MODUL VI
Pengelolaan Limbah Cair
Oleh : Ir. Henny Gambiro, M.Si.
6.1. Pembukaan
6.1.1. Tujuan pembelajaran
Mahasiswa memahami materi yang meliputi, proses pencemaran dalam lingkungan, tindakan mengatasi pencemaran air, karakteristik air limbah, sistem dan pola pengaliran air limbah, pengolahan dan instalasi pengolahan air limbah.
6.1.2. Manfaat Pembelajaran
Mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan proses-proses terjadinya pencemaran air, perlunya pengelolaan air limbah
6.2. Isi Pelajaran
6.2.1. Pencemaran Lingkungan air
Pencemaran air adalah penyimpangan sifat-sifat air dari keadaan normal, bukan dari kemurniannya. Air yang tersebar di alam semesta ini tidak pernah terdapat dalam bentuk murni, namun bukan berarti bahwa semua air sudah tercemar. Misalnya, walaupun di daerah pegunungan atau hutan yang ber-udara bersih dan bebas pencemaran, air hujan yang turun diatasnya selalu mengandung bahan-bahan terlarut, seperti CO2, O2 dan N2, serta bahan-bahan tersuspensi, seperti debu dan partikel-partikel lainnya yang terbawa air hujan dari atmosfir.
- Air permukaan dan air sumur pada umumnya mengandung bahan-bahan metal terlarut, seperti Na, Mg, Ca dan Fe. Air yang mengandung komponen-komponen tersebut dalam jumlah banyak disebut air sadah.
- Dari contoh diatas jelaslah bahwa air yang tidak tercemar tidak selalu merupakan air murni, tetapi merupakan air yang tidak mengandung bahan asing tertentu dalam jumlah yang melebihi batas yang telah ditetapkan sehingga air tersebut dapat digunakan secara normal untuk keperluan tertentu, misalnya untuk air minum, untuk berenang, mandi, kehidupan hewan air, pengairan dan keperluan industri.
- Adanya benda-benda asing yang mengakibatkan air tersebut tidak dapat digunakan sesuai dengan peruntukannya secara normal disebut dengan pencemaran air.
- Sifat kimia-fisika air yang umum diuji dan dapat digunakan untuk menentukan tingkat pencemaran air adalah nilai pH, keasaman dan alkanitas; suhu; oksigen terlarut; karbondioksida bebas; warna dan kekeruhan; jumlah padatan; nitrat; amoniak; fosfat; daya hantar; klorida.
Nilai pH, keasaman dan alkalinitas
- Nilai pH air yang normal adalah antara 6,00 - 8,00, sedangkan air yang tercemar, misalnya air limbah (buangan), berbeda-beda tergantung pada jenis limbahnya. Air yang masih segar dari pegunungan biasanya mempunyai pH yang lebih tinggi. Semakin lama pH air akan menurun menuju kondisi asam. Hal ini disebabkan bertambahnya bahan-bahan organik yang membebaskan CO2 jika mengalami penguraian.
- Air limbah industri bahan anorganik pada umumnya mengandung asam mineral dalam jumlah tinggi sehingga keasamannya juga tinggi atau pHnya rendah. Adanya komponen besi sulfur (FeS2) dalam jumlah banyak di dalam air akan membentuk H2SO4 dan besi (Fe) yang larut. Perubahan keasaman pada air limbah, baik kearah alkali (pH naik) maupun kearah asam (pH turun), akan sangat mengganggu kehidupan ikan dan hewan air. Selain itu, air limbah yang memiliki pH rendah bersifat sangat korosif yang mengakibatkan besi menjadi berkarat.
- Alkalinitas berkaitan dengan kesadahan air, yang merupakan salah satu sifat air. Adanya ion kalsium (Ca) dan magnesium (Mg) di dalam air akan mengakibatkan sifat kesadahan air tersebut. Garam-garam ini terdapat dalam bentuk karbonat, sulfat, klorida, fosfat dan lain-lain. Air dengan tingkat kesadahan yang terlalu tinggi dapat menyebabkan korosi pada alat yang terbuat dari bahan besi, menyebabkan sabun kurang berbusa, sehingga meningkatkan konsumsi sabun dan dapat menimbulkan kerak atau endapan pada tempat pengolahan. Oleh karena itu air yang digunakan untuk industri seharusnya kesadahannya dihilangkan terlebih dahulu.
Suhu
- Air sering digunakan sebagai medium pendingin dalam berbagai proses industri. Air pendingin tersebut setelah digunakan akan mendapat panas dari bahan yang didinginkan, kemudian kembali ke tempat asalnya, yaitu sungai atau sumber air lainnya. Air buangan tersebut mungkin memiliki suhu lebih tinggi daripada air asalnya.
- Naiknya suhu air akan menimbulkan akibat menurunnya jumlah oksigen terlarut dalam air, meningkatkan kecepatan reaksi kimia, mengganggu kehidupan ikan dan biota air lainnya, bahkan jika batas suhu yang mematikan terlampaui, komponen biotik air tersebut akan mati.
- Ikan yang hidup di dalam air yang mempunyai suhu relatif tinggi akan mengalami kecepatan respirasi, disamping itu suhu yang tinggi juga akan menurunkan jumlah oksigen yang terlarut di dalam air, sehingga biota air akan mati kekurangan oksigen.
Oksigen terlarut
- Oksigen adalah gas tak berbau, tidak berasa dan hanya sedikit larut dalam air. Oksigen terlarut inilah yang merupakan tempat bergantungnya kehidupan dalam air baik tumbuhan maupun hewan, sehingga kadar oksigen terlarut dapat dijadikan ukuran untuk menentukan oksigen terlarut. Kehidupan dalam air dapat bertahan jika terdapat oksigen terlarut minimal sebanyak 5 ppm (5 part per million atau 5 mgr oksigen untuk setiap liter air), selebihnya bergantung pada ketahanan organisme, derajat keaktifan, kehadiran bahan pencemar, suhu air dan sebagainya.
- Oksigen terlarut dapat berasal dari proses fotosintesis tanaman air dan dari atmosfir. Jika oksigen terlarut terlalu rendah, maka organisme aerob mungkin akan mati dan organisme anaerob akan menguraikan bahan organik dan menghasilkan bahan seperti metana dan hydrogen sulfida. Zat inilah yang menyebabkan air berbau busuk.
- Pengujian yang berhubungan dengan kandungan oksigen dalam air, yang dibedakan atas uji BOD (biological oxygen demand) dan uji COD (chemical oxygen demand).
- BOD menunjukkan jumlah oksigen terlarut yang dibutuhkan oleh organisme hidup untuk menguraikan atau mengoksidasi bahan buangan dalam air. Jika konsumsi oksigen tinggi, yang ditunjukkan dengan semakin kecilnya sisa oksigen terlarut dalam air, maka berarti kandungan bahan buangan yang membutuhkan oksigen adalah tinggi. Organisme hidup yang bersifat aerobik membutuhkan oksigen untuk proses reaksi biokimia.
- Untuk mengetahui jumlah bahan organik di dalam air dapat dilakukan suatu uji yang lebih cepat dari uji BOD, yaitu berdasarkan reaksi kimia dari suatu oksidan. Uji ini disebut sebagai uji COD, yaitu suatu uji yang menentukan jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh suatu bahan oksidan, misalnya kalium dikromat, untuk mengoksidasi bahan-bahan organik yang terdapat dalam air
Warna dan kekeruhan
- Warna air yang terdapat di alam sangat bervariasi, misalnya air di rawa-rawa berwarna kuning, coklat atau kehijauan. Air sungai biasanya berwarna kuning kecoklatan karena mengandung lumpur. Air limbah yang mengandung besi (Fe) dalam jumlah banyak berwarna coklat kemerahan. Warna air yang tidak normal biasanya merupakan indikasi terjadinya pencemaran air.
- Warna air dapat dibedakan atas dua macam, yaitu warna asli (true color) yang diakibatkan bahan-bahan terlarut, dan warna semu (apparent color) yang selain diakibatkan oleh bahan terlarut, juga karena bahan tersuspensi, termasuk diantaranya yang bersifat koloid.
- Kekeruhan menunjukkan sifat optis air, yang mengakibatkan pembiasan cahaya ke dalam air. Kekeruhan membatasi masuknya cahaya ke dalam air, yang terjadi karena adanya bahan yang terapung, dan terurainya zat tertentu, seperti bahan organik, jasad renik, lumpur, tanah liat dan benda lain yang melayang atau terapung dan sangat halus sekali. Semakin keruh airnya semakin tinggi daya hantar listriknya dan semakin banyak pula padatannya
Padatan
- Padatan dalam air terdiri dari padatan organik dan anorganik yang terlarut, mengendap maupun tersuspensi. Bahan ini akan mengendap pada dasar air yang lambat laun akan menyebabkan pendangkalan pada tempat penerima. Akibat lain dari padatan ini adalah tumbuhnya tanaman air tertentu dan dapat menyebabkan racun bagi mahluk lain. Banyaknya padatan menunjukkan banyaknya lumpur yang terkandung dalam air
- Pada dasarnya lingkungan air yang tercemar selalu mengandung padatan, yang dapat dibedakan menjadi empat kelompok berdasarkan besar partikel dan sifat-sifat lainnya, terutama kelarutannya, yaitu padatan terendap (sedimen), padatan tersuspensi, padatan terlarut total, minyak dan lemak.
- Padatan terendap (sedimen) yaitu padatan yang dapat langsung mengendap jika air tidak terganggu untuk beberapa saat. Adanya sedimen dalam jumlah banyak dalam air akan sangat merugikan, karena dapat mengakibatkan penyumbatan saluran air dan selokan, dan dapat pula mengendap di dalam bak penampung air sehingga mengurangi volume air yang dapat ditampung dalam bak tersebut. Endapan dapat mengurangi populasi ikan dan biota air lainnya karena telur-telur ikan dan sumber makanan mungkin terendam dalam sedimen. Sedimen mengurangi penetrasi sinar ke dalam air sehingga akan mengurangi kecepatan fotosintesis, dan sedimen mengakibatkan kekeruhan.
- Padatan tersuspensi adalah padatan yang menyebabkan kekeruhan air, tidak terlarut dan tidak langsung mengendap, terdiri dari partikel yang ukuran maupun beratnya lebih kecil dari sedimen, misalnya tanah liat, sel-sel mikroorganisme. Air permukaan mengandung tanah liat dalam bentuk suspensi, dapat bertahan sampai berbulan-bulan, kecuali jika keseimbangannya terganggu oleh zat lain, sehingga mengakibatkan terjadinya penggumpalan yang kemudian diikuti dengan pengendapan.
- Padatan terlarut adalah padatan yang memiliki ukuran yang lebih kecil dari padatan tersuspensi. Padatan ini larut dalam air, misalnya air limbah pabrik gula, atau air limbah industri kimia yang mengandung mineral seperti merkuri (Hg), timbal (Pb), arsenik (As), kadmium (Cd), chromium (Cr), nikel (Ni), serta garam magnesium dan kalsium yang mempengaruhi kesadahan air.
Air merupakan kebutuhan utama dalam kehidupan sehari-hari. Untuk keperluan industri air berfungsi sebagai pendingin mesin, bahan baku maupun sebagai sarana pembersih (penggelontor limbah). Air juga diperlukan untuk usaha-usaha pertanian, perikanan, olah raga, rekreasi, pemadam kebakaran dan lain sebagainya.
Dalam dunia kesehatan lingkungan, air dapat menjadi faktor perpindahan atau penularan penyebab penyakit (agent), atau membawa penyebab penyakit non microbial seperti bahan-bahan toxic yang dikandungnya. Melalui media air, dapat juga terjadi peracunan logam
6.2.2. Limbah cair
Limbah cair merupakan air bekas yang sudah tidak terpakai lagi sebagai hasil dari berbagai kegiatan manusia sehari-hari. Air limbah domestik adalah air limbah yang bukan berasal dari kegiatan industri. Limbah biasanya dibuang ke alam yaitu dalam tanah atau ke badan perairan
6.2.3. Jenis dan macam limbah cair
Jenis dan macam limbah cair dikelompokan berdasarkan sumber penyebab air limbah, yang secara umum terdiri
- limbah domestik. Air yang berasal dari kegiatan penghunian (rumah tinggal, hotel, sekolah, kampus, perkantoran, pasar, pertokoan, dan fasilitas umum). Yang dapat dikelompokan menjadi air buangan kamar mandi, air buangan wc, dan air buangan dapur dan cuci
- limbah industri. Air yang berasal dari kegiatan industri (logam, tekstil, kulit, makanan, minuman, kimia, dll)
- air limbah limpasan dan rembesan air hujan. Yaitu air yang melimpas di atas permukaan tanah dan meresap ke dalam tanah sebagai akibat terjadinya hujan
-
6.2.4. Kuantitas air limbah
Banyaknya air limbah dipengaruhi oleh hal-hal sbb :
- jumlah air bersih yang dibutuhkan per kapita, yang pada umumnya diperkirakan berkisar 60 % - 70% dari banyaknya air bersih yang dibutuhkan
- keadaan masyarakat dan lingkungan, yang dapat dibedakan berdasarkan tingkat perkembangan suatu daerah (kota, urban, dan pedesaan), daerah yang mengalami kekeringan, pola hidup masyarakat (di Jawa barat dengan kolam ikannya, di kalimantan dengan jamban apungnya)
- keserempakan pembuangan air limbah yang tidak sama antara sumber satu dengan lainnya se tiap hari. Beberapa besaran air buangan limbah yang sering digunakan dalam perencanaan adalah sbb:
Amerika …………………… 100 - 200 liter/orang/hari
Eropa …………………… 40 - 225 liter/orang/hari
Indonesia …………………… 100 -150 liter/orang/hari
Limbah industri ……………… 50 liter/orang/hari
- Air limbah yang akan masuk pipa harus digelontor air bersih yang banyaknya sama atau lebih dari limbahnya, yang dimaksudkan agar aliran dalam pipa dapat selalu lancar karena sedimentasi yang terjadi dapat dihilangkan pada saat penggelontoran, dan dengan penggelontoran, maka kepekatan air limbah akan berkurang
- untuk menghitung debit air limbah domestik dapat dilakukan melalui 2 cara, yaitu dengan perhitungan yang berdasarkan pada debit air limbah domestik per kapita sebesar 150 liter/orang/hari, atau dengan perhitungan yang berdasarkan debit air bersih rata-rata, yaitu 1 liter/detik/1000 orang.
6.2.5. Kualitas air limbah
Kualitas air limbah dapat diketahui melalui karakteristiknya, sbb :
Sifat fisik
- bahan padat : terapung, tersuspensi, terlarut dan mengendap. Yang mengendap terdiri dari pasir dan lumpur kasar, lumpur halus dan lumpur koloid
- warna : coklat muda (berumur 6 jam), abu-abu tua (merupakan air limbah yang sedang mengalami pembusukkan), hitam (air limbah sudah membusuk akibat bakteri anaerob)
- bau : terasa bau tidak sedap saat air limbah pada kondisi anaerob
- suhu : suhu air limbah biasanya lebih tinggi dari air bersih
Sifat kimia
- organik : minyak, lemak, protein, dan karbonat
- anorganik : sulfat, chlorida, nitrogen, fosfor, belerang dan logam berat (Fe, Al, Mn, Mg dan Pb)
- gas-gas : hirogen sulfida, karbon dioksida, oksigen, dan metan
Sifat biologis
Berbagai jenis organisme terdapat di dalam air limbah, yang dapat diklasifikasikan dalam kelompok binatang (bertulang belakang dan jenis kerang-kerangan), tumbuhan (lumut dan pakis), protista (bakteri, mikroorganisme)
6.2.6. Dekomposisi air limbah
Air limbah yang dibuang ke alam akan mengalami proses dekomposisi alami yang dilakukan oleh mikroorganisme baik organik yang terdapat dalam air limbah untuk menjadi bahan yang stabil dan diterima oleh lingkungan. Namun alam yang memperbaikinya memiliki keterbatasan dalam melakukan proses tersebut apabila jumlah limbah yang dibuang melebihi kemampuannya (dayadukungnya)
Dekomposisi secara aerobik
- Bahan organik terlarut diuraikan oleh bakteri aerob menjadi energi, gas, bakteri baru dan bahan buangan akhir yang stabil seperti karbon dioksida, nitrat (NO3), sulfat (SO4)
- Proses perombakan biologis dilakukan oleh bakteri aerob untuk mengoksidasi bahan organik terlarut terurai secara lengkap. Agar proses berjalan dengan baik, maka diperlukan oksigen dalam jumlah cukup banyak
Dekomposisi secara anaerobic
- Bahan organik terlarut akan dirombak oleh bakteri anaerob menjadi senyawa organik sederhana, seperti karbondioksida (CO2), metan (CH4), hydrogen sulfida (H2S), amonia (NH3)
- Dalam proses ini air menjadi berbau, keruh, kotor, serta terjadi pengendapan lumpur.
6.2.7. Sistem dan pola pengaliran air limbah
- Untuk menangani air limbah domestik secara komunal diperlukan saluran air limbah yang dapat mengalirkannya mulai dari sumber limbah sampai ke instalasi pengolah air limbah (IPAL). Saluran air limbah tersebut berupa jaringan pipa yang ditanam di bawah permukaan tanah kota. Jaringan ini sering disebut dengan riool kota.
- Hal spesifik yang perlu diperhatikan dalam riool kota adalah :
1. pipa saluran air limbah menjadi satu kesatuan dalam jaringan pipa air limbah yang semuanya tertanam dibawah permukaan tanah
2. dimensi pipanya besar (untuk menampung air limbah dan air penggelontor)
3. pada tempat pertemuan pipa harus ada bak kontrol yang dapat digunakan oleh petugas untuk masuk ke jalan inspeksi
Jenis pipa yang digunakan biasanya terbuat dari galvanis ironpipe, baja tuang, keramik, tanah liat, beton cor atau PVC
6.2.8. Pengolahan air limbah
Bangunan pengolahan air limbah domestik yang dilakukan secara individu terdiri dari tangki septic (septic tank) dan bangunan peresapan
Septic tank
Septictank berfungsi sebagai penampung air kotor (bahan organic) langsung dari wc dan urinoir. Di dalam tangki tersebut air limbah mengalami proses pembusukan (penguraian) oleh mikroorganisme selama tiga hari yang terjadi secara aerobic (memerlukan O2) dan anaerobic (tidak membutuhkan O2). Beberapa ketentuan yang perlu diperhatikan dalam perencanaan tangki septic, adalah :
- dimensi tangki ditentukan oleh jumlah pemakai
- jumlah air kotor per kapita adalah 25 liter/hari/orang
- waktu tinggal air kotor dalam tangki adalah 3 hari
- gerak aliran air limbah pada saat masuk ke dan keluar dari tangki septic arahnya vertikal, sedangkan gerak aliran di dalam tangki arahnya horizontal yang merupakan arah gerakan aliran penting dalam proses pembusukan selama 3 hari (diusahakan agar alirannya mengikuti bagian memanjang dari bangunan tangki septik)
- septic tank memiliki dimensi dalam minimum 1,50 m, dimensi panjang minimum 1,00 m, dimensi lebar minimum 0,75 m (dengan perbandingan panjang dan lebar adalah 3 : 2)
Bangunan peresapan
Ada 2 (dua) jenis bangunan peresapan yang sering digunakan, yaitu :
- peresapan memanjang. Tipe ini digunakan pada daerah yang memiliki muka air tanahnya tinggi (dangkal) dengan kedalaman sampai dengan 2,5 m dari muka tanah, dan areal lahan yang tersedia untuk jenis peresapan ini harus tersedia cukup luas
- peresapan sumuran. Tipe ini digunakan pada daerah yang memiliki muka air tanah yang cukup dalam (kedalaman melebihi 2,5 m dari muka tanah), areal lahan yang diperlukan untuk peresapan sumuran ini tidak terlalu luas.
6.2.9. Instalasi pengolahan air limbah
Proses pengolahan air limbah domestik dilakukan secara bertahap, melalui :
6.2.9.1. Pengolahan primer
- penyaringan kasar.
Pada bangunan ini dilakukan penyaringan terhadap benda-benda kasar yang tercampur dalam limbah (plastik, logam, kayu, daun-daun, dll)
- penangkap pasir.
Pada bangunan ini pasir yang terbawa oleh limbah akan terendapkan
- pengendapan pertama.
Pada bangunan ini butiran halus dan partikel kasar lumpur yang terlarut dalam air limbah akan terendapkan. Diharapkan air limbah yang kerluar dari pengendapan ini sudah tidak mengandung benda kasar
6.2.9.2. Pengolahan sekunder
- pembentukan partikel lumpur.
Pertama, melalui tangki aerasi (pada tangki ini partikel yang melayang-layang diusahakan menjadi partikel lumpur yang lebih besar melalui bantuan mikroorganisme yang pertumbuhannya dipacu oleh aerasi). Kedua, melalui tangki pengendapan (diharapkan partikel yang telah terbentuk secara aktif, akan mengendap)
- Pengendapan II.
Pada bangunan ini, partikel halus yang melayang dan terlarut dalam air limbah yang masih belum terangkat pada bangunan pembentuk lumpur, akan diendapkan.
- Pengolahan lanjutan
Hasil pengolahan primer dan pengolahan sekunder adalah lumpur dan air yang keduanya dapat diproses lebih lanjut agar dapat bermanfaat. Air, yang telah melalui IPAL merupakan air baku yang dapat dimanfaatkan untuk kepentingan irigasi, air minum, industri dsb. Sedangkan lumpur, yang telah terpisah dari air limbah akan mengalami dekomposisi (secara aerob) pada tangki pembusuk lumpur (tangki Imhoff), yang akan menghasilkan lumpur untuk dijadikan pupuk, dan gas yang dapat digunakan sebagai bahan bakar.
