MIKROBIOLOGI LINGKUNGANi.MIKROORGANISME2. Pengertian
Mikroorganisme Menurut Lay dan Hastowo (1992) mikroorganisme atau
mikroba adalah substansi bersel satu yang membentuk koloni atau
kelompok, dimana satu sama lain dalam koloni tersebut saling
berinteraksi. Contoh mikroorganisme adalah bakteri. Dalam
pertumbuhannya, organisme membutuhkan nutrisi, sumber energi dan
karbon. Berdasarkan kebutuhan nutrisinya, bakteri
dikelompokkan menjadi 3, yaitu: a. Heterotrof, yaitu bakteri
yang mengambil karbon dari sumber karbon organic saja. b. Autotrof,
yaitu bakteri yang menggunakan CO2 dan sebagai sumber karbon
tunggal. c. Fakultatif autotrof , yaitu bakteri yang
menggunakan
senyawa organic maupun CO2 sebagai sumber karbon.
Bakteri
memerlukan
energi
untuk
melakukan
aktivitasnya.
Berdasarkan sumber energi yang digunakan, bakteri dapat
dibedakan menjadi: a. Fotoautotrof, yaitu bakteri yang menggunakan
cahaya matahari sebagai sumber energi b. Kemoautotrof, yaitu
bakteri yang menggunakan reaksi kimia (reaksi reduksi bahan
organic) sebagai sumber energi.
Setiap jenis mikroorganisme mempunyai rentang temperatur
tertentu. Temperatur yang paling baik bagi aktivitas mikroorganisme
disebut temperatur optimum. Menurut Tchobanoglous et al.,
(2003)
berdasarkan temperatur, bakteri dibedakan menjadi 3, yaitu: a.
Psikofilik (oligotermik) , hidup pada temperatur antara 10-30C
dengan temperatur optimum 12-18 C. b. Mesofilik (Mesotermik) ,yaitu
bakteri yang hidup pada
temperatur antara 20-50 C dengan temperatur optimum 2540C. c.
Termofilik (politermik), yaitu bakteri yang hidup pada suhu antara
35-75C, dengan temperatur optimum 55-65 C 2. Pengaruh Lingkungan
dan Metabolisme Mikroorganisme Tchobanoglous melangsungkan et al.,
(2003) menyatakan dan bahwa untuk
hidupnya
(reproduksi
pertumbuhan),
mikroorganisme membutuhkan sumber energi, karbon, nutrien
(elemen inorganic) seperti nitrogen, phospor, kalsium dan
magnesium. Mikroorganisme membutuhkan karbon untuk
pertumbuhan selnya dari zat organic (heterotrop) atau CO2
(autotrop) Faktor lingkungan yang mempengaruhi petumbuhan
mikroorganisme adalah: temperatur dan pH. pH lingkungan sangat
mempengaruhi pertumbuhan
mikroorganisme. Secara umum, pH optimum untuk pertumbuhan
mikroorganisme berkisar antar 6,5 7,5 ( Tchobanoglous,2003)
B. MIKROORGANISME PENGURAI AIR LIMBAH Dalam penanganan air
limbah, mikroorganisme merupakan dasar fungsional untuk sejumlah
proses penanganan. Proses penanganan air limbah secara biologik
terdiri dari campuran mikroorganisme yang mampu memetabolisme
limbah organic. Mikroorganisme yang biasa terdapat pada air dan air
limbah digolongkan dalam empat grup, yaitu .
a. Bakteri Bakteri merupakan kelompok mikroorganisme terpenting
dalam penanganan air limbah. Bakteri ada yang bersifat patogenik
tetapi ada juga bakteri yang dapat digunakan untuk
menghilangkan bahan organic yang tidak diinginkan dari air
limbah. Bakteri kebanyakan kemoheterotrofik yaitu
menggunakan bahan organic sebagai sumber energi dan karbon.
Sebagian bakteri bersifat fotosintetik yaitu dengan
menggunakan sinar sebagai sumber energi dan karbondioksida
sebagai sumber karbon. Bakteri mempunyai lapisan lendir atau
kapsul. Lapisan lendir ini berfungsi sebagai pengikat partikel-
partikel flok bakteri. Partikel-partikel ini terdiri dari
sejumlah besar sel-sel individu, yang terbentuk dalam proses
penanganan limbah secara biologis, pemisahannya dengan cara
sedimentasi gravitasi. Bakteri terdapat dalam berbagai bentuk,
yaitu silinder atau ovoid (bulat), dengan ukuran beberapa
micrometer. Rumus untuk mewakili sel bakteri adalah C5H7O2N atau
C75H105O30N15P.
Karakterisik
yang
penting
dari
sebagian
bakteri
adalah
kemampuannya untuk menggumpal. Flokulasi seperti ini akan
memisahkan padatan mikroba dalam unit pemisahan padatan dan
membantu dalam menghasilkan effluen yang bermutu baik.
b. Kapang Kapang adalah mikroorganisme nonfotosintetis, bersel
jamak, aerobik dan bercabang. Kondisi lingkungan akan menentukan
grup organisme apa yang dominan. Kapang akan banyak terdapat bila
limbah mempunyai pH rendah, kadar air rendah, nitrogen rendah.
Komposisi sel kapang dapat dinyatakan secara empiris dengan
C10H17O6N. Kebanyakan kapang akan tumbuh baik pada pH 4 - 5. Sifat
filamen dari kapang membuat organisme ini kurang diinginkan dalam
unit pengolah limbah secara biologi, karena tidak dapat mengendap
dengan baik.
c. Virus Virus bukan organisme yang sempurna, terbentuk dari
lapisan pelindung protein yang mengelilingi serabut asam nukleat.
Perhatian utama pada virus bila terdapat dalam air adalah terhadap
kesehatan manusia. Sejumlah penyakit yang
disebabkan oleh virus digolongkan berasal dari atau ditularkan
melalui air (waterborne), diantaranya infeksi folio, hepatitis dll.
Aktivitas virus tidak menurun ketika berada pada luar sel inang.
Oleh karena itu pencegahan infeksi oleh virus dalam air dibutuhkan
apakah dengan memisahkan atau membunuhnya. Proses koagulasi,
sedimentasi dapat menghilangkan virus dalam air sebanyak 99%.
Klorin dan Ozon merupakan desinfektan yang baik untuk virus.
d. Protozoa Protozoa adalah kelompok organisme yang umumnya
bersel tunggal dan tidak berdinding sel. Kebanyakan protozoa adalah
predator, sering memakan bakteri. Protozoa penting dalam penanganan
limbah karena organisme ini akan memakan
bakteri, sehingga jumlah sel bakteri yang ada tidak berlebihan.
Protozoa akan mengurangi dan membantu bahan organic yang efluen
tidak yang
dimetabolisme
menghasilkan
bermutu tinggi dan lebih jernih. Masalah kesehatan yang utama
dengan adanya protozoa adalah Disentri amuba. Penyakit ini
disebabkan oleh organisme Entamuba histolytica. Unit lumpur aktif
yang bebas dari protozoa
menghasilkan efluen yang sangat keruh. Kekeruhan ini sebagian
besar disebabkan oleh bakteri yang terdispersi, sehingga BOD dan
padatan yang tidak terendap tinggi. Penambahan protozoa akan
meningkatkan efluen dan menurunkan jumlah bakteri. Protozoa
ditemukan dalam penanganan anaerobic padatan selokan dan dalam
system penangan limbah hewan. Peranan protozoa dalam system ini
tidak diketahui, tetapi diperkirakan sama seperti pada system
aerobik, yaitu memetabolisme bahan partikulat dan bakteri serta
penjernihan efluen akhir.
e. Ganggang (Algae)
Ganggang adalah organisme autotrof fotosintetik. Komposisi sel
ganggang dapat dinyatakan dengan C106H180O45P. Oleh karena
nutrisi dari jenis ganggang berbeda, maka rumus ini merupakan
rata-rata. Ganggang memperoleh energi dari sinar matahari. Dan
menggunakan bahan anorganik seperti karbon dioksida,
ammonia atau nitrat dan fosfat dalam sintesis sel-sel tambahan.
Dalam fotosintetis akan terbentuk molekul oksigen, seperti pada
persamaan dibawah ini ;
Sinar matahari
CO2 + H2O
CH2O + O2
Oksigen dilepaskan dalam lingkungan dan digunakan oleh bakteri
pada waktu metabolisme bahan-bahan organik.
Ganggang memperoleh karbon dioksida dari sumber-sumber berikut
ini, dalam air atau limbah cair : 1. Absorbsi dari udara 2.
Respirasi aerobik dan anaerobic dari organisme heterotrofik 3.
Alkalinitas bikarbonat Ketika karbon dioksida dikeluarkan dari air
limbah oleh ganggang yang tumbuh, pH akan naik. Ganggang akan
berkembang hanya bila sinar matahari cukup menembus cairan dan
tidak akan tumbuh baik bila cairan sangat keruh seperti pada unit
lumpur aktif dan lagun teraerasi, dimana sinar matahari tidak
dapat
masuk atau bila warna cairan sangat gelap. Bila tidak ada sinar
matahari maka fotosintetis akan terhenti dan respirasi dari
ganggang akan berlangsung dengan cara yang sama seperti pada
bakteri. Dengan demikian ganggang akan memberikan tambahan oksigen
pada unit yang digunakan. Jenis ganggang yang paling penting dalam
penanganan air limbah dan air adalah ganggang biru-hijau dan
ganggang hijau.
f.
Ganggang biru-hijau Contoh Nostoc dan Oskillatoria yang sering
menimbulkan
masalah pada danau. Microcytis dan Anabaena menghasilkan toksin
yang dapat menimbulkan penyakit atau kematian pada burung dan
mamalia yang meminum air. Ekskresi ganggang ini dapat menimbulkan
masalah bau dan rasa dalam air. Oksidasi senyawa-senyawa penyebab
bau dengan klorin atau ozon dapat memperbaiki mutu air, tetapi
tambahan penanganan dengan karbon aktif biasanya diperlukan untuk
menghasilkan produk yang dapat dikonsumsi.
g. Ganggang Hijau Contoh : Chlorella dan Scenodesmous, biasanya
terdapat sebagai jenis dominan dalam kolam oksidasi limbah.
h. Rotifer
Organisme multiseluler yang dapat memecah makanan padat,
ditemukan dalam system yang mengandung oksigen terlarut yang sangat
stabil setiap waktu. Dapat membantu menghasilkan efluen yang tidak
keruh.
i. Crustacea Crustacea adalah organisme multiseluler dengan
kulit yang keras. Tumbuh dalam system yang stabil dan menggunakan
organisme yang lebih kecil sebagai sumber makanan utamanya. Dapat
membantu menghasilkan efluen yang jernih dan
merupakan indikasi effluen yang bermutu tinggi dari system
penanganan aerobik.
i. PENANGANAN BIOLOGIK
DASAR-DASAR
Degradasi limbah secara biologik merupakan proses yang
berlangsung secara alamiah. Sistem ini bisa secara aerobik maupun
anaerobic atau fakultatif. Contoh proses penanganan biologik :
kolam oksidasi, lagun aerasi, lagun anaerobic, digester anaerobic
dll. Karena proses yang berlangsung secara biologik, maka
pengertian proses harus berdasarkan pada dasar-dasar mikrobiologi
dan transformasi dalam unit penanganan limbah secara biologik.
ii.
Reaksi BiokimiaDalam system biologik, mikroorganisme menggunakan
limbah untuk mensintesis bahan seluler baru dan menyediakan energi
untuk sintesis. Secara umum reaksi yang terjadi dapat
digambarkan sbb:
Limbah yang dapat dimetabolisme dan mengandung energi + MO
produk akhir+ MO
Bila pertumbuhan terhenti, MO mati dan melepaskan nutrien dari
protoplasmanya untuk digunakan oleh sel-sel yang masih hidup.
Reaksinya secara umum sbb:
MO
Produk akhir + MO
Dengan adanya bahan limbah (makanan), metabolisme mikroba akan
berlangsung memproduksi sel-sel baru dan energi dan padatan mikroba
akan meningkat. Bila tidak ada makanan respirasi akan berlangsung
lebih banyak dan akan terjadi pengurangan padatan mikroba. Residu
20 25 % masa mikroba akan tertinggal. Bahkan dalam system
penanganan biologik akan terjadi akumulasi padatan dengan laju
minimum. Padatan ini harus dikeluarkan dari instalasi.
Pengolahan Limbah Secara Biologi
Dalam
proses
pengolahan
air
limbah
khususnya
yang
mengandung polutan senyawa organik, teknologi yang digunakan
sebagian besar menggunakan aktivitas mikroorganisme untuk
menguraikan senyawa polutan organik tersebut. Proses pengolahan
air limbah dengan aktifitas mikroorganisme biasa disebut dengan
proses biologis. Proses pengolahan air limbah secara biologis dapat
dilakukan pada kondisi dengan udara (aerobic), kondisi tanpa udara
(anaerobic) atau kombinasi anaerobic dan aerobic. Proses biologis
aerobik biasanya digunakan untuk pengolahan air limbah dengan beban
BOD yang tidak terlalu besar, sedangkan proses biologis anaerobik
digunakan untuk pengolahan air limbah dengan beban BOD yang sangat
tinggi (Said, 2002). Pengolahan air limbah secara biologis secara
garis besar dapat dibagi menjadi tiga yakni proses biologis dengan
biakan tersuspensi (suspended culture), proses biologis dengan
biakan melekat (attached culture) dan proses pengolahan dengan
sistem lagoon atau kolam. Proses biologis dengan biakan tersuspensi
adalah sistem pengolahan dengan menggunakan aktivitas
mikroorganisme untuk menguraikan senyawa polutan yang ada dalam air
dan
mikroorganisme yang digunakan dibiakkan secara tersuspensi di
dalam suatu reaktor. Beberapa contoh proses pengolahan dengan
sistem ini antara lain : proses lumpur aktif
standar/konvensional
(standard activated sludge), step aeration, contact
stabilization, extended aeration, kolam oksidasi sistem parit
(oxidation ditch) dan lainnya. Proses biologis dengan biakan
melekat yakni proses
pengolahan
limbah
dimana
mikroorganisme
yang
digunakan
dibiakkan pada suatu media sehingga mikroorganisme tersebut
melekat pada permukaan media. Proses ini disebut juga dengan proses
film mikrobiologis atau proses biofilm. Beberapa contoh teknologi
pengolahan air limbah dengan cara ini antara lain : trickling
filter, biofilter tercelup, reaktor kontak biologis putar (rotating
biological, RBC), aerasi kontak (contact
aeration/oxidation) dan lainnya. Proses pengolahan air limbah
secara biologis dengan kolam (lagoon) adalah dengan menampung air
limbah pada suatu kolam yang luas dengan waktu tinggal yang cukup
lama sehingga dengan aktifitas mikroorganisme yang tumbuh secara
alami, senyawa polutan yang ada dalam air akan terurai. Untuk
mempercepat proses penguraian senyawa polutan atau
memperpendek waktu tinggal dapat dilakukan proses aerasi. Salah
satu contoh proses pengolahan air limbah dengan cara ini adalah
kolam aerasi atau kolam stabilisasi (stabilization pond). Secara
garis besar klasifikasi proses pengolahan air limbah secara
biologis dapat dilihat pada Gambar 2.7.
Gambar 1. Klasifikasi proses pengolahan air limbah secara
biologis Sumber : Said, 2002
Secara garis besar ada lima grup proses pengolahan yakni proses
aerobic, proses anaerobic, proses kombinasi aerobic dan anaerobic,
dan proses dengan lagoon atau kolam. Dalam aplikasinya, umumnya
digunakan untuk berbagai tujuan antara lain (Said, 2002) :1. Untuk
menghilangkan senyawa organik yang ada di dalam air
limbah yang biasanya diukur sebagai Biological Oxygen Demand
(BOD), Total karbon organik (TOD), Chemical Oxygen Demand (COD). 2.
Untuk proses nitrifikasi dan denitrifikasi 3. Penghilangan senyawa
phospor 4. Untuk stabilisasi air limbah Tujuan pengolahan biologi
untuk air limbah domestik adalah:
1. Mengubah / mengoksidasi partikel biodegradable dan terlarut
menjadi produk yang memenuhi baku mutu 2. Menangkap dan
menggabungkan koloid tersuspensi dan koloid tidak mengendap menjadi
flok biologi atau biofilm 3. Mengubah atau menghilangkan nutrien,
seperti nitrogen dan phospor 4. Pada beberapa kasus, dapat
menghilangkan unsur dan senyawa organik spesifik Untuk limbah
industri, tujuannya untuk menghilangkan atau
mengurangi konsentrasi zat organik dan anorganik. Karena
beberapa unsur dan senyawa yang ada dalam limbah industri bersifat
toxic untuk mikroorganisme, pretreatment dapat dilakukan sebelum
limbah industri diolah dalam pengolahan biologi. Pada
prinsipnya,
pengolahan biologi digunakan untuk mengolah air limbah secara
biologi yang dapat diklasifikasikan dalam hal fungsi metabolisme
seperti proses aerob, anaerob, anoxic, fakultatif, dan
modifikasinya. Proses biologi yang digunakan untuk mengolah air
limbah dapat dibagi menjadi 2, yaitu sistem biakan tersuspensi dan
sistem biakan melekat (Metcalf&Eddy, 1979).
Tabel 1. Proses Pengolahan secara Biologis yang Umum Digunakan
untuk Air Limbah N Jenis Proses o 1. Proses secara Nama yang Umum
Penggunaan
Aerobik-
Proses Lumpur Aktif Penghilangan Konvensional/s BOD,
nitrifikasi. tandar step aeration oxydation ditch Suspended Growth
Nitrification Aerated Lagoon Aerobic Digestion Konvensional dengan
udara Nitrifikasi Penghilangan BOD, nitrifikasi Stabilisasi,
penghilangan BOD
Biakan tersuspensi (suspended growth)
- Biakan melekat (Attached Growth) Trickling Filter Proses
kecepatan rendah 2. Proses kecepatan tinggi Reaktor Putar -
Kombinasi proses tersuspensi 3. dan melekat Proses lumpur
aktifBiologis (RBC) Biofilter dengan unggun tetap
Penghilangan BOD, nitrifikasi
Penghilangan BOD, nitrifikasi Penghilangan BOD, nitrifikasi
Penghilangan BOD, nitrifikasi
Proses Anoxic biofilter, trickling Biakan tersuspensi
Denitrifikasi Biakan melekat Suspended Growth Denitrification
filter-lumpur aktif Denitrifikasi
Proses 4. anaerobik Biakan tersuspensi
Fixed film denitrification
Stabilisasi, penghilangan BOD Stabilisasi,
Anaerobik digestion penghilangan proses satu tahap proses dua
tahap 5. Biakan Melekat Anaerobic Sludge Blanket Up Flow
penghilangan BOD, Proses biofilter Kombinasi aerobik, anoxic,
anaerobik Biakan penghilangan BOD, phosphor anaerobik denitrifikasi
BOD penghilangan BOD
melekat
Proses satu tahap/banyak tahap, variasi
denitrifikasi, nitrifikasi
si
Kombina proses yang sesuai
penghilangan BOD, phosphor
tersuspensi dan melekat
Proses satu
denitrifikasi,
tahap/banyak tahap nitrifikasi
Proses dengan kolam (lagoon) Kolam aerobik Kolam maturasi
(stabilisasi) Kolam fakultatif Kolam anaerobik
penghilangan BOD penghilangan BOD, nitrifikasi penghilangan BOD
penghilangan BOD, stabilisasi
(Sumber : Said, 2002)
Mikroorganisme Dalam Pengolahan Biologis
Mikroorganisme biasanya terdapat di air bersih maupun air limbah
karena peran mereka dalam transmisi penyakit dan mereka adalah agen
utama dalam pengolahan biologi (Droste, 1997). Berdasarkan struktur
sel dan fungsinya, mikroorganisme digolongkan menjadi procaryote
dan eucaryote. Kelompok procaryote yaitu
eubacteria, dan archaebacteria adalah kelompok mikroorganisme
yang paling penting dalam pengolahan biologis dan umumnya cukup
disebut sebagai bakteri. Sedangkan kelompok eucaryote diantaranya
jamur, protozoa, rotifier, dan alga juga merupakan mikroorganisme
yang penting dalam pengolahan biologis (Tchobanoglous, 1991).
Mikroorganisme yang terdapat pada unit pengolahan biologi limbah
cair antara lain : a. Bakteri Bakteri adalah mikroorganisme satu
sel dimana materi
didifusikan dalam sel dan dikonsumsi sebagai makanan. Jika
makanan dan nutrien berlebih bakteri akan berkembang biak secara
cepat sampai makanan tersebut habis. Bakteri ditemukan dalam tanah,
air dan udara. Bakteri dapat hidup pada kisaran temperatur,
salinitas, konsentrasi oksigen dan keasaman yang luas. Ukuran sel
bakteri 0,53,0 mikron meskipun beberapa ada yang mencapai 15 mikron
(Sundstrom dan Klei, 1979).
b. Fungi Fungi memegang peran penting dalam menyisihkan materi
organik terlarut. Fungi adalah organisme non-fotosintetik dan dapat
hidup dalam keadaan kelembaban dan pH yang rendah dimana bakteri
tidak dapat hidup. Berdasarkan siklus hidupnya fungi dapat berupa
makhluk satu sel atau multiselular. Ukurannya 5-10 mikrometer dan
dapat diidentifikasi menggunakan mikroskop (Sundstrom dan Klei,
1979). c. Rotifier Rotifier adalah mikroorganisme akuatik
multiseluler yang terlihat seperti roda yang berputar sangat cepat
ketika mereka bergerak. Rotifier dapat memakan mikroba terutama
bakteri serta partikulat kecil dari materi organik. Seperti
protozoa, mikroorganisme ini sangat aerob dan lebih sensitif pada
kondisi toksik dibandingkan bakteri Rotifier hanya ditemukan pada
lingkungan lumpur aktif yang sangat stabil (Water Environment
Society, 1987). d. Protozoa Protozoa dalam keadaan aerob sebagai
indikator yang sempurna dalam sebuah lingkungan aerobik (meskipun
kebanyakan protozoa dapat bertahan hidup hingga 12 jam dalam
ketidakhadiran oksigen). Protozoa juga bertindak sebagai indikator
lingkungan toksik karena protozoa lebih sensitif daripada bakteri.
Tanda dari operasi yang baik dan sistem yang stabil adalah
adanya
perkembangan protozoa yang tinggi dalam jumlah yang besar di
dalam masa biologis (Water Environment Society, 1987).
e. Alga Alga merupakan uniseluler dan multiseluler, autotrof,
dan fotosintetik mikroorganisme. Alga dan bakteri dapat
bersimbiosis di dalam sistem pengolahan biologis karena alga dapat
memproduksi oksigen dari proses fotosintesis yang dapat digunakan
oleh bakteri heterotrof untuk pertumbuhannya (Tchobanoglous, 2003).
Alga dapat menaikkan jumlah nutrien seperti nitrogen dan pospor dan
dapat meluap berlebihan sehingga menyebabkan eutrofikasi
(Sundstorm dan Klei, 1979).
Peranan Mikroorganisme Dalam Proses Pengolahan Biologi
Dalam buku Teknologi Pengolahan Limbah Cair Industri yang
diterbitkan oleh BPPT (2002) disebutkan bahwa di alam, senyawa
organik dapat terurai menjadi karbondioksida, air dan sejumlah
senyawa anorganik yang stabil oleh aktivitas mikroorganisme.
Mikroorganisme tersebut tidak berada dalam satu spesies secara
bebas, melainkan dalam bentuk spesies konsorsium tertentu atau
campuran dari dari
bermacam-macam
tergantung
kondisi
lingkungannya, dimana masing-masing mikroorganisme tersebut
bersaing untuk mendapatkan makanan yang sesuai dengan sifatsifat
organisme tersebut. Oleh karena kemampuan untuk di
mendapatkan
makanan
atau
kemampunan
metabolisme
lingkungan bervariasi, maka mikroorganisme yang mempunyai
kemampuan adaptasi dan kemampuan mendapatkan makanan dalam jumlah
besar dengan kecepatan yang maksimum akan berkembang biak dengan
cepat dan akan menjadi dominan di lingkungannya. Dalam proses
pengolahan air limbah secara biologis, pada hakekatnya adalah
memanfaatkan mikroorganisme untuk
menguraikan senyawa-senyawa polutan tertentu di dalam suatu
reaktor biologis yang kondisinya dibuat agar sesuai untuk
pertumbuhan mikroorganisme yang digunakan. Di
dalam
proses
pertumbuhan
atau
perkembangbiakan
serta
metabolisme, mikroorganisme harus mempunyai sumber energi dan
sumber karbon, serta nutrien dan faktor pertumbuhan mikroba
(Tchobanoglous, 2003). Sumber karbon yang digunakan oleh
mikroorganisme terutama berasal dari materi organik dan
karbondioksida. Organisme yang menggunakan karbon organik dalam
menyusun jaringan selnya disebut heterotrop. Sedangkan organisme
yang memperoleh sumber karbon dari
karbondioksida
dinamakan
autotrop.
Organisme
autotrop
membutuhkan banyak energi untuk sintesis dibandingkan organisme
heterotrop (Tchobanoglous, 2003). Pengolahan secara biologi dapat
berjalan dengan baik jika pemenuhan nutrisinya tercukupi. Biomassa
membutuhkan nitrogen dan pospor untuk sintesis, metabolisme, dan
meremove zat organik pada proses pengolahan. Selain itu, nutrien
juga dibutuhkan untuk mendapatkan formasi flok yang baik sehingga
dapat mengendap dengan sempurna (Musterman dan Eckenfelder, 1995).
Nutrisi utama yang dibutuhkan oleh mikroorganisme adalah N, S, P,
K, Mg, Ca, Fe, Na. Nutrisi tambahan yang juga penting adalah Zn,
Mn, Mo, Se, Co, Cu, dan Ni. Dalam pengolahan biologi perlu
ditambahkan nutrisi jika sampel air limbah tidak terdapat unsur N
dan P yang cukup (Tchobanoglous, 2003).
Pertumbuhan Bakteri
Kontrol lingkungan yang efektif dalam pengolahan limbah secara
biologis berdasar pada pertumbuhan mikroorganisme. Seperti yang
telah disebutkan sebelumnya bahwa bakteri merupakan
mikroorganisme yang paling dominan maka pertumbuhan bakteri
lebih diperhatikan. Pertumbuhan bakteri terjadi dalam beberapa fase
seperti yang terlihat dalam Gambar 2.
ANGKA LOGARITMA SEL
FASE STASIONER FASE KEMATIAN
FASE PERTUMBUHAN LOG
FASE LAG
WAKTU
Gambar 2. Kurva Pertumbuhan Bakteri Sumber : Tchobanoglous,
2003
Pada
permulaan bakteri akan membutuhkan waktu diri dengan
lingkungannya yang baru
untuk
menyesuaikan
sehingga
pertumbuhan bakteri agak lambat, keadaan ini disebut lag phase.
Pada fase pertumbuhan logaritma (loggrowth phase), kecepatan
pembelahan sel maksimum dan pertumbuhan bakteri terus meningkat
sehingga terjadi penurunan jumlah makanan. Setelah makanan habis
dan kematian bakteri meningkat, maka akan tercapai keadaan dimana
jumlah bakteri yang mati dan bakteri yang tumbuh seimbang,
keadaan ini dikenal sebagai fase stasioner (stasionary phase).
Setelah makanan habis, jumlah kematian akan lebih besar dari jumlah
pertumbuhan, keadaan ini disebut fase kematian logaritma (logdeath
phase) (Tchobanoglous, 2003).
Proses Pengolahan Limbah Secara Biologi dengan Biakan
Melekat
Proses biologis dengan biakan melekat yakni proses pengolahan
limbah dimana mikroorganisme yang digunakan dibiakkan pada suatu
media sehingga mikroorganisme tersebut melekat pada permukaan
media. Proses ini disebut juga dengan proses film mikrobiologis
atau proses biofilm (Said, 2002). Sistem pengolahan limbah dengan
biakan melekat adalah sistem yang menggunakan reaktor dimana air
limbah dikontakkan dengan film mikrobiologis yang dilekatkan
pada
permukaan media. Lebih lanjut dijelaskan, luas permukaan untuk
pertumbuhan biofilm ditempatkan pada poros media reaktor. Adanya
media sintetis dengan porositas tinggi dan ketahanan rendah
memungkinkan media tersusun secara vertikal pada ketinggian
tertentu (Peavy, 1985). Pada proses biakan melekat, mikroorganisme
bertanggung jawab untuk mengubah materi organik atau nutrien dengan
cara melekat pada packing material inert. Proses biakan melekat
dapat dioperasikan pada proses aerob dan anaerob
(Metcalf&Eddy, 1991).
Klasifikasi Proses Pengolahan Limbah dengan Biakan Melekat
Proses pengolahan air limbah dengan biakan melekat atau sistem
biofilm dapat dilakukan secara aerobik, anaerobik, atau gabungan
proses anaerob-aerob. Proses aerobik dilakukan dengan kondisi
adanya oksigen terlarut di dalam reaktor air limbah, dan proses
anaerobik dilakukan dengan tanpa adanya oksigen dalam reaktor air
limbah. Sedangkan proses kombinasi anaerob-aerob adalah merupakan
gabungan proses anaerobik dan proses aerobik. Proses ini biasanya
digunakan untuk menghilangkan kandungan nitrogen di dalam air
limbah. Pada kondisi aerobik terjadi proses nitrifikasi yakni
nitrogen ammonium diubah menjadi nitrat (NH4+ ---> NO3 ) dan
pada kondisi anaerobik terjadi proses denitrifikasi yakni nitrat
yang terbentuk diubah menjadi gas nitrogen (NO3 -->N2 ) (Said,
2002).
Gambar 3. Klasifikasi pengolahan airlimbah dengan proses biakan
melekat (biofilm) Sumber : Said, 2002
Proses
Biakan
Melekat
Tidak
Tercelup
(Nonsubmerged
Attached Growth Processes)
Trickling filter adalah contoh reaktor biologi nonsubmerged
fixed film yang menggunakan unggun media batu pecah atau bahan
plastik pada pengolahan air limbah yang dialirkan secara
kontinyu
(Metcalf&Eddy, 1991). Pengolahan terjadi pada saat air
limbah mengalir di seluruh biofilm yang terlekat, dengan cara
demikian maka pada permukaan media akan tumbuh lapisan biofilm yang
akan menguraikan senyawa polutan yang ada di dalam air limbah
(Idaman Said, 2002). Kemudian pada tahun 1960, desain yang
digunakan berkembang menjadi reaktor biologi berputar (Rotating
Biological Contactor) yang merupakan alternatif proses biakan
melekat yang berisi piringan tipis yang terbuat dari bahan polimer
ringan yang disusun berjajar pada suatu poros sehingga membentuk
suatu modul yang dapat diputar. Piringan tipis tersebut ada yang
sebagian terendam air dan sebagian tidak terendam (Herlambang,
2002). Trickling filter dan RBC digunakan pada proses biakan
melekat secara
aerobik yang berfungsi untuk menghilangkan BOD dan proses
nitrifikasi (Metcalf&Eddy, 1991). Gambar proses pengolahan air
limbah dengan trickling filter dapat dilihat pada Gambar 4.
sedangkan gambar proses pengolahan limbah dengan RBC dapat dilihat
pada Gambar 5.
Gambar 4. Proses Pengolahan Air Limbah dengan Trickling Filter
Sumber : Idaman Said, 2002
Gambar 5. Proses Pengolahan Air Limbah dengan RBC
Sumber : Idaman Said, 2002
Proses Biakan Tersuspensi dengan Fixed Film Packing
Proses ini dilakukan untuk meningkatkan kualitas efluen pada
proses lumpur aktif bila pada bak aerasi mengandung konsentrasi
biomassa yang besar sehingga dapat mengurangi ukuran bak pengolahan
(Metcalf&Eddy, 1991). Keuntungan proses biakan
tersuspensi dengan fixed film packing dibandingkan proses lumpur
aktif adalah dapat meningkatkan kapasitas pengolahan, mengurangi
produksi lumpur, biaya operasi dan pemeliharaan kecil, mengurangi
solid loading pada bak pengendapan kedua, stabilitas proses lebih
besar (Metcalf&Eddy, 1991). Proses pengolahan air limbah dengan
proses biakan tersuspensi dengan fixed film packing dapat dilihat
pada Gambar 6.
Gambar 6. Proses Pengolahan Air Limbah dengan Proses Biakan
Tersuspensi dengan Fixed Film Packing Sumber : Metcalf&Eddy,
1991
Proses Biakan Melekat Tercelup secara Aerob (Submerged Attached
Growth Processes)
Proses submerged fixed film secara aerobik terdiri dari 3 fase,
yaitu ; packing, biofilm dan liquid. Oksigen disuplai dengan cara
diffused aerasi ke dalam packing atau dengan cara dilarutkan ke
dalam influen air limbah. Proses fixed film secara aerobik
diantaranya adalah downflow packed bed reaktor, upflow packed bed
reaktor, upflow fluidized bed reaktor. Tipe dan ukuran packing
adalah faktor utama yang mempengaruhi karakteristik operasi proses
biakan melekat tercelup (submerged). Perbedaan desainnya terdapat
pada susunan packing, distribusi aliran inlet dan outlet. Sistem
fixed film mempunyai HRT kurang dari 1 1,5 jam, tergantung dari
volume reaktor (Metcalf&Eddy, 1991). Gambar proses submerged
fixed film secara aerobik dapat dilihat pada Gambar 6, 7. dan
8.
Gambar 6. Downflow Packed Bed Reactor Sumber : Metcalf&Eddy,
1991
Gambar 7. Upflow Packed Bed Reactor Sumber : Metcalf&Eddy,
1991
Gambar 8. Upflow Fluidized Bed Reactor Sumber : Herlambang,
2002
Mekanisme Terbentuknya Biofilm
Biofilm
adalah suatu
suatu
istilah
yang kehidupan
digunakan dari
untuk
menggambarkan
lingkungan
sekelompok
mikroorganisme yang melekat pada suatu permukaan media dalam
lingkungan perairan. Hal ini menjadi mikrolingkungan yang unik
dimana mikroorganisme dalam biofilm berbeda secara struktural
maupun fungsional dengan yang hidup bebas (planktonik). Bentuk
kehidupan yang dominan dari mikroba di alam adalah dalam bentuk
biofilm (lebih dari 90%). Selain itu biofilm mempunyai
keunggulan
dibandingkan sel planktonik dimana dia lebih tahan terhadap
bahan antimikroba, temperatur, dan pH (Jamilah, 2003). Biofilm
terdiri dari sel-sel mikroorganisme yang melekat erat pada suatu
permukaan media sehingga berada dalam keadaan diam, tidak mudah
lepas atau berpindah tempat (irreversible). Pelekatan ini disertai
oleh
penumpukan bahan-bahan organik yang diselubungi oleh matrik
polimer ekstraseluller yang dihasilkan oleh bakteri tersebut.
Matrik ini berupa struktur benang-benang bersilang sebagai alat
perekat bagi biofilm. Biofilm terbentuk secara cepat dalam sistem
yang mengalir dimana suplai nutrisi tersedia secara teratur bagi
bakteri.
Pertumbuhan bakteri secara ekstensif disertai oleh sejumlah
besar polimer ekstraseluller, menyebabkan pembentukan lapisan
berlendir (biofilm) yang dapat dilihat dengan mata telanjang.
Bakteri di habitat alamiah dapat hidup dalam keadaan diam dimana
dia melekat pada suatu permukaan media membentuk biofilm dan
berfungsi sebagai komunitas yang bekerjasama dengan erat. Beberapa
sel pada populasi yang berbeda dari bakteri
planktonik menempel pada berbagai macam permukaan. Pada sistem
mengalir, bakteri yang melekat memperoleh sumber nutrien yang
kontinyu. Setelah melekat ke permukaan, tumbuh menjadi ukuran
yang normal kemudian memulai reproduksi sel. Pelekatan kontinyu dan
pertumbuhan mendukung pembentukan biofilm. Biofilm
terbentuk karena adanya interaksi antara bakteri dan permukaan
yang ditempeli. Interaksi ini terjadi dengan adanya faktor-faktor
yang meliputi kelembaban permukaan, makanan yang tersedia,
pembentukan matrik ekstraseluller yang terdiri dari
polisakarida, faktor-faktor fisik-kimia seperti interaksi muatan
permukaan dan bakteri, ikatan ion, ikatan Van Der Waals, pH dan
tegangan permukaan. Dengan kata lain terbentuknya biofilm karena
adanya daya tarik antara kedua permukaan (fisik-kimia) dan adanya
alat yang menjembatani pelekatan (matrik eksopolisakarida). Biofilm
adalah suatu bentuk mekanisme pertahanan sel. Biofilm juga lebih
resisten dibandingkan dengan sel planktonik terhadap
agen antibakteri. Extraceluller Polymer Subtances (EPS) sangat
penting bagi kehidupan biofilm. Dia dapat menyediakan makanan
bagi biofilm dan membantu dalam agregasi dan pelekatan dengan
permukaan. Dalam lingkungan alami, bakteri dalam biofilm memiliki
kemampuan untuk memurnikan, menguraikan senyawa organik dan
mengubah senyawa anorganik. Dengan demikian biofilm mempunyai
peranan yang penting dalam mengurangi akumulasi polutan. Hal ini
telah digunakan dalam mengolah air limbah seperti trickling filter
dan fluidized bed reactor. Komunitas campuran mikroba tersebut
memecah senyawa kimia dalam rentang yang luas yang ada pada air
limbah. Agar terjadi proses mineralisasi di dalam biofilm, substrat
organik harus dapat terdifusi ke dalam biofilm, jika tidak substrat
organik tersebut akan terbawa aliran kembali. Hanya bahan organik
yang benar-benar terlarut yang dapat terdifusi ke dalam biofilm
yang dapat mengalami proses mineralisasi dalam biofilm. Bahan
terlarut dapat mengandung unsur yang tidak dapat terdifusi, baik
dalam bentuk partikulat maupun koloidal (Herlambang, 2002). Atas
dasar ini proses pengolahan limbah dengan biofilter harus
dilengkapi dengan pengolahan pendahuluan, sehingga efisiensi
biofilter akan lebih tinggi. Aliran air baku juga diatur jangan
terlalu cepat karena akan mengerosi permukaan biofilm dan
menghambat proses difusi.
Prinsip Pengolahan Air Limbah Dengan Sistem Biakan Melekat
Mekanisme proses metabolisme di dalam sistem biofilm secara
aerobik dapat dilihat pada Gambar 9. Pada Gambar 9. menunjukkan
suatu sistem biofilm yang terdiri dari media penyangga/media
biofilter, lapisan biofilm yang melekat pada media, lapisan air
limbah dan lapisan udara yang terletak diluar. Senyawa polutan yang
ada di dalam air limbah misalnya senyawa organik (BOD, COD),
ammonia, phospor dan lainnya akan terdifusi ke dalam lapisan atau
film biologis yang melekat pada permukaan media. Pada saat yang
bersamaan dengan menggunakan oksigen yang terlarut di dalam air
limbah senyawa polutan tersebut akan diuraikan oleh mikroorganisme
yang ada di dalam lapisan biofilm dan energi yang dihasilkan akan
diubah menjadi biomassa. Jika lapisan mikrobiologis cukup tebal,
maka pada bagian luar lapisan mikrobiologis akan berada dalam
kondisi aerobik sedangkan pada bagian dalam biofilm yang melekat
pada media akan berada dalam kondisi anaerobik. Pada kondisi
anaerobik akan terbentuk gas H2S, dan jika konsentrasi oksigen
terlarut cukup besar maka gas H2S yang terbentuk akan diubah
menjadi sulfat (SO4 ) oleh bakteri sulfat yang ada di dalam
biofilm. Selain itu pada zona aerobik nitrogenammonium akan diubah
menjadi nitrit dan nitrat dan selanjutnya pada zona anaerobik
nitrat yang terbentuk mengalami proses denitrifikasi menjadi gas
nitrogen. Oleh karena di dalam sistem bioflim terjadi kondisi
anaerobik dan aerobik pada saat yang
bersamaan maka dengan sistem tersebut proses penghilangan
senyawa nitrogen ammonia menjadi lebih mudah. Hal ini dapat dilihat
pada Gambar 10.
Gambar 9. Mekanisme proses metabolisme di dalam sistem biofilm
Sumber : Said, 2002
Gambar 10. Mekanisme penghilangan Ammonia di dalam sistem
biofilm Sumber : Said, 2002
Dalam pengolahan air limbah, proses biofilm mempunyai beberapa
kemampuan antara lain dapat mengubah ammonia menjadi nitrit dan
selanjutnya menjadi nitrat dan akhirnya menjadi gas nitrogen,
menghilangkan polutan organik (BOD, COD), menghilangkan
kelebihan nitrogen dan gas inert lainnya, menghilangkan
kekeruhan dan menjernihkan air, serta dapat menghilangkan
bermacam-macam
senyawa organik. Pada umumnya proses biofilm dirancang untuk
mengubah dan menghilangkan polutan organik dan senyawa
ammonia (Said, 2002). Sedangkan Menurut Homme, et al (1990)
mengatakan bahwa biofilm akan mengurangi produksi lumpur karena
beban massa yang lebih rendah. Umur lumpur yang lebih lama akan
memungkinkan proses oksidasi ammonia tetap berlangsung dalam
populasi mikroba campuran, selama rasio makanan dan mikroba
tercukupi. Chio, et al (2001) menyatakan bahwa biofilter tercelup
efektif dalam menghilangkan bahan organik dan nitrogen total. Ada
perbedaan karakteristik antara up flow biofilter dan down flow
biofilter. Pada up flow biofilter penghilangan COD terjadi pada
zona 0 20 cm diatas biofilter, tetapi pada down flow biofilter
terjadi pada zona tercelup. Proses nitrifikasi tergantung pada
waktu tinggal hidrolis dan residual COD. Pada down flow biofilter,
efisiensi nitrifikasi meningkat sejalan dengan meningkatnya waktu
tinggal hidrolis. Pertumbuhan bakteri nitrit mempunyai
kecenderungan menempati zona yang lebih tinggi dalam down flow
biofilter, khususnya pada waktu tinggal hidrolis yang lama.
Metabolisme zat organik secara biologi pada sistem biakan melekat
hampir sama dengan sistem biakan tersuspensi.
Perbedaannya hanya pada karakteristik reaktor. Organisme biologi
yang menempel pada permukaan media pada dasarnya berasal dari
kelompok yang sama dengan sistem biakan tersuspensi. Yang dominan
adalah organisme heterotropik dan bakteri fakultatif. Jamur dan
protozoa juga banyak ditemui, sedangkan alga berada dekat
dengan permukaan yang ada cahayanya. Juga banyak dijumpai
binatang seperti rotifier, cacing lumpur, larva serangga, siput,
dan lain-lain. Organisme nitrifikasi juga ada pada saat keberadaan
karbon pada air limbah rendah. Hasil identifikasi mikroorganisme
yang terdapat pada biofilter tercelup menunjukkan bahwa bakteri
yang berperan dalam menguraikan zat organik antara lain adalah
Bacillus subtilus, Escherichia Coli, Clostridium tetani, Proteus
vulgaris,
Nitrobacter dan Nitrosomonas (Said dan Hidayati, 2000).
Organisme melekat pada media dan tumbuh tebal sebagai film. Air
limbah melewati lembaran tipis film dan zat organik akan terlarut
pada biofilm yang disebabkan gradien konsentrasi dalam film.
Partikel tersuspensi dan koloid ditahan pada permukaan yang lembab
dan panas kemudian didegradasi ke dalam produk yang dapat larut.
Oksigen yang terkandung dalam air limbah dan udara pada ruang
rongga media menyediakan oksigen untuk reaksi aerob pada
permukaan biofilm. Produk limbah dari proses metabolisme
terdifusi keluar dan terbawa oleh air atau aliran udara kemudian
berpindah melalui rongga pada medium. Pertumbuhan biofilm terbatas
pada satu daerah, yaitu diluar permukaan padatan. Film tumbuh
ditengahtengah, gradien konsentrasi oksigen dan makanan
meningkat.
Akhirnya, metabolisme anaerobik dan endogeneous terjadi pada
permukaan media biofilm. Mekanisme perlekatan menjadi lemah dan
film terlepas, proses ini dinamakan sloughing (Peavy, 1985).
2.4.1
Keunggulan dan Kelemahan Proses Biakan Melekat
(Biofilm)
Pengolahan
air
limbah
dengan
proses
biofilm
mempunyai
beberapa keunggulan antara lain : 1. Pengoperasiannya mudah Di
dalam proses pengolahan air limbah dengan sistem biofilm,
pengelolaannya sangat mudah karena tanpa dilakukan kontrol MLSS
(Said, 2002). 2. Lumpur yang dihasilkan sedikit Dibandingkan dengan
proses lumpur aktif, lumpur yang dihasilkan pada proses biofilm
relatif lebih kecil. Di dalam proses lumpur aktif antara 3060% dari
BOD yang dihilangkan (removal BOD) diubah menjadi lumpur aktif
(biomassa) sedangkan pada proses biofilm hanya sekitar 10-30%. Hal
ini disebabkan karena pada proses biofilm rantai makanan lebih
panjang dan melibatkan aktifitas
mikroorganisme dengan orde yang lebih tinggi dibandingkan pada
proses lumpur aktif (Said, 2002). 3. Dapat digunakan untuk
pengolahan air limbah dengan konsentrasi rendah maupun konsentrasi
tinggi. Oleh karena di dalam proses pengolahan air limbah dengan
sistem biofilm mikroorganisme atau mikroba melekat pada permukaan
media penyangga maka pengontrolan terhadap mikroorganisme atau
mikroba lebih mudah. Proses biofilm tersebut cocok digunakan
untuk
mengolah air limbah dengan konsentrasi rendah maupun konsentrasi
tinggi (Said, 2002). 4. Tahan terhadap fluktuasi jumlah air limbah
maupun fluktuasi konsentrasi. Dalam proses biofilter mikroorganisme
melekat pada permukaan unggun media, akibatnya konsentrasi biomassa
mikroorganisme per satuan volume relatif besar sehingga relatif
tahan terhadap fluktuasi beban organik maupun fluktuasi beban
hidrolik (Said, 2002). 5. Pengaruh penurunan suhu terhadap
efisiensi pengolahan kecil. Jika suhu air limbah turun maka
aktifitas mikroorganisme juga berkurang, tetapi oleh karena di
dalam proses biofilm substrat maupun enzim dapat terdifusi sampai
ke bagian dalam lapisan biofilm dan juga lapisan biofilm bertambah
tebal maka pengaruh penurunan suhu (suhu rendah) tidak begitu besar
(Said, 2002). 2. 3. 4. 5. Memerlukan lahan sedikit Estetis Tidak
ada masalah pada pengendapan lumpur Kemampuan pengolahannya lebih
efektif (Metcalf&Eddy, 1991).
Sedangkan kelemahan proses biakan melekat (biofilm), antara lain
(Metcalf&Eddy, 1991): 1.2.
Menimbulkan bau Padatan hasil sloughing tidak dapat dikontrol
Biayanya lebih besar dibanding pengolahan dengan lumpur aktif
3.
2.4.2
Kriteria Media Proses Biofilm
Media penyangga merupakan bagian yang terpenting dari biofilm,
oleh karena itu pemilihan media harus dilakukan dengan seksama
disesuaikan dengan kondisi proses serta jenis air limbah yang akan
diolah. Packing material yang digunakan pada proses biakan melekat
diantaranya kerikil, batu, pasir, plastik, dan material sintetis
lainnya. Packing tersebut dapat tercelup atau tidak tercelup dengan
udara yang terletak di atas lapisan biofilm (Metcalf&Eddy,
1991). Di dalam prakteknya ada beberapa kriteria media biofilm yang
perlu diperhatikan antara lain yaitu : 1. Mempunyai luas permukaan
spesifik besar Luas permukaan spesifik adalah ukuran seberapa besar
luas area yang aktif secara biologis tiap satuan volume media.
Satuan pengukuran adalah meter persegi per meter kubik media. Luas
permukaan spesifik sangat bervariasi namun secara umum sebagian
besar media biofilm mempunyai nilai antara 30 sampai dengan 250
sq.ft/cu,ft atau 100 hingga 820 m2/m3. Satu hal yang penting adalah
membedakan antara total luas permukaan teoritis dengan luas
permukaan yang tersedia sebagai substrat untuk pertumbuhan
mikroorganisme. Luas permukaan yang terdapat pada pori-pori yang
halus tidak selalu dapat membuat mikroorganisme hidup. Pada saat
biofilm sudah stabil/matang, biomassa bakteri akan bertambah secara
stabil dan lapisan bakteri yang menutupi permukaan media menjadi
tebal. Selama organisme yang berada pada bagian dalam lapisan hanya
mendapat makanan dan oksigen secara difusi, maka bakteri ini
memperoleh makanan dan oksigen semakin lama semakin sedikit
sejalan dengan bertambah tebalnya lapisan. Secara umum hanya
bakteri yang berada dilapisan paling luar yang bekerja secara
maksimal. Apabila lapisan bakteri sudah cukup tebal, maka bagian
dalam lapisan menjadi anaerobik. Jika hal ini terjadi, lapisan akan
kehilangan gaya adhesi terhadap substrat dan kemudian lepas.
Apabila bakteri yang mati terdapat dalam celah kecil, maka tidak
dapat lepas dan tetap berada dalam biofilter. Hal ini akan menambah
beban organik (BOD) dan ammonia dalam proses biofilm (Said, 2002).
Luas permukaan total yang tersedia untuk pertumbuhan bakteri
merupakan indikator dari kapasitas biofilter untuk menghilangkan
polutan. Luas permukaan spesifik merupakan variabel penting yang
mempengaruhi biaya reaktor biofilter dan mekanisme penunjangnya.
Apabila media tertentu A mempunyai luas permukaan per unit volume
dua kali lipat dari media B, maka media B memerlukan volume reaktor
dua kali lebih besar untuk dapat melakukan tugas yang sama yang
dilakukan media A. Ditinjau dari sudut ekonomi maka lebih baik
menggunakan reaktor yang lebih kecil. Jadi secara umum makin besar
luas permukaan per satuan volume media maka jumlah
mikroorganisme yang tumbuh dan menempel pada permukaan media
makin banyak sehingga efisiensi pengolahan menjadi lebih besar,
selain itu volume reaktor yang diperlukan menjadi lebih kecil
sehingga biaya reaktor juga lebih kecil (Said, 2002). 2. Mempunyai
Fraksi Volume Rongga Tinggi
Fraksi volume rongga adalah persentase ruang atau volume terbuka
dalam media. Dengan kata lain, fraksi volume rongga adalah ruang
yang tidak tertutup oleh media itu sendiri. Fraksi volume rongga
bervariasi dari 15 % sampai 98 %. Fraksi volume rongga tinggi akan
membuat aliran air bebas tidak terhalang oleh udara dan air. Untuk
biofilter dengan kapasitas yang besar umumnya menggunakan media
dengan fraksi volume rongga yang besar yakni 90 % atau lebih (Said,
2002).3.
Diameter Celah Bebas Besar (Large free passage diameter) Cara
terbaik untuk menjelaskan pengertian diameter celah bebas
adalah dengan membayangkan suatu kelereng atau bola yang
dijatuhkan melalui media. Ukuran bola yang paling besar yang dapat
melewati media adalah diameter celah bebas (Said, 2002). 4. Tahan
terhadap Penyumbatan Parameter ini sangat penting namun sulit untuk
diangkakan. Penyumbatan pada biofilter dapat terjadi melalui
perangkap
mekanikal dari partikel dengan cara sama dengan filter atau
saringan padatan lainnya bekerja. Penyumbatan dapat juga disebabkan
oleh pertumbuhan biomassa dan menjembatani ruangan dalam media.
Kecenderungan penyumbatan untuk berbagai macam media dapat
diperkirakan atau dibandingkan dengan melihat fraksi rongga dan
diameter celah bebas. Diameter celah bebas merupakan variabel yang
lebih penting. Penyumbatan merupakan masalah yang serius pada
sistem biofilter. Masalah yang paling ringan adalah masalah
pemeliharaan yang terus menerus, dan yang paling buruk adalah
hancurnya kemampuan filter untuk bekerja sesuai dengan desain.
Penyebab lain penyumbatan adalah ketidakseragaman volume rongga
dari media. Apabila sebagian dari unggun media mempunyai volume
rongga yang lebih kecil dari yang lainnya maka dapat menyebabkan
terjadinya penyumbatan sebagian di dalam unggun media. Unggun media
yang lebih padat terjadi penyumbatan dan sebagian unggun media yang
lainnya terdapat celah yang dapat mengalirkan aliran air limbah.
Hal ini dapat menurunkan kinerja biofilter. Oleh karena itu di
dalam pemilihan jenis media biasanya dipilih media yang mempunyai
luas permukaan spesifik yang besar serta mempunyai fraksi volume
rongga yang besar. Dengan demikian jumlah mikroba yang dapat tumbuh
menempel pada permukaan media cukup besar sehingga efisiensi
biofilter juga menjadi lebih besar. Selain itu, karena fraksi
volume rongga media besar maka sistem biofilter menjadi tahan
terhadap penyumbatan. Media yang digunakan untuk biofilter juga
harus mudah diangkat, dibersihkan dan dapat diganti dengan usaha
dan tenaga kerja yang minimal. Pilihan lain adalah media yang dapat
diangkat sebagian. Sebagian kecil media dapat diangkat dan diganti
dengan media yang baru, sementara itu bagian yang tersumbat
dibersihkan. Apabila hanya sebagian kecil dari seluruh sistem yang
diangkat, pengaruhnya terhadap sistem biofilter akan sangat kecil
(Said, 2002). 5. Dibuat dari bahan inert Kayu, kertas atau bahan
lain yang dapat terurai secara biologis tidak cocok digunakan untuk
bahan media biofilter. Demikian juga
bahan logam seperti besi, aluminium atau tembaga tidak sesuai
karena berkarat sehingga dapat menghambat pertumbuhan
mikroorganisme. Media biofilter yang dijual secara komersil
umumnya terbuat dari bahan yang tidak korosif, tahan terhadap
pembusukan dan perusakan secara kimia. Namun demikian beberapa
media dari plastik dapat dipengaruhi oleh radiasi ultraviolet.
Plastik yang tidak terlindung sehingga terpapar oleh matahari akan
segera menjadi rapuh. Masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan
penghalang UV yang dapat disatukan dengan plastik pelindung UV
(Said, 2002). 6. Harga per unit luas permukaannya murah Seperti
telah diterangkan di atas, media biofilter pada hakekatnya adalah
jumlah luas permukaan yang menyediakan tempat untuk bakteri
berkembang biak. Oleh karena itu untuk media biofilter sedapat
mungkin dipilih jenis media yang mempunyai harga per unit satuan
permukaan atau per unit satuan volume yang lebih murah (Said,
2002). 7. Mempunyai kekuatan mekanik yang baik Salah satu syarat
media biofilter yang baik adalah mempunyai kekuatan mekanik yang
baik. Untuk biofilter yang berukuran besar sangat penting apabila
media mampu menyangga satu atau dua orang pekerja. Disamping untuk
mendukung keperluan pemeliharaan, media dengan kekuatan mekanik
yang baik berarti mempunyai stabilitas bentuk baik, mengurangi
keperluan penyangga bejana atau reaktor dan lebih tahan lama (Said,
2002).
8.
Ringan Ukuran berat media dapat mempengaruhi biaya bagian lain
dari
sistem. Semakin berat media akan memerlukan penyangga dan bejana
atau reaktor yang lebih kuat dan lebih mahal. Apabila media dari
seluruh biofilter harus dipindahkan maka akan lebih baik jika
medianya ringan. Secara umum, makin ringan media biofilter yang
digunakan maka biaya konstruksi reaktor menjadi lebih rendah (Said,
2002). 9. Fleksibilitas Karena ukuran dan bentuk reaktor biofilter
dapat bermacammacam, maka media yang digunakan harus dapat masuk
kedalam reaktor dengan mudah, serta dapat disesuaikan dengan bentuk
reaktor (Said, 2002). 10. Pemeliharaan mudah Media biofilter yang
baik pemeliharaannya harus mudah atau tidak perlu pemeliharaan sama
sekali. Apabila diperlukan pemeliharaan sehubungan dengan
penyumbatan maka media harus mudah
dipindahkan dengan kebutuhan pegawai yang sedikit (Said, 2002).
11. Kebutuhan energi kecil Proses biofilter mengkonsumsi energi
secara tidak langsung, namun secara keseluruhan diperlukan pompa
untuk mengalirkan air. Energi diperlukan juga untuk mensuplai
oksigen kepada bakteri. Sejalan dengan semakin canggihnya teknologi
biofilter maka biaya
energi
merupakan
salah
satu
faktor
utama
dari
keseluruhan
perhitungan keuntungan (Said, 2002). 12. Reduksi Cahaya Bakteri
nitrifikasi sensitif terhadap cahaya. Oleh karena itu, biofilter
yang digunakan untuk penghilangan senyawa nitrogen (nitrifikasi)
maka media yang digunakan sebaiknya berwarna gelap dan
bentuknya harus dapat menghalangi cahaya masuk ke dalam media
(Said, 2002).13.
Sifat Kebasahan (wetability) Agar bakteri atau mikroorganisme
dapat menempel dan
berkembang biak pada permukaan media, maka permukaan media harus
bersifat suka dengan air (hidrophilic). Permukaan yang
berminyak, permukaan yang bersifat seperti lilin atau permukaan
licin bersifat tidak suka air (hidrophobic) tidak baik sebagai
media biofilter (Said, 2002). Media biofilter yang ideal adalah
media yang harganya murah namun memberikan solusi bagi pemenuhan
kebutuhan proses biofilter. Hal ini karena :a. Diperoleh
luas permukaan yang besar dengan harga yang
murah.b. Diperoleh biaya konstruksi reaktor yang lebih rendah
karena luas
permukaan spesifik tinggi, ringan, kekuatan mekanikal baik dan
kemampuan menyesuaikan dengan bentuk reaktor baik.c. Biaya
pemeliharaan rendah karena tidak ada penyumbatan. d. Biaya pompa
dan energi lain rendah karena desainnya fleksibel.
2.4.3
Jenis Media
Media biofilter yang digunakan secara umum dapat berupa bahan
material organik atau bahan material anorganik. Untuk media
biofilter dari bahan organik misalnya dalam bentuk tali, jaring,
butiran tak teratur (random packing), papan (plate), sarang tawon
dan lainlain. Sedangkan untuk media dari bahan anorganik misalnya
batu pecah (split), kerikil, batu marmer, batu tembikar, batu bara
(kokas). Biasanya untuk media biofilter dari bahan anorganik,
semakin kecil diameternya luas permukaannya semakin besar, sehingga
jumlah mikroorganisme yang dapat dibiakkan juga menjadi besar,
tetapi volume rongga menjadi lebih kecil. Jika sistem aliran
dilakukan dari atas ke bawah (down flow) maka sedikit banyak
terjadi efek filtrasi sehingga terjadi proses penumpukan lumpur
organik pada bagian atas media yang dapat mengakibatkan
penyumbatan. Oleh karena itu perlu proses pencucian secukupnya.
Jika terjadi penyumbatan maka dapat terjadi aliran singkat (short
pass) dan juga terjadi penurunan jumlah aliran sehingga kapasitas
pengolahan dapat menurun secara drastis (Said, 2002). Untuk media
biofilter dari bahan organik banyak yang dibuat dengan cara dicetak
dari bahan tahan karat dan ringan misalnya PVC, dengan luas
permukaan spesifik yang besar dan volume rongga (porositas) yang
besar, sehingga dapat melekatkan mikroorganisme dalam jumlah yang
besar dengan resiko kebuntuan yang sangat kecil.
Dengan demikian memungkinkan untuk pengolahan air limbah dengan
beban konsentrasi yang tinggi serta efisiensi pengolahan yang cukup
besar. Beberapa contoh perbandingan luas permukaan spesifik dari
berbagai media biofilter dapat dilihat pada Tabel 2.9.
2.4.3.1 Batuan dan Kerikil
Berbagai ukuran kerikil dan batuan telah digunakan dalam
biofilter sejak abad ke 19 untuk berbagai penggunaan. Dapat dipakai
baik untuk biofilter tercelup ataupun untuk trickling filter. Masih
tetap digunakan untuk berbagai keperluan termasuk akuarium,
akuakultur dan pengolahan air buangan rumah tangga. Bahan-bahan
yang terbuat dari tanah liat banyak tersedia, murah dan relatif
mempunyai luas permukaan spesifik tinggi. Batu dan kerikil bersifat
inert dan tidak pecah dengan kekuatan mekanikal yang baik, serta
bahan tersebut mempunyai sifat kebasahan yang baik.
Tabel 2.9 Perbandingan luas permukaan spesifik media
biofilter
N o.
Jenis Media
Luas permukaan spesifik (m2/m3) 100-200
1 Trickling Filter dengan batu pecah
2 Modul Sarang Tawon (honeycomb modul) 3 Tipe Jaring 4 RBC 5
Bio-ball (random) Sumber : Said, 2002
150-240
50 80-150 200 - 240
Salah
satu
kelemahan
media
kerikil
adalah
fraksi
volume
rongganya sangat rendah dan berat. Akibat dari fraksi volume
rongga rendah, jenis media ini mudah terjadi penyumbatan. Untuk
mencegah penyumbatan, jumlah ruangan diantara kerikil harus relatif
besar. Secara umum diameter celah bebas sebanding dengan ukuran
kerikil. Tetapi luas permukaan spesifik berbanding terbalik dengan
ukuran kerikil. Apabila kita menggunakan media kerikil dengan
ukuran yang besar untuk mencegah terjadinya penyumbatan, maka
luas
permukaan spesifik menjadi kecil. Dengan luas permukaan spesifik
yang kecil, maka volume reaktor yang diperlukan untuk tempat media
menjadi besar. Banyak usaha yang telah dilakukan untuk
menanggulangi
masalah kekurangan biofilter dengan media kerikil. Salah satu
metode yang diusulkan adalah untuk menggunakan bahan yang dapat
memperbesar luas permukaan media yang tersedia tanpa mengubah
ukuran keseluruhan satuan volume media. Salah satu aplikasinya
adalah menggunakan batu apung, karbon aktif dan keramik
berpori.
Bahan-bahan tersebut mempunyai luas permukaan yang besar.
Permasalahan yang timbul adalah akibat pengoperasian biofilter
dalam jangka waktu yang lama. Pada umumnya pertumbuhan bakteri
terjadi pada bagian luar permukaan media kerikil. Hal ini akan
dapat menahan nutrien dan menghambat difusi oksigen bagian dalam
pori media. Walaupun media kerikil ini mempunyai luas permukaan
yang besar, namun hanya sebagian kecil fraksi dari permukaan area
yang dapat digunakan untuk tempat tumbuhnya bakteri aerobik.
Kelemahan lain dari media kerikil adalah masalah berat. Batu
kerikil mempunyai berat jenis yang cukup besar, sehingga jika
digunakan sebagai media biofilter akan memerlukan konstruksi
reaktor, penyangga dan sistem pengeluaran di bagian bawah yang kuat
untuk menyangga beban media. Selain itu media kerikil merupakan
media biofilter permanen, dan sulit untuk dipindahkan. Akibatnya
biaya pemeliharaan menjadi besar dan biaya konstruksi menjadi lebih
mahal. Oleh karena itu media kerikil kurang cocok
untuk dipakai untuk media biofilter skala komersial. Salah satu
contoh media kerikil atau batu pecah untuk media biofilter dapat
dilihat pada Gambar 2.18.
Gambar 2.18 Media Kerikil atau Batu Pecah untuk Media
Biofilter
Sumber : Said, 2002
2.4.3.2
Fiber Mesh Pads
Ada beberapa jenis bantalan saringan serat (fiber) yang saat ini
digunakan sebagai media biofilter. Bantalan ini menggunakan serat
tipis menyerupai filter pendingin udara, namun dibentuk sedemikian
rupa menjadi bantalan yang berat dan tebal. Bahan ini dapat
berperan baik sebagai filter fisik maupun sebagai filter biologis.
Beratnya cukup ringan dan mempunyai luas permukaan per unit volume
yang lebih besar dibanding jenis media yang lain. Bantalan kawat
saringan fiber mempunyai kelemahan sama dengan media kerikil. Bahan
ini mempunyai diameter celah bebas sangat kecil dan cenderung cepat
tersumbat, sehingga efektifitas pengolahan berkurang. Kecenderungan
penyumbatan selanjutnya diperparah bantalan. oleh sulitnya proses
pembersihan dan regenerasi
Umumnya bantalan saringan serat memerlukan tenaga
kerja yang banyak untuk proses pembersihan. Kelemahan lainnya
pada jenis media ini adalah kesulitan pemasangan media dalam jumlah
besar. Media jenis ini memerlukan penyangga tambahan agar dapat
tetap terjaga dalam aliran air.
Gambar 2.19 Media Fiber Mesh Pads untuk Media Biofilter Sumber :
Idaman Said, 2002
2.4.3.3
Brillo Pads
Jenis media atau packing yang sama dengan mesh pad adalah ribbon
bundle atau packing jenis brillo pad. Packing ini ringan dan
relatif mempunyai luas permukaan besar dengan harga yang murah.
Walaupun ribbon tidak serapat seperti fiber mesh pad, namun
mempunyai beberapa kekurangan sama seperti pada mesh pads. Salah
satu kekurangan brillo pads adalah kekuatan mekanikalnya kecil.
Tidak mungkin untuk menumpuk packing ini tanpa menekan lapisan
bawah. Pada saat lapisan bawah tertekan, maka akan menahan laju
alir menjadi mudah tersumbat. Brillo pad dan mesh pads berhasil
dalam penerapan untuk akuarium kecil, namun untuk kapasitas yang
besar untuk produksi akuakultur sulit dan tidak ekonomis.
Gambar 2.20 Media Brillo Pads untuk Media Biofilter Sumber :
Said, 2002
2.4.3.4 Random atau Dumped Packing
Media jenis ini ditiru dari packing yang digunakan pada industri
kimia. Terdapat bermacam jenis yang berbeda dari cetakan plastik
yang tersedia dalam berbagai luas permukaan spesifik. Media jenis
ini dimasukkan secara acak ke dalam reaktor sehingga dinamakan
random packing. Umumnya media ini mempunyai fraksi rongga yang baik
dan relatif tahan terhadap penyumbatan dibandingkan mesh pads atau
unggun kerikil. Karena setiap bagian packing atau media dapat
disesuaikan pada setiap bentuk tangki atau vessel. Beberapa contoh
jenis media ini dapat dilihat pada Gambar 2.21. Media tipe random
packing harus dipasang di atas penyangga jenis grid atau screen.
Packing ini harus memakai wadah karena tidak mempunyai kekuatan
struktur dasar. Secara umum packing random kekuatan mekanikalnya
relatif kecil. Seseorang tidak dapat berjalan di atas packing
random tanpa merapatkan unggun filter. Walaupun packing random
relatif ringan namun sulit untuk dipindahkan dari vessel besar
apabila sudah terpasang. Hal ini karena untuk
mengeluarkan packing harus dikeruk. Pembersihan harus dilakukan
ditempat. Kekurangan lain packing random, adalah pemasangannya
sulit. Apabila pemasangan unggun kurang hati-hati, terjadi beberapa
hal yang tidak sesuai pada kerapatan packing di seluruh unggun.
Unggun packing random akan cenderung turun dan merapat.
Gambar 2.21 Beberapa contoh jenis media Random Packing Sumber :
Said, 2002 Kekurangan lain dari media kerikil dan packing random
yaitu operator tidak dapat melihat apa yang terjadi dalam unggun
biofilter. Sangat sulit untuk menggeser material untuk mengetahui
apa yang terjadi dalam unggun. Bagian atas unggun yang terlihat
beroperasi normal, sementara bagian bawah unggun tersumbat dan
tidak beroperasi dengan benar. Packing random tersedia dari bahan
stainless steel, keramik, porselein dan berbagai bahan
termoplastik. Pada umumnya packing untuk akuakultur merupakan
cetakan injeksi dari polypropylene atau high density polyethylene.
merupakan polypropylene yang atau high bagus density dengan
polyethylene
polimer
cukup
ketahanan panasnya tinggi dan tahan terhadap bahan kimia. Banyak
senyawa polypropylene atau high density polyethylene yang
digunakan untuk packing tidak cukup bercampur dengan penahan
ultraviolet untuk menjaga packing dari paparan sinar matahari.
Masalah lain bahan polimer polypropylene atau high density
polyethylene ini sangat tidak suka air (hidrophobik). Sifat
dapat basah (wetability) rendah, sehingga memerlukan waktu
berbulan-bulan untuk dapat basah total. Packing random relatif
merupakan media biofilter modern, salah satu kekurangannya adalah
harganya relatif mahal. Cara pencetakan injeksi merupakan cara yang
mahal untuk pembentukan permukaan. Media tipe random tersebut
sangat baik digunakan untuk instalasi kecil karena pada sistem
kecil biaya yang tinggi tidak menjadi masalah. Packing ini mudah di
pasang dalam reaktor yang berbentuk silinder, dalam hal ini
pemasangan tidak perlu dilakukan pemotongan atau adanya bahan yang
terbuang.
2.4.3.5 Media Bioball
Media bioball merupakan salah satu bentuk dari random packing
yang terbuat dari bahan thermoplastik. Bioball berfungsi sebagai
filter biologis yang merupakan media tumbuh bagi bakteri-bakteri
yang dapat menghilangkan ammonia yang terkandung dalam air. Bioball
sebagai media bakteri untuk tumbuh dan berkembang biak. Lendir yang
melekat pada bioball merupakan nitrobacter yang tumbuh dan berguna
untuk meningkatkan kualitas air. Bakteri yang tumbuh pada bioball
merupakan bakteri aerob sehingga membutuhkan oksigen untuk
hidupnya. Menurut Edofish (2006), bioball jangan direndam air
tetapi dialiri air sehingga dapat berfungsi dengan baik.
Sedangkan menurut Idaman Said (2002), kelebihan media bioball
antara lain : a. Bioball mempunyai luas permukaan spesifik yang
besar, yaitu 210 m 2 /m 3 . Bila luas permukaan spesifik besar,
maka jumlah mikroorgannisme yang menempel dan melekat pada
permukaan bioball juga semakin besar sehingga efisiensi
pengolahannya semakin tinggi dan volume reaktor yang diperlukan
menjadi lebih kecil sehingga biaya konstruksi untuk reaktor juga
kecil. b. Fraksi volume rongganya besar, yaitu 85%. Bila fraksi
volume rongganya besar, maka sistem biofilter menjadi tahan
terhadap penyumbatan sehingga biaya untuk pemeliharaannya rendah.
c. Terbuat dari bahan inert Bioball terbuat dari bahan
thermoplastik yang merupakan cetakan injeksi dari polypropylene
atau high density polyethylene.
Polypropylene atau high density polyethylene merupakan polimer
yang tidak korosif, tahan terhadap pembusukan dan perusakan secara
kimia. d. Ringan Media bioball mempunyai berat jenis 0,973 kg/ m 3
. Bioball dibuat ringan dan terapung di air dan digunakan dalam
jumlah banyak. Semakin ringan media biofilter, biaya konstruksi
reaktor menjadi lebih kecil. e. Fleksibel
Media bioball mudah dipasang dalam berbagai bentuk reaktor. Pada
reaktor yang berbentuk silinder, pemasangan tidak perlu dilakukan
pemotongan atau adanya bahan yang terbuang. Media bioball juga
sangat baik digunakan pada instalasi yang kecil. Sedangkan
kelemahan dari media bioball menurut Idaman Said (2002) adalah : a.
Harganya relatif mahal b. Pemasangannya sulit. Walaupun bioball
relatif ringan namun sulit untuk dipindahkan apabila sudah
terpasang, sehingga untuk mengeluarkannya harus dikeruk dan
pembersihan harus dilakukan ditempat.
Gambar 2.22 Media Bioball yang Digunakan pada Biofilter Sumber :
Dokumen Pribadi, 2006
2.4.3.6 Media Terstruktur (Structured Packings)
Media terstruktur dapat digunakan untuk berbagai keperluan
selain biofilter media ini memiliki semua karakteristik yang ada
pada media ideal. Media terstruktur telah digunakan pada biofilter
selama
lebih dari 25 tahun untuk pengolahan air limbah domestik maupun
air limbah industri. Salah satu jenis media terstruktur yang sering
digunakan adalah media dari bahan plastik tipe sarang tawon. Bentuk
media dapat dilihat pada Gambar 2.23. Konstruksi media terstruktur
biasanya merupakan lembaran dari bahan PVC (polyvinyl chlorida)
yang dibentuk secara vacum. Pembentukan dengan cara vakum kontinyu
adalah proses otomatis kecepatan tinggi yang dapat memproduksi
material dalam jumlah besar. Metoda konstruksi ini memungkinkan
media terstruktur diproduksi dengan harga yang lebih murah per unit
luas permukaan dibandingkan pencetakan secara injeksi. PVC
merupakan resin murah dengan sifat mekanik yang lebih baik
dibandingkan PP atau HDPE. PVC pada awalnya bersifat hidrophobic
namun biasanya menjadi basah atau mempunyai sifat kebasahan yang
baik dalam waktu satu sampai dua minggu.
Gambar 2.23 Bentuk Media Terstruktur Tipe Sarang Tawon (cross
flow) Digunakan untuk Biofilter Sumber : Said, 2002
Lembaran-lembaran
PVC
disambung
membentuk
blok
segiempat. Beberapa media mempunyai saluran dalam yang hanya
mengalirkan sepanjang satu axis. Jenis lain dari media
terstruktur yang dikenal sebagai cross corrugated packing yang
memungkinkan aliran mengalir sepanjang dua axis. Hampir semua media
terstruktur digunakan untuk biofilter adalah jenis aliran silang
(cross flow). Media terstruktur misalnya media tipe sarang tawon
crossflow mempunyai luas permukaan spesifik yang bervariasi
tergantung dari diameter celah bebas atau volume rongganya. Salah
satu contoh media tipe sarang tawon dari bahan PVC dengan ukuran
lubang 2 cm x 2 cm mempunyai luas spesifik 150 220 m2/m3, berat 30
35 kg/m3, dan porositas rongga 98 %. Selain itu mempunyai kekuatan
mekanik (mechanical strength) yang cukup besar mencapai lebih dari
2000 lbs. per sq.ft.
Tabel 2.10 Kelebihan dan Kekurangan Beberapa Jenis Media
Biofilter
N o
Jenis Media
Kelebihan
Kekurangan
1. Kerikil dan - Kekuatan Batuan mekanikalnya baik - Sifat
kebasahan baik - Bersifat inert - Murah 2. Fiber Mesh Pads - Cukup
ringan - Luas permukaan spesifiknya besar
- Berat - Fraksi volume rongganya rendah - Biaya pemeliharaan
mahal
- Fraksi volume rongganya rendah sehingga
3. Brillo Pads - Ringan - Harganya murah - Luas permukaan
spesifiknya besar 4. - Fraksi volume Random rongganya baik
mudah terjadi penyumbatan Pemasangannya sulit
- Kekuatan mekanikalnya
Packing
sehingga tahan terhadap penyumbatan
kecil
5.
- Luas permukaan spesifiknya besar Bioball - Luas permukaan
spesifiknya besar - Fraksi volume rongganya baik sehingga tahan
terhadap Pemasangannya sulit - Kekuatan mekanikalnya kecil - Sifat
kebasahan rendah
6.
penyumbatan - Terbuat dari Media terstruktu r bahan inert -
Ringan - Fleksibel
- Harganya relatif mahal -
- Sifat
Pemasangannya
kebasahannya baik sulit - Kekuatan mekanikalnya baik
- Relatif mahal Sumber : Said, 2002
2.5 Proses Biofilter Tercelup (Submerged Biofilter)
Proses pengolahan air limbah dengan proses biofilter tercelup
dilakukan dengan cara mengalirkan air limbah ke dalam reaktor
biologis yang di dalamnya diisi dengan media penyangga untuk
pengembangbiakan mikroorganisme dengan atau tanpa aerasi. Posisi
media biofilter tercelup di bawah permukaan air. Media biofilter
yang digunakan secara umum dapat berupa bahan material organik atau
bahan material anorganik (Said, 2002). Kebanyakan mikroorganisme
dapat tumbuh pada permukaan padat jika terdapat senyawa organik,
garam mineral dan bahan oksigen. Mikroorganisme gelatin yang pada
melekat dengan oleh
menggunakan bakteri. kemudian Koloni
eksopolimer
dihasilkan daerah sampai
mikroorganisme biofilm
dimulai
tertentu seluruh
terbentuk
secara
kontinyu
permukaan tertutup oleh lapisan monoseluler. Sejak itu
pertumbuhan dilakukan dengan memproduksi sel baru yang menutupi
lapisan monoseluler pertama. Oksigen dan nutrient yang dibawa oleh
air yang diolah akan terdifusi menembus lapisan biofilm sampai
lapisan sel yang paling dalam yang tidak dapat ditembus oleh
oksigen dan nutrient. Setelah beberapa lama, terjadi stratifikasi
menjadi lapisan
aerobik tempat oksigen masih dapat terdifusi dan lapisan
anaerobik yang tidak mengandung oksigen. Ketebalan lapisan ini
bervariasi tergantung jenis reaktor dan bahan pendukungnya. Hal ini
dapat dilihat pada Gambar 2.24.
Gambar 2.24 Mekanisme Kerja Biofilter Sumber : Brault, 1991
Dari Gambar 2.24 dapat dilihat bahwa pada lapisan aerobik,
substrat organik yang terkandung dalam air limbah akan terdifusi ke
dalam biofilm. Karena adanya oksigen terlarut, substrat organik
tersebut didegradasi oleh bakteri aerobik menjadi produk degradasi
dan CO 2 . Sedangkan pada lapisan anaerobik, bakteri lysis akan
memecah molekul organik kompleks menjadi senyawa organik sederhana
atau molekul monomer yang terlarut. Sehingga molekul monomer ini
dapat langsung dimanfaatkan oleh bakteri anaerobik. Bakteri
anaerobik ini akan melakukan proses fermentasi
menghasilkan
alkohol dan asam organik seperti
asam asetat,
propionik, dan lainnya. Hasil dari fermentasi ini bervariasi
tergantung jenis bakteri dan kondisi kultur, seperti pH dan
temperatur. Proses biofilter tercelup merupakan kombinasi sistem
biakan melekat dan lumpur aktif. Pada proses ini, efluen masuk ke
wet well kemudian dicampur dengan biological solid yang
dikembalikan dari pengendapan kedua dan biomassa yang direcycle.
Proses biofilter tercelup mempunyai headloss kecil karena waktu
tinggalnya sebentar. Jika dilakukan aerasi pada kolam aerasi, total
headloss akan lebih rendah (Benefield, Larry, 1980). Biofilter pada
dasarnya merupakan bagian dari trickling filter. Biofilter
dioperasikan pada cara yang hampir sama dengan high rate trickling
filter (Peavy, 1985). Dalam proses pengolahan air limbah dengan
sistem biofilter tercelup aerobik, sistem suplai udara dapat
dilakukan dengan berbagai cara, tetapi yang sering digunakan adalah
seperti yang tertera pada Gambar 2.25. Beberapa cara yang sering
digunakan antara lain aerasi samping, aerasi tengah/pusat, aerasi
merata seluruh permukaan, aerasi eksternal, aerasi dengan air lift
pump, dan aerasi dengan sistem mekanik. Masing-masing cara
mempunyai keuntungan dan kekurangan. Sistem aerasi juga tergantung
dari jenis media maupun efisiensi yang diharapkan. Penyerapan
oksigen dapat terjadi disebabkan terutama karena aliran sirkulasi
atau aliran putar kecuali pada sistem aerasi merata seluruh
permukaan media.
Gambar 2.25 Beberapa metoda aerasi untuk proses pengolahan air
limbah dengan sistem biofilter tercelup Sumber : Said, 2002
Dalam
proses
biofilter yang
dengan melekat
sistem pada
aerasi
merata, media
lapisan mudah
mikroorganisme
permukaan
terlepas, sehingga seringkali proses menjadi tidak stabil.
Tetapi di dalam sistem aerasi melalui aliran putar, kemampuan
penyerapan oksigen hampir sama dengan sistem aerasi dengan
menggunakan difuser, oleh karena itu untuk penambahan jumlah beban
yang besar
sulit dilakukan. Berdasarkan hal tersebut diatas belakangan ini
penggunaan mempunyai sistem aerasi merata banyak oksigen dilakukan
yang karena Jika
kemampuan
penyerapan
besar.
kemampuan penyerapan oksigen besar maka dapat digunakan untuk
mengolah air limbah dengan beban organik (organic loading) yang
besar pula. Oleh karena itu diperlukan juga media biofilter yang
dapat melekatkan mikroorganisme dalam jumlah yang besar. Biasanya
untuk media biofilter dari bahan anorganik, semakin kecil diameter
luas permukaannya semakin besar, sehingga jumlah mikroorganisme
yang dapat dibiakkan juga menjadi besar pula. Jika sistem
aliran
dilakukan dari atas ke bawah (down flow) maka sedikit banyak
terjadi efek filtrasi sehingga terjadi proses penumpukan lumpur
organik pada bagian atas media yang dapat mengakibatkan
penyumbatan. Oleh karena itu perlu proses pencucian secukupnya.
Jika terjadi
penyumbatan maka dapat terjadi aliran singkat (Short pass) dan
juga terjadi penurunan jumlah aliran sehingga kapasitas pengolahan
dapat menurun secara drastis (Said, 2002).
2.5.1
Proses
Pengolahan
Air
Limbah
dengan
Proses
Biofilter Tercelup
Saat ini salah satu proses pengolahan air limbah yang banyak
digunakan adalah proses biologis dengan biakan melekat. Proses yang
sering digunakan yakni proses biofilter baik proses secara anaerob
maupun proses secara aerob. Proses biofilter adalah reaktor
biologis
dengan unggun tetap (fixed bed film) dimana mikroorganisme
tumbuh dan berkembang menempel pada permukaan media yang kaku
misalnya plastik atau batu. Influen air limbah dimasukkan ke dalam
reaktor yang di dalamnya diisi dengan media penyangga/media
biofilter dimana mikroorganisme akan tumbuh menempel pada permukaan
media. Dengan adanya lapisan mikroorganisme yang tumbuh menempel
pada permukaan media tersebut maka polutan organik yang ada didalam
air limbah akan diuraikan menjadi produk respirasi yakni CO2 dan
H2O. Dalam aplikasinya, efektifitas proses biofilter sangat
dipengaruhi oleh jenis serta bentuk media yang digunakan. Penting
sekali untuk diketahui bahwa media biofilter berfungsi untuk
menyediakan area permukaan tempat bakteri atau mikroorganisme
berkoloni. Dalam hal ini bakteri mempunyai peranan yang penting di
dalam sistem biofilter. Agar supaya bakteri bekerja secara efektif,
desain biofilter serta media penyangga selain harus mampu
menyediakan distribusi nutrient dan oksigen, tetapi juga harus
mampu menghilangkan produksi buangan baik yang terlarut maupun yang
tersuspensi. Pada umumnya biofilter menggunakan bakteri aerobik
namun dapat pula didesain dan dioperasikan untuk bakteri anaerobik
(Said, 2002). Proses pengolahannya adalah sebagai berikut air
limbah
ditampung pada bak stabilisasi. Fungsi bak stabilisasi ini agar
aliran air limbah lebih konstan sehingga headloss yang dihasilkan
lebih kecil. Dari bak stabilisasi, air limbah dialirkan ke bak
kontaktor aerob. Di dalam bak kontaktor aerob ini diisi dengan
media dari bahan plastik
tipe bioball, sambil diaerasi atau dihembus dengan udara
sehingga mikroorganisme yang ada akan menguraikan zat organik yang
ada dalam air limbah serta tumbuh dan menempel pada permukaan
media. Dengan demikian air limbah akan kontak dengan
mikroorganisme yang tersuspensi dalam air maupun yang menempel
pada permukaan media yang mana hal tersebut dapat meningkatkan
efisiensi penguraian zat organik, deterjent serta mempercepat
proses nitrifikasi, sehingga efisiensi penghilangan ammonia menjadi
lebih besar. Proses ini sering di namakan aerasi kontak (Contact
Aeration). Dengan proses aerob tersebut dapat menurunkan zat
organik (BOD, COD), ammonia, deterjen, padatan tersuspensi (SS),
phospat dan lainnya. Dari bak aerasi, air dialirkan ke bak
pengendap akhir. Di dalam bak ini lumpur yang mengandung massa
mikroorganisme diendapkan dan dipompa kembali ke bagian inlet bak
aerasi dengan pompa sirkulasi lumpur. Dibandingkan dengan proses
lumpur aktif, lumpur yang berasal dari reaktor biofilter lebih
mudah mengendap karena ukurannya lebih besar dan lebih berat. Bak
sedimentasi dapat berbentuk segi empat atau lingkaran. Pada bak ini
aliran air limbah sangat tenang untuk memberi kesempatan lumpur
biomassa untuk mengendap. Kriteria yang diperlukan untuk menentukan
ukuran bak sedimentasi adalah beban permukaan, kedalaman bak, dan
waktu tinggal. Kriteria bak pengendapan akhir dapat dilihat pada
Tabel 2.12.
Parameter desain biofilter aerob Waktu tinggal total rata-rata :
6 8 jam (Idaman Said, 2002)
MLSS F/M rasio
: 2000 5000 (Benefield&Larry, 1980) : 0,087 0,392 kg BOD/kg
MLSS. Hari (Benefield&Larry, 1980)
Kedalaman efektif Isi media Tinggi ruang bebas
: 2 m (Idaman Said, 2002) : 40% volume reaktor (Idaman Said,
2002) : 0,5 m : 1,2 m
Tinggi bed media pembiakan mikroba
Beban BOD per satuan permukaan media (L A ) = 5 30 gram
BOD/m2
.hari
Hubungan inlet BOD dan beban BOD per satuan permukaan media pada
biofilter aerob untuk mendapatkan efisiensi penghilangan BOD
90%.
