PENGGUNAAN MEMBRAN BIOREAKTOR (MBR) PADA ACTIVATED SLUDGE DALAM PENGOLAHAN LIMBAH CAIR INDUSTRI Chandra Ayu Diah Anggraeni (2309105004) dan Safitri Kurniasari (2309105017) Pembimbing : Dr. Ir. Tontowi Ismail, MS Laboratorium Teknologi Biokimia Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS Kata kunci : MBR, SMBR, COD, activated sludge, flux Abstrak Tujuan dari penelitian ini adalah untuk meneliti kinerja pada sistem Membran Bio Reaktor (MBR) yakni kemampuan menurunkan kandungan COD, meneliti pengaruh kondisi anoxic terhadap pengurangan kandungan N dalam air limbah industri. Meneliti kinerja MBR dan SMBR terhadap perubahan fluks. Penelitian ini mengenai pengolahan limbah cair sintesa dengan kandungan ammonia tinggi secara biologis menggunakan Membrane Bio Reactor (MBR). Pengolahan secara biologis ini menggunakan lumpur aktif yang berasal dari tangki aerasi pengolahan limbah pada Surabaya Industrial Estate Rungkut (SIER) dilakukan dalam dua tahap yaitu tahap pendahuluan dan tahap percobaan utama. konsentrasi COD yang digunakan adalah 900,1800, dan 2250 mg/L, konsentrasi biomassa (MLSS) 2000 – 6000 mg/L. Pengamatan terhadap oksigen terlarut (DO), SV, dan bioassay juga dilakukan. Dari hasil penelitian menggunakan membran menunjukkan bahwa proses pada rate 31,5 L/hari dengan COD 2250 mg/L mampu menurunkan sebesar 473 dengan F/M ratio 0,21; pada COD 1800mg/L mampu menurunkan sebesar 178 dengan F/M ratio 0,2; pada COD 900mg/L mampu menurunkan sebesar 64 dengan F/M ratio 0,19 dengan DO berkisar 3,6 – 4,9. Dari hasil penelitian tanpa menggunakan membran menunjukkan bahwa proses pada rate 31,5 L/hari dengan COD 2250 mg/L mampu menurunkan sebesar 520 dengan F/M ratio 0,21; pada COD 1800mg/L mampu menurunkan sebesar 190 dengan F/M ratio 0,2; pada COD 900mg/L mampu menurunkan sebesar 67 dengan F/M ratio 0,19 dengan DO berkisar 3,6 – 4,9. COD menggunakan membran dan tanpa menggunakan membran didapatkan hasil yang tidak terlalu jauh . Fluks pada percobaan MBR dari kecepatan 30 L/m 2 jam turun menjadi 20,7 L/m 2 jam dalam waktu 15 menit, dibandingkan SMBR dari kecepatan 24 L/m 2 jam turun menjadi 7,2 L/m 2 jam dalam waktu 15 menit . Menurunkan konsentrasi NH 3 dari 349,978 mg/L pada COD 2250 mg/lt menjadi 86,016 mg/lt dengan % removal sebesar 75,42%, dapat menurunkan konsentrasi NH 3 dari 242,458 mg/L pada COD 1800 mg/lt sebesar 22,5792 mg/lt dengan % removal sebesar 90,69%, dan dapat menurunkan konsentrasi NH 3 dari 152,141 mg/L pada COD 900 mg/L menjadi 7,7952 mg/L dengan % removal sebesar 94,88 %. Menurunkan konsentrasi NO 3 dari 0,08348 mg/L pada COD 2250 mg/lt menjadi 0,01871 mg/lt dengan % removal sebesar 77,59%, dapat menurunkan konsentrasi NO 3 dari 0,06045 mg/L pada COD 1800 mg/lt sebesar 0,0072 mg/lt dengan % removal sebesar 88,10%, dan dapat menurunkan konsentrasi NO 3 dari 0,03023 mg/L pada COD 900 mg/L menjadi 0,00217 mg/L dengan % removal sebesar 92,81%. 1. Pendahuluan 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). 2. Metodologi Variabel Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan variabel sebagai berikut : 1. COD : 900, 1800 dan 2250 mg/l 2. MLSS : 2000 - 6000 mg/l
9
Embed
PENGGUNAAN MEMBRAN BIOREAKTOR (MBR) PADA … · PENGGUNAAN MEMBRAN BIOREAKTOR (MBR) PADA ACTIVATED SLUDGE DALAM PENGOLAHAN LIMBAH CAIR INDUSTRI Chandra Ayu Diah Anggraeni (2309105004)
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PENGGUNAAN MEMBRAN BIOREAKTOR (MBR) PADA ACTIVATED SLUDGE
DALAM PENGOLAHAN LIMBAH CAIR INDUSTRI Chandra Ayu Diah Anggraeni (2309105004) dan Safitri Kurniasari (2309105017)
Pembimbing : Dr. Ir. Tontowi Ismail, MS
Laboratorium Teknologi Biokimia
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Kata kunci : MBR, SMBR, COD, activated sludge, flux
Abstrak
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk meneliti kinerja pada sistem Membran Bio Reaktor (MBR) yakni
kemampuan menurunkan kandungan COD, meneliti pengaruh kondisi anoxic terhadap pengurangan kandungan N
dalam air limbah industri. Meneliti kinerja MBR dan SMBR terhadap perubahan fluks.
Penelitian ini mengenai pengolahan limbah cair sintesa dengan kandungan ammonia tinggi secara biologis
menggunakan Membrane Bio Reactor (MBR). Pengolahan secara biologis ini menggunakan lumpur aktif yang berasal
dari tangki aerasi pengolahan limbah pada Surabaya Industrial Estate Rungkut (SIER) dilakukan dalam dua tahap yaitu
tahap pendahuluan dan tahap percobaan utama. konsentrasi COD yang digunakan adalah 900,1800, dan 2250 mg/L,
konsentrasi biomassa (MLSS) 2000 – 6000 mg/L. Pengamatan terhadap oksigen terlarut (DO), SV, dan bioassay juga
dilakukan.
Dari hasil penelitian menggunakan membran menunjukkan bahwa proses pada rate 31,5 L/hari dengan COD
2250 mg/L mampu menurunkan sebesar 473 dengan F/M ratio 0,21; pada COD 1800mg/L mampu menurunkan sebesar
178 dengan F/M ratio 0,2; pada COD 900mg/L mampu menurunkan sebesar 64 dengan F/M ratio 0,19 dengan DO
berkisar 3,6 – 4,9. Dari hasil penelitian tanpa menggunakan membran menunjukkan bahwa proses pada rate 31,5 L/hari
dengan COD 2250 mg/L mampu menurunkan sebesar 520 dengan F/M ratio 0,21; pada COD 1800mg/L mampu
menurunkan sebesar 190 dengan F/M ratio 0,2; pada COD 900mg/L mampu menurunkan sebesar 67 dengan F/M ratio
0,19 dengan DO berkisar 3,6 – 4,9. COD menggunakan membran dan tanpa menggunakan membran didapatkan hasil
yang tidak terlalu jauh . Fluks pada percobaan MBR dari kecepatan 30 L/m2 jam turun menjadi 20,7 L/m
2 jam dalam
waktu 15 menit, dibandingkan SMBR dari kecepatan 24 L/m2 jam turun menjadi 7,2 L/m
2 jam dalam waktu 15 menit .
Menurunkan konsentrasi NH3 dari 349,978 mg/L pada COD 2250 mg/lt menjadi 86,016 mg/lt dengan % removal
sebesar 75,42%, dapat menurunkan konsentrasi NH3 dari 242,458 mg/L pada COD 1800 mg/lt sebesar 22,5792 mg/lt
dengan % removal sebesar 90,69%, dan dapat menurunkan konsentrasi NH3 dari 152,141 mg/L pada COD 900 mg/L
menjadi 7,7952 mg/L dengan % removal sebesar 94,88 %. Menurunkan konsentrasi NO3 dari 0,08348 mg/L pada COD
2250 mg/lt menjadi 0,01871 mg/lt dengan % removal sebesar 77,59%, dapat menurunkan konsentrasi NO3 dari 0,06045
mg/L pada COD 1800 mg/lt sebesar 0,0072 mg/lt dengan % removal sebesar 88,10%, dan dapat menurunkan
konsentrasi NO3 dari 0,03023 mg/L pada COD 900 mg/L menjadi 0,00217 mg/L dengan % removal sebesar 92,81%.
1. Pendahuluan
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).
2. Metodologi
Variabel
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan variabel
sebagai berikut :
1. COD : 900, 1800 dan 2250 mg/l
2. MLSS : 2000 - 6000 mg/l
Analisa Pendahuluan
Analisa pendahuluan terhadap air limbah dilakukan
untuk mengetahui konsentrasi MLSS, MLVSS,
BOD/COD dari limbah cair industri. Data ini
digunakan selanjutnya untuk menghitung jenis dan
jumlah nutrisi yang perlu ditambahkan dan
pengkondisian tahap aklimatisasi mikroba. Untuk
keperluan analisa konsentrasi BOD/COD dan MLSS,
MLVSS, dan DO ditentukan berdasarkan Standart
Method for Examination of Waste and Wastewater
(APHA, 1992). Tahap pembibitan dan aklimatisasi
Pembibitan dilakukan dengan mengambil lumpur
aktif yang diperoleh dari tangki aerasi pengolahan
limbah pada Surabaya Industrial Estate Rungkut
(SIER).
Melakukan tahap aklimatisasi dengan
menambahkan limbah sintetis di tangki aerasi.
Melakukan pengamatan dan menganalisa COD,
MLSS, MLVSS, DO, dan bioassay setiap hari.
Menghentikan tahap aklimatisasi apabila dari
hasil pengamatan COD dan MLSS telah
menunjukan kondisi yang stabil.
Melanjutkan ke tahap percobaan.
Tahap percobaan o Mengalirkan limbah dari tangki aerasi ke tangki
anoxic dengan menjalankan recycle.
o Menambahkan limbah sintesis dengan ke dalam
tangki anoxic.
o Melakukan pengamatan dan menganalisa DO
pada tangki anoxic.
o Melakukan pengamatan dan menganalisa COD,
MLSS, MLVSS, DO, Bioassay, kadar amonia
pada tangki aerasi.
o Bila di tangki aerasi limbah mengalami
overflow ke sisi bagian filtrasi yang terdapat
membran ultrafiltrasi sampai terisi penuh, maka
pompa membran ultrafiltrasi dijalankan.
o Melakukan pengamatan dan menganalisa COD,
kadar amonia serta mengukur turbidity pada hasil
filtrasi membran.
o Melakukan pencucian backwashing setelah
membran beroperasi dalam waktu tertentu dan
fluks permeat yang dihasilkan tidak efisien lagi.
o Melakukan operasi seperti langkah-langkah diatas
dengan mengganti variabel yang telah ditetapkan.
Gambar 1. Skematik MBR
3. Hasil dan Pembahasan
Karakteristik limbah ditunjukkan pada Tabel 1 sebagai
berikut :
Tabel 1 Komposisi Lumpur Aktif PT. SIER Surabaya
No Parameter Lumpur Aktif Konsentrasi
1 COD, mg/L 224
2 BOD, mg/L 149,3
3 MLSS, mg/L 6050
4 MLVSS, mg/L 4830
5 DO 3,8
6 SV, ml/L 700
Tahap Pendahuluan
Gambar 2. Pengamatan MLSS dan COD (mg/L)
terhadap waktu (hari)
Pada Gambar 2. menunjukkan kurva
pengamatan COD dan MLSS pada tahap pembibitan
dan aklimatisasi membutuhkan waktu selama 10 hari.
Dimana terjadi kenaikan MLSS secara signifikan,
namun pada hari ke-3 konsentrasi MLSS mengalami
penurunan. Hal ini terjadi karena adanya penyesuaian
mikroorganisme terhadap kondisi lingkungan. Selain
itu bisa juga dikarenakan mikroorganisme yang
terdapat di dalam lumpur aktif tersebut terikut bersama
supernatan yang terganti dengan limbah sintetis. Pada
hari ke-5 terjadi peningkatan MLSS, hal ini
menunjukkan bahwa pertumbuhan mikroorganisme
relative baik. Kenaikan ini terjadi secara bertahap dan
dihentikan bila MLSS relatif konstan yaitu pada hari ke
10. Sedangkan untuk pengamatan COD pada grafik
menunjukkan selama waktu 10 hari terjadi penurunan
nilai COD. Tahap pembibitan dan aklimatisasi terus
dilakukan seiring dengan meningkatnya konsentrasi
MLSS dan menurunnya konsentrasi COD. Penurunan
konsentrasi COD terjadi karena adanya
mikroorganisme yang dapat beradaptasi dengan limbah
sintetis tersebut dan mampu mendegradasi bahan
organik secara baik.
Tahap Percobaan
Berikut ini hasil pengolahan limbah cair
sintesa dengan kandungan ammonia tinggi secara
biologis dalam mendegradasi beban organik :
Chemical Oxygen Demand (COD)
COD (mg/L) menggunakan membran
Gambar 3. COD (mg/L) terhadap waktu (hari) pada
tangki aerobik
% Removal COD menggunakan membran
Gambar 4. % Removal COD terhadap waktu (hari)
pada tangki aerobik
Untuk mengetahui adanya pengaruh konsentrasi COD
menggunakan membran dapat dilihat pada gambar 3.
dan 4. yang menunjukan hubungan antara konsentrasi
COD terhadap waktu untuk mendegradasi limbah
organik pada pengaruh variasi COD umpan 900 mg/L,
1800 mg/L, dan 2250 mg/L. Pada grafik diatas COD
mengunakan membran yang diperoleh dari hari ke-1
sampai hari ke-15 mengalami penurunan. Pada COD
umpan 900 mg/L didapatkan nilai COD pada aerobik
sebesar 440 - 64 mg/L dengan % removal COD 51,11-
92,89 %. COD umpan 1800 mg/L didapatkan nilai
COD pada aerobik sebesar 678 - 178 mg/L dengan %
removal COD 62,33 - 90,11 %. Dan COD umpan 2250
mg/L didapatkan nilai COD pada aerobik sebesar 1050
- 473 mg/L dengan % removal COD 53,33 - 78,89 %.
COD (mg/L) tanpa menggunakan membran
Gambar 5.COD (mg/L) terhadap waktu (hari) pada
tangki aerobic
% Removal COD tanpa menggunakan membran
Gambar 6. % Removal COD terhadap waktu (hari)
pada tangki aerobik
Sedangkan untuk mengetahui adanya pengaruh
konsentrasi COD tanpa menggunakan membran dapat
dilihat pada gambar 5. dan 6. yang menunjukan
hubungan antara konsentrasi COD terhadap waktu,
untuk mendegradasi limbah organik pada pengaruh
variasi COD umpan yang berbeda yaitu 900 mg/L,
1800 mg/L, dan 2250 mg/L. Pada grafik diatas COD
tanpa mengunakan membran yang diperoleh dari hari
ke-1 sampai hari ke-15 mengalami penurunan. Pada
COD umpan 900 mg/L didapatkan nilai COD pada
aerobik sebesar 463 – 67 mg/L dengan % removal
COD 48,55 – 92,55 %. Sedangkan pada COD umpan
1800 mg/L didapatkan nilai COD pada aerobik sebesar
698 – 190 mg/L dengan % removal COD 61,22 – 89,44
%. Dan pada COD umpan 2250 mg/L didapatkan nilai
COD pada aerobik sebesar 1084 – 520 mg/L dengan %
removal COD 51,82 – 76,89 %. Dari data
perbandingan di atas antara effluent menggunakan
membran dan tanpa menggunakan membran
menunjukan bahwa tidak terjadi perbedaan hasil yang
terlalu jauh. Hal yang sama ditunjukkan juga pada %
removal COD. Hal ini menunjukkan bahwa penggunan
membrane tidak menurunkan nilai COD, tetapi hanya
untuk mengurangi padatan tersuspensi. Pengolahan
limbah cair dengan lumpur aktif di proses aerobik
dipengaruhi oleh rasio F/M yang dapat mempengaruhi
removal COD. Jika rasio F/M terlalu besar maka akan
terjadi bulking sludge, karena tidak terjadi
keseimbangan antara konsentrasi biomass lumpur aktif
dengan pemberian nutrisi/substrat sehingga
memungkinkan kebutuhan dissolved oxygen (DO)
semakin meningkat. Namun jika rasio F/M terlalu
kecil, maka proses di tangki aerobik kurang baik
karena adanya ketidakseimbangan F/M ratio maka
proses filtrasi berfungsi untuk menyempurnakan proses