Analisa BOD dalam Air

Biochemical Oxygen Demand (BOD)

Biologycal Oxygen Demand (BOD) atau kebutuhan oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme selama penghancuran bahan organik dalam waktu tertentu pada suhu 20 ^oC. Oksidasi biokimiawi ini merupakan proses yang lambat dan secara teoritis memerlukan reaksi sempurna. Dalam waktu 20 hari, oksidasi mencapai 95-99 % sempurna dan dalam waktu 5 hari seperti yang umum digunakan untuk mengukur BOD yang kesempurnaan oksidasinya mencapai 60– 70 %. Suhu 20 ^oC yang digunakan merupakan nilai rata-rata untuk daerah perairan arus lambat di daerah iklim sedang dan mudah ditiru dalam inkubator. Hasil yang berbeda akan diperoleh pada suhu yang berbeda karena kecepatan reaksi biokimia tergantung dari suhu.

BOD adalah suatu analisa empiris yang mencoba mendekati secara global proses mikrobiologis yang benar-benar terjadi dalam air.  BOD merupakan parameter yang umum dipakai untuk menentukan tingkat pencemaran bahan organik pada air limbah. Pemeriksaan BOD diperlukan untuk menentukan beban pencemaran akibat air buangan dan untuk mendesain sistem pengolahan secara biologis (G. Alerts dan SS Santika, 1987). Adanya bahan organik yang cukup tinggi (ditunjukkan dengan nilai BOD dan COD) menyebabkan mikroba menjadi aktif dan menguraikan bahan organik tersebut secara biologis menjadi senyawa asam-asam organik.

Peruraian ini terjadi disepanjang saluran secara aerob dan anaerob. Timbul gas CH₄, NH₃ dan H₂S yang berbau busuk (Djarwanti dkk, 2000). Uji BOD ini tidak dapat digunakan untuk mengukur jumlah bahan-bahan organik yang sebenarnya terdapat di dalam air, tetapi hanya mengukur secara relatif jumlah konsumsi oksigen yang digunakan untuk mengoksidasi bahan organik tersebut. Semakin banyak oksigen yang dikonsumsi, maka semakin banyak pula kandungan bahan-bahan organik di dalamnya.

Salah satu variabel penentu yang menentukan kualitas air sehingga kita dapat menggolongkannya ke dalam empat golongan di atas adalah berdasarkan kandungan bahan organiknya yang dapat dinyatakan sebagai nilai BOD dan COD. Untuk golongan A, nilai ambang BOD adalah 20 dan COD adalah 40. Untuk golongan B, nilai ambang BOD adalah 50 dan COD adalah 100. Untuk golongan C, nilai ambang BOD adalah 150 dan COD adalah 300. Sedangkan untuk golongan D, nilai ambang BOD adalah 300 dan COD adalah 600 (Perdana, 1992).

Semua makhluk hidup membutuhkan oksigen tidak terkecuali organisme yang hidup dalam air. Kehidupan akuatik seperti ikan mendapatkan oksigennya dalam bentuk oksigen terlarut yang sebagian besar berasal dari atmosfer. Tanpa adanya oksigen terlarut pada tingkat konsentrasi tertentu banyak jenis organisme akuatik tidak akan ada dalam air. Banyak ikan akan mati dalam perairan tercemar bukan diakibatkan oleh toksitasi zat pencemar langsung, tetapi karena kekurangan oksigen sebagai akibat dari digunakannya gas tersebut pada proses penguraian/penghancuran zat pencemar (Achmad, 2004). Di dalam lingkungan bahan organik banyak terdapat dalam bentuk karbohidrat, protein, dan lemak yang membentuk organisme hidup dan senyawa-senyawa lainnya yang merupakan sumber daya alam yang sangat penting dan dibutuhkan oleh manusia. Secara normal, bahan organik tersusun oleh unsur-unsur C, H, O, dan dalam beberapa hal mengandung N, S, P, dan Fe (Achmad, 2004).

Senyawa-senyawa organik pada umumnya tidak stabil dan mudah dioksidasi secara biologis atau kimia menjadi senyawa stabil, antara lain menjadi CO₂ dan H₂O. Proses inilah yang menyebabkan konsentrasi oksigen terlarut dalam perairan menurun dan hal ini menyebabkan permasalahan bagi kehidupan akuatik.

Biological Oxygen Demand (BOD) atau Kebutuhan Oksigen Biologis (KOB) adalah suatu analisa empiris yang mencoba mendekati secara global proses-proses mikrobiologis yang benar-benar terjadi di dalam air. Angka BOD ada­lah jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh bakteri untuk menguraikan (mengoksidasikan) hampir semua zat organis yang terlarut dan sebagian zat-zat organis yang tersuspensi dalam air.

Pemeriksaan BOD diperlukan untuk menentukan beban pencemaran akibat air buangan penduduk atau industri, dan untuk mendisain sistem-sisitem pengolahan  biologis bagi air yang tercermar tersebut. Penguraian zat organis  adalah peristiwa alamiah; kalau sesuatu badan air dicemari oleh zat organik, bakteri dapat menghabiskan oksigen terlarut, dalam air selama proses oksidasi tersebut yang bisa mengakibatkan kematian ikan-ikan dalam air dan keadaan menjadi anaerobik dan dapat menimbulkan bau busuk pada air. Pemeriksaan BOD didasarkan atas reaksi oksidasi zat organis dengan oksigen di dalam air, dan proses tersebut berlangsung karena adanya bakteri aerob. Sebagai hasil oksidasi akan terbentuk karbon dioksida, air dan Reaksi oksidasi dapat dituliskan sebagai berikut:

                           C_nH_aO_bN_c  +  ( n + a/4 – b/2 – 3c/4 ) O₂  ——–à  nCO₂  +  ( a/2 – 3c/2 ) + H₂O  +  cNH₃

Atas dasar reaksi tersebut, yang memerlukan kira-kira 2 hari dimana 50% reaksi telah tercapai, 5 hari supaya 75 % dan 20 hari supaya 100% tercapai maka pemeriksaan BOD dapat dipergunakan untuk menaksir beban pencemaran zat organis.  Chemical Oxygen Demand (COD) atau Kebutuhan Oksigen Kimia (KOK) adalah jumlah oksigen (mg O₂) yang dibutuhkan untuk mengoksidasi zat – zat organis yang ada dalam 1 L sampel air. Angka COD merupakan ukuran bagi pencemaran air oleh zat – zat organis yang secara alamiah dapat dioksidasikan melalui proses mokrobiologis, dan mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut di dalam air.

Oksigen terlarut adalah banyaknya oksigen yang terkandung didalam air dan diukur dalam satuan ppm. Oksigen yang terlarut ini dipergunakan sebagai tanda derajat pengotor air baku. Semakin besar oksigen yang terlarut, maka menunjukkan derajat pengotoran yang relatif kecil.  Rendahnya nilai oksigen terlarut berarti beban pencemaran meningkat sehingga koagulan yang bekerja untuk mengendapkan koloida harus bereaksi dahulu dengan polutan – polutan dalam air menyebabkan konsusmsi bertambah.

  Metode Analisa BOD

Metode Pemeriksaan BOD adalah dengan metode Winkler (titrasi di laboratorium). Prinsipnya dengan menggunakan titrasi iodometri.  Sampel yang akan dianalisis terlebih dahulu ditambahkan larutan MnCl₂ den NaOH-KI, sehingga akan terjadi endapan MnO₂. Dengan menambahkan H₂SO₄ atan HCl maka endapan yang terjadi akan larut kembali dan juga akanmembebaskan molekul iodium (I₂) yang ekivalen dengan oksigen terlarut. Iodium yang dibebaskan ini selanjutnyadititrasi dengan larutan standar natrium tiosulfat (Na₂S₂O₃) dan menggunakan indikator larutan amilum (kanji).

Prinsip pemeriksaan parameter BOD didasarkan pada reaksi oksidasi zat organik dengan oksigen di dalam air dan proses tersebut berlangsung karena adanya bakteri aerobik. Untuk menguraikan zat organik memerlukan waktu ± 2 hari untuk 50% reaksi, 5 hari untuk 75% reaksi tercapai dan 20 hari untuk 100% reaksi tercapai. Dengan kata lain tes BOD berlaku sebagai simulasi proses biologi secara alamiah, mula-mula diukur DO nol dan setelah mengalami inkubasi selama 5 hari pada suhu 20°C atau 3 hari pada suhu 25°C–27°C diukur lagi DO air tersebut.

Perbedaan DO air tersebut yang dianggap sebagai konsumsi oksigen untuk proses biokimia akan selesai dalam waktu 5 hari dipergunakan dengan anggapan segala proses biokimia akan selesai dalam waktu 5 hari, walau sesungguhnya belum selesai.

Pengujian BOD menggunakan metode Winkler-Alkali iodida azida, adalah penetapan BOD yang dilakukan dengan cara mengukur berkurangnya kadar oksigen terlarut dalam sampel yang disimpan dalam botol tertutup rapat, diinkubasi selama 5 hari pada temperatur kamar, dalam metode Winkler digunakan larutan pengencer MgSO₄, FeCl₃, CaCl₂ dan buffer fosfat. Kemudian dilanjutkan dengan metode Alkali iodida azida yaitu dengan cara titrasi, dalam penetapan kadar oksigen terlarut digunakan pereaksi MnSO₄, H₂SO₄, dan alkali iodida azida. Sampel dititrasi dengan natrium thiosulfat memakai indikator amilum (Alaerts dan Santika, 1984).

Waktu yang dibutuhkan untuk mengoksdasi bahan–bahan organik pada suhu 20⁰C adalah seperti di dalam tabel berikut ini.

Tabel 10. Pengaruh waktu  terhadap persentase bahan organik

                    Metode Analisa BOD

a.      Metoda titrasi dengan cara Winkler

Prinsip analisa BOD sama dengan penganalisaan Oksigen Terlarut salah satunya adalah metode winkler. Prinsipnya dengan menggunakan titrasi iodometri.  Sampel yang akan dianalisis terlebih dahulu ditambahkan larutan MnCl₂ dan NaOH-KI, sehingga akan terjadi endapan MnO₂. Dengan menambahkan H₂SO₄ atau HCl maka endapan yang terjadi akan larut kembali dan juga akan membebaskan molekul iodium (I₂) yang ekivalen dengan oksigen terlarut. Iodium yang dibebaskan ini selanjutnya dititrasi dengan larutan standar natrium tiosulfat (Na₂S₂0₃) dan menggunakan indikator larutan amilum (kanji). Reaksi kimia yang terjadi dapat dirumuskan :

  MnCI₂ + NaOH  à  Mn(OH)₂ + 2 NaCI

   2 Mn(OH)₂ + O₂ à   2 MnO₂ + 2 H₂O

   MnO₂ + 2 KI + 2 H₂O à    Mn(OH)₂ + I₂ + 2 KOH

  I₂ + 2 Na₂S₂O₃ à  Na₂S₄O₆ + 2 NaI

1.      Metoda Elektrokimia

Metode Elektrokimia adalah menggunakan peralatan DO Meter. Untuk menganalisa kadar BOD dengan alat ini adalah dengan menganalisa kadar DO hari 0 dan selanjutnya menganalisa kadar DO hari ke 5. Selanjtnya kadar BOD dapat dianalisa dengan mengurangkan selisih keduanya. Cara penentuan oksigen terlarut dengan metoda elektrokimia adalah cara langsung untuk menentukan oksigen terlarut dengan alat DO meter.

Prinsip kerjanya adalah menggunakan probe oksigen yang terdiri dari katoda dan anoda yang direndam dalam larutan elektrolit. Pada alat DO meter, probe ini biasanya menggunakan katoda perak (Ag) dan anoda timbal (Pb). Secara keseluruhan, elektroda ini dilapisi dengan membran plastik yang bersifat semi permeable terhadap oksigen. Reaksi kimia yang akan terjadi adalah

  Katoda : O₂ + 2 H₂O + 4e  à 4 HO^-

  Anoda : Pb + 2 HO^- à PbO + H₂O + 2e

Kelebihan dan Kelemahan Metode Analisis BOD

a.      Kelebihan dan Kelemahan Metode Winkler

Kelebihan Metode Winkler dalam menganalisa BOD melalui penganalisaan oksigen terlarut (DO) terlebih dahulu adalah metoda Winkler lebih analitis, teliti dan akurat  apabila dibandingkan dengan cara alat DO meter. Hal yang perlu diperhatikan dala titrasi iodometri ialah penentuan titik akhir titrasinya, standarisasi larutan tio dan penambahan indikator amilumnya. Dengan mengikuti prosedur yang tepat dan standarisasi tio secara analitis, akan diperoleh hasil penentuan oksigen terlarut yang lebih akurat. Sedangkan cara  DO meter, harus diperhatikan suhu dan salinitas sampel yang akan diperiksa. Peranan suhu dan salinitas ini sangat vital terhadap akurasi penentuan oksigen terlarut dengan cara DO meter. Disamping itu, sebagaimana lazimnya alat yang digital, peranan kalibrasi alat sangat menentukan akurasinya hasil penentuan. Berdasarkan pengalaman di lapangan, penentuan oksigen terlarut dengan cara titrasi lebih dianjurkan untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat.

Alat DO meter masih dianjurkan jika sifat penentuannya hanya bersifat kisaran. Kelemahan Metode Winkler dalam menganalisis oksigen terlarut (DO) adalah dimana dengan cara Winkler penambahan indikator amylum harus dilakukan pada saat mendekati titik akhir titrasi agar amilum tidak membungkus iod karena akan menyebabkan amilum sukar bereaksi untuk kembali ke senyawa semula. Proses titrasi harus dilakukan sesegera mungkin, hal ini disebabkan karena I₂ mudah menguap. Dan ada yang harus diperhatikan dari titrasi iodometri yang biasa dapat menjadi kesalahan pada titrasi iodometri yaitu penguapan I₂, oksidasi udara dan adsorpsi I₂ oleh endapan.

1.        Metoda Elektrokimia

Cara penentuan oksigen terlarut dengan metoda elektrokimia tidak lebih akurat dibandingkan metode winkler disebabkan alat ini tidak dapat mendeteksi keseluruhan nilai oksigen terlarut dengan baik. Namun kelebihan metode ini adalah alat ini mudah digunakan dan hasil yang diperoleh relatif cepat.

          Penanggulangan Kelebihan Kadar BOD

Penanggulangan kelebihan kadar BOD adalah dengan cara sistem lumpur aktif yang efisien dapat menghilangkan padatan tersuspensi dan BOD sampai 90%. Ada pula cara yang lain yaitu dengan Sistem Constructed Wetland merupakan salah satu cara untuk pengolahan lindi yang memanfaatkan simbiosis mikroorganisme dalam tanah dan akar tanaman. Sistem ini juga merupakan sistem pengolahan limbah yang ekonomis. Penelitian ini bertujuan menganalisis kemampuan sistem sub-surface constructed wetland untuk menurunkan kandungan COD, BOD dan N total.

Apabila kandungan zat-zat organik dalam limbah tinggi, maka semakin banyak oksigen yang dibutuhkan untuk mendegradasi zat-zat organik tersebut, sehingga nilai BOD dan COD limbah akan tinggi pula. Oleh karena itu untuk menurunkan nilai BOD dan COD limbah, perlu dilakukan pengurangan zat-zat organik yang terkandung di dalam limbah sebelum dibuang ke perairan. Pengurangan kadar zat-zat organik yang ada pada limbah cair sebelum dibuang ke perairan, dapat dilakukan dengan mengadsorpsi zat-zat tersebut menggunakan adsorben. Salah satu adsorben yang memiliki kemampuan adsorpsi yang besar adalah zeolit alam. Kemampuan adsorpsi zeolit alam akan meningkat apabila zeolit terlebih dahulu diaktifkan.