TEORI PENDUKUNGProses pengolahan air limbah secara biologi dapat dilakukan secara anaerobik dan aerobik. Pada pengolahan air secara anaerobik mikroorganisme pendekomposisi bahan organik dalam air limbah akan terganggu pertumbuhannya jika terdapat oksigen bebas dalam sistem pengolahannya. Dalam pengolahan air limbah secara aerobik, mikroorganisme mengoksidasi dan mendekomposisi bahan bahan organik dalam air limbah dengan menggunakan oksigen yang disuplai oleh aerasi dengan bantuan enzim dalam mikroorganisme. Pada waktu yang sama mikroorganisme mendapatkan energi sehingga mirroorganisme baru dapat tumbuh.

Contoh peralatan pengolahan air limbah yang menggunakan sistem pertumbuhan mikroorganisme tersuspensi secara aerobik diantaranya yaitu lumpur aktif dan Laguna Teraerasi.

Reaksi dekomposisi atau pendegradasi bahan organik secara aerobik dan reaksi pertumbuhan mikroorganisme yang terjadi dalam sistem pengolahan air limbah ditunjukkan sebagai berikut:

Reaksi oksidasi dan sintesis sel adalah sebagai berikut

CHONS + O2 + Nutrien CO2 + NH3 + C5H7NO2 + hasil akhir(Zat organik)

(sel baru)

(mikroba) + 5 H2O

5CO2 + 2H2O + NH3 + energi

Dengan demikian proses dekomposisi bahan organik terjadi bersamaan dengan pertumbuhan mikroorganisme. Proses degradasi bahan organik dan pertumbuhan mikroorganisme akan berlangsung baik, jika terdapat kondisi lingkungan yang mendukung.

Proses pengolahan secra biologi yang paling sering digunakan adalah proses pengolahan dengan menggunakan metode lumpur aktif. Metode ini memanfaatkan mikroba aktif yang mendegradasi bahan bahan organik secara aerobik. Karena mikroba ini wujud fisiknya menyerupai lumpur maka kemudian disebut dengan lumpur aktif. Terdapat empat komponen dalam metode lumpu aktif yakni tangki aerasi, tangki pengendap, sistem pengendalian lumpur dan sistem pembubuhan nutrisi.

Gambar-1

Seperti pada gambar diatas, sesudah equalization tank di mana fluktuasi kwalitas/ kwantitas influen diratakan, limbah cair dimasukkan ke dalam tangki aerasi di mana terjadi pencampuran dengan mikroorganisme yang aktif (lumpur aktif). Oksigen yang dibutuhkan untuk reaksi mikroorganisme tersebut diberikan dengan cara memasukkan udara ke dalam tangki aerasi dengan blower. Aerasi ini juga berfungsi untuk mencampur limbah cair dengan lumpur aktif, hingga terjadi kontak yang intensif. Sesudah tangki aerasi, campuran limbah cair yang sudah diolah dan lumpur aktif dimasukkan ke tangki sedimentasi di mana lumpur aktif diendapkan, sedangkan supernatant dikeluarkan sebagai effluen dari proses.Sebagian besar lumpur aktif yang diendapkan di tangki sedimentasi tersebut dikembalikan ke tangki aerasi sebagai return sludge supaya konsentrasi mikroorganisme dalam tangki aerasinya tetap sama dan sisanya dikeluarkan sebagai excess sludge.Prinsip pengolahan biologis adalah memanfaatkan aktivitas mokroorganisme pada fase pertumbuhan. Nutrien yang berupa bahan-bahan organik dapat tereduksi dengan cepat untuk keperluan pertumbuhan sel yang bersifat ekponensial. Akibatnya nutrien (bahan organik) akan cepat habis, dan selanjutnya sel akan mengalami kematian. Agar dapat berlangsung dengan sukses pada fase pertumbuhan (dalam pengolahan air limbah), perlu optimalisasi fase lag. Optimalisasi fase lag adalah dengan menciptakan kondisi luar yang mendukung kehidupan mikroorganisme, misalnya:1. Pengendalian pH

Sejumlah konstanta laju reaksi bergantung pada pH. Ada studi yang menyatakan bahwa hasil optimal pengolahan terjadi pada pH 6,5 - 8,0. Perubahan pH dapat terjadi akibat nitrifikasi yang besarnya bergantung pada konsentrasi nitrogen organik dan alkalinitas di dalam sludge.2. Temperatur

Seperti pada teknologi pengolahan air limbah, pengolahan lumpur secara bioproses pun sangat bergantung pada temperatur karena melibatkan mikroba dalam pengolahannya. Suhu normal pengolahan yaitu dalam rentang 25 35 oC.

3. Nutrisi

Nutrisi yang diberikan bagi mikroorganisme pendegradasi limbah dalam lumpur aktif konvensional diberikan sesuai dengan perbandingan BOD : N : P = 100 : 5 : 1. Parameter yang umum digunakan dalam lumpur aktif (Davis dan Cornwell, 1985; Verstraete dan van Vaerenbergh, 1986) adalah sebagai berikut:

a. Mixed-liqour suspended solids (MLSS). Isi tangki aerasi dalam sistem lumpur aktif disebut sebagai mixed liqour yang diterjemahkan sebagai lumpur campuran. MLSS adalah jumlah total dari padatan tersuspensi yang berupa material organik dan mineral, termasuk didalamnya adalah mikroorganisma. MLSS ditentukan dengan cara menyaring lumpur campuran dengan kertas saring (filter), kemudian filter dikeringkan pada temperatur 1050C, dan berat padatan dalam contoh ditimbang.

b. Mixed-liqour volatile suspended solids (MLVSS). Porsi material organik pada MLSS diwakili oleh MLVSS, yang berisi material organik bukan mikroba, mikroba hidup dan mati, dan hancuran sel (Nelson dan Lawrence, 1980). MLVSS diukur dengan memanaskan terus sampel filter yang telah kering pada 600 - 6500C, dan nilainya mendekati 65-75% dari MLSS.

c. Hidraulic retention time (HRT). Waktu tinggal hidraulik (HRT) adalah waktu rata-rata yang dibutuhkan oleh larutan influent masuk dalam tangki aerasi untuk proses lumpur aktif; nilainya berbanding terbalik dengan laju pengenceran (D) (Sterritt dan Lester, 1988).

d. Umur lumpur (Sludge age). Umur lumpur adalah waktu tinggal rata-rata mikroorganisme dalam sistem. Jika HRT memerlukan waktu dalam jam, maka waktu tinggal sel mikroba dalam tangki aerasi dapat dalam hari lamanya. Parameter ini berbanding terbalik dengan laju pertumbuhan mikroba.

e. F/M Ratio, yaitu : perbandingan antara substrat (F : food ) terhadap mikroorganisme (M). Dalam proses lumpur aktif convensional , dapat berjalan dengan baik apabila F/M ratio berkisar 0,2 0,6 kg BOD/kg MLSS. F/M ratio menunjukan kecepatan oksidasi biologis sebanding dengan volume biomassa yang terbentuk. Jika ratio F/M terlalu besar maka akan terdapat dominasi pertumbuhan bakteri yang menyebabkan lumpur aktif sulit mengendap. Jika F/M terlalu kecil akan terbentuk busa yang yang berasal dari pertumbuhan bakteri pembentuk busa. Maka nilai F/M yang ideal merupakan parameter kunci yang menjadi acuan keberhasilan sistem lumpur aktif.Pembenihan Lumpur Aktif

Salah satu langkah penting dalam proses pengolahan limbah cair adalah penyiapan / penyusuaian bakteri agar berkembang sesuai dengan kondisi yang diinginkan. Bakteri yang berasal dari biakan murni atau lingkungan sekitar sumber limbah yang akan diolah dikondisikan pada suatu tempat dengan diberi umpan yang konsentrasinya limbah yang akan diolah. Biasanya pada tahap awal sebagai umpan digunakan bahan-bahan kimia yang mudah diperoleh dengan kompisisi yang jelas.

Untuk bakteri aerob maka perlu ditambahkan aliran udara yang dapat berasal dari kompresor, blower atau pompa yang disemburkan (spray aerator).

Cara pengerjaanya:

Bakteri yang berasal dari biakan murni atau tempat lain, dikembangkan dalam suatu tempat dan diberi umpan yang konsentrasinya sedikit demi sedikit mendekati limbah yang akan diolah.

Komposisi yang digunakan biasanya dalam selang BOD:N:P = 60:3:1 ATAU 100:5:1

Sebagai sumber karbon biasa digunakan glukosa, sedang nitrogen atau posfor dapat digunakan kalium nitrat dan kalium dihidrofosfat. Pengaturan pH dapat digunakan kapur atau asam sulfat. Untuk bakteri aerob ditambahkan udara yang cukup agar proses oksidanya dapat berjalan dengna sempurna.

Jika konsentrasi BOD atau COD dalam tempat pengembangan telah relatif konstan, dengan fluktuasi sekitar 5% maka konsentrasi umpan dan volume pembibitan ditambah. Proses ini terus dilakukan hingga volume pembibitan mencapai sekitar 10% kolam yang pengolahan yang dibuat dan VSS sekitar 3000-4000 mg/l.Lumpur aktifProses pengolahan air limbah secara biologi dapat dilakukan secara anaerobik dan secara aerobik. Pada pengolahan air limbah secara anaerobik mikroorganisme pendekomposisi bahan-bahan organic dalam air limbah akan terganggu pertumbuhannya atau akan mati jika terdapat oksigen bebas (O2) dalam sistem pengolahannya. Dalam pengolahan air limbah secara aerobic mikroorganisme mengoksidasi dan mendekomposisi bahan-bahan organik dalam air limbah dengan menggunakan oksigen yang disuplai oleh aerasi dengan bantuan enzim dalam mikroorganisme. Pada waktu yang sama mikroorganisme mendapatkan energi sehingga mikroorganisme baru dapat bertumbuh.Berdasarkan pertumbuhan mikroba dalam perlatan pengolah air limbah terdapat dua macam pertumbuhan mikroorganisme yakni pertumbuhan secara tersuspensi dan pertumbuhan secara terlekat. Pertumbuhan mikroba secara tersuspensi adalah tipe pertumbuhan mikroba dimana mikroba pendegradasi bahan-bahan organik bercampur secara merata dengan air limbah salam peralatan pengolah air limbah. Sedangkan pertumbuhan mikroba secara terlekat adalah jenis pertumbuhan mikroba yang melekat pada bahan pengisi yang terdapat pada peralatan pengolahan air limbah.

Proses degradasi bahan-bahan organic dan proses pertumbuhan mikroba dapat berlangsung dengan baik jika terdapat kondisi lingkungan yang mendukung. Derajat keasaman (pH) yang relative netral, yaitu 6,5 8,0; suhu normal, yaitu dalam rentang 25 -350C; dan tidak terdapat senyawa toksik yang merugikan. Kondisi lingkungan di atas dan tersedianya peralatan pengolah air limbah merupakan persyaratan yang harus dipenuhi untuk berlangsungnya proses pengolahan secara efektif.

Sistem Lumpur Aktif Konvensional sudah dikenal masyarakat industry sejak lama. Dalam aplikasinya di lapangan/industry alur pengoperasian proses lumpur aktif konvensional dapat dilihat pada Gambar 1. Tangki aerasi umumnya terbuat dari beton atau pelat besi berbentuk persegi panjang atau bulat.

Gambar 2. Aliran proses lumpur aktif konvensional

Penyuntikan udara ke dalam tangki aerasi dilakukan secara difusi (penyemprotan) atau secara mekanis atau gabungan keduanya. Di depan Tangki Aerasi terdapat Tangki Pengendap/Sedimentasi Primer dan dibelakang Tangki Aerasi terdapat Tangki Sedimentasi Akhir. Sedimentasi Primer diperuntukkan bagi pengendapan partikel-partikel padatan terendapkan (settleable solid) yang berukuran > 1,2 m. sedangkan Tangki Sedimentasi Akhir yang biasa disebut Clarifier berfungsi untuk mengembalikan sebagian lumpur aktif yang terbawa oleh aliran efluen. Sekitar 2 30% lumpur yang masuk ke dalam Clarifier dikirim kembali ke Tangki Aerasi sedangkan lumpur yang lainnya dibiarkan selama 2 3 jam dalam Tangki Sedimentasi Akhir untuk diendapkan. Setelah diendapkan sedimen lumpur dalam Clarifier dikerok dan dibuang dalam pengumpul lumpur. Lumpur dalam pengumpul lumpur dibuang secara pengentalan (thickening) dan dehidrasi.

Nutrisi/makanan yang diberikan bagi mikroorganisme pendegradasi limbah dalam Lumpur Aktif Konvensional diberikan sesuai dengan perbandingan BOD : N : P = 100 : 5 : 1. Glukosa digunakan sebagai sumber karbon, KNO3 digunakan sebagai sumber nitrogen, dan KH2PO4 sebagai sumber pospor. Dalam percobaan ini nutrisi yang diberikan bagi mikroba berupa air limbah sintetis. Hal ini dimaksudkan agar penentuan efisiensi pengolahan limbah dalam Lumpur Aktif Konvensional dapat dihitung dengan lebih akurat.

Air limbah beserta mikroba tersuspensi dalam air limbah tersebut biasa disebut dengan metode mixed liquor. Untuk mengetahui kuantitas mikroba pendekomposisi atau pendegradasi air limbah maka ditentukan dengan mengukur kandungan padatan tersuspensi yang mudah menguap (mixed liquor volatile suspended solids/MLVSS) dalam reactor. Rasio kuantitas nutrisi yang ditambahkan ke dalam mixed liquor terhadap kuantitas mikroba tersuspensi digunakan sebagai ukuran sehat tidaknya pertumbuhan mikroba tersebut. Rasio food to microorganism (F/M) yang ideal untuk sistem Lumpur Aktif Konvensional berkisar antara 0,2 0,5 kg BOD/hari/kg MLVSS. Jika rasio F/M terlalu besar maka akan terdapat dominasi pertumbuhan bakteri filamen yang menyebabkan lumpur aktif sulit mengendap. Jika F/M terlalu kecil maka akan terbentuk busa yang berasal dari pertumbuhan bakteri pembentuk busa. Maka nilai F/M yang ideal merupakan parameter kunci yang menjadi acuan keberhasilan pengoperasian sistem Lumpur Aktif.

Tangki Aerasi