PENGOLAHAN LIMBAH LIMBAH RADIOAKTIF DAN INDUSTRI DENGAN BAKTERI

Prof.Ir.Zainus Salimin, Msi

PTLR-BATANFILE : My Doc/ZAINUS PPT / Zainus Presentasi STTN 2013 (49 slide)

PRESENTASI DALAM RANGKA KERJASAMAPTLR BATAN- STTN, YOGYAKARTA 3 MEI 2013

MATERI PRESENTASI

I.PENDAHULLUAN . Limbah Radiokatif . Limbah Industri . Baku Mutu . Proses Pengolahan Untuk Pemenuhan Baku Mutu

. Proses Pengolahan Limbah Dengan Bakteri.

II. TEORI . Bakteri . Extracellular Polymeric Substance (EPS). . Proses Oksidasi Biokimia Untuk Pengolahan Limbah. . Pemanfaatan EPS Untuk Pengolahan Limbah.

III. JUDUL-JUDUL PENELITIAN . Judul Penelitkian Yang Telah Dilaksanakan . Judul Penelitian Yang Akan Dilaksanakan

PENDAHULUAN

Kegiatan industri nuklir menimbulkan limbah cair organik radioaktif seperti :

a.limbah detergen persil dari pencucian pakaian kerja radiasi

b.limbah solven 30% TBP dalam kerosin dari pemurnian atau pengambilan uranium dari gagalan fabrikasi EBN.

c.limbah solven yang mengandung D2EHPA (di-2-ethyl hexyl phosphoric acid) dan TOPO (trioctyl phospine oxide) dalam kerosin dari pemurnian asam fosfat.

d.Limbah solven organik PPO (poly 2, 6 dimethyl-1,4 phenylene oxide) (C5H11NO), POPOP (5-phenyl-2-[4-(5 phenyl-1,3-oxazol-2-yl)phenyl]) (C24H16N2O2), dioxan (C4H8O2), toluene (C7H8), dan xylene (C8H10) dari kegiatan analisis zat radioaktif dengan metode liquid scintillation.

e.Limbah organik berupa minyak pelumas terkontaminasi dari kegiatan perawatan instalasi nuklir.

PENDAHULUAN (Lanjutan)

a. Limbah Deterjen Persil

Deterjen persil adalah senyawa alkyl-aril sulfonat dgn rumus CH3-(CH2)10-CH2-OSO3Na atau Na+R+SO3-(jenis deterjen berkadar buih rendah). Tiap molekul sbg suatu rantai yg salah satu ujungnya bersifat suka air (hidrofil) dan ujung lainnya bersifat takut air (hidrofob).

Gugus SO3- bersifat hidrofil dan rantai karbon R+ bersifat hidrofob. Kotoran yg berupa lemak atau minyak menarik gugus hidrofob, sedang gugus hidrofil tertarik oleh air [1].

PENDAHULUAN (Lanjutan)

b.Limbah Solven TBP Kerosin • Solven 30% TBP dalam kerosin adalah pelarut organik untuk ekstraksi

uranium dalam fabrikasi elemen bakar nuklir.

• Solven tersebut diambil kembali melalui proses “stripping” yang menimbulkan limbah fase air yang mengandung solven.

• TBP berumus C12H27PO4 yang mempunyai koefisien distribusi dan selektivitas yang tinggi, tahan radiasi dan tahan asam.

• Dalam pemakaiannya, TBP dilarutkan dalam kerosin odorless pada komposisi TBP dan kerosin masing-masing 30 dan 70 % volume.

• Kerosin adalah senyawa hidrokarbon yang mempunyai atom C tiap molekulnya pada harga C9 sampai C14.

• Senyawa penyusunnya: alkana (CnH2n+2), sikloalkana (metil siklo pentana, etil siklo heksana, dan lain-lain), hidrokarbon aromatik (benzena, toluen, dan lain-lain).

PENDAHULUAN (Lanjutan)

• Limbah solven 30% TBP-kerosin fase air dari fabrikasi elemen bakar nuklir berkadar solven 1 %, BOD 397 ppm, COD 605 ppm, pH 4,8 dan aktivitas uranium 3,7x103 Bq/l.

• Limbah tersebut bersifat toksik (B3) dan radioaktif.

• Berdasarkan baku mutu limbah cair sesuai Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No 15 Th 1995 nilai parameter pokok lingkungan adalah COD 100 ppm, BOD 50 ppm dan pH 6-9, sedangkan untuk aktivitas uranium berharga 1000 Bq/l sesuai Keputusan Kepala Badan Pengawas Tenaga Nuklir No. 02/V-1999.

PENDAHULUAN (Lanjutan)

c.Limbah Radioaktif Cair Fasa Air

Limbah radioaktif cair fasa air ditimbulkan dari operasi reaktor dan fasilitas nuklir lainnya, mengandung unsur radiokatif Cs-137, Sr-90, Co-60, Fe-55, Fe-56, dll beraktivitas 109 Bq/liter.

d.Limbah Industri Jenis Limbah dari Kegiatan industri :

Limbah cair yang mengandung kation Hg (II), Pb(II), Cu(II), Ni(II), dan Zn(II) dari industri soda api.

Limbah cair yang mengandung kation Cd(II), Cu(II), Ni(II), Cr,(III, VI), Pb(II), Cu(II), Al,(III) dan Zn(II) pada pH rendah yang mengandung anion sianida, sulfat , dll dari industri elektroplating, metal finishing, rayon processing, industri baja, dan pengecoran logam .

Limbah cair yang mengandung kation Cr (III, VI), NH4(I), dll dan anion Sulfur , serta zat organik lemak dan minyak dari industri penyamakan kulit.

Limbah cair yang mengandung kation Fe(II,III), Cd(II), Zn(II), Ti(II), Pb(II), Cu(II), Co(II), dan Cr,(III,VI) dan zat organik fenol, minyak dan lemak dari industri cat, tekstil, plastik, elektronik, otomotiv, dll.

Limbah yang mengandung kation Zn (II), Hg(II), Mn(II), Cr(III, VI), Ni(II), dll, dan zat organik , minyak dan lemak dari industri baterai.

Limbah cair yang mengandung zat organik dengan parameter COD, BOD, TSS, dll yang tinggi dari industri makanan, gula, susu, daging, tapioka, MSG (Mono Sodium Glutamat), kertas, deterjen, pelumas, dan solven organik.

Limbah-limbah tersebut mempunyai parameter B3 yang

melebihi nilai baku mutunya.

BAKU MUTU

Baku Mutu Tingkat Radioaktivitas Lingkungan , Keputusan Ka. BAPETEN No.02/Ka.BAPETEN/V-99: 1000 Bq/liter untuk U-238, 2000 Bq/liter untuk Co-60, 700 Bq/liter untuk Cs-137, 4000 Bq/liter untuk Sr-90, 30.000 Bq/liter untuk Fe-55, dll.

Baku Mutu Bahan Berbahaya dan Beracun (B3) : Keputusan Menteri LH No. Kep.51/Men LH/10/1995 tentang Baku

Mutu Limbah Cair Industri Peraturan pemerintah No. 82 Tahun 2001 tentang Kriteria dan

Klasifikasi Baku Mutu Air. Peraturan Menteri Kesehatan No. 416/Men Ke s/Per/IX/1990 tentang

Baku Mutu Air Minum Dan Air Bersih.

Table 1. Waste Water Quality Standard of Industrial Activities According to Environmental Ministerial Regulation No. Kep-51/MENLH/10/1995 .

Parameter UnitCLASS

RemarkI II III IVANORGANIC CHEMICAL

PHMg/L 6-9 6-9 6-9 5-9 If by natural on the outside of that’s interval value, so

it is determined being based on natural condition

BOD Mg/L 2 3 6 12

COD Mg/L 10 25 50 100

DO Mg/L 6 4 3 0 Minimum limits number

Phosphat total as P

Mg/L 0,2 0,2 1 5

NO3 as N Mg/L 10 10 20 20

NH3-NMg/L 0,5 (-) (-) (-) For fishery, free ammonia content for sensitive

fish≤0,02mg/L as NH3

Arsenic Mg/L 0,05 1 1 1

Cobalt Mg/L 0,2 0,2 0,2 0,2

Barium Mg/L 1 (-) (-) (-)

Boron Mg/L 1 1 1 1

Selenium Mg/L 0,01 0,05 0,05 0,05

Cadmium Mg/L 0,01 0,01 0,01 0,01

Chromium (VI)Mg/L 0,05 0,05 0,05 1

CopperMg/L 0,02 0,02 0,02 0,2 For drinking water treatment by convensional,

Cu≤1mg/L

IronMg/L 0,3 (-) (-) (-) For drinking water treatment by convensional,

Fe≤5mg/L

LeadMg/L 0,03 0,03 0,03 1 For drinking water treatment by convensional,

Cu≤0,1mg/L

Tabel 2. Water Quality Criteria According Class, According to Government Regulation No. 82 Year of 2001.

Parameter UnitCLASS

RemarkI II III IV

FISICAL

Manganese Mg/L 0,1 (-) (-) (-)

Mercury Mg/L 0,001 0,002 0,002 0,005

Zinc Mg/L 0,05 0,05 0,05 2 For drinking water treatment by convensional, Zn≤5mg/L

Chloride Mg/L 600 (-) (-)

Cyanide Mg/L 0,02 0,02 0,02 (-)

Fluoride Mg/L 0,5 1,5 1,5 (-)

Nitric as N Mg/L 0,06 0,06 0,06 (-) For drinking water treatment by convensional, NO2-N≤1mg/L

Sulfuric Mg/L 400 (-) (-) (-)

Free Chloride Mg/L 0,03 0,03 0,03 (-) For ABAM is not required

Sulfur as H2S Mg/L 0,002 0,002 0,002 (-) For drinking water treatment by convensional, S as H2S≤0,1mg/L

Tabel 2. Water Quality Criteria According Class, According to Government Regulation No. 82 Year of 2001 (Lanjutan).

Table 3. Drinking and Clean Water Standart Quality According to Health Ministerial Regulation No. 416 /MENKES/PER/IX/1990

No Parameter Unit Drinking and Clean Water StandardA. Physical Parameter - -1. Odor - -2. Taste - -3. Temperature Air4. Turbidity NTU 255. Colour Pt-Co 506. Conductivity Omh/cm 2500B. Chemical Parameter7. pH - 6.5 – 8.58. Total Solid Mg/litre 10009 Free Carbon Dioxide CO2 -10 Alkalinity :

-Phenolpthaline mg/litre CaCO3 --Total mg/litre CaCO3 500-Hydroxide mg/litre CaCO3 --Carbonate mg/litre CaCO3 --Bicarbonate mg/litre CaCO3 500

11 Hardness mg/litre CaCO3 50012 Calsium mg/litre CaCO3 -13 Magnesium mg/litre CaCO3 -14 Iron mg/litre Fe 1.015 Mangan mg/litre Mn 0.516 Ammonium mg/litre NH4 -17 Nitrite mg/litre NO2 1.0

Proses Pengolahan Yang Ada Untuk Pemenuhan Baku Mutu

Pengolahan Limbah Cair Organik Radioaktif

a.Limbah Deterjen Persil

Dari operasi pencucian pakaian kerja radiasi di IPLR-PTLR ditimbulkan 133,7 m3 limbah cair per tahun yg mengandung deterjen konsentrasi maksimum 1,496 g/l dgn nilai COD 338 ppm, BOD 189 ppm dan aktivitas minimal 10-6 Ci/m3.

Limbah tsb diolah melalui proses evaporasi (stlh dicampur dgn limbah cair lain yg sejenis shg kadar deterjen sangat rendah), dilanjutkan proses sementasi konsentrat hasil evaporasi. Unsur radioaktif utama adalah Cs-137 (T1/2= 30 thn).

Evaporasi limbah deterjen tersebut menimbulkan buih, shg utk mencegah distilat terkontaminasi unsur radioaktif dibutuhkan bhn anti buih.

Biaya operasi evaporasi mahal karena diperlukan uap air pemanas yang dibangkitkan dari pembakaran minyak dalam boiler dan memerlukan bhn anti buih dan asam nitrat penghilang kerak [1].

b.Limbah solven TBP-kerosen

TBP, [C12H27PO4] adalah senyawa organik sbg solven pengekstraksi uranium dari senyawa uranil nitrat [UO2(NO3)2] dgn Kd dan selektivitas yg tinggi, tahan radiasi, dan tahan asam.

Dlm pemakaian TBP dilarutkan dlm kerosin odorless pd komposisi masing-masing 30% dan 70% vol.

Solven TBP-kerosin punya nilai kalori pembakaran 10.000 kkal/kg, limbah tsb diolah dgn insenerasi. Pada pembakaran timbul uap fosfat dlm gas hasil pembakaran yg merusak filter kantong (bag filter) dari inseneratornya. Hal tsb dihindari dgn penambahan garam kalsium formiat guna mengendapkan fosfat dlm bentuk kalsium fosfat yg kmd terikat dlm abu pembakaran. Pengolahan limbah tsb perlu biaya operasi tinggi.

c.Limbah solven D2EHPA-TOPO dlm Kerosen

Solven ini untuk ekstraksi uranium dlm asam fosfat, mempunyai kalori pembakaran > 10.000 kkal/kg, shg limbah dpt dibakar dlm insenerator. Masalah yg timbul sama spt pada pembakaran solven TBP-kerosin.

d.Limbah Solven Organik Limbah solven organik PPO (C5H11NO), POPOP (C24H16N2O2),

dioxan (C4H8O2), toluene (C7H8), dan xylene (C8H10) dari kegiatan analisis zat radioaktif dengan metode liquid scintillation, diolah melalui proses insenerasi.

e.Limbah Minyak Pelumas Bekas Limbah organik berupa minyak pelumas terkontaminasi dari

kegiatan perawatan instalasi nuklir diolah melalui proses insenerasi.

Pengolahan Limbah Cair Radioaktif Fasa Air

Limbah radioaktif cair fasa air ditimbulkan dari operasi reaktor dan fasilitas nuklir lainnya, mengandung unsur radiokatif Cs-137, Sr-90, Co-60, Fe-55, Fe-56, dll beraktivitas 109 Bq/liter diolah dengan proses evaporasi atau proses pertukaran ion.

Pengolahan Limbah Cair Dari Industri Non Nuklir

Pengolahan limbah cair dari industri non nuklir dilakukan melalui metode pengolahan seperti ditunjukkan pada Tabel 4

Table 4. Common Industrial Waste Water Treatment Methods and Applications

Category of Pollutant Characteristics Type of Treatment Industry

Suspendes solidsDense, rapid settling Plain sedimentation Mining, phosphate, steel, mills,

power plants (fly ash),beet-sugar processing (beet washing), pulp (hydraulic debarking), foundry

Colloidal Chemical coagulation followed by sedimentation or flotation

Pulp and paper, textile, petroleum and petrochemical, food plants, steel mills, mining, chemical plants

Oily material or light-weight solids

Flotation (with chemical treatment if necessary)

Petroleum and petrochemical, laundry, meat packing, machining (cutting oil), aircraft or railroad-car washing, dairies, food plants.

Organic matterVary with industry; some are easily oxidized biologically; others require special techniques

Trickling filter; activated sludge: conventional, high-rate, contact stabilization, aerobic digestion

Beet- and cane-sugar plants, dairies, meat packing, pulp and paper, canning, chemical plants, breewing, petroleum and petrochemical, tanneries.

Very strong organic wastes Anaerobic treatment followed by aerobic treatment

Dissolved metalsGenerally cations of Al, Cr, Cu, Fe or Zn in low pH solution

Precipitate with lime, followed by sedimentation

Metal finishing, plating, rayon processing, steel mills, tanneries

Chromates Reducwee with ferrous iron sulfate or sulfur dioxide; then precipitate with lime, followed by sedimentation

Tanneries, plating, metal finishing

Toxic materials Cyanide (generally with metal complexes)

Oxidize with chlorine ot hypochlorite; then treat with lime for precipitating metals

Plating, foundry

Proses Pengolahan Limbah Dengan Bakteri.

Kemampuan bakteri aerob dalam menguraikan zat organik melalui proses biooksidasi sehingga terbentuk biomassa bakteri yang sekaligus mengakumulasi logam berat dan unsur radiokatif sangat menarik untuk diteliti.

Hasil tersebut dapat menjadi proses alternatif pengolahan limbah cair organik radioaktif, sehingga proses detokfikasi dan dekontaminasi dapat berlangsung, baku mutu B3 dan radioaktivitas dapat dipenuhi.

Kemampuan biosorben Extracellular Polymeric Substance (EPS) yang terkandung dalam bakteri dalam pengikatan logam berat dan radionuklida sangat menarik untuk diteliti guna pemanfaatan lumpur aktif hasil pengolahan limbah dengan proses biooksidasi menggunakan bakteri aerob.

Lumpur aktif tersebut biasanya hanya dibuang begitu saja, padahal mengandung EPS yang mempunyai sifat sorpsi, penukar ion, dan pembentuk kompleks yang sangat bagus terhadap kation dan anion sehingga dapat mengikat ion tersebut dengan mudah.

Dalam penelitian ini EPS diekstraksi dari lumpur aktif hasil pengolahan limbah industri makanan dengan biooksidasi menggunakan bakteri.

EPS kemudian digunakan untuk biosorbsi uranium melalui operasi EPS terdispersi dalam limbah.

TEORI

Bakteri Mikroorganisme dapat mengakumulasi logam berat dan unsur radioaktif. Mekanisme akumulasinya : fisika, kimia, biologi, adsorpsi, presipitasi,

pertukaran ion, pembentukan kompleks, dan fenomena transfer massa. Sel hidup & mati mikroba (dinding sel, pigmen, polisakarida, protein, dan

residu selular tahan urai), mampu mendekontaminasi larutan. Penyerapan logam berat dan unsur radioaktif dari larutan oleh biomassa

mikroba tsb disebut biosorpsi Biosorpsi dan fenomena terkait merupakan proses penting untuk

penghilangan racun kuat, logam berat, dan unsur radioaktif dari limbah cair menghasilkan detoksifitas larutan (Gambar 1).

Biomasa pengikat dapat berupa massa hidup atau mati, tersuspensi bebas atau terimobilisasi ke dalam atau pada matrik inert atau sebagai butiran, biofilm atau agregrat, atau produk yang dikeluarkan atau diturunkan oleh sel mikroba.

Pengambilan kembali secara nondestruktif

misalnya desorpsi menggunakan asam encer,

karbonat

Pengolahan awal, misalnya pengenceran, pengaturan

pH, pemekatan, pengendapan

Regenarasi biomassa

atau produknya

Larutan logam/radionuklida

Pengambilan kembali logam atau radionuklida

dan atau pengungkungan

Biomassa atau produk yang

dikeluarkan atau diturunkan oleh sel

mikroba

Biomassa yang termuati logam berat

atau radionuklida

Pembuangan efluen yang telah didekontamnasi yang aman terhadap lingkungan

Pengolahan secara destruktif misalnya

insenerasi, pelarutan dalam asam atau

basaResirkulasi

Gambar 1. Skema penghilangan logam berat, unsur radioaktif, dan substansi terkait dari larutan dengan biomasa mikroba.

Beberapa contoh akumulasi logam berat dan unsur radioaktif oleh mikroorganisme ditunjukkan dalam Tabel 5.

Pada Tabel 5 ditunjukkan bahwa setiap jenis mikroba mempunyai kemampuan biosorpsi unsur logam yang spesifik.

Tabel 6 menunjukkan komponen sel bakteri dan fungsinya yang mendukung terjadinya proses biosorpsi, sedangkan komposisi sel bakteri ditunjukkan pada Tabel 7.

Berdasarkan komponen dan komposisi bakteri tersebut terlihat bahwa di dalam tubuh bakteri mengandung polisakarida, protein, lipid, gula, asam amino, polifosfat, sulfat, dan lain-lain.

Pengolahan limbah dengan bakteri dapat dilakukan melalui : penggunaan langsung bakteri untuk menguraikan zat organik

sekaligus mengikat logam berat dan unsur radioaktif, dan atau penggunaan tak langsung melalui ekstraksi kandungan bahannya

(EPS) yang dapat menyerap logam berat dan unsur radioaktif.

Tabel 5. Beberapa contoh akumulasi logam berat dan unsur radioaktif oleh mikroba

Tabel 6. Komponen sel bakteri dan fungsinya

Komponen sel FungsiDinding sel Memberikan kekuatan untuk mempertahankan bentuk sel dan melindungi

membran sel. Beberapa bakteri dapat memproduksi lapisan polisakarida lengket diluar dinding sel, disebut kapsul atau Extracellular Polymeric Substances (EPS).

Membran sel Mengontrol organic terlarut yang lewat dan nutrient sampai sel dan material limbah dan metabolisme oleh produk luar dari sel.

Sitoplasma Kandungan material dalam sel utk membawa fungsi sel dan termasuk air, nutrient, enzim, ribosom, dan molekul organic kecil.

Cytoplasmic inclusions Kandungan material yang tersimpan yang dapat menyediakan karbon, nutrient atau energy. Ini mungkin simpanan karbohidrat, seperti PHB atau glikogen, polifosfat, lipid, dan granula sulfur.

DNA Bentuk molekul yang dobel standar yang mengandung informasi genetic yang menentukan protein sel alami, dan enzim yang diproduksi.

Plasmid DNA Molekul sirkular kecil DNA yang dapat juga memberikan informasi sifat genetic bakteri.

Ribosom Partikel dalam sitoplasma yang tersusun dari RNA dan protein dan tempat dimana protein diproduksi.

Flagella Protein dalam struktur seperti rambut yang memanjang dari membrane sitoplasma beberapa kali panjang bakteri keluar dari sel dan menghasilkan gerakan dengan berputar pada kecepatan tinggi.

Fimbriane and pili Protein dalam struktur rambut yang pendek (pili lebih panjang) yang mungkinkan bakteri untuk menjadi seperti stik pada permukaan. Pili juga memungkinkan bakteri untuk menempel satu sama lain.

Tabel 7. Komposisi Sel Bakteri

Unsur Pokok % Berat Kering

Unsur Pokok % Berat Kering

Material sel utama : Protein Polisakarida Lipid DNA RNA Lain-lain (gula, asam

amino) Ion organik

555,99,13,1

20,56,3

1,0

Sebagai elemen sel :KarbonOksigenNitrogenHidrogenPhosporSulfurPotasiumSodiumKalsiumMagnesiumKlorinIronTrace element lain

50,022,012,09,02,01,01,01,00,50,50,50,20,3

II.2. Extracellular Polymeric Substance (EPS)

Kemampuan biosorpsi bakteri diberikan oleh EPS yang dihasilkan dari sel hidup & mati.

EPS berkomposisi polisakarida (40-95 %), protein (1-60 %), asam nukleat (1-10 %), lipida (1-10 %), dan sisanya polimer yang terdiri atas asam amino dan senyawa lain.

Polisakarida : senyawa organik yg berkomposisi selulosa, kitin, pati, glokogen, dan karbohidrat.

Karbohidrat sendiri terdiri dari monosakarida, maltosa, selobiosa, laktosa, dan sukrosa.

Dalam polisakarida terdapat gugus karboksilat (-COOH) dan hidroksil (-OH).

Gugus karboksilat tsb meliputi asam-asam : tartrat, aldonat, aldarat, uronat, glukoronat, gulonat, asetat, askorbat, sulfat dalam bentuk –OSO3H dan –NHSO3H (pada struktur heparin).

Polisakarida bentuk kitin mengandung gugus aminokarboksilat [-CH(NH2)COOH].

Protein : poliamida, hidrolisisnya menghasilkan asam amino, bergugus aminokarboksilat.

Asam nukleat adalah asam yang merupakan pengemban kode genetik sistem kehidupan.

Tipe utama asam nukleat : asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA).

DNA : polimer rantai panjang molekul deoksiribosa gula, diikat oleh gugus-gugus fosfat.

Hidrolisa dari DNA menimbulkan pecahan-pecahan kecil gula, asam dan ion fosfat.

Struktur RNA serupa DNA, adalah sederet satuan gula (ribosa) diikat oleh ikatan fosfat.

Hasil hidrolisa RNA : nukleotida, nukleosida, ion fosfat, dan akhirnya ribosa dan basa.

Lipida : senyawa organik tak larut dalam air, tetapi larut dalam pelarut oranik non polar seperti dietil eter atau senyawa hidrokarbon yang lain.

Lipida : lemak dan minyak, terpena, steroid, fosfolipid, fosfogliserida, lesitin, sefalin, plasmalogin, sfingolopid, dll.

Lipida mengandung gugus fungsional karboksilat, fosfat, dan aminokarboksilat.

EPS bergugus -COOH, -OPO3H, -OSO3H, –NHSO3H, -OH, -CH(NH2)

COOH, dll. Contoh struktur EPS dalam lumpur aktif ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Struktur EPS dalam Lumpur Aktif .

EPS sebagai biosorben mampu mengikat kation dan anion. Pengikatan kation dilakukan oleh gugus fungsional

karboksilat, fosfat, sulfat, dan aminokarboksilat dengan masing-masing reaksi sebagai berikut [2] :

Mn+ adalah kation bermuatan positip n dengan nilai n satu atau 2. Kation terikat EPS dapat terusir dan diganti kation lain berselektivitas

> besar. Pertukaran ion cenderung lebih memilih terlebih dahulu ion dengan

kondisi :•Ion dengan valensi lebih tinggi.•Ion terlarut dengan volume tersolvatasi kecil.

• Ion dengan kemampuan berpolarisasi lebih besar.•Ion yang bereaksi kuat dengan tempat penukar ion dari padatan

resin.• Ion yang paling sedikit bereaksi dengan ion lain untuk membentuk

kompleks. Urutan selektivitas kation adalah sebagai berikut :

Ba2+ > Pb2+ > Sr2+ > Ca2+ > Ni 2+ > Cd2+ > Cu2+ > Co2+ > Zn2+ > Mg2+ > Ag+ > Cs+ > K+ > Na+ > H+ dan UO2

2+ >> Cu2+ > Co2+.

Gugus amina dapat mengikat anion dan sekaligus kation sesuai reaksi 4 dan 6.

Urutan selektivitas anion adalah sebagai berikut : SO4

2- > I- > NO3- > CrO4

2- > Br- > Cl- > OH-. Gugus-gugus hidroksil, amina, karboksil, fosfat, dan

sulfat dapat juga mengikat ion logam membentuk kompleks.

Pengikatan anion oleh EPS dilakukan oleh gugus hidroksil dan gugus amino :

Gugus-gugus hidroksil, amina, karboksil, fosfat, dan sulfat dapat juga mengikat ion logam membentuk kompleks.

Kompleks tersebut terbentuk antara ligan organik dan ion logam , Gambar 3 menunjukkan pembentukan kompleks ion Zn (α) dengan ligan dari 4 buah gugus fosfat .

Gambar 3. interaksi molekul dalam EPS(Yu Tian, 2008)

Pengolahan limbah cair organik radioaktif secara oksidasi biokimia dengan sel bakteri aerob (mikroorganisme), melalui persamaan :

sel Zat organik + a'O2+N+P → a Sel baru + CO2 + H2O + Residu selular tahan urai (7) k Sel + b' O2 → CO2 + H2O + N + P + Residu selular tahan urai (8) b a’= fraksi zat organik yang dihilangkan melalui oksidasi menjadi energi, k =

konstante kecepatan reaksi , merupakan fungsi kemampuan penguraian zat organik, b’ = jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk oksidasi , dan b = fraksi biomassa yang dapat teruraikan lewat oksidasi per hari.

Bakteri yang diaerasi dan diberi nutrisi berkembang biak dan memakan zat organik

menjadi CO2 dan H2O sehingga terbentuk lumpur biomassa bakteri yang berkomposisi sel hidup dan mati (residu selular tahan urai)

Logam berat dan unsur radioaktif dlm limbah terjerap pada lumpur biomassa bakteri, shg terjadi dekontaminasi larutan.

Proses Oksidasi Biokimia Untuk Pengolahan Limbah Organik Radioaktif.

Penghilangan BOD pada proses oksidasi biokimia

Bakteri perlu adaptasi pada media air limbah yg diolah (6 minggu).

Penghilangan BOD air limbah melalui lumpur biologi dgn 2 tahap :

a. Diawali melalui satu atau lebih mekanisme sbb :

1. Penghilangan zat tersuspensi melalui penangkapan dgn penjerapan pada flok biologi termasuk logam berat dan unsur radioaktif.

2. Penghilangan bhn koloid melalui penjerapan fisika kimia pada flok.

3. Penjerapan biologi zat organik terlarut oleh mikroorganisme b. Selanjutnya diikuti dgn penghilangan lambat sisa BOD terlarut.

Tipe Lumpur Aktif & Hub.Oksigen terlarut vs F/M.

Gambar 4. Tipe-tipe lumpur aktif Gambar 5. Hubungan oksigen terlarut dengan rasio F/M pada flok aerobik

Kebutuhan Nutrisi Pada Proses Oksidasi Biokimia

No Jenis Nutrisi

Kadar (mg/mg BOD)

No Jenis Nutrisi

Kadar (mg/mg BOD)

1 Mn 10x10-5 7 Co 13x10-5

2 Cu 14,6x10-5 8 Ca 62x10-4

3 Zn 16x10-5 9 Na 5x10-5

4 Mo 43x10-5 10 K 45x10-4

5 Se 14x10-10 11 Fe 12x10-3

6 Mg 30x10-4 12 CO327x10-4

Beberapa unsur mineral sangat diperlukan sbg nutrisi untuk metabolisme zat organik oleh mikroorganisme, biasanya telah ada dlm jumlah yg cukup dlm air(kecuali N dan P).

Tabel 8. Nutrisi yang dibutuhkan untuk oksidasi biokimia dalam jumlah yang kecil (bentuk ion) .

Nutrisi utama bakteri aerob adalah N dan P, rasio BOD : N : P = 100 : 5 : 1.

Kebutuhan oksigen untuk proses oksidasi biokimia mengikuti rumus : Kebutuhan oksigen (kg/hari) = a.Q. (La – Le) + b [ V . X t /100]

dimana : a dan b adalah konstanta, untuk limbah perkotaan a =0,4 – 0,65 dan b= 0,1-0,3 ; Q = laju alir masuk limbah (m3/hari); La = harga BOD awal (mg/l); Le = harga BOD akhir (mg/l); V= volume tangki aerasi(m3); dan X t= MLVSS (mixed liquor volatile suspended solid) (mg/l).

Kecepatan pemberian oksigen untuk proses oksidasi biokimia mengikuti rumus :

Kapasitas (kg/jam) = Kla.(Cs – C)

dimana Kla = koefisien absorpsi keseluruhan oksigen (1/jam), Cs = kadar oksigen terlarut jenuh (mg/l), C = kadar oksigen sesungguhnya (mg/l).

Berdasarkan Gambar 4 , lumpur aktif jenis filamentous bulking tidak dikehendaki pembentukannya karena akan menyebabkan penyumbatan sistem perpipaan, ini terjadi pada konsentrasi oksigen yang rendah ( < 0,1 mg/liter).

Lumpur pin-point terjadi dari operasi dengan nisbah F/M yang rendah, lumpur ini sulit membentuk flok sehingga pengendapan lumpur sulit terjadi, logam berat dan unsur radioaktif sulit dipisahkan dari larutannya.

Lumpur non-bulking dihasilkan dari operasi plug-flow atau selector plant configuration , pengendapan lumpur tersebut mudah terjadi ,logam berat dan unsur radioaktif mudah dipisahkan dari larutannya.

Jumlah bakteri yang ditambahkan dapat dihitung melalui penggunaan Gambar 5 yang berabsis F/M dan berordinat kadar oksigenm terlarut, nilai F= BOD.Volume limbah dan M= jumlah bakteri yang diperlukan.

Gambar 6. Skema unit proses oksidasi biokimia pengolahan limbah

deterjen.

Gambar 7. Unit proses oksidasi biokimia pengolahan limbah

terpasang hasil rancangan

Pemanfaatan EPS Untuk Pengolahan Limbah

EPS diperoleh dari ekstraksi lumpur aktif hasil pengolahan limbah (Industri makanan PT Unilever), lumpur disaring dan dicuci dengan akuades, cake-nya diresuspensi kembali dengan aquades.

Lumpur baru dipanasi pada suhu 80 oC selama 10 menit, dan didinginkan kembali sampai suhu kamar.

Lumpur tersebut kemudian disentrifugasi pada 9000 rpm, suhu 4 oC selama 20 menit. Beningan yang diperoleh adalah larutan EPS yang perlu diidentifikasi kandungan protein, polisakarida, asam nukleat, dan lipidanya.

Bila EPS mengandung bahan tersebut sesuai dengan referensi, maka EPS dapat digunakan untuk pengolahan limbah melalui EPS terdispersi dalam limbah atau EPS terimobilisasi dalam suatu matriks untuk pengolahan limbah melalui operasi kolom.

III. JUDUL-JUDUL PENELITIAN

Judul-judul penelitian yang telah dilakukan ditunjukkan pada Tabel 9.

Judul-judul penelitian yang akan dilakukan ditunjukkan pada Tabel 10.

Tabel 9. Judul-judul penelitian yang telah dilakukan

No JUDUL PENELITIAN1. Pengolahan Limbah Radioaktif cair Yang Mengandung Deterjen

Dengan Proses Oksidasi Biokimia.

2. Pengolahan Limbah Radioaktif TBP-Kerosen Fase Air Dengan Proses Oksidasi Biokimia.

3. Pengolahan Limbah Radioaktif Cair Dari Dekomisioning Fasilitas Pemurnian Asam Fosfat PT.Petrokimia Gresik Dengan Proses Oksidasi Biokimia.

4. Denitrifikasi Limbah Radioaktif Cair Asam Nitrat Dari Fabrikasi Bahan Bakar Nuklir Dengan Proses Oksidasi Biokimia.

5. Denitrifikasi Limbah Radioaktif Cair Asam Nitrat Dan Diterjen Dengan Proses Oksidasi Biokimia.

6. Pengolahan Air Lindian Fasilitas Tempat Pembuangan Akhir Limbah Kota Semarang Dengan Proses Oksidasi Biokimia.

Tabel 9. Judul-judul penelitian yang telah dilakukan(Lanjutan)

No JUDUL PENELITIAN7 Penghilangan Unsur Radioaktif Dan Logam Berat Dari Limbah Cair

DenganProses Biosorpsi.

8 Penggunaan Biosorben Extracellular Polymeric Substance Terdispersi untuk Penyisihan ranium.

9 Penggunaan Biosorben Extracellular Polymeric Substance Terimobilisasi Pada Metriks Kalsium Alginat Penyisihan Uranium.

10 Fenomena Biosorpsi U, Th, dan Pb Pada EPS Terdispersi

11 Proses Regenerasi Extracellular Polymeric Substance Terimobilisasi Pada Metriks Kalsium Alginat Dengan Larutan Natrium Karbonat.

Tabel 10. Judul-judul penelitian yang akan dilakukan

No JUDUL PENELITIAN1 Penggunaan EPS pseudomonas aerugenosa sp terdispersi untuk

pengolahan limbah cair elektroplating.2 Penggunaan EPS pseudomonas aerugenosa sp terimobilisasi pada

matriks polivinilkhlorida untuk proses denitrifikasi dan penghilangan logam berat.

3 Penggunaan EPS pseudomonas aerugenosa sp terdispersi untuk proses denitrifikasi dan penghilangan logam berat.

4 Penggunaan EPS kultur bakteri campuran bacillus, pseudomonas, arthrobacter, dan aeromonas terdispersi untuk proses denitrifikasi dan penghilangan uranium.

5 Penggunaan EPS kultur bakteri campuran bacillus, pseudomonas, arthrobacter, dan aeromonas terimobilisasi pada matriks antrasit untuk proses denitrifikasi dan penghilangan uranium.

6 Penggunaan EPS streptomysces terimobilisasi pada gel poliakrilamida untuk penghilangan uranium, tembaga, dan kobal.

Tabel 10. Judul-judul penelitian yang akan dilakukan(Lanjutan)

No JUDUL PENELITIAN7 Regenerasi EPS streptomysces terimobilisasi pada gel poliakrilamida

dengan larutan Na2CO3.8 Penggunaan EPS streptomysces terdispersi untuk penghilangan

uranium, tembaga, dan kobal. 9 Penggunaan EPS Citrobacter terimobilisasi pada matriks

poliakrilamida untuk penghilangan uranium, kadmium,tembaga, dan timbal.

10 Regenerasi EPS Citrobacter terimobilisasi pada matriks poliakrilamida dengan larutan Na2CO3.

11 Penggunaan EPS Citrobacter terdispersi untuk penghilangan uranium, kadmium,tembaga, dan timbal.

12 Penggunaan EPS bacillus terimobilisasi pada matriks poliakrilamida untuk penghilangan logam Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, U, dan Zn.

13 Penggunaan EPS bacillus terdispersi untuk penghilangan logam Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, U, dan Zn.

Tabel 10. Judul-judul penelitian yang akan dilakukan(Lanjutan)

No JUDUL PENELITIAN13 Penggunaan EPS bacillus terdispersi untuk penghilangan logam Cd,

Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, U, dan Zn. 14 Penggunaan alge chlorella vullgaris dan spirulinaplatensis

terimobilisasi pada poliakrilamida untuk penghilangan logam Cu, Pb, Zn, Au, dll.

15 Penggunaan aspergillas miger untuk penghilangan logam Zn, Mg, logam-logam sulfida dalam larutan .

16 Penggunaan chlorella pyrenoidosa, chlorella vulgaris dan spirulinaplatensis untuk biosorpsi logam Ag.

17 Penggunaan alge chlorella vullgaris terimobilisasi pada matriks poliakrilamida untuk penghilangan logam Au, Cu, Zn, dan Hg.

18 Regenerasi alge chlorella vullgaris terimobilisasi pada matriks poliakrilamida dengan larutan EDTA.

TERIMA KASIH