Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri Institut...

Oleh:

Marry Fusfita Umi Rofiqah

23 09 105 001 23 09 105 012

Pembimbing:

Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M. Eng Dr. Ir. Tontowi Ismail, MS

Laboratorium Teknologi Biokimia

Jurusan Teknik Kimia

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya

Tangki Pengendapan

Limbah Lumpur

Tangki Aerasi

Udara Lumpur Aktif Balik

Influen Limbah Organik + Lumpur Aktif + O2 terdegradasi menjadi

CO2, H2O, NO3, SO4, PO4

efluen

Sistem Konvensional

Parameter pada proses lumpur aktif : 1. Rasio F/M, normal beroperasi pada 0,2-0,6 kg

BOD/kg MLSS.hari 2. DO (Dissolved Oxygen 3. Sludge Age (SRT) : 3-14 hari 4. Batasan konsentrasi lumpur (MLSS

Masalah pada tangki

sedimentasi dan membutuhkan

lahan sedimentasi yang

luas

Udara

1. Fouling (Blocking partikel padat, produk metabolit terlarut, sisa influent yang belum terdegradasi)

2. Kinerja membran menurun (penurunan fluks) 3. Intensitas backwashing lebih sering

Sistem SMBR

1. Membran dapat menggantikan peran bak sedimentasi sekunder dan menempatkan dalam proses degradasi biologis sehingga merupakan sistem yang kompak.

2. Dapat digunakan untuk konsentrasi lumpur yang tinggi. 3. Di dalam proses SMBR terdapat 2 proses yang saling

berhubungan yaitu biologis dan filtrasi.

4. Degradasi biologis → SMP → filtrasi → fouling.

INFLUEN

BLOWER

TANGKI ANOXIC

POMPA

EFLUEN

MEMBRAN ULTRAFILTRASI

TANGKI BACKWASH

BLOWER

TANGKI AEROBIK

4 5

3

1

2

(1)

(2)

(6)

(4)

(5)

(2)

(7)

(8)

(3)

(9)

(10)

1. Untuk menangani limbah dengan kandungan amonia tinggi (fungsi proses anoxic)

2. Menyempurnakan kinerja SMBR akibat potensi terjadinya fouling 3. Menyempurnakan sistem konvensional dimana lahan sedimentasi

lebih kecil 4. Memperkecil intensitas proses backwasing

Sistem MBR

Kelemahan proses aerobic activated sludge (konvensional) terletak pada sering terjadinya ‘bulking sludge’ yang mengakibatkan gagalnya proses pemisahan lumpur di tangki sedimentasi.

Komposisi polutan organik, N dan P perlu dikondisikan untuk menjaga agar mutu dari lumpur tetap baik dan efluent air terbebas dari N dan P.

SMBR sebagai pengembangan proses untuk mengatasi kelemahan proses activated sludge, menunjukkan kemajuan yang menarik dimana kegagalan pemisahan lumpur disedimentasi dapat diatasi oleh membran. Namun hambatan terjadi pada seringnya pembersihan membran yang harus dilakukan.

Diperlukan suatu pengembangan lanjut agar pemakaian membran untuk pemisahan lumpur dalam proses activated sludge menjadi lebih efektif dan mempunyai daya guna air yang lebih menjanjikan.

Meneliti kinerja MBR

dalam mendegradasi

polutan organik dalam

air limbah industri dan pemisahan

lumpur yang terjadi.

Meneliti pengaruh kondisi anoxic

terhadap pengurangan kandungan N

dalam air limbah

industri.

Meneliti kinerja MBR dan SMBR terhadap

perubahan fluks.

Meneliti pengaruh SRT

terhadap MLSS, COD, dan DO.

Mengetahui efektivitas proses degradasi polutan organik dalam air limbah industri dan pemisahan lumpur dengan menggunakan MBR.

Mengetahui pengaruh kondisi anoxic terhadap pengurangan kandungan N dalam air limbah industri.

Mengetahui pengaruh MBR dan SMBR terhadap perubahan fluks

Mengetahui pengaruh SRT terhadap MLSS, COD, dan DO

Pada proses lumpur aktif, naik atau turunnya kontrol proses menyebabkan bebagai masalah mikrobiologi antara lain pinpoint flocs, bakteri terdispersi yang mempengaruhi tingkat kejernihan effluent. Tingkat kejernihan effluent menurun dengan naiknya MLSS yang diindikasikan terbentunya pinpoint flocs. Kinerja proses lumpur aktif dipengaruhi oleh konsentrasi bakteri. (Setyawan, A. dkk)

Kombinasi proses eksternal membran bioreaktor dan lumpur aktif (SMBR) telah dikembangkan untuk mengurangi kadar ammonia serta meningkatkan kualitas efluen dari limbah - limbah industri (Kusworo, T.D., dkk. 2009)

SMBR menunjukkan bahwa sistem ini masih mampu menyisihkan bahan organik dengan baik, walaupun konsentrasi biomassa cukup tinggi yaitu 10000 mg/l (Tri Widjaja. 2008)

Pada SMBR bahan Organik terlarut yang terakumulasi dalam bioreaktor, menghambat aktifitas metabolit dalam lumpur aktif dan mempunyai pengaruh negatif pada permeabilitas membran dari mixed liquor. (Xia Huang,.dkk. 2000)

Fouling pada membran meningkat seiring SRT dan fluks menurun dengan naiknya SRT, mengindikasikan bahwa fouling membran terjadi ketika kondisi fluks turun. (Sung-Soo Han,.dkk. 2004)

Tabel 3.1 Komposisi Limbah Sintetis

Komponen Konsentrasi

(mg/L)

Glukosa

KH2PO4

Urea ((NH2)2CO)

1125

53,03

325,714

Variabel Tetap :

BOD : 1200 mg/L

COD : 1800 mg/L

MLSS : 4000 – 6000 mg/L

BOD : N : P = 100 : 5 : 1

DO pada tangki aerobik berkisar antara 2,9 – 4,9 mg/lt.

DO pada tangki anoxic < 2 mg/lt

Variabel Ubah :

SRT : 5, 10, dan 20 hari

1 •Mengambil Lumpur aktif dari P.T. SIER Rungkut Surabaya

2

•Membiarkan lumpur aktif sampai mengendap dan mengambil lumpur aktif yang telah mengendap.

3

•Menganalisa awal lumpur aktif untuk mengetahui MLSS, MLVSS, % volume endapan, Bioassay.

4 •Melakukan tahap aklimatisasi dengan menambahkan limbah sintetis di tangki aerasi.

5 •Menganalisa MLSS, MLVSS, COD, DO, Bioassay setiap hari.

6

•Menghentikan tahap pembibitan apabila dari hasil pengamatan MLSS telah mencapai 2000-6000 mg/l dan hasil pengamatan COD dan MLSS menunjukan kondisi yang stabil.

7 •Melanjutkan ke tahap percobaan.

1

• Mengalirkan influen dengan konsentrasi BOD 1200 mg/lt ke tangki aerasi dengan rate 31,5 l/hari dan melakukan aerasi.

2 • Membuka kran tangki aerasi menuju tangki anoxic.

3 • Membiarkan tangki aerasi mencapai overflow ke ruang membran.

4 • Melakukan pengamatan dan menganalisa DO pada tangki anoxic (< 2 mg/l).

5 • Mengalirkan limbah dari tangki anoxic ke tangki aerasi.

6 • Melakukan pengamatan dan menganalisa MLSS, MLVSS,DO, % SV, SVI, dan Bioassay pada tangki aerasi.

7

• Setelah DO pada tangki anoxic mencapai yang ditentukan (<2 mg/lt), maka pompa membran ultrafiltrasi dijalankan.

8

• Melakukan pengamatan dan menganalisa COD, amonia, nitrat serta mengukur turbidity pada hasil filtrasi membran.

9

• Melakukan pencucian (backwashing) setelah membran beroperasi dalam waktu tertentu dan fluks permeat yang dihasilkan tidak efisien lagi maka dilakukan pencucian dan kran pengeluaran sludge dibuka.

10

• Melanjutkan tahap percobaan dengan variabel SRT 10, dan 20 hari. 11

• Membuka kran pengeluaran sludge untuk SRT 5 hari

INFLUEN

BLOWER

TANGKI ANOXIC

POMPA

EFLUEN

MEMBRAN ULTRAFILTRASI

TANGKI BACKWASH

BLOWER

TANGKI AEROBIK

4 5

3

1

2

(1)

(2)

(6)

(4)

(5)

(2)

(7)

(8)

(3)

(9)

(10)

Diagram Skematik MBR pada proses filtrasi

(Catatan : (1) Tangki Anoxic; (2) Blower; (3) Air diffuser; (4) Tangki Aerobic; (5) membran ultrafiltrasi; (6) Pipa recycle; (7) dan (8)Saluran Pengeluaran Sludge; (9) Pompa; (10)

Tangki Backwash

No.

Waktu

(hari)

MLSS

(mg/L)

MVLSS

(mg/L)

COD

(mg/l)

DO

(mg/l)

SV

(%)

SVI

(ml/g)

1 1 4990 3190 946 6 40 80.160

2 2 5120 4710 930 5,6 40 78.125

3 3 3910 3110 704 5,5 40 102.302

4 4 3990 3590 600 5,4 50 125.313

5 5 4190 3990 520 5,3 40 95.465

6 6 4960 4660 511 4,6 40 80.645

7 7 5530 4270 420 4,3 50 90.416

8 8 5640 4480 400 4,2 50 88.652

9 9 5290 3580 399 4,2 40 75.614

10 10 5110 4670 360 4,2 40 78.278

Bioassay : Hidup

Tahap

Pendahuluan

Pengembangbiakan mikroorganisme

dilakukan dalam bak aerasi, pada

temperatur kamar, pH netral dan DO

(Dissoveld Oxygen) yang cukup yaitu > 2

mg/l.

Kondisi lumpur aktif dengan pertumbuhan

mikroorganisme yang baik juga diketahui dengan bioassay, yaitu melihat

protozoa sebagai predator (rotifera) pemakan bakteri yang sehat dengan bantuan mikroskop. Metode ini untuk memastikan apakah rotifera ada dan hidup sebagai tanda adanya mikroorganisme yang

berkembangbiak

Penurunan konsentrasi COD terjadi karena

adanya mikroorganisme yang

dapat beradaptasi dengan limbah

sintetis tersebut dan kenaikan MLSS

menandakan bahwa pertumbuhan

mikroorganisme relative baik.

Removal Chemical Oxygen Demand (COD, mg/l)

Gambar 4.3 COD (mg/L) pada SRT 5 Hari

Gambar 4.4 % Removal COD pada SRT 5 Hari

BOD :1200 mg/L COD : 1800 mg/L Rate : 31 L/hari

Semakin besar SRT, maka waktu tinggal mikroorganisme di

dalam tangki aerobik juga semakin lama, akibatnya proses

degradasi senyawa organik semakin baik, namun biasanya

antara 3-14 hari agar menghasilkan flok biologis yang mana

dapat ditangani dengan mudah.

Dari data tersebut juga diketahui bahwa tidak terjadi

perbedaan yang significant antara effluent tanpa membran

dan menggunakan membran.

Membran yang digunakan adalah membran ultrafiltrasi

yang mempunyai keterbatasan dalam pemisahan COD.

Membran ultrafiltrasi berkemampuan untuk memisahkan

koloid dan partikel padat misalnya protein, pati,

antibiotik, virus, koloidal silika, gelatin, bahan organik,

bakteri, lemak, dan padatan.

REMOVAL AMMONIA

Gambar 4.10 % Removal NH3 pada SRT 5 Hari


SRT 5 Hari

SRT 10 Hari

SRT 20 Hari

Dari grafik Amoniak dapat dilihat bahwa

pada SRT 10 hari memberikan

penurunan ammonia yang lebih baik

dibandingkan pada SRT 5 dan 20 hari.

Hal ini berkaitan dengan F/M ratio yang

merupakan jumlah substrat sebagai

sumber energi untuk pertumbuhan

mikroorganisme yang ditambahkan ke

dalam bioreaktor.

Hal ini menunjukkan dengan semakin tingginya removal

amoniak yang dihasilkan, sehingga dapat diperoleh

kesimpulan bahwa proses aerobik dan anoxic berjalan

baik.

REMOVAL NITRAT

Gambar 4.14 % Removal NO3- pada SRT 5 Hari


0.0000

10.0000

20.0000

30.0000

40.0000

50.0000

60.0000

70.0000

80.0000

90.0000

100.0000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

% N

Rem

ov

al

Waktu (hari)

% Removal N

SRT 5 hari

SRT 10 hari

SRT 20 hari

Gambar % Removal N Total untuk SRT 5, 10, dan 20 hari

N total masuk : 242,5181 mg/liter Perhitungan N total masuk dan keluar

Data perhitungan analisa terbaru.xls

SRT 5,10,dan 20 Hari

SRT 10 hari memberikan penurunan nitrat yang

lebih baik dibandingkan pada SRT 5 dan 20 hari.

Proses denitrifikasi di tangki anoxic cukup

berhasil, karena sisa nitrat di dalam permeat relatif

sedikit dimana ditunjukkan dengan

removal nitrat hingga 90,48 %

Konsentrasi nitrat yang tersisa sedikit, ini

menandakan bahwa N-NH3 influent sebagian untuk membentuk cell baru dan sebagian lagi menjadi produk (CO2,

H2O)

Jika jumlah N total keluar lebih kecil 0,5 dari

jumlah N total masuk yang masuk, maka proses

denitrifikasi dikatakan berhasil. Tetapi jika

jumlah N yang keluar lebih besar daripada

jumlah N yang masuk maka proses denitrifikasi

tidak berjalan dengan baik di tangki anoxic

UNJUK KERJA MEMBRAN

TURBIDITY

Gambar 4.20. Flux (L/m2.jam) dengan Waktu (menit) Pada MBR dan SMBR

Gambar 4.22 %Removal turbidity (NTU) dengan waktu (hari) pada SRT 5, 10, dan 20 hari

Untuk kinerja membran pada sistem SMBR, terjadi penurunan fluks dan memerlukan waktu backwasing dengan jarak yang relatif singkat.

Sedangkan untuk kinerja membran pada sistem MBR, penurunan fluks dan memerlukan waktu backwashing dengan jarak yang agak

lama

Flux semakin turun disebabkan adanya penyumbatan akibat partikel-partikel yang terakumulasi pada lapisan permukaan membran.

Dapat dilihat bahwa dengan adanya backwashing dapat menaikkan

flux membran meskipun tidak sampai pada kondisi awal.

Kenaikan flux tidak dapat kembali seperti kondisi awal dikarenakan masih ada penyumbatan yang tidak bisa hilang dengan cara backwashing air namun menggunakan chemical cleaning.

SMBR MBR

Pada gambar di atas, terlihat adanya fouling pada membrane sistem SMBR.

Peristiwa fouling ini memperberat kinerja membran yang akan berpengaruh pada kinerja membran untuk proses pemisahannya dan juga mempengaruhi perawatan membrane maupun umur membrane.

Oleh karena itu, dilakukan pengembangan terhadap sistem SMBR menjadi sistem MBR. Sistem MBR menyempurnakan sistem konvensional, namun pada sistem MBR membutuhkan ruang sedimentasi yang lebih kecil daripada ruang sedimentasi pada sistem konvensional.

Penurunan kinerja membran dapat juga dikarenakan oleh soluble

microbial product (SMP) yang akan mempengaruhi fluks permeat

membrane terkait dengan terjadinya fouling membrane.

Hal-hal yang dimungkinkan dapat menyebabkan terjadinya fouling yaitu :

partikel padatan yang menyumbat pori-pori membran, Protein,

karbohidrat, dan lemak yang larut di dalam air hasil dari produk

metabolisme mikroorganisme (SMP), dan yang berasal dari sisa influent

(glukosa).

Dari analisa menunjukkan bahwa kandungan protein tidak terdeteksi

sedangkan kandungan karbohidrat menunjukkan bahwa semakin lama

SRT maka semakin banyak karbohidrat yang menempel pada membrane

yang akan menyumbat dan mempengaruhi fluks permeat.

Hasil analisa karbohidrat adalah sebagai berikut :

SRT Karbohidrat (g/L) Removal

Karbohidrat (hari) Sebelum Membran Sesudah membran

5 0,358 0,349 0,009

10 0,406 0,392 0,014

20 0,436 0,423 0,013

Gambar disamping menunjukkan

bahwa dengan pengolahan

limbah menggunakan lumpur

aktif dan membran ultrafiltrasi

dapat mengurangi kekeruhan air

limbah yaitu 74,468 % hingga

75,789 %

Pada sistem MBR, di ruang

membrane jumlah MLSSnya

sangat kecil sekali dan diukur

sebagai turbidity, sedangkan

pada sistem SMBR dimana

membrane tercelup pada tangki

aerobic dan MLSSnya relative

sangat besar sehingga

mempengaruhi fluks permeat

MLSS dan fluks pereat pada

sistem SMBR diukur sebagai

massa fluks.

Turbidity

SRT 5 Hari

• Pada SRT 5 hari dapat ditunjukkan hari ke-1 harga MLSS 5710 mg/l dan pada hari ke-12 harga MLSS 4550 mg/lt

• memiliki F/M ratio 0,18

SRT 10 Hari



SRT 20 Hari



Pengaruh MLSS & COD terhadap kinerja MBR

Gambar dan video disamping

menunjukan mikroorganisme

yang terdapat dalam tangki

aerobik merupakan bakteri dan

protozoa

spesies mikrobiologi merupakan

kunci dasar sebagai efisiensi

proses dan pemeliharaan

berbagai rancangan pengolahan

secara biologis pada proses

lumpur aktif

Keberadaan rotifer

mengindikasikan air limbah yang

diolah secara biologis

berlangsung dengan baik.

foto penelitian 1

Juli MarFi Yes\V06-

04-11_13-18.3gp

foto penelitian 1 Juli MarFi Yes/New fera.3gp

foto penelitian 1 Juli MarFi Yes/V06-04-11_13-18.3gp










MBR pada SRT 5 hari menurunkan COD 1800 mg/L menjadi 570 mg/L dengan, pada SRT 10 hari mampu menurunkan menjadi 200 mg/L dan pada SRT 20 hari mampu menurunkan menjadi 255 mg/L pada tangki aerobik. Dan dengan menggunakan membran dapat diturunkan lagi

menjadi 550, 180, dan 230 mg/L.

% removal COD pada SRT 5 hari sebesar 69,44 %, pada SRT 10 hari sebesar 90,11 %, dan pada SRT 20 hari sebesar 87,22 %.

MBR dapat menurunkan konsentrasi NH3 dari 294,413 mg/L pada SRT 5 hari menjadi 86,822 mg/lt dengan % removal sebesar 70,51 %, pada SRT 10 hari sebesar 27 mg/lt dengan % removal sebesar 90,69 %, dan pada SRT 20 hari menjadi 69 mg/L dengan % removal sebesar 76,72 %.

MBR dapat menurunkan turbidity pada SRT 5 hari sebesar 61,765 %, pada SRT 10 hari sebesar 68,75 %, dan pada SRT 20 hari sebesar 76,26

%.

Dengan menggunakan membran ultrafiltrasi didapatkan flux membran pada sistem SMBR sebesar 5,4 - 27 L/m2jam sedangkan pada MBR

sebesar 12,6 – 30 L/m2jam.

Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri Institut...

Documents

Transcript of Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri Institut...