Prinsip2 BioProses Dalam Pengolahan Limbah-Sampah

DASAR-DASAR DASAR-DASAR BIOPROSES dan BIOPROSES dan APLIKASINYA dalam APLIKASINYA dalam PENGOLAHAN LIMBAHPENGOLAHAN LIMBAH

Wiratni, Ph.D & Agus Prasetya, Ph.DWiratni, Ph.D & Agus Prasetya, Ph.D

Jurusan Teknik Kimia &Jurusan Teknik Kimia &

Magister Sistem TeknikMagister Sistem Teknik

FT-UGMFT-UGM

Tujuan pengolahan limbah/ Tujuan pengolahan limbah/ sampah secara biologissampah secara biologis

Transform dissolved and particulate biodegradable complex substances into simpler and acceptable products.

Capture suspended and non-settleable colloidal solids into biological floc/biofilm

Remove nutrients (nitrogen and phosporous compunds)

Remove specific trace organic constituents and compounds (esp. from industrial wastewater).

Peran Mikroorganisme dalam Peran Mikroorganisme dalam Pengolahan Limbah/SampahPengolahan Limbah/Sampah

a(CHON) + b[O2] + c NH

3 + d PO

43-

→ x (sel2 baru) + y CO2 + z H

2O

organic compound, C-sources

for aerobic process sources of nutrients

results of aerobic processmicro-organism

?

Mikroorganisme vs. Manusia

SAMA-SAMA PERLU “KENYAMANAN”

Penyimpanan Mikroorganisme

Pada ‘agar miring’ yang disebut SLANTJika akan digunakan dalam reaktor, m.o. dikeruk dari permukaan agardan ‘ditanam’ dalam medium. Proses ‘penanaman’ ini disebut INOKULASI

Pemindahan (yang salah)

SHOCKED!Skala:Mililiter

Skala:Kiloliter

Proses Inokulasi di Industri

Faktor-faktor penting dalam inokulasi

Skala pindahan (rule of thumb: 1/10 skala berikutnya)

Umur mikroorganisme:

m.o. yang dipindahkan harus masih pada puncak produktivitasnya agar segera bisa berkembang biak di lingkungan barunya

APA SAJA YANG APA SAJA YANG MENENTUKAN MENENTUKAN ‘KENYAMANAN’ ‘KENYAMANAN’ MIKROORGANISME ?MIKROORGANISME ?

Komposisi medium, Komposisi medium, pH, pH, Suhu, Suhu, OksigenOksigen

KOMPOSISI MEDIUMKOMPOSISI MEDIUM

Apa makanan favorit kita?

IndiaIndonesia

JepangUSA

Apa makanan favorit mikro-Apa makanan favorit mikro-organisme (m.o)?organisme (m.o)?

Setiap spesies mikroorganisme punya ‘makanan favorit’ yang spesifik

Makanan mikroorganisme disebut SUBSTRAT atau MEDIUM

Karakter spesifik mengenai makanan ini membuat m.o. sangat rentan terhadap komposisi substrat.

Komposisi substrat penting diketahui → perbanyakan m.o.

Substrat Tipikal untuk mikro-organisme (m.o)

Glukosa (sumber karbon)

Contoh: untuk yeast, konsentrasi glukosa max. 100 g/L. Di atas konsentrasi tersebut, glukosa bersifat inhibitor terhadap yeast.

Senyawa amonium (sumber nutrisi) Senyawa fosfat (sumber nutrisi)

INHIBITORINHIBITOR Senyawa yang menjadi PENGHAMBAT dalam suatu

bioproses (INHIBITOR).(INHIBITOR). InhibitorInhibitor ini dapat berupa:

a). inhibitor yang bersifat racun terhadap m.o. sehingga dapat membunuh m.o. yang telah diinokulasikanb). inhibitor yang merupakan senyawa reaktif terhadap produk reaksi atau terhadap nutrisi dalam mediumc). inhibitor yang merupakan senyawa penyebab terjadinya perubahan ekstrim dalam sifat fisis bahan dalam alat.

pHpH

Efek pH pada m.o.Efek pH pada m.o.

Fungsi m.o. sangat dikendalikan oleh kerja enzim-enzim dalam selnya.

Beberapa jenis enzim memiliki gugus ionik pada active site-nya.

Perubahan pH pada medium dapat menyebabkan perubahan bentuk-bentuk ionik ini dan pada kondisi ekstrim dapat menonaktifkan enzim tersebut.

Oleh karena itu, m.o. hanya bisa hidup dengan baik pada kisaran pH tertentu.

Strategi Pengendalian pHStrategi Pengendalian pH

Penambahan asam/basa untuk penyesuaian pH agar optimum untuk kehidupan m.o.

SUHUSUHU

Seberapa sensitif manusia terhadap suhu?

Makhluk yang lebih 'maju' cenderung hanya tahan pada rentang kondisi yang lebih sempit daripada makhluk yang lebih ‘primitif’

Adaptasi makhluk yang lebih 'primitif' terhadap perubahan kondisi lingkungan lebih baik.

Mikroorganisme

Psychrophiles (suhu rendah 5-20oC) Mesophiles (suhu sedang 20-40oC) Thermophiles (suhu tinggi 40-60oC) Extremophiles (suhu sangat rendah atau

suhu sangat tinggi, di luar kisaran di atas)

Ketahanan M.O. terhadap suhuKetahanan M.O. terhadap suhu

M.O. tahan pada rentang suhu yang lebih luas daripada rentang suhu optimum untuk manusia, asal masih dalam daerah ‘normal’nya (rendah, sedang, atau tinggi

Meskipun tahan hidup pada batas-batas nilai rentangnya, metabolismenya mungkin tidak akan se-aktif pada suhu 'normal'-nya.

OKSIGENOKSIGEN

Kebutuhan oksigen (dan ke-tidak Kebutuhan oksigen (dan ke-tidak butuh-an oksigen).butuh-an oksigen).

M.O. aerobik → perlu oksigen untuk metabolismenya (pertumbuhan sel dll).

M.O. An-aerobik → tidak memerlukan oksigen (keberadaan oksigen akan meracuni). Kadangkala diperlukan sejumlah kecil oksigen (tekanan parsial 0.05-0.1 mmHg) untuk keperluan pertumbuhan sel-sel m.o.

Pembolak-balikan medium (untuk medium padat) → memperbaiki kontak dengan udara.

Ventilasi → memperlancar sirkulasi udara dalam medium.

Aerasi → mengalirkan udara kedalam medium

Menjaga Kondisi AerobMenjaga Kondisi Aerob

Menjaga Kondisi AnaerobMenjaga Kondisi Anaerob

Mengisolasi medium dari kontak dengan udara (menutup medium).

Mengisi ruang kosong dalam dengan gas nitrogen atau CO2 (untuk medium cair).

Menambahkan senyawa pereduksi (misalnya Na2S) untuk menjaga potensial redoks di bawah -100 mV