik. Limbah industri tahu/tempe merupakan salah satu jenis limbah yang banyak mengandung bahan-bahan organik.


IV. TEKNOLOGI PENGOLAHAN AIR LIMBAH TAHU-TEMPE DENGAN SISTEM KOMBINASI BIOFILTER ANAEROB-AEROB

           Salah satu cara untuk mengatasi masalah air limbah industri tahu-tempe tersebut adalah dengan kombinasi proses pengolahan biologis anaerob dan aerob. Secara umum proses pengolahannya dibagi menjadi dua tahap yakni pertama proses penguraian anaerob (Anaerobic digesting), dan yang ke dua proses pengolahan lanjut dengan sistem biofilter anaerob-aerob. Secara garis besar proses pengolahan air limbah industri tahu dan tempe ditunjukkan seperti pada Gambar 4.

4.1. Penguraian Anaerob

4.1.1 Pengolahan

           Air limbah yang dihasilkan dari proses pembuatan tahu-tempe kumpulkan melalui saluran air limbah, kemudian dilairkan ke bak kontrol untuk memisahkan kotoran padat. Selanjutnya, sambil di bubuhi dengan larutan kapur atau larutan NaOH air limbah dialirkan ke bak pengurai anaerob. Di dalam bak pengurai anaerob tersebut polutan organik yang ada di dalam air limbah akan diuraikan oleh mikroorganisme secara anaerob, menghasilkan gas methan yang dapat digunakan sebagai bahan bakar. Dengan proses tahap pertama konsentrasi COD dalam air limbah dapat diturukkan sampai kira-kira 600 ppm (efisiensi pengolahan 90 %). Air olahan tahap awal ini selanjutnya diolah dengan proses pengolahan lanjut dengan sistem biofilter aerob.



Gambar 4 : Diagram proses pengolahan air limbah industri tahu-tempe dengan
sistem kombinasi biofilter "Anareb-Aerob".

           Keunggulan proses anaerobik dibandingkan proses aerobik adalah sebagai berikut (Lettingan et al, 1980; Sahm, 1984; Sterritt dan Lester, 1988; Switzenbaum, 1983) :

Beberapa kelemahan Penguraian anaerobik:

4.1.2. Proses Penguarian Senyawa Organik Secara Anaerob

           Secara garis besar penguraian senyawa organik secara anaerob dapat di bagi menjadi dua yakni penguraian satu tahap dan penguraian dua tahap.

Penguraian satu tahap

           Penguraian anaerobik membutuhkan tangki fermentasi yang besar, memiliki pencampur mekanik yang besar, pemanasan, pengumpul gas, penambahan lumpur, dan keluaran supernatan (Metcalf dan Eddy, 1991). Penguraian lumpur dan pengendapan terjadi secara simultan dalam tangki. Stratifikasi lumpur dan membentuk lapisan berikut dari bawah ke atas : lumpur hasil penguraian, lumpur pengurai aktif, lapisan supernatan (jernih), lapisan buih (skum), dan ruang gas. Hal ini secara umum ditunjukkan seperti pada gambar 5.

Penguraian dua tahap

           Proses ini membutuhkan dua tangki pengurai (reaktor) yakni satu tangki berfungsi mencampur secara terus-menerus dan pemanasan untuk stabilisasi lumpur, sedangkan tangki yang satu lagi untuk pemekatan dan penyimpanan sebelum dibuang ke pembuangan. Proses ini dapat menguraikan senyawa organik dalam jumlah yang lebih besar dan lebih cepat. Secara sederhana proses penguraian anaerob dua tahap dapat ditunjukkan seperti pada gambar 6.



Gambar 5 : Penguraian Anaerob Satu Tahap.




Gambar 6 : Penguraian Anaerob Dua Tahap.


4.1.3. Proses Mikrobiologi di Dalam Penguraian Anaerob

           Kumpulan mikroorganisme, umumnya bakteri, terlibat dalam transformasi senyawa komplek organik menjadi metan. Lebih jauh lagi, terdapat interaksi sinergis antara bermacam-macam kelompok bakteri yang berperan dalam penguraian limbah. Keseluruhan reaksi dapat digambarkan sebagai berikut (Polprasert, 1989):

Senyawa Organik ---> CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S

           Meskipun beberapa jamur (fungi) dan protozoa dapat ditemukan dalam penguraian anaerobik, bakteri bakteri tetap merupakan mikroorganisme yang paling dominan bekerja didalam proses penguraian anaerobik. Sejumlah besar bakteri anaerobik dan fakultatif (seperti : Bacteroides, Bifidobacterium, Clostridium, Lactobacillus, Streptococcus) terlibat dalam proses hidrolisis dan fermentasi senyawa organik. Proses penguraian senyawa organik secara anaerobik secara garis besar ditunjukkan seperti pada gambar 7.

           Ada empat grup bakteri yang terlibat dalam transformasi material komplek menjadi molekul yang sederhana seperti metan dan karbon dioksida. Kelompok bakteri ini bekerja secara sinergis (Archer dan Kirsop, 1991; Barnes dan Fitzgerald, 1987; Sahm, 1984; Sterritt dan Lester, 1988; Zeikus, 1980),

Kelompok 1: Bakteri Hidrolitik

           Kelompok bakteri anaerobik memecah molekul organik komplek (protein, cellulose, lignin, lipids) menjadi molekul monomer yang terlarut seperti asam amino, glukosa, asam lemak, dan gliserol. Molekul monomer ini dapat langsung dimanfaatkan oleh kelompok bakteri berikutnya. Hidrolisis molekul komplek dikatalisasi oleh enzim ekstra seluler seperti sellulase, protease, dan lipase. Walaupun demikian proses penguraian anaerobik sangat lambat dan menjadi terbatas dalam penguraian limbah sellulolitik yang mengandung lignin (Polprasert, 1989; Speece, 1983).

Kelompok 2 : Bakteri Asidogenik Fermentatif

           Bakteri asidogenik (pembentuk asam) seperti Clostridium merubah gula, asam amino, dan asam lemak menjadi asam organik (seperti asam asetat, propionik, formik, lactik, butirik, atau suksinik), alkohol dan keton (seperti etanil, metanol, gliserol, aseton), asetat, CO2 dan H2. Asetat adalah produk utama dalam fermentasi karbohidrat. Hasil dari fermentasi ini bervariasi tergantung jenis bakteri dan kondisi kultur seperti temperatur, pH, potensial redok.

Kelompok 3 : Bakteri Asetogenik

           Bakteri asetogenik (bakteri yang memproduksi asetat dan H2) seperti Syntrobacter wolinii dan Syntrophomonas wolfei (McInernay et al., 1981) merubah asam lemak (seperti asam propionat, asam butirat) dan alkohol menjadi asetat, hidrogen, dan karbon dioksida, yang digunakan oleh bakteri pembentuk metan (metanogen). Kelompok ini membutuhkan ikatan hidrogen rendah untuk merubah asam lemak; dan oleh karenanya diperlukan monitoring hidrogen yang ketat.

           Dibawah kondisi tekanan H2 parsial yang relatif tinggi, pembentukan asetat berkurang dan subtrat dirubah menjadi asam propionat, asam butirat, dan etanol dari pada metan. Ada hubungan simbiotik antara bakteri asetonik dan metanogen. Metanogen membantu menghasilkan ikatan hidrogen rendah yang dibutuhkan oleh bakteri asetogenik.



Gambar 7: Kelompok Bakteri Metabolik yang terlibat dalam penguraian limbah dalam sistem anaerobik.


           Etanol, asam propionat, dan asam butirat dirubah menjadi asam asetat oleh bakteri asetogenik dengan reaksi seperti berikut:

CH3CH2OH + CO2 ---> CH3COOH + 2H2
Etanol                                                                    Asam Asetat

CH3CH2COOH + 2H2O ---> CH3COOH + CO2 + 3H2
Asam Propionat                                                                   Asam asetat

CH3CH2CH2COOH + 2H2O ---> 2CH3COOH + 2H2
Asam Butirat                                                                                    Asam Asetat

           Bakteri asetogenik tumbuh jauh lebih cepat dari pada bakteri metanogenik. Kecepatan pertumbuhan bakteri asetogenik (m mak) mendekati 1 per jam sedangkan bakteri metanogenik 0,04 per jam (Hammer, 1986).

Kelompok 4 : Bakteri Metanogen

           Penguraian senyawa organik oleh bakteri anaerobik dilingkungan alam melepas 500 - 800 juta ton metan ke atmosfir tiap tahun dan ini mewakili 0,5% bahan organik yang dihasilkan oleh proses fotosintesis (Kirsop, 1984; Sahm, 1984). Bakteri metanogen terjadi secara alami didalam sedimen yang dalam atau dalam pencernaan herbivora. Kelompok ini dapat berupa kelompok bakteri gram positip dan gram negatif dengan variasi yang banyak dalam bentuk. Mikroorganime metanogen tumbuh secara lambat dalam air limbah dan waktu tumbuh berkisar 3 hari pada suhu 35oC sampai dengan 50 hari pada suhu 10oC.

Bakteri metanogen dibagi menjadi dua katagori, yaitu :

  1. Bakteri metanogen hidrogenotropik (seperti : chemolitotrof yang menggunakan hidrogen) merubah hidrogen dan karbon dioksida menjadi metan.

    CO2 + 4H2 ---> CH4 + 2H2O

                                                   Metan

    Bakteri metanogen yang menggunakan hidrogen membantu memelihara tekanan parsial yang sangat rendah yang dibutuhkan untuk proses konversi asam volatil dan alkohol menjadi asetat (speece, 1983).

  2. Bakteri metanogen Asetotropik, atau biasa disebut sebagai bakteri asetoklastik atau bakteri penghilang asetat, merubah asam asetat menjadi metan dan CO2.

    CH3COOH ---> CH4 + CO2

    Bakteri asetoklastik tumbuh jauh lebih lambat (waktu generasi = beberapa hari) dari pada bakteri pembentuk asam (waktu generasi = beberapa jam). Kelompok ini terdiri dari dua kelompok, yaitu : Metanosarkina (Smith dan Mah, 1978) dan Metanotrik (Huser et al., 1982). Selama penguraian termofilik (58oC) dari limbah lignosellulosik, Metanosarkina adalah bakteri asetotropik yang ditemukan dalam bioreaktor. Sesudah 4 minggu, Metanosarkina (m mak = 0,3 tiap hari; Ks = 200 mg/l) digantikan oleh Metanotrik (m mak = 0,1 tiap hari; Ks = 30 mg/l).

    Kurang lebih sekitar 2/3 metan dihasilkan dari konversi asetat oleh metanogen asetotropik. Sepertiga sisanya adalah hasil reduksi karbon dioksida oleh hidrogen (Mackie dan Bryant, 1984). Diagram neraca masa pada penguraian zat organik komplek menjadi gas methan secara anaerobik ditujukkan seperti pada gambar 8.



    Gambar 8 : Neraca masa pada proses penguraian anaerobik (fermentasi methan).

Secara umum klasifikasi bakteri metanogen dapat dilihat pada Tabel 3. (Balch et al, 1979). Metanogen dikelompokkan menjadi tiga order: Metanobakteriales (contoh : Metanobakterium, Metanobreviater, Metanotermus), Metanomikrobiales (contoh : Metanomikrobium, Metanogenium, Metanospirilium, Metanosarkina, dan Metanokokoid), dan Metanokokales (contoh : Metanokokkus). Paling sedikit ada 49 spesies metanogen yang telah didiskripsi (Vogels et al., 1988). Koster (1988) telah mengkompilasi beberapa bakteri metanogen yang telah diisolasi dan masing-masing substratnya, ditunjukkan sperti pada Tabel 4.

Proses penguraian senyawa hidrokarbon, lemak dan protein secara biologis menjadi methan di kondisi proses anaaerobik secara umum ditunjukkan seperti pada gambar 9, 10 dan 11.

Tabel 3 : Klasifikasi Metanogen

Order Famili Genus Spesies
Methanobacteriales Methanobacteriaceae Methanobacterium

 

 

 

 

Methanobrevibacter

M. formicicum

M. bryanti

M. thermoautotrophicum

M. ruminantium

M. arboriphilus

M. smithii

M. vannielli

Methanococcales

Methanococcaceae

Methanococcus

 

Methanomicrobium

M. voltae

 

M. mobile

methanomicrobiales

Methanomicrobiaceae

Methanogenium

 

 

Methanospillum

M. cariaci

M. marisnigri

M. hungatei

M. barkeri

 

Methanosarcinaceae

Methanosarcina

M. mazei


Dari : Balch et al., 1979.




Gambar 9 : Proses penguraian senyawa hidrokarbon secara anaerobik menjadi methan.




Gambar 10 : Proses penguraian senyawa lemak secara anaerobik menjadi methan.




Gambar 11 : Proses penguraian senyawa protein secara anaerobik.

Tabel 4: Metanogen terisolasi dan Subtratnya

Bakteri

Subtrat

Methanobacterium bryantii

H2

M. formicicum

H2 dan HCOOH

M. thermoautotrophicum

H2

m. alcaliphilum

H2

Methanobrevibacter arboriphilus

H2

M. ruminantium

H2 dan HCOOH

M. smithii

H2 dan HCOOH

Methanococcus vannielii

H2 dan HCOOH

M. voltae

H2 dan HCOOH

M. deltae

H2 dan HCOOH

M. maripaludis

H2 dan HCOOH

M. jannaschii

H2

M. thermolithoautotrophicus

H2 dan HCOOH

M. frisius

 

Methanomicrobium mobile

H2 dan HCOOH

M. paynteri

H2

Methanospirillum hungatei

H2 dan HCOOH

Methanoplanus limicola

H2 dan HCOOH

M. endosymbiosus

H2

Methanogenium cariaci

H2 dan HCOOH

M. marisnigri

H2 dan HCOOH

M. tatii

H2 dan HCOOH

M. olentangyi

H2

M. thermophilicum

H2 dan HCOOH

M. bourgense

H2 dan HCOOH

M. aggregans

H2 dan HCOOH

Methanoccoides methylutens

CH3NH2 dan CH3OH

Methanotrix soehngenii

CH3COOH

M. conilii

CH3COOH

Methanothermus fervidus

H2

Methanolobus tindarius

CH3OH, CH3NH2, (CH3)2NH, dan (CH3)3N

Methanosarcina barkeri

CH3OH, CH3COOH, H2, CH3NH2, (CH3)2NH, dan (CH3)3N

Methanosarcina themophila

CH3OH, CH3COOH, H2, CH3NH2, (CH3)2NH, dan (CH3)3N


Sumber : Koster (1988).
4.2. Proses Pengolahan Lanjut

           Proses pengolahan lanjut ini dilakukan dengan sistem biofilter anaerob-aerob. Pengolahan air limbah dengan proses biofilter anaerob-aerob terdiri dari beberapa bagian yakni bak pengendap awal, biofilter anaerob (anoxic), biofilter aerob, bak pengendap akhir, dan jika perlu dilengkapi dengan bak kontaktor khlor. Air limbah yang berasal dari proses penguraian anaerob (pengolahan tahap perama) dialirkan ke bak pengendap awal, untuk mengendapkan partikel lumpur, pasir dan kotoran lainnya. Selain sebagai bak pengendapan, juga berfungasi sebagai bak pengontrol aliran, serta bak pengurai senyawa organik yang berbentuk padatan, sludge digestion (pengurai lumpur) dan penampung lumpur.

           Air limpasan dari bak pengendap awal selanjutnya dialirkan ke bak kontaktor anaerob dengan arah aliran dari atas ke dan bawah ke atas. Di dalam bak kontaktor anaerob tersebut diisi dengan media dari bahan plastik atau kerikil/batu split. Jumlah bak kontaktor anaerob ini bisa dibuat lebih dari satu sesuai dengan kualitas dan jumlah air baku yang akan diolah. Penguraian zat-zat organik yang ada dalam air limbah dilakukan oleh bakteri anaerobik atau facultatif aerobik Setelah beberapa hari operasi, pada permukaan media filter akan tumbuh lapisan film mikro-organisme. Mikroorganisme inilah yang akan menguraikan zat organik yang belum sempat terurai pada bak pengendap.

           Air limpasan dari bak kontaktor anaerob dialirkan ke bak kontaktor aerob. Di dalam bak kontaktor aerob ini diisi dengan media dari bahan kerikil, plastik (polyethylene), batu apung atau bahan serat, sambil diaerasi atau dihembus dengan udara sehingga mikro organisme yang ada akan menguraikan zat organik yang ada dalam air limbah serta tumbuh dan menempel pada permukaan media. Dengan demikian air limbah akan kontak dengan mikro-orgainisme yang tersuspensi dalam air maupun yang menempel pada permukaan media yang mana hal tersebut dapat meningkatkan efisiensi penguraian zat organik, deterjen serta mempercepat proses nitrifikasi, sehingga efisiensi penghilangan ammonia menjadi lebih besar. Proses ini sering di namakan Aerasi Kontak (Contact Aeration). Dari bak aerasi, air dialirkan ke bak pengendap akhir. Di dalam bak ini lumpur aktif yang mengandung massa mikroorganisme diendapkan dan dipompa kembali ke bagian inlet bak aerasi dengan pompa sirkulasi lumpur. Sedangkan air limpasan (over flow) dialirkan ke bak khlorinasi. Di dalam bak kontaktor khlor ini air limbah dikontakkan dengan senyawa khlor untuk membunuh mikroorganisme patogen. Air olahan, yakni air yang keluar setelah proses khlorinasi dapat langsung dibuang ke sungai atau saluran umum. Dengan kombinasi proses anaerob dan aerob tersebut selain dapat menurunkan zat organik (BOD, COD), ammonia, deterjen, padatan tersuspensi (SS), phospat dan lainnya. Dengan adanya proses pengolahan lanjut tersebut konsentrasi COD dalam air olahan yang dihasilkan relatif rendah yakni sekitar 60 ppm.

Proses pengolahan lanjut dengan sistem Biofilter Anaerob-Aerob ini mempunyai beberapa keuntungan yakni :

Keunggulan Proses Biofilter Anaerob-Aerob

           Beberapa keunggulan proses pengolahan air limbah dengan biofilter anaerb-aerob antara lain yakni : pengelolaannya sangat mudah, biaya operasinya rendah, dibandingkan dengan proses lumpur aktif, Lumpur yang dihasilkan relatif sedikit, dapat menghilangkan nitrogen dan phospor yang dapat menyebabkan euthropikasi, suplai udara untuk aerasi relatif kecil, dapat digunakan untuk air limbah dengan beban BOD yang cukup besar, dan dapat menghilangan padatan tersuspensi (SS) dengan baik.

V. UJI COBA ALAT PENGOLAHAN AIR LIMBAH INDUTRI TAHU-TEMPE "KOMBINASI BIOFILTER ANAEROB-AEROB"

5. 1. Disain Proses Pengolahan

           Air limbah yang diolah berasal dari empat pengrajin dengan total debit sekitar 10-16 M3/hari. Air limbah dari masing-masing pengrajin sebelum masuk ke unit alat pengolahan air limbah terlebih dahulu di alirkan ke bak kontrol, selanjutnya air limbah dialirkan ke saluran pengumpul, dan kemudian masuk ke bak pengurai anaerobik melalui bagian tengah bak. Di dalam bak pengurai anaerobik air limbah masuk pada bagian tengah bak dengan arah aliran dari atas ke bawah dan keluar dari sebelah pinggir bak dengan arah aliran dari bawah ke atas (Up Flow). Air limpasan limpasan dari bak pengurai anaerob dikumpulkan melalui pipa berlubang-lubang dan dialirkan ke unit pengolahan lanjut.

           Unit reaktor pengolahan lanjut terdiri dari 5 (lima) buah ruangan, yakni ruangan pertama adalah bak pengendapan awal yang berfungsi untuk mengendapkan partikel-partikel tersuspesi yang masih terbawa dan juga sebagai bak pengurai. Ruangan ke dua dan ke tiga merupakan biofilter yang berisi media dari media plastik sarang tawon yang merupakan zona anaerob (tanpa udara). Air limbah masuk ke ruangan ke dua melalui bagian atas dengan arah aliran dari atas ke bawah dan kemudian masuk ke rungan ke tiga dengan arah aliran dari bawah ke atas. Selanjutnya air limpasan dari ruangan ke tiga (zona anaerob) masuk ke ruangan ke empat melalui weir pada bagian atas. Di dalam ruangan ke empat tersebut juga diisi dengan media plastik sarang tawon sambil dihembus dengan udara. Udara yang digunakan disuplai dengan menggunakan blower dengan daya listrik 60 watt. Ruangan ke empai ini disebut dengan zona aerobik. Dari zona aerobik air limbah masuk ke ruangan ke lima melalui bagian bawah. Ruangan ke lima tersebut berfungsi sebagai bak pengendapan akhir. Air limbah pada bak pengendapan akhir sebagian disirkulasikan kembali ke rungan pertama atau bak pengendapan awal dengan menggunakan pompa celup 25 watt. Air limpasan dari bak pengedapan akhir adalah merupakan air olahan yang dapat sudah dapat dibuang ke saluran umum.

5. 2. Peralatan

           Rancangan alat pengolahan air limbah tahu-tempe dengan sistem kombinasi biofilter anerob-aerob, kapasitas pengolahan 6-10 m3/hari yang akan di terapkan di PIK Tahu-Tempe Semanan, Jakarta Barat, terdiri dari dua buah bak yakni bak pengurai anerob dan bak pengolahan lanjut. Spesifikasi teknis alat adalah sebagai berikut :

Bak Pengurai Anaerob

Dimensi: 100 cm x 100 cm x 220 cm Diameter inlet: 4 "
Diameter Outlet: 4 "
Lubang Kontrol: 25 cm X 25 cm ( jumlah 3 buah)
Bahan: Fiberglass
Waktu Tinggal: 5-8 jam
Disain bak pengurai anaerob ditunjukkan seperti pada Gambar 12.a, 12.b dan 12.c.



Gambar 12.a : Bak pengurai anaerob, tampak atas.




Gambar 12.b : Bak pengurai anaerob, potongan melintang A-A.




Gambar 12.c : Bak pengurai anaerob, potongan B-B.
Bak Pengolahan Lanjut

Dimensi: 100 cm x 310 cm x 210 cm
Diameter inlet: 4 "
Diameter Outlet: 4 "
Lubang Kontrol: 60 cm X 60 cm ( jumlah 4 buah)
Bahan: Fiberglass (FRP)
Waktu Tinggal: 16 24 jam
Mdia Biofilter: Tipem Sarang Tawon
Bahan: PVC
Spesifik Area: + 200 M2/M3 Diameter Lubang: 2 cm
Disain bak pengolahan lanjut ditunjukkan seperti pada Gambar 13 berikut ini.



Potongan melintang



Tampak Atas

Gambar 13 : Rancangan prototipe alat pengolahan air limbah domistik dengan sistem biofilter anaerob-aerob.


Media Biofilter

Media biofilter yang digunakan untuk percobaan adalah media dari bahan PVC dengan bentuk sarang tawon. Spesifikasi teknis media biofilter yang digunakan adalah sebagai berikut :

Ukuran Modul: 30cm x 25cm x 30cm
Ukuran Lubang: 2 cm x 2 cm
Ketebalan: 0,5 mm
Luas Spesifik: + 150 m2/m3
Berat: 30-35 kg/m3
Porositas Rongga: 0,98
Warna: Hitam
Bentuk media biofilter seperti terlihat pada Gambar 14.




Gambar 14: Media plastik sarang tawon untuk pembiakan mikro-organisme untuk menguraikan zat organik.




Gambar 15 : Bak pengurai anaerob dan bak pengolahan lanjut sebelum dipasang.


5. 3. Hasil Percobaan

           Uji coba proses pengolahan dengan kondisi anaerobik dilakukan dengan tanpa proses aerasi maupun tanpa sirkulasi. Dengan demikian maka proses di dalam bak pengurai anaerobik maupun bak pengolahan lanjut berada dalam kondisi anaerob.

           Berdasarkan pengamatan secara fisik (dengan mata), pada awal proses yakni pengamatan setelah tiga hari operasi, proses penguraian sudah mulai berjalan. Hal ini dapat dilihat dari timbulnya bau yang menyengat pada bak pengurai anaerob dan juga pada bak pengolahan lanjut.

           Setelah proses berjalan berjalan sekitar dua minggu, mikroorganisme sudah mulai tumbuh atau berkembang biak di dalam reaktor. Di dalam bak pengendapan awal sudah mulai terlihat lapisan mikro organisme yang menempel pada permukaan media. Mikro orgnisme tersebut sangat membantu menguraikan senyawa organik yang ada di dalam air limbah.

           Dengan berkembang-biaknya mikro orgnisme atau bakteri pada permukaan media maka proses penguraian senyawa polutan yang ada di dalam air limbah menjadi lebih efektif. Selain itu, setelah proses berjalan beberapa tiga minggu pada permukaan media kontaktor plastik sarang tawon yang ada di dalam zona anaerob maupun zona aerob, telah diselimuti oleh lapisan mikroorganisme meskipun masih sangat tipis.. Dengan tumbuhnya lapisan mikroorganisme tersebut maka proses penyaringan padatan tersuspensi (SS) maupun penguraian senyawa polutan yang ada di dalam air limbah menjadai lebih baik. Hal ini secara fisik dapat dilihat dari air limpasan yang keluar dari zona anaerob sudah cukup jernih, dan buih atau busa yang terjadi di zona aerob (bak aerasi) sudah sangat berkurang. Sedangkan air olahan yang keluar secara fisik sudah sangat jernih. Sedangkan hasil analisa kualitas air limbah sebelum dan sesudah pengolahan., tanpa proses tanpa aerasi dapat dilihat pada tabel 5.

Tabel 5 : Hasil analisa air sebelum dan sesudah Pengolahan secara anaerob

No PARAMETER KONSENTRASI AIR LIMBAH (mg/l) KONSENTRASI AIR OLAHAN (mg/l) EFISIENSI(%)

1

BOD

334.75

85

74.5

2

COD

1826

450

75.4

3

Organik (KMnO4)

-

-

-

4

Total SS (suspended solids)

250

40

84

5

NH4-N

79.45

-

-

6

Nitrit

ttd

-

-

7

Nitrat

0.24

-

-

8

Sulfida

9.11

4.10

55

9

Sulfat

ttd

28.6

-

10

pH

7,0

7.4

-


Setelah operasi berjalan 4 minggu


           Dari hasil analisa kualitas air limbah sebelum dan sesudah pengolahan pada kondisi proses tanpa aerasi menunjukkan bahwa dengan proses secara anaerobik didapatkan efisiensi penghilangan BOD 74,5 %, COD 75,4 % dan efisiensi penghilangan padatan tersuspensi (SS) 84 %.

           Jika dilakukan kombinasi proses anaerobik dan aerobik, proses pengolahan akan berjalan lebih baik. Dari hasil uji coba kombinasi proses pengolahan anaerobik-aerobik, dapat menurunkan konsentrasi BOD dari 585 mg/lt menjadi 62 mg/l, COD turun dari 1252 mg/l menjadi 148 mg/lt, dan padatan tersuspensi SS) turun dari 429 mg/lt menjadi 26 mg/lt. Dengan kombinasi proses biofilter anaerob-aerob didapatkan efisiensi penghilangan BOD 89,4 %, COD 88,2 % dan SS 94 % ( Tabel 6).

Tabel 6 : Hasil analisa air sebelum dan sesudah pengolahan dengan proses anaerob-aerob

No

PARAMETER KONSENRASI AIR LIMBAH (mg/l) KONSENTRASI AIR OLAHAN (mg/l) EFISIENSI (%)

1

BOD

585

62

89.4

2

COD

1252

148

88.2

3

Organik (KMnO4)

-

-

 

4

Total SS (suspended solids)

429

26

94

5

NH4-N

33,03

15,6

53

5

pH

7.4

8.2

-


Setelah proses berjalan 2 bulan.
VI. PENUTUP

           Beberapa keunggulan proses pengolahan air limbah dengan biofilter anaerb-aerob antara lain yakni pengeoperasiannya sangat mudah dan biaya operasinya rendah, lumpur yang dihasilkan relatif sedikit, dapat menghilangkan nitrogen dan phospor yang dapat menyebabkan euthropikasi, suplai udara untuk aerasi relatif kecil, dapat digunakan untuk air limbah dengan beban BOD yang cukup besar, dan dapat menghilangan padatan tersuspensi (SS) dengan baik. Untuk kapasitas pengolahan air limbah 10 M3 /hari hanya membutuhkan energi listrik untuk blower udara 40 watt dan untuk pompa sirkullasi 25 watt.

LAMPIRAN

A. Pengembangan Percontohan Alat

           Percontohan unit alat pengolahan air limbah industri tahu-tempe dibangun di lokasi Pusat Industri Kecil Tahu-tempe, Semanan, Jakarta Barat. Unit percontohan alat tersebut digunakan untuk mengolah air limbah yang bersasak dari empat pengrajin tempe. Kapsaitas pengolahan adalah 6-10 M3/hari.



Bak pengurai anaerob sebelum dipasang.




Bak pengurai anaerob bagian atas..




Konstruksi bagian inlet pada bak pengurai anaerob.




Konstruksi bagian outlet dan bagian dalam pada bak pengurai anaerob.




Bak rekator pengolahan lanjut.




Inlet pada bak rekator pengolahan lanjut.




Lubang kontrol pada bak rekator pengolahan lanjut.




Konstruksi bagian dalam bak rekator pengolahan lanjut.








Pemasangan bak pengurai anaerob dan bak rekator pengolahan lanjut.






Media untuk pembiakan mikroorganisme dari bahan PVC dengan bentuk sarang tawon




Blower dan pompa sirkulasi


B. Desain Alat Pengolahan Limbah Tahu Tempe Kombinasi Biofilter Anaerob-Aerob Di PIK SEMANAN-JAKARTA BARAT

Salah satu contoh rancangan alat pengolahan air limbah tahu-tempe dengan sistem kombinasi biofilter anerob-aerob, kapasitas pengolahan 864 m3 /hari yang akan di terapkan di PIK Tahu-Tempe Semanan, Jakarta Barat ditunjukkan seperti pada gambar di bawah ini :



(Tampak Atas).




Penampang melintang
Gambar Rencana instalasi pengolahan air limbah Tahu-tempe, kapsitas 864 M3/hari.




Penampang Melintang
Gambar rancangan sederhana bak pengurai Anaerob skala kecil, kapasitas 3-6 M3/hari




Penampang Melintang




Keterangan : gambar tidak menurut skala
Gambar Rancangan prototipe alat pengolahan air dengan sistem biofilter anaerob-aerob, kapasitas 3-6 M3/hari.


INFORMASI SELENGKAPNYA HUBUNGI :

Nusa Idaman Said, Haryoto Indriatmoko, Nugro Raharjo, Arie Herlambang

Kelompok Teknologi Pengelolaan Air Bersih dan Limbah Cair
Direktorat Teknologi Lingkungan
Kedeputian Bidang Teknologi Informasi, Energi dan Material
Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi

Jl. M.H. Thamrin No. 8, Jakarta Pusat
Telp. 3169769, 3169770
Fax. 3169760

Email : air@server.enviro.bppt.go.id