limbah-ozon

Proses Pengolahan Air Limbah Industri dengan Teknologi Ozon

PENDAHULUAN

1. Latar belakang terjadinya penurunan kualitas air

Air merupakan jenis sumber daya alam yang sangat dibutuhkan oleh semua makhluk hidup. Tak terkecuali manusia, dimana manusia tak akan sanggup bertahan hidup bila tak ada air. Oleh karena, itu keberadaan dan kualitas air yang sangat penting ini harus dijaga dengan baik. Kualitas air diuraikan sebagai sifat air dan kandungan makhluk hidup, zat, maupun komponen lain di dalam air. Kualitas air ini dapat ditinjau dari berbagai parameter. Yang pertama adalah parameter fisik yaitu ditinjau dari segi warna, bau atau aroma, rasa, derajat keasaman (pH). Kedua parameter biologis yang ditinjau dari ada tidaknya mikroorganisme baik yang bersifat pathogen maupun nonpatogen. Dan yang terakhir parameter kimia ditinjau dari adanya bahan-bahan kimia yang terlarut di dalam air.

Berubahnya kualitas air dapat disebabkan oleh faktor alami dan oleh adanya aktivitas manusia. Manusia memiliki andil besar dalam penurunan kualitas air. Hal ini dapat dilihat dari banyaknya sungai ataupun danau yang tercemar akibat limbah yang dibuang oleh manusia. Baik itu limbah domestik yang berasal dari rumah tangga maupun limbah industri. Limbah industri dinilai memiliki potensi bahaya yang lebih tinggi terhadap kelangsungan sumber daya air. Hal ini dapat ditinjau dari kuantitas (jumlahnya) serta kandungan bahan-bahan kimia yang berbahaya dan telarut di dalamnya.

Pencemaran air memang sangatlah kompleks. Dalam proses produksi sebuah industri pada umumnya dipergunakan berbagai bahan material dalam berbagai jenis dan bentuk. Limbah cair industri, pertanian, perkotaan dan rumah tangga selain mengandung senyawa berat (Cd, Cu, Hg, Zn dll.), juga mengandung berbagai macam senyawa organik, seperti dioxin, phenol, benzene, PCB, dan DDT. Agar kegiatan industri tetap berlangsung dan kebutuhan masyarakat akan air bersih dapat terpenuhi maka metode daur ulang air limbah merupakan langkah konkret yang harus dilakukan.

2. Pengolahan Air Limbah

Pengolahan air limbah pada umumnya dilakukan dengan metode Biologi. Metode ini merupakan metode yang paling efektif dibandingkan dengan metode Kimia dan Fisika. Proses pengolahan limbah degan metode Biologi adalah metode yang memanfaatkan mikroorganisme sebagai katalis untuk menguraikan material yang terkandung dalam air limbah. Mikrooganisme sendiri selain menguraikan dan menghilangkan kandungan material juga menhadikan material yang terurai tai sebagai tempat berkembang biaknaya. Metode pengolahan Lumpur aktif (activated sludge) merupakan proses pengolahan air limbah yang emanfaatkan proses mikroorganisme tersebut.

Dewasa ini metode lumpur aktif merupakan metode pengolahan air limbah yang paling banyak dipergunakan, termasuk di Indonesia. Hal ini mengingat metode lumpur aktif dapat dipergunakan untuk mengolah air limbah dari berbagi jenis industri seperti industri pangan, pulp, kertas, tekstil, bahan kimia, dan obat-obatan. Namun, dalam pelaksanaanya metode lumpur aktif banyak mengalami kendala, diantaranya, (1)diperlukan areal instalasi pengolahan limbah yang relatif luas, mengingat proses Lumpur aktif berlangsung dalam waktu yang cukup lama, bisa berhari-hari, (2) timbulnya libah baru, di mana kelebihan endapan lumpur dari pertumbuhan mikroorganisme yang kemudian menjadi limbah baru yang memerlukan proses lanjutan.

Areal instalasi yang luas berarti dana investasi cukup besar, akibatnya pemanfaatan teknologi lumpur aktif menjadi tidak efisien di Indonesia, ditambah lagi proses operasional yang rumit karena memerlukan pengawasan yang cukup ketat seperti kondisi suhu dan control proses pengendapan.

Limbah baru merupakan masalah utama dari penerapan metode lumpur aktif ini. Limbah baru ini selain mengandung berbagai jenis mikroorganisme jugamengandung berbagai jenis senyawa organik yang tidak dapat diuraikan oleh mikroorganisme. Pengolahan limbah endapan Lumpur ini sendiri memerlukan biaya yang tidak sedikit. Sedikitnya 50 persen dari biaya pengolahan air limbah diperlukan untuk mengatasi limbah endapan lumpur yang terjadi. Akibatnya, kebanyakan di Indonesia limbah endapan lumpur ini biasanya langsung dibuang ke sungai atau ditimbun di TPA (tempat pembuangan akhir) bersama dengan sampah lainnya.

Selain metode lumpur aktif sistem pengolahan limbah cair yang ada sekarang umumnya mempergunakan cara kombinasi antara pemakaian chlorine serta sistem condensasi, sedimentasi, dan filtrasi. Sedangkan untuk pengolahan limbah organik banyak mempergunakan microbiologi, karbon aktif atau membran filtrasi.

Namun, limbah organik semakin banyak yang sulit untuk diuraikan dengan mikrobiologi atau membran filtrasi, serta membahayakan keselamatan makhluk hidup, meskipun dalam kandungan konsentrasi yang sangat kecil (ppm/ppb) seperti, senyawa dioxin, furan, dan atrazine. Sehingga sistem pengolahan limbah cair yang ada sekarang tidaklah cukup. Apabila hal ini kita biarkan, tanpa kita sadari, air minum yang dipergunakan akan banyak mengandung senyawa organik, yang selain membahayakan kesehatan manusia juga dapat merusak ekosistem makhluk hidup lainnya.

3. Inovasi dalam Sistem Pengolahan Air Limbah

Pada tahun 1994 dalam sebuah jurnal international water science technology, Hidenari yasui dari Kurita Co, Jepang, mulai memperkenalkan sebuah inovasi pengolahan air limbah denagn mereduksi jumlah endapan lumpur yang dihasilkan dari proses pengolahan lumpur aktif. Teknologi ini dikenal dapat membersihkan limbah cair hingga mendekati 100 persen sehingga dikenal dengan proses pengolahan air limbah emisi zero (zero emission).

Pemanfaatan ozon telah dilakukan lebih dari seratus tahun yang lalu. Proses ozonasi pertama kali dikenalkan oleh Nies dari negara Perancis sebagai metode untuk mensterilkan air minum pada tahun 1906. Berawal dari kesuksesan Nies ini di berbagai negara Eropa penggunaan ozon untuk mengolah air minum mulai berkembang pesat.

Di Asia pemanfaatan ozon untuk mengolah air minum pertama kali dilakukan di kota Amagasaki, Jepang, pada tahun 1973. Namun, pemanfaatan pada waktu itu masih terbatas hanya untuk menghilangkan bau. Sedangkan di Amerika pemanfaatan ozon termasuk lambat, ozon dipergunakan pertama kali pada pusat pengolahan air di Los Angeles pada tahun1987.

4. Pengertian dan sifat-sifat ozon

Ozon (O₃) adalah molekul yang tersusun dari tiga buah atom oksigen. Ozon merupakan oksidator yang kuat, hal ini tidak terlepas dari sifat ozon yang dikenal memiliki sifat radikal (mudah bereaksi dengan senyawa di sekitarnya) serta memiliki oksidasi potensial 2,07 V, lebih tinggi dibandingkan chlorine yang hanya memiliki oksidasi potensial 1,36 V. Ozon dengan kemampuan oksidasinya dapat menguraikan (degradation) berbagai macam senyawa organik beracun yang terkandung dalam limbah, seperti benzene, antrazine, dioxin, dan berbagai zat pewarna organik. Melalui proses oksidasinya pula ozon mampu membunuh berbagai macam mikroorganisme (sterilization) seperti bakteri Echerichia coli, Salmonella enteriditis, serta berbagai bakteri pathogen lainnya. Ozon membunuh bakteri denagn cara merusak dinding sel bakteri sekaligus menguraikan bakteri tersebut. Hal ini berbeda dengan chlorine yang hanya mampu membunuh bakteri saja. Ozon juga mampu membunuh bakteri tipe filamen seperti bakteri S Natans, M Parvicella, Thiotrix I dan II penyebab bulking di mana zat padat dan zat cair sulit terpisahkan pada kolam pengendapan. Selain itu ozon juga dapat menghilangkan warna (decoloration) dan menghilangkan bau (deodoration).

Begitu banyak kelebihan yang bisa didapat dari proses pengolahan air limbah dengan menggunakan ozon. Oleh karena itu, dalam makalah ini akan disampaikan cara-cara pengolahan air limbah industri dengan menggunakan teknologi ozon.

ISI

1. Proses Pengolahan Air Limbah Industri dengan Teknologi Ozon

Persoalan mengenai limbah cair industri ini memang sangat mengkhawatirkan. Namun, tak perlu terus-menerus khawatir mengenai hal ini karena baru-baru ini Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI), telah berhasil menciptakan sebuah alat pengolah limbah cair yang memanfaatkan cara oksidasi dengan menggunakan gas ozon yang dikombinasikan dengan sinar ultraviolet. Teknologi ini kemudian dikenal dengan nama “Advanced Oxidation Process (AOP)”.

Teknologi yang berdasar pada kombinasi ozon dan ultraviolet ini memiliki kelebihan, seperti area instalasi pengolahan yang tidak membutuhkan tempat yang luas, proses pengolahan yang relative cepat, tidak adanya pemakaian bahan kimia, tingginya nilai efektivitas dan efisiensi dalam proses penguraian berbagai senyawa organik dan sedikitnya limbah lumpur (sludge) yang dihasilkan. Secara garis besar alat ini terbagi dalam tiga subsistem, yaitu sistem oksidasi, sistem koagulasi-sedimentasi, dan sistem filtrasi.

Pada sistem oksidasi penghasil ozon (ozon generator) dipertemukan dengan sinar ultraviolet di dalam sebuah tangki kontak. Sistem ini dibangun untuk mengoksidasi semua kandungan senyawa organik, warna, dan bau yang terkandung dalam limbah cair. Setelah itu limbah dimasukkan dalam proses koagulasi dan sedimentasi. Pada proses ini kandungan senyawa organik dan anorganik yang tidak terproses pada tahap oksidasi diproses ulang pada tahap ini. Tangki ini juga dilengkapi dengan sebuah tabung kecil pemasok koagulan, atau bahan pembersih air seperti tawas.

Kemudian setelah melewati tahapan koagulasi/sedimentasi aliran air memasuki tahapan filterisasi. Di mana aliran air masuk ke saringan tangki filter. Hal ini dimaksudkan untuk menyaring polutan mikro seperti logam berat dan senyawa organik lain yang terbentuk selama proses oksidasi atau yang tidak sempat terproses dalam tangki oksidasi. Pada tahapan ini juga terjadi proses adsorpsi, yaitu proses penyerapan zat-zat tertentu oleh permukaan karbon aktif. Apabila permukaan karbon aktif sudah jenuh, atau tidak mampu lagi menyerap maka poses penyerapan akan berhenti dengan sendirinya. Pada saat ini karbon aktif harus diganti dengan karbon aktif baru atau di daur ulang dengan cara dicuci.

Pemanfaatan ozon untuk pengolahan limbah industri ini, ternyata ke depannya bisa dikembangkan sebagai salah satu alternatif penyedia air bersih. Karena ternyata air limbah keluaran dari sistem pengolahan ozon ini dinyatakan bebas dari bakteri E-coli. Hal ini terbukti dengan mulai digunakannya sistem pengolahan ozonasi sebagai salah satu cara yang digunakan beberapa produk penyedia air bersih komersial, seperti yang diterapkan di negeri sakura Jepang.

2. Penerapan Teknologi Ozon dalam Pengolahan Air

Jepang adalah salah satu negara yang telah mengembangkan Teknologi Pengolahan Air Sistem Maju (Advanced System) yang mengombinasikan sistem ozonasi dan penyerapan dengan karbon aktif. Ozon dibuat dari udara yang diperkaya dengan oksigen. Konsentrasi ozon yang dihasilkan dari udara berkisar antara 1,5-2,5% (berat/berat). Jika diproses dari bahan dasar oksigen murni dengan menggunakan generator yang sama, konsentrasi ozon dapat mencapai 3-5%.

Ozonasi sendiri merupakan proses pengolahan air yang relatif baru di Jepang. Proses ini diteliti hampir 100 tahun. Meskipun demikian, sistem ozonasi memberikan resiko bahaya yang relatif lebih kecil dibanding dengan sistem chlorinasi, karena sistemnya dapat segera dihentikan bila ozon bocor. Secara umum tahapan proses keseluruhan pada pengolahan air sistem maju adalah sebagai berikut : koagulasi s/d filtrasi ozonasi Karbon Aktif Granular (GAC) Chlorinasi.

Di Jepang telah dibangun Fasilitas Pemurnian Air (FPA) Kanamichi yang terletak di kota Tokyo untuk mempraktekkan teknologi pengolahan air dengan sistem ozonasi ini. Fasilitas pengolahan air Kanamichi dibangun di antara fasilitas sedimentasi (pengendapan) dan filtrasi (penyaringan) dan memiliki kapasitas pemurnian 0,52 juta meter kubik per hari. Fasilitas pemurnian air tersebut terdiri dari 10 tangki kontak ozon yang bertipe aliran atas bawah dengan ruangan bersekat tiga. Kedalaman air yang efektif yaitu 6 meter, dengan waktu kontak ± 12 menit dan kecepatan umpan ozon maksimum 3 mg ozon/liter. Masing-masing tangki pengontak mempunyai ruang penahan yang mempunyai waktu retensi ± 6 menit. Sedangkan fasilitas adsorpsi karbon aktif terdiri dari 24 tangki dan masing-masing mempunyai luas permukaan 100 m².

Proses pengolahan air tentu sangat bergantung dengan kualitas sumber air bakunya. Air buangan domestik mengandung pencemar oganik seperti N-amonia dan surfaktan anionik (deterjen sintesis). Untuk mencapai penyisihan bau apek (musty odor) yang lebih stabil dan efektif pemerintah daerah Tokyo memutuskan untuk memperkenalkan pengolahan air sistem maju, yaitu kombinasi pengolahan secara ozonasi dan penyerapan menggunakan karbon yang diaktivasi secara biologis (Biological Activated Carbon= BAC). Selain itu proses ini mampu menyisikan surfaktan anionik, zat organik dan anorganik yang bersifat toxic (racun) sebesar 80 %. Tahapan proses secara keseluruhan adalah sebagai berikut : Koagulasi-Flokulasi-Sedimentasi-Ozonasi-Proses BAC-Chlorinasi-Filtasi-Chlorinasi-Reservoir (tempat penampungan air bersih).

3. Hal-hal yang Harus Diperhatikan

Penggunaan ozon dalam proses pengolahan air memang dirasa cukup menguntungkan. Namun, di sisi lain ozon merupakan gas beracun yang berbahaya. Oleh karena itu, kita harus memahami tata cara dalam penggunaan atau pemakaian serta yang tak kalah pentingnya adalah cara penyimpanan ozon yang benar. Hal ini dilakukan untuk mencegah terjadinya hal-hal yang tidak diinginkan.

Berdasarkan pengamatan lembaga NIOSH (1987), ozon dalam konsentasi sekitar 24,5 - 36 ppm dapat meracuni berbagai macam binatang, seperti kucing, kelinci, dan marmut. Ozon di udara dalam konsentasi sekitar 1 ppm (satu bagian dalam satu juta) dapat mengakibatkan orang sulit bernafas. Dilaporkan juga bahwa ozon dapat meracuni manusia bahkan bisa sampai membawa pada kematian apabila kita menghirup ozon dengan konsentasi 50 ppm selama kurang lebih 1 jam. Perlu kita ketahui bahwa, pada konsentasi sekitar 0,02 ppm keberadaan ozon dalam udara sudah dapat kita rasakan dari baunya.

Akibat lain adalah ozon yang terjadi secara alamiah dalam smog. Selain dapat mengganggu pernafasan kita, ozon dalam smog akan bereaksi juga dengan berbagai gas hydrocarbon yang dihasilkan dari asap kendaraan bermotor dan asap pabrik. Reaksi dari ozon dengan gas hydrocarbon ini dilanjutkan dengan terbentuknya asam nitrat dan asam sulfat yang selanjutnya dapat menimbulkan hujan asam, yang selain membahayakan manusia juga dapat merusak berbagai ekosistem air.

Di berbagai negara maju, seperti Jerman, Jepang, Amerika Seriakat, dan Swiss batas kadar konsentasi penggunaan ozon gas dalam berbagai kegiatan industri adalah 0,1 ppm (ILO, 1997). Sedangkan kadar ozon dalam air hingga 0,05 ppm tidak membahayakan tubuh manusia (Asbury, 1980).

Ozon, aktif spesies yang mempunyai sifat radikal ini, memerlukan perhatian khusus juga dalam penyimpanannya. Kadar 100 persen ozon pada suhu kamar mudah sekali meledak. Ozon akan aman disimpan pada suhu di bawah -183⁰C dengan kadar ozon dalam campuran ozon dan oksigen di bawah 30 persen. Sekarang ozon kebanyakan disimpan dalam bentuk ozonized water atau ozonized ice.

PENUTUP

Adanya penurunan kualitas air memang tak dapat dihindari. Hal ini dikarenakan pertumbuhan manusia yang semakin pesat akan mendorong terjadinya perkembangan industri yang semakin pesat pula. Adanya industri juga akan menyebabkan timbulnya limbah atau air buangan. Limbah cair yang dibuang oleh berbagai macam industri ini akan terakumulasi di dalam sistem perairan kita. Hal inilah yang banyak mempengaruhi penurunan kualitas air atau yang biasa kita sebut sebagai sumber pencemaran air.

Pencemaran air dari limbah industri memang sangat kompleks. Hal ini disebabkan banyaknya kandungan bahan-bahan kimia yang terlarut dalam air. Selain kandungan logam berat, di dalam limbah ini juga terdapat berbagai macam senyawa organik. Pengolahan terhadap senyawa-senyawa organik selama ini masih belum berkembang. Oleh karena itulah mulai diperkenalkan teknologi ozon untuk mengolah limbah organik ini. Meskipun banyak kemudahan dan keuntungan yang didapat dari penggunaan ozon dalam pengolahan air limbah industri akan tetapi masih terdapat beberapa kendala yang harus diselesaikan pada teknologi ozone ini. Di antaranya tingginya biaya operasional serta adanya sisa ozone yang tertinggal dalam air setelah proses pengolahan berlangsung. Sisa ozone yang memiliki kadar cukup tinggi, akan dapat membahayakan manusia.

Oleh karena itu masih diperlukan penyempurnaan-penyempurnaan dalam penggunaan teknologi ozon ini. Penggunaan dan penyimpanan ozon juga harus dilakukan secara hati-hati. Hal ini dikarenakan ozon merupakan gas beracun yang berbahaya. Dari penjelasan ini dapat disimpulkan bahwa di satu pihak ozon bagaikan kawan karena sangat bermanfaat. Namun, di sisi lain ozon bagaikan lawan karena akan merupakan racun yang mematikan apabila kita tidak memperhatikan tata cara, serta batas dan kadar yang diperbolehkan dalam penggunaanya.

DAFTAR PUSTAKA

1. Kompas Online, 2003, Ozon Lawan atau Kawan, Maret 2003. (http://www.kompas.com/kompas-cetak/0303/18/ilpeng/187448.htm)

2. Kompas Online, 2003, Ozon Lawan atau Kawan, Maret 2003. (http://www.kompas.com/kompas-cetak/0303/18/ilpeng/187448.htm)

3. Pontianak Post Online, 2000, Penerapan Karbon Aktif pada Proses Pengolahan Air Minum, Oktober 2000. (http://www.pontianakpost.com/berita/index.asp?berita=opini&id=16662)

4. Sinar Harapan Online, 2003, Teknologi Ozon Hilangkan Lumpur Limbah Industri. (http://www.sinarharapan.co.id/berita/0505/04/ipt02.html)