Category Archives: Parameter Air Limbah

Video: Alkalinity

Setelah pada artikel sebelumnya dibahas mengenai alkalinitas secara garis besar, kali ini saya ingin share video yang membahas topik yang sama. Di video ini dijelaskan secara singkat mengenai pentingnya alkalinitas dan masalah yang ditimbulkan jika alkalinitas di dalam air terlalu kecil. Selain itu juga dijelaskan alasan mengapa nilai pH 4,5 digunakan dalam titrasi penentuan alkalinitas.

Semoga bermanfaat!

Alkalinitas

Alkalinitas merupakan salah satu parameter yang penting di dalam pemantauan kualitas air limbah.  Berbeda dengan kebasaan yang mengukur konsentrasi ion hidrogen di dalam air, alkalinitas berhubungan dengan kemampuan air/larutan untuk menetralkan asam. Pengukuran alkalinitas mengukur kandungan bikarbonat, karbonat, dan hidroksida di dalam air yang kemudian dinyatakan dengan satuan mg/L CaCO3.

Jenis-jenis alkalinitas [1]

Terdapat tiga jenis alkalinitas yaitu karbonat, bikarbonat, dan alkalinitas total. Alkalinitas karbonat ditentukan dengan cara titrasi sampai titik akhir titrasi indikator phenolphthalein, yaitu pada pH 8,3. Oleh sebab itu alkalinitas karbonat juga disebut dengan alkalinitas phenolphthalein. Alkalinitas total diketahui dengan cara titrasi menggunakan indikator metil jingga hingga titik akhir titrasinya tercapai, yaitu pada kisaran pH 4,5. Alkalinitas bikarbonat merupakan selisih antara alkalinitas total dengan alkalinitas karbonat .

Pentingnya analisis alkalinitas di dalam air limbah

Alkalinitas merupakan salah satu parameter yang penting untuk diketahui di dalam pengolahan air limbah. seperti telah disebutkan sebelumnya, alkalinitas merupakan kemampuan air untuk menetralkan asam. Dengan kata lain, alkalinitas menunjukkan sejauh apa air limbah dapat menahan perubahan pH akibat ada input asam ke dalamnya.

Pada pengolahan biologi, mikroorganisme memegang peranan yang sangat penting dalam konversi zat-zat organik menjadi senyawa yang lebih sederhana dan dapat ditolerir lingkungan. Mikroorganisme memiliki kisaran pH tertentu untuk dapat hidup dan melakukan aktivitas metabolismenya secara optimal. Apabila alkalinitas tidak mencukupi dan jika sewaktu-waktu terjadi influx asam, pH air limbah akan turun tiba-tiba dan menyebabkan kondisi yang tidak kondusif bagi mikroorganisme. Jika hal ini terjadi maka proses pengolahan akan terganggu.

Cara analisis alkalinitas

Alkalinitas dapat diketahui nilainya dengan cara titrasi. Untuk kemudahan operator dan praktek di lapangan, titrasi dapat dilakukan menggunakan test kit dengan drop titration, digital titrator, spektrofotometer, bahkan pemantauan dengan instrumen online. Pemilihan instrumen/test kit dapat disesuaikan dengan kebutuhan rentang yang dianalisis serta biaya yang tersedia. Dengan segala kemudahan analisis yang kini sudah tersedia dan mengetahui pentingnya pemantauan alkalinitas, tidak ada alasan lagi untuk tidak mengecek nilai alkalinitas air limbah.

Sumber:

[1] http://www.whitman.edu/chemistry/edusolns_software/AlkalinityBackground.pdf

Proses Anaerob

Pengolahan air limbah yang menggunakan proses anaerob banyak sekali dimanfaatkan terutama bagi air limbah dengan kandungan organik yang sangat tinggi. Pada artikel-artikel terdahulu telah dibahas beberapa topik yang berkaitan dengan proses maupun reaktor anaerob. Nah, di artikel kali ini Anda akan menemukan hal-hal yang sifatnya umum namun mendasar dari proses anaerob itu sendiri.

Proses anaerob merupakan suatu proses biokimia dimana reaksinya berlangsung tanpa kehadiran oksigen. Di dalam lingkup pengolahan air limbah, proses anaerob yang dimaksud berkaitan dengan metabolisme mikroorganisme. Berikut ini adalah gambaran umum yang menunjukkan reaksi yang terjadi pada proses anaerob:

Zat organik + mikroorganisme ? CH4 + CO2 + sel baru

Tahapan di dalam proses anaerob

Dalam perjalanan konversi zat organik menjadi hasil akhir metabolisme, terdapat beberapa tahapan yang dilalui. Tahapan-tahapan di dalam proses anaerob ini penting untuk diketahui untuk keperluan monitoring maupun modifikasi proses. Tahapan-tahapan yang dimaksud yaitu hidrolisis, asidogenesis, asetogenesis, dan metanogenesis (Mes, et.al., 2003). Hidrolisis adalah proses dekomposisi senyawa-senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana. Asidogenesis, sering juga disebut dengan tahap fermentasi, yaitu proses konversi dari senyawa yang sudah terurai (terhidrolisis) menjadi asam-asam organik volatil (volatile fatty acids, VFA) dan karbondioksida (CO2) (Mes, et.al., 2003). Asetogenesis ialah proses konversi VFA menjadi asetat dan H2(Mes, et.al., 2003). Metanogenesis yaitu proses konversi asetat, CO2, dan H2 menjadi gas metan (CH4)(Mes, et.al., 2003). Skema tahapan pada proses anaerob dapat dilihat pada gambar berikut.

Sumber: Mes, et.al., 2003
Sumber: Mes, et.al., 2003

Jenis-jenis reaktor anaerob berdasarkan temperatur

Berdasarkan temperatur yang digunakan untuk reaksi, reaktor anaerob dapat dibagi ke dalam tiga kelompok yaitu psikrofilik (rentang temperatur pada 10 – 20 oC), mesofilik (rentang temperatur pada 20 – 40 oC), dan termofilik (rentang temperatur pada 50 – 60 oC) (Mes, et.al., 2003). Pada temperatur yang rendah, proses dekomposisi dan pertumbuhan mikroorganisme berjalan lambat. Oleh sebab itu, akan diperlukan waktu tinggal yang lebih lama di dalam reaktor sehingga reaktor psikrofilik akan memerlukan volume yang lebih besar jika dibandingkan dengan reaktor jenis lainnya (Mes, et.al., 2003).

Mikroba yang berperan pada proses anaerob

Di dalam proses anaerob terdapat beberapa kelompok mikroorganisme yang terlibat. Berikut ini adalah ringkasan mengenai mikroorganisme yang memiliki peranan dalam proses anaerob (Mes, et.al., 2003 dan Cavinato, 2011):

1. Bakteri fermentasi (atau asidogenik)

* mengeluarkan enzim untuk proses hidrolisis

* mengkonversi zat-zat organik terlarut menjadi asam lemak volatil dan alkohol

2. Bakteri asetogenik

* mengubah asam lemak volatil dan alkohol menjadi asam asetat atau hidrogen dan karbondioksida

3. Bakteri metanogenik

* mengggunakan asam asetat atau hidrogen dan karbondioksida untuk memproduksi gas metan

4. Bakteri pereduksi sulfat (Sulfate Reducing Bacteria, SRB)

* mereduksi sulfat menjadi sulfida

* sulfida bersifat racun pada proses anaerob (baca artikel Inhibitor pada Proses Anaerob)

* dominan pada lingkungan dengan konsentrasi sulfat yang tinggi

* berkompetisi dengan bakteri metanogenik pada substrat yang sama

* dapat menghambat terbentuknya gas metan apabila dominan terhadap bakteri metanogenik

Sumber: [2]
Kompetisi Antara SRB dan Bakteri Metanogen (Sumber: Cavinato, 2011)
Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi proses anaerob

Laju dan efisiensi dari suatu reaktor anaerob dipengaruhi oleh (Cavinato, 2011)

1. Jenis limbah yang diolah (karakteristik air limbah),

2. Temperatur yang digunakan pada proses,

3. Keberadaan zat-zat toksik,

4. pH dan alkalinitas,

5. Waktu retensi hidrolik, dan

6. Laju pembebanan reaktor.

 

Referensi:

* MES, T.Z.D. de; STAMS, A.J.M. ; ZEEMAN, G. (2003): Chapter 4. Methane production by anaerobic digestion of wastewater and solid wastes. In: REITH, J.H. (Editor); WIJFFELS, R.H. (Editor); BARTEN, H. (Editor) (2003): Biomethane and Biohydrogen. Status and perspectives of biological methane and hydrogen production. , 58-94

* Dr. Christina Cavinato, ANAEROBIC DIGESTION FUNDAMENTALS I Lecture Notes (2011). http://www.valorgas.soton.ac.uk/Pub_docs/JyU%20SS%202011/CC%201.pdf (diakses 26 sept 2014)

Logam Berat di Dalam Air Limbah, part 1: Macam, Dampak yang Ditimbulkan, dan Cara Analisis

Logam berat merupakan parameter yang banyak ditemui di dalam air limbah industri. Logam berat yang umum ditemui di dalam air limbah antara lain arsenik, timbal, merkuri, kadmium, kromium, zink, tembaga, perak, dan nikel. Beberapa sumber utama logam berat di dalam air limbah dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel 1. Logam Berat dan Industri yang Menjadi Sumbernya

Logam Berat Industri Sumber Referensi
Arsenik Peleburan logam, industri pestisida dan fungisida H.K. Alluri et.al., 2007
Timbal Industri cat, pestisida, pembakaran batu bara, pertambangan H.K. Alluri et.al., 2007
Merkuri Industri pestisida, baterai, kertas H.K. Alluri et.al., 2007
Kadmium Pengelasan, electroplating, industri baterai, instalasi fisi nuklir H.K. Alluri et.al., 2007
Kromium Industri otomotif, pelapisan logam, pewarna tekstil Metcalf & Eddy, 2004
Zink Industri pelapisan logam, pembuatan kuningan, penyulingan H.K. Alluri et.al., 2007
Tembaga Industri pelapisan logam, pembuatan kawat tembaga, industri cat, pengawetan kayu A. Basyal et.al., 2013
Perak Produksi perak nitrat dan perak bromide, industri elektronik, industri logam Metcalf & Eddy, 2004
Nikel Industri pembuatan kapal, otomotif, industri elektronik, industri kimia A. Basyal et.al., 2013

 

Logam berat yang terbawa ke perairan dapat mengalami bioakumulasi di dalam tubuh makhluk hidup. Melalui rantai makanan, logam berat dapat masuk ke dalam tubuh manusia. Karena sifat bioakumulasi tersebut, apabila manusia memakan makanan yang berasal dari perairan yang tercemar logam berat, maka konsentrasi tertinggi logam berat akan ada di tubuh manusia. Konsentrasi logam berat yang berlebihan di dalam tubuh sangat berbahaya karena dapat menimbulkan berbagai gangguan kesehatan. Ingat kasus keracunan merkuri di Minamata yang sangat menyedihkan dan berbagai kasus lainnya terkait logam berat!

Bioakumulasi Logam Berat (Sumber: mercuryinschools.uwex.edu)
Bioakumulasi Logam Berat (Sumber: mercuryinschools.uwex.edu)

 

 

Mekanisme Logam Berat Di Dalam Rantai Makanan
Mekanisme Logam Berat Di Dalam Rantai Makanan (Sumber: http://fanaticcook.blogspot.com)

Keberadaan logam berat di dalam air limbah menjadi perhatian karena pada konsentrasi yang tinggi logam berat bersifat toksik. Di dalam instalasi yang memanfaatkan proses pengolahan secara biologi, keberadaan logam berat dalam konsentrasi tinggi menjadi musuh bagi reaktor. Toksisitas logam berat dapat mengganggu metabolisme bakteri di dalam reaktor sehingga otomatis kinerja reaktor juga akan terganggu. Jika konsentrasi logam berat tidak diperhatikan, bukan hanya terancam tidak lolos baku mutu air limbah, biaya dan waktu yang diperlukan untuk pemulihan reaktor juga tidak sedikit.

Analisis konsentrasi logam berat di dalam air limbah dapat dilakukan dengan bermacam cara antara lain AAS, ICP, LIBS, dan ASV. Berikut ini adalah penjelasan untuk masing-masing metode yang dikutip dari Determination of Trace Metals in Waste Water and Their Removal Processes:

1. Atomic Absorption Spectrometry (AAS)

Di dalam pengujian AAS sendiri terdapat beberapa metode berdasarkan teknik atomisasi logam. Teknik-teknik tersebut yaitu pembakaran (flame, FAAS), graphite furnace (GFAAS), hidrida, atau uap dingin (cold vapour). Pengukuran dengan teknik FAAS dan GFAAS dapat digunakan untuk hampir semua jenis logam berat. Bedanya adalah pada FAAS batas pengukuran adalah rentang ppm sementara GFAAS dapat menganalisis rentang yang lebih kecil hingga ppb. Teknik hidrida digunakan untuk menganalisis logam-logam seperti arsenic, antimony, selenium, timah, bismuth, dan timbal pada fasa uapnya. Teknik cold vapour digunakan untuk analisis logam merkuri dengan rentang pengukuran pada besaran ppb.

2. Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP-OES)

ICP merupakan metode pengukuran logam berat yang menggunakan plasma untuk mengeksitasi atom-atom di dalam sampel. Pada ICP-OES, atom yang tereksitasi mengemisikan cahaya pada panjang gelombang tertentu dan kemudian intensitas cahaya yang sebanding dengan konsentrasi elemen tersebut diukur dengan detektor. Pengukuran dengan ICP memiliki keunggulan yaitu kemampuannya untuk analisis multi-elemen. Dengan demikian, berbagai komponen logam berat dari satu sampel dapat dianalisis sekaligus dalam waktu yang sangat singkat (dalam hitungan menit).

3. Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS)

Pada ICP-MS, atomisasi dilakukan menggunakan plasma kemudian ion dideteksi menggunakan mass spectrometer. Perbandingan antara metode AAS dan ICP dapat dilihat pada tabel.

Tabel 2. Perbandingan Metode AAS dan ICP

  FAAS GFAAS ICP-OES ICP-MS
Waktu analisis ++ + +++ +++
Harga instrumen +++ ++ ++ +
Analisis sampel berupa solids (padatan) +++
Biaya operasional + ++ ++ ++
Batas pengukuran + ++ ++ +++
Ketelitian +++ + ++ ++

– Tidak dapat dipenuhi, + Buruk, ++ Medium, +++ Baik

 

4. Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)

Metode analisis dengan LIBS sebanrnya lebih sesuai untuk sampel yang berbentuk padatan. Pada metode ini digunakan denyut laser berenergi tinggi sebagai sumber eksitasi.

5. Anodic Stripping Voltammetry (ASV)

Metode ASV terdiri dari dua tahapan yang dimulai dengan proses penjenuhan konsentrasi logam melalui electroplating ke suatu elektroda di dalam larutan. Tahapan selanjutnya adalah pelepasan ion-ion logam dari elektroda yang mana proses ini akan menghasilkan arus yang dapat diukur. Adanya penjenuhan konsentrasi logam di tahap pertama memungkinkan pengukuran logam pada konsentrasi yang sangat rendah hingga kisaran ppb bahkan ppt (www2.chemistry.msu.edu).

Sumber:

* H.K. Alluri et.al., « Biosorption: An eco-friendly alternative for heavy metal removal”, African Journal of Biotechnology, vol. 6 (25) (pp. 2924-2931), 28 December 2007.

* Metcalf and Eddy, 2004, Wastewater Engineering 4th edition, McGraw Hill International Editions, New York.

* Asli Baysal, Nil Ozbek and Suleyman Akman (2013). Determination of Trace Metals in Waste Water and Their Removal Processes, Waste Water – Treatment Technologies and Recent Analytical Developments, Prof. Fernando Sebastián García Einschlag (Ed.), ISBN: 978-953-51-0882-5, InTech, DOI: 10.5772/52025.

* https://www2.chemistry.msu.edu/courses/cem837/Anodic%20Stripping%20Voltammetry.pdf (diakses 5 September 2014)