Category Archives: Pengolahan Air Limbah

Video: Cara Kerja Reverse Osmosis Membrane

Pada video kali ini akan terlihat ilustrasi proses yang terjadi pada filtrasi dengan proses reverse osmosis. Penjelasan mengenai proses RO secara umum dapat dilihat hingga menit ke 2:25. Selebihnya, tayangan menjelaskan proses yang terjadi di salah satu instalasi pengolahan air di Sydney, Australia.
Mudah-mudahan bermanfaat!

Copyright: © Sydney Water Corporation

Pengolahan Air Limbah dengan Membran

Membrane treatment merupakan salah satu teknologi yang sudah cukup lama digunakan dan memiliki aplikasi yang luas. Salah satunya adalah di dalam sistem pengolahan air limbah. Penggunaan teknologi membran di dalam pengolahan air limbah memang terdengar mahal jika dibandingkan dengan teknologi lumpur aktif. Dengan teknologi membran perlu adanya perawatan membran antara lain pembersihan dan penggantian membran secara rutin. Akan tetapi, untuk kebutuhan pengolahan selama dua puluh tahun serta jika terdapat kebutuhan kualitas efluen air limbah yang ketat maka biaya yang dibutuhkan pada teknologi membran sama dengan pada lumpur aktif konvensional [1]. Selain itu, teknologi membran menjadi pilihan yang lebih baik bagi instalasi yang memiliki keterbatasan lahan serta daerah dengan biaya konstruksi yang tinggi. Pada artikel kali ini akan dibahas beberapa hal dasar tentang proses membran.

Klasifikasi Proses Membran Berdasarkan Ukuran Pori
1. Reverse Osmosis (RO)
Proses RO digunakan untuk menyaring partikel-partikel yang memiliki ukuran hingga 0.001 mm sehingga banyak dimanfaatkan untuk menyaring ion-ion bervalensi satu. Aplikasinya di dalam pengolahan air limbah adalah untuk keperluan reklamasi air limbah.

2. Nanofiltration (NF)
Nanofiltrasi dikenal juga dengan istilah “loose RO”[2] karena ukuran celah yang lebih besar dan kebutuhan tekanan yang lebih rendah dari RO. Walaupun tidak memiliki kemampuan menyaring ion-ion monovalensi seperti halnya RO, proses NF memiliki kemampuan untuk menyisihkan senyawa-senyawa organik. Untuk aplikasi pengolahan air limbah rumah sakit, proses NF mampu menyisihkan COD, NH3-N, dan PO4-P berturut-turut hingga 92%, 88%, dan 68%[3]. Penggunan lainnya misalnya pada air limbah pencucian pakaian (laundry) yang mampu menurunkan COD dari kisaran 2000-4500 mg/L hingga mencapai antara 50-100 mg/L[4].

3. Ultrafiltration (UF)
Berbeda dengan RO dan NF, proses UF tidak memerlukan adanya tekanan eksternal untuk menyaring polutan. Dengan kemampuan membran UF untuk menyaring partikel berukuran hingga 0.01 mm, membran ini banyak digunakan untuk keperluan desinfeksi. Salah satu aplikasi UF adalah pada pengolahan air limbah domestik untuk digunakan kembali dalam aplikasi pertanian[5]. Penggunaan lainnya adalah dalam pengolahan air limbah industri automotif pada bagian pemotongan logam [6] dan pengilangan minyak bumi [7].

4. Microfiltration (MF)
Proses MF berfungsi untuk menyaring partikel-partikel dengan ukuran lebih besar dari 0.01 mm. Penyaringan dengan mikrofiltrasi banyak dimanfaatkan sebagai pengolahan pendahuluan sebelum proses NF atau RO. Gambar berikut ini menunjukkan klasifikasi membran berdasarkan ukuran pori.

Sumber: www.nottingham.ac.uk

Sumber: www.nottingham.ac.uk

Membrane Fouling
Membrane fouling atau pengotoran membran di antaranya dapat disebabkan oleh:
• Pengendapan atau tertutupnya permukaan membran oleh zat-zat anorganik (scaling).
• Adanya adsorpsi senyawa-senyawa organik ke dalam pori-pori membran (organic fouling).
• Adanya pertumbuhan bakteri di permukaan membran (bio-fouling).
• Pembentukan lapisan cake pada permukaan membran akibat deposisi partikel koloid (colloidal fouling).
Bio-fouling dan organic fouling adalah jenis fouling yang paling sering terjadi pada aplikasi membran di dalam pengolahan air limbah[8].

Pretreatment Untuk Proses Filtrasi Membran
Untuk memperpanjang usia pakai membran, diperlukan proses pengolahan pendahuluan. Materi padatan yang dapat diendapkan hendaknya disisihkan terlebih dahulu melalui proses pengendapan. Jika diperlukan, proses pengolahan pendahuluan seperti koagulasi-flokulasi, pertukaran ion, adsorpsi karbon, hingga desinfeksi dengan UV dapat dilakukan[8].

Pembersihan Membran
Walaupun air limbah telah mengalami serangkaian pengolahan sebelum memasuki penyaringan membran, fenomena fouling tidak akan dapat dihindari. Saat fouling terjadi, diperlukan proses pembersihan membran. Pembersihan membran biasanya dilakukan saat terjadi hal-hal sebagai berikut[9]:
• Adanya penurunan jumlah air yang terproduksi sebesar 10% dalam kondisi operasional yang konstan, atau
• Adanya peningkatan tekanan sebesar 10% untuk memperoleh air dengan volume yang sama pada temperatur yang konstan, atau
• Adanya peningkatan beda tekanan sebesar 15-20% antara feed flow dan reject flow.
Terdapat dua macam metode pembersihan membran yaitu pembersihan secara fisik (physical cleaning) dan kimia (chemical cleaning). Pembersihan secara fisik dilakukan dengan cara backwash. Sementara itu, pembersihan secara kimia dilakukan apabila proses backwash sudah tidak mampu untuk membersihkan permukaan membran.

Sumber:
1. Young, T., Muftugila, M., Smoota, S., & Peetersb, J. (2012). MBR vs. CAS: Capital and operating cost evaluation. Water Practice & Technology, 7(4). Diakses 23 Maret, 2015, dari http://www.iwaponline.com/wpt/007/0075/0070075.pdf
2. Fane, A., Wang, R., & Jia, Y. (2011). Membrane Technology: Past, Present and Future. In L. Wang, J. Chen, Y. Hung, & N. Shammas (Eds.), Handbook Of Environmental Engineering (Vol. 13, pp. 1-45). New York: Humana Press.
3. Kootenaei, F., & Rad, H. (2013). Treatment of Hospital Wastewater by Novel Nano-Filtration Membrane Bioreactor (NF-MBR). Iranica Journal of Energy & Environment, 4(1), 60-67. Diakses 23 Maret, 2015, dari http://www.idosi.org/ijee/4(1s)13/10.pdf
4. www.Envirochemie.com (diakses 23 Maret 2015)
5. Falsanisi, D., Liberti, L., & Notarnicola, M.(2010).Ultrafiltration (UF) Pilot Plant for Municipal Wastewater Reuse in Agriculture: Impact of the Operation Mode on Process Performance. Water 2009,1, 872-885.
6. Notodarmojo, S., Mayasanthy, D., & Zulkarnain, T.(2004).Pengolahan Limbah Cair Emulsi Minyak dengan Proses Membran Ultrafiltrasi Dua-tahap Aliran Cross-flow. Proceedings ITB Sains & Teknologi,36A(1),45-62.
7. Aryanti, N., Prihatiningtyas, I.,Ikhsan, D., & Wardhani, D.(2013).Kinerja Membran Ultrafiltrasi Untuk Pengolahan Limbah Emulsi Minyak-Air Sintetis. Reaktor,14(4), 277-283.
8. Chen, J., Mou, H., Wang, L., Matsuura, T., & Wei, Y. (2011). Membrane Separation: Basics and Applications. In L. Wang, J. Chen, Y. Hung, & N. Shammas (Eds.), Handbook Of Environmental Engineering (Vol. 13, pp. 271-332). New York: Humana Press.
9. Song, L. dan Tay, K. (2011). Advanced Membrane Fouling Characterization in Full-Scale Reverse Osmosis Processes. In L. Wang, J. Chen, Y. Hung, & N. Shammas (Eds.), Handbook Of Environmental Engineering (Vol. 13, pp. 101-134). New York: Humana Press.

Manfaat Kulit Pisang di Dalam Pengolahan Air Limbah

Kulit pisang ternyata memiliki manfaat luar biasa di dalam dunia pengolahan air limbah. Beberapa penelitian telah dilakukan dan membuktikan bahwa bagian dari pisang yang biasanya kita buang ini dapat menyisihkan berbagai polutan dari dalam air limbah.

Pada riset yang dilakukan oleh tim peneliti di Brazil, ditemukan bahwa kulit pisang dapat menyisihkan tembaga dan timbal dari dalam air. Dalam penelitiannya, mereka membandingkan efektivitas kulit pisang dengan material lainnya yaitu Na-bentonite, silica gel termodifikasi, perlit, dan kulit kacang termodifikasi. Ternyata, penyisihan tembaga dan timbal menggunakan kulit pisang memiliki efektivitas 20 kali lebih tinggi dibanding bahan-bahan lainnya.[1]

Penelitian lainnya yang dilakukan di Pakistan membuktikan bahwa kulit pisang dapat menyisihkan Cr(III) dari dalam air limbah industri secara efektif pada pH 4. [2]

Logam lain yang terbukti dapat disisihkan menggunakan kulit pisang adalah nikel, kobalt, dan zink. Penyisihan logam-logam ini paling efektif saat pH berada pada kisaran 6-8. [3]

Tidak hanya logam berat, kulit pisang juga dapat dimanfaatkan untuk menyisihkan senyawa fenol dengan waktu proses yang relatif cepat (dalam 3 jam kesetimbangan telah tercapai). Kapasitas adsorpsi meningkat pada kondisi pH di atas pH netral. [4]

Pada prakteknya, akan diperlukan berton-ton kulit pisang untuk mengolah air limbah di instalasi berskala besar. Namun, untuk sistem pengolahan dengan skala kecil yang memiliki keterbatasan dana maka opsi ini dapat dicoba.

 

Sumber:

[1] http://inhabitat.com/research-finds-banana-peels-can-efficiently-remove-toxic-metals-from-wastewater/ (diakses 12 Desember 2014)

[2] http://www.ceacsu.edu.pk/PDF%20file/Journal%20Vol%209%20No%201/04-PJAEC-200608-21.pdf

[3] G. Annadurai, R.S. Juang, and D.J. Lee. 2002. Adsorption of heavy metals from water using banana and orange peels. Water Science and Technology Vol 47 No 1 pp 185–190.

[4] M. Achaka, A. Hafidib, N. Ouazzania, S. Sayadic, L. Mandia. 2002. Low cost biosorbent “banana peel” for the removal of phenolic compounds from olive mill wastewater: Kinetic and equilibrium studies. Journal of Hazardous Materials 166 pp 117–125.

Perbandingan Berbagai Metode Desinfeksi Air Limbah

Di dalam proses desinfeksi air limbha terdapat berbagai metode yang dapat digunakan yaitu menggunakan senyawaan klor (baik klorin maupun klorin dioksida), ozon, atau sinar UV. Mau pilih metode yang mana? Semuanya tergantung pada kebutuhan dan budget yang dimiliki. Berikut ini saya tampilkan perbandingan dari metode-metode desinfeksi air limbah yang saya ambil dari buku Water And Wastewater Engineering (Metcalf & Eddy, 2004).

1. Klorin

Keunggulan:

  • Teknologi desinfeksi yang sudah dikenal luas dan klorin merupakan desinfektan yang efektif
  • Memiliki sisa klor yang dapat dipantau dan diatur kadarnya (sisa klor dapat dijaga pada perpipaan yang panjang)
  • Dapat mengoksidasi sulfida
  • Unit klorinasi dapat digunakan untuk keperluan lainnya seperti pengendalian bau maupun desinfeksi pada sistem pengolahan air bersih
  • Relatif murah
  • Tersedia dalam bentuk kalsium dan sodium hipoklorit (sebagai alternatif dari penggunaan gas klor)

Kekurangan:

  • Menggunakan zat kimia yang dapat membahayakan operator dan masyarakat sekitar sehinga perlu standard safety yang tinggi
  • Memerlukan waktu kontak yang relatif lebih lama dibandingkan dengan desinfektan lainnya
  • Perlu adanya deklorinasi untuk menurunkan toksisitas efluen terolah
  • Berpotensi untuk terbentuknya trihalometan dan DBP (disinfectant by products)
  • Adanya pembentukan VOC (volatile organic compounds) di tangki kontak
  • Dapat mengoksidasi besi, magnesium, zat organik, maupun anorganik sehingga desinfektan terkonsumsi
  • Meningkatkan level TDS pada efluen
  • Meningkatkan kandungan klorida
  • Menyebabkan air limbah menjadi asam jika alkalinitas tidak memadai

2. Klorin Dioksida

Keunggulan:

  • Merupakan desinfektan yang efektif dan lebih efektif jika dibandingkan dengan klorin untuk menonaktifkan kebanyakan virus, spora, kista, dan ookista
  • Kemampuan membunuh mikroorganisme tidak terpengaruh pH
  • Mengoksidasi sulfida
  • Memiliki sisa desinfektan

Kekurangan:

  • Tidak stabil, harus diproduksi di tempat
  • Dapat mengoksidasi besi, magnesium, zat organik, maupun anorganik sehingga desinfektan terkonsumsi
  • Berpotensi untuk terbentuknya DBP
  • Terdekomposisi oleh sinar matahari
  • Dapat mengakibatkan terbentuknya bau
  • Meningkatkan level TDS pada efluen
  • Biaya operasional dapat menjadi tinggi karena diperlukan adanya pengujian klorit dan klorat

3. Ozon

Keunggulan:

  • Merupakan desinfektan yang efektif dan lebih efektif jika dibandingkan dengan klorin untuk menonaktifkan kebanyakan virus, spora, kista, dan ookista
  • Kemampuan membunuh mikroorganisme tidak terpengaruh pH
  • Memiliki waktu kontak yang relatif lebih singakt dibandingkan dengan klorin
  • Mengoksidasi sulfida
  • Area yang diperlukan lebih sedikit
  • Dapat meningkatkan kadar oksigen terlarut

Kekurangan:

  • Keberhasilan proses desinfeksi tidak dapat dipantau secara langsung
  • Tidak memiliki sisa desinfektan
  • Pada dosis rendah akan kurang efektif untuk inaktivasi beberapa jenis virus, spora, dan kista
  • Berpotensi membentuk DBP
  • Dapat mengoksidasi besi, magnesium, zat organik, maupun anorganik sehingga desinfektan terkonsumsi
  • Relatif mahal dan memiliki kebutuhan energi yang tinggi
  • Sangat korosif dan toksik sehingga perlu standard safety yang tinggi
  • Perlu kecermatan yang tinggi dalam operasional dan perawatan sistem
  • Memiliki keterbatasan untuk penggunaan tambahan dan semakin terbatas apabila di instalasi telah terdapat unit pembentukan high-purity oxygen

4. Ultra Violet

Keunggulan:

  • Merupakan desinfektan yang efektif dan lebih efektif jika dibandingkan dengan klorin untuk menonaktifkan kebanyakan virus, spora, kista, dan ookista
  • Tidak meninggalkan residu yang bersifat toksik maupun meningkatkan level TDS efluen
  • Tidak ada pembentukan DBP
  • Memerlukan lahan yang lebih sedikit jika dibandingkan dengan klorinasi
  • Menguntungkan dari segi safety karena tidak ada penggunaan bahan kimia
  • Efektif menghilangkan senyawa organik persisten seperti NDMA (N-nitrosodimethylamine)

Kekurangan:

  • Keberhasilan proses desinfeksi tidak dapat dipantau secara langsung
  • Tidak memiliki sisa desinfektan
  • Pada dosis rendah akan kurang efektif untuk inaktivasi beberapa jenis virus, spora, dan kista
  • Relatif mahal dan memiliki kebutuhan energi yang tinggi
  • Desain profil hidrolis sangat penting pada sistem UV
  • Membutuhkan lampu UV yang banyak jika sistem low-pressure low-intensity digunakan
  • Memiliki keterbatasan untuk penggunaan tambahan

 

Sumber: Metcalf and Eddy, 2004, Wastewater Engineering 4th edition, McGraw Hill International Editions, New York

Desinfeksi Ultra Violet

Sumber: www.americanairandwater.com

Sumber: www.americanairandwater.com

Setelah pada artikel sebelumnya kita memperoleh informasi mengenai IPAL dengan instalasi UV terbesar di dunia, kali ini kita telusuri mengenai desinfeksi dengan UV itu sendiri. Desinfeksi dengan UV termasuk ke dalam proses fisik, berbeda dengan klorinasi dan ozonasi yang memanfaatkan penggunaan zat-zat kimia. Pada proses desinfeksi menggunakan UV, gelombang elektromagnetik yang dipancarkan dari lampu merkuri pada panjang gelombang tertentu akan menembus DNA atau RNA mikroorganisme sehingga mengganggu sistem reproduksi mikroorganisme tersebut [1]. Sinar UV yang digunakan untuk proses desinfeksi termasuk dalam kelompok UV-C (short wave UV), tapi biasa disebut dengan istilah “UV” saja [2]. Rentang panjang gelombang yang efektif untuk proses inaktivasi mikroorganisme adalah 250 – 270 nm [1].

Beberapa hal yang mempengaruhi efektivitas desinfeksi dengan UV yaitu [1]:

  • Karakteristik air limbah
  • Intensitas radiasi
  • Lamanya waktu penyinaran
  • Konfigurasi reaktor

 

Komponen Sistem Desinfeksi UV

Komponen utama dari suatu instalasi desinfeksi UV yaitu [2]:

1. Lampu UV

Secara umum, terdapat dua kelompok lampu UV yang digunakan untuk proses desinfeksi yaitu lampu bertekanan rendah (low pressure) dan lampu bertekanan menengah (medium pressure) yang beroperasi pada intensitas rendah atau tinggi [1]. Lampu bertekanan rendah ideal digunakan untuk aplikasi air limbah dengan debit rendah [3], sementara lampu dengan tekanan medium digunakan untuk instalasi dengan kapasitas tinggi [1].

2. Sarung quartz

Sarung quartz (quartz sleeve) merupakan tempat meletakkan lampu UV. Selain itu, sarung quartz juga berfungsi untuk mengurangi efek pendinginan dari air limbah pada reaktor berjenis kontak.

3. Struktur untuk menyangga lampu UV berikut sarung quartz
4. Ballast

Ballast berfungsi untuk membatasi arus yang masuk pada lampu. Terdapat tiga jenis ballast yang dapat digunakan yaitu standard (magnetk), energi-efisien (magnetik) , dan elektronik

5. Sumber listrik

 

Keunggulan Desinfeksi UV

  • Proses relatif cepat [4]
  • Tidak memerlukan bahan kimia
  • Tidak ada penambahan toksisistas air limbah [4]
  • Tidak menghasilkan DBP (disinfection by products)
  • Efektif untuk menonaktifkan hampir semua virus, kista, dan spora [1]
  • Relatif tidak memerlukan lahan yang besar [1]

 

Kekurangan Desinfeksi UV

  • Tidak meninggalkan sisa desinfektan (sebagai perbandingan dengan klorin yang memiliki sisa klor) sehingga memungkinkan terjadinya kemunculan mikroorganisme apabila air hasil olahan akan disimpan atau disalurkan dalam pipa yang panjang untuk digunakan kembali (reuse)[4]
  • Perlu ada upaya untuk pembersihan tabung UV [1]
  • Kandungan TSS dalam air limbah dapat mengurangi efektivitas desinfeksi. Untuk lampu dengan tekanan rendah, kadar TSS maksimal untuk desinfeksi UV adalah 30 mg/L [1]
  • Relatif lebih mahal [1]

 

Sumber:

[1] USEPA, 1999, Wastewater Technology Fact Sheet Ultraviolet Disinfection (diakses 29 Oktober 2014)

[2] Metcalf and Eddy, 2004, Wastewater Engineering 4th edition, McGraw Hill International Editions, New York.

[3] Disinfection by Ultraviolet Light, www.lenntech.com (diakses 29 Oktober 2014)

[4] EPA Victoria, 2002, GUIDELINES FOR ENVIRONMENTAL MANAGEMENT “DISINFECTION OF TREATED WASTEWATER”, ISBN 0-7306-7623-4 (diakses 21 September 2013)

IPAL Dengan Instalasi Desinfeksi UV Terbesar di Dunia

Salah satu proses desinfeksi air limbah adalah dengan bantuan sinar ultra violet (UV). Saat ini instalasi desinfeksi air limbah dengan UV yang terbesar di dunia terletak di Rusia, tepatnya di kota Moskow. Kota Moskow saat ini melayani 14 juta penduduk. Baik air limbah industri maupun domestik di kota ini melewati tahapan desinfeksi sebelum disalurkan ke badan air penerima. Untuk mengurangi dampak yang timbul akibat penggunaan bahan kimia, proses desinfeksi dilakukan menggunakan sinar UV.

IPAL Kuryanovskiye adalah tempat dimana instalasi UV terbesar itu berada. IPAL ini merupakan salah satu di antara IPAL terbesar di benua Eropa dengan kapasitas pengolahan sebesar 3,125 juta m3/hari. Proses konstruksi intalasi desinfeksi di IPAL Kuryanovskiye selesai pada musim gugur tahun 2012. Tantangan terbesar pembangunan instalasi desinfeksi UV di IPAL tersebut adalah keterbatasan lahan yang tersedia. Tantangan lainnya yaitu bahwa keberadaan instalasi desinfeksi UV tersebut tidak boleh menambah profil headloss keseluruhan yang ada pada IPAL. Pada akhirnya, dibuatlah sistem modul yang compact pada 17 saluran terbuka.

Instalasi Desinfeksi UV di IPAL Kuryanovskiye

Instalasi Desinfeksi UV di IPAL Kuryanovskiye

Tiap-tiap saluran memiliki 5 UV bank yang tersusun secara seri, dimana pada tiap bank terdapat 2 modul UV vertikal yang tersusun secara parallel. Dengan konfigurasi ini, total headloss pada saat debit puncak dari sistem UV ini adalah sebesar 30 cm.

Beberapa fitur dari instalasi UV di IPAL Kuryanovskiye yaitu:

  • Memiliki sistem pengaturan level muka air yang sepenuhnya otomatis
  • Setiap modul UV memiliki mekanisme pembersihan mekanik in situ yang beroperasi secara otomatis dan dilengkapi dengan pengaturan frekuensi pembersihan per hari
  • Memiliki sistem pengaturan intensitas lampu secara otomatis untuk mengakomodasi variasi karakteristik air limbah
  • Seluruh informasi operasional instalasi UV dapat dipantau dari satu tempat secara terpusat

Hasil proses desinfeksi dari instalasi UV ini adalah < 500 CFU/100 mL total coliform, < 100 CFU/100 mL fecal colirom, dan < 100 PFU/100 mL coliphage. Kesemuanya memenuhi parameter desain dan peraturan yang berlaku di daerah setempat. Dengan demikian, efluen hasil desinfeksi dapat disalurkan ke badan air penerima, yaitu Sungai Moskow.

 

Sumber:

Made in Moscow: World’s Largest UV Plant (diakses 22 Oktober 2014)

Proses Anaerob

Pengolahan air limbah yang menggunakan proses anaerob banyak sekali dimanfaatkan terutama bagi air limbah dengan kandungan organik yang sangat tinggi. Pada artikel-artikel terdahulu telah dibahas beberapa topik yang berkaitan dengan proses maupun reaktor anaerob. Nah, di artikel kali ini Anda akan menemukan hal-hal yang sifatnya umum namun mendasar dari proses anaerob itu sendiri.

Proses anaerob merupakan suatu proses biokimia dimana reaksinya berlangsung tanpa kehadiran oksigen. Di dalam lingkup pengolahan air limbah, proses anaerob yang dimaksud berkaitan dengan metabolisme mikroorganisme. Berikut ini adalah gambaran umum yang menunjukkan reaksi yang terjadi pada proses anaerob:

Zat organik + mikroorganisme ? CH4 + CO2 + sel baru

Tahapan di dalam proses anaerob

Dalam perjalanan konversi zat organik menjadi hasil akhir metabolisme, terdapat beberapa tahapan yang dilalui. Tahapan-tahapan di dalam proses anaerob ini penting untuk diketahui untuk keperluan monitoring maupun modifikasi proses. Tahapan-tahapan yang dimaksud yaitu hidrolisis, asidogenesis, asetogenesis, dan metanogenesis (Mes, et.al., 2003). Hidrolisis adalah proses dekomposisi senyawa-senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana. Asidogenesis, sering juga disebut dengan tahap fermentasi, yaitu proses konversi dari senyawa yang sudah terurai (terhidrolisis) menjadi asam-asam organik volatil (volatile fatty acids, VFA) dan karbondioksida (CO2) (Mes, et.al., 2003). Asetogenesis ialah proses konversi VFA menjadi asetat dan H2(Mes, et.al., 2003). Metanogenesis yaitu proses konversi asetat, CO2, dan H2 menjadi gas metan (CH4)(Mes, et.al., 2003). Skema tahapan pada proses anaerob dapat dilihat pada gambar berikut.

Sumber: Mes, et.al., 2003

Sumber: Mes, et.al., 2003

Jenis-jenis reaktor anaerob berdasarkan temperatur

Berdasarkan temperatur yang digunakan untuk reaksi, reaktor anaerob dapat dibagi ke dalam tiga kelompok yaitu psikrofilik (rentang temperatur pada 10 – 20 oC), mesofilik (rentang temperatur pada 20 – 40 oC), dan termofilik (rentang temperatur pada 50 – 60 oC) (Mes, et.al., 2003). Pada temperatur yang rendah, proses dekomposisi dan pertumbuhan mikroorganisme berjalan lambat. Oleh sebab itu, akan diperlukan waktu tinggal yang lebih lama di dalam reaktor sehingga reaktor psikrofilik akan memerlukan volume yang lebih besar jika dibandingkan dengan reaktor jenis lainnya (Mes, et.al., 2003).

Mikroba yang berperan pada proses anaerob

Di dalam proses anaerob terdapat beberapa kelompok mikroorganisme yang terlibat. Berikut ini adalah ringkasan mengenai mikroorganisme yang memiliki peranan dalam proses anaerob (Mes, et.al., 2003 dan Cavinato, 2011):

1. Bakteri fermentasi (atau asidogenik)

* mengeluarkan enzim untuk proses hidrolisis

* mengkonversi zat-zat organik terlarut menjadi asam lemak volatil dan alkohol

2. Bakteri asetogenik

* mengubah asam lemak volatil dan alkohol menjadi asam asetat atau hidrogen dan karbondioksida

3. Bakteri metanogenik

* mengggunakan asam asetat atau hidrogen dan karbondioksida untuk memproduksi gas metan

4. Bakteri pereduksi sulfat (Sulfate Reducing Bacteria, SRB)

* mereduksi sulfat menjadi sulfida

* sulfida bersifat racun pada proses anaerob (baca artikel Inhibitor pada Proses Anaerob)

* dominan pada lingkungan dengan konsentrasi sulfat yang tinggi

* berkompetisi dengan bakteri metanogenik pada substrat yang sama

* dapat menghambat terbentuknya gas metan apabila dominan terhadap bakteri metanogenik

Sumber: [2]

Kompetisi Antara SRB dan Bakteri Metanogen (Sumber: Cavinato, 2011)

Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi proses anaerob

Laju dan efisiensi dari suatu reaktor anaerob dipengaruhi oleh (Cavinato, 2011)

1. Jenis limbah yang diolah (karakteristik air limbah),

2. Temperatur yang digunakan pada proses,

3. Keberadaan zat-zat toksik,

4. pH dan alkalinitas,

5. Waktu retensi hidrolik, dan

6. Laju pembebanan reaktor.

 

Referensi:

* MES, T.Z.D. de; STAMS, A.J.M. ; ZEEMAN, G. (2003): Chapter 4. Methane production by anaerobic digestion of wastewater and solid wastes. In: REITH, J.H. (Editor); WIJFFELS, R.H. (Editor); BARTEN, H. (Editor) (2003): Biomethane and Biohydrogen. Status and perspectives of biological methane and hydrogen production. , 58-94

* Dr. Christina Cavinato, ANAEROBIC DIGESTION FUNDAMENTALS I Lecture Notes (2011). http://www.valorgas.soton.ac.uk/Pub_docs/JyU%20SS%202011/CC%201.pdf (diakses 26 sept 2014)

Say Hello to The Green Green Grass In Wastewater Treatment

Mungkin sebagian pembaca akan ingat dengan lagu dari era 1960-an kalau melihat judul di atas (baca: Green Green Grass of Home). Sebaliknya, saya teringat manfaat rumput-rumputan dan kaitannya dengan air limbah ketika mendengar lagu tersebut beberapa waktu lalu. Apa saja hubungan rumput dengan pengolahan air limbah? Yuk kita simak di artikel ini.

 

Kamar Mandi Berumput untuk Mendaur Ulang Air Bekas Mandi

Sumber: www.treehugger.com

Sebuah desain kamar mandi yang sangat menarik oleh Jun Yasumoto , Alban Le Henry, Olivier Pigasse dan Vincent Vandenbrouck. Konsep yang digunakan adalah memanfaatkan tanaman, yang salah satunya dari kelompok rumput-rumputan, untuk menyaring air kotor di kamar mandi. Air kotor yang dimaksud bersumber dari air bekas mandi dan wastafel.

 

Pemanfaatan Vetiver Dalam Mengolah Air Limbah

Pada artikel mengenai wetland (Wastewater Treatment Plant On My Backyard?Yuk, Berwisata di “Taman” Pengolahan Limbah!, Reaktor Pertumbuhan Lekat – Aerob, dan Stormwater…Apa Sih?) telah disebutkan bahwa tanaman-tanaman tertentu memiliki kemampuan yang sangat baik untuk menyaring polutan dari dalam air limbah. Dari jenis rumput-rumputan terdapat vetiver. Vetiver atau akar wangi sudah dikenal cukup lama di Indonesia karena mengandung minyak atsiri yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku wewangian. Di samping itu, akar wangi juga digunakan sebagai bahan baku produk-produk kerajinan tangan. Ternyata, vetiver juga memiliki manfaat besar di dalam pengolahan air limbah. Tanaman ini disukai karena memiliki kemampuan penyerapan air yang sangat tinggi, tahan terhadap bahan-bahan kimia pertanian, serta mampu menyerap logam berat dan nutrien terlarut dari dalam air limbah (Ash & Truong, 2003).

Salah satu aplikasinya adalah dalam mengolah efluen dari kolam pengolahan air limbah domestik di salah satu daerah di tenggara Queensland, Australia. Pengolahan dengan vetiver ini terdiri dari dua tahap. Tahap pertama yaitu tahapan pendahuluan dengan cara memasang ponton yang berisi vetiver serta penanaman vetiver di sekeliling kolam. Tahapan berikutnya adalah pengolahan sistem wetland berkontur yang ditanami dengan vetiver. Penanaman vetiver secara hidroponik pada kolam (dengan sistem ponton) bertujuan untuk mengurangi konsentrasi nutrien di dalam kolam pengolahan agar terhindar dari algal blooming. Kombinasi dua tahapan pengolahan dengan vetiver ini mampu menyisihkan ammonia hingga lebih dari 90%, total nitrogen hingga 66.5%, dan total fosforus hingga 86% (Ash & Truong, 2003).

Ponton Vetiver

 

Rumput Benggala (panicum maximum)

Selain vetiver, tanaman dari kelompok rumput-rumputan yang dapat dimanfaatkan untuk pengolahan air limbah adalah rumput benggala. Tanaman yang banyak digunakan sebagai pakan ternak ini bersifat tahan terhadap musim kering dan mampu hidup di daerah dengan sinar matahari yang tidak terlalu tinggi. Penelitian yang dilakukan oleh Cavan dan Dhulap (2012) memanfaatkan rumput benggala untuk mengolah limbah domestik.

 

Padang Golf Sebagai Tempat Untuk Daur Ulang Air Limbah

Salah satu fasilitas yang dimiliki oleh banyak kawasan industri di Indonesia adalah padang golf. Untuk kenyamanan dan keindahan, tanaman di padang golf (dengan porsi terbesar berupa rumput tentunya) harus dirawat sedemikian rupa. Salah satunya adalah dengan penyiraman. Untuk menjamin ketersediaan air yang diperlukan untuk menyiram rerumputan, dapat digunakan efluen hasil pengolahan limbah yang berasal dari indutri-industri di kawasan tersebut. Jika padang golf terletak di daerah perumahan yang memiliki IPAL terpusat maka efluen pengolahan limbah domestik dapat dimanfaatkan.

Sumber:

* Ash, R., & Truong, P. (2003, October). The use of Vetiver grass wetlands for sewerage treatment in Australia. In Proceedings of 3rd International Conference on Vetiver, Guangzhou, China (pp. 132-141).

* Chavan, B. L., & Dhulap, V. P. (2012). Sewage treatment with constructed wetland using panicum maximum forage grass. Journal of Environmental Science and Water Resources, Wudpecker Research Journals. Accepted for Publication.

Screening Air Limbah

Screening di dalam pengolahan air limbah merupakan salah satu tahapan pra pendahuluan (pre-treatment). Di dalam tahapan ini dilakukan penyisihan material-material berukuran besar (kasat mata) dari dalam air limbah. tujuannya adalah agar material tersebut nantinya tidak akan merusak pompa, aerator, menyumbat pipa, dan peralatan lainnya sehingga proses pengolahan dapat berjalan sebagaimana mestinya. Untuk tujuan tersebut, screen diletakkan di hulu instalasi sebelum air limbah masuk ke dalam unit-unit pengolahan. Umumnya suatu instalasi tidak hanya memasang satu melainkan dua buah screen. Tujuannya adalah agar ada cadangan apabila salah satu screen dalam proses pemeliharaan, pembersihan, maupun perbaikan.

Pada tahapan screening dilakukan penyisihan material yang ukurannya lebih besar dari celah (bukaan) screen yang digunakan. Material yang disisihkan dapat berupa sampah atau benda lainnya (misalnya plastik, daun-daunan, ranting pohon, kayu, dsb) yang kemungkinan masuk ke dalam saluran air limbah. Berdasarkan ukuran celahnya, screen dapat dibagi menjadi dua macam yaitu coarse screen dan fine screen.

Coarse Screen

Ukuran celah pada coarse screen biasanya berkisar antara 6 hingga 150 mm (Metcalf&Eddy, 2004). Dengan ukuran celah tersebut, coarse screen biasanya digunakan untuk menyingkirkan benda-benda berukuran besar. Coarse screen dapat dibedakan berdasarkan metode pembersihannya, yaitu secara manual (manually cleaned) atau mekanik (mechanically cleaned). Tipe manual, selain digunakan untuk melindungi peralatan di IPAL, juga dapat digunakan sebagai cadangan bagi tipe mekanik atau diletakkan pada saluran by-pass. Tipe mekanik adalah yang paling umum digunakan karena tidak memerlukan operator untuk membersihkan permukaannya.

Manually cleaned coarse screen, disebut juga bar screen (sumber:www.sharpengineering.co.in)

Mechanically cleaned coarse screen (sumber:www.fontanar.cz)

 

Fine Screen

Fine screen memiliki ukuran celah kurang dari 6 mm (Metcalf&Eddy, 2004). Dengan ukuran celah yang kecil, fine screen tidak hanya digunakan sebagai instrumen dalam tahap pra pendahuluan, tapi juga sebagai unit pengolahan primer. Pemanfaatan fine screen dapat membantu penyisihan TSS sebanyak 15-30%, BOD sebesar 5-25%, lemak sebanyak 30-50%, dan padatan yang mengapung hingga 90% (wwdmag.com).

 

Fine screen: inclined drum screen (sumber: http://www.hydrofluxhuber.com.au)

Memilih Screen yang Tepat

Beberapa pertimbangan dalam pemilihan screen yaitu (huberforum.net):

  • Kecepatan aliran maksimum dan minimum air limbah yang akan melewati screen
  • Debit air limbah saat ini dan di masa yang akan datang
  • Besarnya celah yang diperlukan
  • Headloss yang melewati screen
  • Penanganan material yang tertahan pada screen hingga pembuangannya
  • Ketersediaan ruang
  • Pola debit harian
  • Karakteristik air limbah (dalam hal ini jenis/ukuran material yang akan melewati screen)
  • Biaya instalasi dan operasional
  • Lokasi pemasangan (indoor atau outdoor)
  • Mekanisme pemantauan operasional screen
  • Potensi timbulnya bau
  • Bentuk dan model screen
  • Material screen

 

Sumber:

* Metcalf and Eddy, 2004, Wastewater Engineering 4th edition, McGraw Hill International Editions, New York.

* www.wwdmag.com (diakses 7 Mei 2014)

* http://huberforum.net/we&t (diakses 7 Mei 2014)

100 Tahun Activated Sludge (1914 – 2014)

Tahukah Anda bahwa tahun ini adalah ulang tahun keseratus proses activated sludge (lumpur aktif)? Dalam rangka memperingati seratus tahunnya proses activated sludge di dunia pengolahan air limbah, saya ingin berbagi mengenai sejarah dan  proses utama dari activated sludge.

Penemu Activated Sludge, Edward Ardern (sebelah kiri, berdiri) dan William Lockett (sebelah kanan, duduk) pada tahun 1910 (Sumber: www.activatedsludgeconference.com)

Proses activated sludge pertama kali dipublikasikan oleh dua peneliti, Edward Ardern dan William Lockett, pada 3 April 1914 di Manchester. Makalah berjudul “Experiments on the Oxidation of Sewage Without the Aid of Filters” yang mereka presentasikan saat itu menjadi cikal bakal activated sludge dalam pengolahan air limbah. Eksperimennya sendiri telah dilakukan sejak tahun 1913, dimana pada saat itu mereka melakukan aerasi pada sampel dari limbah domestik di Manchester di dalam botol berukuran sekitar 2.3 liter (80 oz). Pada selang berbentuk siku yang dimasukkan ke dalam botol dialirkan udara agar terjadi proses aerasi serta pengadukan air limbah. Proses aerasi dilakukan selama 24 jam dan pengamatan awal dilakukan selama lima minggu. Setelah lima minggu, cairan yang jernih dikeluarkan dari dalam botol dan limbah yang masih baru ditambahkan ke dalam padatan yang tersisa di dalam botol. Proses seperti ini mereka lakukan berulang kali. Mereka mendapati bahwa semakin banyak padatan yang terdapat di dalam botol, semakin cepat pula waktu oksidasi yang diperlukan, hingga pada akhirnya hanya diperlukan waktu 24 jam untuk mengoksidasi limbah yang baru. Pada masa itu, proses aerasi air limbah yang kini menjadi hal yang sangat biasa merupakan suatu penemuan yang revolusioner.

Di dalam makalah yang mereka publikasikan, dijelaskan ada tiga hal mutlak bagi proses activated sludge yaitu aerasi air limbah dengan keberadaan mikroorganisme, penyisihan padatan biologis dengan proses pengendapan, dan resirkulasi padatan yang telah diendapkan ke dalam tangki aerasi.

1. Aerasi air limbah dengan keberadaan mikroorganisme

Udara (dalam hal ini oksigen) dilarutkan ke dalam air limbah yang telah melewati pengolahan primer. Dengan adanya oksigen, mikroorganisme aerob akan dapat melakukan proses metabolisme dengan memanfaatkan senyawa organik dari dalam air limbah sebagai sumber karbon serta membentuk flok-flok (padatan biologis). Dalam proses metabolismenya, mikroorganisme aerob juga memerlukan nutrien. Nutrien makro yang diperlukan yaitu nitrogen dan fosfor yang umumnya sudah tersedia di dalam air limbah.

2. Penyisihan padatan biologis dengan proses pengendapan

Setelah proses aerasi dan pembentukan flok, air limbah akan masuk ke dalam tangki selanjutnya untuk proses pengendapan flok. Flok-flok yang diendapkan ini dikenal dengan istilah sludge (lumpur). Berbeda dengan tangki aerasi yang memiliki tingkat turbulensi yang tinggi, tangki pengendapan bersifat lebih tenang. Dengan aliran yang tenang ini, flok-flok yang telah terbentuk tidak akan pecah sehingga mudah untuk diendapkan.

3. Resirkulasi padatan yang telah diendapkan ke dalam tangki aerasi.

Setelah lumpur diendapkan, cairan yang jernih (supernatan) dialirkan ke saluran efluen untuk pengolahan berikutnya, sementara lumpur diresirkulasi ke tangki aerasi. Lumpur yang diresirkulasi ini mengandung mikroorganisme yang “lapar” zat-zat organik. Nah, di tangki aerasi itulah mereka akan diaktifkan kembali dengan cara memberi makanan berupa zat organik berikut nutrien. Resirkulasi lumpur ini juga dilakukan untuk menjamin jumlah miktoorganisme yang diperlukan di tangki aerasi mencukupi untuk proses penyisihan zat organik.

 

Diagram Proses Activated Sludge (sumber: www.iwawaterwiki.org)

Beberapa tujuan utama penggunaan proses activated sludge yaitu (www.iwawaterwiki.org):

  • Oksidasi senyawa karbon (senyawa biologis)
  • Oksidasi senyawa nitrogen, terutama ammonium dan nitrogen organik
  • Menyisihkan fosfat
  • Membebaskan gas-gas terlarut
  • Membentuk flok-flok biologis agar mudah diendapkan
  • Menghasilkan efluen dengan kadar TDS dan TSS rendah

 

Sumber:

www.iwawaterwiki.org (diakses 7 April 2014)

www.brighthubengineering.com (diakses 4 April 2014)

www.activatedsludgeconference.com  (diakses 7 April 2014)