Jurna l Siste m Te knik Ind ustri Vo lum e 6, No . 3 Juli 2005
PROSES REDUKSI EKSES LUMPUR AKTIF
DARI IPAL INDUSTRI PEMBUATAN KERTAS
Ma ya Sa ra h
Sta f Pe ng a nja r Te knik Kim ia , Fa kulta s Te knik USU (m a ya sha rid @ ya ho o .c o m)
Abstrak: Industri pulp dan kertas merupakan industri yang sangat berpotensi menimbulkan pencemaran karena menghasilkan limbah cair dalam konsentrasi yang cukup tinggi (COD = 700 – 1000 mg/l) dan dalam jumlah yang relative besar mengingat industri ini banyak menggunakan air. Limbah cair industri pulp dan kertas umumnya diolah pada Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) dengan sistem lumpur aktif. Proses pengolahan limbah cair ini masih belum effektif karena biomassa yang terbentuk terlalu banyak sehingga membutuhkan penanganan khusus. Salah satu upaya penanganan ekses biomassa adalah dengan mereduksi volume biomassa pada kondisi anaerobic menggunakan pelarut NaOH dan HCl. Percobaan ini dilakukan dengan memvariasikan jenis pelarut, konsentrasi dan temperature. Berdasarkan hasil percobaan diketahui bahwa peningkatan konsentrasi pelarut dari 0,1 N menjadi 1 N tidak memberikan perubahan yang signifikan terhadap kemampuan reduksi ekses lumpur aktif dari bioreactor anaerobik. Ditinjau dari jenis pelarut yang digunakan, proses reduksi dengan pelarut NaOH jauh lebih efektif dibandingkan dengan reduksi menggunakan pelarut HCl dengan konsentrasi yang sama. Sementara itu dari pengamatan terhadap pengaruh temperature diketahui bahwa kemampuan reduksi dari bioreaktor anaerobik sangat dipengaruhi oleh temperatur. Peningkatan temperatur mengakibatkan ketidakstabilan proses reduksi MLSS sistem untuk pengolahan dengan pelarut HCl.
Kata Kunci : Sistem lumpur aktif, biomassa, inokulum, mixed culture
1. PENDAHULUAN
Industri pulp dan kertas merupakan industri yang sangat berpotensi menimbulkan pencemaran karena menghasilkan limbah cair dalam konsentrasi yang cukup tinggi (COD = 700 – 1000 mg/l) dan dalam jumlah yang relative besar mengingat industri ini banyak menggunakan air. Limbah industri pulp dan kertas ini harus diolah terlebih dahulu karena dapat menimbulkan pencemaran lingkungan apabila langsung dibuang ke badan air.
Limbah cair industri pulp dan kertas umumnya diolah pada Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) dengan sistem lumpur aktif yang terdiri dari bak aerasi dan bak sedimentasi untuk memisahkan biomassa dengan limbah hasil olahan sebelum limbah tersebut dibuang ke badan air. Proses pengolahan limbah cair dengan system lumpur aktif akan mengkonversi limbah organik kedalam bentuk gas CO2 yang dilepas ke atmosfer sebesar 50% dan 50% lagi akan terkonversi menjadi biomassa (Setiadi, 1996). Biomassa yang terbentuk sebagian akan dikembalikan ke dalam bak aerasi, sebagian lagi sekitar 15-25% dikeluarkan dengan menggunakan pompa lumpur dan dialirkan ke unit pengeringan lumpur.
Proses pengolahan limbah cair ini masih belum effektif karena biomassa yang terbentuk terlalu banyak sehingga membutuhkan penanganan khusus. Proses pengeringan lumpur sendiri menghadapi masalah penyediaan tempat pengeringan, pemanfaatan lumpur aktif yang telah dikeringkan dan sangat bergantung pada faktor sinar
matahari. Masalah yang dihadapi sistem lumpur aktif ini mendorong berbagai penelitian untuk mengatasi masalah pembuangan ekses biomassa dari IPAL.
Salah satu upaya penanganan ekses biomassa adalah dengan mereduksi volume biomassa pada kondisi anaerobik. Saiki Yuko dkk, telah berhasil mereduksi jumlah biomassa dari unit pengolahan limbah industri bir hingga 40%. Biomassa tersebut terkonversi secara anaerobik kedalam bentuk gas metana. Limbah industri kertas merupakan limbah yang kaya akan kandungan bahan organik sehingga pengolahan limbah industri ini dengan bioreaktor lumpur aktif diperkirakan menghasilkan biomassa yang cukup banyak sehingga perlu penanganan secara serius.
2. BAHAN DAN METODE
2.1. Bahan
1. Limbah cair industri kertas
2. Inokulum : mixed culture yang telah diaklimatisasi dengan limbah cair industri kertas dan dikondisikan aerobik dan anaerobic
3. HCl (0,1 N dan 1N) 4. NaOH (0,1 N dan 1N)
Pro se s Re d uksi Ekse s Lum p ur Aktif d a ri IPAL Ind ustri Pe m b ua ta n Ke rta s
Ma ya Sa ra h
umpan
Tangki aerasi Tangki Limbah cair
hasil olahan sedimentasi
Biomassa sisa biomass
a
Eksesbiomass
a
2.2. Alat
1. Unit lumpur aktif yang dilengkapi dengan tangki aerasi dan tangki sedimentasi 2. Bioreaktor anaerobic
Gambar alat disajikan pada gambar 1
2.3. Metode
Limbah cair industri kertas diumpankan kedalam tangki aerasi yang telah berisi mikroorganisme aerobik. Aerasi dilakukan untuk mentransfer sejumlah oksigen kedalam limbah cair, dan tangki aerasi dioperasikan secara batch selama 2 minggu hingga konsentrasi MLSS stabil.
Kedalam bak aerasi kemudian diumpankan limbah cair secara sinambung. Didalam tangki aerasi terjadi proses perombakan bahan organik kompleks menjadi CO2 dan H2O secara aerobik. Selama pengolahan dilakukan pengamatan terhadap COD, pH dan MLSS sistem.
Limbah hasil olahan akan mengalir keluar dari tangki aerasi secara overflow kedalam tangki sedimentasi, dimana terjadi pemisahan mikroorganisme dengan air limbah yang telah diolah. Mikroorganisme tersebut akan terkumpul satu sama lain dan membentuk flok mikroorganisme yang akibat gaya beratnya sendiri akan turun secara gravitasi ke bagian bawah tangki sedimentasi sebagai sludge atau lumpur biomassa.
Lumpur biomassa ini akan dikeluarkan dari tangki sedimentasi dan sebagian kecil (20%) dikembalikan ke tangki aerasi. Sisanya dialirkan ke bioreactor anaerobic. Ketika volume Lumpur aktif
didalam bioreactor anaerobic telah mencapai 2,5 liter, maka kedalam bioreactor anaerobic tersebut dialirkan larutan HCl atau NaOH. Kemudian dilakukan pengamatan terhadap konsentrasi MLSS.
3. Hasil Dan Pembahasan
Kinerja pengolahan limbah cair industri pulp dan kertas dalam penelitian ini ditinjau dari dua sisi, yaitu kemampuan penyisihan bahan organik oleh proses aerobik dan kemampuan mereduksi ekses lumpur aktif pada proses anaerobik.
3.1.Kinerja Unit Lumpur Aktif
Limbah cair berkonsentrasi 2300 mg/l diumpankan pada bak aerasi dan mengalami degradasi biologis secara aerobik oleh mikroorganisme berkonsentrasi rendah sebesar 29 mg/l. Diawal pengolahan, terjadi lonjakan konsentrasi bahan organik dalam bak aerasi yang cukup tinggi akibat peningkatan jumlah mikroorganisme yang mati, tetapi setelah pengolahan berlangsung selama 2 hari tercapai kestabilan jumlah mikroorganisme dalam bak aerasi dan proses reduksi bahan organik berlangsung hingga mencapai konsentrasi 1.400 mg/l dengan tingkat efisiensi penyisihan bahan organik sebesar 36%. Kemampuan penyisihan bahan organik yang rendah ini diakibatkan oleh konsentrasi awal mikroorganisme yang sangat rendah.
Secara umum pH sistem relative stabil pada rentang pH 6,5 – 7,8 sehingga control secara khusus bagi pH sistem tidak diperlukan. Kestabilan konsentrasi mikroorganisme dalam sistem yang tercapai pada pH yang relative rendah (< 7)
Bioreaktor anaerobik
recycle
Gambar 1: Rangkaian peralatan
Jurna l Siste m Te knik Ind ustri Vo lum e 6, No . 3 Juli 2005
merupakan suatu indikasi terdapatnya spesies bakteri pembentuk asam dalam sistem lumpur aktif. Meskipun demikian pada pengolahan limbah ini, jumlah mikroorganisme yang dapat ditumbuhkan sangatlah rendah dan jauh dari kondisi ideal. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh proses aklimatisasi yang kurang baik dan konsentrasi umpan biomassa yang sangat rendah.
3.2.Pengaruh Jenis Pelarut terhadap Proses Reduksi Lumpur Aktif
Jumlah mikroorganisme yang dikeluarkan dalam sistem lumpur aktif hendak direduksi jumlahnya dalam bioreaktor anaerobik dengan pelarut HCl dan NaOH berkonsentrasi 0,1 N pada suhu kamar. Pengaruh pengunaan kedua jenis pelarut terhadap kemampuan sistem anaerobik dalam mereduksi ekses lumpur aktif disajikan pada gambar 2.
Waktu yang efektif untuk mereduksi jumlah ekses lumpur aktif dengan proses anaerobic mengunakan pelarut NaOH dan/atau HCl adalah 100 jam. Reduksi yang dilakukan dalam waktu lebih dari 100 jam akan memicu pertumbuhan mikroorganisme anaerobic, yang diperkirakan terdiri dari bakteri pembentuk asam dan/atau bakteri hidrolitik.
Proses reduksi dengan pelarut NaOH jauh lebih efektif dibandingkan dengan reduksi menggunakan pelarut HCl dengan konsentrasi yang sama. Larutan HCl berkonsentrasi rendah cenderung mengkondisikan medium tempat hidup bakteri anaerobic menjadi sedikit asam dan memicu percepatan pertumbuhan bakteri anaerobic setelah 100 jam. Untuk medium yang sedikit basa akibat penambahan NaOH, bakteri anaerobic cenderung bersifat netral atau sedikit basa, yang meskipun baik untuk pertumbuhan bakteri anaerobic seperti bakteri metanogen, tetapi tahapan pengolahan dengan proses anaerobic harus melalui tahap pengasaman terlebih dahulu, yang tentu saja membutuhkan waktu yang jauh lebih panjang.
3.3.Pengaruh Konsentrasi Pelarut terhadap Proses Reduksi Lumpur Aktif
Peningkatan konsentrasi pelarut dari 0,1 N menjadi 1 N tidak memberikan perubahan yang signifikan terhadap kemampuan reduksi ekses lumpur aktif dari bioreactor anaerobik. Secara umum pengolahan dengan HCl dan NaOH masing-masing untuk konsentrasi 0,1 N dan 1 N memperlihatkan kinerja yang hampir sama seperti yang disajikan pada gambar 3 dan 4.
3.4.Pengaruh Temperatur Terhadap Proses Reduksi Ekses Lumpur Aktif
Kemampuan reduksi dari bioreaktor anaerobik sangat dipengaruhi oleh temperatur. Peningkatan temperatur mengakibatkan ketidak-stabilan proses reduksi MLSS sistem untuk pengolahan dengan pelarut HCl karena dapat memicu
percepatan pertumbuhan bakteri anaerobik pembentuk asam tipe thermophilic disatu sisi. Ketidakstabilan ini mengakibatkan proses reduksi Lumpur aktif berlangsung lebih lama, karena kestabilan baru terjadi setelah 120 jam untuk temperature 50oC dan 100 oC. Fenomena ini diperlihatkan pada gambar 5 dan 6.
Penggunaan pelarut NaOH jauh lebih efektif dibandingkan dengan pelarut HCl bila dikaitkan dengan fungsi temperature karena MLSS sistem lebih stabil, dan kalaupun ada fluktuasi jumlahnya sangat kecil, kecuali diawal pengolahan untuk temperature pengolahan 90oC yang diperkirakan terjadi akibat kesalahan pengambilan data.
4. Kesimpulan
Proses reduksi ekses lumpur aktif dengan proses anaerobik menggunakan pelarut HCl dan NaOH sangatlah potensial untuk dilakukan bagi upaya penanganan ekses lumpur aktif IPAL dari industri. Berdasarkan penelitian untuk mereduksi ekses lumpur aktif dari limbah industri pulp dan kertas diperoleh tingkat reduksi ekses lumpur aktif sebesar 8% saja. Tingkat efisiensi proses reduksi ini amatlah rendah, tetapi hal ini kemungkinan diakibatkan oleh rendahnya konsentrasi awal mikroorganisme anaerobic dan rendahnya konsentrasi pelarut HCl dan/atau NaOH (maksimum 1 N). Akibatnya proses hanya mampu mereduksi sebagian kecil dari ekses lumpur aktif yang ada dan mengkondisikan medium dalam keadaan asam atau basa.
Pengolahan dengan menggunakan pelarut NaOH jauh lebih efektif dibandingkan dengan pelarut HCl pada konsentrasi encer (0,1 N dan 1 N). Hal ini kemungkinan disebabkan oleh kondisi medium yang cenderung bersifat sedikit basa akibat penambahan NaOH, sedangkan pada pengolahan dengan medium sedikit asam akibat penambahan HCl terjadi percepatan pertumbuhan bakteri pembentuk asam yang mengakibatkan peningkatan jumlah MLSS sistem ketika proses reduksi berlangsung, dan sebagai akibatnya terjadi ketidakstabilan sistem.
Daftar Pustaka
Gaudy, A.F., Gaudy, E.T., 1981, Microbiology for Environmental Scientist and Engineers, McGraw Hill International Book Co, Tokyo, hal 519-551
Metcalf, Eddy, 1991, Wastewater Engineering : Treatment, Disposal, Reuse, edisi 3, McGraw-Hill, hal 378
Saiki, Y., Imabayashi, S., dkk, 1999,
Solubilization of Excess Activated Sludge by Self Digestion, Water Resources, Vol 33, No 8, hal 1864-1870
Speece, R.E., 1996, Anaerobik Biotechnology for Industrial Wastewaters, Archae Press, Nashville, Tennessee, USA, hal 3-6
