Efektivitas Media Kerang dan Inokulasi Zeolit Pada Upflow Anaerobic dalam Menurunkan Kadar Cod Pada Limbah Cair Industri Tahu : Studi Kasus di PT X

Abstract

Limbah cair industri tahu memiliki kandungan bahan organik yang tinggi sehingga menghasilkan nilai Chemical Oxygen Demand (COD) yang melebihi baku bahan organik . Kondisi tersebut berpotensi menurunkan kualitas badan air akibat meningkatnya kebutuhan oksigen dalam proses dekomposisi bahan organik. Penelitian ini bertujuan mengevaluasi efektivitas reaktor Upflow Anaerobic dengan media kerang dan zeolit terinokulasi dalam menurunkan kadar COD pada limbah cair industri tahu melalui variasi Hydraulic Retention Time (HRT) selama 8, 16, 24, dan 48 jam. Penelitian dilatarbelakangi oleh tingginya kandungan bahan organik pada limbah industri tahu yang menyebabkan nilai COD jauh melebihi baku mutu 300 mg/L sesuai Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 5 Tahun 2014. Kondisi tersebut berpotensi menurunkan kualitas badan air, mengurangi kadar oksigen terlarut, menimbulkan bau, serta mengganggu ekosistem perairan. Teknologi yang digunakan merupakan reaktor Upflow Anaerobic, yaitu sistem pengolahan biologis tanpa oksigen dengan aliran limbah dari bawah ke atas sehingga kontak antara limbah dan biomassa berlangsung lebih intensif. Prinsip kerja reaktor ini mengacu pada konsep Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) dan pengembangannya pada Expanded Granular Sludge Bed (EGSB) yang efektif mengolah limbah berkonsentrasi organik tinggi. Proses biologis berlangsung melalui empat tahap utama, yaitu hidrolisis, asidogenesis, asetogenesis, dan metanogenesis, hingga senyawa organik kompleks terdegradasi menjadi metana, karbon dioksida, dan air. Efektivitas proses sangat dipengaruhi oleh kondisi pH, suhu, waktu retensi, serta media tempat tumbuh mikroorganisme. Media yang dibandingkan dalam penelitian adalah kerang dan zeolit. Media kerang mengandung kalsium karbonat (CaCO₃) yang bersifat alkali sehingga mampu menetralkan kondisi limbah yang asam sekaligus menyediakan permukaan bagi pertumbuhan biofilm. Sebaliknya, media zeolit memiliki struktur berpori yang mendukung pertumbuhan mikroorganisme melalui mekanisme adsorpsi dan pertukaran ion sehingga mampu mempertahankan biomassa dalam reaktor. Kedua media diharapkan meningkatkan efisiensi degradasi COD melalui mekanisme biologis maupun fisikokimia. Penelitian dilaksanakan di laboratorium dengan menggunakan reaktor berkapasitas aktif sekitar 4,5 L. Variabel bebas terdiri atas jenis media (kerang dan zeolit) serta variasi HRT (8, 16, 24, dan 48 jam), sedangkan variabel terikat meliputi nilai COD akhir, persentase penurunan COD, dan pH. Setiap perlakuan dilakukan sebanyak dua kali pengulangan. Sebelum pengolahan dilakukan tahap inokulasi, seeding, dan aklimatisasi untuk memastikan mikroorganisme mampu beradaptasi terhadap media dan limbah yang akan diolah. Tahap inokulasi dilakukan pada media zeolit menggunakan kotoran sapi sebagai sumber mikroorganisme selama sekitar 30 hari. Hasil pengamatan menunjukkan pH media meningkat dari sekitar 3,9 menjadi 6,9 disertai perubahan warna media dari putih krem menjadi abu-abu kecoklatan dan terbentuknya lapisan biofilm. Perubahan tersebut menunjukkan keberhasilan kolonisasi mikroorganisme pada permukaan zeolit sehingga media siap digunakan dalam proses pengolahan limbah. Tahap seeding menunjukkan bahwa media kerang menghasilkan kondisi pH yang lebih stabil dibandingkan media zeolit. Nilai pH media kerang meningkat hingga mendekati netral (sekitar 7,1), sedangkan media zeolit mengalami fluktuasi akibat mekanisme pertukaran ion. Selama fase ini terjadi peningkatan COD yang menandakan aktivitas metabolisme mikroorganisme dan pembentukan biofilm pada kedua media. Selanjutnya, pada tahap aklimatisasi, mikroorganisme diadaptasikan secara bertahap terhadap peningkatan konsentrasi limbah. Saat konsentrasi limbah mencapai 100%, terjadi fenomena shock loading, yaitu penurunan kemampuan degradasi akibat meningkatnya beban organik secara tiba-tiba. Namun demikian, media kerang tetap menunjukkan kemampuan penyangga pH yang lebih baik dibandingkan media zeolit karena kandungan CaCO₃ mampu menetralkan ion hidrogen pada limbah yang bersifat asam. Pengolahan limbah menggunakan media kerang menunjukkan bahwa peningkatan HRT memberikan waktu yang lebih lama bagi mikroorganisme untuk mendegradasi senyawa organik. Pada awal pengolahan (0–8 jam), mikroorganisme berada pada fase adaptasi sehingga efisiensi penurunan COD masih relatif rendah. Setelah memasuki HRT yang lebih panjang, pH meningkat mendekati kondisi netral dan proses anaerob berlanjut ke tahap asetogenesis dan metanogenesis yang ditandai dengan pembentukan gas hasil degradasi. Kandungan kalsium karbonat pada media kerang berperan dalam menjaga kestabilan pH sehingga aktivitas mikroorganisme berlangsung lebih optimal. Pada media zeolit, penurunan COD juga terjadi melalui aktivitas mikroorganisme yang tumbuh pada pori-pori media. Zeolit berfungsi sebagai tempat melekatnya biomassa dan mempertahankan populasi mikroorganisme sehingga proses biodegradasi dapat berlangsung secara kontinu. Namun, kemampuan zeolit dalam meningkatkan pH lebih rendah dibandingkan media kerang karena mekanisme utamanya adalah pertukaran ion, bukan penyanggaan alkalinitas. Akibatnya, kondisi lingkungan pada media zeolit cenderung lebih asam selama proses berlangsung sehingga efisiensi degradasinya sedikit lebih rendah. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kedua media mampu menurunkan kadar COD limbah cair industri tahu, tetapi media zeolit terinokulasi menghasilkan efisiensi penurunan COD tertinggi sebesar sekitar 36,29% pada HRT 48 jam, sedangkan media kerang mencapai efisiensi sekitar 28,29% pada HRT yang sama. Semakin lama waktu retensi, semakin besar kesempatan mikroorganisme menguraikan senyawa organik sehingga nilai COD menurun. Namun demikian, nilai COD akhir masih berada di atas baku mutu sehingga diperlukan optimasi lebih lanjut, misalnya melalui peningkatan waktu retensi, penambahan tahap pengolahan lanjutan, atau modifikasi desain reaktor. Analisis statistik menggunakan Linear Mixed Model (LMM) dilakukan karena data terdiri atas pengukuran berulang dengan dua kali ulangan. Model ini menggabungkan fixed effects (jenis media dan HRT) serta random effects (ulangan) sehingga lebih sesuai dibandingkan ANOVA konvensional. Sebelum analisis dilakukan uji asumsi berupa normalitas residual menggunakan Shapiro–Wilk dan homogenitas varians. Pendekatan LMM memungkinkan evaluasi pengaruh masing-masing faktor terhadap penurunan COD secara lebih akurat. Hasil penelitian reaktor Upflow Anaerobic berpotensi digunakan sebagai alternatif pengolahan limbah cair industri tahu. Media kerang memberikan keunggulan dalam menjaga kestabilan pH melalui kemampuan penyanggaan alkalinitas, sedangkan media zeolit terinokulasi menyediakan permukaan yang lebih baik bagi pertumbuhan mikroorganisme sehingga menghasilkan efisiensi degradasi COD yang lebih tinggi. Kombinasi pemilihan media yang tepat, proses inokulasi yang optimal, dan waktu retensi yang memadai menjadi faktor utama dalam meningkatkan kinerja reaktor anaerob pada pengolahan limbah cair industri tahu.