17 - Pengoperasian Membran Bioreaktor Aerobik Dan Anaerobik [PDF]

Citation preview

PENGOPERASIAN MEMBRAN BIOREAKTOR AEROBIK DAN ANAEROBIK



TEKNOLOGI PENGOLAHAN LIMBAH Dosen Pengampu: Ir. Agus Hadiyarto, MT



Disusun Oleh: Ancilla Ira Saraswati NIM.21030116130149 Irvan Maulana



NIM.21030116130143



Tifany Minasheila



NIM.21030116130148



DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2017



DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL.................................................................................................................i DAFTAR ISI.............................................................................................................................ii KATA PENGANTAR.............................................................................................................iii BAB I PENDAHULUAN.........................................................................................................1 1.1 Latar Belakang.........................................................................................................1 1.2 Rumusan Masalah....................................................................................................2 1.3 Tujuan Makalah........................................................................................................2 BAB II PEMBAHASAN..........................................................................................................3 2.1 Perbedaan Sistem MBR Proses Aerob dan Anaerob..............................................3 2.2 Keuntungan dan Kelemahan Sistem MBR.............................................................4 2.3 Pemanfaatan Sistem MBR pada Proses Aerob dan Anaerob.................................6 BAB III PENUTUP................................................................................................................12 3.1 Kesimpulan...........................................................................................................12 3.2 Saran.....................................................................................................................12 DAFTAR PUSTAKA............................................................................................................13



2



KATA PENGANTAR Rasa syukur yang dalam kami sampaikan ke hadiran Tuhan Yang Maha Pemurah, karena berkat kemurahan-Nya makalah ini dapat kami selesaikan sesuai yang diharapkan.Dalam makalah ini kami membahas “Mengamankan e-mail dari Spam”, suatu permasalahan yang selalu dialami bagi masyarakat yang menggunakan e-mail utuk mengakses suatu informasi dengan menggunakan internet, terlebih yang secara pribadi emailnya bergabung dengan mailing list group. Makalah ini dibuat dalam rangka memperdalam pemahaman masalah security yang sangat diperlukan dalam suatu harapan mendapatkan keamanan dalam memanfaatkan teknologi informasi terutama yang menggunakan internet dan sekaligus melakukan apa yang menjadi tugas mahasiswa yang mengikuti mata kuliah “Jaringan Keamanan informasi” Dalam proses pendalaman materi security ini, tentunya kami mendapatkan bimbingan, arahan, koreksi dan saran, untuk itu rasa terima kasih yang dalam-dalamnya kami sampaikan : Ir. Agus Hadiyarto, MT selaku dosen mata kuliah “Teknologi Pengolahan Limbah”. Rekan-rekan mahasiwa yang telah banyak memberikan masukan untuk makalah ini. Keluarga yang ditinggalkan demi Negeriku. Demikian makalah ini kami buat semoga bermanfaat,



Semarang, 16 Juni 2017



Penyusun



3



BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Proses biologis dalam pengolahan limbah organik, memerlukan nitrogen (N) dan fosfor (P). Namun kelebihan N dan P dalam effluent air limbah akan menyebabkan pencemaran terhadap lingkungan yang akan berdampak buruk terhadap keseimbangan ekologi dan kesehatan manusia. Untuk mengolah limbah dengan kandungan N dan P yang berlebih biasanya dilakukan proses activated sludge yang dilengkapi dengan proses anoxic. Untuk mengatasi kelemahan dari sistem lumpur aktif konvensional, maka dicoba suatu proses lumpur aktif yang dilengkapi dengan menggunakan Submerged Membrane Bioreactor (SMBR). Konsep SMBR secara teknis hampir sama dengan pengolahan limbah biologis konvensional, kecuali proses pemisahan activated sludge dengan effluent yang dilakukan menggunakan membran filtrasi sebagai pengganti sedimentasi. Penggunaan Submerged Membrane Bioreactor (SMBR) di antaranya mampu mengolah bahan organik dengan konsentrasi yang tinggi dan beban yang berfluktuasi. Kualitas air effluent akan meningkat, yang ditandai dengan minimnya kandungan padatan tersuspensi, virus, dan bakteri didalamnya (Chang et al, 2002). Persoalan fouling pada membran akibat hadirnya mikroorganisme yang terkait dengan produk mikrobial, konsentrasi, dan ukuran partikel merupakan kendala operasi SMBR. Teknologi Membrane Bioreactor (MBR) menjadi salah satu alternatif yang sedang ditawarkan. Sistem MBR merupakan unit pengolahan limbah cair industri yang terdiri dari proses biologis dan filtrasi membran. Pemakaian teknologi ini di dalam proses lumpur aktif sangat membantu untuk mengatasi kelemahan yang ada dalam proses lumpur aktif konvensional. Penggunaan membran bioreaktor dapat mengatasi fluktuasi yang berlebih pada kualitas influent dan effluent dapat langsung digunakan serta dengan bioreaktor membran, konsentrasi biomassa (MLSS) dan konsentrasi COD umpan yang terlalu tinggi tidak lagi menjadi masalah. (Chang et al, 2002). Pada Memban Bioreactor, membrane diletakkan secara terpisah dari reactor. Cairan hasil penguraian bioreactor di pompa ke



1



membrane secara cross-flow untuk dilakukan pemisahan padat dan cair. Kelebihan cairan diresirkulasi, sedangkan produk ditempatkan pada bak khusus. Sistem MBR dibagi menjadi dua proses, yaitu proses aerob dan anaerob. Pada proses aerobic, terjadi reaksi biokimia untuk pertumbuhan dan metabolism bakteri dan mikroba lainnya, sehingga akan menghasilkan lumpur aktif. Sedangkan proses anaerobic digunakan dalam denitrifikasi untuk mengkonversi nitrat dan effluent dari proses nitritasi lumpur aktif menjadi gas nitrogen. Bakteri yang berperan dalam proses ini merupakan bakteri anaerobic. 1.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimana perbedaan pada sistem MBR proses aerob dan anaerob? 2. Bagaimana keuntungan dan kelemahan pada sistem MBR? 3. Bagaimana pemanfaatan sistem MBR pada proses aerob dan anaerob? 1.3 Tujuan Makalah Dengan adanya makalah ini diharapkan pembaca mengerti mengenai perbedaan sistem MBR pada proses aerob dan anaerob, keuntungan sistem MBR, dan pemanfaatan sistem MBR pada proses aerob dan anaerob.



2



BAB II PEMBAHASAN 2.1 Perbedaan Sistem MBR Proses Aerob dan Anaerob Perbedaan utama dari pengolahan secara aerob dan anaerob terletak pada kondisi lingkungannya. Pada pengolahan secara aerob, kehadiran oksigen mutlak diperlukan untuk metabolisme bakteri, sementara pada kondisi anaerob sebaliknya. Berikut ini adalah beberapa perbedaan utama antara pengolahan secara aerob dan anaerob menurut Eckenfelder, et.al (1988). 1. Temperatur Temperatur mempengaruhi proses aerob maupun anaerob. Pada proses anaerob, diperlukan temperatur yang lebih tinggi untuk mencapai laju reaksi yang diperlukan. Pada proses anaerob, penambahan temperatur dapat dilakukan dengan memanfaatkan panas dari gas methane yang merupakan by-product proses anaerob itu sendiri. 2. PH dan Alkalinitas Proses aerob bekerja paling efektif pada kisaran pH 6,5 – 8,5. Pada reaktor aerob yang dikenal dengan istilah completely mixed activated sludge (CMAS), terjadi proses netralisasi asam dan basa sehingga biasanya tidak diperlukan tambahan bahan kimia selama BOD kurang dari 25 mg/L. Sementara itu proses anaerob yang memanfaatkan bakteri methanogen lebih sensitif pada pH dan bekerja optimum pada kisaran pH 6,5 – 7,5. Sekurangkurangnya, pH harus dijaga pada nilai 6,2 dan jika konsentrasi sulfat cukup tinggi maka kisaran pH sebaiknya berada pada pH 7 – 8 untuk menghindari keracunan H 2S. Alkalinitas bikarbonat sebaiknya tersedia pada kisaran 2500 hingga 5000 mg/L untuk mengatasi peningkatan asam-asam volatil dengan menjaga penurunan pH sekecil mungkin. Biasanya dilakukan penambahan bikarbonat ke dalam reaktor untuk mengontrol pH dan alkalinitas. 3. Produksi Lumpur dan Kebutuhan Nutrien



3



Bagi kebanyakan air limbah, produksi lumpur yang dihasilkan dari pengolahan aerob adalah sebesar 0,5 kg VSS/ kg COD tersisihkan. Sementara itu, pada pengolahan anaerob, produksi lumpur adalah sebanyak 0,1 kg VSS/kg COD tersisihkan. Pada pengolahan aerob, konsentrasi nitrogen yang perlu ditambahkan adalah 8-12 persen dan fosfor sebesar 1,5-2,5 persen. Sebagai “rule of thumb”, kebutuhan nutrien pada pengolahan anaerob adalah seperlima dari proses aerob. Tabel berikut menunjukkan perbandingan antara pengolahan secara aerob dan anaerob (sumber : Eckenfelder, et.al , 1988).



Parameter



Aerob



Anaerob



Kebutuhan energi Tinggi Tingkat pengolahan 60-90% Produksi lumpur Tinggi Stabilitas proses terhadap Sedang sampai tinggi toksik dan perubahan beban Kebutuhan nutrien Tinggi



untuk



Rendah 95% Rendah Rendah sampai sedang



beberapa Rendah



Bau



limbah industry Tidak terlalu



Kebutuhan alkalinitas



menimbulkan bau Rendah



bau Tinggi



Tidak ada



limbah industry Ada (dapat dimanfaatkan



2 – 4 minggu



sebagai sumber energi) 2 – 4 bulan



Produksi biogas Start-up time



berpotensi Berpotensi



menimbulkan



untuk



beberapa



Perbandingan antara proses aerob dan anaerob tersebut menjadi dasar pemilihan unit-unit pengolahan biologi pada secondary treatment. Pemilihan akan tergantung dari karakteristik air limbah yang akan diolah. Bahkan, untuk karakteristik limbah tertentu diperlukan kombinasi dari kedua proses tersebut.



4



2.2



Keuntungan dan Kelemahan Sistem MBR Membrane bioreactor (MBR) merupakan suatu sistem pengolahan air limbah yang mengaplikasikan penggunaan membran yang terendam di dalam bioreaktor. Proses yang terjadi di dalam bioreaktor mirip dengan lumpur aktif konvensional (conventional activated sludge, CAS), di mana zat organic di dalam air limbah akan didegradasi secara biologis oleh mikroorganisme aerob kemudian terjadi pemisahan solid (lumpur). Bedanya, pada MBR proses pemisahan solid dilakukan menggunakan membran sementara pada CAS pemisahan solid dilakukan secara gravitasi di dalam tangki pengendap. Perbandingan antara MBR dengan CAS dapat dilihat pada gambar berikut:



Sumber: Li, Norman N.; Fane, Anthony G.; Ho, W.S. Winston; Matsuura, T. (2008) Beberapa fitur utama dari MBR antara lain: Tidak memerlukan bak pengendap (clarifier) sehingga dapat menghemat penggunaan lahan. 1. Konsentrasi MLSS (mixed liquor suspended solids) yang tinggi dapat memaksimalkan jumlah BOD yang masuk ke dalam modul MBR untuk diolah sehingga dapat mengurangi waktu pengolahan. 2. Pembuangan lumpur dapat dilakukan langsung dari dalam reactor. 3. Kualitas efluen hasil pengolahan yang tinggi sehingga air hasil olahannya dapat digunakan kembali (misal untuk boiler). 5



Penggunaan modul MBR dalam pengolahan air limbah saat ini cukup luas di negara-negara dimana faktor ketersediaan lahan dan konservasi air menjadi pertimbangan. Bagi negara-negara yang lahannya terbatas, teknologi ini akan sangat menguntungkan. Begitu pula jika di tempat tersebut terdapat keterbatasan dalam sumber daya air, hasil olahan dari MBR dapat digunakan sebagai sumber air (contohnya di Singapura). Di Indonesia sendiri tampaknya teknologi membran belum terlalu banyak digunakan mengingat ketersediaan lahan dan sumber air masih bisa dibilang cukup banyak. Akan tetapi, jika kita memikirkan kondisi di masa datang dimana pertumbuhan penduduk semakin meningkat dan lahan akan semakin mahal, maka teknologi MBR mungkin sebaiknya mulai diterapkan. Memang MBR memiliki kelemahan dari segi harga, teknologi membran memang bukan teknologi yang murah. Selain harganya yang mahal, juga diperlukan operator yang terlatih (berdampak pada upah pekerja yang lebih tinggi). Dari segi operasional, akan diperlukan regular chemical cleaning serta laju kerusakan membran tidak dapat dipastikan. Modul MBR yang akan digunakan harus memiliki kelebihan dari sisi cost reduction (baik investasi maupun operasional), usia pakai yang cukup lama, serta mudah ditangani. Berikut ini kondisi-kondisi yang penting untuk diperhatikan dalam penggunaan modul MBR: 1. Kuat menahan beban fisik (akibat aerasi) maupun kimiawi (akibat proses pembersihan dengan bahan kimia). 2. Struktur membran haruslah kuat untuk mengatasi gaya gesekan dan osilasi dari gelembung udara dari proses aerasi. 3. Aerasi harus efektif dan uniform serta aliran vertikal gelembung udara dari bawah ke atas membran harus berlangsung tanpa hambatan. Dalam konfigurasi MBR, terdapat dua konfigurasi MBR yang tergantung pada letak membran terhadap bioreaktor, yaitu submerged MBR dan sidestream MBR.



6



Sumber: Malia dan Till (2001) Pada submerged MBR, membran terletak di dalam bioreaktor sehingga proses filtrasi langsung dilakukan di dalam reaktor. Sementara itu, pada sidestream MBR proses filtrasi dilakukan di luar bioreaktor melalui aliran resirkulasi. Perbandingan antara kedua konfigurasi MBR dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 1 : Perbandingan Submerged MBR dan Sidestream MBR



Biaya aerasi Biaya pemompaan Ukuran (footprint) Kebutuhan untuk pembersihan Biaya operasional



Submerged MBR Tinggi Sangat rendah, kecuali digunakan pompa hisap Lebih besar proses Lebih sedikit Lebih rendah Lebih tinggi



Sidestream MBR Rendah jika Tinggi Lebih kecil Lebih tinggi Lebih tinggi Lebih rendah



Biaya investasi



2.3



Pemanfaatan Sistem MBR pada Proses Aerob dan Anaerob Penelitian mengenai MBR pertama kali dilakukan pada awal tahun 1960an dan kawasan industri pertama kali dibangun oleh perusahaan dari Amerika, Dorr Oliver pada tahun 1967. Instalasi ini dapat mengolah 14 m3/hari limbah cair domestic dari sebuh pabrik di Connecticut. Setelah itu tidak ada lagi 7



pemasangan MBR hingga 10 tahun kemudian dalam bangunan di Jepang. Proses yang digunakan ada UBIS, yang dikembangkan Rhone Poulenc. Selama tahun 1980-an, bangunan di Amerika Serikat telah didesain dengan Cycle-let Process. Kini instalasi MBR digunakan untuk mendaur ulang air dalam bangunan, lindi dari Tempat Pemrosesan Akhir (TPA) dan aplikasi pengolahan limbah cair menjadi sangat penting. Aplikasi MBR terbatas karena biaya unit filtrasi yang tinggi, dikembangkan selama 20 tahun yang berdasar dari desain inner skin membran. Dengan menggunakan teknologi ini, proses MBR sangat kompetitif dengan pengolahan konvensional apabila kondisi ini terpenuhi, yaitu efluen berkualitas baik (pemanfaatan konsentrasi biomassa yang tinggi sehingga membutuhkan bak pengolahan biologis yang kecil dan menurunkan biaya filrasi), kebutuhan desinfeksi untuk air yang telah diolah (penggunaan air daur ulang atau air minum), dan biomassa dari mikroorganisme laju pertumbuhan rendah (xenobiotic degradation, remediasi tanah atau air tanah). Sistem MBR sudah dimanfaatkan dalam berbagai kegiatan. Contoh pemanfaatan sistem MBR yaitu sebagai berikut : 1. Penggunaan air kembali pada bangunan Sistem MBR yang umum digunakan yaitu UBIS dari Jepang dan Cyclelet dari Amerika Serikat. Di Jepang, MPC mengeluarkan Ultra Biological Sistem (UBIS) untuk diterapkan di Gedung Marunouchi, Tokyo. Limbah berasal dari toilet, dapur, bak cuci beserta mengepel lantai yang disalurkan menuju aerobicactivated sludge reactor. Membran plateand-frame ultrafiltrasi digunakan untuk mengolah air dan menjaga pemisahan dengan lumpur. Hydraulic retention time sekitar satu jam dan konsentrasi lumpur sebesar 20 g/L. Efluen yang keluar dari MBR