View
256
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Pengolahan Limbah Cair Industri secara Aerobic dan Anoxic dengan
Membrane Bioreaktor (MBR)
Oleh :Beauty S.D. Dewanti
2309 201 013
Dosen Pembimbing :
Dr. Ir. Tontowi Ismail MSProf. Dr. Ir. Tri Widjaja M.Eng
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOKIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
LATAR BELAKANG
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.hari2. DO (Dissolved Oxygen3. Sludge Age (SRT) : 3-14 hari4. Batasan konsentrasi lumpur (MLSS
Masalah pada tangki
sedimentasi dan membutuhkan
lahan sedimentasi yang luas
LATAR BELAKANG
UdaraSistem 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.
LATAR BELAKANG
1. Fouling (Blocking partikel padat, produk metabolit terlarut, sisa influent yang belum terdegradasi)
2. Kinerja membran menurun (penurunan fluks)3. Intensitas backwashing lebih sering
LATAR BELAKANG
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 fouling3. Menyempurnakan sistem konvensional dimana lahan sedimentasi
lebih kecil4. Memperkecil intensitas proses backwasing
Sistem MBR
RUMUSAN MASALAH
Kelemahan aerobic activated sludge ini terletakpada sering terjadinya ‘bulking sludge’
Komposisi polutan organik, N dan P perludikondisikan menurut komposisi limbah yang ada
Hambatan SMBR terjadi pada seringnyapembersihan membran yang harus dilakukan.
Diperlukan suatu pengembangan lanjut untukpemisahan lumpur dalam proses activated sludge
TUJUAN PENELITIAN
Meneliti kinerja MBR dalam memisahkan suspended solid dari
air limbah industri
Meneliti pengaruh kondisi anoxic terhadap pengurangan kandungan
N dalam air limbah industri.
Yustisia & Tri W (2007)
Thamer & Ahmad(2008)
Tian & Liang(2009)
Yu-Lan & Shui
Li(2009)
Kusworo, dkk
(2009)
SMBR mampumenyisihkan
konsentrasiCOD 85-99%
SMBR dapat menyisihkan
kandungan N-NH3dalam limbah
sintetik hingga 99%
SMBR dapat mengurangi kadar
limbah ammonia dalam limbah
domestik hingga 89,4 %
SMBR dapat menyisihkan
kandungan CODsebesar 91 %
Pengolahan LimbahCair Industri secaraAerobic dan Anoxicdengan MembranBioreaktor (MBR)
SMBR dapat menyisihkan N-NH3 pada limbah sintetik 92 % dan penyisihan
turbiditas 83,9 %
Beauty (2011)
PENELITIAN TERDAHULU
METODOLOGI PENELITIAN
(7) (8)
BLOWER
(2)
(3)
(4)
(1)
(6)Air limbah
(2)
SELANG UDARA BLOWER
Diagram Skematik MBRCatatan : (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; (11) Valve Pengatur(1, 2, 3, 4, 5)
METODOLOGI PENELITIAN
Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
• COD : 1800, 2800 dan 3600 mg/L
• MLSS : 2000 – 5000 mg/L
• SRT : 5, 10 dan 20 hari pada COD 1800 mg/L
• Membran terpisah dan menyatu di dalam tangki
aerobic
METODOLOGI PENELITIAN
Kondisi Penelitian
•Suhu operasi : 30oC•pH : 7,5 – 8,5•Volume reaktor anoxic : 10,8 L•Volume reaktor aerobic : 31,5 L•DO > 2 pada tangki aerobik•DO < 2 pada tangki anoxic•Rate influent : 31,5 L/day•Rate recycle : 50,4 L/day
HASIL PENELITIAN
Hari ke DO(mg/L) MLSS(mg/L) MLVSS(mg/L) COD(mg/L) % SV
0 5,14 3855 3750 2200 501 5,01 3440 2300 2500 502 5,01 3530 2800 1880 503 5,01 4100 2680 2500 404 4,93 4250 3025 2720 405 4,93 4300 3120 2680 406 4,93 4120 2250 3420 407 4,75 4500 1750 3500 508 4,75 4000 3800 3000 509 4,75 4700 4630 2880 40
10 4,9 4500 4980 2600 4011 4,9 4700 3800 2280 4012 4,9 4733 4800 2120 4013 4,86 4800 4000 2160 5014 4,86 4830 3300 2100 5015 4,86 4650 3985 2150 50
Data-data Pembibitan dan Aklimatasi
HASIL PENELITIAN
Pembibitan dan Aklimatasi
HASIL PENELITIAN
Tahap Pendahuluan
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.
Penurunan konsentrasi COD dan kenaikan MLSS
menandakan bahwa pertumbuhan
mikroorganisme relative baik.
PERCOBAAN UTAMA
Gambar 4.3 (a) Penurunan COD (mg/L) dan (b) %Removal COD terhadap waktu (hari) dengan rate influent 31,5 L/hari pada tangki aerobik.
PERCOBAAN UTAMA
Gambar 4.4 (a) Penurunan COD (mg/L) dan (b)%Removal COD terhadap waktu (hari) dengan rate influent 31,5 L/hari pada permeat.
HASIL PENELITIAN
Pada COD 1800 mg/L pada hari ke-15 MLSS 3216 mg/L,memiliki F/M ratio 0,22.
Pada COD 2800 mg/L pada hari ke-15 MLSS 3245 mg/L,memiliki F/M ratio 0,36.
Pada COD 3600 mg/L pada hari ke-15 MLSS 3166 mg/L,memiliki F/M ratio 0,42.
Dari perbandingan antara COD di aerobik dan permeatdisini menunjukan bahwa removal COD di aerobik dipengaruhioleh F/M ratio, hal ini dapat mempengaruhi removal CODpermeat.
Jika proses di tangki aerobik kurang baik karenaketidakseimbangan F/M ratio maka proses filtrasi berfungsiuntuk mengurangi padatan tersuspensi.
VARIASI SRT
Gambar 4.6 (a) Penurunan COD (mg/L) dan (b) %Removal COD terhadap waktu (hari) dengan rate influent 31,5 L/hari pada SRT 5 hari.
VARIASI SRT
Gambar 4.7 (a) Penurunan COD (mg/L) dan (b) %Removal COD terhadap waktu (hari) dengan rate influent 31,5 L/hari pada SRT 10 hari.
VARIASI SRT
Gambar 4.8 (a) Penurunan COD (mg/L) dan (b) %Removal COD terhadap waktu (hari) dengan rate influent 31,5 L/hari pada SRT 20 hari.
HASIL PENELITIAN Semakin besar SRT, maka waktu tinggal mikroorganisme di
dalam tangki aerobik juga semakin lama, akibatnya prosesdegradasi senyawa organik semakin baik, namun biasanyaantara 3-14 hari agar menghasilkan flok biologis yang manadapat ditangani dengan mudah.
Dari data tersebut juga diketahui bahwa tidak terjadiperbedaan yang significant antara effluent tanpa membran danmenggunakan membran.
Membran yang digunakan adalah membran ultrafiltrasi yangmempunyai keterbatasan dalam pemisahan COD.
Membran ultrafiltrasi berkemampuan untuk memisahkankoloid dan partikel padat misalnya protein, pati, antibiotik,virus, koloidal silika, gelatin, bahan organik, bakteri, lemak,dan padatan.
REMOVAL AMONIA
SRT 5 hariSRT 10 hari
SRT 20 hari
HASIL PENELITIAN
SRT 5 Hari
SRT 10 Hari
SRT 20 Hari
Dari grafik Amoniak dapat dilihatbahwa pada SRT 10 hari memberikanpenurunan ammonia yang lebih baik
dibandingkan pada SRT 5 dan 20 hari. Hal ini berkaitan dengan F/M ratioyang 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 NITRATSRT 5 hari
SRT 10 hari
SRT 20 hari
HASIL PENELITIAN
SRT 5,10,dan 20 Hari
SRT 10 hari memberikanpenurunan nitrat yang
lebih baik dibandingkanpada SRT 5 dan 20 hari.
Proses denitrifikasi ditangki anoxic cukup
berhasil, karena sisa nitratdi dalam permeat relatif
sedikit dimana ditunjukkandengan 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 totalkeluar lebih kecil 0,5dari jumlah N total masuk, maka proses
denitrifikasi dikatakanberhasil. Tetapi jika
jumlah N yang keluarlebih besar daripada
jumlah N yang masukmaka proses
denitrifikasi tidakberjalan dengan baik di
tangki anoxic
FLUX MEMBRAN
backwashing
backwashing
backwashing
backwashing
backwashing
backwashing
COD 1800 mg/L COD 2800 mg/L
COD 3600 mg/L
HASIL PENELITIAN Pada sistem SMBR, terjadi penurunan fluks yang sangattajam pada 5 menit pertama.
Sedangkan pada sistem MBR, penurunan fluks terjadibertahap dan relatif kecil.
Flux semakin turun disebabkan adanya penyumbatan akibatpartikel-partikel yang terakumulasi pada lapisan permukaanmembran.
Dapat dilihat bahwa dengan adanya backwashing dapatmenaikkan flux membran meskipun tidak sampai pada kondisiawal.
Kenaikan flux tidak dapat kembali seperti kondisi awaldikarenakan masih ada penyumbatan yang tidak bisa hilangdengan cara backwashing air namun menggunakan chemicalcleaning.
HASIL PENELITIAN
SMBR
Pada gambar , terlihat adanya fouling padamembran sistem SMBR.
Peristiwa fouling ini memperberat kinerjamembran yang akan berpengaruh pada proses
pemisahan dan juga perawatan membranmaupun umur membran
Dilakukan pengembangan terhadap sistem SMBR menjadi sistem MBR. Dengan penambahan ruang
sedimentasi yang lebih kecil daripada ruangsedimentasi pada sistem konvensional.
HASIL PENELITIAN
Penurunan kinerja membran dapat juga dikarenakan oleh soluble microbial product (SMP) yang akan mempengaruhi fluks permeat membran terkait dengan terjadinya fouling membran.
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).
HASIL PENELITIAN
Dari analisa menunjukkan bahwa kandungan protein tidakterdeteksi sedangkan kandungan karbohidrat menunjukkanbahwa semakin lama SRT maka semakin banyak karbohidratyang menempel pada membran yang akan menyumbat danmempengaruhi 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
HASIL PENELITIAN
Gambar 4.14 % Removal turbidity (NTU) terhadap waktu (hari) pada COD umpan 3600, 2800, dan 1800 mg/L
HASIL PENELITIAN Gambar 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 mengindikasikanair limbah yang diolah secara biologisberlangsung dengan baik.
KESIMPULANRemoval COD dipengaruhi oleh konsentrasi MLSS dari 2000-5000 mg/L dankonsentrasi DO > 2 mg/L sedangkan removal amonia dan nitrat dipengaruhi
oleh kondisi anoxic.
Pada removal COD tidak terjadi perbedaan yang significant antara effluenttanpa membran dan menggunakan membran. Hal ini disebabkan membran
ultrafiltrasi mempunyai keterbatasan dalam pemisahan COD.
Pada SRT 10 hari memberikan removal COD, ammonia dan nitratyang lebih baik . Hal ini berkaitan dengan F/M ratio
Jumlah N total permeat lebih kecil dari 0,5 jumlah N total influent atau % removal > 50 %, maka proses denitrifikasi dapat dikatakan berhasil.
Pada percobaan MBR dari flux 30 L/m2.jam turun menjadi 12,9 L/m2.jam dalam waktu 30 menit, dibandingkan SMBR dari flux 24 L/m2 jam turun
menjadi 5,1 L/m2.jam dalam waktu 30 menit.
Untuk removal turbidity mencapai 98,47 hingga 98,85%.
Recommended