.*"9;iii"ii;;, ' 2"1i'' 3F d : " , . ii . i:.j ,t t a . F
6b:r*s"
PROSIDING 2OO1 SEMINARNASIONALREKAYASAKIMIA DANPROSES ISSN:l4ll-4216
ffii \'--3y'
FenomenaFlok Bakteri dalamBioreaktorMembranAnaerobuntuk PengolahanLimbah Cair Industri Minyak Kelapa Sawit Reni Desmiartix,Adrianto Ahmad**, dan Tjandra Setiadi***
*UniversitasBung Hatta,**UniversitasRiau,dan*** Institut TeknologiBandung Jl. Ganeshal0 Bandung,40132 e-mail:
[email protected]
Abstrak Pado malcalahini dibahas kinerja bioreaktor membrananaerob berdasarlronMLSS, efisiensi penyrsilnn COD, dan fenomena perubahan flok bakteri dengan menggunakan membran pplietersulfondanpolipropileru Hasil penelitian menunjukkanbahwaukuranflok bukteri anaerob Sebelumdioperasilcandenganmembransebesar25-40 ptn danjarak antctr sotuJlok denganflok lainnya 2-3 pn, dan setelahmelewati membran,uhran flok baHeri tersebutlereduksimenjadi 6-15 pn daniarak antarq mtu flok denganflok laimrya 3,G12 pn. Perubahanbentukflok dan jarak antw flok baheri tidak begitu mempenganthipenyisihan COD. Untuk membran polipropilen penyisihan COD mencapi 94 % , MLSS 6900 mg/I, denganHy*aulic Retention Time QIRT) 12 luri dan membranpolietersulfonpenyisihanCOD 89 %o,MLSS 9900mg/l dengan HRT 2,5 luri pda SludgeRetention Time (SRT)50luri. Hasil ini menunjul*an bahu,asistem Qioreaktormembrananserob sngat baik dalam mencegahkehilangan biomassaanaerob dan mampudigunalan untukmengolahlimbah coir irdustri minyakkclapa sawit. KATA KUNCI: bioreaktormembrananaerob,limbah cair kelapasawit, prosesanaerob,ukuranflok bakteri
2U)5,
a
Membran MikrofiItrasi Membran yang digunalian adalah mernbranmilaofiltrasi, konfigurasi hollow./iber dengandiameter , qgni 0,? prq P1lang lodul 30 cm dan luas penampangtotal 0,04 mt. Material membran mikrofiltrasi yang diepnakan edalah polietersulfon Selain itu juga digunakan membran dari material polipropilen deirgan diaineter pori 0,2 Fm, par{ang modul 20 crn, dan luas penampangtotal 0,0314 m2. Kohftgurosi AId P"tdq" uhma penelitian ini terdiri dari digester bioreaktor dan membran Selain itu digunakan i beberapaalat lain diantaranya pompa peristaltih pompa sentrifugal, katub tiga arah(three way valve) dan pengaturwaktu (timer). Rangkaianalat secaralengkap tersaji padaGambar l Laju alir umpan diatur sesuai dengan fluks yang didapafkarL untuk membran polipropilen didepatkan HRT 12 hari dan membran polietersulfon HRT 2,5 hari. Selamatahap operasi. sebagianlumpur dan bioreaktor dibuang secara intermiten untuk memperoleh SRT 50 hari. Untuk-mempertahinkan fluks membrandilalekan denganteluik backtlushing.
Gambar I Konfi gurasi Bioreaktor Membran Anaerob
SISIIEMATIKA PENELITIAN i Variab€l proses yang digunalan adalah jenis material membran yang diamati pada SRT 50 hari. Koridsi operasi bioreaktor anaerobpada pH 6,5-7,2 dan temperatr :S"i. fondisi operasi untuk membran polihenulfon adalah Trans Membran Pressure (TIW) 0,3 bar, T€kanan Back Flushing (IBF) 1,2 bar, inteM 1,5 menit danlannbaclcJlushing I deti\ sedangkanuntuk membran polipropilen pada TMp 0,6 bar, TBT 1,6 bar, intervd waktu 1,5 menit dan lama backflushing I daik (Surrihar atl, iOOt). i Parameteryang diamati antara lain MLSS dan penyisihan COD yang dianalisa sesuai ApHA (lg91), danjpeng;amatan flok bakteri denganphoto milroskop meihoda ptuse contrist sdangyanukuran flok dengan
ilt
,
i ' , ' ,
. ,
.
- . _ . r i
,
: :
' , , , .
, i j , , l
; t 1i . . l i , ,
.
. .
. . . . . , . i ,
:
. . . : ,
HASIL DAr\ PEMBAIIASAN ..;._ . | - H*i! peneqnatT pida bioralcorgemUrananaeiobAitampithn aenganmelihathubrmganantara mdrxial membranying digunakandenganpenyisihanCoD, MLss , HRT, danflok bakteri. Konsenfrs$t MLSS di dalam biorcafuor
.ii . ; r',,.}
.,.' i;
Kdnsentrasibiomassadalambioreakoranaerobdiwakili oleh MLSS-Pengaruh,material membran t€rhadapMLSS'sisterndapatdilila padagamtar2.:Srambar 2 menur{ukkanUatrwiULSS untukmwrbrar polietersulfonlebih tinggi dad MLSS membranpolipropitenkarenaHRT poliaersulfoq lebrhrepdahdari HRT polipropiten"HRf pohetersutfon lebih rendahdari padapolipropilenkarenalluks laaa polietenulfon lebihbesardari polipropilenHal ini dapatterjadikarenamembranpotieiersulfolbersifathidro-fi[k sehingga. ii
. i ' : - ' r r r. i ' " ' , , ) l i j ; i , , r : . : l .
-+
D-tO-2
$ ii
.-.'.
:.- i.i4:{
;i
.if
l r ' , , 1 ., . ' t : . ' " r ,
i
" a . ,
:
i i*
r
s i$
demikian hanya sedikit interaksilantara material membrandengan biomassajauh berkurang.Dengan i"i"asorpsi pada p"rruk*o menrbran.Dilain pihak membran polipropilen bersifat ;i;;; l""g denganmaterialmembransangatkuat-Hahni menyebabkan interaksiantarabiomassa tridrofobilq-sehlngga biomassateradsorpsipadapermukaanmembrandar-fouting cepd terjadi'-Berdasarkanfluks sebagianibesar polietersulfon ;;ir"t ir; diaapattao, Hnf untut -e-bLn polipropilen12 hai, dan HRT untuk membran 2.5 hari.i
i
12000 ,= 10000
E eooo E 6 3 =
6000 40oo 2000 0
4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 Waktu Pengamatan(hari)
2
l<-Membran PP -+
MembranPES I
MLSS terhadapwaktu padaSRT 50 hari Gambar2. Pengamatan Efrsienqip eny isihan COD membranpolipropilen94,41o/o gambarI tJtnat bahwaefisiensipenyisihanCOD denganmenggunakan iebih tinggi dari membranpolieteriulfon 91,48 7o dengan SR'Tyang 9ma V{.tu 50 hari' Hal ini dapat dimengi:if karenaHRT polipropilen lebih besardari padaHRT polieterzulfon,sehinggasemakintinggi HRT berartiiemakinsedikitUatranorganikyangdiberikandansemakinlamacairanberadadalambioreaktormaka semakitrbanyakCOD yangdihilangkan. \o
9 too
E e o c, Bo E 7 0 ?'60
!so q)
o
o. . t : . ' L i
4
2
'
6
10 12 14 16 18
I
Wat*u Pengamatan(ha;i)
,:.' .,
.,' ,. l-Membran |
PP -{-Membra
PfS II
---
penyisihanCOD terhadapwaktu padaSRT"50'hari Garnbar3..Pengamatan 't'! ,.,.':
,,.ir}r-
'
, ' : . 1 : . r : ,i':.: r i
.:r r' r-i',
: i j l - : : 1:
r'"'.:
:
'
., -{ ,'.
:'
' - : i : - . '.ll : l i t . .l r . . 1 : . l!:" i i ' t - ' . i - , . , i - : j ; ; 1 . , - . ' - : i r ' - l Flok-,.'.',
-
'.'
;l
"i
'l
r':
i
':':!!-r1
'::'
'membran dan pengamatan ulcrran,flok;ditakukan dengan mengambil, foto dari'sampel'bioieaklor pada yanq disajikan membran tanpa anaerob pada bioreaktor sistem foto sampel dibandingkan'dengan gambar Z. Souru umum bentuk flok bakteri anaerob pada penelitian ini mendekati methanosqeta. -Meflnnosae6 tumbuh.seperti filamen panjang yang berbentuk batang. Methonosoeta hanya bisa
t . menggunaKan asamasetatsebagaisubstratuntuk membentukmetan.Sebagiankecil juga mengandungjenis baktii methanacocctrsyangt menggunakanHz/COzdan format sebagaisubstratunbrk membentukmetan-Ukurah flok bakteri "norob sebelumdioperasikandenganmembran36-50'pm dan jarak'antar satu flok i;;"; ', dengalrfloklainnya2:3-pm ..- i ir: ' ' l. I
-j,
. ..
:; !';. it..-i,. l- il. :...., !'.;.,'i;:rr:; lrls I t'' . , : : - ' i : ' l : ( l i . , r , r r. ' r . ; i-,
. . i
I
'"
'
"'tt\
'
I i
'
(a) G) Gambar4. fotomilroskopbalrerianaerob(a) Flok balderianaerobpadapenelitianini (b) Flok bakterianaerobmethanosaeta, sumberSpeece,1996. Perubalranflok bakteri setelah 7 hari dioperasikan dengan mernbran dapat dilihat pada gambar 5. I CtFmbar5a dan 5b menrmjukkan bahrva flok bakteri masrh banyak terbentuk Uait<paaa memUrir pp dan tetapi ukurannya telah lebih kecil dibandingkan no[ "rfi"V" (Gambar 4a). Flok yang hancur PgliPTtlPtL mt drsebabkanoleh shear srress (tegangangesek) dan sirkulasi dalam pompa yang terus-menerus.rlal ini df,$-,g. oleh penelitian yang Aihluk;n Jt"l nor. dkk (19%) batrwa ukuran partikel berkurang 55 % sefelatr biomassa melewafi membrm dan diindikasikan kerusakan struktur flok terjadi karena biomassa mdewati pompa yang bertekanantinggi.
i
@
)
o
)
Gimbar 5. Fotomilroskop balcerianaerob(a) Flok bakterianaerobyangdioperasikan -bakseri denganmanbranpp , anaerobyangdioperasikan I hari operasi(b) Flok denganmembranpotiete.sdfd Z hari operasi flok balderi pada saat keadaantunak ditampilkan pada gambar 6. I{asil penelitian i . -ry"$ ukuranflok bakteritersebutteredulsimenjadi Gl I pq jarak antarasatuflok dengan TTyiukk*^bahwa flof latnnya3,112 t -:att ukuranflok telahjauh lebih kecil. MenunrtSchmidtdanAluing (1995)batrwa flok bakteriyangmenyebabkan jarak antarsatuflok denganflok lainnyalebih besardari 5 pm. l:f*tu Hal ini alianmenurunkandegadasipropionatdanbrrirat nrenjadiasamasetd berkuranghingp 20 dan34 X. ienUatnyatotal asarnvotJU GeD padapenelitian.masih cukuptinggryaitu ?500mdt. , , I
i I 1 . : : : . 1 ; ; 'r-. , : ."r',.'., i i : ' ; : i , : 1 r , . 1 ' 1 i i { f i ,r 1i ' :, : . r : i : - ' , . '-,'t :: .)..ilr.,rl:.,',. it
. i 1 r , . . ,. r . , ' . , : , , . i 1 , ; . : , . L . i' , . , 1 . ] ; . i : t i ; i t , . :, - . : : : ,
i:.i:..
.
:.:.,
. ,, , , . r ; ' ; l i i l i l , ; ;,,oii;,'jl]:-::]irst:ii$ig;i.7 .4,{1?aI .,,i.]tl|r':.s:;l'.6..,..:.',l,i:ar,''q1s',''tr'tli,:d: ll
]1:1'
',:-;1.r..
.
!.
'.,,;,:. ji,li;t,r!1:
.:i,.L-i-:j,:.:;-'
- ,{il:i,:
,j::
.,! r,: r r r .i . . i l ' rl:: ..-'
,i ' ::- D;19{ .iL/'li'rf /1:i
(b) (a) danganmembran yang dioperasikan (a) anaerob Flok bakteri anaerob bakteri Fotomikroskop 6. Gambar polipropileqtunak (b) Flok bakteri anaerobyang dioperasikandenganmembran polidersulfoq tunak
KESIMPULAI\ Dari hasil pembahasandapa disimpulkan antaralain: o/o dengan l. Gabrmgan proses anaerob dengan membran mampu menyisihkan COD sebesar 94 pada Hydraulic Retention Time (IJF{J|) 12 ha;rr untuk membran ' konsentrasi MLSS 6900 mg/f potipropilen dan penyisihan COD sebesar89 % dengankonsentrasiMLSS 9900 mg/lpada HRT 2,5 hari untuk membranpolietersulfon. Z. Prosesbioreaktor mernbranmenyebabkanukuran flok mengecil &-76o/o dan jarak antar flok berkurang 44-75 o/o. Hal ini dapat terjadi karcna shear slress (tegangan gesek) dan sirkulasi dalam pompa yang , terus-menenrsdan. biomassamelewati pompayang batekanan tinggi. 3. Kualitas keluaran bioreakor membran anaerob sangat baik dan jernih tanpa mengandung padatan , tersuspensi.
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkanterima kasih kepada Pemerintah Republik Indonesia yang telah membiayai penelitian ini melalui program Hibah Bersaing D( ;
i
DAFI^A,RPUSTAKA "Membran Bioreakor Anaerob IJnnk Pengolahan Limbah Cair l. Ahma4 A dan Wenlen, I.G. (1999), Nasional Teknotogi ProsesKimia I, flIJI, Jakarta Maret. Serninar Ind$tri Minlnk fuv'if',Proceeding 2. APHA Q992), Stand$d Methds for F,xamilntion of Woter and Waslewater, I 8' od, American Public Health Association, Washingtort "Treatment of Palm Oil Mill Efilumt (POME) with Ihe 3. Fakhru'l-Razi, A. dan Noor M. J. M. M. (1999), (I,AS)",Wat. Sci. Tecl. 39, 159-163. , MembraneAraerobic Srtstem uCoruercton Processesin Anaerobic Digestion", Wat. ftl Tech, 4. Gujer, W dan Zehtf,q A. J. B. (1983I ' 15,127-167. "Anarobic Treatment of Wastewater in Fixed Film Reactors- a 5. He14;e,M dan P. Haremoes (1933), i LiteratureReview,Wat. Sci. Tech, 15, l-10I. *Design of Anaerobic Processes 6. Malina J-F dan Pohtan{ F.G. (19%), for the Tieatment of Industrtal andMrmicipl Wastes",vol. 7, TechnomicPublishingCo.Ing Pennsylvani4hal 4l-118. 7. Metcalf dan Eddy,Inc. (1991)," Wastewater Enggineering Tieatment, Disposal, Reuse", 3rd.Ed., Mc€raw-Hill,Inc., NewYorlc 'Basic Prirciples of Membrane TechrcIogt",2nd, Kluwer Academic Publisher, 8. Mulder, M. (19%), ''Lordon,hzlliT-209. i, g. ,Ng W.J.K Wong dan ICK Chir! (1985), "TVo-PhaseAnaerobic TreatmentKinetics of Palm Oil Waste", i'''Wat.'Res,'19(5),(r 7469. '10.' Rosq W. R, N. K fL C. J. Grobler, dan I. Sanetra"(lW4) *Membrorc-Assisted Aruerobic Treatmentof , proess.- Proc. 7b International Symposia on Anaerobic InAlsffial Efifuenx: Ttw SouthAfriwrtADW 'Digestion-Sodh Africa; p. 550. : 'Interspecies electron transfer during propionate and butyrate ll. Schmidt, J.E. dan Ahring B.K. (1995), degrdation in mesophilic, gramiar sludge," Appl. Enwon Microbial. 61, p.2765-2767.
i ;
: i : r . : a r i
I . r .
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKI.JLTASTEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
D-10-5
q 'Pemanfaatan
t2. Sumihar H.D.S, Reni D, A. Ahmad, T. Setiadi dan I.G.Wenten (2001),
Telvtik Backflushing dalam Bioreahor Membran Anaerob untuk Pengololan Limbah Cair Industri Mirynk Kelap kwit", ProceodingSeminar UGM, Yogyakada 13.Speece,RE., (1996), "Anaerobic Biotechnolog, for Industrial Vastewaters", ArchaePress,Nashville, Tennessee,USA *Membrane Bioreactors For Wastewater Treatment: T}lre t4. Van Dijlq L dan G. C. G Roncken (1997), Stde of The Art aad New Development",Wat.&.i. Tech,35(10),3541.
Ii],,
11.
..i ..,
, I t.,.'!i
', ',
t-:r.-iiir
,..r'
i ., .;i i ' ' i '
r,r:
. 1 1 .
.,,:
), ii'..
i 11,rr
\,'. l: r.-1!:!ir,_r.:i : i i.:."..rl:;r l, b:tt.!iei-. "bhir1,:.!: ''i :rtii'. ...c .'/". ,ro rl;rirjgy'; Z li-orriJnrl.lylrl 11;.'i. \.i'
r-:i:j Si\$.\'iiqn-!t1 ytti".*b ..,s\:.: ti':iS-r-n?l .i; . i,l) ir:ll
.r
:.,
,::,
-:.,:.,..'r,"
|
, r . . ., - .
:
l
-i,,:, 'i i " t r , ,i i:, . , . t . . ;'i , ri r :1..i_1ri,1 ;
.i,'r:,:..i,-,.
' i , ' . . : : i : i i - . - , .r . .ii-i:\); I
'l i'i i /j.r!gi:i,., i " , 1 'I
;
.'. r-- -r'.,:\.i r . , . . ; ., i . , ..:,;ino.i
i - : .r.;-.:;'.!l,vtl .0r,,t.t. . i l " ; - i l - ,; : * r d r : ' . , - i . i . : _ : - : . 1 . . , t . : , 'ii ,t1;1J,t, ",t \ r t i J . i l i \ i . , 1 ' . . ; , , 1 ; l: ; . : ' , . r . . ; r . : . , : i i \ ' r i ,
.1i; it:rji:i,g
*
,q
rt
B
.,i"
'.;*
