TUGAS PENGGANTI UJIAN AKHIR SEMESTER
Nama : Agung Hasan Lukman Matakuliah : Inovasi Teknologi Lingkungan
NPM : 2501 2013 0021 Dosen : Sunardi, Ph.D
Inovasi kultivasi alga hijau Chlorella sp. pada system pengolahan air limbah (waste water system treatment plant) di kawasan perkotaan1
Pendahuluan
Pada medio tahun 1970an, konsep penggunaan air limbah sebagai medium dan sumber nutrient untuk produksi alga sebagai salah satu alternative mengembangkan energy terbarukan sudah mulai dikembangkan. Hal ini dipicu dengan semakin banyaknya kuantitas air limbah yang dihasilkan dari berbagai aktivitas manusia serta menurunnya cadangan bahan bakar fosil dan meningkatnya emisi CO2
dengan seiring meningkatnya populasi manusia. Alga, dengan kemampuannya mengasimilasi CO2 dan polutan organic menjadi bahan seluler seperti lipid dan karbohidrat, adalah spesies yang menjanjikan dalam reduksi dan sekuestrasi CO2 dan gas rumah kaca serta reduksi polutan dari air limbah secara ramah lingkungan dan disaat bersamaan mampu menjadi sumber energy terbarukan dalam kehidupan.
Kultivasi alga pada system pengolahan air limbah pada umumnya digunakan pada tahap sekunder atau tersier. Namun demikian, Tam et al (1989) manyatakan bahwa hal tersebut lebih ekonomis dan diperlukan pada tahap sekunder dibanding tahap tersier. Chlorella sp merupakan spesies alga yang umum digunakan untuk perbaikan pengolahan air limbah dengan kemampuan yang sudah terbukti dalam menghilangkan nitrogen, fosfor dan COD dengan rentang waktu 10 jam hingga 42 hari. Pada studi ini, alga Chlorella sp dikultivasi dan dibandingkan pertumbuhannya pada empat tahap pengolahan air limbah sebelum penampungan pertama (#1), setelah penampungan pertama (#2), setelah aktivasi sludge (#3) dan centrate (#4) dan dikaji kemampuannya dalam membersihkan air limbah dari unsur nitrogen, fosfor, COD dan logam.
Karakteristik algae dan wastewater yang dikembangkan dan dijadikan sampel
Algae yang dikembangkan merupakan algae liar Chlorella sp yang diisolasi perairan tawar local.
Chlorella sp yang digunakan terlihat dalam tabel berikut.
1 Berdasarkan paper Wang et al., 2009. Cultivation of Green Algae Chlorellasp. In Different Wastewaters from Municipal wastewater treatment Plant. Appl Biochem Biotechnol, DOI 10.1007/s12010-009-8866-7
Air limbah yang digunakan dikumpulkan dari empat tahap berbeda dari Metropolitan Wastewater Treatment Plant di Saint Paul, Minnesota. Semua sampel air limbah disaring dengan menggunakan penyaring gelas microfiber untuk menghilangkan partikel besar dan bakteri-bakteri indigenous. Ammonia nitrogen (NH3–N), nitrate nitrogen (NO3–N), nitrite nitrogen (NO2–N), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), dan COD ditentukan untuk semua sampel mengikuti the Hach DR 5000 Spectrophotometer Manual.
Properties of the Four Wastewaters
Berikut merupakan tabel komposisi kimia setelah Chlorella sp diintroduksikan pada semua sampel tahap air limbah. Dari tabel tersebut terlihat bahwa pada air limbah setelah perlakuan primer, karakteristik kimianya tidak banyak berubah. Namun demikian, pada sampel tahap air limbah lainnya terdapat perbedaan yang sangat besar dari air limbah tahap sebelumnya. Hal itu disebabkan oleh adanya oksidasi ammonium menjadi nitrat, penyerapan fosfor dan reduksi COD yang dilakukan oleh alga Chlorella sp.
Kurva pertumbuhan alga pada empat tahapan wastewater berbeda
Hasil studi menunjukan bahwa Chlorella sp tumbuh secara signifikan pada tahap centrate karena banyaknya unsur N, P dan COD pada tahapan pengolahan air limbah tersebut dibandingkan pada tahap lainnya.Oleh karena itu, hal itu mengmplikasikan bahwa tahapan centrate pengolahan air limbah adalah media terbaik untuk pertumbuhan alga meskipun rasio N/P nya sangat tidak berimbang.
Inorganic Nitrogen, Total Nitrogen, Phosphorus, dan COD
Tabel berikut menampilkan unsur-unsur N, P dan COD yang diluruhkan oleh Chlorella sp dari empat tahap pengolahan air limbah yang berbeda. Secara umum,reduksi unsur N sangat signifikan dari tahap sebelum dan setelah penampungan pertama dan tahap centrate dengan tingkat reduksi lebih dari 70%. Hal tersebut menunjukan bahwa Chlorella sp dapat menggunakan ammonium atau nitrat, dua sumber energy primer bagi banyak organisme.
Reduksi fosfor hampir mencapai 90% dari wastewater #1, #2, and #4 yang mengindikasi efektifitas pereduksian. Namun, hanya 4.7% fosfor yang direduksi dari #3 wastewater. Sedangkan reduksi COD sangat bervariasi diantara wastewater. Ketika tingkat reduksi di wastewater #1, #2 dan #4 sebesar 50.9%, 56.5%, and 83.0% secara berturut-turut, tingkat reduksi di wastewater #3 menghasilkan angka yang nengatif, mengindikasikan bahwa materi organic dieksresikan keluar dari penampungan alih- alih diserap oleh alga untuk pertumbuhan. Dua hasil berlawanan tersebut terjadi kepada COD juga mengindikasikan adanya dua proses metabolism yang berbeda, seperti heterotroph dan autrotrof pada kondisi kultur yang berbeda bagi pertumbuhan algae.
Tingkat penurunan nutrient dari pertumbuhan alga dari empat tahap pengolahan air limbah
Metal Ion Removal
Berikut merupakan tabel yang menampilkan reduksi atau penghilangan ion logam oleh Chlorella sp dari empat wastewater yang berbeda. Unsur Al, Fe, Mg, Mn, and Zn teramati dapat dihilangkan dari empat wastewater tersebut secara efisien dengan rentang tingkat reduksi dari 56.5% sampai 100%.
Perbedaan tingkat reduksi Ca sebesar 95.4% pada tahap centrate (#4 wastewater) yang sangat kontras dengan tahap pengolahan air limbah lainnya (22.6%, 25.7%, and 45.6%) masih perlu dipelajari lebih lanjut dari kemungkinan penyebabnya.
Persentase reduksi untuk Al, Ca, Fe, Mg dan Zn pada empat tahap pengolahan air limbah setelah kultivasi alga
Penutup
Hasil studi ini menampilkan kelayakan kultivasi Chlorella sp pada empat tahap berbeda dalam pengolahan air limbah perkotaan. Chlorella sp dapat beradapatasi dengan baik pada medium tersebut dengan tidak adanya fase lag yang teramati. Walupun perlakuan wastewater sebelum dan sesudah penampungan primer lebih efisien dalam reduksi nutrient dibandingkan effluent, nitrogen dan COD tidak bisa direduksi secara komparatif dengan proses activated sludge terkini dalam kondisi waktu tertentu.
Sehingga, pengajuan untuk aplikasi pada wastewater sekunder untuk diterapkan pad skala yang lebih luas belum dapat dilakukan.
Namun demikian, pertumbuhan Chlorella sp yang sangat signifikan pada tahap centrate memberikan opsi baru untuk melibatkan alga dalam pengolahan wastewater perkotaan untuk mengatur nutrient untuk aerasi tank/wadah dimana centrate dari sentrifugasi limbah dikembalikan. Hal ini dapat menjadi tiga keuntungan dari satu kegiatan, yaitu mengurangi polutan organic dari air limbah, menghasilkan biofuel yang berharga sekaligus mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil.
