Sumber Aneka Karya Abadi - Your trusted partner for laboratory instrument

Derajat keasaman atau pH adalah parameter acuan pertama untuk menentukan kualitas air limbah. Namun pengecekkan kualitas air limbah tidak terhenti hanya pada 1 parameter, melainkan terdapat beberapa parameter susulan yang perlu untuk dianalisa secara berkala. Contohnya seperti Chemical Oxygen Demand (COD) atau Kebutuhan Oksigen Kimiawi (KOK), Biochemical Oxygen Demand (BOD) atau Kebutuhan Oksigen Biologi (KOB) dan parameter lainnya. Dalam Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 5 Tahun 2014 disebutkan baku mutu dari seluruh parameter air limbah industri cat yang perlu diuji sebelum air limbah dilepaskan ke lingkungan. Beberapa parameter tersebut dan cara pengujiannya akan dibahas dalam artikel ini.

Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) merupakan hal yang wajib untuk dipenuhi oleh seluruh pelaku industri menengah keatas dan industri besar. Hal ini guna untuk mencegah pembuangan air limbah secara langsung (tanpa melalui proses treatment) ke lingkungan. Dalam industri cat, disebutkan parameter - parameter air limbah yang perlu dikontrol sebelum air limbah dilepaskan ke lingkungan. Adapun parameter - parameter tersebut ditunjukkan pada Tabel 1. 

Tabel 1. Parameter Kontrol Air Limbah Industri Cat

Pada Tabel 1 tertera jumlah batas maksimum dari parameter - parameter air limbah terkait yang menentukan kualitas air limbah tersebut. Alasan utama dari pengaturan nilai ini adalah karena industri cat mengeluarkan limbah cair yang memiliki nilai kebutuhan oksigen kimiawi (chemical oxygen demand) yang tinggi, kekeruhan (turbidity), partikel organik dan logam berat yang dapat merusak kehidupan akuatik. Jika kualitas air limbah belum memenuhi syarat, maka treatment pada air limbah. Beberapa parameter tersebut dijelaskan sebagai berikut :

1. Chemical Oxygen Demand (COD) atau Kebutuhan Oksigen Kimiawi (KOK)

Parameter ini adalah jumlah kebutuhan oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi zat - zat organik melalui reaksi kimia. Dalam standar American Standard & Testing Method (ASTM) nomor 5220 serta Standar Nasional Indonesia (SNI) nomor 6989 Tahun 2009 dan Tahun 2019 tercantum bahwa parameter ini dapat diuji secara titrimetri ataupun secara spektrofotometri. 

A. Metode Titrimetri

Prinsipnya adalah dengan mereduksi ion dikromat (Cr₂O₇ ^2-) sehingga menghasilkan ion Cr³⁺ dan menitar kelebihan ion dikromat yang tidak tereduksi dengan larutan Ferro Ammonium Sulfat (FAS) dengan adanya indikator ferroin. Metode ini dilakukan dengan tahapan refluks selama 120 menit (2 jam) pada suhu 150 ^oC yang dapat dilakukan secara terbuka ataupun tertutup dan dilanjutkan dengan tahap titrasi. Nilai Chemical Oxygen Demand (COD) kemudian dapat dihitung dengan rumus berikut :

B. Metode Spektrofotometri

Metode ini tidak jauh berbeda dengan metode titrimetri, dimana tahapannya hampir sama yakni dengan menjalankan refluks terlebih dahulu. Hanya saja, pengukuran nilai Chemical Oxygen Demand (COD) dilakukan menggunakan alat spektrofotometer. Tertulis dalam American Public Health Association (APHA) 5220D yang menjelaskan bahwa metode pengujian COD dapat dilakukan dengan tahap refluks tertutup dan diuji secara spektrofotometri. Sama seperti pada cara titrimetri, untuk cara ini juga menggunakan reagen kalium dikromat dan tahap refluks pada suhu 150 ^oC selama 120 menit (2 jam). 

Sampel hasil refluks kemudian diuji dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 420 nm atau 600 nm. Panjang gelombang 420 nm digunakan untuk nilai COD sampel yang lebih kecil atau sama dengan 90 mg/L, sedangkan panjang gelombang 600 nm digunakan untuk nilai COD sampel dalam range 100 - 900 mg/L. 

 

Dalam hal ini, alat yang dapat digunakan untuk tahap destruksi adalah reaktor khusus COD. Untuk pengujian secara titrasi dapat menggunakan buret glassware ataupun buret digital dan automatic titrator. Namun, penggunaan buret glassware beresiko terjadinya human error seperti kesalahan paralaks yang dapat menyebabkan hasil analisa yang kurang optimal. Untuk meminimalisir kesalahan dalam menitar sampel, analis dapat menggunakan buret digital sebagai alternatif, karena volume titran yang terpakai dapat dilihat langsung dalam bentuk angka digital pada display. Selain itu, alternatif lainnya seperti automatic titrator mungkin dapat dijadikan sebagai referensi untuk pengujian titrasi secara otomatis dan praktis.

 

2. Biochemical Oxygen Demand (BOD) atau Kebutuhan Oksigen Biologi (KOB)

 

Dalam air limbah, bakteri atau mikroorganisme dibutuhkan untuk mengoksidasi partikel - partikel organik melalui jalur respirasi. Sesuai dengan American Public Health Association (APHA) Nomor 5210 yang menjelaskan bahwa terdapat 3 cara untuk melakukan pengujian BOD, yakni menggunakan metode titrasi, metode dilusi, dan metode respirometrik. Perbedaan antara ketiga metode ini terdapat pada prinsip dan cara pengujiannya, meskipun ketiganya sama sama melakukan pengukuran terhadap kadar oksigen diawal dan diakhir masa inkubasi dalam kondisi suhu 20 ^oC . Masa inkubasi pengujian BOD pun beragam tergantung pada tujuan yang ditargetkan. Pengujian BOD dapat dilakukan selama 5 hari (BOD₅), 7 hari (BOD₇), 10 hari (BOD₁₀) atau 21 hari (BOD_u),  yang mana BOD5 adalah pengujian BOD yang paling umum dilakukan. 

 

A. Metode Titrasi

 

Meski jarang dilakukan, namun pengujian BOD dapat dilakukan dengan menggunakan metode winkler yakni melalui titrasi iodometri. Secara prinsip titrasi iodometri merupakan titrasi reduksi-oksidasi (redoks) yang menggunakan Mangan klorida (MnCl₂), Larutan kalium iodida dalam natrium hidroksida (NaOH-KI), asam sulfat (H₂SO₄), dan natrium tiosulfat (NaS₂O₃). Prinsipnya adalah dengan menambahkan sampel dengan mangan klorida dan larutan kalium iodida dalam natrium hidroksida yang kemudian dikondisikan pada keadaan asam dengan penambahan asam sulfat sehingga ion iodida pada vessel titrat berubah menjadi iodin yang ekivalen dengan kadar oksigen terlarut. Vessel titrat kemudian dititrasi dengan larutan natrium tiosulfat dengan menggunakan indikator kanji.

Umumnya, pengujian titrimetri menggunakan rangkaian alat gelas seperti buret dan statif, labu erlenmeyer. Uji ini mungkin membutuhkan biaya yang relatif sedikit karena tidak menggunakan instrument tertentu, tetapi pengujian secara titrimetri lebih beresiko terhadap hasil analisa maupun terhadap analis. Hal ini karena penggunaan buret masih bersifat subjektif dan adanya faktor human error seperti kesalahan paralaks dapat memicu hasil yang kurang efektif dan tidak efisien

 

B. Metode Dilusi

Berdasarkan Standar Nasional Indonesia (SNI) nomor 6989 bagian 72 Tahun 2009, pengukuran BOD dapat dilakukan dengan menggunakan DO meter, yakni dengan membandingkan kadar oksigen sebelum dan setelah masa inkubasi. Nilai BOD kemudian dihitung dengan menggunakan rumus :

Dalam hal ini, pengujian BOD dengan menggunakan DO meter sangat berguna apalagi jika jumlah sampel yang dianalisa terlampau banyak. DO meter merupakan rangkaian alat yang terdiri dari elektroda Dissolved Oxygen (DO) dan meter pembaca. Perlu diketahui bahwa terdapat beberapa tipe elektroda DO, yakni elektroda DO tipe polarographic, elektroda DO tipe luminescene, dan  elektroda DO yang dilengkapi dengan fitur stirrer. Ketiga tipe elektroda DO ini ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Contoh Tampilan Alat DO meter dengan Elektroda (a) Polarographic (b) Dilengkapi Stirrer (c) Teknologi Luminescene

 

C. Metode Respirometrik

Metode ini tercantum dalam metode standar American Public Health Association (APHA) 5210D yang memanfaatkan proses respirasi bakteri aerob dengan mengestimasikan pada hari 0 (nol) nilai BOD adalah 0 mg/L. Secara teori, pada hari 0 bakteri belum melakukan proses respirasi dan ketika respirasi bakteri terjadi, nilai oksigen pada botol uji akan perlahan menurun dengan meningkatnya volume gas karbon dioksida (CO₂), namun gas ini tidak akan mengganggu proses karena akan ditangkap oleh padatan Alkali hiroksida seperti natrium hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH) ataupun Lithium Hidroksida (LiOH). Serangkaian reaksi dari proses ini diilustrasikan pada Gambar 2.

Gambar 2. Ilustrasi Uji BOD dengan Metode Respirometrik

Sedikit berbeda dengan metode dilusi dengan probe, metode respirometrik menggunakan alat berupa sensor yang dapat membaca tekanan gas yang terdapat dalam botol uji selama analisa berlangsung. Alat pun dilengkapi dengan stirrer sehingga membantu mengoptimalkan uji BOD yang dilakukan. Adapun contoh tampilan alat BOD Respirometrik ini ditunjukkan pada Gambar 3.

Untuk metode pengujian Biochemical Oxygen Demand (BOD) secara dilusi maupun secara respirometrik, beberapa hal perlu diperhatikan yakni pH sampel, jumlah nutrien, jumlah bakteri dan tidak adanya material yang dapat menyebabkan kematian bakteri seperti klorin dan turunannya serta logam - logam berat. Perihal nutrient dan bakteri, analis menggunakan larutan nutrien A, B, C, dan D yang disarankan oleh beberapa metode standar seperti American Public Health Association (APHA) Nomor 5210 dan Standar Nasional Indonesia (SNI) Nomor 6989 Bagian 72 Tahun 2009. Standar tersebut juga menyebutkan bahwa analisa dapat menggunakan bakteri aerob yang bersumber dari lingkungan. Namun, terdapat alternatif yang dapat mempermudah analis dalam pengujian BOD, yakni dengan menggunakan larutan nutrien komersial dan benih bakteri komersial.

Tabel 2. Panjang Gelombang Parameter Spektrofotometri

 

Kebanyakan alat spektrofotometer digunakan untuk mengukur nilai absorbansi (absorbance) suatu larutan, pencarian panjang gelombang maksimum (wavelenght scan), dan transmitansi (transmittance). Oleh karena itu, analis masih harus melakukan perhitungan konsentrasi secara manual dengan menggunakan rumus :

 

Namun jika analis memerlukan spektrofotometer yang dapat mengukur konsentrasi secara otomatis dan memiliki program bawaan untuk kebutuhan pengujian parameter air limbah, spektrofotometer hach dapat menjadi solusi untuk kasus ini.

 

 

 

4. Total Padatan Tersuspensi atau Total Suspended Solid (TSS)

 

Dalam Standar Nasional Indonesia (SNI) Nomor 6989 bagian 3 Tahun 2019, metode gravimetri (gravimetry) direkomendasikan untuk mengukur nilai padatan tersuspensi (Total Suspended Solid/ TSS). Metode ini dilakukan dengan menyaring sampel yang telah homogen, dimana residu sampel akan tertahan pada media penyaring. Residu pada media penyaring tersebut kemudian dikeringkan pada suhu 103 ^oC atau 105 ^oC pada oven dan ditimbang bobotnya pada neraca analitik. Nilai TSS kemudian dihitung dengan menggunakan rumus :

 

Selain menggunakan metode gravimetri (gravimetry), total padatan tersuspensi juga dapat diukur nilainya dengan menggunakan metode spektrofotometri. Metode ini diadaptasikan pada United States Environmental Protection Agency (USEPA)  dengan mengukur absorbasi atau konsentrasi sampel hasil homogenasi menggunakan spektrofotometer pada panjang gelombang 800 - 810 nm.

 

 

 

5. Minyak dan Lemak (Oil & Grease)

 

Dalam American Standard Testing and Material (ASTM) Nomor 5520 disebutkan bahwa pengjian untuk parameter minyak dan lemak pada air limbah dapat menggunakan metode gravimetri (gravimetry) yang dimulai dengan tahap ekstraksi, filtrasi dan pengeringan. Pelarut yang direkomendasikan untuk ekstraksi air limbah adalah n-heksana dan karbon tetraklorida (carbon tetrachloride / CCl4). Kadar minyak dan lemak dapat dihitung dengan rumus :

 

dengan, 

A adalah bobot residu;

dan B adalah bobot blanko.

 

Dalam pengujian parameter ini, alat - alat manual masih dapat digunakan seperti rangkaian alat soklet ataupun corong pisah serta alat glassware lainnya. Namun jika dibandingkan, hasil ekstraksi akan lebih optimal dan lebih presisi bila pengujian dilakukan dengan menggunakan instrument. Keuntungan lainnya yakni waktu yang dibutuhkan untuk ekstrasi lebih cepat dan jumlah pelarut yang digunakan lebih sedikit sehingga biaya yang diperlukan dalam pengujian relatif lebih rendah.

 

 

 

6. pH (Derajat Keasaman)

 

Untuk mengukur pH, biasanya dibutuhkan alat pH meter yang terdiri dari elektroda/probe dan meter. Pada prinsipnya, nilai pH yang terukur berasal dari interaksi antara ion hidrogen (H⁺) yang ada pada sampel dan ion hidrogen terdapat pada bagian balb. Potensial dari interaksi ini akan dibaca oleh elektroda uji dan dibandingkan dengan potensial pada elektroda referensi. Dalam hal ini, semakin banyak interaksi yang terjadi maka nilai potensial akan semakin besar dan nilai pH akan semakin kecil.

Mengukur pH air limbah merupakan suatu tantangan dimana setiap air limbah memiliki karakteristiknya masing - masing. Beberapa air limbah mungkin banyak mengandung partikel - partikel tersuspensi atau bahkan mengandung lumpur (sludge). Selain itu, pH meter portable biasanya dibutuhkan untuk pengukuran lapangan. Oleh karena itu, badan elektroda haruslah cukup tahan terhadap sedikit benturan atau guncangan sehingga elektroda dengan body material polimer seperti epoxy material. Meski elektroda jenis refillable dinilai dapat digunakan untuk segala jenis sampel, namun untuk aplikasi air limbah kedua jenis elektroda, baik gel-filled ataupun tipe refillable dapat digunakan. Hanya saja, pemilihan tipe junction dan elektroda referensi perlu perhatian yang lebih. 

Adapun hal lain yang perlu diperhatikan adalah cara perawatan dan penyimpanan elektroda. Usahakan untuk selalu melakukan kalibrasi harian sebelum menggunakan elektroda dan selalu bersihkan serta keringkan elektroda setelah pemakaian pada sampel. Gunakan cairan penyimpan atau setidaknya larutan buffer pH 4.01 untuk merendam balb elektroda selama periode penyimpanan. Hal ini guna untuk menjaga agar membran pada balb elektroda tetap terhidrasi sehingga elektroda tetap dapat berfungsi secara optimal. Selain itu, pH meter juga memerlukan kalibrasi rutin seperti kalibrasi tahunan atau kalibrasi dengan interval yang telah ditentukan untuk memantau performance dari alat secara berkala.

 

Gambar 4. Bagian - Bagian pada Elektroda

 

 

Referensi :

American Public Health Association (APHA). Standard Method 5210 : “Biochemical Oxygen Demand”

American Public Health Association (APHA). Standard Method 5220 : “Chemical Oxygen Demand”

Badan Standardisasi Nasional. 2019. Standar Nasional Indonesia Nomor 6989 tentang “Air dan Air Limbah - Bagian 2 : cara Uji Kebutuhan Oksigen Kimiawi (Chemical Oxygen Demand/ BOD)” 

Badan Standardisasi Nasional. 2019. Standar Nasional Indonesia Nomor 6989 tentang “Air dan Air Limbah - Bagian 3 : Cara Uji Padatan Tersuspensi Total (Total Suspended Solid/TSS) secara Gravimetri”

Badan Standardisasi Nasional. 1989. Standar Nasional Indonesia Nomor 06-1130 tentang “Cara Uji Kadar Kadmium dalam Air”

Badan Standardisasi Nasional. 2009. Standar Nasional Indonesia Nomor 6989 tentang “Air dan Air Limbah - Bagian 72 : cara Uji Kebutuhan Oksigen Biokimia (Biochemical Oxygen Demand/ BOD)” 

Badan Standardisasi Nasional. 2004. Standar Nasional Indonesia Nomor 06-6989 tentang “Air dan Air Limbah - Bagian 21 : Cara Uji Fenol secara Spektrofotometri”

Hach. 2014. Spectrophotometry Methods, https://www.hach.com/dr3900-laboratory-spectrophotometer-without-rfid-technology/product-parameter-reagent?id=7640439030&callback=qs diakses pada Hari Kamis Tanggal 31 Maret 2022 Pukul 09.08

Kementerian Lingkungan Hidup. 2014. Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 5 Tahun 2014 tentang “Baku Mutu Air Limbah”

ThermoFisher Scientific. 2014. Application Note : Measuring pH of Non-Aqueous and mixed samples., https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/LSG/Application-Notes/AN-PHNONAQS-E%201014-RevA-WEB.pdf 

Velp Scientifica. 2019. BOD test with Control Test Tablets : Biochemical Oxygen Demand according to Respirometric Method. Italy: Velp Scientifica