4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.2 Start-up Reaktor
Start-up reaktor dilakukan pada 3 unit reaktor yang mempunyai ukuran dan desain yang identik. Kondisi operasi reaktor selama start-up dilakukan pada suhu ruang dan pH 6.8-7.4. Mikroorganisme pengurai dibiarkan tumbuh secara alami yaitu dengan cara mengalirkan air baku secara terus menerus ke dalam fixed bed reactoryang telah diisi media sampai terbentuk lapisan biofilm yang melekat pada permukaan media tersebut. Proses pertumbuhan mikroorganisme ini didukung dengan suplai udara 3 liter/menit secara terus menerus, dengan demikian air baku akan kontak dengan mikroorganisme yang tersuspensi di dalam air maupun yang menempel pada permukaan media, sehingga terjadi penguraian senyawa organik (Widayat 2010). Sistem ini dilakukan dengan tujuan untuk proses aklimatisasi mikroorganisme. Aklimatisasiadalah suatu proses menumbuhkan dan mengadaptasikan mikroorganisme pada media yang ada dimana mikroorganisme tersebut yang nantinya akan berperan dalam mendegradasi bahan-bahan organik dan anorganik. Mikroorganisme tersebut dapat tumbuh atau melekat pada media hingga membentuk lapisan berupa biofilm karena di dalam air sungai terkandung unsur-unsur atau substrat yang dibutuhkan untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan mikroorganisme seperti unsur N dari amonium dan unsur P dari senyawa fosfat.
Selama proses start-up dialirkan umpan air sungai sebanyak 0.42 liter/menit dan diresirkulasi yang bertujuan untuk menaikkan dan menahan pertumbuhan biofilm. Dengan adanya suplai oksigen yang cukup serta laju alir yang kecil menyebabkan pembentukan biofilm pada media biofilter. Hasil selama proses start-updi analisis konsentrasi amonium, nitrat dan nilai COD. Proses start-up
dilakukan hingga tercapai keadaan tunak (steady state).Pada hari pertama hingga hari ke-16 terjadi penurunan konsentrasi amonium pada ketiga reaktor. Penurunan konsentrasi amonium ini masih bersifat fluktuatif dimana nilainya berkisar antara 0.3-1.8 mg/L. Hal ini disebabkan oleh mikroorganisme yang ada masih beradaptasi dengan lingkungannya yang baru sehingga proses penguraian senyawa amonium belum berjalan dengan baik ditandai dengan lapisan biofilmyang terbentuk masih tipis. Pada hari ke 18 hingga hari ke-29konsentrasi amonium pada air olahan sudah mencapai kondisi tunak (steady state) dimana nilainya berada di titik 0,3 mg/L. Pada fase ini disebut proses pematangan dan setelah mencapai kondisi stabil disimpulkan mikroorganisme pengurai telah tumbuh dan bekerja dengan baik (Winkler 1981). Widayat (2010) melakukan aklimatisasi pada air sungai dengan WTH 8 jam selama dua minggu. Aklimatisasi yang dilakukan lebih cepat karena dipengaruhi oleh WTH yang lebih lama. Bakteri yang berperan pada proses ini adalah jenis bakteri Nitrosomonas (Widayat 2010). Hasil pengujian amonium masing-masing reaktor selama proses start-up
reaktor ditunjukkan pada Gambar10.
Gambar10Konsentrasi amonium selama proses start-up reaktor.
0 2 4 6 0 5 10 15 20 25 30 K onsent ra si NH 4 +(m g /L ) Waktu (hari) Influen
Efluen R1 (media plastik tipe sarang tawon) Efluen R2 (media plastik amdk)
Konsentrasi amonium (NH4+) dan nitrat (NO3-) akan berbanding terbalik selama proses nitrifikasi dalam fixed bed reactor. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa mikroorganisme membutuhkan unsur-unsur seperti N dari amonium dan P dari senyawa fosfat yang ada dalam air sungai untuk tumbuh dan berkembang biak. Ammoniak akan berubah menjadi amonium didalam air sesuai dengan persamaan reaksi NH3 + H2O NH4 + O2(Liet al.2010). Pada proses nitrifikasi dengan bantuan mikroorganisme amonium akan berubah menjadi nitrit dan kemudian menjadi nitrat, berikut ini adalah tahapan dari nitirfikasi yang dapat dibagi ke dalam dua tahapan, yaitu:
1. Tahap nitritasi, merupakan tahap oksidasi ion amonium (NH4+) menjadi ion nitrit (NO2-) oleh bakteri Nitrosomonas, melalui reaksi berikut ini:
NH4+ + 1 ½ O2NO2- + H2O + 2,75 KJ
2. Tahap nitrasi merupakan tahap oksidasi ion nitrit menjadi ion nitrat (NO3-) oleh bakteri Nitrobacter dengan melalui reaksi berikut ini:
NO2- + 1 ½ O2NO3- + 75 KJ
Secara keseluruhan proses nitrifikasi adalah sebagai berikut: NH4+ + 2O2NO3- +2 H- + H2O
Penurunan konsentrasi amonium diikuti oleh peningkatan konsentrasi nitrat terjadi selama proses start-up. Peningkatan konsentrasi nitrat pada masing-masing reaktor menunjukkan kerja bakteri pada proses nitrifikasi berjalan dengan cukup baik seperti ditunjukkan pada Gambar 11.
Gambar 11Konsentrasi nitrat selama start-up reaktor.
0 1 2 3 4 5 6 7 0 5 10 15 20 25 30 K onsent ra si NO 3 -(m g /L ) Waktu (hari) Influen
Efluen R1 (media plastik tipe sarang tawon) Efluen R2 (media plastik amdk)
Dari Gambar 11 dapat dilihat peningkatan konsentrasi nitrat yang terjadi pada masing-masing reaktor. Konsentrasi nitrat influen berada di bawah nilai 4 mg/L, sedangkan masing-masing reaktor memiliki influen lebih dari nilai tersebut. Efluen R1 memperlihatkan nilai yang cukup tinggi di awal dan berfluktuasi hingga hari ke-16. Efluen R2 dan R3 rata-rata memiliki nilai yang tidak jauh berbeda yaitu kisaran 4.05-5 mg/L. Pada hari ke-18, ketiga reaktor berada pada nilai yang hampir sama dan sudah mencapai kondisi yang stabil hingga hari ke-29. Peningkatan konsentrasi nitrat ini terjadi karena adanya proses nitrifikasi dimana senyawa seperti nitrogen amonium akan dirubah menjadi nitrit dan nitrat dan pada kondisi anaerobik nitrat yang terbentuk akan mengalami proses denitrifikasi menjadi gas nitrogen yang lepas ke udara. Oleh karena itu, senyawa amonium akan turun dan nitrat akan meningkat.
Mikroorganisme merupakan faktor penting pada proses biologis, baik dalam penyisihan zat organik maupun dalam proses nitrifikasi. Berdasarkan penelitian Widayat (2010) bakteri Basilus subtilis, Clostridium, dan Proteus sp diidentifikasi sebagai pengurai senyawa organik, sedangkan pengurai amonium dalam proses nitrifikasi adalahNitrosomonas dan Nitrobacter. Mikroorganisme tersebut membutuhkan oksigen untuk menunjang aktifitasnya. Salah satu variabel kontrol agar terjadi degradasi senyawa organik adalah oksigen terlarut (DO/ Dissolve Oxigen). Proses degradasi akan berjalan dengan baik apabila DO air di dalam
fixed bed reactor>1 mg/L (Widayat 2010). Pada akhir proses start-updilakukan pengujian konsentrasi DO pada masing-masing fixed bed reactorberaerasi ini yaitu R1 mencapai 6.35mg/L, R2 sebanyak 6.3 mg/L dan R3 sebanyak 6.32 mg/L. Hal ini menandakan bahwa proses degradasi terjadi di dalam ketiga fixed bed reactortersebut berjalan dengan baik. Proses degradasi yang terjadi ditandai dengan penurunan nilai COD. Prosesstart-up dilakukan hingga tercapai keadaan tunak(steady state), yaitu nilai COD dengan fluktuasi 10% (Ahmad 2003). Pada tahap start-up, influen yang masuk berada pada kisaran 180-230 mg/L. Nilai COD yang tinggi tersebut digunakan untuk meningkatkan konsentrasi biomassa dan mempertahankan pertumbuhan biofilm pada ketiga media yang ada. Penurunan nilai COD selama proses start-up ini seperti ditunjukkan pada Gambar 12.
Gambar 12Nilai COD selama proses start-up reaktor.
Gambar 12 menunjukkan perubahan nilai COD cenderung menurun dan sedikit berfluktuasi. Menurut (Martinov et al. 2010) bahwa selama masa start-up, reaktor aerob akan tetap dalam keadaan non tunak sampai biofilm berkembang secara penuh. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa pada awal masa start-up, reaktor masih dalam kondisi non tunak diperlihatkan dengan menurunnya dan berfluktuasinya konsentrasi COD mulai dari hari pertama hingga hari ke-16. Setelah hari ke-18, fluktuasi konsentrasi COD relatif sangat kecil dan memperlihatkan kestabilan. Menurunnya nilai COD pada tahap start-up dari kisaran 200-230 mg/L menjadi 47-50 mg/L terjadi dalam waktu 18 hari. Penurunan ini membuktikan bahwa pembentukan lapisan mikroorganisme pada media plastik tipe sarang tawon, media plastik AMDK dan media batu apung berlangsung diikuti dengan degradasi senyawa-senyawa organik. Pendegradasian tersebut akan berpengaruh terhadap nilai COD yang dihasilkan, berarti jika nilai COD rendah menunjukkan kandungan senyawa organik di dalam air olahan akan rendah juga. Proses dapat dikatakan telah selesai apabila kondisi tunak (steady state) telah tercapai yakni nilai COD menunjukkan fluktuasi 10%. Hasil pengamatan menunjukkan pada hari ke-18 hingga hari ke-29, fluktuasi kurang dari 10%, oleh karena itu kondisi dinyatakan tunak (steady state). Kondisi steady state untuk COD yang didapatkan oleh Widayat (2010) adalah pada hari ke 14. Hal ini dikarenakan WTH yang digunakan lebih lama yaitu 8 jam menyebabkan
0 50 100 150 200 250 300 0 5 10 15 20 25 30 C O D ( m g /L) Waktu (hari) Influen
Effluen R1 (media plastik tipe sarang tawon) Effluen R2 (media plastik amdk)
kontak antara mikroba pada biofilm dengan substrat pada influen lebih sering dan lebih lama. Akibatnya kondisi steady state lebih cepat didapatkan. Jenis bakteri yang berperan pada proses degradasi COD adalah jenis protozoa, Lactobacillus, Bacillus, Acinetobacter sp, Sacharomyces (Metcalf dan Eddy 2003).