TEKNOLOGI PENGOLAHAN AIR BUANGAN SECARA BIOLOGI AEROBIK

1. UmumPengolahan air buangan secara biologi terutama dimaksudkan untuk menyisihkan zat-zat organik yang terlarut dan yang koloid tetapi zat organik yang tersuspensi juga dapat tersisihkan dalam proses ini (Tchobanoglous dan Burton, 1991; Droste, 1997). Bahan organik tersebut dikonversi menjadi massa mikroorganisme (biomassa) dan biomassa ini, karena sifatnya, mengalami bioflokulasi yang dapat dipisahkan dengan pengendapan (Liao et al., 2001). Tujuan pengolahan air limbah secara biologi adalah mengubah molekul organik yang kompleks menjadi produk yang lebih sederhana dan biomasa dengan menggunakan mikroorganisme. Keberhasilan pengolahan limbah secara biologi tergantung dari aktifitas mikro organisme di dalamnya. Karena itu diperlukan perlakuan khusus yang mampu menjaga keseimbangan pertumbuhan mikroorganisme dengan mengontrol parameter-parameter yang dibutuhkan dalam pengolahan biologi.Mikro organisme yang terdapat pada sistem pengolahan Biologi Mikroorganisme yang terdapat pada unit pengolahan biologi limbah cair antara lain:a. BakteriBakteri banyak terdapat pada unit pengolahan biologi dengan biofilter dan pada lumpur aktif, bakteri berfungsi untuk mendegradasi zat organik. Dalam pengolahan secara biologi, bakteri inilah yang paling banyak berperan dalam mendegradasi senyawa organik baik proses aerobik atau anaerobik.b. JamurWalaupun pada unit pengolahan biologi didominasi oleh bakteri tidak menutup kemungkinan hadirnya jamur dalam pengolahan tersebut. Jamur lebih banyak terdapat pada biofilter dari pada lumpur aktif. Jamur muncul pada kondisi pH rendah.c. AlgaAlga biasanya terdapat pada permukaan biofilter dengan syarat terdapat makanan yang cukup.d. ProtozoaProtozoa lebih banyak terdapat pada biofilter. Pada unit pengolahan dengan lumpur aktif kehadiran protozoa sangat dipengaruhi oleh karakteristik air limbah yang akan diolah.Lebih lanjut bakteri yang terdapat pada unit pengolahan biologi antara lain: a. Bakteri NitrifikasiMelakukan proses nitrifikasi, yaitu mengoksidasi amoniak menjadi nitrat. Proses ini terjadi melalui 2 (dua) tahap, yaitu (Tchobanoglous et al.,2003): Nitrosomonas:

Nitrobacter

b. Bakteri DenitrifikasiBakteri ini berlawanan dengan bakteri nitrifier. Bakteri ini mereduksi nitrat menjadi gas nitrogen: Contoh, Pseudomonas auregenusa c. Bakteri pereduksi sulfatBakteri ini memperkecil SO4- menjadi SO2. Contoh, Desulvofibrio. d. Thiobacillus Thiooxidan (bakteri pengoksidasi sulfur) Bakteri ini mengoksidasi sulfur dan sulfida menjadi ion sulfat. e. Bakteri penghidrolisa lipidBakteri ini menghidrolisa molekul lipid menjadi gliserol dan asam lemak. Contoh, Bacillus cereus.f. Bakteri penghidrolisa ureaBakteri ini menghidrolisa urea menjadi NH3OH. Contoh, Proteus vulgaris.g. Bakteri yang mengkonsumsi hidrokarbonBakteri ini memotong rantai hidrokarbon menjadi asam organik, alkohol, dan aseton. Contoh, Pseudomonas.h. Bakteri fermentasiBakteri ini dapat menghidrolisa polisakarida menjadi monosakarida atau disakarida, asam organik dan alkohol. Cuntoh, Bacillus subcilis.Sumber Karbon dan Energi untuk Pertumbuhan BakteriUntuk melakukan reproduksi dan fungsi-fungsi lainnya mikroorganisme harus mempunyai sumber energi, karbon untuk sintesis sel baru, zat-zat anorganik sebagai nutrisi seperti nitrogen, pospor, sulfur, potasium, kalsium, dan magnesium. Nutrisi organik (faktor pertumbuhan) juga dibutuhkan untuk sintesis sel baru (Tchobanoglous, et al, 2003).a. Sumber KarbonMikroorganisme memperoleh sumber karbon dari atom organik maupun dari karbon dioksida. Mikroorganisme yang menggunakan karbon organik untuk membentuk sel baru disebut heterotrophs, sedangkan yang memperoleh karbon dari karbon dioksida disebut bakteri autotrophsb. Sumber energiEnergi dibutuhkan untuk sintesis sel, energi yang dibutuhkan oleh mikroorganisme dapat diperoleh dari sinar matahri maupun dari reaksi oksidasi kimia. Bakteri dapat mengoksidasi zat organik maupun anorganik sehingga menghasilkan energi. Organisme yang memperoleh sumber energi dari sinar matahari disebut phototroph. Organisme phototrophic dapat berupa hetrotroph (bakteri pereduksi sulfur) maupun autotrop (alga dan bakteri fotosintesis). Sedangkan bakteri yang mendapatkan sumber energi dari reaksi oksidasi kimia disebut bakteri Chemotrophs. Sama seperti phototrophs, mikroorganisme ini dapat dapat berupa mikroorganisme heterotrophic (protozoa, fungi dan berbagai bakteri) atau mikroorganisme autotrophic (bakteri nitrifikasi). Mikroorganisme Chemoautotroph memperoleh sumber energi dari reaksi oksidasi maupun reduksi materi anorganik seperti amoniak, nitrit, besi, dan sulfida. Chemoautotroph biasanya memperolah sumber energi dari oksidasi zat organik.c. Nutrisi dan faktor-faktor yang dibutuhkan untuk pertumbuhanNutrisi yang dibutuhkan oleh mikroorganisme pada prinsipnya terdiri dari: N, S, P, K, Mg, Ca, Fe, Na, dan Cl. Ada beberapa nutrisi yang dibutuhkan oleh mikroorganisme untuk pertumbuhannya dalam jumlah kecil antara lain: Zn, Mn, Mo, Se, Co, Cu, dan Ni (Madigan, et al., 2000 dalam Eckenfelder, 2000). Meskipun setiap bakteri mempunyai faktor pertumbuhan yang berbeda-beda pada umumnya faktor tersebut terdiri dari asam amino, nitrogen (purin dan pirimidin), dan vitamin.Nitrogen dibutuhkan dalam jumlah tertentu untuk mendapatkan penyisihan BOD yang lebih efektif dan untuk sintesis mikrobiologi. Helmets (1951 ) menyebutkan jumlah nitrogen yang dibutuhkan adalah 4.3 Ib N/100 Ib BOD dan kebutuhan pospor adalah 0.6 Ih P/ 100 Ib BOD.Fase Pertumbuhan bakteria) Fase LagPada saat penambahan biomasa, fase lag menunjukkan waktu yang dibutuhkan oleh bakteri untuk menyesuaikan diri dengan lingkungan yang baru. Selama fase lag bakteri menyesuaikan diri terhadap perubahan salinitas, pH, temperatur dan lain-lain.b) Fase EksponensialSelama fase eksponensial bakteri berkembang biak dengan cepat karena masih terdapat substrat dan nutrisi yang cukup. Laju pertumbuhan lebih besar dari laju kematian.c) Fase StasionerPada ini konsentrasi biomasa relatif konstan, pertumbuhan bakteri tidak sebanyak pada fase eksponensial dan sebagian mulai mati. d) Fase kematian bakteriPada fase ini konsentrasi substrat sudah mulai habis sehingga tidak ada lagi pertumbuhan biomasa, bahkan banyak bakteri yang mati sehingga konsentrasi biomasa semakin menurun. Laju kematian lebih besar dari laju pertumbuhan.Kinetika Pertumbuhan BakteriTchobanoglous dan Burton (1991), menjelaskan kondisi lingkungan yang harus dijaga pada pertumbuhan bakteri antara lain. pH, temperatur, nutrisi makro maupun mikro, dan ketersediaan oksigen. Pertumbuhan bakteri pada reaktor Batch maupun continue dapat didefinisikan dengan persamaan dibawah ini: rg = .xDimana: rg : Laju pertumbuhan bakteri (masa/volume.waktu-1) : Pertumbuhan spesifik, (waktu-1) x : Konsentrasi mikroorganisme ( masa/volume)Pada reaktor continue, pertumbuhan bakteri dibatasi oleh ketersediaan substrat dan nutrisi, sehingga pertumbuhan bakteri dinyatakan sebagai berikut: dimana: m : Laju pertumbuhan spesifik maksimum, (waktu-1)S : Konsentrasi Substrat, (masa/volume)KS : Konstanta Setengah Velocity, konsentrasi substrat pada satu setengah laju pertumbuhan maksimurn (masa/volume)Substrat yang terdapat dalarn air limbah sebagian dioksidasi dan sebagian lagi diubah menjadi sel baru. Oksidasi zat organik ini akan menghasilkan produk yang berupa organik maupun anorganik.rg = -Yrsu )Dirnana rsu : Laju penggunaan substrat, (masa/volume.waktu)Y : Koefisien Yield maksimum (masa/masa)Y didefinisikan sebagai rasio masa bakteri yang terbentuk dengan masa substrat yang dikonsumsi pada periode logaritmik. Dimana X : Konsentrasi biomasa (masa/volume)Jika k = m/Y didefinisikan sebagai laju pemanfaatan substrat setiap satuan masa mikroorganisme maka:Dalam sistem pengolahan biologi, distribusi umur bakteri tidak merata. Tidak semua bakteri pada fase log. Dengan demikian ungkapan untuk angka pertumbuhan harus dikoreksi dengan memperhitungkan faktor lain yang mempengaruhi seperti kematian bakteri dan kompetisi (saling memangsa) antar bakteri. Biasanya faktor ini dijumpai bersamaan hal ini didefnisikan sebagaiendogegenous decay, selanjutnya dapat dirumuskan sebagai berikut:r = -k X Dimana r : endogegenous decayk: Koetsicn endogegenous decay (waktu-1)Dengan demikian rata-rata pertumbuhan bakteri adalah:rg = -Yrsu kdX2. Degradasi Zat Organik Secara BiologiMekanisme penyisihan zat organik dalam air limbah secara biologi sangat dipengaruhi oleh karakteristik air limbah yang akan diolah. Secara umum Eckenfelder (2000) menjelaskan bahwa objek pengolahan air limbah secara biologi adalah mengkoagulasi zat organik dalam air limbah baik yang tersuspensi, terkoloid, maupun terlarut. Mekanisme penyisihan zat organik dalam air limbah adalah sebagai berikut:a) Penyisihan zat organik tersuspensi dalam air limbah adalah dengan pelekatan zat organik tersebut pada flok biologi. Proses ini dipengaruhi oleh gradien kecepatan yang dilakukan untuk mencampur air limbah dengan flok biologi.b) Penyisihan zat organik terkoloid dilakukan dengan adsorbsi kimia - fisika pada flok biologi.c) Zat organik yang terlarut disisihkan oleh mikroorganisme dengan biosorpsi.Pada proses biodegradasi zat organik oleh mikroorganisme pada proses aerobik, terdapat dua fenomena dasar yaitu oksigen dimanfaatkan oleh mikroorganisme untuk sintesis sel baru dan untuk mendapatkan energi. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

Dimana:a : fraksi zat organik yang dioksidasii untuk menghasilkan energia : fraksi zat organik yang dioksidasi untuk sintesis sel barub : fraksi degradasi biomasa perharib : kebutuhan oksigen untuk oksidasiSMP : zat yang tidak dapat didegradasi secara biologi dan terlarut dalam air (nonbiodegradable soluble residue, SMP)

Gambar 2 Mekanisme bio degradasi zat Organik3. Macam-Macam Pengolahan Biologi Aerobik Sistem pengolahan air limbah dengan cara biologi dapat digolongkan ke dalam cara aerobik dan anaerobik dan keduanya dapat dengan sistem pertumbuhan tersuspensi (sespended growth) atau pertumbuhan terlekat (attached growth) atau kombinasi ke duanya.4. Sistem Lumpur AktifProses lumpur aktif termasuk dalam proses pengolahan aerobik dengan pertumbuhan tersuspensi. Dalam sistem lumpur aktif terjadi proses penyisihan zat organik dan nutrisi menggunakan mikroorganisme. Sejak sistem lumpur aktif diciptakan pertama kali oleh Arden dan Lockett (1914), berbagai modifikasi Sistem lumpur aktif telah dikembangkan. Namun pada dasarnya mempunyai dua konsep dasar yaitu biochemical stage pada tangki aerasi dan physical stage pada tangki pengendap. Pada biochemical stage terjadi proses oksidasi zat organik terlarut maupun partikel organik dalam air limbah oleh flokulan mikroorganisme yang disebut dengan MLSS. Sedangkan pada physical stage terjadi proses pengendapan flok yang terbentuk dari tangki aerasi dan resirkulasi lumpur dari tangki pengendap ke tangki aerasi. Resirkulasi lumpur bertujuan untuk menjaga kesetimbangan konsentrasi biomasa dalam tangki aerasi.

Gambar 3 Sistem Lumpur AktifProses yang berlangsung di lumpur aktif berada dalam kondisi aerob. Kebutuhan oksigen dipenuhi dengan penggunaan aerator baik secara mechanical maupun secara diffused. Setelah beberapa waktu tertentu limbah yang sudah mengalami pengolahan secara biologic dialirkan ke bak sedimentasi. Sebagian lumpur terendap yang masih mengandung mikroorganisme diresirkulasi ke reaktor untuk menjaga konsentrasi bakteri dalam reaktor. Sedangkan sebagian yang lain merupakan lumpur yang harus dibuang. (Tchobanoglous, 1991)Bakteri yang berada pada proses lumpur aktif pada umumnya berupa Pseudomonas, Zooglea, Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia, Bdellovobrio, Mycobacterium, serta dua bakteri nitritikasi yaitu Nitrosomonas dan Nitrobactcr. Begitu pula terdapat organisme filamentous seperti Sphaertilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix, Geotrichum (Tebobanocglous, 1991)Ada dua hal yang biasanya dijadikan parameter dalam menentukan kriteria beban yaitu perbandingan makanan dan mikroorganisme (F/M) dan umur lumpur (the mean cell-residence lime, c). (Tchobanogluus, 1991)F/M ratio (Perbandingan makanan dan mikroorganisme)Perbandingan makanan dan mikroorganisme didefinisikan sebagai :Dimana :F/M = perbandingan makanan dan mikmoorganisme, hari-lSo = konsentrasi BOD atau COD influent mg/L = hydraulic detention time pada reaktor = V/Q, hariV = volume reaktor. M3Q = debit air limbah, M3/hariX = konsentrasi volatile suspended solids di reaktor, mg/LHubungan antara perbandingan makanan dan mikroorganisme dengan spesificutilization rate (U) adalah: Keterangan E = effisiensi prosesKarena effisiensi adalah [(So-S}/So]100 maka didapat

S adalah konsentrasi efluen BOD dan COD mg/LMean Cell Residence Time (c)Sedangkan mean cell-residence time dapat didefinisikan pada persamaan berikut ini (Tchobanoglous. 1991 ):

keterangan:c = mean cell residence time, hariVr = volume reaktor, m3X = konsentrasi volatile suspended solids di reaktor, mg/LQw = debit lumpur yang dibuang. m3/hariXw = konsentrasi volalile suspended solids di lumpur yang dibuang, mg/LQc = debit effluen, m3/hariXe = konsentrasi volatile suspended solids pada eflluen, mg/LBerdasarkan parameter diatas, tingkat spesific utilzation (U) dapat digunakan untuk menghitung tingkat substrat yang dapat dimanfaatkan oleh mikroorganisme dan c dapat digunakan untuk menghitung rata-rata residence time dari organisme yang ada di sistem.Hubungan antara mean cell-residence time dengan tingkat F/M dan spesifik utilized U adalah dimana Y = koefisien hasil sel, 1b sel yang dihasilkan per Ib materi organik yang disisihkan. kd = koeffisien endogenous decay, time-1 E = effisiensi proses. %Produksi Lumpur Jumlah lumpur yang dihasilkan dan yang harus dibuang tiap hari perlu dipertimbangkan karena akan mempengaruhi desain fasilitas penanganan lumpur. Jumlah lumpur yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan berikut (Tchobanoglous. 1991): Px = YobsQ (So - S)keterangan: Px = produksi lumpur yang dibuang tiap hari, Kg/hari Yobs = observed yield, (Y/(1 + Kd.c)Kebutuhan OksigenKebutuhan oksigen teoritis untuk mereduksi materi organik dalam limbah cair pada sistem lumpur aktif adalah (Tchobanoglous, 1991):

keterangan:f = faktor konversi untuk konversi BOD5 ke BODLPx = produksi lumpur yang dibuang tiap hari, Kg/hariJika proses nitrifikasi dipertimbangkan maka kebutuhan oksigen adalah:keterangan :No = influen TKN, mg/L N = effluen TKN, mg/LKebutuhan NutrienNutrien merupakan unsur penting yang dibutuhkan bagi mikroorganisme dalam pengolahan limbah secara biologis. Untuk mencapai hasil yang optimal, kebutuhan akan nutrien tersebut harus cukup. Nutrien inorganik yang diperlukan mikroorganisme adalah N, S, P, K, Mg, Ca, Fe, Na, Cl. Sedangkan yang termasuk nutrien minor adalah Zn, Mn. Mo, Se, Co, Cu, Ni. Nitrogen dan Phosphor merupakan nutrien utama. Berdasarkan komposisi rata - rata suatu cell tissue C5H7NO2, Nitrogen yang diperlukan sebesar 12,4 % berat. Sedangkan Phosphor yang diperlukan adalah sekitar seperlima dan keperluan Nitrogen. Namun nilai tersebut bukan jumlah yang tetap, karena prosentase distribusi N dan P dalam suatu cell tissue bervariasi tergantung pada usia sel dan kondisi lingkungan (Tchobanoglous, 1991).4.1. Modifikasi Lumpur Aktif Proses lumpur aktif telah dimodifikasi menjadi beberapa macam, dimana masing-masing dibedakan berdasarkan sistem pengadukan, pola aliran dan cara pencampuran mikroorganisme kedalam air limbah. Meskipun demikian, proses ini mempunyai prinsip kerja yang sama. Beberapa modifikasi proses lumpur aktif adalah sebagai benikut (Tchohanoglous dan Burton. 1991):a. Lumpur Aktif konvensional (Conventional activated sludge)Proses ini mampu menyisihkan BOD antara 85 95 % dengan sistem aerasi melaui difusi udara dan aerator mekanik. Dalam proses ini lumpur aktif dan endapan limbah dimasukkan lagi kedalam proses malalui saluran pada ujung tangki, dan diaduk dengan difusi udara yang seragam di sepanjang tangki. Padatan lumpur aktif dipisahkan dalam bak pengendapan kedua. Proses ini sangat rentan terhadap penambahan beban pencemar tinggi yang tiba-tiba (shock Loading) dan umumnya diterapkan untuk limbah domestik.b. Complete-mix activated sludgeProses ini mempunyat efisiensi penurunan BOD antara 85 - 95 % dengan sistem aerasi melalui difusi udara dan aerator mekanik, dan merupakan reaktor tangki berpengaduk dengan aliran tetap. Dalam proses ini, lumpur aktif dan endapan limbah dikembalikan kedalam tangki melalui beberapa titik. Beban organik dan kebutuhan oksigen adalah seragam di sepanjang tangki. Sistem ini dapat diterapkan secara umum dan prosesnya tahan terhadap shock loading, tetapi rentan terhadap pertumbuhan filamen.c. Aerasi bertahap (Step-feed aeration)Proses ini mempunyai sistem aliran dengan melalui rangkaian saluran yang panjang (plug-flow), efisiensi penurunan BOD 85 - 95% dan diaerasi dengan sistem difusi udara. Proses ini merupakan modifikasi dari proses konvensional, dimana endapan limbah dikembalikan kedalam tangki melalui beberapa titik dalam tangki aerasi. Hal ini bertujuan untuk menyamakan perbandingan F/M dan mengurangi kebutuhan oksigen puncak Proses ini diterapkan secara luas untuk bermacam jenis air limbah.d. Kontak stabilisasi (Contact stabilization)Dalam proses ini, dibutuhkan dua buah tangki atau kompartemen terpisah untuk pengolahan air limbah dan menstabilkan lumpur aktif. Lumpur aktif yang telah distabilkan kemudian dicampurkan dengan air limbah dalam tangki kontak. Campuran air limbah dengan mikroba (mixed liquor) diendapkan dalam bak pengendapan sekunder. Selanjutnya lumpur endapan tersebut diaerasi kembali (reaeration) dalam tangki secara terpisah untuk menstabilkan bahan-bahan organik. Proses ini mempunyai efisiensi penyisihan BOD antara 80-90 %, dengan sistem aliran plug-flow dan sistem aerasi melalui difusi udara dan aerator mekanike. Aerasi diperpanjang (Extended aeration)Proses ini hampir serupa dengan proses konvensional. Perbedaanya bahwa proses ini beroperasi pada fase respirasi endogen dalam kurva pertumbuhan, dimana dibutuhkan beban organik yang rendah dan waktu tinggal yang lebih lama. Aliran limbah dalam proses secara plug flow dengan efisiensi penurunan BOD 75 95 %, dan sistem aerasi melalui difusi udara dan aerator mekanik. Proses ini dipakai untuk komunitas yang kecil dan instalasi pengolahan limbah paket.f. Saluran oksidasi (Oxidation dicth)Selokan oksidasi terdiri dari saluran berbentuk cincin atau oval, dilengkapi dengan peralatan aerasi mekanik. Air Iimbah diaerasi dan bersirkulasi dengan kecepatan 0,35 sampai 0,35 m/s. Proses ini umumnya beroperasi dalam sistem aerasi diperluas dengan waktu tinggal yang lama. Proses mempunyai efisiensi penurunan BOD sekitar 75 95 %, dengan tipe aliran (plug flow) dan sistem aerasi menggunakan aerator mekanik model horisontal.g. SBR (Scquencinc Batch Reactor)Sequencing Batch Reactor (SBR) merupakan variasi dari proses lumpur aktif dengan sistem operasi fill and draw. Berbeda dengan sistem pengolahan aliran kontinyu, dalam SBR reaksi metabolisme dan pemisahan biomassa dilakukan dalam satu tangki. Dalam SBR volume cairan bervariasi tergantung pada rasio perubahan volume (volumetric exchange ratio), sedangkan dalam aliran kontinyu volume cairan tetap (Morgenroth dan Wilderer, 1999). Proses lumpur aktif pertama yang dibangun didasarkan pada konsep SBR, namun hal ini tidak berkembang karena kendala operasional. Kendala utama adalah belum berkembangnya teknologi kontrol proses dan terjadinya penyumbatan (clogging) pada diffuser aerasi. Tetapi saat ini SBR kembali populer karena disamping perkembangan teknologi kontrol proses juga karena SBR sangat fleksibel penerapannya.Sequencing batch reactor mempunyai lima tahapan atau fase proses yang dilakukan secara berurutan dan setelah sampai pada tahap akhir, proses dimulai lagi dari tahap awal sehingga merupakan suatu siklus.Adapun tahapan dalam proses SBR adalah (Droste, 1997):1. Pengisian (fill) Pada fase ini air buangan dimasukkan ke dalam reaktor sampai mencapai volume tertentu. Penentuan volume olahan ini didasarkan atas beberapa hal, yaitu: reaktor sudah penuh, waktu fase pengisian sudah habis atau bila menggunakan beberapa reaktor sudah ada reaktor yang siap diisi. Beberapa strategi pengisian dapat diterapkan sesuai dengan tujuan pengolahan, yaitu (Bernardes, 1996): static fill (tidak ada pengadukan atau aerasi), mixed fill (pengadukan tanpa aerasi) dan aerated fill (ada aerasi).2. Reaksi (react). Pada fase ini aliran air buangan dihentikan. Reaksi degradasi zat organik yang telah dimulai pada fase pengisian akan disempurnakan selama fase ini. Berdasarkan konsentrasi oksigen terlarutnya fase reaksi dibedakan atas mixed react, yaitu reaksi pada konsentrasi oksigen rendah atau kondisi anaerob dan aerated react, yaitu reaksi pada konsentrasi oksigen tinggi.3. Pengendapan (settle) Pada fase pengendapan aerasi dihentikan untuk memberikan kesempatan pada biomassa mengendap. Pengendapan dapat berlangsung lebih sempurna karena kondisinya diam.4. Pengurasan (draw) Supernatan hasil pengendapan dialirkan keluar menuju pengolahan selanjutnya atau dibuang. Selama pengurasan diharapkan tidak ada biomassa yang keluar.5. Tidak beroperasi (idle). Fase ini merupakan fase penantian sebelum reaktor diisi kembali. Hal ini dilakukan karena belum ada air buangan yang akan diolah. Pada awalnya fase idle merupakan fase pilihan, yaitu bisa ada tetapi juga bisa tidak. Namun yang perlu diperhatikan bahwa fase idle dapat digunakan untuk stabilisasi biomassa untuk mengembalikan kapasitas akumulasi mikroorganisme (Drtil et al., 1993)Keunggulan SBR adalah sangat fleksibel dalam pengoperasiannya yang tergantung pada tujuan pengolahan. Karena itu SBR mampu mengolah berbagai jenis air buangan (Furumai et al., 1999; Ling dan Lo, 1999). Dalam hal ini perlu diperhatikan apakah SBR untuk menyisihkan karbon atau nitrogen atau fosfor atau mungkin ketiganya, di sinilah diperlukan strategi operasional SBR.

Waktu siklus SBR adalah jumlah dari semua fase, yaitu (Droste, 1997):Tc = tf + tr + ts + td + tiDimana: tf = Waktu siklustr = Waktu pengisiants= Waktu reaksitd= Waktu pengendapanti= waktu idle Waktu tinggal hidrolis ditentukan berdasarkan rasio perubahan volume (Volumtric exchange ratio) dan waktu siklus (Morgenroth dan Wilderer, 1999)

diman H = waktu tinggal hidrolisfexr = rasio perubahan volume (volume/volume)dan dimana: V = volumeyang ditambahkan selama fase pengisian V0 = volume yang ada sebelum pengisian Vt = volume total Waktu tinggal lumpur dalam SBR diatur dengan pembuangan limpur yang dapat dilakukan selama fase reaksi, fase pengendapan atau fase pengurasan. Dan perhitungan didasarkan pada jumlah rata-rata biomassa dalam SRT, yaitu (Droste, 1997): dimana: c = Waktu tinggal sel (waktu) = konsentrasi rata-rata biomassa dalam reaktor (massa/volume) yang dihitung dengan mengambil rata-rata jumlah biomassa yang ada pada awal fase pengisian dibagi volume total reaktor dan konsentrasi biomassa yang ada dikhir fase reaksi.(QW)w = jumlah lumpur yang dibuang dari reaktor setiap hari (massa/waktu).Waktu tinggal lumpur efektif didasarkan pada asumsi bahwa selama fase pengendapan dan pengurasan mikroorganisme tidak aktif. Maka waktu tinggal sel efektif akan kurang dari c, yaitu (Morgenroth dan Wildcrcr, 1999) : dimana c.ef adalah waktu tinggal sel efektif.

Trickling Filter (TF)Trickling filter terdiri dari media tembus air membentuk bed yang terbuat dari batuan pecah atau material lainnya seperti pasir, kerikil, granit, keramik dan plastik dimana air dapat terdistribusi dan tersaring. Media plastik umum digunakan karena memberikan loading rates yang tinggi dan tidak membutuhkan lahan luas. Diameter beds dengan media batuan bisa mencapai 200 ft dengan kedalaman 3-8 ft dengan ukuran batuan 1-4 in. Sedangkan dengan media plastik lebih kecil (14-40 ft) berbentuk tower. TF juga dilengkapi dengan sistem underdrain terbuka sebagai pengumpul filtrat padat dan sebagai sumber udara bagi mikroorganisme di dalam filter.Materi organik di dalam air limbah diadsorbsi oleh mikroorganisme (bakteri aerob, anaerob, dan fakultatif; jamur; alga; dan protozoa) yang terlekat pada media sebagai film bilogis atau lapisan lumpur (slime layer), tebal kira-kira 0.1-0.2 mm. Jika lapisan menebal (karena pertumbuhan mikroorganisme) oksigen tidak dapat menembus permukaan media, dan mikroorganisme anaerob berkembang. Jika film biologis terus tumbuh, mikroorganisme yang berada pada lapisan luar akan kehilangan kemampuan untuk melekat pada media, dan sebagian lapisan lumpur akan jatuh. Ini dinamakan sloughing dimana padatan yang terbentuk akan dibawa oleh sistem underdrain. Dua tipe TF : 1. Single stage: oksidasi karbon dan nitrifikasi di dalam satu unit TF.2. Two (separate) stage: reduksi BOD karbon (CBOD) terjadi pada pengolahan tahap pertama, dan nitrifikasi pada tahap kedua.Kelebihan TF : simple, proses cocok untuk area pengolahan dimana tidak tersedia ruang besar, efektif dalam mengolah konsentrasi organik tergantung dari media yang digunakan, cocok untuk komunitas kecil-sedang dan sistem onsite, tingkat kepercayaan kinerja tinggi, mempunyai kemampuan dalam penanganan dan pemulihan dari shock load, daya tahan elemen proses tinggi, relatif hemat energi, tidak membutuhkan tenaga ahli. Kekurangan TF: pengolahan tambahan mungkin dibutuhkan untuk mendapatkan efluen standar yang baik, timbulan lumpur harus diolah dan dibuang, perlu pemeriksan teratur, relatif tinggi masalah clogging, kurang fleksibel jika dibandingkan dengan activated sludge, dapat menimbulkan masalah vektor dan bau busuk.Dibawah ini beberapa masalah yang sering terjadi pada TF beserta penyebab dan cara mengatasinya:Bau yang tidak enak dari filter- Beban organik berlebih menyebabkan dekomposisi anaerob pada filter mengurangi beban; menaikkan penyisihan BOD pada unit pengendap pertama; mempertinggi kondisi aerob dengan menambahkan oksidan kimia; preaerasi, menambah udara pada grit chamber aerasi; membuang off-gas; gunakan media plastik.- Ventilasi kurang meningkatkan beban hidrolik untuk mencuci pertumbuhan biologis yang berlebih; menghilangkan puing runtuhan dari saluran efluen, underdrain, dan bagian atas media filter; jangan menyumbat pipa ventilasi; kurangi beban hidrolik bila underdrain banjir; cek filter flugging.Ponding pada media filter- Pertumbuhan biologis berlebih kurangi beban organik; tingkatkan beban hidrolik untuk memperbesar sloughing; gunakan aliran air tekanan tinggi untuk membilas permukaan filter; menjaga sisa klor 1- 2 mg/L pada filter untuk beberapa jam.Filter flies (Psychoda)- Kadar air pada media filter tidak cukup tingkatkan beban hidrolik; gunakan bukaan orifice di akhir putaran jari-jari distributor untuk menyiram dinding filter; luapkan filter untuk beberapa jam tiap minggu saat musim lalat; menjaga sisa klor 1- 2 mg/L pada filter untuk beberapa jam.Icing- Temperatur air limbah rendah kurangi resirkulasi; gunakan aliran tekanan tinggi untuk menghilangkan ice dari orifice, nozzle, dan jari-jari distributor; kurangi jumlah filters selama efluen standar dapat tercapai; kurangi waktu tinggal pada unit pretreatment dan primary treatment. Gambar Trickling Filter Rotating Biological Contactor (RBC)RBC terdiri dari sejumlah piringan bulat yang tebal, tertutup dan bergerak vertikal pada sebuah batang horizontal yang berotasi. Unit ini dibangun dalam suatu tangki beton sehingga permukaan air limbah yang melewati tangki tersebut hampir setinggi sumbu putar. Ini berarti bahwa kurang lebih 40 % luas permukaan cakram total selalu tenggelam. Sumbu tersebut secara kontinyu diputar pada kecepatan 1 sampai 2 rpm. Suatu lapisan pertumbuhan biologis dengan tebal 2-4 mm akan terbentuk pada setiap permukaan cakram yang selalu basah tersebut.Pertumbuhan biologis yang melekat pada cakram mengasimiliasi material organik dalam air limbah. Aerasi diberikan dengan aksi perputaran dimana cakram tersebut akan terkena udara setelah berkontak dengan air limbah. Kelebihan biomassa terkupas dalam tangki, yang dalam hal ini aksi perputaran cakram mempertahankan padatan biomassa tersebut dalam suspensi. Akhirnya, aliran air limbah membawa padatan tersebut keluar dari sistem ke dalam suatu clarifier untuk pemisahan padatan. Dengan menyusun beberapa set cakram dalam rangkaian seri, maka memungkinkan untuk mencapai suatu tingkat penyisihan organik (BOD) dan nitrifikasi yang tinggi.Kelebihan RBC : waktu kontak singkat dibutuhkan karena besarnya permukaan aktif, dapat digunakan untuk menangani aliran range lebar, biomass yang sudah menumpuk memiliki kemampuan mengendap yang baik dan dapat dengan mudah dipisahkan dari air limbah, biaya operasi murah, waktu tinggal pendek, hemat energi, produksi lumpur rendah dan kontrol proses bagus. Kekurangan RBC : pembebanan yang terlalu tinggi dapat mengakibatkan rusaknya batang pemutar cakram, kerusakan media cakram karena pancaran matahari serta timbulnya korosi mungkin terjadi, sulit untuk membuat model dan evaluasi kinetik cakram biologis karena begitu kompleks interaksi antara biomassa dengan fasa gas, padat, dan cair, effluent cakram biologis masih memiliki kadar koloid yang cukup tinggi.