Jurusan Teknik Kimia FTI - ITS

1
PENGANTAR PENGOLAHAN LIMBAH SECARA BIOLOGIS
AEROBIC ACTIVATED SLUDGE/LUMPUR AKTIF
Disampaikan oleh Prof.Dr.Ir. Tri Widjaja, M.Eng.
JURUSAN TEKNIK KIMIA FTI-ITS
2
Primer
Sekunder Tersier
Screen Grit removal Settling tank
Aeration tank Settling tank Khlorinasi
Sludge
Aerator
Sludge digester
Sludge drying bed
3
Prinsip pengolahan biologis Mengikuti proses di
alam (sungai) dimana bahan organik seperti biota
air yang mati, daun, dll akan diuraikan oleh
mikroorgansime (mo) dalam sungai

• Untuk kehidupannya, mikroorganisme pengurai
  membutuhkan
• oksigen gtgt diperoleh dari oksigen terlarut
• karbon sebagai sumber energi gtgtgt diperoleh
• dari bahan organik terlarut
• - N dan P sebagai nutrient

4

• Dalam pengolahan Limbah tahap sekunder, dilakukan
  dengan menumbuhkan mikroorganisme dalam bak
  aerasi yang akan bertugas untuk menguraikan bahan
  organik
• carboneous organic (C,H,O)
• - nitrogenous organic (C,H,O dan N)

Dibutuhkan jumlah oksigen, Nutrient N dan P
serta unsur karbon C yang sesuai dengan yang
diinginkanoleh mikroorganisme tersebut
5

• Untuk mendapatkan pertumbuhan mikroorganisme
  sesuai dengan konsentrasi bahan organik yang akan
  diuraikan, harus diketahui
• laju pertumbuhan mikroorganisme
• laju peruraian substrat (bahan organik)
• Reaksi pada proses

cell Organik O2 N P cell baru
CO2 H2O SMP Cell O2
CO2 H2O P N sisa cell SMP
6
ORGANIK C, H, O DAN N
OKSIGEN (UDARA)
BIOLOGIS (AEROBIK)
N DAN P (NUTRIENT)
CELL 1 O2 1 C CELL BARU
CO2 H2O
Dengan diambilnya unsur C dari bahan organik,
menyebabkan bahan organik tersebut akan terurai
tingkat polutan tereduksi
7
Untuk mengambil 1 mole C , biologis membutuhkan
1 mole O2 Atau untuk 12 mg C dari bahan
organik dibutuhkan 32 mg O2
Banyaknya oksigen (O2) yang dihabiskan oleh
mikroorganisme merupakan gambaran tingginya
kandungan bahan organik
Dianalisa sebagai BOD5 Biological Oxygen Demand
8
Cell baru
Organik terlarut
O2
Absorbsi
Nutrient N, P
CELL
CO2
H2O
Adsorpsi
Catatan Pada proses anaerobik yang keluar dari
cell berupa CH4 , CO2 (untuk bakteri2
methan) berupa CO2, H2, asam2 organik (untuk
bakteri2 acetogenik)
Koloid dan Suspended Solid
9
Mekanisme Biodegradasi
10
Activated Sludge
Merupakan kolam ber-aerasi dan berpengaduk,
yang memungkinkan dekomposisi material organik
oleh mikroorganisme yang diinokulasikan sehingga
dapat mengendap. Bakteri dalam activated
sludge diresirkulasi secara kontinu ke kolam
aerasi utk meningkatkan rate dekomposisi organik.
Pada Tahap ini mikroorganisme memproses dg
merubah bahan organik dari non-settleable solids
menjadi settleable solids.
11
DASAR-DASAR PENGENDALIAN LUMPUR AKTIF
12

• Beberapa parameter penting dalam pengontrolan
  plant lumpur aktif a.l.
• Foodmass ratio (F/M ratio)
• Sludge age
• Dissolved oxygen

13
FoodMass Ratio

• Salah satu dari parameter kontrol utama pada
  lumpur aktif adalah FoodMass Ratio atau Sludge
  loading Rate. Dapat dihitung dengan persamaan
  berikut
• Besar FM ratio yang optimum berkisar antara
  0,2-0,6 kg BOD/kg MLSS (sludge yang terbentuk
  mudah mengendap/good settling)

14
F/M Ratio

• Pada grafik tersebut jika F/M ratio antara
  0.2-0.6 maka zone settling velocity (ZSV) akan
  mudah mengendap, dengan sludge age sekitar 3-14
  hari. Efisiensi dari penurunan BOD removal sangat
  kecil pada range tersebut, biasanya diatas 95
  dalam sistem yang konvensional

15
F/M Ratio

• Apabila FM ratio terlalu rendah maka dapat
  menimbulkan tumbuhnya filamen bakteri atau
  kondisi bulking. Pengendapan di tangki
  sedimentasi terganggu/sulit.
• Jika FM Ratio terlalu tinggi maka dapat
  menyebabkan kenaikan kebutuhan oksigen dan
  menaikan clarifier loading.

16
Sludge Age

• Sludge age atau solids retention time (?c)
  adalah waktu tinggal rata-rata solid di dalam
  sistem reaktor. Dapat dihitung dengan persamaan
  berikut

17

• Sludge age biasanya antara 3-14 hari untuk
  menghasilkan biological floc. Jika ?clt3 hari maka
  biomassnya kurang cukup tebal, sehingga terbentuk
  bulking sludge. Jika ?cgt14 hari maka flok
  partikel yang terbentuk akan terlalu kecil.

18
Hubungan antara sludge age dan efisiensi BOD
removal ditunjukan oleh gambar di bawah ini

• Dibawah sludge age minimum, biomass dipindahkan
  lebih cepat di tangki aerasi daripada digantikan
  oleh pertumbuhan sel baru. Proses ini dimaksudkan
  sebagai Washout
• Ada juga sludge age maximum atau critical. Diatas
  age ini, semua peningkatan performa diabaikan
• Ada periode antara washout dan critical sludge
  age dimana aktivitas biomass mungkin naik atau
  turun secara teratur

19
Sludge Volume Index
Merupakan ukuran yang menyatakan berat endapan
per satuan volume (mg/l) larutan setelah 30 menit
proses pengendapan. SVI biasanya digunakan untuk
mengetahui karakteristik pengendapan sludge dan
sangat berguna dalam proses kontrol pengendapan.

• Dimana V Volume dari settled solids setelah
  30 menit
• V0 Initial volume dari sludged tested
  (liters)
• X Konsentrasi MLSS dari lumpur sebelum
  tes (gm/liter)

20
Sludge Volume Index (SVI)
SVI Sludge Volume Index. SV Sludge Volume. SS
Suspended Solid
21
Sludge Volume Index (SVI)
Settleable solid merupakan partikel padat yang
yang akan mengendap setelah satu jam karena
pengaruh gaya gravitasi bumi. Biasanya pengukuran
dilakukan menggunakan Imholf Cone dan data yang
dihasilkan berupa volume padatan (ml) per liter
larutan limbah.Untuk mengetahui total solid yang
mengendap, salah satu cara yang dapat dilakukan
adalah dengan penyaringan menggunakan membran
yang memiliki ukuran lubang sampai 0.45 micron.
Untuk kemudian diperoleh data berat kering
endapan limbah (mg/l).
22
Sludge Volume Index (SVI)
Dalam treatment kedua, Sludge yang dihasilkan
biasa disebut Biological Sludge atau MLSS (Mixed
Liquor Suspended Solid), MLSS ini terdiri dari
inert material dan biological material. MLVSS
setara 0,8 MLSS atau dikatakan sebagai bahwa
komposisi terbesar pada sludge sebagai biological
material sebesar 80. Kisaran ukuran bacteria
bervariasi antara 0.5 3 mm, untuk mikroba
dengan bentuk spiral biasamya berukuran 15 mm.
Oleh sebab itu dalam dalam analisa MLSS dilakukan
penyaringan dg membran yang memiliki ukuran
lubang lebih kecil, digunakan kertas saring GF/C
(GF/B) dengan ukuran lubang 0.45 mm.
23
Hubungan antara solids concentration dengan SVI
24

• Dari gambar di atas untuk typical sludge. Di
  bawah poin (a) SVI relatif tidak tergantung pada
  konsentrasi solid
• Di atas poin (a) dan di bawah poin (b) SVI sangat
  tergantung pada konsentrasi solid karena
  kegagalan sludge untuk menggumpal menjadi coarse
  open lattice
• Di atas poin (b) SVI turun ke parallel kurva
  maximum attainable
• SVI bisa digunakan sebagai alat operasional untuk
  in-plant control dari laju recycle solid. Jika
  konsentrasi solid meninggalkan settler
  diasumsikan 1/SVI, maka solids balance disekitar
  reaktor (mengabaikan sintesa solid di dalam
  reaktor) bisa dipetakan

• Sebagai contoh Untuk menjaga konsentrasi solid
  pada 3.000 mg/L ketika SVI 75 ml/gm, maka laju
  recycle solid diperoleh 29.

25
Indikator lingkungan air
1. Rotifera

• Organisme multiseluler aerobic.
• Memakan Protozoa, bakteri terdispersi dan
  terflokulasi, dan partikel organik yang lebih
  kecil
• Mempunyai dua set cilia untuk bergerak dan
  menangkap mangsa.
• Membutuhkan kandungan oksigen terlarut yang
  relatif tinggi sekitar gt2 mg/liter.
• Relatif lambat untuk menggandakan diri

26

• Rotifer adalah metazoa (organisme
  multicellular) dengan ukuran bervariasi antara
  100 ?m 500 ?m. Tubuhnya merupakan jangkar
  pada partikel flok, dan kadangkala memotong
  keluar permukaan flok. Keberadaannya
  mengindikasikan air limbah yang diolah secara
  biologis berlangsung baik. Rotifer ditemukan
  dalam air limbah meliputi dua golongan, yaitu
• Monogononta (seperti Lecane spp, Notommata sp)
• Bdelloidea (seperti Philodina spp, Habrotrocha
  spp)

27
LECANE SP.
Sama halnya dengan protozoa, mikroorganisme ini
juga sangat aerob dan lebih sensitip terhadap
kondisi toksik dibanding bakteria.
Lecane spp dijumpai hanya pada lingkungan
activated sludge yang sangat stabil. ( Water
Environment Society,1987) . Lecane spp juga
mampu mengkonsumsi (predator) mikroba serta
partikulat.
28
2. Fungi
Activated sludge tidak selalu bagus untuk
pertumbuhan fungi, walaupun beberapa fungal
filament dijumpai pada flok activated sludge.
Fungi dapat tumbuh pada pH yang rendah ,
toksik, limbah dengan kandungan nitrogen sangat
rendah. Spesies yang umum dijumpai dalam
activated sludge, antara lain Geotrichum,
Penicillium, Cephalosporium, Cladosporium, dan
Alternaria. Terjadinya bulking dari sludge
pada bak sedimentasi skunder dapat disebabkan
karena pertumbuhan Geotrichum candidum, yang
terjadi pada pH rendah dari limbah asam.
29
Fungi
30
Problem pada Activated Sludge
31
Dispersed Growth

• Mikroorganisme tidak dapat membentuk flok dan
  tetap terurai (hanya membentuk rumpun kecil atau
  sel tunggal.)
• Bakteri yang tidak membentuk flok umumnya
  dikonsumsi oleh protozoa. akibatnya antara lain
  effluent tetap keruh, tidak terbentuk daerah
  pengendapan sludge.

32
Non-filamentous bulking

• Disebut juga zoogleal bulking dan disebabkan
  oleh pembentukan exopolysaccharida yang
  berlebihan oleh Zooglea dalam activated sludge.
• Akibat yang terjadi antara lain menurunkan
  kemampuan pengendapan dan flok kurang padat.
  Bulking tipe ini agak jarang ditemui dan
  dikoreksi oleh khlorinasi. (Chudoba, 1989)

33
Rising Sludge

• Sludge naik ke permukaan sebagai akibat dari
  denitrifikasi berlebihan, sebagai hasil dari
  kondisi anoxic dalam tangki sedimentasi.
• Partikel sludge mengikat gelembung nitrogen dan
  membentuk sludge blanket di permukaan clarifier.
• Sludge lolos ke effluent sehingga menjadi keruh
  dan meningkatkan kembali kadar BOD5.
• Salah satu solusi problem ini adalah mengurangi
  waktu tinggal sludge seperti dengan menaikkan
  kapasitas sirkulasi sludge.

34
Terbentuknya foam dan scum

• Problem ini disebabkan oleh tidak terurainya
  surfactan serta adanya mikroorganisme Nocardia sp
  dan kadang-kadang juga disebabkan oleh adanya
  Microthhrix parvicella.
• Solusi
• 1. Menggunakan antifoam
• 2. Menghilangkan busa secara
• mekanis sebelum masuk
• Clarifier

35
Filamentous bulking

• Bulking merupakan problem berupa lambatnya
  pengendapan dan tidak kompaknya padatan di
  clarifier.
• Filamentous bulking umumnya disebabkan oleh
  pertumbuhan yang berlebihan dari mikroorganisme
  filamentous seperti Thiothrix sp

Thiothrix sp.
36
Pinpoint-floc

• Adalah suatu keadaan dimana flok yang dihasilkan
  sangat tipis
• Hal ini disebabkan karena kurangnya bakteri
  filamentous yang berfungsi ibaratnya sebagai
  tulang belakang dalam proses pembentukan flok
  sehingga flok kehilangan strukturnya, serta
  mempunyai kemampuan pengendapan yang rendah,
  akibatnya effluent tetap keruh.

37
Efek Pertumbuhan Filamentous Bakteri
Ideal, non bulking floc
Pinpoint Floc
Filament Floc
38

• Pinpoint- floc
• small, weak flocs
• flocs contining filamentous organisms
• d) flocs containing filamentous organism
  network" or
• backbone."

39
Parameter panjang filamen dengan SVI
40
Pengendalian Filamentous Bakteri

• Group I - Zona Aerobik dengan Konsentrasi DO
  rendah
• Terjadi pada substrat yang mudah termetabolasi
• Terjadi pada substrat dengan konsentrasi DO yang
  rendah
• Terjadi pada rentang waktu tinggal sludge yang
  lebar
• Organisme yang berpengaruh

Sphaerotilus natans
Type 1701
H.hydrossis
41

• Pengendalian
• Menggunakan aerobik, anoxic, atau anaerobik
  selektor
• Meningkatkan waktu tinggal sludge
• Meningkatkan konsentrasi DO pada tangki aerasi

42

• Group II - Zona Mixotropic dan Aerobic
• Terjadi pada substrat yang mudah termetabolasi,
  terutama pada substrat dengan asam-asam organik
  dengan berat molekul yang rendah
• Sulfida teroksidasi menjadi butiran-butiran
  sulfur
• Terjadi pada waktu tinggal sludge dari sedang
  hingga tinggi
• Tingkat penyerapan nutrisi yang yang cepat
• Organisme yang berpengaruh

Type 021 N
Thiotrix Sp.
43

• Pengendalian
• Menggunakan aerobik, anoxic, atau anaerobik
  selektor
• Menambahkan jumlah nutrien
• Menghilangkan sulfida dengan menggunkan asam
  organik konsentrasi tinggi

44

• Group III - Zona Aerobik lainnya
• Terjadi pada substrat yang mudah termetabolasi
• Terjadi pada waktu tinggal sludge dari sedang
  hingga tinggi
• Organisme yang berpengaruh

N.Limicola Sp.
Type 1851
45

• Pengendalian
• Menggunakan aerobik, anoxic, atau anaerobik
  selektor
• Mengurangi waktu tinggal sludge

46

• Group IV - Zona Aerobik, Anoxic, dan Anaerobik
• Terjadi pada sistem yang aerobik, anoxic, atau
  anaerobik
• Terjadi pada waktu tinggal sludge yang lama
• Memungkinkan terjadinya pertumbuhan pada
  partikulat produk hidrolisis
• Organisme yang berpengaruh

M.Parvicella
Type 0041
Type 0092
47

• Pengendalian
• Menjaga keseragaman konsentrasi DO yang cukup
  pada zona aerobik

48
Kelebihan dan kekurangan

• Kelebihan
• Oksidasi, nitrifikasi, dan denitrifikasi dapat
  tercapai.
• Nitrifikasi biologis tanpa penambahan bahan
  kimia.
• Dapat menghilangkan senyawa fosfor secara
  biologis
• Stabilisasi dari sludge.
• Penghilangan SS dari air limbah dapat mencapai
  97.
• Kekurangan
• Tidak dapat menghilangkan pewarna dalam air
  limbah.
• Untuk mendapatkan sludge yang terendapkan secara
  baik, diperlukan kontrol kondisi yang akurat dan
  baik
• Tidak dapat menghilangkan nutrien (membutuhkan
  pengolahan tersier)

TERIMA KASIH