Konsep Reaksi Redoks dalam Pengolahan Limbah (Lumpur Aktif) MAKALAH

MAKALAH KIMIA

Konsep Reaksi Redoks

dalam

Pengolahan Limbah (Lumpur Aktif)

 

SMA NEGERI 1 PURWOREJO

2012/2013

Disusun Oleh:

1.  Andi Akhmad          (03)

2.  Anissa Dika L          (05)

3.  Hafied Achmad W   (16)

4.  Hendarti Azizah A (17)

KATA PENGANTAR

                        Indonesia dalam satu dasa warsa ini dikenal sebagai penghasil tekstil yang besar disamping India dan Pakistan. Dalam proses produksi industri tekstil banyak menggunakan bahan kimia dan air. Bahan kimia yang digunakan antara lain untuk proses pencucian, pemutihan, dan pewarnaan. Akibat dari itu pencemaran lingkungan menjadi masalah bagi masyarakat yang tinggal disekitar industri tekstil. Mengingat pentingnya industri tekstil sebagai penghasil devisa negara dan perlunya perlindungan lingkungan, maka diperlukan adanya teknologi pengolah limbah tekstil yang handal. Salah satu contoh pengolahan limbah tekstil yang hingga saat ini beroperasi adalah pengolahan limbah tekstil milik P.T. Unitex di Bogor, pengolahan limbah ini dilakukan dengan cara menerapakan konsep- konsep redoks dengan memanfaatkan lumpur aktif sebagai bahan utama.

 DAFTAR ISI:

Konsep Reaksi Redoks dalam Pengolahan Limbah 1

Proses Pengolahan Lumpur Aktif 2

PENDAHULUAN

Jika kita mengamati sungai di daerah perkotaan, seringkali kotor dan berbau tidak sedap. Hal itu terjadi karena banyaknya sampah atau limbah cair yang dibuang ke saluran air dan akhirnya masuk kesungai. Limbah cair harus diolah terlebih dahulu sebelum dialirkan ke sungai, sehingga sungainya tetap bersih dan dapat digunakan untuk sanitasi. Para ilmuwan, dengan kemajuan ilmu pengetahuan, dapat menemukan cara untuk mengatasi permasalahan-permasalahan lingkungan yang dapat mengganggu kesejahteraan manusia, salah satunya dengan cabang ilmu pengetahuan Kimia. Dalam Kimia, terhadap Konsep Redoks yang dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan lingkungan semacam pengolahan air kotor. Diharapkan dengan diketahuinya kegunaan dari Konsep Redoks, pembaca menjadi termotivasi untuk menemukan resolusi-resolusi baru di ilmu pengetahuan yang dapat diterapkan dalam kehidupan sehari-hari dan menyangkut kesejahteraan manusia.

TUJUAN PEMBUATAN:

1.     Menyelesaikan tugas yang diberikan Ibu. Sri Rahayu, S.Pd, selaku guru kimia kami untuk membuat makalah mengenai pemanfaatan reaksi redoks dalam teknologi pengolahan air limbah.

2.      Menambah wawasan dan ilmu pengetahuan mengenai pemanfaatan reaksi redoks dalam teknologi pengolahan air limbah, yang dapat menghilangkan limbah organik sederhana dan mudah urai, organik kompleks seperti warna, bau dan logam berat.

 

Konsep Reaksi Redoks dalam

Pengolahan Limbah (Lumpur Aktif)

Salah satu penerapan  konsep reaksi redoks dalam kehidupan sehari-hari adalah dalam bidang penolahan  limbah. Prinsip dasar yang digunakan 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  mencegah lingkungan tercemar akibat akumulasi limbah yang semakin banyak, berbagai upaya telah dilakukan untuk memperoleh teknik yang tepat dan efisien sesuai kondisi lokal.

Dewasa ini metode lumpur aktif merupakan metode pengolahan air limbah yang paling banyak dipergunakan, termasuk di Indonesia. 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. Dengan menerapkan sistem ini didapatkan air bersih yang tidak lagi mengandung senyawa organik beracun dan bakteri yang berbahaya bagi kesehatan. Air tersebut dapat dipergunakan kembali sebagai sumber air untuk kegiatan industri selanjutnya.

Proses lumpur aktif mulai dikembangkan di Inggris pada tahun 1914 oleh Ardern dan Lockett (Metcalf dan Eddy, 1991). Dinamakan lumpur aktif karena prosesnya melibatkan massa mikroorganisme yang aktif, dan mampu menstabilkan limbah secara aerobik. Istilah lumpur aktif diterapkan baik pada proses maupun padatan biologis di dalam unit pengolahan.

Proses Pengolahan Lumpur Aktif

Limbah yang datang dari segala macam aktifitas akan ditampung kedalam bak penyaring. Bak penyaring berfungsi sebagai penyaring kotoran padat dan sampah yang dapat mengganggu proses peralatan. Selanjutnya menuju ke bak equalizing, bak equalizing berfungsi sebagai penampung dalam proses awal agar kualitas air rata dan teratur.

Selanjutnya limbah cair dimasukkan ke dalam tangki aerasi di mana terjadi pencampuran dengan mikroorganisme yang aktif (lumpur aktif). Mikroorganisme inilah yang melakukan penguraian dan menghilangkan kandungan organik dari limbah secara aerobik.

Oksigen yang dibutuhkan untuk reaksi mikroorganisme tersebut diberikan dengan cara memasukkan udara ke dalam tangki aerasi dengan blower. Selanjutnya, campuran limbah cair yang sudah diolah dan lumpur aktif dimasukkan ke tangki sedimentasi di mana lumpur aktif diendapkan, sedangkan supernatant dikeluarkan sebagai effluen dari proses.

Sebagian besar lumpur aktif yang diendapkan di tangki sedimentasi tersebut dikembalikan ke tangki aerasi sebagai return sludge supaya konsentrasi mikroorganisme dalam tangki aerasinya tetap sama dan sisanya dikeluarkan sebagai excess sludge.

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)      2 NO₃^- (aq)

Denitrifikasi adalah reduksi nitrat menjadi gas nitrogen bebas seperti N2, NO, dan NO2.

Senyawa NO3  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 PO₄^3-(aq)      2 AIPO₄(s) + 3 SO₄^2-(aq) + 14 H₂O(l)

5 Ca(OH)₂(s) + 3 HPO₄^2-(aq)       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)   HClO(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.

Berdasarkan berbagai penelitian, kelemahan metode lumpur aktif tersebut dapat diatasi dengan cara:

Menambahkan biosida, yaitu H₂O₂ atau klorin ke dalam unit aerasi. Penambahan 15 mg/g dapat menghilangkan sifat bulki lumpur hingga dihasilkan air limbah olahan cukup baik. Klorin dapat menurunkan aktivitas mikroba yang berpotensi dalam proses lumpur aktif.

            Konsep Redoks dapat digunakan dalam proses pemecahan masalah lingkungan dan kehidupan sehari-hari. Salah satu penerapan Konsep Redoks adalah pengolahan air kotor atau limbah dengan metode lumpur aktif. Lumpur adalah materi yang tidak larut yang selalu nampak kehadirannya di dalam setiap tahap pengolahan, tersusun oleh serat-serat organik yang kaya akan selulosa dan di dalamnya terhimpun kehidupan mikroorganisme. Lumpur aktif adalah lumpur yang kaya dengan bakteri aerob, yaitu bakteri yang dapat menguraikan limbah organik dengan cara mengalami biodegradasi.

Pada metode lumpur aktif terjadi reaksi oksidasi untuk pertumbuhan bakteri aerob dan terjadi reaksi reduksi pada substrat (buangan). Bakteri aerob mengubah sampah organik dalam air limbah menjadi bio massa dan gas CO₂. Sementara nitrogen organik diubah menjadi amonium dan nitrat, fosforus organik diubah menjadi fosfat. Biomassa hasil degradasi tetap berada dalam tangki aerasi hingga bakteri melewati masa pertumbuhan cepatnya. Setelah itu akan mengalami flokulasi membentuk padatan 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 (dalam lumpur yang disirkulasi) dengan jumlah nutrien yang banyak (dalam air kotor) , memungkinkan penguraian dapat berlangsung dengan cepat. Peruraian dengan metode lumpur aktif hanya memerlukan beberapa jam, jauh lebih cepat dibandingkan dengan peruraian serupa yang terjadi secara alami dalam selokan atau air sungai

\^_^/