Kita dapat saksikan di mana-mana banyak sekali sampah dan limbah yang dibuang ke sungai sehingga menimbulkan pencemaran. Pembuangan air limbah baik yang bersumber dari kegiatan domestik maupun industri dapat menyebabkan pencemaran lingkungan apabila kualitas air limbah tidak memenuhi baku mutu limbah. Seharusnya air diolah terlebih dahulu agar tidak menimbulkan pencemaran. Dalam kimia, konsep redoks dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan lingkungan seperti pengolahan air kotor.
Redoks
adalah reaksi reduksi dan oksidasi yang berlangsung secara simultan(bersamaan).
Pengertian oksidasi dan reduksi telah mengalami perkembangan. Pada awalnya ,
reaksi oksidasi dan reduksi dikaitkan dengan pengikatan dan pelepasan oksigen.
Kemudian dikembangkan menjadi proses serah-terima electron, dan akhirnya dengan
perubahan bilangan oksidasi. Dalam artikel sederhana ini akan dibahas secara sederhana
mengenai pengolahan air kotor/limbah dengan konsep redoks.
Teknologi pengolahan air limbah
Tujuan utama
pengolahan air limbah adalah untuk mengurai kandungan bahan pencemar di dalam
air terutama senyawa organik, padatan tersuspensi, mikroba pathogen, dan
senyawa organic yang tidak dapat diuraikan oleh mikroorganisme yang terdapat di
alam. Selain itu berbagai macam parameter digunakan untuk menggambarkan keadaan
air limbah misalnya kekeruhan, zat padat tersuspensi, kandungan zat padat
terlarut, keasaman(pH), jumlah oksigen terlarut (DO), dan kebutuhan oksigen
biokimia (BOD). DO atau Dissolved oxygen adalah ukuran jumlah oksigen terlarut.
Oksigen terlarut digunakan oleh bakteri aerob dalam menguraikan sampah organic
yang terdapat di dalam air. Banyaknya oksigen yang diperlukan oleh bakteri
aerob untuk menguraikan sampah organik dalam suatu contoh air disebut BOD atau
Biochemical Oxygen Demand. Semakin banyak sampah organic dalam air, semakin
besar nilai BOD. Sebaliknya, kandungan DO akan semakin kecil.Pengolahan air
limbah tersebut dapat dibagi menjadi 5 tahap :
1. Pengolahan Awal (Pretreatment)
Tahap pengolahan ini melibatkan proses fisik yang bertujuan untuk menghilangkan padatan tersuspensi dan minyak dalam aliran air limbah. Beberapa proses pengolahan yang berlangsung pada tahap ini ialah screen and grit removal, equalization and storage, serta oil separation.
Tahap pengolahan ini melibatkan proses fisik yang bertujuan untuk menghilangkan padatan tersuspensi dan minyak dalam aliran air limbah. Beberapa proses pengolahan yang berlangsung pada tahap ini ialah screen and grit removal, equalization and storage, serta oil separation.
2.
Pengolahan Tahap Pertama (Primary Treatment)
Pada dasarnya, pengolahan tahap pertama ini masih memiliki tujuan yang sama dengan pengolahan awal. Letak perbedaannya ialah pada proses yang berlangsung. Proses yang terjadi pada pengolahan tahap pertama ialah neutralization, chemical addition and coagulation, flotation,sedimentation, dan filtration.
Pada dasarnya, pengolahan tahap pertama ini masih memiliki tujuan yang sama dengan pengolahan awal. Letak perbedaannya ialah pada proses yang berlangsung. Proses yang terjadi pada pengolahan tahap pertama ialah neutralization, chemical addition and coagulation, flotation,sedimentation, dan filtration.
3.
Pengolahan Tahap Kedua (Secondary Treatment)
Pengolahan tahap kedua dirancang untuk menghilangkan zat-zat terlarut dari air limbah yang tidak dapat dihilangkan dengan proses fisik biasa. Peralatan pengolahan yang umum digunakan pada pengolahan tahap ini ialah activated sludge.
Pengolahan tahap kedua dirancang untuk menghilangkan zat-zat terlarut dari air limbah yang tidak dapat dihilangkan dengan proses fisik biasa. Peralatan pengolahan yang umum digunakan pada pengolahan tahap ini ialah activated sludge.
Activated sludge
merupakan lumpur yang kaya akan bakteri aerob, yaitu bakteri yang dapat
menguraikan limbah organik dengan cara mengalami biodegradasi. Pengolahan ini
termasuk pengolahan biologi, karena menggunakan bantuan mikroorganisma pada
proses pengolahannya. Dalam proses ini
bakteri aerob mengubah sampah organic menjadi biomassa dan gas CO2. Sementara
nitrogen organic diubah menjadi ammonium dan nitrat, fosforus organic diubah
menjadi fosfat.
CH2O + O2 à CO2 (g) + H2O
+ biomassa
N organik à NH4+ + NO3-
P organik à H2PO4- , HPO42-
Biomassa hasil
degradasi tetar berada dalam tangki aerasi hingga bakteri mengalami pertumbuhan
cepatnya. Setelah itu akan mengalami flokulasi membentuk ppadatan yang lebih
mudah mengendap. Dari tangki pengendapan, sebagian lumpur dibuang, sebagian
lain disirkulasikan ke dalam tangki aerasi. Kombinasi antara bakteri dalam
konsentrasi tinggi dan lapar dengan jumlah nutrient yang banyak (dalam air
kotor), memungkinkan penguraian dapat berlangsung dengan cepat.
4.
Pengolahan Tahap Ketiga (Tertiary Treatment)
Proses-proses yang terlibat dalam pengolahan air limbah tahap ketiga ialah coagulation and sedimentation, filtration, carbon adsorption, ion exchange, membrane separation, serta thickening gravity or flotation.
Proses-proses yang terlibat dalam pengolahan air limbah tahap ketiga ialah coagulation and sedimentation, filtration, carbon adsorption, ion exchange, membrane separation, serta thickening gravity or flotation.
5.
Pengolahan Lumpur (Sludge Treatment)
Lumpur yang terbentuk sebagai hasil keempat tahap pengolahan sebelumnya kemudian diolah kembali melalui proses digestion or wet combustion, pressure filtration, vacuum filtration,centrifugation, lagooning or drying bed, incineration, atau landfill.
Pengolahan Lumpur (Sludge Treatment)
Lumpur yang terbentuk sebagai hasil keempat tahap pengolahan sebelumnya kemudian diolah kembali melalui proses digestion or wet combustion, pressure filtration, vacuum filtration,centrifugation, lagooning or drying bed, incineration, atau landfill.
Perlu kita semua sadari
bahwa limbah tetaplah limbah. Solusi terbaik dari pengolahan limbah pada
dasarnya ialah menghilangkan limbah itu sendiri. Produksi bersih (cleaner production) yang bertujuan
untuk mencegah, mengurangi, dan menghilangkan terbentuknya limbah langsung pada
sumbernya di seluruh bagian-bagian proses dapat dicapai dengan penerapan
kebijaksanaan pencegahan, penguasaan teknologi bersih, serta perubahan mendasar
pada sikap dan perilaku manajemen.
Penerapan
Konsep Reaksi Redoks dalam Pengolahan Limbah (Lumpur Aktif)
Salah
satu penerapan konsep reaksi redoks
dalam kehidupan sehari-hari adalah dalam bidang pengolahan limbah. Prinsip
dasar yang dipergunakan adalah teroksidasinya bahan-bahan organik maupun
anorganik, sehingga lebih mudah diolah lebih lanjut.
Limbah
merupakan salah satu pencemar lingkungan yang perlu dipikirkan cara-cara
mengatasinya. Untuk menjaga dan mencegah lingkungan tercemar akibat akumulasi
limbah yang semakin banyak, berbagai upaya telah banyak dilakukan untuk
memperoleh teknik yang tepat dan efisien sesuai kondisi lokal.
Berbagai
tipe penanganan limbah cair dengan melibatkan mikroorganisme telah dikerjakan
di Indonesia, yaitu sedimentasi, kolam oksidasi, trickling filter, lumpur aktif
(activated sludge), dan septic tank. Pada uraian ini akan kita pelajari salah
satu teknik saja, yaitu teknik lumpur aktif (activated sludge).
Proses
lumpur aktif (activated sludge) merupakan sistem yang banyak dipakai untuk
penanganan limbah cair secara aerobik. Lumpur aktif merupakan metode yang
paling efektif untuk menyingkirkan bahan-bahan tersuspensi maupun terlarut dari
air limbah. Lumpur aktif mengandung mikroorganisme aerobik yang dapat mencerna
limbah mentah. Setelah limbah cair didiamkan di dalam tangki sedimentasi,
limbah dialirkan ke tangki aerasi. Di dalam tangki aerasi, bakteri heterotrofik
berkembang dengan pesatnya. Bakteri tersebut diaktifkan
dengan adanya aliran udara (oksigen) untuk melakukan oksidasi bahan-bahan
organik. Bakteri yang aktif dalam tangki aerasi adalah Escherichia coli,
Enterobacter, Sphaerotilus natans, Beggatoa, Achromobacter, Flavobacterium, dan Pseudomonas. Bakter-bakteri tersebut membentuk gumpalan- gumpalan atau
flocs. Gumpalan tersebut melayang yang kemudian mengapung di permukaaan limbah.
Metode
lumpur aktif memanfaatkan mikroorganisme (terdiri ± 95% bakteri dan sisanya
protozoa, rotifer, dan jamur) sebagai katalis untuk menguraikan material yang
terkandung di dalam air limbah. Proses lumpur aktif merupakan proses aerasi (membutuhkan oksigen). Pada
proses ini mikroba tumbuh dalam flok (lumpur) yang terdispersi sehingga terjadi
proses degradasi. Proses ini berlangsung dalam reactor yang dilengkapi recycle/umpan balik lumpur dan
cairannya. Lumpur secara aktif mereduksi substrat yang terkandung di dalam air
limbah.
Tahapan-tahapan pengolahan air limbah
dengan metode lumpur aktif secara garis besar adalah sebagai berikut:
1. Tahap awal
Pada tahap ini dilakukan pemisahan
benda-benda asing seperti kayu, bangkai binatang, pasir, dan kerikil. Sisa-sisa
partikel digiling agar tidak merusak alat dalam sistem dan limbah dicampur agar
laju aliran dan konsentrasi partikel konsisten.
2. Tahap primer
Tahap ini disebut juga tahap
pengendapan. Partikel-partikel berukuran suspensi dan partikel-partikel ringan
dipisahkan, partikel-partikel berukuran koloid digumpalkan dengan penambahan
elektrolit seperti FeCl3, FeCl2, Al2(SO4)3,
dan CaO.
3. Tahap sekunder
Tahap sekunder meliputi 2 tahap yaitu
tahap aerasi (metode lumpur aktif) dan pengendapan. Pada tahap aerasi oksigen
ditambahkan ke dalam air limbah yang sudah dicampur lumpur aktif untuk
pertumbuhan dan berkembang biak mikroorganisme dalam lumpur. Dengan agitasi
yang baik, mikroorganisme dapat melakukan kontak dengan materi organik dan
anorganik kemudian diuraikan menjadi senyawa yang mudah menguap seperti H2S
dan NH3 sehingga mengurangi bau air limbah. Tahap selanjutnya
dilakukan pengendapan. Lumpur aktif akan mengendap kemudian dimasukkan ke
tangki aerasi, sisanya dibuang. Lumpur yang mengendap inilah yang disebut
lumpur bulki.
4. Tahap tersier
Tahap ini disebut tahap pilihan. Tahap
ini biasanya untuk memisahkan kandungan zat-zat yang tidak ramah lingkungan
seperti senyawa nitrat, fosfat, materi organik yang sukar terurai, dan padatan
anorganik. Contoh-contoh perlakuan pada tahap ini sebagai berikut:
a.
Nitrifikasi/denitrifikasi
Nitrifikasi adalah pengubahan amonia
(NH3 dalam air atau NH4+) menjadi nitrat (NO3-)
dengan bantuan bakteri aerobik. Reaksi:
2 NH4+(aq) + 3 O2(g) -> 2 NO2-(aq) + 2 H2O(l) + 4 H+(aq)
2 NO2- (aq) +O2(g)à2 NO3- (aq)
Denitrifikasi adalah reduksi nitrat
menjadi gas nitrogen bebas seperti N2, NO, dan NO2.
Senyawa NO3 à gas nitrogen bebas
b. Pemisahan
fosfor
Fosfor dapat dipisahkan dengan cara
koagulasi/ penggumpalan dengan garam Al dan Ca, kemudian disaring.
Al2(SO4)3+14H2O(s) + 2 PO43-(aq)à2 AIPO4(s) + 3 SO42-(aq) + 14 H2O(l)
5 Ca(OH)2(s) + 3 HPO42-(aq)à Ca5OH(PO4)3(s) + 6 OH-(aq) + 3 H2O(l)
c. Adsorbsi oleh karbon aktif untuk menyerap zat pencemar, pewarna, dan bau tak sedap.
d. Penyaringan mikro untuk memisahkan
partikel kecil seperti bakteri dan virus.
e. Rawa buatan untuk mengurai materi
organik dan anorganik yang masih tersisa dalam air limbah.
5. Disinfektan
Disinfektan ditambahkan pada tahap ini
untuk menghilangkan mikroorganisme seperti virus dan materi organic penyebab
bau dan warna. Air yang keluar dari tahap ini dapat digunakan untuk irigasi
atau keperluan industri, contoh: Cl2. Reaksi: Cl2(g) + H2O(l)àHClO(aq) + H+(aq)
+ Cl-(aq)
6. Pengolahan padatan lumpur
Padatan lumpur dari pengolahan ini
dapat diuraikan bakteri aerobik atau anaerobik menghasilkan gas CH4
untuk bahan bakar dan biosolid untuk pupuk.
Akan tetapi dalam pelaksanaannya metode
lumpur aktif menemui kendala-kendala seperti:
1. Diperlukan areal instalasi
pengolahan limbah yang luas, karena prosesnya berlangsung lama.
2. Menimbulkan limbah baru yakni lumpur
bulki akibat pertumbuhan
mikroba berfilamen yang berlebihan.
3. Proses operasinya rumit karena
membutuhkan pengawasan yang cukup ketat.
sumber:
sharing-insprirasi
sumber:
sharing-insprirasi
No comments:
Post a Comment