APLIKASI BIOFILTER UNTUK PENGOLAHAN AIR DAN AIR LIMBAH
Muhammad Enuari
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung Jalan Ganesa No. 10, Bandung, Indonesia
Abstract −Biofilter adalah salah satu alat proses yang penting untuk duginakan dalam pemisahan dan penghilangan polutan organik dalam udara, air dan air limbah. Walaupun sudah digunakan selama berabad - abad, tetapi masih sulit untuk menjelaskan secara teoretis proses biologi yang terjadi di dalamnya. Pada tulisan ini akan dibahas proses biologi biofilter secara fundamental.
Parameter - parameter operasi dan desain akan dibahas juga tipe - tipe untuk aplikasi yang berbeda. Parameter yang paling penting yang mengatur proses ini adlah biomassa yang menempel pada mediumnya. Aplikasi dari biofilter untuk pengolahan air dan air limbah juga akan disajikan. Juga performansinya untuk polutan yang spesifik akan disinggung.
Key words: Biofilter, Biomassa, Organik, Air, limbah
PENDAHULUAN
Filtrasi adalah proses paling penting dalam pengolahan air dan air limbah. Dalam pengolahan air digunakan untuk memurnikan air permukaan sedangkan Pada limbah utamanya adalah untuk menyediakan air yang nantinya dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Semua filter yang terlapisi biomassa dapat dikatagorikan sebagai biofilter. Biofilter sudah sering digunakan dan terbukti performanya dalam pengolahan air dan air limbah. Pertama kali digunakan di inggris pada tahun 1893 sebagai filter untuk pengolahan air [Metcalf and Eddy, 1991], Dan sejak saat itu sudah digunakan intuk berbagai keperluan domestik dan industri untuk pengolhan wastewater. Awalnya, biofilter dikembangkan dari susunan batu atau slag, namun untuk saat ini berbagai jenis plastik digunakan sebagai media.. Ada sejumlah pabrik pengolahan paket kecil dengan nama- nama merek yang berbeda saat ini tersedia di pasar di mana bahan plastik berbentuk berbeda yang dikemas sebagai media filter dan terutama digunakan untuk mengobati sejumlah kecil air limbah (misalnya dari rumah tangga atau hotel). Terlepas dari
nama yang berbeda-ent biasanya diberikan berdasarkan modus operasional, dasar prin- ciple di biofilter adalah sama: biodegradasi polutan oleh mikro-organisme yang menempel ke media filter.
Penggunaan biofilter dalam pengolahan air minum (terutama dengan granular karbon aktif sebagai media filter) dirasakan perlu setelah penemuan kembali pertumbuhan mikro-organisme di jalur pipa distribusi air beberapa dekade yang lalu. Telah diamati bahwa permukaan dalam dari jaringan pipa distribusi air pembawa air minum dilapisi dengan lapisan biomassa di beberapa tahun masa aktif [Van der Kooij et al., 1982;
LeChevallier dan Lowry, 1990; Bouwer dan Crowe, 1988]. Bahan organik biodegradable (BOM), NH4 +, Fe2 +, Mn2 +, NO2-, H2 terlarut, dan beberapa spesies sulfur adalah komponen yang paling relevan yang dapat menyebabkan pertumbuhan bacterial pada jaringan pipa distribusi air [Rittmann dan Huck, 1989]. Karena "pertumbuhan " dari massa mikroba dalam pipa, air minum dianggap tidak stabil secara biologis.
Meskipun tidak ada bukti langsung dari efek samping kesehatan instan dan gejalanya, penggunaan air minum tersebut dalam
jangka panjang tidak diyakini aman. Selain itu, by-produk disinfeksi klorin, sering kali bersifat karsinogenik dan berbahaya.
Perlakuan biologis, terutama oleh karbon aktif granular (GAC) biofilter, telah dibutikan efektif dalam menghilangkan zat- zat organik yang dapat menyebabkan pertumbuhan mikroba dalam garis pipa, dan biasanya direkomendasikan untuk dimasukkan dalam proses air setelah ozonisasi [Bouwer dan Crowe, 1988; Hozal- ski et al., 1995; Ahmad dan Amirtharajah, 1998; Carlson dan Amy, 1998]. massa bakteri yang menempel ke media filter sebagai biofilm mengoksidasi sebagian besar organik dan menggunakannya sebagai pasokan energi dan sumber karbon.
Penghilangan bahan organik tidak hanya mengganggu pertumbuhan microba tetapi juga mengurangi rasa dan bau, jumlah prekursor organik (tersedia untuk membentuk desinfeksi by-produk, potensial korosi) dan micropollutan lain dari kesehatan dan estetika.
Karena keluasan dari aplikasinya, banyak penelitian telah dilakukan pada sistem
biofiltrasi di beberapa dekade terakhir (Tabel 1). Walaupun begitu, secara teoritis masih sulit untuk menjelaskan perilaku dari bio-filter. Pertumbuhan berbagai jenis mikroorganisme dalam kondisi kerja yang berbeda tidak memungkinkan untuk menggeneralisasi aktivitas mikroba dalam biofilter. Biofiltrasi dioperasikan pada berbagai tingkat filtrasi dan karakteristik dapat menghasilkan efisiensi yang beragam untuk sasaran polutan yang berbeda. Selain itu, karena beberapa latar belakang operasional biofilter seperti kinerja fluktuasi, pemeliharaan biomassa, dan kecukupan desinfeksi limbah biofilter, penelitian di proses biofiltrasi sudah menjadi keharusan.
PERTIMBANGAN PERANCANGAN Parameter yang dapat mempengaruhi kinerja biofilter merupakan karakteristik dari media filter, hidrolik dan organik tingkat pembebanan, dan teknik penyaring backwash. Faktor-faktor lain yang dapat mempengaruhi kinerja biofilter adalah suhu dan Keberadaan oksidan, yaitu O3, H2O2, Cl2, dan NH4Cl dll. [Urfer et al., 1997; Goel et al., 1995]. Faktor-faktor ini harus dipelajari perlahan sebelum merancang sistem biofiltrasi.
1. Media Filter
Operasi ekonomis dan efisien biofilter sangat bergantung pada karakteristik media filter nya. Sementara memilih media filter, kita juga harus mempertimbangkan sumber dan konsentrasi polutan yang ditargetkan.
Untuk pengolahan air limbah primer, pilihan media filter yang tepat biasanya adalah terak tanur atau granit atau media sintetis tergantung pada volume air limbah, sedangkan untuk pengolahan air limbah tersier, aliran udara yang mengandung VOC atau untuk menghilangkan zat organik ofensif dari jalur suplai air minum, GAC atau antrasit atau filter batubara atau pasir bisa menjadi pilihan yang lebih baik.
Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa GAC (media serap) dapat menjadi pilihan yang lebih baik daripada (media non- serap) antrasit atau pasir untuk menghilangkan sifat sub organik dari air limbah tersier atau air permukaan [LeChevallier et al., 1992; Wang et al., 1995a, b]. Sebuah filter GAC memang memiliki luas permukaan spesifik (luas permukaan per satuan volume filter)yang lebih kecil yang tersedia untuk penempelan mikroba dari saringan pasir karena ukuran efektif pasir biasanya lebih kecil dari GAC.
Selanjutnya ukuran micropores GAC (1- 100 nm) tampaknya terlalu kecil untuk mikroorganisme (biasanya lebih besar dari 200 nm diameter) penetrasi di dalam micropores ini (AWWA penelitian dan panitia teknis laporan, 1981). Namun, struktur berpori dan permukaan yang tidak teratur dari GAC menawarkan situs yang lebih tepat untuk penempelan biomassa.
GAC dapat mengadsorb dan mempertahankan komponen biodegradable yang dapat terdegradasi oleh mikroba tertempel yang dapat menjadikan regenerasi dari GAC yang terus-menerus. Hal ini juga memberikan perlindungan dari rugi geser biomassa. Wang et al. [1995a] menemukan GAC yang memiliki tekstur permukaan mesopori lebih cocok untuk penempelan biomassa dari pada makropori dan mikropori GAC.
Media biofilter harus menyediakan: (i) permukaan yang cocok untuk pertumbuhan biomassa secara cepat, (ii) luas permukaan yang lebih besar untuk pertumbuhan biomassa, dan (iii) tekstur permukaan yang baik untuk menahan biomassa melakukan shear dan sloughing. Pengaruh jenis media terhadap kinerja biofilter ditunjukkan pada Fig. 3.
2. Empty Bed Contact Time (EBCT) Waktu kontak, biasanya dinyatakan sebagai waktu kontak bed kosong (EBCT), adalah kunci desain dan parameter operasi dari biofilter. Zhang dan Huck [1996b] telah memperkenalkan konsep waktu kontak berdimensi menggabungkan EBCT, luas permukaan spesifik dari medium, difusivitas substrat dan laju biodegradasi. Biasanya persentase removal zat organik meningkat dengan peningkatan waktu kontak hingga nilai optimum. Kedua, kedalaman filter dan pemuatan hidrolik dapat diubah untuk meningkatkan EBCT tersebut. Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa waktu kontak (dan bukan loading hidrolik) adalah variabel yang bertanggung jawab untuk penghilangan zat organik. Huck dkk.
[1994] menunjukkan bahwa efisiensi penyisihan organik dari biofilter bisa didekati dengan model orde satu. Servais et al. [1992] melaporkan peningkatan linear dalam penyisihan BDOC dengan peningkatan EBCT antara 10-30 menit dari biofilter. Studi [Price, 1994; Hozalski et al., 1995], menunjukkan sangat sedikit atau tidak ada efek EBCT pada efisiensi removal organik dari biofilter yang mungkin karena aklimatisasi sebagian biofilter. Pengaruh EBCT pada kinerja biofitler ditunjukkan pada Fig. 4.
3. Filter Backwash
Penting untuk memilih teknik filter backwash yang sesuai untuk keberhasilan operasi dari biofilter. Biomassa yang melekat pada media filter harus dipertahankan dengan hati-hati selama backwash [Ahmad dkk., 1998; Bouwer dan Crowe, 1998; Bablon et al., 1988; Graese et al., 1987; Miltner et al., 1995]. Ahmad dan Amir- tharajah [1998] menemukan bahwa partikel biologis (diukur sebagai jumlah piring heterotrofik dan seluler adenosine triphosphate), yang biasanya hidrofobik di alam, yang melekat pada media filter (GAC) dengan kekuatan yang lebih besar daripada partikel tanah liat nonbiological (diukur sebagai kekeruhan). Perbedaan dalam
detasemen partikel-partikel ini selama backwash harus diperhitungkan saat memilih atau mengoptimalkan backwash dari biofilter. Penelitian sebelumnya telah menunjukkan tidak ada kerugian besar biomassa selama backwash dari biofilter [Ahmad dkk., 1998; Lu dan Huck, 1993].
Servais et al. [1991] backwash biofilter GAC dengan gerusan udara dan air secara rutin setiap 50-100 jam run terus menerus, tetapi tidak ada perbedaan yang signifikan dalam profil biomassa vertikal sebelum dan sesudah backwash dilakukan.
4. Suhu
Pengaruh suhu pada aktivitas bakteri pada biofilter dan hubungannya dengan kinerja biofilter ditunjukkan pada Fig. 5. Aktivitas komunitas bakteri yang beradaptasi pada 10 oC dan 20 oC dinyatakan meningkat dengan peningkatan suhu di kisaran 10- 30 oC.
PARAMETER VARIABEL DAN PENGUKURAN BIOFILTER
1. Substrat
Biofiltrasi digunakan untuk berbagai tujuan.
Hal ini dapat digunakan untuk treatment air limbah primer, air limbah tersier atau untuk treatment air minum. Pengukuran keadaan biofilter parameter-parameter variabel tergantung pada tujuan penggunaan biofilter.
Jika tujuan biofilter adalah untuk treatment air limbah primer, maka parameter yang harus diukur adalah BOD, COD, SS dll Akan tetapi, ketika biofilter yang digunakan untuk air limbah tersier, maka tingkat organik seperti TOC bisa menjadi parameter yang tepat untuk diukur. Demikian pula, tujuan utama dari penggunaan biofilter dalam pengolahan air minum adalah untuk mengurangi permintaan klorin atau desinfeksi by-produk pembentukan potensial dan potensi pertumbuhan bakterial, dan pengukuran yang disajikan dalam hal BDOC dan AOC. Karena pengukuran AOC atau BDOC adalah spesific nature, metode pengukuran yang tepat diperlukan. Beberapa metode yang umum digunakan untuk pengukuran AOC dan BDOC seperti dilansir Huck [1990] adalah: (a) metode Van der Kooij, (b) metode Kemmy, (c) metode US- EPA, metode (d) Werner, (e) metode Jago- Stanfield, dan (f) metode Billen-Servais.
Dalam metode Van der Kooij, konsentrasi AOC dinyatakan sebagai mg asetat C eq / L, sedangkan di Kemmy dan US-EPA metode, unit pembentuk koloni (cfc / ml) diukur dan kemudian diubah menjadi AOC mg / L dan pertumbuhan coliform respon (CGR) masing-masing. Dalam Werner dan metode Stanfield Jago-, konsentrasi sel bakteri diukur dari segi kekeruhan atau konsentrasi adenosin trifosfat (ATP). Metode Billen- Servais mengukur karbon organik biodegradable terlarut (BDOC).
2. Pertumbuhan Biomassa
Kinerja biofilter bergantung pada biomassa yang melekat pada media filter.
Pertumbuhan biomassa dan pemeliharaan atas permukaan media filter di sisi lain bergantung sebagian besar pada karakteristik permukaan media filter itu sendiri. Seperti disebutkan sebelumnya, media yang berbeda dapat memiliki tingkat pertumbuhan biomassa yang berbeda dan kapasitas retensi biomassa yang berbeda. GAC, pasir, antrasit, blast-furnace slag dan pelet floating polypropylene beberapa media biofilter yang umum digunakan dalam treatment air dan air limbah. Faktor-faktor lain yang dapat mempengaruhi akumulasi biomassa adalah laju filtrasi, teknik filter backwashing, dan
konten organik dari limbah influen.
Sebagian besar penelitian dengan air permukaan alami menunjukkan bahwa jangka waktu 3 bulan diperlukan GAC filter untuk mempertahankan jumlah maksimum biomassa [Servais et al., 1994; Ahmad dan Amirtharajah, 1998].
Beberapa metode yang diadopsi dalam praktek untuk mengukur biomassa yang melekat pada media filter bergantung pada ketersediaan fasilitas analitis. Biasanya untuk biofilter yang digunakan dalam fasilitas pengolahan air, jumlah biomassa relatif kecil (dalam mikrogram) dan karenanya metodologi yang tepat untuk pengukuran biomassa diperlukan.
Ahmad et al. [1998] Namun, digunakan plate count heterotrofik (HPC) untuk mengukur pertumbuhan biomassa di biofilter. Bakteri heterotrophic dicacah dengan menggunakan metode spread plate menurut METODE STANDAR [1989]
bagian 9215C. medium pertumbuhan yang digunakan adalah R2A agar, dan kondisi inkubasi 20 oC selama tujuh hari.
Wang et al. [1995a] digunakan analisis fosfolipid untuk memperkirakan biomassa di biofilter. Sekitar 0,5 g media filter GAC dengan biomassa tertempel diambil dari filter, dan dicuci dengan air keran dechloinated untuk menghilangkan padatan tersuspensi sehingga massa yang terukur hanya biomassa yang menempel. Pada dasarnya, metode untuk mengekstrak fosfor organik terikat dan kemudian dicerna untuk fosfat anorganik dapat diukur dengan pengukuran colorimetric. Jumlah biomassa dilaporkan sebagai nmol lipid-P / g media filter kering (1 nmol lipid-P adalah setara dengan sekitar 108 bakteri dari ukuran E.coli).
Servais et al. [1994] menyatakan bahwa tidak akan mungkin untuk menghitung bakteri yang menempel ke karbon aktif karena ukuran dan ketidakteraturan permukaan dari GAC, dan mengembangkan pendekatan baru untuk memperkirakan biomassa bakteri. Dalam metode ini, aktivitas bakteri diukur dalam kondisi standar, dan kemudian hal itu berkaitan dengan ukuran populasi bakteri aktif melalui
tingkat respirasi glukosa, dan akhirnya berhubungan dengan ug C biomassa dengan faktor konversi 1,1 ug C biomassa bakteri per nanomol dari respired glukosa per jam [Servais et al., 1991].
Chaudhary et al. [2001] menggunakan metode berat kering total untuk mengukur biomassa dalam biofilter GAC menyesuaikan dengan air limbah sintetis (Fig. 6). Metode ini sederhana dan lebih praktis untuk mengukur biomassa dengan jumlah yang relatif besar. Maksimum biomassa terukur adalah 0,09 g per g GAC setelah 42 hari operasi. Konsentrasi biomassa minimum adalah 0.036 g per g GAC diamati setelah 63 hari operasi terus- menerus. set percobaan yang dilakukan dengan laju filtrasi dari 2,5 m / h menunjukkan konsentrasi biomassa dari 0,1 g per g GAC dalam 30 hari penyaringan terus menerus. Jumlah akumulasi biomassa ditemukan bergantung pada loading rate hidrolik (HLR) dan konsentrasi organik.
Carlson dan Amy [1998] juga menemukan profil konsentrasi biomassa sebagai fungsi dari HLR. Semakin tinggi tingkat pembebanan, semakin besar biomassa awal dan lebih dalam penetrasi ke dalam bed filter. Profil konsentrasi biomassa tampaknya menjadi parameter paling kritis dalam desain sistem biofiltrasi.
Dua perubahan penting yang dapat diamati karena lapisan biomassa pada permukaan luar dari pelet GAC adalah: (i) penurunan porositas bed tetap, dan (ii) perluasan bed GAC biofilter. Ekspansi bed maksimum 1.14 cm (setara dengan ekspansi 22,8%) diamati oleh Chaudhary et al. [2001] setelah 42 hari operasi.
Sebuah studi dari GAC biofilter di Neuilly- sur-Marne pengolahan air, Prancis [Servais et al., 1994] menunjukkan bahwa untuk waktu kontak yang diberikan bed kosong (EBCT), penghilangan bahan organik biologis di GAC filter, independen dengan laju filtrasi di kisaran 6-18 m / h. Mereka juga menemukan beberapa penurunan biomassa setelah 100 hari dari timbangkan oprasi. Namun, biomassa rata-rata di filter beroperasi pada tingkat filtrasi berbeda--
beda tetapi, pada waktu kontak identik tetap konstan.
Ong et al. [1999] bekerja dengan kekuatan tinggi air limbah (BOD5 = 389 mg / L) dalam reaktor biofilm ultra-compact 52,5%
dan 32,8% penurunan biomassa diamati setelah 38 hari dan 94 hari filter dijalankan untuk masing-masingnya. Penurunan biomassa di biofilter mungkin karena die-off dari mikroorganisme dan penghilangan selama backwash. Meskipun terjadi penurunan biomassa, efisiensi penghilangan dari biofilter tidak terganggu, dan terus menghasilkan kualitas yang konsisten dari limbah [Chaudhary et al., 2001; Ahmad et al., 1998].
APPLIKASI BIOFILTER
Biofilter dapat digunakan baik sebagai unit pengolahan primer atau unit sekunder dalam sistem pengolahan air limbah. Ketika jumlah air limbah relatif kecil dan karenanya perawatan lengkap dapat dicapai dalam satu tangki (pabrik pengolahan paket) yang telah dipartisi untuk pretreatment, biofiltrasi, dan sedimentasi proses (Fig. 7). Berbagai jenis dan bentuk dari material-material plastik digunakan sebagai media biofilter. Jenis instalasi pengolahan ini banyak digunakan untuk mengolah air rumah tangga dan sisa air industri.
Biofilter telah berhasil digunakan sebagai trickling filter untuk pengolahan air limbah domestik. Hal ini dapat digunakan dengan dan tanpa proses pengolahan biologis lainnya tergantung pada karakteristik influen, dan persyaratan kualitas limbah
(Fig. 8). Batu, terak atau plastik bahan yang digunakan sebagai media biofilter menetes.
Opsi penerapan trikling biofilter bervariasi dengan tujuan Perlakuan, jenis media, dan sifat dari unit Perlakuan lain dalam rantai proses. Hal ini dapat digunakan untuk roughing, oksidasi karbon, oksidasi karbon gabungan dan nitrifikasi dengan pengaturan berbeda dari dua atau lebih unit biofilter.
Keuntungan menggunakan bio-trickling filter atas proses lumpur aktif konvensional (i) biaya operasional kecil, (ii) area yang dibutuhksn lebih sedikit, (iii) sludge stabil dengan baik(tidak ada masalah lumpur bulking atau mengambang).
Dalam pengolahan air limbah canggih, biofilter dapat digunakan bersama dengan proses fisika-kimia konvensional seperti flokulasi coagulation-, filtrasi dan sedimentasi (Fig. 9). Filter konvensional dan unit biofilter dapat dikombinasikan bersama tergantung konsentrasi padat yang ditangguhkan. Karena tujuan utama dari biofilter adalah untuk menghilangkan organik terlarut, partikel yang ditangguhkan dikeluarkan dalam filter konvensional sebelum memasukan air limbah dengan sistem biofiltrasi.
biofilter juga telah dinilai oleh banyak peneliti sebagai bagian penting dari pengolahan air permukaan untuk minum untuk mengurangi pertumbuhan mikroba di jalur pipa distribusi, potensial korosi dan desinfeksi by-produk [Bouwer dan Crowe, 1988; Carlson dan Amy, 1998]. Biasanya, GAC biofilter dianjurkan untuk digunakan dalam pengolahan air permukaan, seperti di GAC biofilter bahan organik dikeluarkan oleh mekanisme adsorpsi dan biodegradasi (Fig. 10).
KINERJA BIOFILTER
Pada bagian ini, kinerja biofilter dalam menghilangkan organik diukur dalam istilah yang berbeda seperti TOC dan BOD5, dan beberapa polutan tertentu dibahas.
1. Pengolahan Air Permukaan
Sebuah studi dari sistem biofiltrasi GAC dilakukan di pabrik pengolahan Marne Neuilly-sur-, Prancis oleh Servais et al.
[1994] menggunakan tiga filter percontohan dengan berbagai kedalaman bed dan kecepatan filtrasi, tetapi waktu kontak bed kosong (EBCT) yang sama, menunjukkan bahwa efisiensi penyisihan organik dari filter GAC untuk EBCT yang diberikan adalah independen dari kecepatan filtrasi dalam kisaran 6-18 m / jam. Efisiensi removal organik dari filter ditunjukkan pada Tabel 3. Studi ini menunjukkan bahwa penghilangan karbon organik biodegradable meningkat dengan bertumbuhnya biomassa
di permukaan GAC, namun efisiensi penyisihan nonbiodegradable organik dari filter berkurang.
Sebuah penyelidikan dari sistem GAC di Fasilitas Palo Alto Reklamasi, USA mengungkapkan bahwa biofilter bisa memiliki penghilangan pseudosteady keadaan 50% untuk tahun pertama, 24%
untuk tahun kedua dan 14% untuk tahun ketiga [Summers dan Roberts, 1984] . Adsorpsi organik dan degradasi biologis dari organik yang terserap ke karbon aktif adalah dua mekanisme utama untuk menghilangkan organik dalam sistem biofiltrasi GAC.
Kinerja biofiltrasi pada plant yang berbeda dalam menghilangkan organics (TOC, DOC
dan AOC), amonia, dan nitrat diberikan masing-masing pada Tabel 4, 5, dan 6.
2. Air Limbah Kekuatan Rendah
Sebuah studi eksperimental yang dilakukan oleh Chaudhary et al. [2001] di Lingkungan R & D Laboratorium di University of Technology menunjukkan bahwa GAC biofilter dapat dioperasikan untuk waktu yang lama tanpa regenerasi dari GAC.
Dalam penelitian ini, limbah sintetis disusun dengan menggunakan tiga organik dan tujuh zat anorganik [Organics: glukosa, pepton,
ekstrak ragi; Anorganik: MnSO4, CaCl2, NaHCO3, NaCl, MgSO4 · 7H2O, KH2PO4, (NH4) 2 · SO4], dan bed GAC itu menyesuaikan diri dengan laju filtrasi yang relatif rendah (1 m / h). Efisiensi removal organik dari biofilter tetap konstan pada 50- 55% bahkan setelah 77 hari run terus menerus (Fig. 11).
Backwash harian diadopsi untuk menghindari penyumbatan fisik
biofilter tampaknya tidak mempengaruhi efisiensi penyisihan organik dari filter. Dari studi penyaring skala laboratorium, Hozalski dan Bouwer [1998] juga menemukan bahwa akumulasi biomassa tidak terganggu oleh backwash dengan air. Dalam eksperimen mereka, efisiensi removal organik dari biofilter itu ditemukan tidak berubah setelah backwash. Beberapa biomassa secara alami akan hilang selama backwash tetapi hilangnya biomassa dapat membuat situs lebih untuk adsorpsi organik dan dengan demikian penurunannya jadi seimbang. Hal ini dapat terjadi bila kapasitas adsorpsi GAC tidak sepenuhnya exhausted.
Efek dari konsentrasi influen organik dan tingkat filtrasi pada efisiensi penghilangn organik dari biofilter yang secara eksperimen diselidiki [Chaudhary et al., 2001]. Diamati bahwa dengan peningkatan tingkat filtrasi, kualitas limbah menjadi lebih rendah daripada dengan laju filtrasi yang lebih rendah (di mana filter di acclimatized) tetapi pola penghilangan organik tetap tidak berubah terhadap waktu.
Ini mungkin disebabkan karena fakta bahwa ketika tingkat pembebanan hidrolik biofilter meningkat, EBCT yang menurun dan peningkatan beban massa organik melebihi kemampuan biomassa untuk mengasimilasi zat organik biodegradable yang tersedia menghasilkan kualitas limbah bawah standar. Perlu dicatat bahwa kolom saringan diaklimatisasi dengan konsentrasi yang relatif rendah organik (TOC dari 3,5 mg / L) dan laju filtrasi rendah 1 m / h untuk pertumbuhan bertahap dari biomassa dalam media filter.
Kinerja biofilter sedikit meningkat ketika konsentrasi influent TOC meningkat menjadi 6,8 mg / L. Alasan yang jelas untuk bisa meningkatnya aktivitas biologis mikroorganisme. Model steady state orde satu dikembangkan oleh Huck dkk. [1994]
juga menunjukkan bahwa efisiensi penghilangan organik dari biofilter berbanding lurus dengan konsentrasi influen organik. Namun, ketika pengaruh konsentrasi meningkat dari 6,8 mg / L menjadi 11,2 mg / L, efisiensi removal filter itu tinggi awalnya dan kemudian menurun
seiring dengan waktu. Hasil eksperimen dengan demikian menunjukkan bahwa profile biomassa adalah parameter yang paling penting dalam desain sebuah biofiltrasi system, dan bahwa biofilter harus dioperasikan sedekat mingkin dengan kondisi steady state untuk mencapai efisiensi penghilangan organik optimal.
Peningkatan mendadak dalam tingkat aliran dan konsentrasi influen dapat mengubah efisiensi biofilter sementara, tetapi jika kondisi staedy state biomassa dibiarkan berkembang, efisiensi organik atau biofilter akan setara dengan yang organik atau hidrolik loading rate di mana filter di acclimatized di awal.
LeChevallier et al. [1992] dan Prevost et al.
[1992] juga mengamati penurunan tingkat penyisihan karbon organik dengan penurunan EBCT. LeChevallier et al. [1992]
menemukan peningkatan penghilangan TOC 29-51,2 persen bila EBCT meningkat dari 5 sampai 20 menit yaitu ketika kecepatan filtrasi mengalami penurunan sebesar empat kali. Namun, Carlson dan Amy [1998] telah melaporkan dari studi eksperimental skala pilot mereka bahwa penghilangan organik di biofilter terbatas baik oleh konsentrasi biomassa atau pembentukan bahan organik biodegradable (BOM), bukan dengan parameter operasi filter. Mereka juga menemukan bahwa efisiensi optimum penyisihan organik dari biofilter adalah pada tingkat pembebanan saat filter itu diaklimatisasi, dan jika kondisi biomassa steady state dapat dilaksanakan, bahkan pada tingkat pembebanan hidrolik yang lebih tinggi, efisiensi penyisihan biofilter akan meningkatkan dibandingkan dengan yang di tingkat pembebanan hidrolik rendah (di mana filter pertama kali diaklimatisasi).
3. Kekuatan Air Limbah Tinggi
Sebuah studi skala penuh dilakukan oleh Boon et al. [1997] menjalankan enam kolom biofilter dari diameter yang berbeda (26/6 m) dengan blast- furnace dan granit sebagai media filter. Kinerja filter bio diringkas dalam Tabel 7. BOD5 dan amonia-N efisiensi removal filter bervariasi dari 85%
-97% dan 55% -98%.
KESIMPULAN
1. Biofilter dapat secara efektif digunakan dengan cara yang ekonomis untuk menghasilkan air kualitas tinggi dari limbah karena efisiensi removal TOC yang konsisten, operasional tahan lama dan kesederhanaan operasi.
2. aktivitas biologis menyebabkan konsentrasi organik limbah konsisten selama jangka waktu yang panjang. Backwash harian yang biasanya diadopsi untuk memudahkan bed Filter tampaknya tidak berpengaruh pada laju pertumbuhan biomassa, dan kualitas limbah. kinerjanya namun dapat dipengaruhi oleh laju filtrasi dan konsentrasi organik influen, menunjukkan bahwa biofilter harus dioperasikan dalam kondisi yang sama di mana ia diaklimatisasi untuk efisiensi removal organik optimal dan konsisten.
3. Sebuah pilihan yang tepat dari laju filtrasi dan kedalaman menengah GAC dengan backwash yang tepat dapat menghasilkan operasi tahan lama yang konsisten dan kualitas limbah unggul.
4. Model matematika harus memasukkan perkiraan parameter biofilter untuk kondisi operasi yang berbeda (seperti laju filtrasi aklimatisasi dan konsentrasi organik awal) untuk memverifikasi adaptasi dari model kedalam praktek.
REFERENSI
[1]Ahmad, R., Amirtharajah, A., Al- Shawwa, A. and Huck, P. M., “Effects of Backwashing on Biological Filters,” J.
AWWA, 90(12), 62 (1998).
[2]Ahmad, R. and Amirtharajah, A.,
“Detachment of Particles during Bio- filter Backwashing,” J. AWWA, 90(12), 74 (1998).
[3]Alonso, C., Suidan, M. T., Kim, B. R.
and Kim, B. J., “Dynamic Math- ematical Model for the Biodegradation of VOCs in a Biofilter: Bio- mass Accumulation Study”, Env. Sci. Tech., 32(20), 3118 (1998).
[4]AWWA Research and Technical Practice Committee on Organic Con- taminants,
“An Assessment of Microbial Activity of GAC”, J. AWWA, 73(8), 447 (1981).
[4]Bablon, G. P., Ventresque, C. and Ben
Aim, R., “Developing a Sand- GAC Filter to Achieve High Rate Biological Filtration”, J. AWWA, 80(12), 47 (1988).
[5]Bakke, R., Characklis, W. G., Turakhia, M. H. and Yeh, A.-I., “Model- ling a Monopopulation Biofilm System:
Pseudomonas Aeruginosa”, In Biofilms.
Characklis, W. G. and Marshall, K. C., eds., New York, Wiley (1990).
[6]Billen, G., Servais, P., Bouillot, P. and Ventresque, C., “Functioning of Biological Filters Used in Drinking Water Treatment Plant-the Cha- brol Model”, J. W SRT-Aqua, 41(4), 231 (1992).
[7]Boon, A. G., Hemfrey, J., Boon, K. and Brown, M., “Recent Develop- ments in the Biological Filtration of Sewage to Produce High-Qual- ity Nitrified Effluents”, J. Chart. Insti. Water Envi.
Manage., 11(12), 393 (1997).
[8]Bouwer, E. J. and Crowe, P. B.,
“Biological Processes in Drinking Water Treatment”, Peyton, B. M. and Characklis, W. G., “Kinetics of Biofilm Detachment,” Water Sci. Tech., 26(9- 11), 1995 (1992).
[9]Prevost, M., Coallier, J., Mailly, J., Desjardins, R. and Duchesne, D.,
“Comparison of Biodegradable Organic Carbon Techniques for Pro- cess Control”, J. Water SRT-Aqua, 41(3), 141 (1992).
[10]Price, M. L., “Ozone and Biological Treatment of DBP Control and Bio- logicalStability(90649)”,
AWWARF,Denver.
[11]Rittmann, B. E., “Analyzing Biofilm Processes Used in Biological Fil- tration”, J. AWWA, 82(12), 62 (1990).
[14]Rittmann, B. E. and Manem, J. A.,
“Development and Experimental Evaluation of a Steady-state, Multispecies Biofilm Model,” Biotech.
Bioeng., 39, 914 (1992).
[15]Rittmann, B. E. and McCarty, P. L.,
“Model of Steady-state Biofilm Ki- netics”, Biotech. Bioeng., 22, 2343 (1980).
[16]Rittmann, B. E., “Detachment from Biofilms, In Structure and Func- tion of Biofilms”, Edited by W. G. Characklis and P. A. Wilderer, New York, Wiley (1989).
[17]Rittmann, B. E., “The Effect of Shear Stress on Biofilm Loss Rate,” Bio- tech.
Bioeng., 24, 501 (1982).
[18]Servais, P., Billen, G. and Bouillot, P.,
“Biological Colonization of Gran- ular Activated Carbon Filters in Drinking- Water Treatment,” J. Envi- ron. Eng., 120(4), 888 (1994).
[19]Servais, P., Billen, G., Bouillot, P. and Benezet, M., “Pilot Study of Biological GAC Filtration in Drinking Water Treatment,” J. Water SRTAqua, 41(3), 163 (1992). Servais, P., Billen, G., Ventresque, C. and Bablon, G. P.,
“Microbial Activity in GAC Filters at the Choisy-le-Roi Treatment Plant”, J.
AWWA,83(2), 62 (1991).
[20]Speitel, G. E. and DiGiano, F. A.,
“Biofilm Shearing under Dynamic Conditions”, J. Environ. Eng., 113(3), 464 (1987). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater,APHA-AWWA-WEF, Washington, D. C. (1989).
[21]Summers, R. S. and Roberts, P. V.,
“Simulation of DOC Removal in Activated Carbon Beds,” J. Environ.
Eng., 110(2), 73 (1984).
[22]Urfer, D., Huck, P. M., Booth, S. D. J.
and Coffey, B. M., “Biological Filtration
for BOM and Particle Removal: A Critical Review,” J.AWWA, 89(12), 83 (1997).
[23]Van der Kooij, D., Visser, A. and Hijnen, W. A. M., “Determining the Concentration of Easily Assimilable Organic Carbon in Drinking Water”, J.
AWWA, 74(10), 540 (1982).
[24]Van Loosdrecht, M. C., “Influence of Interfaces on Microbial Activity”, Microbial Reviews, 54(1), 75 (1990).
[25]Wang, J. W., Summers, R. C. and Miltner, R. J., “Biofiltration Performance: Part 1, Relationship to Biomass”, J. AWWA, 87(12), 55 (1995a).
[26]Wang, J. Z., Summers, R.
S. and Miltner, R. J.,
“Biofiltration Peroformance: Part 2, Effect of Backwashing”, J. AWWA, 87(12), 64 (1995b).
[27]Warnner, O. and Gujer, W. A.,
“Multispecies Biofilm Model,” Biotech.
Bioeng., 27, 314 (1986).
[28]Yang, L., Chou, L. and Shieh, W. K.,
“Biofilter Treatment of
AquacultureWaterforReuseApplications”
, WaterRes.,35(13),3097(2001).
[29]Zhang, S. and Huck, P. M., “Removal of AOC in Biological Water Treat- ment Processes: A Kinetic Modeling Approach”, Water Res., 30(5),1195 (1996a).
[30]Zhang, S. and Huck, P. M., “Parameter Estimation for Biofilm Processesin Biological Water Treatment”, Water Res., 30(2), 456 (1996b)
J. AWWA, 80(9), 82 (1988).
