PENGOLAHAN AIR LIMBAH SECARA BIOLOGI ANAEROB

PENGOLAHAN AIR LIMBAH SECARA BIOLOGI ANAEROB

Ketut SumadaJurusan Teknik Kimia

Universitas Pembangunan Nasional (UPN) “Veteran” Jawa Timuremail : ketutaditya@yaoo.com

Pengolahan air limbah secara biologi anaerob merupakan pengolahan air limbah dengan mikroorganisme tanpa injeksi udara/oksigen kedalam proses pengolahan. Pengolahan air limbah secara biologi anaerob bertujuan untuk merombak bahan organic dalam air limbah menjadi bahan yang lebih sederhana yang tidak berbahaya. Disamping itu pada proses pengolahan secara biologi anaerob akan dihasilkan gas-gas seperti gas CH4 dan CO2. Proses ini dapat diaplikasikan untuk air limbah organic dengan beban bahan organic (COD) yang tinggi  Pada proses pengolahan secara biologi anaerob terjadi empat (4) tahapan proses yang terlibat diantaranya :   

1. Proses hydrolysis : suatu proses yang memecah molekul organic komplek menjadi molekul organic yang sederhana 

2. Proses Acidogenisis : suatu proses yang merubah molekul organic sederhana menjadi asam lemak

3. Proses Acetogenisis : suatu proses yang merubah asam lemak menjadi asam asetat dan terbentuk gas-gas seperti gas H2, CO2, NH4 dan S

4. Proses Methanogenisis : suatu proses yang merubah asam asetat dan gas-gas yang dihasilkan pada proses acetogenisis menjadi gas methane CH4 dan CO2

Keempat proses tersebut terjadi secara berurutan, ke empat proses tersebut dapat digambarkan seperti berikut

                                          

Berdasarkan model pertumbuhan mikroorganisme, pengolahan air limbah secara biologi anaerob dibagi menjadi 2 (dua) model yaitu :

Pada proses pengolahan secara biologi anaerob terjadi empat (4) tahapan proses yang terlibat diantaranya :   

1. Proses hydrolysis : suatu proses yang memecah molekul organic komplek menjadi molekul organic yang sederhana 

2. Proses Acidogenisis : suatu proses yang merubah molekul organic sederhana menjadi asam lemak

3. Proses Acetogenisis : suatu proses yang merubah asam lemak menjadi asam asetat dan terbentuk gas-gas seperti gas H2, CO2, NH4 dan S

4. Proses Methanogenisis : suatu proses yang merubah asam asetat dan gas-gas yang dihasilkan pada proses acetogenisis menjadi gas methane CH4 dan CO2

1.    Model Pertumbuhan Mikroorganisme Tersuspensi

Model pertumbuhan mikroorganisme tersuspensi, yaitu suatu model pertumbuhan mikroorganisme yang tersuspensi (tercampur merata) didalam air limbah. Model pertumbuhan mikroorganisme tersuspensi pada pengolahan air limbah secara biologi anaerob seperti gambar berikut :

                                                  

                                                                      Tangki Digester

 

Pada tangki digester (anaerobic reactor) dilengkapi dengan pengaduk yang bertujuan untuk mensuspensikan mikroorganisme dalam digester. Pada bagian atas tangki terdapat lubang (man hole) agar manusia bisa masuk kedalam tangki digester untuk maintenance (pemeliharaan) dan juga lubang kecil untuk pengukuran tekanan didalam tangki digester. Operasional pengolahan air limbah secara biologi anaerob seperti terlihat dalam gambar berikut 

 

Operasional instalasi pengolahan air limbah secara biologi anaerob dengan model pertumbuhan mikroorganisme tersuspensi seperti berikut  

1. Pembiakan mikroorganisme dalam tangki digester, dan lakukan pengadukan agar mikroorganisme tersuspensi

2.  Alirkan air limbah kedalam tangki digester, besarnya aliran air limbah diatur sesuai dengan waktu tiinggal dalam tangki digester

3.    Pada proses pengolahan secara biologi anaerob akan dihasilkan gas-gas seperti CH4, CO2 dan NH3, gas-gas ini akan memberikan tekanan pada tangki yang dapat mengakibatkan pecahnya tangki digester akibat tekanan gas. Dalam rangka mengatasi tekanan gas-gas tersebut, maka dibutuhkan pengeluaran gas-gas tersebut secara kontinyu

4.  Air limbah yang telah diolah, dialirkan kedalam tangki clarifier yang bertujuan untuk memisahkan antara air limbah hasil pengolahan dengan mikroorganismenya, air limbah hasil pengolahan mengalir secara over flow dari bagian atas tangki clarifier sedangkan mikroorganisme yang mengendap pada tangki clarifier dipompa dan dialirkan kembali kedalam tangki digester.

  

Proses pengolahan dengan metode Anaerobic digestion dapat dioperasikan dengan multi-stage process yaitu dua (2) atau empat (4) tahapan tergantung pada hasil pengolahan yang akan dicapai dan besarnya bahan organic dalam air limbah.

2.    Model Pertumbuhan Mikroorganisme Melekat

Model pertumbuhan mikroorganisme melekat, yaitu suatu model pertumbuhan mikroorganisme yang melekat pada suatu media porous.  Model pertumbuhan mikroorganisme melekat pada pengolahan air limbah secara biologi anaerob seperti gambar berikut :

                                 

        

 

Operasional instalasi pengolahan air limbah secara biologi anaerob dengan model pertumbuhan mikroorganisme melekat seperti berikut :

1.  Pembiakan mikroorganisme dalam media trickling fliter, pembiakan mikroorganisme dilakukan dengan mengalirkan mikroorganisme kedalam trickiling filter melalui distributor, mikroorganisme akan mengalir dari bagian atas kebawah dan menempel pada media porous, setelah mencapai ketebalan tertentu dan merata pada media porous aliran mikroorganisme dihentikan.

2.  Alirkan air limbah kedalam trickling filter melalui distributor, pastikan aliran air limbah mengenai media porous secara merata agar terjadi kontak antara air limbah dengan mikroorganismenya.

3.  Air limbah yang telah berkontak dengan mikroorganisme akan keluar melalui bagian bawah trickling filter, aliran air akan mengandung mikroorganisme dalam jumlah yang kecil, mikroorganisme ini dipisahkan dalam tangki clarifier dan dialirkan kembali ke dalam trickling filter, sedangkan air limbah hasil pengolahan akan mengalir secara over flow dari bagian atas tangki clarifier.

4.    Pada proses pengolahan secara biologi anaerob akan dihasilkan gas-gas seperti CH4, CO2, NH3, gas-gas ini dikeluarkan dari bagian atas tangki trickling filter.

5.    Gas-gas yang dihasilkan pada pengolahan air limbah secara biologi anaerob seperti CH4 dan CO2 dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar.

Beberapa faktor yang perlu diperhatikan dalam operasional pengolahan air limbah secara biologi anaerob ini adalah :

1.    Laju alir air limbah masuk, laju alir air limbah yang masuk perlu dilakukan pengendalian agar waktu kontak antara air limbah dan mikroorganisme terpenuhi, laju alir air limbah yang terlalu besar dapat mengakibatkan lepasnya mikroorganisme yang telah melekat pada media porous

2. Bahan media porous, bahan media yang dipergunakan harus porous agar mikroorganisme dapat melekat dengan kuat dan tidak mudah lepas akibat aliran air limbah

3.    Penyusunan media porous, penyusunan media porous akan mempengaruhi waktu kontak antara air limbah dan mikroorganisme. Media porous disusun sedemikian rupa sehingga dapat memberikan waktu kontak yang agak lama.

Berbagai media porous yang telah dibuat untuk trickling filter seperti berikut : 

Media porous yang dibuat sangat diharapkan dapat memberikan waktu tinggal (waktu kontak) yang cukup lama, seperti gambar diatas dibuat bentuk yang berbelok-belok sehingga waktu kontaknya menjadi lebih lama

Perbedaan mendasar pengolahan air limbah secara biologi anaerob dengan aerob adalah : 

 

Pada pengolahan air limbah secara biologi anaerob, bahan organic (COD) dikonversi menghasil 90% menjadi gas CH4, dan CO2 dan 10% nya lumpur. Gas-gas yang dihasilkan dapat dimurnikan dengan proses absorbsi gas CO2, sehingga dihasilkan gas CH4 murni yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar.

Pada pengolahan air limbah secara biologi aerob, bahan organic (COD) dikonversi menghasil 50% panas (gas CO2)  dan 50% nya lumpur. Ini menunjukan pada pengolahan air limbah secara biologi anaerob akan menghasilkan lumpur jauh lebih kecil dibanding pengolahan secara biologi aerob 

Waktu pengolahan air limbah secara biologi anaerob lebih lama dibandingkan dengan pengolahan air limbah secara biologi aerob

Berdasarkan analisis proses pengolahan air limbah secara biologi, dapat diketahui bahwa pengolahan air limbah secara biologi ini memberikan dampak negatif terhadap kualitas udara, karena banyaknya gas-gas seperti CO2 dan CH4 yang dihasilkan terbuang keudara

Beberapa limbah padat organik yang tidak dilakukan pengolahan akan mengalami proses anaerob secara alami sehingga dihasilkan gas-gas seperti CH4 dan CO2 yang dapat mencemari udara dan ikut berperan serta dalam peningkatakan pemanasan global.  

Pengolahan Limbah Cair dengan Metode Anaerob

Pengolahan limbah cair secara anaerobic berbeda dengan pengolahan lumpur (sludge) secara anaerobic. Alasannya adalah bahwa bagian terbesar bahan organic dalam limbah cair dilarutkan dalam pengolahan limbah cair anaerobic. Ketika kandungan organic terlarut dalam limbah cair dihilangkan, berarti proses pengolahan haruslah merupakan sebuah proses yang sangat baik dan memiliki kontak yang cukup lama antara substansi terlarut dalam limbah dengan mikroorganisme yang beperan dalam proses tersebut. Hal ini berarti bahwa untuk pengolahan limbah cair anaerobic terdapat perbedaan antara waktu tinggal hidraulik (HRT) dengan umur lumpur (sludge age) yang biasanya sama pada pengolahan lumpur secara anaerobic.

Pengolahan limbah cair anaerobic pertama untuk limbah cair industry dibangun pada tahun 1929 untuk mengolah limbah produksi ragi di Slagelse, Denmark. Meskipun plant ini telah berusia 30 tahun, perkembangannya cukup lambat. Pengembangan proses ini kemudian muncul ketika diperkenalkannya pengolahan anaerobic dengan menggunakan UASB (Up flow anaerobic sludge blanket) pada tahun 1980.

Pengolahan anaerobic pada umumnya memiliki biaya operasi yang relative rendah dan perolehan gas yang cukup banyak. Prosesnya sangat baik diterapkan pada limbah cair terkonsentrasi di mana pengolahan aerobic untuk oksidasi senyawa organic akan menghabiskan banyak biaya terutama untuk listrik.

Proses ini akan lebih baik lagi jika kondisi pengolahan bertemperatur cukup hangat karena akan mereduksi volum reactor. Metode yang lainnya yang digunakan untuk mengurangi volum reactor adalah dengan mempertahankan tingginya konsentrasi lumpur di dalam reactor. Perkembangan proses anaerobic yang semakin pesat menyebabkan munculnya berbagai modifikasi proses seperti adanya uasb dan filter terfluidisasi yang kini telah menjadi cabang bioteknologi dan teknologi kimia.

Pengolahan anaerobic memeiliki keuntungan lain yaitu mampu menurunkan kandungan organic dengan jumlah yang sangat banyak dan hamper tanpa ada nutrisi yang ditambahkan. Metode ini cocok dijadikan sebagai proses pendahuluan atau pretreatment yang diikuti dengan metode lain untuk menghasilkan unjuk kerja yang optimal. Namun perlu dicatat bahwa dalam proses pengolahan anaerobic, produksi metana adalah satu-satunya proses yang berkontribusi pada pengurangan COD dalam limbah. Pengurangan padatan tersuspensi misalnya dengan pengendapan, hanya sejumlah kecil dari COD yang bisa dihilangkan setelah proses anaerobic.