Abstrak —Air limbah yang dihasilkan dari kegiatan peternakan sapi  perah  dengan  diversivikasi  industri  tahu  di  Dusun  Klagen, Krian, Kabupaten Sidoarjo memiliki karakteristik yang melebihi baku  mutu.  Kualitas  air  limbah  kegiatan  peternakan  sapi diketahui mencapai 1.605,24 mgBOD/L, 4.134,35 mgCOD/L, dan TSS  sebesar  1.170  mg/L.  Kualitas  air  limbah  untuk  kegiatan industri  tahu  diketahui  sebesar  2.387,06  mg/L  untuk  BOD 5 dan COD sebesar 4.204,2 mg/L, serta TSS sebesar 240 mg/L. Melihat karakteristik tersebut diperlukan instalasi pengolahan air limbah (IPAL)  agar  air  limbah  yang  dibuang  ke  badan  air  memenuhi baku mutu.
Perencanaan  didasarkan  pada  karakteristik  air  limbah  yang diperoleh dari hasil uji laboratorium dan kondisi eksisting lokasi studi. Alternatif pengolahan yang direncanakan adalah pengolahan  dengan teknologi upflow  anaerobic  sludge  blanket (UASB)  dan  kombinasi anaerobic  aerobic  filter .  IPAL  yang direncanakan  membutuhkan  luas  lahan  sebesar  297  m 2 .  Luas lahan  tersebut  juga  meliputi  bak  ekualisasi  sebagai  penunjang pengolahan upflow anaerobic sludge blanket (UASB). Biaya yang dibutuhkan  untuk  membangun  instalasi  pengolahan  air  limbah sesuai perencanaan sebesar Rp 1.663.183.000.
Kata Kunci — air limbah, industri tahu, peternakan sapi perah, upflow anaerobic sludge blanket (UASB).

## I. PENDAHULUAN
ENINGKATAN  kesejahteraan  masyarakat  berdampak pada  peningkatan  kesadaran  pentingnya  pemenuhan  gizi seimbang,  yaitu  dengan  peningkatan  konsumsi  susu  [1].  Hal tersebut  menciptakan  peluang  bagi  masyarakat  dalam peningkatan ekonomi, yaitu dengan pengembangan peternakan sapi  perah  [2].  Salah  satu  peternakan  sapi  perah  skala  besar dengan  jumlah  sapi  perah  ±  300  ekor  berada  di  Krian, Kabupaten  Sidoarjo.  Pada  usaha  peternakan  sapi  perah tersebut  terdapat  diversifikasi  kegiatan  yaitu  dengan  adanya industri  tahu.  Air  limbah  dari  kegiatan  peternakan  sapi  perah dan  industri  tahu  memiliki  konsentrasi  pencemar  yang  tinggi, sehingga  diperlukan  adanya  instalasi  pengolahan  air  limbah (IPAL).  Undang-Undang  Nomor  32  tahun  2009  menyatakan, bahwa setiap usaha diperbolehkan membuang limbah ke media lingkungan  hidup  dengan  persyaratan  memenuhi  baku  mutu lingkungan hidup.
Penentuan  sistem  pengolahan  air  limbah  di  dalam perencanaan ini dilakukan dengan memilih beberapa teknologi pengolahan sebagai alternatif. Pemilihan teknologi pengolahan air  limbah  yang  paling  tepat  dari  alternatif  pada  perencanaan ini  mempertimbangkan  aspek  teknis  dan  aspek  finansial. Aspek  teknis  dalam  perencanaan  memperhatikan  kriteria desain  pengolahan  dan  capaian  hasil  pengolahan  yang memenuhi  baku  mutu.  Aspek  finansial  yang  dipertimbangkan adalah biaya investasi dan operasional, serta perawatan.
Berdasarkan  karakteristik  air  limbah  dan  kondisi  eksisting, maka  teknologi  pengolahan  air  limbah  yang  dapat  digunakan adalah upflow  anaerobic  sludge  blanket (UASB)  dilanjutkan dengan  kombinasi  anaerobik-aerobik filter. UASB merupakan pengolahan  anaerobik  yang  dapat  mengolah  polutan  dengan beban  organik  yang  tinggi  [3].  Rangkaian  pengolahan  UASB dan kombinasi anaerobik-aerobik filter merupakan pengolahan dengan efisiensi penyisihan polutan yang tinggi.

## II. METODOLOGI PERENCANAAN

## A. Pengumpulan Data
Data  yang  digunakan  dalam  perencanaan  ini  adalah  data primer  dan  data  sekunder.  Pengumpulan  data  bertujuan  untuk mendapatkan data-data yang mendukung sebagai pertimbangan  dalam  melakukan  perencanaan  IPAL.  Data primer  merupakan  data  yang  didapatkan  melalui  observasi lapangan  secara  langsung.  Pada  perencanaan  ini,  data  primer yang dikumpulkan adalah debit air bersih kegiatan peternakan sapi perah, kualitas air limbah, ketersediaan lahan, dan kontur. Data  sekunder  dibutuhkan  sebagai  pelengkap  data  dalam melakukan perencanaan. Data sekunder yang digunakan antara lain  debit  air  bersih  industri  tahu,  baku  mutu  air  limbah berdasarkan  Peraturan  Gubernur  Jawa  Timur  No.  72  Tahun 2013, lokasi badan air penerima, dan harga satuan pokok kerja (HSPK) Kabupaten Sidoarjo 2016.
Debit  air  limbah  pada perencanaan instalasi pengolahan air limbah  (IPAL)  ini  terdiri  dari  debit  air  limbah  dari  kegiatan peternakan sapi perah dan industri tahu. Debit air limbah dari kegiatan peternakan sapi perah didapatkan dengan pengukuran secara  langsung  air  bersih  yang  digunakan.  Air  limbah  yang

## Perencanaan Instalasi Pengolahan Air Limbah Kegiatan Peternakan Sapi Perah dan Industri Tahu
Rahani Yunanda Kusumadewi dan Arseto Yekti Bagastyo Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Raya ITS Surabaya 60111 Indonesia e-mail : bagastyo@enviro.its.ac.id
P
dihasilkan  dari  kegiatan  peternakan  sapi  perah  adalah  100% air  bersih.  Debit  air  limbah  yang  didapatkan  untuk  kegiatan peternakan  sapi  sebesar  302,40  m 3 /hari.  Debit  kegiatan industri  tahu  didapat  dari  kapasitas  pompa  air  bersih  yang digunakan  yaitu  sebesar  360  m 3 /hari  untuk  jam  kerja  yang dimulai  pukul  08.00  –  16.00.  Air  limbah  dari  industri  tahu sebesar  80% air bersih.  Debit air limbah yang akan masuk ke dalam  pengolahan  merupakan  air  pencucian  dan  perendaman kedelai  sebesar  ±15%  air  limbah  [4].  Air  limbah  yang dihasilkan dari kegiatan industri tahu sebesar 43,2 m 3 /hari. Kalitas  air  limbah  didapat  dari sampling air  limbah  pada peternakan  sapi  perah  dan  industri  tahu  yang  dilanjutkan dengan  analisis  laboratorium.  Pengambilan  sampel  air  limbah peternakan  sapi  perah  dilakukan  secara composite dan  air limbah  industri  tahu  dilakukan  secara grab sampling. Pengambilan  sampel  air  limbah  dilakukan  tiga  kali  pada  jam kerja  seluruh  aktifitas  di  hari  yang  berbeda.  Jumlah pengambilan  sampel  tersebut  dianggap  dapat  mewakili karakteristik air limbah untuk setiap hari kerja. Parameter yang diperhatikan  dalam  perencanaan  ini  adalah  BOD,  COD,  TSS, dan pH sesuai dengan baku mutu yang diacu. Baku mutu yang dijadikan  acuan  adalah  Peraturan  Gubernur  Jawa  Timur  No. 72 Tahun 2013 untuk kegiatan industri pengolahan kedelai.

## B. Perencanaan Unit IPAL
Perencanaan unit IPAL meliputi perhitungan dimensi UASB dan  kombinasi  anaerobik-aerobik  filter.  Sebelum  masuk  ke UASB,  air  limbah  ditampung  terlebih  dahulu  dalam  bak ekualisasi  kemudian  dipompa  untuk  mengalirkan  air  dari  bak ekualisasi  ke  UASB.  Hal  ini  dikarenakan  UASB  sensitif terhadap  variasi  debit  [3].  Diagram  alir  pengolahan  dapat dilihat pada Gambar 1.

## Gambar 1 Diagram Alir Pengolahan Air Limbah
Unit  kombinasi  anaerobik-aerobik  filter  memerlukan  media filter  untuk  proses  pengolahannya.  Media  yang  digunakan sebaiknya  media  yang  memiliki  efektifitas  yang  baik. Efektifitas  media  dapat  dilihat  dari  luas  permukaan  dan porositas  media.  Media  yang  digunakan pada perencanaan ini adalah  sarang  tawon  berbahan  plastik  dengan luas permukaan 226 m 2 /m 3 dan porositas 98% [5].
Setelah  didapat  dimensi  unit-unit  IPAL,  dibuat  gambar secara  detail  atau Detail  Engineering  Design (DED)  yang dinyatakan  dalam  satuan  meter.  Selanjutknya  dilakukan perhitungan biaya yang dibutuhkan untuk pembangunan IPAL. Perhitungan  biaya  mengacu  pada  Harga  Satuan  Pokok  Kerja (HSPK)  Kabupaten  Sidoarjo  Tahun  2016  yang  dikalikan dengan volume pekerjaan.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Debit dan Karakteristik  Air Limbah
Debit dan karakteristik air limbah didapat berdasarkan data- data  yang  telah  dikumpulkan.  Karakteristik  air  limbah  yang didapat  dijadikan  landasan  peencanaan  karena  konsentrasi masing-masing  parameter  melebihi  baku  mutu.  Debit  dan karakteristik  air  limbah  campuran  kegiatan  peternakan  sapi perah  dan  industri  tahu  dan  baku  mutu  dapat  dilihat  pada Tabel 1.
Tabel 1. Karakteristik Air Limbah Campuran dan Baku Mutu Parameter Konsentrasi Air Limbah Baku Mutu Kegiatan Industri Tahu BOD 5 1702,97 mg/L 150 mg/L COD 4143,08 mg/L 300 mg/L TSS 1053,75 mg/L 100 mg/L pH 8 6 - 9 Suhu (T) 30 o C Debit (Q) 345,6 m 3 /hari

## B. Hasil Perencanaan IPAL
Hasil  perhitungan  dalam  perencanaan  instalasi  pengolahan air limbah adalah sebagai berikut.

## Bak Ekualisasi
Bak  ekualisasi  berfungsi  mendapatkan  debit  yang  stabil untuk  keberhasilan  pengolahan  dalam  UASB.  Berdasarkan fungsi  tersebut  maka  dalam  bak  ekualisasi  tidak  terdapat efisiensi  penyisihan  polutan.  Air  limbah  yang  ditampung dalam bak ekualisasi disalurkan ke unit UASB dengan pompa submersible . Waktu pemompaan direncanakan selama 24 jam, sehingga  kapasitas  pompa  yang  digunakan  adalah  18,72 m 3 /jam.  Dimensi  bak  ekualisasi  yang  didapatkan  adalah  5,9m x  5,9m  x  4m  dengan freeboard 0,5  m.  Gambar  unit  bak ekualisasi dapat dilihat pada Gambar 2.
Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) Upflow  anaerobic  sludge  blanket (UASB)  merupakan sistem  pengolahan  anaerobik  di  mana  air  limbah  masuk dengan  memanfaatkan  aliran  ke  atas.  Pengaliran  air  limbah tersebut menyebabkan terjadi kontak antara air limbah dengan
Gambar 2. Bak Ekualisasi
lumpur sehingga terbentuk lumpur endapan. Pada perencanaan ini  direncanakan  UASB  sebanyak  satu  reaktor  dengan  debit influen  sebesar  18,72  m 3 /jam.  U pflow  anaerobic  sludge blanket (UASB)  memiliki  tiga  zona  yang  terdiri  dari  zona pengendapan,  zona  transisi,  dan digestion  zone [6].  Volume zona  pengendapan  sebesar  15%  -  20%  dari  volume  total reaktor [7].
Perhitungan  unit  UASB  dan  kriteria  desain  mengacu  pada literatur  [8].  Kriteria  desain  yang  diperhatikan  dalam perencanaan unit UASB adalah:
 Organik loading rate (OLR) = (5 – 15) kgCOD/m 3 .hari
 Hydraulic retention time (HRT)  = (4 – 8) jam
 Upflow velocity (vup)    = (0,8 – 1,25) m/jam
Berdasarkan debit influen dan kriteria desain, maka dimensi unit  UASB  adalah  6,6m  x  3,3m  x  8m.  Gambar  desain  UASB dapat  dilihat  pada  Gambar  3  hingga  Gambar  5.  Pada perencanaan  ini,  tinggi  total  reaktor  direncanakan  8m  yang terdiri  dari  6m  tinggi  proses  reaktor,  1,5m  tinggi gas  liquid solid  separator ,  dan  0,5m  tinggi clear  zone .  HRT  efektif UASB  berdasarkan  dimensi  yang  diperoleh  adalah  6,98  jam. OLR  pengolahan  pada  UASB  sebesar  14,24  kgCOD/m 3 .hari. Kecepatan  aliran  ke  atas  (v up )  dalam  reaktor  yang direncanakan adalah 0,86 m/jam.
Efisiensi  penyisihan  polutan  pada  UASB  dihitung  formula berdasarkan  literatur  [9].  Efisiensi  penyisihan  polutan  sesuai perhitungan  perencanaan adalah 82% untuk COD, 74% untuk BOD 5 ,  dan  TSS  sebesar  94%.  Pengolahan  air  limbah  dengan UASB  pada  perencanaan  ini  menghasilkan  lumpur  dan  gas methan. Lumpur yang dihasilkan sebesar 1,005 m 3 /hari dengan solid  retention  time (SRT)  36,8  hari.  Gas  methan  yang dihasilkan sebesar 455,29 m 3 CH 4 /hari.

## Kombinasi Anaerobik-Aerobik Filter
Unit  kombinasi  anaerobik-aerobik  filter  merupakan  salah satu  pengolahan  biologis  pertumbuhan  melekat  sehingga membutuhkan  media.  Pada  perencanaan  ini,  unit  kombinasi anaerobik-aerobik  filter  direncanakan  dua  reaktor  yang disusun secara parallel. Debit yang masuk pada masing-masing reaktor adalah 224,64 m 3 /hari. Kriteria desain dan perhitungan mengacu pada literatur [10]. Kriteria yang diperhatikan dalam perencanaan adalah:
 Organik loading rate (OLR)  = <4,5 kgCOD/m3.hari
 HRT anaerobik            = (24 – 48) jam
 HRT aerobik              = (6 – 8) jam
 Upflow velocity (vup)        = <2 m/jam
Gambar 4. Potongan A-A UASB
Gambar 5. Potongan B-B UASB
Gambar 3. Tampak Atas UASB
Setiap  reaktor  unit  kombinasi  anaerobik-aerobik  filter  yang direncanakan  terdiri  dari  tiga  kompartemen  pengolahan anaerobik filter dan satu kompartemen aerobik filter.  Dimensi setiap  kompartemen  sama,  yaitu  3m  x  7,8m  x  3m  dengan freeboard 0,3m. OLR pada pengolahan dengan unit ini adalah 1,297 kgCOD/m 3 .hari. Kecepatan aliran (v up ) maksimal adalah 0,41  m/jam.  HRT  untuk  tiga  kompartemen  anaerobik  adalah 24  jam  dan  untik  anaerobik  filter  selama  7,5  jam.  Pada kompartemen  aerobik  filter  digunakan disk  diffuser untuk menyuplai  udara. Disk  diffuser yang  digunakan  berkapasitas 11  m 3 /jam  sebanyak  5  buah  tiap  reaktor  untuk  memenuhi kebutuhan udara sebesar 1.242,73 m 3 /hari. Gambar desain unit pengolahan ini dapat dilihat pada Gambar 6 hingga Gambar  9.
Efisiensi penyisihan polutan sesuai perencanaan adalah 82% untuk  COD,  86%  untuk  BOD 5 ,  dan  TSS  sebesar  34%  untuk kompartemen  anaerobik  filter.  Efisiensi  penyisihan  polutan kompartemen  aerobik  adalah  10%  untuk  COD,  7%  untuk BOD 5 ,  dan  TSS  sebesar  6%.  Pengolahan  air  limbah  dengan kombinasi  anaerobik-aerobik  filter  menghasilkan  lumpur  dan gas  methan.  Lumpur  yang  dihasilkan  sebesar  4,06  m 3 /hari untuk  setiap  kompartemen.  Gas  methan  yang  dihasilkan sebesar 34,49 m 3 CH 4 /hari untuk setiap kompartemen.
Kesetimbangan massa pada unit-unit pengolahan air limbah yang direncanakan dapat dilihat pada Gambar 10. Kesetimbangan  massa  digunakan  untuk  mengetahui  proses dalam unit pengolahan dengan efisiensi penyisihan polutan.
Gambar 8. Potongan B-B Kombinasi Anaerobik-Aerobik Filter
Gambar 9. Potongan C-C Kombinasi Anaerobik-Aerobik Filter
Gambar 7. Potongan A-A Kombinasi Anaerobik-Aerobik Filter
Gambar 6. Tampak Atas Kombinasi Anaerobik-Aerobik Filter

## C. Rencana Anggaran Biaya
Perhitungan  anggaran  biaya  disesuaikan  dengan bill  of quantity (BOQ) dalam perencanaan ini. Bill of quantity (BOQ) untuk setiap unit pada perencanaan ini dapat dilihat pada Tabel 2. Hasil perhitungan RAB dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 2. Bill of Quantity Pekerjaan Volume Satuan Bak Ekualisasi Pembersihan lahan 43,784 m 2 Volume galian 189,174 m 3 Pengurugan 24,056 m 3 Pembetonan 64,061 m 3 UASB Pembersihan lahan 33,000 m 2 Volume galian 61,677 m 3 Pengurugan 14,817 m 3 Pembetonan 51,315 m 3 Pondasi batu kali 4,5 m 3 Kombinasi Anaerobik-Aerobik Filter Pembersihan lahan 220,692 m 2 Volume galian 721,291 m 3 Pengurugan 54,5514 m 3 Pembetonan 155,287 m 3 Media filter 277,575 m 3 Diffuser 5 buah Tabel 3.

## Rencana Anggaran Biaya
No Uraian Pekerjaan Jumlah Harga 1. Pekerjaan Persiapan 130.507.604 2. Pekerjaan Konstruksi Bangunan 1.488.561.915 3. Pekerjaan Pengadaan dan Pemasangan Pipa, Aksesoris, dan Perlengkapan Lainnya 35.324.802 4. Pekerjaan Finishing 8.788.679 TOTAL BIAYA Rp1.663.886.717

## IV. KESIMPULAN
Air limbah yang berasal dari kegiatan peternakan sapi perah dan  industri  tahu  dapat  diolah  dengan  UASB  dan  kombinasi anaerobik-aerobik  filter.  Berdasarkan  hasil  perencanaan diperoleh  dimensi  masing-masing  unit  IPAL  adalah  5,9m  x 5,9m x 4,5m untuk bak ekualisasi,  sebesar 3,3m x 6,6m x 8m untuk UASB, dan 7,8m x 3m x 3,3m untuk tiap kompartemen unit kombinasi anaerob-aerob filter dengan jumlah kompartemen 4. Berdasarkan dimensi tersebut, luas lahan yang diperlukan  untuk  konstruksi  sebesar  297m 2 .  Biaya  yang diperlukan untuk pembuatan IPAL sebesar Rp1.663.183.000.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  pemilik peternakan  sapi  perah  dan  industri  tahu  yang  berlokasi  di Dusun  Klagen,  Krian,  Kabupaten  Sidoarjo  atas  izin  yang diberikan  untuk  menjadikan  lokasi  usahanya  sebagai  lokasi studi dan data-data yang diberikan untuk perencanaan.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Pusdatin,  “Statistik  Pertanian  2013.”  Pusat  Data  dan  Sistem  Informasi Pertanian, Kementerian Pertanian (2013) 316.
[2] M.  Farid  dan  H.  Suksesi,  “Pengembangan  Susu  Segar  Dalam  Negeri untuk  Pemenuhan  Kebutuhan  Susu  Nasional.” Buletin  Ilmiah  Litbang Perdagangan, 5 No.2 (2011).
[3] E.Tilley,  L.mUlrich,  C.  LuethiI,  P.  Reymond,  dan  C.  Zurbrueg, “Compedium  of  Sanitation  System  and  Technologies,”  2 nd Revised Edition.  Duebendorf,  Switzerland:  Swiss  Federal  Institute  of  Aquatic Science and Technology (Eawag) (2014).
[4] I.G.A.  Kusumawati,  M.N.  Cahyanto,  dan  E.S.  Rahayu,  “Modifikasi Pengolahan  Limbah  Cair  Tahu  di  CV  Kitagama  Secara  Anaerbik.” Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada (2011).
[5] N.  I.  Said,  “Uji  Performance  Biofilter  Anaerobik  Unggun  Tetap Menggunakan  Media  Biofilter  Sarang  Tawon  untuk  Pengolahan  Air Limbah Rumah Potong Ayam,” Jurnal Air Limbah 1 (2005) 289 – 303.
[6] A.  van  Haandel,  M.T.  Kato,  P.  F.  Cavalcanti,  dan  L.  Florencio, “Anaerobic  Reactor  Design  Concepts  for  The  Treatment  of  Domestic Wastewater,”  Journal  of  Reviews  in  Environmental  Science  and Bio/Technology, 5 (2006) 21 – 38.
[7] D.  Mara,  “Domestic  Wastewater  Treatment  in  Developing  Countries.” London: Earthscan (2004).
[8] Metcalf  dan  Eddy,  “Wastewater  Engineering:  Treatment  and  Reuse Edisi IV.” New York: McGraw Hill Inc (2003).
[9] C.  Chernicharo,”Biological  Wastewater  Treatment  Series.”  London: IWA (2007).
[10] L.  Sasse,  B.  Gutterer,  T.  Panzerbieter,  dan  T.  Reckerzügel, “Decentralised  Wasterwater  Treatment  Systems  (DEWATS)  and Sanitattion in Developing Countries.” Bremen: BORDA (2009).