PENGOLAHAN AIR LIMBAH DENGAN PROSES BIOREAKTOR MEMBRAN (BRM)

PRINSIP BIOREAKTOR — MEMBRAN

Bioreaktor — membran (BRM) merupakan kombinasi proses biodegradasi tersuspensi

(aerobik maupun anaerobik) yaitu proses pengolahan air buangan yang ditandai oleh

pertumbuhan biomassa tersuspensi, dengan sistem membran mikro-filtrasi atau ultrafiltrasi yang dapat

menahan partikel. Membran menggantikan peran kolam sedimentasi untuk memisahkan padatan

dan cairan pada teknologi konvensional (lumpur dengan membran, kinerja pemisahan menjadi lebih

baik karena pemisahan tidak lagi dibatasi oleh kondisi hidrodinamik lumpur seperti waktu tinggal lumpur

(SRT, sludge retention time), waktu tinggal cairan (HRT, hydraulic retention time) serta laju

pembuangan lumpur.

Membran dapat memisahkan hampir seluruh bakteri coliform, padatan tersuspensi (suspended

solid) dan menghasilkan efluen dengan kualitas yang sangat baik. Efluen yang dihasilkan dari unit

membran memiliki kualitas yang sangat baik sehingga unit postreatment tidak dibutuhkan lagi.

Saat ini, proses BRM telah digunakan sebagai alternatif berbagai pengolahan air limbah sebagai

pengolahan sekunder. Kombinasi ini secara teoritis memberikan beberapa keuntungan.

- Kebutuhan lahan lebih sedikit karena tahap sedimentasi dihilangkan.

- Kualitas efluen lebih tinggi akibat tertahannya partikel oleh membran.

- Ukuran instalasi lebih kecil karena konsentrasi biomassa maksimum dan tidak dibatasi lagi oleh

karateristik pengendapannya.

Dalam aplikasinya, ada dua jenis konfigurasi dasar BRM yaitu sistem eksternal (membran

berlokasi di luar bioreaktor) dan sistem terendam (modul membran direndam Iangsung ke dalam

bioreaktor). Perbedaan utama konfigurasi tersebut terletak pada operasinya. BRM eksternal sering

disebut sebagai recirculated membrane bioreactor sedangkan BRM terendam biasa disebut sebagai

integrated membrane bioreactor.

Pada sistem eksternal membran diletakkan terpisah dari reaktor sehingga tidak tergantung

pada bioreaktor. Umpan masuk ke bioreaktor dan berkontak dengan biomassa didalamnya. Cairan hasil

penguraian bioreaktor kemudian dipompakan ke membran secara cross-flow untuk dilakukan

pemisahan padat cair melalui suatu resirkulasi loop yang terdapat unit membran, permeate

dialirkan dan retentate dikembalikan ke tangki. Transmembrane pressure (TMP) dan kecepatan

cross-flow yang dihasilkan dari pompa mempengaruhi operasi membran. Dalam sistem terendam tidak

terdapat loop resirkulasi, permeat dialirkan secara dead-end sehingga retentat tertinggal di

bioreaktor. Dengan demikian proses pemisahan terjadi dalam bioreaktor itu sendiri. Pada kondisi ini

TMP dihasilkan dari tekanan hidrolis dari air di atas membran dan pompa vakum.

Membran selain sering digunakan sebagai pengganti unit sedimentasi juga dapat

digunakan sebagai kontrol massa dan transfer nutrien ke dalam bioreaktor. Membran berfungsi

sebagai penghalang dan meloloskan beberapa komponen yang melewatinya dan beberapa diantaranya

tertahan. Permeasi melalui membran membutuhkan gaya, biasanya berupa gradien tekanan. Mekanisme

perpindahan massa melewati membran adalah konveksi dan difusi. Konveksi dihasilkan dari

pergerakan fluida ruah, bukan komponen yang terlarut atau tersuspensi. Jenis aliran yang dihasilkan

tergantung pada laju alir, laminar atau turbulen. Sedangkan mekanisme difusi dihasilkan dari perpindahan

ion-ion, atom-atom atau molekul berdasarkan gerakan termal. Laju perpindahan difusi tergantung

pada gradien konsentrasi dan difusivitas.

G a m b a r 1 . S k e m a M e m b r a n e B i o r e a c t o r S y s t e m

G a m b a r 2 . M B R S y s t e m

PROSES BIODEGRADASI AEROBIK DAN ANAEROBIK

Pengolahan biologi, baik aerobik maupun anaerobik biasanya dianggap sebagai cara yang

paling efektif untuk penyisihan polutan dari air buangan organik tinggi. Proses biodegradasi tidak

hanya merupakan proses penguraian suatu senyawa secara biologi, tetapi tergantung pada

faktor-faktor lingkungan, substrat, ketersediaan dan jumlah suatu senyawa bagi mikroorganisme yang

merupakan faktor kunci bagi keberhasilan biodegradasi. Mikroorganisme diketahui berperan panting dalam

mineralisasi senyawa biopolimer dan xenobiotik. Penghilangan warna secara biologi pada limbah cair

industri tekstil dapat diklasifikasikan menjadi tiga kategori: pengolahan aerobik, anaerobik dan

kombinasi anaerobik — aerobik.

Pengolahan aerobik umumnya kurang efektif untuk penghilangan zat warna azo, karena

sifatnya yang rekalsitran pada kondisi aerobik. Sebaliknya, pada kondisi anaerobik zat warna azo dapat

direduksi dengan mudah menghasilkan amina aromatik yang tidak berwarna. Selanjutnya, senyawa

amina aromatik yang dilepaskan dari reduksi zat warna azo dapat didegradasi lanjutan dalam kondisi

aerobik. Dengan demikian strategi pengolahan biologi yang paling baik untuk degradasi sempurna zat

warna azo adalah pendekatan rangkaian anaerobik-aerobik. Kombinasi proses anaerobik-aerobik tidak

hanya berhubungan dengan reduksi zat warna azo, tetapi juga terkait dengan mineralisasi produk —

produk pemutusannya. Kombinasi proses anaerobik-aerobik yang banyak diteliti adalah kombinasi

reaktor UASB (upflow anaerobic sludge blanket) dengan proses lumpur aktif aerobik atau dalam SBR

(sequencing batch reactor). Beberapa penelitian telah menunjukkan biodegradasi sempurna dilakukan

melalui kultur bakteri murni atau campuran bakteri, fungi dan alga.

Gambar 3. Membran Selection

Penelitian lain menunjukkan bahwa pengolahan zat warna azo dapat dilakukan dalam kondisi

aerobik atau anaerobik saja. Mikroorganisme aerobik dapat memutuskan warna azo dalam kondisi

anaerobik, sehingga dapat digunakan mikroba aerobik yang lebih mudah untuk dibiakkan, untuk

pengolahan zat warna azo. Seperti ditunjukkan oleh hasil penelitian yang dilakukan oleh Wisjnuprapto

dick.,1999 memperlihatkan bahwa biodegradasi zat warna azo oleh mikroorganisme yang ditumbuhkan

dalam kondisi aerobik dapat memutuskan warna azo dalam kondisi anaerobik dengan mikroorganisme

yang sama.

Proses lumpur aktif saat ini merupakan pengolahan biologi secara aerobik yang umum

digunakan untuk pengolahan air buangan kota dan industri. Proses lumpur aktif pada dasarnya terdiri

dari tiga proses seri, dengan campuran air buangan dan biomassa dimanipulasi sedemikian rupa untuk

menjalankan reaksi-reaksi yang diinginkan sehingga menghasilkan efluen yang bersih. Tahap pertama

terdiri dari pengolahan awal untuk menyisihkan material kasar den substansi lain yang diinginkan.

Biasanya unit ini diikuti oleh pengolahan primer seperti sedimentasi untuk menghilangkan partikel-partikel,

selanjutnya influen diaduk dengan biomassa pada kondisi aerob dan/atau anoksik. Pada tahap akhir, air

yang diolah dipisahkan dari biomassa dalam sebuah clarifier, sebagian biomassa dikembalikan ke reaktor

dan sebagian dibuang.

Proses anaerobik juga merupakan metoda yang sesuai untuk diaplikasikan dalam pengolahan

air buangan industri. Degradasi secara anaerobik dibentuk oleh dua grup bakteri yaitu bakteri yang

memproduksi asam dan yang memproduksi metan. Bakteri yang memproduksi asam adalah bakteri

pembentuk asam (asam butirat dan asam propionat) dan bakteri asetogenik (asam asetat dan

hidrogen) sedangkan bakteri yang memproduksi metan adalah bakteri asetoklastik (asetofi l ik)

dan bakteri metan (hidrogenofilik). Reduksi zat warna azo oleh mikroba anaerobik terjadi secara

ekstraselluier maupun intraselluler. Kecepatan reduksi tergantung pada derajat sulfonasi zat warna. Senyawa

akhir yang terjadi dari reduksi zat warna secara anaerobik adalah senyawa amina aromatik.

Pada umumnya kelemahan yang dijumpai pada aplikasi pengolahan biologi diantaranya

adalah rendahnya kualitas efluen, rendahnya konsentrasi biomassa di dalam bioreaktor, dan

kemungkinan tersapunya (wash-out) mikroba. Terdapat sejumlah kelebihan dari proses anaerobik

dibandingkan proses aerobik, diantaranya:

- Kecepatan proses tidak ditentukan oleh suplai oksigen, karena itu pengenceran yang seringkali

d iper lukan da lam s is tem aerob ik untuk menyeimbangkan kebutuhan oksigen dengan suplai

oksigen tidak diperlukan dalam proses anaerobik.

- Proses anaerobik dapat mengolah limbah yang memiliki konsentrasi yang tinggi ataupun bahan -

bahan yang sulit didegradasi pada proses aerobik.

- Menghemat biaya energi untuk transfer oksigen.

- Gas metan yang dihasilkan dalam proses anaerobik dapat digunakan sebagai sumber bio-energi.

Tidak terbentuk busa dari surfaktan pada air buangan.

SISTEM MEMBRAN

Sistem membran pada awalnya menggunakan teknik filtrasi dengan tekanan, umumnya pada

tekanan tinggi. Sistem ini memerlukan backwash dan pencucian kimia yang sering untuk mencegah

terjadinya fouling serta memerlukan energi yang tinggi. Proses membran yang digunakan untuk

pemisahan biomassa terdiri dari membran mikrofiltrasi (MF), ultrafiltrasi (UF), dan nanofiltrasi (NP).

Proses membran MF, NF bekerja berdasarkan perbedaan tekanan sebagai gaya dorong.

Material-material membran yang digunakan untuk pengolahan air buangan biasanya terbuat

dari polipropana, selulosa asetat, poliamida aromatik atau komposit lapisan tipis (11). Ukuran pori

membran biasanya dalam rentang ukuran dari 0,02-0,05 1.1M dari rentang UF sampai MF. Membran

dapat dibuat dalam dua bentuk yaitu membran tubular dan membran datar. Dalam aplikasinya, membran

yang digunakan dalam bentuk modul-modul. Baik membran datar maupun tubular dapat diaplikasikan

untuk bioreaktor membran. Dua modul membran yang paling umum dijumpai di pasaran adalah hollow

fiber (kapiler) dan spiral wound (Gambar 4). Bentuk modul lainnya adalah plate & frame, tubular,

rotari, vibrasi dan vorteks Dean.

Karakteristik penyisihan suatu membran biasanya dinilai berdasarkan ukuran pori nominal

atau molecular weight cut-off membran. Membran yang dikontrol oleh tekanan sering dikategorikan

melalui ukuran pori kontaminan yang dapat disisihkan oleh membran. Kemampuan membran MF

dapat dilihat melalui ukuran pori dan kemampuan memisahkan material-material berukuran

mikrometer di dalam air. Membran NF memisahkan material-material dalam besaran ukuran nanometer

atau lebih besar. Membran UF dan NF biasanya dinilai berdasarkan berat molekuler substansi

terkecil yang dapat dihilangkan oleh membran. Cara ini hanya merupakan pendekatan menentukan

kemampuan membran un tuk menghilangkan substansi, karena bentuk molekuler dan polaritas juga

mempengaruhi rejeksi. Membran reverse osmoses (RO) dan nano f i l t rasi (NF) dapat

menghilangkan material-material berukuran ion seperti sodium, klorida dan kalsium serta molekul organik

kecil.

Gambar 4. (a) Hollow Fiber, (b) Spiral Wound

Gambar 5. Membrane Bioreactor

Tabel 1. Summary Of Municipal MBR

Supplier

References

Year of

installation of

1st MBR >1

No. of MBRs

with capacity

>1 ML/d

Largest

operational

MBR

Largest MBR

currently

under contractZenon

Environmental

1997 22 38 ML/d

Brescia, Italy

45 ML/d

Nordkanal,

GermanyKubota 1998 5 8.5 ML/d

Daldowie, UK

4 ML/d

Seattle, USAUS Filter 2002 1 1 ML/d

Park Place,GA

4 ML/d

Olympia, WA

APLIKASI BIOREAKTOR MEMBRAN

Pengolahan limbah konvensional dengan proses degradasi polutan secara biologi umumnya

masih dibatasi oleh karakteristik pengendapan lumpur biologi yang akan menentukan kualitas efluen yang

dihasilkan. Pengolahan limbah konvensional pada umumnya hanya mampu menghilangkan COD 50-60%

dan warna 95%. Dengan demikian dikembangkan teknik pengolahan limbah yang mampu menangani limbah

cair dengan efisiensi penyisihan COD dan warna yang tinggi yaitu dengan metoda bioreaktor membran

(BRM), yang merupakan kombinasi proses lumpur aktif dengan sistem membran, dimana membran

dapat menggantikan unit gravitasi sedimentasi tradisional dalam proses lumpur aktif yang dapat

beroperasi pada beban organik yang tinggi serta lahan yang dibutuhkan lebih sedikit. BRM saat ini telah

berkembang sangat pesat baik dari segi teknologi maupun aplikasinya

BRM aerobik maupun anaerobik telah diaplikasikan pada berbagai pengolahan air buangan

industri dengan efisiensi penyisihan yang tinggi seperti yang terlihat pada Tabel 1. Brik et al., (2006)

melakukan penelitian pada limbah tekstil menggunakan

Tabel 1. Kinerja biologi BRM aerobik dalam pengolahan air buangan (4,6)

Air Buangan JenisV

(m3)HRT (jam)

θc

(hari)

BODa, CODb,MLSS (kg/m3)

ReferensiNH3c, Pd, warnae

in out

Makanan T/SS 2,75 139,2 15,9 31.000a tda 10,9 Krauth dan Staab, 1993

          42.66 70,8b    

          1.221c tdc    

          197,5d 10,2d    

Penyamakan Kulit T/SS 2,75   30,8 7.644b 190b 16,2  

Pabrik Kapas T/SS 2,75 263 160,1 2.778b 119b 1,95  

Tekstil T/SS     250 6000b 625b   Krauth dan Staab, 1994

Kertas HF/SS 0,09 24 15 4000a 160a 24,2 Dufresne et al., 1998

          12.000b 2400b    

Lindi T/SS 9,5 240 30 8.000c 30 4 Ahn et al., 1999

Tekstil T/S/F 0,02 0,7 - 4   1380 -6033b 130-900b    

          31 - 60e 0,1-24e Oct-15 Brik, et al., 2006

a= BOD5 (mg/l ), b= COD (mg/I), c= amoniak (mg/l, d= phosphor (mg/l), e= warna, v = volatil, Tipe: HF= hollow

fiber, T= tubular, SS = side stream, S = submerged, F = fungi

BRM aerobik eksternal dengan membran tubular menghasilkan penyisihan warna yang bervariasi

antara 30% - 99,5% dan penyisihan COD antara 60% - 95%. Sedangkan penerapan BRM anaerobik

dengan membran hollow fiber, dilakukan oleh Hai et al., (2005) menghasilkan penyisihan warna yang

lebih balk antara 98% - 99% dan penyisihan COD hingga 97%.

Bioreaktor membran mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan metoda konvensional

proses lumpur aktif. Degradasi yang dihasilkan sistem BRM lebih sempurna dibandingkan dengan

degradasi pada proses lumpur aktif. Dengan BRM permasalahan dengan pertumbuhan filamentous

dan degassing dihilangkan, sehingga diperoleh kontrol reaktor yang op t ima l da lam paramete r

wak tu t i ngga l mikroorgansime.

Kelebihan BRM ditunjukkan dengan kemampuannya untuk menangani berbagai jenis dan

kualitas limbah yang masuk namun kualitas efluen tetap terjaga. Percobaan skala laboratorium

untuk pengolahan limbah tekstil melalui BRM aerobik dalam rangka daur ulang limbah tekstil dan

penggunaan kembali air untuk proses pencelupan telah dilakukan oleh Bauer et al, diperoleh

penghilangan COD 98%, BOD 100% dan penyisihan warna bervariasi antara 100%.

KENDALA TEKNIS DAN SOLUSI

Hambatan dari proses biodegradasi aerobik atau anaerobik adalah keterbatasan proses

sedimentasi untuk menjaga konsentrasi biomassa. Selain itu rendahnya kualitas efluen yang

dihasilkan pada pengolahan konvensional yang diakibatkan oleh rendahnya konsentrasi biomassa

pada proses lumpur aktif konvensional menyebabkan proses tidak dapat bekerja pada beban organik

yang tinggi. Adanya pembuangan lumpur (washout) menyebabkan diperlukannya unit pengolahan

lumpur serta kebutuhan lahan yang luas. Beberapa kelemahan dari penambahan instalasi membran ke

dalam proses lumpur aktif juga muncul, masalah .fouling dalam membran merupakan masalah yang paling

utama.

Pada bioreaktor membran (BRM) aerobik, misalnya kombinasi lumpur aktif konvensional dengan

membran yang menggantikan unit sedimentasi sekunder, dapat mengatasi kelemahan-

kelemahan tersebut. BRM dapat dioperasikan pada HRT yang lebih kecil dibandingkan dengan sistem

lumpur aktif konvensional sehingga lahan yang dibutuhkan Iebih sedikit serta dapat beroperasi pada

waktu retensi yang sanga t pan jang , d i mana parameter yang mengendalikan efisiensi

biodegradasi yaitu rasio PM (food to microorganism/jumlah makanan terhadap jumlah mikroba), dapat

ditekan serendah-rendahnya, sehingga efisiensi dapat dicapai setinggi-tingginya. Pengolahan secara

anaerobik rentan terhadap kondisi lingkungan tertentu seperti pH, logam berat, sifat toksik, dsb. Maka

perlu dilakukan pretreatment untuk penyesuaian pH, penyisihan logam berat, penghilangan toksik

sehingga limbah siap untuk diolah secara biologi.

Permasalahan lain adalah karakteristik air limbah yang fluktuatif akan mengakibatkan shock

loading pada saat pengolahan sehingga diperlukan homogenisasi limbah (ekualisasi). Selain itu

dapat dilakukan modifikasi sistem biologi, misalnya lumpur aktif dan kontak stabilisasi, akan lebih tahan

terhadap shock loading.

Konsentrasi mikroba di dalam bioreaktor merupakan faktor penting yang menentukan

kemampuan mikroba dalam mendegradasi limbah. Pada BRM, konsentrasi mikroba 10.000-30.000

mg/L umum dijumpai, demikian pula konsentrasi mikroba di atas 35.000 mg/L masih dapat diterapkan

pada BRM. Penelitian lain menunjukkan sama sekali tidak ada lumpur yang dibuang (zero-sludge

wastaged) ketika konsentrasi biomassa yang digunakan mencapai hingga di atas 50.000 mg/L.

Konsentrasi mikroba ini jauh melebihi konsentrasi mikroba pada lumpur aktif konvensional.

Hasil penelitian mengenai metoda penggabungan membran ke dalam bioreaktor

menunjukkan bahwa metoda ini dapat mengatasi permasalahan yang ditimbulkan limbah cair

industri terhadap lingkungan dengan adanya kinerja proses biodegradasi secara optimum dilihat dari nilai

efisiensi penyisihan yang relatif tinggi. Penggabungan membran ke dalam bioreaktor diharapkan

dapat mengatasi kelemahan-kelemahan yang urnum dijumpai pada aplikasi pengolahan

konvensional, seperti rendahnya kualitas efluen, rendahnya konsentrasi biomassa di dalam

biorealctor, kemungkinan tersapunya (wash-out) mikroba. Dengan dihasilkannya konsentrasi

kekeruhan dan padatan tersuspensi yang sangat rendah pada efluen, air hasil pengolahan ini dapat

digunakan kembali untuk proses pada industri tekstil sebagai salah satu industri pengguna air dalam

jumlah yang besar, sehingga dimungkinkannya daur ulang air ke dalam unit proses dengan

menggunakan kombinasi lumpur aktif dengan membran ultrafiltrasi dan reverse osmosis atau kombinasi

lumpur aktif dan nanofiltrasi sebagai pretreatment sehingga dapat diperoleh air sesuai dengan

persyaratan air proses.

Pencegahan dan pengendalian fouling memerlukan energi yang paling besar, diantaranya

melalui sirkulasi lumpur atau aerasi gelembung untuk menciptakan shear stress pada permukaan

membran. Lebih jauh, pengaturan Aran melalui membran (flux permeate) memerlukan permukaan

membran yang besar, karena biaya membran relatif mahal dan untuk mencegah membrane fouling

cukup besar, bahkan biaya investasi maupun biaya operasional jauh Iebih tinggi dibandingkan

dengan pengolahan air buangan secara konvensional. Meskipun adanya permasalahan-

permasalahan ini, BRM telah banyak diaplikasikan di industri, pengolahan air setempat dan sistem

pengolahan air buangan kota skala keci l . Selain i tu bioreaktor membran telah diaplikasikan

pada pengolahan air buangan untuk reuse, terutama untuk daerah di mana sumber daya air terbatas

atau industri-industri pengguna air yang besar. Dengan adanya penurunan harga membran, perbaikan

peralatan dan baku mutu efluen yang lebih ketat, menyebabkan aplikasi pengolahan air buangan

secara lengkap dapat digantikan dengan bioreaktor membran.

KEUNGGULAN SISTEM MBR

Clarifier sekunder dan filtrasi tersier dieliminasi, sehingga mengurangi unit pengolahan limbah.

Dalam kasus lain, unit proses lain juga dapat dikurangi, seperti digester atau disinfeksi UN

(tergantung peraturan yang berlaku).

Tidak seperti clarifiers sekunder, kualitas pemisahan padatan tidak tergantung pada

konsentrasi atau karakteristik dari campuran larutan padatan tersuspensi

No reliance upon achieving good sludge settleability, hence quite amenable to remote operation.

Can be designed with long sludge age, hence low sludge production.

Produces a MF/UF quality effluent suitable for reuse applications or as a high quality feed water

source for Reverse Osmosis treatment. Indicative output quality of MF/UF systems include SS <

1 mg/L, turbidity <0.2 NTU and up to 4 log removal of virus (depending on the membrane

nominal pore size). In addition, MF/UF provides a barrier to certain chlorine resistant pathogens

such as Cryptosporidium and Giardia.

The resultant small footprint can be a feature used to address issues of visual amenity, noise and

odour. Example MBR plants exist where the entire process is housed in a building designed to

blend in with its surrounding landuse. This can reduce the buffer distance required between the

plant and the nearest neighbour and can increase the surrounding land values

The effluent is of very high quality, very low in BOD (less than 5 mg/l), very low in turbidity and

suspended solids. The technology produces some of the most predictable water quality known. It

is fairly easy to operate as long as the operation has been properly trained, pays strict attention

to the proper operation, corrective maintenance, and preventative maintenance tasks.

The “simple filtering action” of the membranes creates a physical disinfection barrier, which

significantly reduces the disinfection requirements. 

The capitol cost is usually less than for comparable treatment trains.

The treatment process also allows for a smaller “footprint” as there are no secondary clarifiers

nor tertiary filters which would be required to achieve similar water quality results. It also

eliminates the need for a tertiary backwash surge tank, a backwash water storage tank, and for

the treatment of the backwash water.

Generally speaking it produces less waste activated sludge than a simple conventional system.

If re-use is a major water quality goal, the MBR process will be a major consideration. This

process produces a consistent, high water quality discharge. When followed by a disinfection

process, it allows for a wide range of water re-use applications including landscape irrigation,

non-root edible crops, highway median strip and golf course irrigation, and cooling water re-

charge. When Reverse Osmosis (RO) water quality is required, the MBR process is an excellent

candidate for preparing the water for RO treatment.

KELEMAHAN SISTEM MBR

The membrane modules will need to be replaced somewhere between five (5) and ten (10) years

with the current technology. While the costs have decreased over the past several years, these

modules can still be classified as expensive. (The membranes “dry out” due to the flexible

polymers leaching out, the closing/plugging of the pores, and the membranes becoming

somewhat hard or brittle.) These costs are often offset somewhat when life-cycle costs for

comparable technologies are examined. If the costs for the membrane replacement task continue

to decrease then over time, then this process is even more financially viable.

In most sales pitches the MBR technology is stated as an option of replacing the secondary

clarifier. Usually these clarifiers are operated with a single, very low horsepower motor, usually

less than 2 HP. The electrical cost for this simple motor is significantly less than the filtrate

pumps, chemical feed pumps, compressors, etc., of the MBR system. While this energy cost is

significantly higher, the MBR system produces a significantly higher quality effluent that most

clarifiers could never achieve.

Fouling is troublesome, and its prevention is costly. Several papers and research endeavors

have concluded that up to two-thirds of the chemical and energy costs in an MBR facility are

directly attributable to reducing membrane fouling. While this is costly to be sure, future

advances into this area will continue to reduce these costs.

There may be cleaning solutions that require special handling, treatment, and disposal activities

depending on the manufacturer. These cleaning solutions may be classified as hazardous waste

depending on local and state regulations.

PENUTUP

Alternatif teknologi pengolahan limbah akan tetap menjadi fokus penelitian selama kebutuhan

akan sumber daya lingkungan masih menjadi perhatian dan aspek finansial masih dijadikan limitasi oleh

industri. Fakta bahwa daya dukung lingkungan untuk menerima pencemaran limbah dan

menyediakan cadangan air bersih sudah sangat menurun mengisyaratkan pentingnya solusi

teknologi yang tepat.

Bioreaktor — membran (BRM) merupakan kombinasi proses biodegradasi tersuspensi

(aerobik maupun anaerobik) yaitu proses pengolahan air buangan yang ditandai oleh

pertumbuhan biomassa tersuspensi, dengan sistem membran mikro-filtrasi atau ultra filtrasi yang dapat

menahan partikel. Membran menggantikan peran kolam sedimentasi untuk memisahkan hampir

seluruh bakteri coliform, padatan tersuspensi dan cairan pada teknologi konvensional (lumpur aktif)

serta menghasilkan efluen dengan kualitas yang sangat balk sehingga tidak lagi diperlukan

postreatment.. Dengan membran, kinerja pemisahan menjadi lebih balk karena pemisahan tidak lagi

dibatasi oleh kondisi hidrodinamik lumpur seperti waktu tinggal lumpur (SRT, sludge retention time),

waktu tinggal cairan (HRT, hydraulic retention time) serta laju pembuangan lumpur.

Beberapa keuntungan dalam penggunaan teknologi bioreaktor — membran adalah tidak

perlu proses kimia, waktu retensi lebih singkat, mengatasi masalah warna dengan baik, kebutuhan

lahan sedikit karena tahap sedimentasi dihilangkan, kualitas efluen lebih tinggi akibat tertahannya

partikel oleh membran, ukuran instalasi lebih kecil, reuse air dan mengurangi jumlah limbah sludge.

Penggabungan membran pada pengolahan biologi l imbah cair dapat meningkatkan

efisiensi penyisihan, rata — rata penyisihan COD 85% hingga 98%. Penelitian — penelitian terkait

teknologi bioreaktor — membran menunjukkan bahwa kombinasi ini mampu mempertahankan

konsentrasi biomassa dalam bioreaktor, mengurangi produksi sisa himptu-, den menghasilkan kualitas

efluen yang baik.

Disamping itu teknologi biorektor — membran memiliki kelemahan yaitu dari penambahan

instalasi membran ke dalam proses lumpur aktif, fouling merupakan masalah yang paling

utama dalam membran. Permasalahan lain adalah karakteristik air limbah yang pada bioreaktor

membran (BRM) aerobik, misalnya kombinasi lumpur aktif konvensional dengan membran yang

menggantikan unit sedimentasi sekunder, dapat mengatasi kelemahan-kelemahan tersebut.

Pengolahan secara anaerobik rentan terhadap kondisi lingkungan tertentu seperti pH, logam berat,

sifat toksik, dsb. Maka perlu dilakukan pretreatment untuk penyesuaian pH, penyisihan fluktuatif

akan mengakibatkan shock loading pada saat pengolahan sehingga diperlukan homogenisasi limbah

(ekualisasi). Selain itu dapat dilakukan modifikasi sistem biologi, misalnya lumpur aktif dan kontak

stabilisasi, akan lebih tahan terhadap shock loading.

Selain itu permasalahan yang lain adalah pencegahan dan pengendalian fouling

memerlukan energi yang paling besar, diantaranya melalui sirkulasi lumpur atau aerasi gelembung

untuk menciptakan shear stress pada permukaan membran. Lebih jauh, pengaturan aliran melalui

membran (flux permeate) memerlukan permukaan membran yang besar. Karena biaya membran relatif

mahal dan input energi untuk mencegah membrane fouling cukup besar, baik biaya investasi maupun

biaya operasional jauh lebih tinggi dibandingkan dengan pengolahan air buangan secara konvensio

nal. Meskipun adanya permasalahanpermasalahan ini, BRM telah banyak diaplikasikan di industri,

pengolahan air buangan setempat dan sistem pengolahan air buangan kota skala kecil di berbagai

negara di Eropa. Selain itu bioreaktor membran telah diaplikasikan pada pengolahan air buangan

untuk reuse, terutama untuk daerah di mana sumber daya air terbatas atau industri-industri pengguna air

yang besar. Dengan adanya penurunan harga membran, perbaikan peralatan dan baku mutu efluen

yang lebih ketat, menyebabkan aplikasi pengolahan air buangan secara lengkap dapat digantikan

dengan bioreaktor membran.

Teknologi bioreaktor membran memberikan suatu alternatif teknologi di tengah pilihan teknologi

konvensional yang sarat kebutuhan bahan kimia, energi, dan ketersediaan lahan yang leas serta

tingginya produksi lumpur.

Beberapa keuntungan dalam penggunaan teknologi bioreaktor — membran adalah tidak

perlu proses kimia, waktu retensi lebih singkat, mengatasi masalah warna dengan baik, reuse air dan

mengurangi jumlah limbah sludge.

DAFTAR PUSTAKA

1 Timotius,H,K.Mangimbulude,Ch.Jubhar.Meitirniarti. 2002. Biodegradasi Pewarna Azo oleh Konsortium

Bakteri. Seminar Cakravvala Baru Pengembangan Teknologi Tepat Guna Pengolahan Limbah Cair.

5764

2 Manurung, R. Hasibuan, R. Irvan. 2004. Perombakan Zat Warna Azo Reaktif Secara Anaerob-

Aerob. Laporan Tugas Akhir Fakultas Teknik Jurusan Tek.Kimia Univ. Sumatera Utara.

3 Bumiridho. 2008. Bioreaktor Membran.

4 Stephenson, T., S. Judd, B. Jefferson, K. Brindle. 2000. Membrane Bioreactors for Wastewater

Treatment. IWA Publishing Company. UK

5 Susanti, I, K. 2006. Bioreaktor Membran Hollow Fiber Tertanam untuk Biodegradasi Limbah Cair

COD Tinggi. Laporan Riser Unggulan Terpadu XII Bidang Lingkungan Institut Teknologi Bandung.