BAB 3 BIOFILTER Jenis Perangkat Biofilter menggunakan koloni biologis yang terdapat pada substrat pendukung (biomassa) dan dipilih karena kemampuannya memproduksi enzim yang mereduksi penyerapan polutan organik menjadi bentuk yang kurang berbahaya atau kurang stabil. Biofilter merupakan kombinasi dari adsorber (media dimana koloni bakteri menyediakan permukaan adsorpsi) dan absorber (biofilm lembab pada permukaan media yang menyerap kontaminan).Biofilter dipertimbangkan untuk menjadi teknologi hijau, yaitu ramah lingkungan. Pada kenyataannya, aksi kimia organik yang terjadi dalam biofilter lebih kompleks daripada sistem kemisorpsi anorganik.Aplikasi Umum dan Penggunaannya

Biofilter sering digunakan untuk mengontrol emisi air-zat terlarut atau hidrokarbon terkondensasi (seperti alkohol), fenol, aldehida seperti formaldehida, merkaptan berbau, asam organik, dan senyawa serupa lainnya. Biasanya digunakan untuk mengontrol emisi dari pembuatan bahan bakar aerosol dan saat pengisian, pemrosesan daging dan pengemasan, proses farmasi (emisi fermentasi), pemrosesan ikan dan sumber pangan lainnya.Bakal polutan yang bisa dikontrol oleh biofilter, secara umum, harus larut dalam air karena biodegradasinya terjadi dalam lapisan biofilm lembab dalam biofilter. Hidrokarbon alifatik secara umum lebih mudah terdegradasi daripada hidrokarbon aromatik. Hidrokarbon terhalogenasi menunjukkan peningkatan resistensi terhadap metode ini seiring meningkatnya kandungan halogennya, meskipun ada beberapa pengecualian.Sebuah biofilter secara umum ditunjukkan dalam bentuk perpotongan dalam gambar 3.1. Komponen-komponen dasarnya terdiri dari sistem humidifikasi untuk menghasilkan suatu aliran gas jenuh (ke kiri bawah), substrat untuk mendukung biomassa, bejana penampung, dan beberapa alat (seperti kipas; kanan atas) untuk memindahkan gas melewati biofilter.Biofilter juga telah digunakan untuk mengontrol emisi antara propana dan heksana saat pengisian kaleng aerosol. Sistem ini tentu saja bisa dibangun di bawah tanah, jadi bumi di sekitarnya menjadi bejana penampung. Pipa pengangkut yang terkubur mempertemukan gas terkontaminasi di balik biomassa dan pendukungnya. Gas meresap dan mendifusi melalui lapisan biomassa. Beberapa fasilitas pengepakan daging menukar peralatan pemrosesan daging mereka (pemasak, dll) ke biofilter untuk mengontrol bau. Bau-bauan yang lebih tajam dikontrol menggunakan packed towers, tray towers, fluidized bed scrubbers, dan bermacam peralatan tipe spray dimana oksidasi kimia digunakan. Peralatan-peralatan ini bisa diikuti oleh biofilter, namun, pada tahap terakhir sebagai pemoles untuk menghilangkan residu polutan.Efisiensi operasi 70 sampai 90 % diperoleh dengan unit desain yang tepat dengan adanya efisiensi tertinggi jika perpanjangan waktu tinggal layak secara ekonomi. Efisiensi ini, di US pada akhirnya, sering kurang daripada tingkat yang dibutuhkan oleh pihak berwenang; oleh karena itu, biofilter tidak popular di negara lain dibandingkan di negara kita.Agar sukses, biofilter harus digunakan di bawah kondisi yang kondusif baik untuk kelangsungan hidup biofilm dan untuk absorpsi kontaminan. Biofilter umumnya dioperasikan dibawah 100 oF dan pada 100 % humidifikasi relatif. Biasanya mengoperasikannya menggunakan preconditioning spray chamber atau scrubber to mempertahankan humidifikasi yang tinggi. Karena resistansi untuk aliran gas melewati biofilter adalah signifikan, maka peralatannya sangat besar. Terkadang, keseluruhan bidang yang terdapat pipa pengangkut bawah tanah digunakan untuk menyediakan biomassa yang cukup besar dan stabil.Biofilter digunakan dalam aplikasi dimana aliran gas tidak mengandung senyawa yang beracun terhadap bakteri, dimana temperatur dan humidifikasi aliran gas dapat dikontrol dalam rentang yang sesuai untuk mempertahankan koloni bakteri, dan dimana konsentrasi polutan cukup rendah sehingga koloni bakteri tidak kewalahan. Kondisi ini bervariasi berdasarkan aplikasi dan bakteri atau enzim yang dipilih. Tabel 3.1 merupakan sebuah daftar dari polutan yang populer yang dihilangkan menggunakan metode biologi. Tabel ini berasal dari informasi dari Microbac International, Bioremediation: A Desk Manual for the Environmental Professional, oleh Dennis Schneider dan Robert Billingsley (Cahners Publishing), dan dari the Handbook of Bioremediation, oleh Robert S. Kerr (ed.), (Lewis Publishers).Prinsip KerjaBakteri yang menghasilkan enzim yang sesuai untuk oksidasi atau reduksi polutan targetlah yang dimanfaatkan dalam biofilter. Mereka mewakili jutaan sisi kecil oksidasi katalitik yang pada umumnya mengambil oksigen dalam aliran gas dan memasangnya pada polutan untuk memineralisasinya (mengkonversi polutan ke CO2, air, dan residu yang tidak berbahaya). Beberapa bakteri strain tertentu menggunakan enzim untuk membelah molekul organik atau mengekstrak unsur khusus (seperti sulfur) dengan cara mengubah karakteristik dari molekul kontaminan.Sejumlah perusahaan telah mengembangkan bakteri strain khusus dan/tidak enzimnya disesuaikan untuk mengontrol polutan tertentu. Jika aliran gas dapat dikondisikan untuk menyediakan lingkungan dimana bakteri strain atau enzimnya dapat dipertahankan, aplikasi tersebut bisa menjadi alternatif dalam biofilter.Gambar 3.2 menunjukkan komponen dasar dari sebuah biofilter di atas tanah. Alat ini terdiri dari sebuah preconditioning dan bilik humidifikasi untuk meningkatkan humidifikasi relatif gas menjadi 100 %, sistem distribusi gas atau header, wadah besar penampung campuran bahan organik yang mendukung koloni bakteri dan menyediakan makanan, sistem pengobatan bakteri, dan sistem pengembalian kondensat.Campuran bahan organik bakteri dalam biofilter disebut biomassa. Biomassa ini mungkin berupa selulosa atau kayu yang serupa-berdasarkan bahan, gambut, karbon (atau arang), jerami, limbah bahan organik, atau bahan plastik (seperti scrubber packing) atau campuran daripadanya yang didesain untuk mendukung koloni bakteri. Umumnya, lapisan tipis basah yang disebut biofilm dibentuk sepanjang media ini dengan memperluas permukaan film (sama dengan kegunaan packing dalam packed tower). Karena bakteri biasanya menyukai hangat, lingkungan lembab, spray humidifikasi digunakan untuk mencegah biomassa mengalami kekeringan, yang dapat membunuh bakteri. Reaksi ini terjadi dalam lingkungan lembab dalam biofilm; oleh karena itu, polutan harus larut dalam air dan diserap.Gas kontaminan diserap ke dalam biofilm lembab dan enzim disekresi oleh bakteri mengurangi atau mengoksidasi kontaminan. Dengan waktu yang memadai, hidokarbon dikonversi menjadi karbondioksida dan uap air. Terkadang, mereka dikonversi menjadi gas metana, umumnya dalam sistem pengolahan biologis limbah.

Pada beberapa biofilter, enzim khusus telah diekstraksi secara sedikit dan larutan terkonsentrasi dari enzim tersebut digunakan untuk melapisi media pendukung (seperti kasa selulosa). Enzim memasang oksigen dalam udara pada hidrokarbon dengan mengoksidasinya tanpa habisnya enzim tersebut. Dalam cara ini, enzim dianggap sebagai katalis oksidasi dari kontaminan. Gambar 3.3 menunjukkan sebuah peralatan pembersih gas padat menggunakan larutan enzim pendukung pada tipe media kasa.Mekanisme Utama yang DigunakanAbsorpsi merupakan mekanisme utama untuk memindahkan kontaminan dari fasa gas ke dalam biofilm. Oksidasi bioligis terjadi dengan penggunaan enzim (disebut oksigenasi). Ini merupakan kunci mekanisme untuk oksidasi kontaminan saat ia terserap. Enzim pada bakteri strain bertindak sebagai katalis untuk memasang oksigen pada kontaminan, dengan mengoksidasi akhir. Beberapa bakteri strain memasang senyawa kimia lain pada kontaminan yang diikuti oleh reaksi pengurangan. Mereka pada dasarnya mengekstrak bagian kontaminan, contoh sulfur dalam merkaptan bau, mengubah struktur komponen bau.Untuk hidrokarbon rantai panjang, proses pembelahan bertahap dapat berlangsung. Dari waktu ke waktu, enzim tersekresi memecah rantai hidrokarbon menjadi komponen terkecil yang akhirnya menghasilkan CO2 dan air. Proses ini terjadi secara alami dalam lingkungan. Dalam biofilter, kondisi diciptakan dan dipertahankan agar proses ini berlangsung dengan cepat.Gas secara khusus mencampur lewat difusi karena kecepatan gas sangat kecil (untuk mengurangi tekanan turun). Penekanan dan intersepsi merupakan faktor minor dalam sebuah biofilter yang memberikan kecepatan uap yang sangat rendah pada saat peralatan beroperasi.Desain DasarDalam fungsi mekanis, biofilter dapat disamakan dengan packed tower. Media pendukung biomassa adalah packing dan biofilmnya adalah cairan absorpsi. Sama dengan biofilter, namun, biofilmnya merupakan stasioner yang menempel pada media pendukung. Karena gas berpindah dengan lambat melewati biomassa sehingga gas kontaminan dapat berdifusi lebih ke permukaan biofilm, dan waktu dihitung bagi gas untuk penetrasi permukaan biofilm. Hasilnya, kecepatan gas di bawah 1 sampai 2 ft/sec. Oleh karena itu, biofilm biasanya berukuran besar.

Mereka tidak perlu harus berbentuk indah, namun, Gambar 3.4 menunjukkan biofilter di atas tanah, seperti perumahan yang didesain untuk berfungsi dan tampilannya.Desain ini dibangun dalam komponen modular untuk mengurangi biaya dan mempercepat waktu instalasi. Wadah paling atas terbuat dari fiberglass-reinforced plastic (FRP) dan dimiringkan untuk menghitung kekuatan dan pengeringan salju dan hujan. Ini diletakkan pada suatu cekungan beton berjajar, yang menyediakan pendukung struktural dan rumah sistem distribusi gas.

Karena bakteri strain yang digunakan adalah makhluk hidup, mereka membutuhkan lingkungan yang cocok untuk bertahan hidup. Biasanya menghasilkan dalam sebuah kebutuhan penghumidifikasian dan terkadang memanaskan atau mendinginkan aliran gas dalam jendela operasi sempit untuk menyesuaikan dengan bakteri strain yang digunakan. Humidifikasi relatif pada inlet biasanya di atas 95 % dan suhunya 60 sampai 110 oF. Pengurangan uap lembab dapat mengeringkan biomassa dan suhu yang berlebihan dapat membunuh bakteri. pH biasanya 6 sampai 8, walaupun beberapa bakteri strain dapat bekerja pada pH 4 sampai setinggi 10.Peralatannya juga harus didesain agar bisa diisi ulang. Pintu akses harus disediakan tetapi ruang tarik yang memadai harus tersedia karena biofilter sering kelebihan muatan dengan bahan pendukung biomassa yang memenuhi tempat dan pendistribusian. Untuk alasan ini, biofilter di atas tanah sering dikonfigurasikan dengan jalan masuk di samping mereka dipertimbangkan untuk penghilangan mekanis dan penggantian dari substrat ke dalam truk pembuangan atau alat pengangkut lainnya.Saran OperasiSebelumnya telah dijelaskan bahwa biofilter harus dioperasikan dalam jendela humidifikasi dan panas mereka. Perawatan diperlukan untuk menyediakan pasokan humidifikasi air dan pasokan wadah terisolasi yang sesuai jika lingkungan dingin ditemui.

Untuk air kapur, penggunaan air lunak dalam sistem humidifikasi mungkin disarankan untuk mengurangi mulut pipa tersumbat. Jika peralatan humidifikasi tipe packed yang digunakan, cek secara berkala sebaiknya dilakukan dengan memperhitungkan kondisi packing. Turunnya tekanan zona packed sebaiknya diperhatikan dan packing diganti jika penurunan tekanan mencapai di atas angka vendor yang ditentukan.Kondensat dari biofilter sebaiknya diakumulasi dan, jika direcycle, padatan besar yang banyak dikirim melalui saringan atau filter untuk mencegah mulut pipa tersumbat. Jika sistem humidifikasi gagal, maka biofilter juga akan gagal.

Sudah tidak asing lagi bahwa biofilter digunakan untuk percobaan dengan berbagai biakan bakteri dan substrat. Sebagian, ini mungkin mengungkapkan sisi seni dari sains. Kenyataannya bahwa biakan bakteri tertentu hanya merespon polutan tertentu. Ketika campuran polutan muncul, ini dapat menimbulkan masalah. Itu sebabnya kesabaran sangat diperlukan jika seseorang ingin memecahkan aliran polutan jamak.Disarankan bahwa temperatur dari bagian pos humidifikasi dan temperatur bed sebaiknya dijaga. Bagian pos humidifikasi sebaiknya berada pada temperatur bola basah atau antara 2 sampai 3 oF daripadanya. Ini mengindikasikan kejenuhan yang dekat. Temperatur bed mencerminkan kondisi hidup bakteri. Penyuplai biakan bakteri akan memiliki berbagai desain untuk dioperasikan.

Disamping masalah akses layanan dan kebutuhan preconditioning seperti yang telah disebutkan sebelumnya, biofilter dapat dioperasikan seperti halnya absorber lainnya.