NDH - Sistem Lumpur Aktif

SISTEM LUMPUR AKTIF　(ACTIVATED SLUDGE)

Sistem Lumpur Aktif Lumpur aktif adalah proses pertumbuhan mikroba

tersuspensi. Istilah lumpur aktif dipergunakan untuk memberi nama

proses pengolahan limbah dan kadang digunakan untuk menamai padatan biologik.

Sel mikroba membentuk flok yang akan mengendap di tangki penjernihan.

Kemampuan bakteri dalam membentuk flok menentukan keberhasilan pengolahan limbah secara biologi, karena akan memudahkan pemisahan partikel dan air limbah.

Proses ini pada dasarnya merupakan pengolahan aerobik yang mengoksidasi material organik menjadi CO2 dan H2O, NH4 dan sel biomassa baru.

Karakteristik Lumpur Aktif Terdiri dari campuran komunitas mikroorganisme

yang melakukan metabolisme dan transformasi bahan organik dan inorganik menjadi bentuk-bentuk yang dapat diterima lingkungan.

Tipe mikroorganisme didalam lumpur aktif terdiri dari kurang lebih 95% bakteri dan 5% organisme yang lebih tinggi tingkatannya seperti protozoa, rotifera, dan invertebrata lainnya.

Pengendalian mikroorganisme diperlukan untuk mengontrol proses lumpur aktif.

Distribusi Ukuran Partikel Dalam Lumpur Aktif

Reaksi Biokimiawi Lumpur Aktif Oksidasi dan Sintesis

CHONS + O2 + Nutriens CO2 + NH3 + C5H7NO2+ Produk Akhir Lain

Respirasi EndogenusC5H7NO2 + 5O2 5CO2+ 2H2O+ NH3+ Energi

Nitrifikasi2NH4+ 3O2 2NO2- + 4H + 2H20 + Energi2NO2+ O2 2NO2-+ Energi

Nitrosomonas

Nitrobacter

Parameter Lumpur Aktif Sludge Volume Index (SVI)

Mixed-Liqour Suspended Solids (MLSS)

Mixed-Liqour Volatile Suspended Solids (MLVSS)

Food-to-Microorganism Ratio (F/M Ratio)

Hydraulic Retention Time (HRT)

Umur lumpur (Sludge age)

Mixed-Liqour Suspended Solids (MLSS)

Isi tangki aerasi dalam sistem lumpur aktif disebut sebagai Mixed Liqour yang diterjemahkan sebagai lumpur campuran.

MLSS adalah jumlah total dari padatan tersuspensi yang berupa material organik dan mineral, termasuk didalamnya mikroorganisme.

MLSS ditentukan dengan cara menyaring lumpur campuran dengan kertas saring (filter), kemudian filter dikeringkan pada temperatur 105OC, dan berat padatan dalam contoh ditimbang.

Indeks Volume Lumpur (Sludge Volume Index/SVI) Metode untuk monitoring pengendapan lumpur

adalah dengan mengukur indeks volume lumpur. Caranya: lumpur campuran dari tangki aerasi

dimasukkan dalam silinder volume 1 liter dan dibiarkan selama 30 menit.

Volume lumpur yang mengendap adalah SV/Sludge Volume dan MLSS adalah Mixed Liquor Suspended Solid (mg/l).

Dalam pengolahan lumpur konvensional, nilai SVI berkisar 50-150 ml/g.

MLSSSVSVI

1000

Mixed-Liqour Volatile Suspended Solids (MLVSS) Porsi material organik pada MLSS diwakili oleh

MLVSS, yang berisi material organik bukan mikroba, mikroba hidup dan mati, dan hancuran sel.

MLVSS diukur dengan memanaskan terus sampel filter yang telah 　 kering pada 600 – 650OC, dan nilainya mendekati 65-75% dari MLSS.

Food-to-Microorganism Ratio (F/M Ratio)

Parameter ini merupakan indikasi beban organik yang masuk kedalam sistem lumpur aktif dan diwakili nilainya dalam kilogram BOD per kilogram MLSS per hari.

Rasio F/M yang rendah mencerminkan bahwa mikrooranisme dalam tangki aerasi dalam kondisi lapar, semakin rendah rasio F/M pengolahan limbah semakin efisien

Lebih tinggi laju sirkulasi lumpur aktif lebih tinggi pula rasio F/M-nya.

VMLSSBODQMF

/

Q = Laju alir limbah Juta Galon per hari (MGD)BOD = BOD (mg/l)]MLSS = Mixed liquor suspended solids (g/l)V = Volume tangki aerasi (Gallon)

Hydraulic Retention Time (HRT) Waktu rata-rata yang dibutuhkan oleh

larutan influent masuk dalam tangki aerasi untuk proses lumpur aktif

Nilainya berbanding terbalik dengan laju pengenceran (D)

QVDHRT //1

V = Volume tangki aerasiQ = Laju influent air limbah ke dalam tangki aerasiD = Laju pengenceran

Umur Lumpur (Sludge age)

wwee QSSQSSVMLSSHariUmurLumpur

)(

Umur lumpur adalah waktu tinggal rata-rata mikroorganisme dalam sistem

Jika HRT memerlukan waktu dalam jam, maka waktu tinggal sel mikroba dalam tangki aerasi dapat dalam hari lamanya

Parameter ini berbanding terbalik dengan laju pertumbuhan mikroba

MLSS = Mixed liquor suspended solids (mg/l)V = Volume tangki aerasi (L)SSe = Padatan tersuspensi dalam effluent (mg/l)SSw = Padatan tersuspensi dalam lumpur limbah (mg/l)Qe = Laju effluent limbah (m3/hari)Qw = Laju influent limbah (m3/hari)

Model Konvensional Modified Sistem Konvensional

Konfigurasi Reaktor Lumpur Aktif

Sistem Konvensional

Tangki AerasiAkhir Penjernih

PenjernihUtama

Lumpur aktif balik

Kelebihan Lumpur

Limbah cair

Tangki Aerasi Oksidasi aerobik material organik dilakukan dalam tangki ini.

Effluent pertama masuk dan tercampur dengan Lumpur Aktif Balik membentuk lumpur campuran (Mixed Liquor) yang mengandung padatan tersuspensi sekitar 1500 – 2500 mg/l.

Karakteristik dari proses lumpur aktif adalah adanya daur ulang dari biomassa.

Keadaan tersebut membuat sejumlah besar mikroorganisme mengoksidasi senyawa organik dalam waktu yang singkat.

Waktu tinggal dalam tangki aerasi berkisar 4 – 8 jam

Tangki Aerasi

Tangki Sedimentasi Tangki ini digunakan untuk sedimentasi flok

mikroba (lumpur) yang dihasilkan selama fase oksidasi dalam tangki aerasi.

Seperti disebutkan diawal bahwa sebagian dari lumpur dalam tangki penjernih didaur ulang kembali dalam bentuk Lumpur Aktif Balik kedalam tangki aerasi dan sisanya dibuang untuk menjaga rasio yang tepat antara makanan dan mikroorganisme.

Bak Sedimentasi

Lumpur Aktif Balik

Bakteri

Bakteri memiliki diameter kira-kira 0,001 mm sehingga untuk melihatnya diperlukan bantuan mikroskop.

Organisme bersel satu ini tumbuh di dalam limbah cair dengan mengkonsumsi bahan biodegradable seperti protein, karbohidrat, lipid dan beberapa senyawa lainnya.

Pada proses pemecahan nutrient, dan dalam menyusun kembali pecahan nutrient menjadi senyawa baru sesuai kebutuhan, sel memerlukan enzim.

Peran Bakteri dalam Lumpur Aktif Bakteri menyebabkan proses oksidasi,

sementara proses aerasi menyediakan oksigen yang dibutuhkan dan menghasilkan tenaga yang memadai untuk memutarkan endapan lumpur itu melalui air limbah.

Pertumbuhan Bakteri Lag-phase

Accelerated growth-phase

Declining growth-phase

Stationary-phase

Death-phase

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan Bakteri Pada saat tersedia makanan yang cukup, bakteri

akan tumbuh dan mempunyai flagella serta bereproduksi.

Jika tidak ada makanan, maka bakteri akan meninggalkan flagella-nya dan melapisi badan-nya

F/M dan Penggunaan O2

Formasi flok dan Oksigen terlarut Pencampuran dan pH Suhu dan Nutrient

Bakteri

Protozoa Keberadaan protozoa

berhubungan dengan kualitas efluen dan kinerja perusahaan.

Protozoa dalam proses penanganan lumpur aktif meliputi tiga klas yaitu amoeba, flagelata dan siliata.

Faktor yang mempengaruhi pertumbuhan protozoa yaitu suhu, pH, oksigen terlarut, dan nutrient.

Rotifera Dikenal sebagai Wheel Animacules (binatang

beroda). Ukuranya mencapai 40µm-2,5µm, rata-rata 200µm. Tubuhnya transparan, jika berwarna itu disebabkan oleh saluran pencernaan.

Rotifera jarang ditemukan dalam jumlah besar di dalam proses pengolahan limbah cair.

Dua peranan Rotifera yaitu mengurangi jumlah bakteri dan membentuk flok.

Muscus dikeluarkan oleh Rotifera baik melalui mulut maupun kakinya untuk membentuk flok.

Rotifera dapat digunakan menjadi indikasi kestabilan bahan organik.

Peran Mikroorganisme Bahan organik didalam limbah agroindustri berasal dari

sisa bahan pertanian yang diolah dalam industri sehingga mempunyai karakteristik yang sama.

Salah satu sifat bahan hasil pertanian adalah mudah didegradasi oleh Mikroorganisme.

Proses degradasi dilakukan oleh mikroorganisme aerob maupun anaerob maka pengolahan limbahnya dinamakan pengolahan aerob dan pengolahan anaerob.

Dari hasil penelitian oleh Wagiman et al. (2004), menunjukkan selama model kontinyu, rata-rata penurunan bahan organik dihitung dengan COD mencapai 89.78% pada tahap anaerobik, 67.10% pada tahap aerobik dan 97.43% jika dilihat secara total sistem (Table 5.1).

Meskipun presentase penurunan bahan organik sangat besar, tetapi jika dilihat dari efluen belum tentu memenuhi baku mutu limbah cair.

Table 5.1 Efisiensi Penyisihan Bahan Organik

Efisiensi (%)Hari ke- ABR Lumpur Aktif Total

33 87.21 82.70 97.7939 88.30 80.73 97.7544 91.02 71.39 97.4349 88.66 72.52 96.8854 90.4 75.62 97.6859 91.36 71.68 97.5563 69.44 92.18 97.6168 88.11 53.15 94.4373 90.88 46.44 95.1278 91.00 72.27 97.5183 95.88 81.29 99.2388 97.61 35.25 98.4593 98.48 23.66 98.8498 88.50 80.52 97.76

Rata-rata 89.78 67.10 97.43

Masalah Akibat Tidak Sehatnya Lumpur Aktif

Ukuran dan bentuk flok partikel Dispersed growth

Slime bulking

Toksisitas Filamentous bulking dan foaming