PENYARIAN SEDERHANA DAN EKSTRAKSI

PENYARIAN SEDERHANA DAN EKSTRAKSI

Menurut Eur.Ph (2002,Bab 01/2002-765) ekstrak adalah sediaan pekat bahan cair (ekstrak atau tingture cair) atau bahan antara (semi cairan) atau bahan padat (ekstrak kering) yang umumnya secara konsisten dihasilkan dari bahan tanaman atau hewan yang dikeringkan melalui tehnik yang melibatkan penggunaan pelarut secukupnya untuk memperoleh campuran senyawa. (Maicheal, 2010) Tujuan ekstraksi adalah untuk menarik komponen kimia yang terdapat dalam simplisia. Ekstraksi ini didasarkan pada perpindahan massa komponen zat padat ke dalam pelarut dimana perpindahan mulai terjadi pada lapisan antar muka, kemudian berdifusi masuk ke dalam pelarut.

Jenis-jenis ekstraksi Penyarian secara dingin yaitu:

Maserasi

Soxhletasi

Perkolasi

Penyarian secara panas yaitu :

1.Refluks

2. Destilasi uap air

Cara-cara ekstraksi

Penyarian secara dingin, meliputi :

Maserasi

Penyarian yang sederhana dengan cara merendam serbuk simplisia dalam 75 bagian cairan penyari selama 3 hari pada temperatur kamar dan terlindung dari cahaya, sambil berulang-ulang diaduk. Setelah 3 hari disaring pada bejana penampung dan ampasnya diperas, ditambahkan lagi cairan penyari secukupnya, diaduk, lalu disaring lagi hingga diperoleh sari 100 bagian, sari yang diperoleh ditutup dan disimpan pada tempat yang terlindung cahaya, dibiarkan selama 2 hari. Endapan yang terbentuk dipisahkan dan filtratnya dipekatkan. Dimana cairan akan menembus dinding sel dan masuk ke dalam rongga sel yang mengandung zat aktif, zat aktif akan larut dan karena adanya perbedaan konsentrasi antara larutan zat aktif di dalam dan diluar sel sehingga terjadi difusi, peristiwa ini berulang sehingga terjadi keseimbangan konsentrasi antara larutan di luar sel dan di dalam sel (Najib, 2006).

Soxhletasi

Penyarian simplisia secara berkesinambungan dimana cairan penyari dipanaskan hingga menguap. Uap cairan penyari terkondensasi menjadi molekul-molekul cairan oleh pendingin balik dan turun menyari simplisia di dalam klonsong, selanjutnya cairan penayri bersama-sama dengan kandungan kimia akan turun kembali ke labu alas bulat atau labu penampung. Proses ini berlangsung hingga penyarian zat aktif dianggap sempurna yang ditandai dengan beningnya cairan penyari yang melalui pipa siphon dan jika diidentifikasi dengan KLT tidak memberikan noda (Najib, 2006).

Perkolasi

Serbuk simplisia ditempatkan dalam suatu bejana silinder, yang bagian bawahnya diberi sekat berpori. Cairan penyari dialirkan dari atas ke bawah melalui serbuk tersebut, cairan penyari akan melarutkan zat aktif, sel-sel yang dilalui sampai mencapai keadaan jenuh. Gerak ke bawah disebabkan oleh kekuatan gaya beratnya sendiri dan cairan di atasnya, dikurangi dengan gaya kapiler yang cenderung untuk menahan (Najib, 2006).

Penyarian secara panas, meliputi :

Reflux

Refluks adalah mempunyai komponen kimia yang tahan terhadap pemanasan dan mempunyai tekstur yang keras seperti akar, batang, buah/biji, dan herba. Sampel atau bahan yang akan diekstraksi ditimbang kemudian dimasukkan ke dalam labu alas bulat dan diisi dengan cairan penyari yang sesuai misalnya metanol sampai serbuk simplisia terendam kurang lebih 2 cm diatas permukaan simplisia, atau 2/3 volume labu kemudian labu alas bulat dipasang kuat pada statif dan ditempatkan diatas water bath atau heating mantel lalu dipasang kondensor pada labu alas bulat yang dikuatkan dengan klem pada statif. Aliran air dan pemanas dijalankan sesuai dengan suhu pelarut yang digunakan. Setelah 4 jam dilakukan penyaringan, filtrat ditampung dalam wadah penampung dan ampasnya ditambah laju dengan pelarut dan dikerjakan seperti semula. Ekstraksi  dilakukan selama 3-4 jam. Filtrat yang diperoleh dikumpulkan dan dipekatkan dengan alat rotavapor (Makhmud, 2001).

Destilasi uap air

Metode destilasi uap air digunakan untuk mengekstraksi simplisia yang mengandung minyak menguap dan memiliki titik didih dan tekanan normal tinggi digunakan untuk mencegah kerusakan zat aktif pada pemanasan yang terlalu tinggi (Makmud, 2001).

Penyiapan bahan yang akan diekstrak dan plarut (Chemistry.org)

Selektivitas
Pelarat hanya boleh melarutkan ekstrak yang diinginkan, bukan komponen-komponen lain dari bahan ekstraksi. Dalam praktek,terutama pada ekstraksi bahan-bahan alami, sering juga bahan lain (misalnya lemak, resin) ikut dibebaskan bersama-sama dengan ekstrak yang diinginkan. Dalam hal itu larutan ekstrak tercemar yang diperoleh harus dibersihkan, yaitu misalnya diekstraksi lagi dengan menggunakan pelarut kedua.

Kelarutan
Pelarut sedapat mungkin memiliki kemampuan melarutkan ekstrak yang besar (kebutuhan pelarut lebih sedikit).

Kemampuan tidak saling bercampur

Pada ekstraksi cair-cair, pelarut tidak boleh (atau hanya secara terbatas) larut dalam bahan ekstraksi.

Kerapatan
Terutama pada ekstraksi cair-cair, sedapat mungkin terdapat perbedaan kerapatan yang besar antara pelarut dan bahan ekstraksi. Hal ini dimaksudkan agar kedua fasa dapat dengan mudah dipisahkan kembali setelah pencampuran (pemisahan dengan gaya berat). Bila beda kerapatannya kecil, seringkali pemisahan harus dilakukan dengan menggunakan gaya sentrifugal (misalnya dalam ekstraktor sentrifugal).

Reaktivitas
Pada umumnya pelarut tidak boleh menyebabkan perubahan secara kimia pada komponenkornponen bahan ekstarksi. Sebaliknya, dalam hal-hal tertentu diperlukan adanya reaksi kimia (misalnya pembentukan garam) untuk mendapatkan selektivitas yang tinggi. Seringkali Ekstraksi juga disertai dengan reaksi kimia. Dalam hal ini bahan yang akan dipisahkan mutlak harus berada dalam bentuk larutan.

Titik didih

Karena ekstrak dan pelarut biasanya harus dipisahkan dengan cara penguapan, destilasi atau rektifikasi, maka titik didit kedua bahan itu tidak boleh terlalu dekat, dan keduanya tidak membentuk ascotrop.Ditinjau dari segi ekonomi, akan menguntungkan jika pada proses ekstraksi titik didih pelarut tidak terlalu tinggi (seperti juga halnya dengan panas penguapan yang rendah).

Ekstraksi cair-cair biasa juga disebut sebagai metode corong pisah. Jika suatu cairan ditambahkan ke dalam ekstrak yang telah dilarutkan dalam cairan lain yang tidak dapat bercampur dengan yang pertama, akan terbentuk dua lapisan. Satu komponen dari campuran akan memiliki kelarutan dalam kedua lapisan tersebut dan setelah beberapa waktu dicapai kesetimbangan konsentrasi dalam kedua lapisan. Waktu yang diperlukan untuk tercapainya kesetimbangan biasanya dipersingkat oleh pencampuran keduanya dalam corong pisah (Ditjen POM, 1986).

Pelarut yang mudah menguap tidak dicampur dengan fase air yang panas (atau bahkan hangat). Hal ini dapat menyebabkan peningkatan tekanan uap sangat besar yang dihasilkan sehingga tutup corong pisah terbang dan isinya tersemprot keluar. Hal ini dapat juga terjadi dengan cairan dingin jika terjadi reaksi eksotermis misal pencampuran asam dan basa, pengenceran asam-asam kuat (Ditjen POM, 1986).

Dikenal 3 macam bentuk corong pisah yaitu :

Bentuk bulat, untuk mengekstraksi komponen kimia yang mengandung terpen glikosida

Bentuk lonjong untuk mengekstraksi bahan alam yang mengandung lemak dan saponin

Bentuk segi empat untuk mengekstraksi senyawa sintetik murni.

Faktor-farktor yang mempengaruhi mutu ekstrak

Faktor biologi

Mutu ekstrak dipengaruhi oleh bahan asal yaitu tanaman obatnya dan khusus dipandang dari segi biologi. Faktor biologik baik untuk bahan dari tumbuhan obat asli budidaya ataupun dari tumbuhan liar yang meliputi :

Identitas jenis

Jenis tanaman dari sudut keragaman hayati dapat dikonfirmasi sampai informasi genetik sebagai faktor internal untuk validasi jenis

Lokasi tanaman asal

Lokasi berarti faktor eksternal, yaitu lingkungan (tanah dan atmosfer) dimana tanaman berinteraksi berupa energi (cuaca, temperatur,cahaya) dan materi ( air, senyawa organik, dan anorganik)

Priode pemanenan hasil tumbuhan

Faktor ini merupakan dimensi waktu dari proses kehidupan tanman terutama metabolisme sehingga menentukan senyawa kandungan. Kapan senyawa kandungan mencapai kadar optimal dari proses biosintesis dan sebaliknya kapan sebelum senyawa tersebut dikonversi atau dibiotransformasi atau biodegradasi menjadi senyawa lain.

Penyimpanan bahan tanaman

Menrupakan faktor yang dapat diatur karena dapat berpengaruh pada stabilitas bahan serta adanya kontaminasi.

Umur tanaman dan bagian yang digunakan

Selain kelima faktor diatas, maka untuk bahan dari tanaman  obat hasil budidaya maka faktor GAP (Good Agriculture Practice) harus dipertimbangkan sedangkan untuk bahan dari tumbuhan liar maka faktor kondisi selama proses pengeringan yang umumnya dilakukan di lapangan menjadi faktor yang dipertimbangkn

Faktor kimia

Faktor kimia baik untuk bahan dari tanman obat hasil budidaya ataupun dari tumbuhan liar meliputi beberapa hal yaitu :

Faktor internal :

-       Jenis senyawa aktif dalam bahan

-       Komposisi kualitatif senyawa aktif

-       Komposisi kuantitatif senyawa aktif

-       Kadar total rata-rata senyawa aktif

Faktor eksternal

-       Metode ekstraksi

-       Perbandingkan ukuran alat ekstraksi

-       Ukuran, kekerasan dan kekeringan bahan

-       Pelarut yang digunakan dalam ekstraksi

-       Kandungan logam berat

-       Kandungan pestisida

6. Corong pemisah (separator funnel)

        

Tersedia berbagai ukuran corong pemisah diantaranya adalah : 250 ml, 500 ml dan 1000 ml. Corong pemisah berfungsi untuk memisahkan cairan atau pasta dari dua campuran atau lebih yang berbeda berat jenisnya. Dalam penggunaannya corong pemisah biasanya ditempatkan pada ring besi yang dipasang pada statif.
7. Labu distilasi (distillation flask).

 

Distilasi adalah metode pemisahan campuran berdasarkan perbedaan volatilitas komponen dalam campuran cairan mendidih. Distilasi adalah unit operasi, atau proses pemisahan fisik, dan bukan reaksi kimia.

Komersial, distilasi memiliki sejumlah aplikasi. Hal ini digunakan untuk memisahkan minyak mentah menjadi fraksi yang lebih untuk menggunakan spesifik seperti pembangkit transportasi, listrik dan pemanas. Air suling untuk menghilangkan kotoran, seperti garam dari air laut. Air suling untuk memisahkan komponen-terutama oksigen, nitrogen, dan argon-untuk keperluan industri. Penyulingan solusi fermentasi telah digunakan sejak zaman kuno untuk menghasilkan minuman suling dengan kadar alkohol yang lebih tinggi. Tempat di mana distilasi dilakukan, terutama distilasi alkohol, dikenal sebagai penyulingan.

Apakah ekstraksi itu?
Cara untuk memperoleh sediaan yang mengandung senyawa aktif dari suatu bahan alam dengan menggunakan pelarut yang sesuai.

Mengapa harus diekstraksi? 
Agar ekstrak hanya mengandung senyawa aktif yang terkandung didalam simplisia/ bahan alam sehingga perlu dipilih cairan penyari yang paling optimal mampu menarik senyawa aktif.

Bahan yang diekstraksi 
Bahan yang diekstraksi bisa berupa bahan segar maupun bahan kering. Untuk bahan kering harus dikecilkan dahulu ukuran partikelnya (diserbuk).

Syarat pelarut yang digunakan

Selektif

Stabil secara fisik dan kimia

Ekonomis

Keamanan

Ramah lingkungan

Cairan pelarut dalam pembuatan ekstrak adalah pelarut yang optimal untuk senyawa kandungan berkhasiat atau yang aktif, dengan demikian senyawa tersebut dapat terpisahkan dari bahan dan dari senyawa kandungan lainnya. Ekstrak hanya mengandung sebagian besar senyawa kandungan yang diinginkan.

Metode Ekstraksi
Ada beberapa metode ekstraksi simplisia bahan alam, antara lain maserasi, infundasi, digesti, perkolasi dan soxletasi. Keterangan singkatnya sebagai berikut :

Maserasi

Ekstraksi bahan dengan pelarut pada suhu kamar selama waktu tertentu dengan sesekali diaduk/digojok.

Remaserasi : dilakukan pengulangan penambahan pelarut setelah dilakukan penyaringan maserat pertama.

Maserasi kinetik : dilakukan pengadukan terus-menerus.

Digesti : maserasi kinetik yang dilakukan pada suhu diatas suhu kamar, biasanya pada suhu 40-50°C.

Caranya :
Sejumlah bahan ditempatkan pada wadah tertutup, ditambah dengan pelarut dengan perbandingan kira-kira 1:7. Diamkan selama 5 hari pada suhu kamar dan terlindung dari cahaya dengan sesekali diaduk. Setelah itu, cairan dipisahkan, buang bagian yang mengendap.

Infundasi

Panci Infusa

Infundasi merupakan metode ekstraksi dengan pelarut air. Pada waktu proses infundasi berlangsung, temperatur pelarut air harus mencapai suhu 90ºC selama 15 menit.

Rasio berat bahan dan air adalah 1 : 10, artinya jika berat bahan 100 gr maka volume air sebagai pelarut adalah 1000 ml.

Caranya :
Serbuk bahan dipanaskan dalam panci dengan air secukupnya selama 15 menit terhitung mulai suhu mencapai 90ºC sambil sekali-sekali diaduk. Saring selagi panas melalui kain flanel, tambahkan air panas secukupnya melalui ampas hingga diperoleh volume yang diinginkan. Apabila bahan mengandung minyak atsiri, penyaringan dilakukan setelah dingin.

Dekoksi

Dekoksi merupakan proses ekstraksi yang mirip dengan proses infundasi, hanya saja infuns yang dibuat membutuhkan waktu lebih lama (≥ 30 menit) dan suhu pelarut sama dengan titik didih air.

Caranya :
Serbuk bahan ditambah air dengan rasio 1 : 10, panaskan dalam panci enamel atau panci stainless steel selama 30 menit. Bahan sesekali sambil diaduk. Saring pada konsidi panas melalui kain flanel, tambahkan air panas secukupnya melalui ampas hingga diperoleh volume yang diinginkan.

Perkolasi

Perkolator 60 liter

Perkolasi adalah proses ekstraksi dengan pelarut yang selalu baru sampai sempurna. Secara umum proses perkolasi ini dilakukan pada temperatur ruang. Sedangkan parameter berhentinya penambahan pelarut adalah perkolat sudah tidak mengandung senyawa aktif lagi. Pengamatan secara fisik pada ekstraksi bahan alam terlihat tetesan perkolat sudah tidak berwarna.

Caranya :

Serbuk bahan dibasahi dengan cairan penyari dan ditempatkan pada bejana silinder. Bagian bawah bejana diberi sekat berpori untuk menahan serbuk. Cairan penyari dialirkan dari atas kebawah melalui serbuk tersebut. Cairan penyari akan melarutkan zat aktif dalam sel-sel yang dilalui sampai keadaan jenuh.

Soxkletasi

Alat Sokhlet

Yaitu proses ekstraksi dengan menggunakan pelarut yang selalu baru yang umumnya dilakukan dengan alat khusus soxklet sehingga terjadi ekstraksi konstan dengan adanya pendingin balik.

Caranya :

Serbuk bahan ditempatkan pada selongsong, lalu ditempatkan pada alat soxhlet yang telah dipasang labu dibawahnya. Tambahkan pelarut sebanyak 2 kali sirkulasi. Pasang pendingin balik, panaskan labu, ekstraksi berlangsung minimal 3 jam dengan interval sirkulasi kira-kira 15 menit.

Netralisasi Limbah Cair

1.      Netralisasi

Netralisasi Digunakan untuk membuat kimbah menjadi memiliki pH antara 6,0 – 9,5. Karena diluar pH itu limbah bersifat racun bagi kehidupan air. Pada proses netralisasi ini digunakan baha tambahan  larutan kimia  asam atau larutan kimia  basa.

Menurut tingkat kadar pH dalam suatu limbah air, limbah cair terbagi menjadi dua yaitu :

·         Lmbah cair yang bersifat asam

 netralisasi limbah cair yg bersifat asam dapat dinetralisasi dengan melewatkan limbah pada unggun batu kapur, setelah ditambahkan kapur padam Ca(OH)2, soda kaustik NaOH, atau soda abu Na2CO3. Kapur padam Ca(OH)2 biasanya tersedia lebih murah dibandingkan senyawa basa lain atau bahkan soda abu Na2CO3, sehingga menjadi bahan yang paling sering digunakan untuk netralisasi limbah cair asam.

Bahan yang sering digunakan dalam proses pengolahan limbah cair yang bersifat asam adalah :

Ø  NaOH

Ø  Ammonia

Ø  Na₂CO₃

Ø  CaCO₃

Ø  Ca(OH)₂

Contoh  Reaksi netralisasi limbah yang bersifat asam (mengandung H2SO4)

Reaksi :

H2SO4 + Ca(OH)2 → CaSO4 + 2 H2O

·         Limbah cair yang bersifat basa

netralisasi limbah cair yg bersifat basa dinetralkan dengan asam mineral kuat seperti H2SO4, HCI, atau dengan CO2. Biasanya jika sumber CO2 tidak tersedia, netralisasi dilakukan dengan H2SO4,. Karena harga H2SO4 yang lebih murah dibandingkan HCI. Reaksi dengan asam mineral berlangsung cepat, sehingga perlu digunakan tangki berpengaduk yang dilengkapi sensor pH untuk mengendalikan laju pemasukan  asam.

Bahan yang sering digunakan dalam proses pengolahan limbah cair yang bersifat basa adalah :

Ø  H₂SO₄

Ø  HCI

Ø  SO₂

Ø  HNO₃

Ø  H₃O₄

Contoh Reaksi netralisasi limbah yang bersifat basa (mengandung NaOH)

Reaksi :

 HCl + NaOH → NaCl +H2O

2.      EQUALISASI

Proses equalisasi atau proses penyeragaman, yaitu proses pendahuluan yang akan sangatmembantu terhadap proses aerasi anaerob. Equalisasi bukan merupakan suatu proses pengoLahan tetapi merupakan suatu cara / teknik untuk meningkatkan efektivitas dari proses pengolahan selanjutnya. Keluaran dari bak equalisasi adalah parameter operasional bagi unitpengolahan selanjutnya .

Kegunaan dari equalisasi adalah :

 1.Membagi dan meratakan volume pasokan (influent) untuk masuk pada proses treatment.

2.Meratakan fluktuasi dari beban organik untuk menghindari shock loading pada sistem pengolahan biologi

3.Meratakan kandungan padatan (SS, koloidal, dls b) untuk meminimalkan kebutuhanchemical pada proses koagulasi dan flokulasi.Sehingga dilihat dari fungsinya tersebut, unit bak equalisasi sebaiknya dilengkapi dengan mixer, atau secara sederhana konstruksi/peletakan dari pipa inlet dan outlet diatur sedemikian rupa sehingga menimbulkan efek turbulensi. Idealnya pengeluaran (discharge) dari equalisasi dijaga konstanselama periode 24 jam, biasanya dengan cara pemompaan maupun cara cara lain yang memungkinkan.

3.      PROSES ANEOROB

Poses aerasi anaerob, yaitu proses yang bertujuan untuk menurunkan bahan-bahano rganik terlarut dan senyawa organik lainnya dengan bantuan bakteri anaerob. Secara anaerobik, penguraian bahan organik dilakukan tanpa menggunakan oksigen. Hasil akhir aktivitas anaerobik adalah biogas, uap air, dan excess sludge.

4.      Aerasi.

Proses aerasi, bertujuan untuk menurunkan bahan-bahan organik dan senyawa organik lainnya dengan cara memasukkan oksigen secara terus-menerus. Secara aerobik, penguraian bahan organik dilakukan mikroorganisme dengan bantuan oksigen sebagai electon acceptor dalam air limbah. Selain itu, aktivitas aerobik ini dilakukan dengan bantuan lumpur aktif (activated sludge) yang banyak mengandung bakteri pengurai. Hasil akhir aktivitas aerobik sempurna adalah CO₂, uap air, dan excess sludge.

5.      Proses sedimentasi pertama

Proses sedimentasi pertama, proses untuk mengendapkan lumur yang dihasilkan padaproses aerasi.

6.      Proses koagulasi-flokulasi

Proses koagulasi-flokulasi, yaitu proses penambahan dosis koagulan dan dilanjutkandengan proses pengadukan untuk membentuk flok.

·         koagulasi adalah prosespembentukkan koloid yang stabil menjadi koloid yang tidak stabil dan membentuk flok-flok dari gabungan koloid yang berbeda muatan.Pada prinsipnya ada dua aspek yang penting dalam proses ini yaitu pembubuhanbahan kimia (koagulan) dan pengadukan. Pada proses koagulasi, koagulan dibubuhkan kedalam air baku kemudian dilakukan pengadukan selama beberapa saat dalam suatukoagulator. Dari pencampuran ini akan terjadi destabilisasi koloid dan partikel tersuspensioleh koagulan. Secara umum proses koagulasi berfungsi untuk :

1.Mengurangi kekeruhan akibat adanya partikel koloid anorganik maupun organik didalam air.

2.Mengurangi warna yang diakibatkan oleh partikel koloid di dalamair.

3.Mengurangi bakteri-bakteri patogen dalam partikel koloid, algae, dan organismeplankton lain.

4.Mengurangi rasa dan bau yang diakibatkan oleh partikel koloid dalam air.

Ada tiga faktor yang mempegaruhi keberhasilan proses koagulasi yaitu:

1.Jenis koagulan yang dipakai

2.Dosis pembubuhan koagulan

3.Proses pengadukan

·         Flokulasi

Flokulasi adalah proses penggabungan inti flok sehingga menjadi flok berukuranlebih besar. Proses fokulasi hanya dapat berlangsung bila ada pengadukan. Secara garisbesar pembentukan flok terbagi dalam empat tahap yaitu :

1.Tahap destabilisasi partikel koloid

2.Tahap pembentukan mikroflok 

3.Tahap penggabungan mikroflok 

4.Tahap pembentukan makroflok

Tahap 1 dan 2 terjadi pada proses koagulasi sedangkan tahap 3 dan 4 terjadi pada prosesflokulasi.

Faktor-faktor yang harus dipertimbangkan dalam desain unit flokulasi :

Kualitas air baku dan karakteristik flokulasi

Kualitas tujuan dari proses pengolahan

Headloss tersedia dan variasi debit instalas

7.      Proses sedimentasi kedua

Proses sedimentasi kedua, yaitu proses pengendapan terhadap flok yang terbentuk pada proses 6.

8.      Proses flotasi

Proses flotasi, yaitu proses pengapungan untuk meningkatkan laju pemindahan partikel-partikel tersuspensi yang ada.

Pada proses flotasi, gelembung udara diinjeksikan ke dalam tangki untuk mengapungkan padatan sehingga mudah disisihkan. Dengan adanya gaya dorong dari gelembung tersebut, padatan yang berat jenisnya lebih tinggi dari air akan terdorong ke permukaan. Demikian pula halnya dengan padatan yang berat jenisnya lebih rendah daripada air. Hal ini merupakan keunggulan teknik flotasi dibanding pengendapan karena dengan flotasi partikel yang ringan dapat disisihkan dalam waktu yang bersamaan.

9.      Proses sedimentasi ketiga

Proses sedimentasi ketiga, yaitu proses pengendapan partikel ringan.

10.   penyaringan dengan arang aktif 

Proses penyeringan dengan arang aktif, untuk menyerap bahan-bahan kimia yang tersisa.

1.1  Teknik Pengolahan Air Limbah

Teknologi pengolahan air limbah adalah kunci dalam memelihara kelestarian lingkungan. Apapun macam teknologi pengolahan air limbah domestik maupun industri yang dibangun harus dapat dioperasikan dan dipelihara oleh masyarakat setempat. Jadi teknologi pengolahan yang dipilih harus sesuai dengan kemampuan teknologi masyarakat yang bersangkutan. 

Berbagai teknik pengolahan air buangan untuk menyisihkan bahan polutannya telah dicoba dan dikembangkan selama ini.  Teknik-teknik pengolahan air buangan yang telah dikembangkan tersebut secara umum terbagi menjadi 3 metode pengolahan:.

1. Pengolahan Secara Fisika

            Pada umumnya, sebelum dilakukan pengolahan lanjutan terhadap air buangan, diinginkan agar bahan-bahan tersuspensi berukuran besar dan yang mudah mengendap atau bahan-bahan yang terapung disisihkan terlebih dahulu. Penyaringan (screening) merupakan cara yang efisien dan murah untuk menyisihkan bahan tersuspensi yang berukuran besar. Bahan tersuspensi yang mudah mengendap dapat disisihkan secara mudah dengan proses pengendapan.  Parameter desain yang utama untuk proses pengendapan ini adalah kecepatan mengendap partikel dan waktu detensi hidrolis di dalam bak pengendap.

	Gambar 1.  Skema Diagram Pengolahan Fisik

        

            Proses flotasi banyak digunakan untuk menyisihkan bahan-bahan yang mengapung seperti minyak dan lemak agar tidak mengganggu proses pengolahan berikutnya. Flotasi juga dapat digunakan sebagai cara penyisihan bahan-bahan tersuspensi (clarification) atau pemekatan lumpur endapan (sludge thickening) dengan memberikan aliran udara ke atas (air flotation).

            Proses filtrasi di dalam pengolahan air buangan, biasanya dilakukan untuk mendahului proses adsorbsi atau proses reverse osmosis-nya, akan dilaksanakan untuk menyisihkan sebanyak mungkin partikel tersuspensi dari dalam air agar tidak mengganggu proses adsorbsi atau menyumbat membran yang dipergunakan dalam proses osmosa.

            Proses adsorbsi, biasanya dengan karbon aktif, dilakukan untuk menyisihkan senyawa aromatik (misalnya: fenol) dan senyawa organik terlarut lainnya, terutama jika diinginkan untuk menggunakan kembali air buangan tersebut.

Teknologi membran (reverse osmosis) biasanya diaplikasikan untuk unit-unit pengolahan kecil, terutama jika pengolahan ditujukan untuk menggunakan kembali air yang diolah. Biaya instalasi dan operasinya sangat mahal.

2.Pengolahan Secara Kimia

Pengolahan air buangan secara kimia biasanya dilakukan untuk menghilangkan partikel-partikel yang tidak mudah mengendap (koloid), logam-logam berat, senyawa fosfor, dan zat organik beracun; dengan membubuhkan bahan kimia tertentu yang diperlukan.  Penyisihan bahan-bahan tersebut pada prinsipnya berlangsung melalui perubahan sifat bahan-bahan tersebut, yaitu dari tak dapat diendapkan menjadi mudah diendapkan (flokulasi-koagulasi), baik dengan atau tanpa reaksi oksidasi-reduksi, dan juga berlangsung sebagai hasil reaksi oksidasi. 

Pengendapan bahan tersuspensi yang tak mudah larut dilakukan dengan membubuhkan elektrolit yang mempunyai muatan yang berlawanan dengan muatan koloidnya agar terjadi netralisasi muatan koloid tersebut, sehingga akhirnya dapat diendapkan. Penyisihan logam berat dan senyawa fosfor dilakukan dengan membubuhkan larutan alkali (air kapur misalnya) sehingga terbentuk endapan hidroksida logam-logam tersebut atau endapan hidroksiapatit.  Endapan logam tersebut akan lebih stabil jika pH air > 10,5 dan untuk hidroksiapatit pada pH > 9,5.  Khusus untuk krom heksavalen, sebelum diendapkan sebagai krom hidroksida [Cr(OH)₃], terlebih dahulu direduksi menjadi krom trivalent dengan membubuhkan reduktor (FeSO₄, SO₂, atau Na₂S₂O₅).

Penyisihan bahan-bahan organik beracun seperti fenol dan sianida pada konsentrasi rendah dapat dilakukan dengan mengoksidasinya dengan klor (Cl₂), kalsium permanganat, aerasi, ozon hidrogen peroksida.

Pada dasarnya kita dapat memperoleh efisiensi tinggi dengan pengolahan secara kimia, akan tetapi biaya pengolahan menjadi mahal karena memerlukan bahan kimia.

Gambar 2.  Skema Diagram pengolahan Kimiawi

3. Pengolahan secara Biologi

Semua air buangan yang biodegradable dapat diolah secara biologi. Sebagai pengolahan sekunder, pengolahan secara biologi dipandang sebagai pengolahan yang paling murah dan efisien. Dalam beberapa dasawarsa telah berkembang berbagai metode pengolahan biologi dengan segala modifikasinya. Pada dasarnya, reaktor pengolahan secara biologi dapat dibedakan atas dua jenis, yaitu:

1.    Reaktor pertumbuhan tersuspensi (suspended growth reaktor);

2.    Reaktor pertumbuhan lekat (attached growth reaktor).

Di dalam reaktor pertumbuhan tersuspensi, mikroorganisme tumbuh dan berkembang dalam keadaan tersuspensi.  Proses lumpur aktif yang banyak dikenal berlangsung dalam reaktor jenis ini. Proses lumpur aktif terus berkembang dengan berbagai modifikasinya, antara lain: oxidation ditch dan kontak-stabilisasi. Dibandingkan dengan proses lumpur aktif konvensional, oxidation ditch mempunyai beberapa kelebihan, yaitu efisiensi penurunan BOD dapat mencapai 85%-90% (dibandingkan 80%-85%) dan lumpur yang dihasilkan lebih sedikit.  Selain efisiensi yang lebih tinggi (90%-95%), kontak stabilisasi mempunyai kelebihan yang lain, yaitu waktu detensi hidrolis total lebih pendek (4-6 jam).  Proses kontak-stabilisasi dapat pula menyisihkan BOD tersuspensi melalui proses absorbsi di dalam tangki kontak sehingga tidak diperlukan penyisihan BOD tersuspensi dengan pengolahan pendahuluan.

Kolam oksidasi dan lagoon, baik yang diaerasi maupun yang tidak, juga termasuk dalam jenis reaktor pertumbuhan tersuspensi. Untuk iklim tropis seperti Indonesia, waktu detensi hidrolis selama 12-18 hari di dalam kolam oksidasi maupun dalam lagoon yang tidak diaerasi, cukup untuk mencapai kualitas efluen yang dapat memenuhi standar yang ditetapkan.  Di dalam lagoon yang diaerasi cukup dengan waktu detensi 3-5 hari saja.

Di dalam reaktor pertumbuhan lekat, mikroorganisme tumbuh di atas media pendukung dengan membentuk lapisan film untuk melekatkan dirinya. Berbagai modifikasi telah banyak dikembangkan selama ini, antara lain:

1.    trickling filter

2.    cakram biologi

3.    filter terendam

4.    reaktor fludisasi

Ditinjau dari segi lingkungan dimana berlangsung proses penguraian secara biologi, proses ini dapat dibedakan menjadi dua jenis:

1.         Proses aerob, yang berlangsung dengan hadirnya oksigen

2.         Proses anaerob, yang berlangsung tanpa adanya oksigen.

Apabila BOD air buangan tidak melebihi 400 mg/l, proses aerob masih dapat dianggap lebih ekonomis dari anaerob.  Pada BOD lebih tinggi dari 4000 mg/l, proses anaerob menjadi lebih ekonomis.

Gambar 3.  Skema Diagram pengolahan Biologi

Dalam prakteknya saat ini, teknologi pengolahan limbah cair mungkin tidak lagi sesederhana seperti dalam uraian di atas.  Namun pada prinsipnya, semua limbah yang dihasilkan harus melalui beberapa langkah pengolahan sebelum dibuang ke lingkungan atau kembali dimanfaatkan dalam proses produksi, dimana uraian di atas dapat dijadikan sebagai acuan. Pencemaran

1.2  Teknologi Pengolahan Air Limbah

Tujuan utama pengolahan air limbah ialah untuk mengurai kandungan bahan pencemar di dalam air terutama senyawa organik, padatan tersuspensi, mikroba patogen, dan senyawa organik yang tidak dapat diuraikan oleh mikroorganisme yang terdapat di alam. Pengolahan air limbah tersebut dapat dibagi menjadi 5 (lima) 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.

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. Macam-macam Unit Pengolahan Pertama (Premary Treatment)

a.    Penyaringan (screening)

Penyaringan dilakukan untuk material-material kasar yang terkandung dalam air limbah seperti ranting, kayu, kertas, dan lain-lain. Fungsi lain dari penyaringan adalah untuk melindungi pompa dan peralatan mekanikal lainnya terhadap terjadinya penyumbatan atau kemacetan. Penyaringan air limbah diklasifikasikan dalam dua macam yaitu saringan halus (Fine screen) dan saringan kasar (Coorse screen).

b.   Penangkap pasir (Grit removal/ grit chamber)

Air limbah umumnya mengandung bahan-bahan padatan anorganik (khususnya air limbah domestik) seperti pasir, kerikil, kulit telur, pecahan kaca dan serpihan logam. Kebanyakan bahan tersebut bersifat abrasif dan akan menimbulkan gangguan terhadap akselerasi sistem pompa yang dioperasikan dan sifat lain yaitu tidak mudah terurai (Unbiodegradasible) serta meningkatkan jumlah endapan sehingga mengurai volume digester. Fasilitas penangkap pasir ini bekerja secara gravitasi, umumnya berbentuk saluran terbuka yang dilengkapi dengan bak pengendap.

c.    Penghancuran (Communiting)           

Unit ini berfungsi untuk mengahasilkan material-material kasar yang tidak tersaring, menjadi material-material kecil dalam ukuran 8mm. alat pengaturnya dinamakan communicator. Unit ini umumnya diletakkan melintang pada saluran pembawa air limbah, sehingga saluran iar limbah dipastikan akan melewati mulut unit penghancur ini.  

d.   Penangkap pertama

Unit ini didesain untuk mereduksi zat-zat padat tersuspensi yang ada dalam air limbah. Kebanyakan material zat padat tersuspensi secara alamiah berbentuk flokulan. Sistem pengendap awal dioperaikan dalam 2tipe yaitu, sistem pengendapan dengan penambahan bahan koagulan dan sistem pebgendapan tanpa bahan koagulan. Unit pengendapan awal ini umumnya berbentuk lingkaran atau empat persegi panjang.   

e.    Bangunan penangkap lemak (Grease trap)

Unit pengolahan air limbah yeng berfungsi untuk memisahkan lemak atau minyak (Grease). Lemak akan mengapunh pada suhu 20⁰C. selanjutnya lemak yang tertangkap dibersihkan secara berkala dengan cara manual ataupun mekanik.

f.    Equalisasi

Unit pengolahan air limbah yeng berfungsi untuk meratakan beban pencemar air limbah (mencampur untuk menjadi lebih homogen) serta untuk mengurangi atau mengendalikan variasi karekteristik air limbah agar tercapai kondisi optimum untuk proses lebih lanjut. Secara teknis unit ini berfungsi untuk :

·         Meredam beban kejut akibat adanya fluktuasi beban organik yang dapat mengganggu proses biologik aerobik.

·         Mengendalikan ph air limbah melalui pencampuran limbah asam dan limbah basa, sehingga mengurangi biaya pembelian asam/basa.

·         Mengurangi fluktuasi aerobik sehingga bebabn hidrolis yang tinggi dapat mengganggu proses lumpur aktif.

·         Memecah konsentrasi bahan beracun yang memasuki bak pengolah biologis sehingga mematikan mikroorganisme yang ada.

g.   Netralisasi

Beberapa limbah industri umumnya bersifat asam/basa, sehingga memerlukan netralisasai sebelum dialirkan ke proses lanjut atau dibuang ke badan air penerima. Untuk menjamin keberhasilan proses biologis (penguraian oleh mikroba) diperlukan ph pada angka kisaran 6,5 - 8,5. Jenis-jenis proses netralisasi :

·         Pengadukan limbah asam dan basa

·         Netralisasi limbah asam dengan serbuk batu marmer

·         Pengadukan asam dengan lumpur aktif

·         Pengadukan dengan limbah alkalin

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, anaerobic lagoon, tricking filter, aerated lagoon, stabilization basin, rotating biological contactor, serta anaerobic contactor and filter.

Yang terdiri dari onversi biologis zat terlarut dan kolodial organik menjadi bio massa yang dapat dihilangkan dengan cara pengendapan. Pengolahan kedua sering juga disebut sebagai pengolahan biologis yaitu pengolahan sistem pengolahan air limbah yang memanfaatkan aktivitas mikroorganisme dengan bantuan atau tanpa bantuan oksigen.

Dalam proses pengolahan biologis mikroorganisme memanfaatkan zat organik dalam air limbah sebagai suplai bahan makanan dan mengkorversi dalam sel biologis atau yang disebut bio massa. Macam – macam aplikasi sistem pengolahan biologis adalah :

·                     Lumpur aktif (aktivated sludge)

·                     Trickling Filter

·                     Bio Tower

·                     Kolam Stabilisasi (stabilitation ponds)

·                     Parit Oksidasi (oxydation ditch)

·                     Aerobik Bio Filter

4. Pengolahan Tahap Ketiga (Tertiary Treatment)

Pengolahan lanjut sering juga disebut sebagai pengolahan ketiga karena pada dasarnya pada pengolahan tahap ini adalah proses pengolahan limbah cair yang ditujukan untuk menyempurnakan hasil – hasil pada proses –proses pengolahan sebelumnya, yaitu pada tahap proses pengolahan fisika dan biologis. Sifat pengolahan ketiga ini sangat bergantung dari kualitas hasil proses pengolahan pada tahap – tahap sebelumnya, artinya bahwa proses pengolahan ketiga hanya diperlukan bila masih ada material – material pencemar yang masih perlu dihilangkan sebelum dilakukan pembuangan ke badan air penerima.

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.