PENGARUH RASIO WAKTU PENGISIAN : REAKSI PADA REAKTOR BATCH DALAM KONDISI AEROB Winardi Program Studi Teknik Lingkungan Universitas Tanjungpura, Pontianak Email:
[email protected]
ABSTRAK Reaktor batch merupakan reaktor non kontinyu berdasarkan sistem pengumpanannya. Di dalam reaktor batch efisiensi penyisihan organik tergantung dari waktu pengumpanan/ pengisian dan lamanya waktu detensi/reaksi dalam reaktor. Mendapatkan waktu detensi optimum menjadi penting untuk melihat kondisi operasi penyisihan beban organik, yang memberikan hasil maksimal. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan beban 3600 mg/l COD dan variasi rasio waktu pengisian : reaksi (2:2, 2:4, 2:8 jam/jam) dalam lingkungan proses aerob. Hasil akhir menunjukkan sistem pengolahan air buangan untuk konsentrasi effluen 3600 mg/l dengan menggunakan reaktor batch akan optimum bila rasio waktu detensi pengisian-reaksi (p/r), 2 : 4 jam/jam sebagai rasio waktu detensi terbaik. Kata kunci: reaktor batch, beban organik, waktu detensi, COD, aerob
I. PENDAHULUAN Reaktor batch umumnya tertutup, merupakan tangki yang tercampur sempurna. Sebelum inokulasi reaktor batch mengandung volume nutrien dalam jumlah tertentu. Sesudah inokulasi proses dibiarkan misalnya tidak ada material yang ditambahkan ke dalamnya atau dihilangkan dari reaktor. Reaktor harus diaerasi & kontrol proses harus diterapkan, seperti kontrol pH. Proses konversi biologi dalam reaktor batch umumnya didahului oleh satu seri phase. Sesudah inokulasi terjadi lag phase; tidak ada pertumbuhan, mikroorganisme perlu menyiapkan perlengkapan enzymatic untuk fungsi seluler spesifik yang terlibat dalam proses pertumbuhan. Setelah itu mikroorganisme mulai tumbuh dan dengan menyediakan seluruh faktor pertumbuhan yang diperlukan, pertumbuhan akan terjadi secara eksponensial yang disebut phase eksponensial atau phase logaritmik. Setelah itu satu nutrien dan seterusnya akan menjadi habis dan pertumbuhan akan menjadi terbatas. Pertumbuhan mula-mula turun (decreasing phase) dan
kemudian terhenti benar-benar; Ini yang disebut stationary phase yaitu gabungan dari sel-sel mati dan sel-sel lysis (Wisjnuprapto, 1995). Berdasarkan lingkungan proses, reaktor dapat dibedakan ke dalam reaktor aerob dan reaktor anaerob. Katagori aerob dan anaerob merupakan lingkungan bioproses yang ditentukan oleh karakteristik mikroorganisme terhadap kehadiran Oksigen. Pada reaktor aerob, konsentrasi Oksigen merupakan faktor pembatas bagi pertumbuhan bakteri aerob. Reaktor aerob akan efektif bekerja pada beban < 4000 mg/l sebagai COD yang dapat terurai secara biologi (Metcalf & Eddy, 1991). Selain bekerja pada beban organik yang relatif rendah, reaktor aerob juga bisa diterapkan setelah pengolahan secara anaerob diaplikasikan pada beban organik tinggi (COD > 4000) (Lim & Grady, 1980). II. METODOLOGI Penyisihan organik pada reaktor aerob, ditentukan dengan melihat kinerja reaktor dengan variasi waktu tinggal sehingga diperoleh waktu optimum
pengolahan. Untuk melihat kinerja rektor aerob pada beban organik < 4000 mg sebagai COD maka disiapkan beban organik 3600 mg/l COD. Waktu reaksi dibuat dengan variasi 2, 4, 8 jam. Pemberian umpan dilakukan selama 2 jam sehingga waktu kontak 2 jam pertama disebut waktu pengisian dan waktu kontak selanjutnya 4, 6 dan 10 jam disebut sebagai waktu reaksi. Tahap awal dari penelitian ini adalah seeding dan aklimatisasi. Seeding dan aklimatisasi adalah proses pengkondisian biomassa atau bakteri terhadap kondisi lingkungan proses dan cairan influen yang akan diolah (Atlas, & Bartha, 1990). Seeding dilakukan secara batch dalam reaktor bervolume 3 liter. Benih mikroorganisme diambil dari septic tank sebanyak 100 ml/3 l reaktor. Kemudian benih ditumbuhkan dalam kondisi kondisi aerob dengan DO tidak kurang dari 3 mg/l dalam suhu 20oC. pH dijaga dalam rentang 6,5 - 8,5 dengan menggunakan soda kue. Sebagai sumber Carbon digunakan glukosa, sebagai sumber Nitrogen digunakan NH4Cl dan sumber Phosfor menggunakan Na2HPO4 2H2O. Dalam proses ini perbandingan C : N : P tidak diperhatikan. Banyaknya glukosa yang ditambahkan setiap feeding sebesar 3000 mg/l reaktor atau COD 3000 mg/l (1 gr glukosa ~ 1 gr COD). Untuk mengetahui waktu feeding digunakan glucotest, apakah glukosa masih terdapat dalam reaktor atau telah habis. Di akhir masa aklimatisasi diperoleh keyakinan bahwa biomassa yang akan digunakan
dalam operasi/running telah menunjukkan kinerja yang diharapkan. Kecuali itu konsentrasi biomassa telah mencapai jumlah yang ideal terhadap beban yang akan diolah (VSS > 8000 mg/l) (Elisabeth, 2000). Sesaat sebelum mengoperasikan reaktor, terlebih dahulu dipersiapkan air buangan artificial dengan nilai COD yang telah ditentukan, yaitu 3600 mg/l COD. Pengoperasian reaktor diawali dengan mengalirkan influen dari bak feeding dengan bantuan pompa, debit aliran sebesar 25 ml/menit ke dalam reaktor yang mengandung biomassa dalam kondisi teraerasi, hingga volume reaktor 3 liter. Sampling diambil pada waktu tinggal 2 jam yang merupakan waktu pengisian, dan waktu tinggal 4, 6 dan 10 jam, untuk mengukur konsentrasi COD yang tersisa. COD masing-masing variasi waktu tersebut diukur dan dianalisis. Kemudian dilihat kinerja reaktor untuk masing-masing beban sehingga diperoleh waktu optimum untuk beban 3600 mg/l. III. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh rasio pengisian : reaksi (p/r) terhadap efisiensi penyisihan organik dan konsentrasi biomassa dapat dilihat pada Tabel 2. Proses penyisihan organik dalam kenyataannya tidak bisa dipisahkan dari aktivitas biomassa dalam sistem bioreaktor. Aktivitas tersebut sangat tergantung dari konsentrasi biomassa.
Tabel 1. COD Rata-rata Umpan pada Beban 3600 mg/l Parameter COD Rerata (mg/l)
Rasio 2:2 3378,86
Rasio 2:4 3515,11
Rasio 2:8 3563,48
Tabel 2. Penurunan Organik pada Beban Umpan 3600 mg/l Rasio p/r 2:2 p1 p2 r2 1 2 4 3243,50 2225,00 1263,00 2909,10 1818,20 1090,90 1984,70 1542,90 1240,40 2712,40 1862,00 1198,10 19,72 44,89 64,54
Run 1 Run 2 Run 3 COD rerata Efisiensi Keterangan: pn = pengisian n jam rn = reaksi n jam
Waktu Detensi (jam) Rasio p/r 2:4 p1 p2 r4 1 2 6 1894,80 1263,00 757,90 1758,80 1360,60 1056,50 2258,80 2145,00 1129,40 2258,00 1589,50 981,25 35,76 54,78 72,09
p1 1 4388,60 2157,30 3474,30 2815,80 20,98
Rasio p/r 2:8 p2 r8 2 10 1097,10 1229,70 2036,40 1739,30 2742,90 1371,40 1958,80 1300,40 45,03 63,51
Gambar 1. Kurva Penyisihan COD pada Beban Umpan 3600 mg/l
Gambar 2. Kurva Pertumbuhan Biomassa pada Beban 3600 mg/l
Tabel 3 Hubungan VSS dan Penurunan COD pada Beban 3600 mg/l Beban (mg/l)
Pengisian : Reaksi (jam : jam)
2:2
3600
2:4
2:8
Selama periode pengisian kelihatannya laju pertumbuhan biomassa berjalan sangat lambat. Diduga hal ini terjadi karena beban 3600 mg/l cukup besar, namun dalam periode tersebut, aktivitas biomassa dalam menurunkan beban masih cukup berperan. Laju pertumbuhan biomassa ini terus meningkat memasuki periode reaksi dan puncaknya dicapai pada saat waktu reaksi 4 jam. Oleh karena itu variasi p/r 2:4 memberikan hasil yang paling optimal. Dengan kata lain, waktu kontak antara biomassa dan substrat selama 4 jam merupakan waktu kontak yang paling optimal, dimana hampir seluruh beban organik telah tersisihkan. Dalam range waktu tersebut pertumbuhan biomassa mengalami phase logaritmik sehingga penyisihan beban menjadi signifikan. Sementara dalam 4 jam berikutnya penyisihan yang terjadi relatif lebih kecil dibandingkan waktu reaksi 4 jam sebelumnya. Karena pertumbuhan biomassa sudah memasuki awal phase stasioner. Ini akan terlihat dengan jelas bila dibandingkan dengan waktu reaksi 2 jam. Dalam dua jam pertama, pertumbuhan biomassa masih dalam
t detensi (jam) 0 0 1 2 4 0 0 1 2 6 0 0 1 2 10
COD (mg/l) 3378,90 153,85 2712,40 1862,00 1198,10 3515,10 345,60 2258,00 1589,50 981,25 3563,50 770,37 2815,80 1958,80 1300,40
VSS (mg/l) 0,00 6660,40 2825,00 1850,00 2109,40 0,00 7147,90 5133,30 3183,30 2677,00 0,00 7854,70 3815,60 3112,50 2834,40
phase lag, sehingga kemampuan biomassa untuk menyisihkan beban relatif kecil. Karena beban yang cukup besar membutuhkan waktu yang relatif lebih panjang bagi konsorsium biomassa untuk menyisihkan beban agar mencapai efisiensi yang paling baik. Kecenderungan konsentrasi biomassa yang konstan pada variasi p/r 2:8, sebenarnya tidak menunjukkan tidak adanya pertumbuhan biomassa dalam variasi tersebut. Pertumbuhan yang terjadi berjalan dengan sangat lambat. Hal ini dapat dimengerti karena konsentrasi substrat yang tersedia semakin terbatas. Semakin lama waktu reaksi, laju pemakaian substrat semakin kecil. Hal ini berkaitan dengan konsentrasi substrat yang semakin lama semakin berkurang. Konsentrasi substrat yang berkurang akan berpengaruh terhadap pertumbuhan biomassa. Biomassa yang di awal periode reaksi sudah berada pada phase stasioner mulai turun. Penurunan tajam terjadi dari 2 sampai dengan 4 jam waktu reaksi. Sedangkan dari 4 sampai dengan 8 jam, angka pemakaian substrat relatif kecil mengingat jumlah substrat pada kurun waktu tersebut sudah sangat terbatas.
IV. KESIMPULAN Beban organik 3600 mg/l COD merupakan beban yang cukup besar untuk lingkungan proses secara aerob. Sehingga memerlukan waktu kontak yang relatif lama untuk mencapai penyisihan maksimal. Dalam reaktor batch kemampuan mikroorganisme dalam mendegradasi organik merupakan faktor dominan yang menentukan waktu reaksi optimum. Hasil yang diperoleh menunjukkan, laju pertumbuhan biomassa turun seiring dengan penambahan waktu reaksi. Hal ini menunjukkan adanya hubungan antara penurunan laju pertumbuhan biomassa dengan penurunan laju konsumsi substrat. Karena ketika periode reaksi dimulai sebenarnya phase pertumbuhan biomassa sudah berada pada fase declining akhir atau memasuki fase stasioner.
Daftar pustaka 1. Atlas, R.M., & Bartha, R., 1990, Mikrobial Ecology, Edisi ke 2, Benjamin Cummings Publishing Company, Inc. 2. Elizabeth, H., 2000, Penyisihan Beban Organik dengan Menggunakan Reaktor SBR Aerob, Jurusan Teknik Lingkungan ITB, Bandung. 3. Lim, H.C., & Grady, P.L., 1980, Biological Wastewater Treatment, Marcel Dekker, Inc., New York. 4. Metcalf & Eddy, 1991, Wastewater Engineering: treatment, disposal, reuse. Edisi ke 3, Mc. Graw-Hill Book Co, New York. 5. Wisjnuprapto, 1995, Pengantar Bioproses, Jurusan Teknik Lingkungan ITB, Bandung.
