BAHAN KULIAH MIKRO

8/11/2019 BAHAN KULIAH MIKRO

http://slidepdf.com/reader/full/bahan-kuliah-mikro 1/91

MIKROBIOLOGI LINGKUNGAN

i. MIKROORGANISM

E

2. Pengertian Mikroorganisme

Menurut Lay dan Hastowo (1992) mikroorganisme atau mikroba

adalah substansi bersel satu yang membentuk koloni atau

kelompok, dimana satu sama lain dalam koloni tersebut saling

berinteraksi. Contoh mikroorganisme adalah bakteri. alam

pertumbuhannya, organisme membutuhkan nutrisi, sumber energi

dan karbon. !erdasarkan kebutuhan nutrisinya, bakteri

dikelompokkan men"adi #, yaitu$

a. Heterotrof , yaitu bakteri yang mengambil karbon dari

sumber karbon organi% sa"a.

b. Autotrof, yaitu bakteri yang menggunakan C&2 dan sebagai

sumber karbon tunggal.

%. Fakultatif autotrof , yaitu bakteri yang menggunakan

senyawa organi% maupun C&2 sebagai sumber karbon.



!akteri memerlukan energi untuk melakukan akti'itasnya.

!erdasarkan sumber energi yang digunakan, bakteri dapat dibedakan

men"adi$

a. Fotoautotrof , yaitu bakteri yang menggunakan %ahaya

matahari sebagai sumber energi

b. Kemoautotrof , yaitu bakteri yang menggunakan reaksi kimia

(reaksi reduksi bahan organi%) sebagai sumber energi.

etiap "enis mikroorganisme mempunyai rentang temperatur

tertentu. emperatur yang paling baik bagi akti'itas mikroorganisme

disebut temperatur optimum. Menurut %hobanoglous et al., (2**#)

berdasarkan temperatur, bakteri dibedakan men"adi #, yaitu$

a. Psikofilik (oligotermik) , hidup pada temperatur

antara 1*+#*C dengan temperatur optimum 12+1- C.

b. Mesofilik (Mesotermik) ,yaitu bakteri yang hidup pada

temperatur antara 2*+* C dengan temperatur optimum 2+

/*C.

%. Termofilik (politermik), yaitu bakteri yang hidup pada suhu

antara #+0C, dengan temperatur optimum + C

3. Pengaru Lingkungan !an Meta"o#isme Mikroorganisme



%hobanoglous et al ., (2**#) menyatakan bahwa untuk

melangsungkan hidupnya (reproduksi dan pertumbuhan),

mikroorganisme membutuhkan sumber energi, karbon, nutrien

(elemen inorgani%) seperti nitrogen, phospor, kalsium dan

magnesium. Mikroorganisme membutuhkan karbon untuk

pertumbuhan selnya dari at organi% (heterotrop) atau C&2

(autotrop)

3aktor lingkungan yang mempengaruhi petumbuhan

mikroorganisme adalah$ tem%eratur !an %&.

pH lingkungan sangat mempengaruhi pertumbuhan

mikroorganisme. e%ara umum, pH optimum untuk

pertumbuhan mikroorganisme berkisar antar , 4 0,

( %hobanoglous,2**#)

B. MIKROORGANISME PENGURAI AIR LIMBA&

alam penanganan air limbah, mikroorganisme merupakan dasar

5ungsional untuk se"umlah proses penanganan. 6roses penanganan

air limbah se%ara biologik terdiri dari %ampuran mikroorganisme

yang mampu memetabolisme limbah organi%. Mikroorganisme



yang biasa terdapat pada air dan air limbah digolongkan dalam

empat grup, yaitu $

a. Bakteri

!akteri merupakan kelompok mikroorganisme terpenting dalam

penanganan air limbah. !akteri ada yang bersi5at patogenik

tetapi ada "uga bakteri yang dapat digunakan untuk

menghilangkan bahan organi% yang tidak diinginkan dari air

limbah. !akteri kebanyakan kemoeterotro'ik yaitu

menggunakan bahan organi% sebagai sumber energi dan karbon.

ebagian bakteri bersi5at 'otosintetik yaitu dengan

menggunakan sinar sebagai sumber energi dan karbondioksida

sebagai sumber karbon. !akteri mempunyai lapisan lendir atau

kapsul. Lapisan lendir ini ber5ungsi sebagai pengikat partikel+

partikel 5lok bakteri. 6artikel+partikel ini terdiri dari se"umlah

besar sel+sel indi'idu, yang terbentuk dalam proses penanganan

limbah se%ara biologis, pemisahannya dengan %ara sedimentasi

gra'itasi. !akteri terdapat dalam berbagai bentuk, yaitu silinder

atau ovoid (bulat), dengan ukuran beberapa mi%rometer. 7umus

untuk mewakili sel bakteri adalah ()&*O2N atau



(*)&+)O3N+)P. 8arakterisik yang penting dari sebagian bakteri

adalah kemampuannya untuk menggumpal. 3lokulasi seperti ini

akan memisahkan padatan mikroba dalam unit pemisahan

padatan dan membantu dalam menghasilkan e55luen yang

bermutu baik.

". Ka%ang

8apang adalah mikroorganisme non5otosintetis, bersel "amak,

aerobik dan ber%abang. 8ondisi lingkungan akan menentukan

grup organisme apa yang dominan. 8apang akan banyak

terdapat bila limbah mempunyai pH rendah, kadar air rendah,

nitrogen rendah. 8omposisi sel kapang dapat dinyatakan se%ara

empiris dengan (+&+*O-N. 8ebanyakan kapang akan tumbuh

baik pada pH / + . i5at 5ilamen dari kapang membuat

organisme ini kurang diinginkan dalam unit pengolah limbah

se%ara biologi, karena tidak dapat mengendap dengan baik.



. /irus

irus bukan organisme yang sempurna, terbentuk dari lapisan

pelindung protein yang mengelilingi serabut asam nukleat.

6erhatian utama pada 'irus bila terdapat dalam air adalah

terhadap kesehatan manusia. e"umlah penyakit yang

disebabkan oleh 'irus digolongkan berasal dari atau ditularkan

melalui air (waterborne), diantaranya in5eksi 5olio, hepatitis dll.

:kti'itas 'irus tidak menurun ketika berada pada luar sel inang.

&leh karena itu pen%egahan in5eksi oleh 'irus dalam air

dibutuhkan apakah dengan memisahkan atau membunuhnya.

6roses koagulasi, sedimentasi dapat menghilangkan 'irus dalam

air sebanyak 99;. 8lorin dan &on merupakan desin5ektan

yang baik untuk 'irus.



!. Proto0oa

6rotooa adalah kelompok organisme yang umumnya bersel

tunggal dan tidak berdinding sel. 8ebanyakan protooa adalah

predator, sering memakan bakteri. 6rotooa penting dalam

penanganan limbah karena organisme ini akan memakan

bakteri, sehingga "umlah sel bakteri yang ada tidak berlebihan.

6rotooa akan mengurangi bahan organi% yang tidak

dimetabolisme dan membantu menghasilkan e5luen yang

bermutu tinggi dan lebih "ernih. Masalah kesehatan yang utama

dengan adanya protooa adalah Disentri amuba. 6enyakit ini

disebabkan oleh organisme Entamuba histolytica.

Unit #um%ur akti' yang bebas dari protooa

menghasilkan e5luen yang sangat keruh. 8ekeruhan ini

sebagian besar disebabkan oleh bakteri yang terdispersi,

sehingga !& dan padatan yang tidak terendap tinggi.

6enambahan protooa akan meningkatkan e5luen dan

menurunkan "umlah bakteri. 6rotooa ditemukan dalam

penanganan anaerobi% padatan selokan dan dalam system

penangan limbah hewan. 6eranan protooa dalam system ini

tidak diketahui, tetapi diperkirakan sama seperti pada system



aerobik, yaitu memetabolisme bahan partikulat dan bakteri serta

pen"ernihan e5luen akhir.

e. Ganggang 1 Algae)

<anggang adalah organisme autotro5 5otosintetik. 8omposisi

sel ganggang dapat dinyatakan dengan (+-&+O)P. &leh

karena nutrisi dari "enis ganggang berbeda, maka rumus ini

merupakan rata+rata. <anggang memperoleh energi dari sinar

matahari. an menggunakan bahan anorganik seperti karbon

dioksida, ammonia atau nitrat dan 5os5at dalam sintesis sel+sel

tambahan. alam 5otosintetis akan terbentuk molekul oksigen,

seperti pada persamaan dibawah ini =

inar matahari

C&2 > H2& CH2& > &2

&ksigen dilepaskan dalam lingkungan dan digunakan oleh

bakteri pada waktu metabolisme bahan+bahan organik.



<anggang memperoleh karbon dioksida dari sumber+sumber

berikut ini, dalam air atau limbah %air $

1. :bsorbsi dari udara

2. 7espirasi aerobik dan anaerobi% dari organisme heterotro5ik

#. :lkalinitas bikarbonat

8etika karbon dioksida dikeluarkan dari air limbah oleh

ganggang yang tumbuh, pH akan naik. <anggang akan

berkembang hanya bila sinar matahari %ukup menembus %airan

dan tidak akan tumbuh baik bila %airan sangat keruh seperti

pada unit lumpur akti5 dan lagun teraerasi, dimana sinar

matahari tidak dapat masuk atau bila warna %airan sangat gelap.

!ila tidak ada sinar matahari maka 5otosintetis akan terhenti

dan respirasi dari ganggang akan berlangsung dengan %ara yang

sama seperti pada bakteri. engan demikian ganggang akan

memberikan tambahan oksigen pada unit yang digunakan. ?enis

ganggang yang paling penting dalam penanganan air limbah

dan air adalah ganggang "iru4i5au !an ganggang i5au.

'. Ganggang "iru4i5au



Contoh Nostoc dan Oskillatoria yang sering menimbulkan

masalah pada danau. Microcytis dan Anabaena menghasilkan

toksin yang dapat menimbulkan penyakit atau kematian pada

burung dan mamalia yang meminum air. @kskresi ganggang ini

dapat menimbulkan masalah bau dan rasa dalam air. &ksidasi

senyawa+senyawa penyebab bau dengan klorin atau oon dapat

memperbaiki mutu air, tetapi tambahan penanganan dengan

karbon akti5 biasanya diperlukan untuk menghasilkan produk

yang dapat dikonsumsi.

g. Ganggang &i5au

Contoh $ hlorella dan !cenodesmous, biasanya terdapat

sebagai "enis dominan dalam kolam oksidasi limbah.

. Roti'er

&rganisme multiseluler yang dapat meme%ah makanan padat,

ditemukan dalam system yang mengandung oksigen terlarut

yang sangat stabil setiap waktu. apat membantu menghasilkan

e5luen yang tidak keruh.



i. (rustaea

Crusta%ea adalah organisme multiseluler dengan kulit yang

keras. umbuh dalam system yang stabil dan menggunakan

organisme yang lebih ke%il sebagai sumber makanan utamanya.

apat membantu menghasilkan e5luen yang "ernih dan

merupakan indikasi e55luen yang bermutu tinggi dari system

penanganan aerobik.

i. 6ASAR46ASAR

PENANGANAN BIOLOGIK

egradasi limbah se%ara biologik merupakan proses yang

berlangsung se%ara alamiah. istem ini bisa se%ara aerobik

maupun anaerobi% atau 5akultati5. Contoh proses penanganan

biologik $ kolam oksidasi, lagun aerasi, lagun anaerobi%,

digester anaerobi% dll. 8arena proses yang berlangsung se%ara

biologik, maka pengertian proses harus berdasarkan pada dasar+

dasar mikrobiologi dan trans5ormasi dalam unit penanganan

limbah se%ara biologik.



ii. Reaksi Biokimia

alam system biologik, mikroorganisme menggunakan limbah

untuk mensintesis bahan seluler baru dan menyediakan energi

untuk sintesis. e%ara umum reaksi yang ter"adi dapat

digambarkan sbb$

Limbah yang dapat dimetabolisme produk akhir >

mikroorganisme

!ila pertumbuhan terhenti, mikroorganisme mati dan melepaskan

nutrien dari protoplasmanya untuk digunakan oleh sel+sel yang

masih hidup. 7eaksinya se%ara umum sebagai berikut $

Mikroorganisme 6roduk akhir > mikroorganisme

engan adanya bahan organik yang ada di limbah (makanan),

metabolisme mikroba akan berlangsung memproduksi sel+sel baru



dan energi dan padatan mikroba akan meningkat. !ila tidak ada

makanan respirasi akan berlangsung lebih banyak dan akan ter"adi

pengurangan padatan mikroba. 7esidu 2* 4 2 ; masa mikroba

akan tertinggal. !ahkan dalam system penanganan biologik akan

ter"adi akumulasi padatan dengan la"u minimum. 6adatan ini harus

dikeluarkan dari instalasi.



PENGOLA&AN LIMBA& SE(ARA BIOLOGI

alam proses pengolahan air limbah khususnya yang

mengandung polutan senyawa organik, teknologi yang digunakan

sebagian besar menggunakan akti'itas mikroorganisme untuk

menguraikan senyawa polutan organik tersebut. 6roses pengolahan

air limbah dengan akti5itas mikroorganisme biasa disebut dengan

%roses "io#ogis. 6roses pengolahan air limbah se%ara biologis dapat

dilakukan pada kondisi dengan udara (aerobic), kondisi tanpa udara

(anaerobic) atau kombinasi anaerobic dan aerobic. 6roses biologis

aerobik biasanya digunakan untuk pengolahan air limbah dengan

beban !& yang tidak terlalu besar, sedangkan proses biologis

anaerobik digunakan untuk pengolahan air limbah dengan beban

!& yang sangat tinggi (aid, 2**2).

6engolahan air limbah se%ara biologis se%ara garis besar dapat

dibagi men"adi tiga yakni proses biologis dengan "iakan

tersus%ensi (suspended culture), %roses "io#ogis !engan "iakan

me#ekat (attached culture) !an %roses %engo#aan !engan sistem

lagoon atau ko#am.



6roses biologis dengan biakan tersuspensi adalah sistem

pengolahan dengan menggunakan akti'itas mikroorganisme untuk

menguraikan senyawa polutan yang ada dalam air dan

mikroorganisme yang digunakan dibiakkan se%ara tersuspensi di

dalam suatu reaktor. !eberapa %ontoh proses pengolahan dengan

sistem ini antara lain $ proses lumpur akti5 standarAkon'ensional

(standard activated slud"e), step aeration, contact stabili#ation,

e$tended aeration, kolam oksidasi sistem parit (o$idation ditch) dan

lainnya. 6roses biologis dengan biakan melekat yakni proses

pengolahan limbah dimana mikroorganisme yang digunakan

dibiakkan pada suatu media sehingga mikroorganisme tersebut

melekat pada permukaan media. 6roses ini disebut "uga dengan

proses 5ilm mikrobiologis atau proses bio5ilm. !eberapa %ontoh

teknologi pengolahan air limbah dengan %ara ini antara lain $

trik#ing 'i#ter, "io'i#ter tere#u%, reaktor kontak "io#ogis %utar

1rotating biological, R! 7, aerasi kontak 1contact

aeration"o#idation ) dan lainnya. 6roses pengolahan air limbah

se%ara biologis dengan kolam (la"oon) adalah dengan menampung

air limbah pada suatu kolam yang luas dengan waktu tinggal yang

%ukup lama sehingga dengan akti5itas mikroorganisme yang tumbuh



se%ara alami, senyawa polutan yang ada dalam air akan terurai.

Bntuk memper%epat proses penguraian senyawa polutan atau

memperpendek waktu tinggal dapat dilakukan proses aerasi. alah

satu %ontoh proses pengolahan air limbah dengan %ara ini adalah

kolam aerasi atau kolam stabilisasi (stabili#ation pond). e%ara garis

besar klasi5ikasi proses pengolahan air limbah se%ara biologis dapat

dilihat pada <ambar 2.0.



<ambar 1. 8lasi5ikasi proses pengolahan air limbah se%ara biologis

!umber % !aid, &''&

e%ara garis besar ada lima grup proses pengolahan yakni

proses aerobic, proses anaerobic, proses kombinasi aerobic dan

anaerobic, dan proses dengan la"oon atau kolam.

alam aplikasinya, umumnya digunakan untuk berbagai tu"uan

antara lain (aid, 2**2) $

1. Bntuk menghilangkan senyawa organik yang ada di dalam air

limbah yang biasanya diukur sebagai iolo"ical O$y"en

Demand (!&), otal karbon or"anik (&), hemical

O$y"en Demand (C&).

2. Bntuk proses nitri5ikasi dan denitri5ikasi

#. 6enghilangan senyawa phospor

/. Bntuk stabilisasi air limbah

u"uan pengolahan biologi untuk air limbah domestik adalah$

1. Mengubah A mengoksidasi partikel biode"radable dan terlarut

men"adi produk yang memenuhi baku mutu

2. Menangkap dan menggabungkan koloid tersuspensi dan koloid

tidak mengendap men"adi 5lok biologi atau bio5ilm



#. Mengubah atau menghilangkan nutrien, seperti nitrogen dan

phospor

/. 6ada beberapa kasus, dapat menghilangkan unsur dan senyawa

organik spesi5ik

Bntuk limbah industri, tu"uannya untuk menghilangkan atau

mengurangi konsentrasi at organik dan anorganik. 8arena beberapa

unsur dan senyawa yang ada dalam limbah industri bersi5at to$ic

untuk mikroorganisme, pretreatment dapat dilakukan sebelum

limbah industri diolah dalam pengolahan biologi. 6ada prinsipnya,

pengolahan biologi digunakan untuk mengolah air limbah se%ara

biologi yang dapat diklasi5ikasikan dalam hal 5ungsi metabolisme

seperti proses aerob, anaerob, ano$ic, *akultati*, dan modi5ikasinya.

6roses biologi yang digunakan untuk mengolah air limbah dapat

dibagi men"adi 2, yaitu sistem biakan tersuspensi dan sistem biakan

melekat (Met%al5@ddy, 1909).

abel 1.

6roses 6engolahan se%ara !iologis yang Bmum igunakan untuk

:ir Limbah

No 8enis Nama 9ang Umum Penggunaan



Proses

1. 6roses

se%ara

:erobik

+ !iakan

tersuspensi

(suspende

d "rowth)

+ !iakan

melekat

(Attached

rowth)

6roses Lumpur :kti5

+ 8on'ensionalAstand

ar

+ step aeration

+ o$ydation ditch

!uspended rowth

Nitri*ication

Aerated -a"oon

Aerobic Di"estion

+ 8on'ensional

dengan udara

ri%kling 3ilter

+ 6roses ke%epatan

rendah

+ 6roses ke%epatan

tinggi

7eaktor 6utar !iologis

6enghilangan

!&,

nitri5ikasi.

Ditri5ikasi

6enghilangan

!&,

nitri5ikasi

tabilisasi,

penghilangan

!&

6enghilangan

!&,

nitri5ikasi



2.

#.

/.

+ 8ombinasi

proses

tersuspensi

dan melekat

6roses

:noEi%

+ !iakan

tersuspensi

+ !iakan

melekat

6roses

anaerobik

+ !iakan

tersuspensi

(7!C)

!io5ilter dengan unggun

tetap

6roses lumpur akti5+

bio5ilter, tri%kling 5ilter+

lumpur akti5

!uspended rowth

Denitri*ication

i$ed *ilm

denitri*ication

Anaerobik di"estion

+ proses satu tahap

+ proses dua tahap

:naerobi% !lud"e

6enghilangan

!&,

nitri5ikasi

6enghilangan

!&,

nitri5ikasi

6enghilangan

!&,

nitri5ikasi

enitri5ikasi

enitri5ikasi



.

+ !iakan

Melekat

8ombinasi

aerobik,

anoEi%,

anaerobik

+ !iakan

melekat

+ 8ombi

nasi

tersuspensi

lanket /p low

6roses bio5ilter

anaerobik

6roses satu tahapAbanyak

tahap, 'ariasi proses

yang sesuai

6roses satu tahapAbanyak

tahap

8olam aerobik

8olam maturasi

(stabilisasi)

tabilisasi,

penghilangan

!&

tabilisasi,

penghilangan

!&

penghilangan

!&

penghilangan

!&,

denitri5ikasi

penghilangan

!&,

phosphor

denitri5ikasi,



dan

melekat

6roses

dengan

kolam

(la"oon)

8olam 5akultati5

8olam anaerobik

nitri5ikasi

penghilangan

!&,

phosphor

denitri5ikasi,

nitri5ikasi

penghilangan

!&

penghilangan

!&,

nitri5ikasi

penghilangan

!&

penghilangan

!&,

stabilisasi

(!umber % !aid, &''&)



Mikroorganisme alam 6engolahan !iologis

Mikroorganisme biasanya terdapat di air bersih maupun air

limbah karena peran mereka dalam transmisi penyakit dan mereka

adalah agen utama dalam pengolahan biologi (roste, 1990).

!erdasarkan struktur sel dan 5ungsinya, mikroorganisme

digolongkan men"adi procaryote dan eucaryote. 8elompok

procaryote yaitu eubacteria, dan archaebacteria adalah kelompok

mikroorganisme yang paling penting dalam pengolahan biologis dan

umumnya %ukup disebut sebagai bakteri. edangkan kelompok

eucaryote diantaranya "amur, protooa, roti5ier, dan alga "uga

merupakan mikroorganisme yang penting dalam pengolahan biologis

(%hobanoglous, 1991).

Mikroorganisme yang terdapat pada unit pengolahan biologi limbah

%air antara lain $

a. Bakteri

!akteri adalah mikroorganisme satu sel dimana materi

didi5usikan dalam sel dan dikonsumsi sebagai makanan. ?ika



makanan dan nutrien berlebih bakteri akan berkembang biak

se%ara %epat sampai makanan tersebut habis. !akteri ditemukan

dalam tanah, air dan udara. !akteri dapat hidup pada kisaran

temperatur, salinitas, konsentrasi oksigen dan keasaman yang luas.

Bkuran sel bakteri *,4#,* mikron meskipun beberapa ada yang

men%apai 1 mikron (undstrom dan 8lei, 1909).

b. :ungi

3ungi memegang peran penting dalam menyisihkan materi

organik terlarut. 3ungi adalah organisme non+5otosintetik dan

dapat hidup dalam keadaan kelembaban dan pH yang rendah

dimana bakteri tidak dapat hidup. !erdasarkan siklus hidupnya

5ungi dapat berupa makhluk satu sel atau multiselular. Bkurannya

+1* mikrometer dan dapat diidenti5ikasi menggunakan

mikroskop (undstrom dan 8lei, 1909).

%. Roti'ier

7oti5ier adalah mikroorganisme akuatik multiseluler yang

terlihat seperti roda yang berputar sangat %epat ketika mereka

bergerak. 7oti5ier dapat memakan mikroba terutama bakteri serta

partikulat ke%il dari materi organik. eperti protooa,

mikroorganisme ini sangat aerob dan lebih sensiti5 pada kondisi



toksik dibandingkan bakteri 7oti5ier hanya ditemukan pada

lingkungan lumpur akti5 yang sangat stabil (Fater @n'ironment

o%iety, 19-0).

d. Proto0oa

6rotooa dalam keadaan aerob sebagai indikator yang sempurna

dalam sebuah lingkungan aerobik (meskipun kebanyakan

protooa dapat bertahan hidup hingga 12 "am dalam

ketidakhadiran oksigen). 6rotooa "uga bertindak sebagai

indikator lingkungan toksik karena protooa lebih sensiti5

daripada bakteri. anda dari operasi yang baik dan sistem yang

stabil adalah adanya perkembangan protooa yang tinggi dalam

"umlah yang besar di dalam masa biologis (Fater @n'ironment

o%iety, 19-0).

e. A#ga

:lga merupakan uniseluler dan multiseluler, autotro5, dan

5otosintetik mikroorganisme. :lga dan bakteri dapat bersimbiosis

di dalam sistem pengolahan biologis karena alga dapat

memproduksi oksigen dari proses 5otosintesis yang dapat

digunakan oleh bakteri heterotro5 untuk pertumbuhannya

(%hobanoglous, 2**#). :lga dapat menaikkan "umlah nutrien



seperti nitrogen dan pospor dan dapat meluap berlebihan sehingga

menyebabkan eutro5ikasi (undstorm dan 8lei, 1909).



Peranan Mikroorganisme 6a#am Proses Pengo#aan Bio#ogi

alam buku eknologi 6engolahan Limbah Cair Gndustri yang

diterbitkan oleh !66 (2**2) disebutkan bahwa di alam, senyawa

organik dapat terurai men"adi karbondioksida, air dan se"umlah

senyawa anorganik yang stabil oleh akti'itas mikroorganisme.

Mikroorganisme tersebut tidak berada dalam satu spesies se%ara

bebas, melainkan dalam bentuk konsorsium atau %ampuran dari

berma%am+ma%am spesies tertentu tergantung dari kondisi

lingkungannya, dimana masing+masing mikroorganisme tersebut

bersaing untuk mendapatkan makanan yang sesuai dengan si5at+

si5at organisme tersebut. &leh karena kemampuan untuk

mendapatkan makanan atau kemampunan metabolisme di

lingkungan ber'ariasi, maka mikroorganisme yang mempunyai

kemampuan adaptasi dan kemampuan mendapatkan makanan

dalam "umlah besar dengan ke%epatan yang maksimum akan

berkembang biak dengan %epat dan akan men"adi dominan di

lingkungannya.



alam proses pengolahan air limbah se%ara biologis, pada

hakekatnya adalah meman5aatkan mikroorganisme untuk

menguraikan sen9a;a4sen9a;a %o#utan tertentu !i !a#am suatu

reaktor "io#ogis 9ang kon!isin9a !i"uat agar sesuai untuk

%ertum"uan mikroorganisme 9ang !igunakan. i dalam

proses pertumbuhan atau perkembangbiakan serta metabolisme,

mikroorganisme harus mempunyai sumber energi dan sumber

karbon, serta nutrien dan 5aktor pertumbuhan mikroba

(%hobanoglous, 2**#). Sum"er kar"on 9ang !igunakan o#e

mikroorganisme terutama "erasa# !ari materi organik !an

kar"on!ioksi!a. &rganisme yang menggunakan kar"on organik

dalam menyusun "aringan selnya disebut eterotro%. Se!angkan

organisme 9ang mem%ero#e sum"er kar"on !ari

kar"on!ioksi!a !inamakan autotro%. &rganisme autotrop

membutuhkan banyak energi untuk sintesis dibandingkan organisme

heterotrop (%hobanoglous, 2**#).

6engolahan se%ara biologi dapat ber"alan dengan baik "ika

pemenuhan nutrisinya ter%ukupi. !iomassa membutuhkan nitrogen

dan pospor untuk sintesis, metabolisme, dan meremo'e at organik

pada proses pengolahan. elain itu, nutrien "uga dibutuhkan untuk



mendapatkan 5ormasi 5lok yang baik sehingga dapat mengendap

dengan sempurna (Musterman dan @%ken5elder, 199). Dutrisi

utama yang dibutuhkan oleh mikroorganisme adalah D, , 6, 8, Mg,

Ca, 3e, Da. Dutrisi tambahan yang "uga penting adalah n, Mn, Mo,

e, Co, Cu, dan Di. alam pengolahan biologi perlu ditambahkan

nutrisi "ika sampel air limbah tidak terdapat unsur D dan 6 yang

%ukup (%hobanoglous, 2**#).

Pertum"uan Bakteri

8ontrol lingkungan yang e5ekti5 dalam pengolahan limbah

se%ara biologis berdasar pada pertumbuhan mikroorganisme. eperti

yang telah disebutkan sebelumnya bahwa bakteri merupakan

mikroorganisme yang paling dominan maka pertumbuhan bakteri

lebih diperhatikan. 6ertumbuhan bakteri ter"adi dalam beberapa 5ase

seperti yang terlihat dalam <ambar 2.



F:8)B

: D < 8 : L & <

: 7 G ) M : ( @ L

3:(@

L:<

3:(@

8@M:)G:D

3:(@

():(G&D@7

3:(@

6@7)BM!BH:D

L&<

<ambar 2. 8ur'a 6ertumbuhan !akteri

!umber % chobano"lous, &''0

6ada permulaan bakteri akan membutuhkan waktu untuk

menyesuaikan diri dengan lingkungannya yang baru sehingga

pertumbuhan bakteri agak lambat, keadaan ini disebut la" phase.

6ada 5ase pertumbuhan logaritma (lo"1"rowth phase), ke%epatan

pembelahan sel maksimum dan pertumbuhan bakteri terus

meningkat sehingga ter"adi penurunan "umlah makanan. etelah

makanan habis dan kematian bakteri meningkat, maka akan ter%apai

keadaan dimana "umlah bakteri yang mati dan bakteri yang tumbuh

seimbang, keadaan ini dikenal sebagai 5ase stasioner ( stasionary

phase). etelah makanan habis, "umlah kematian akan lebih besar



dari "umlah pertumbuhan, keadaan ini disebut 5ase kematian

logaritma (lo"1death phase) (%hobanoglous, 2**#).

Proses Pengo#aan Lim"a Seara Bio#ogi !engan Biakan

Me#ekat

6roses biologis dengan biakan melekat yakni proses pengolahan

limbah dimana mikroorganisme yang digunakan dibiakkan pada

suatu media sehingga mikroorganisme tersebut melekat pada

permukaan media. 6roses ini disebut "uga dengan proses 5ilm

mikrobiologis atau proses bio5ilm (aid, 2**2). istem pengolahan

limbah dengan biakan melekat adalah sistem yang menggunakan

reaktor dimana air limbah dikontakkan dengan 5ilm mikrobiologis

yang dilekatkan pada permukaan media. Lebih lan"ut di"elaskan, luas

permukaan untuk pertumbuhan bio5ilm ditempatkan pada poros

media reaktor. :danya media sintetis dengan porositas tinggi dan

ketahanan rendah memungkinkan media tersusun se%ara 'ertikal

pada ketinggian tertentu (6ea'y, 19-). 6ada proses biakan melekat,

mikroorganisme bertanggung "awab untuk mengubah materi organik

atau nutrien dengan %ara melekat pada packin" material inert . 6roses



biakan melekat dapat dioperasikan pada proses aerob dan anaerob

(Met%al5@ddy, 1991).

K#asi'ikasi Proses Pengo#aan Lim"a !engan Biakan Me#ekat

6roses pengolahan air limbah dengan biakan melekat atau

sistem bio5ilm dapat dilakukan se%ara aerobik, anaerobik, atau

gabungan proses anaerob+aerob. 6roses aerobik dilakukan dengan

kondisi adanya oksigen terlarut di dalam reaktor air limbah, dan

proses anaerobik dilakukan dengan tanpa adanya oksigen dalam

reaktor air limbah. edangkan proses kombinasi anaerob+aerob

adalah merupakan gabungan proses anaerobik dan proses aerobik .

6roses ini biasanya digunakan untuk menghilangkan kandungan

nitrogen di dalam air limbah. 6ada kondisi aerobik ter"adi proses

nitri5ikasi yakni nitrogen ammonium diubah men"adi nitrat (DH/>

+++I D&# ) dan pada kondisi anaerobik ter"adi proses denitri5ikasi

yakni nitrat yang terbentuk diubah men"adi gas nitrogen (D&#

++ID2 ) (aid, 2**2).



<ambar #. 8lasi5ikasi pengolahan airlimbah dengan proses biakan

melekat (bio5ilm)

!umber % !aid, &''&



Proses Biakan Me#ekat <i!ak <ere#u% ($onsubmerged Attached

%ro&th Processes)

ri%kling 5ilter adalah %ontoh reaktor biologi nonsubmer"ed

*i$ed *ilm yang menggunakan unggun media batu pe%ah atau bahan

plastik pada pengolahan air limbah yang dialirkan se%ara kontinyu

(Met%al5@ddy, 1991). 6engolahan ter"adi pada saat air limbah

mengalir di seluruh bio5ilm yang terlekat, dengan %ara demikian

maka pada permukaan media akan tumbuh lapisan bio5ilm yang

akan menguraikan senyawa polutan yang ada di dalam air limbah

(Gdaman aid, 2**2). 8emudian pada tahun 19*, desain yang

digunakan berkembang men"adi reaktor biologi berputar ( 2otatin"

iolo"ical ontactor) yang merupakan alternati5 proses biakan

melekat yang berisi piringan tipis yang terbuat dari bahan polimer

ringan yang disusun ber"a"ar pada suatu poros sehingga membentuk

suatu modul yang dapat diputar. 6iringan tipis tersebut ada yang

sebagian terendam air dan sebagian tidak terendam (Herlambang,

2**2). ri%kling 5ilter dan 7!C digunakan pada proses biakan



melekat se%ara aerobik yang ber5ungsi untuk menghilangkan !&

dan proses nitri5ikasi (Met%al5@ddy, 1991). <ambar proses

pengolahan air limbah dengan tri%kling 5ilter dapat dilihat pada

<ambar /. sedangkan gambar proses pengolahan limbah dengan

7!C dapat dilihat pada <ambar .

<ambar /. 6roses 6engolahan :ir Limbah dengan ri%kling 3ilter

!umber % 3daman !aid, &''&



<ambar . 6roses 6engolahan :ir Limbah dengan 7!C


Proses Biakan <ersus%ensi !engan Fi#ed Film Packing

6roses ini dilakukan untuk meningkatkan kualitas e5luen pada

proses lumpur akti5 bila pada bak aerasi mengandung konsentrasi

biomassa yang besar sehingga dapat mengurangi ukuran bak

pengolahan (Met%al5@ddy, 1991). 8euntungan proses biakan

tersuspensi dengan *i$ed *ilm packin" dibandingkan proses lumpur

akti5 adalah dapat meningkatkan kapasitas pengolahan, mengurangi



produksi lumpur, biaya operasi dan pemeliharaan ke%il, mengurangi

solid loadin" pada bak pengendapan kedua, stabilitas proses lebih

besar (Met%al5@ddy, 1991). 6roses pengolahan air limbah dengan

proses biakan tersuspensi dengan *i$ed *ilm packin" dapat dilihat

pada <ambar .

<ambar . 6roses 6engolahan :ir Limbah dengan 6roses !iakan

ersuspensi

dengan i$ed ilm 4ackin"

!umber % Metcal*5Eddy, 6776

Proses Biakan Me#ekat <ere#u% seara Aero" ('ubmerged

Attached %ro&th Processes)



6roses submer"ed *i$ed *ilm se%ara aerobik terdiri dari # 5ase,

yaitu = packin" , bio5ilm dan liJuid. &ksigen disuplai dengan %ara

di**used aerasi ke dalam packin" atau dengan %ara dilarutkan ke

dalam in5luen air limbah. 6roses *i$ed *ilm se%ara aerobik

diantaranya adalah down*low packed bed reaktor, up*low packed bed

reaktor, up*low *luidi#ed bed reaktor. ipe dan ukuran packin"

adalah 5aktor utama yang mempengaruhi karakteristik operasi proses

biakan melekat ter%elup (submer"ed). 6erbedaan desainnya terdapat

pada susunan packin", distribusi aliran inlet dan outlet. istem *i$ed

*ilm mempunyai H7 kurang dari 1 4 1, "am, tergantung dari

'olume reaktor (Met%al5@ddy, 1991). <ambar proses submer"ed

*i$ed *ilm se%ara aerobik dapat dilihat pada <ambar , 0. dan -.

<ambar . Down*low 4acked ed 2eactor




<ambar 0. /p*low 4acked ed 2eactor


<ambar

-.

/p*low

luidi#ed ed 2eactor

!umber % 8erlamban", &''&



Mekanisme <er"entukn9a Bio'i#m

!io5ilm adalah suatu istilah yang digunakan untuk

menggambarkan suatu lingkungan kehidupan dari sekelompok

mikroorganisme yang melekat pada suatu permukaan media dalam

lingkungan perairan. Hal ini men"adi mikrolingkungan yang unik

dimana mikroorganisme dalam bio5ilm berbeda se%ara struktural

maupun 5ungsional dengan yang hidup bebas (planktonik). !entuk

kehidupan yang dominan dari mikroba di alam adalah dalam bentuk

bio5ilm (lebih dari 9*;). elain itu bio5ilm mempunyai keunggulan

dibandingkan sel planktonik dimana dia lebih tahan terhadap bahan

antimikroba, temperatur, dan pH (?amilah, 2**#). !io5ilm terdiri

dari sel+sel mikroorganisme yang melekat erat pada suatu

permukaan media sehingga berada dalam keadaan diam, tidak

mudah lepas atau berpindah tempat (irreversible). 6elekatan ini

disertai oleh penumpukan bahan+bahan organik yang diselubungi

oleh matrik polimer ekstraseluller yang dihasilkan oleh bakteri

tersebut. Matrik ini berupa struktur benang+benang bersilang



sebagai alat perekat bagi bio5ilm. !io5ilm terbentuk se%ara %epat

dalam sistem yang mengalir dimana suplai nutrisi tersedia se%ara

teratur bagi bakteri. 6ertumbuhan bakteri se%ara ekstensi5 disertai

oleh se"umlah besar polimer ekstraseluller, menyebabkan

pembentukan lapisan berlendir (bio5ilm) yang dapat dilihat dengan

mata telan"ang. !akteri di habitat alamiah dapat hidup dalam

keadaan diam dimana dia melekat pada suatu permukaan media

membentuk bio5ilm dan ber5ungsi sebagai komunitas yang

beker"asama dengan erat.

!eberapa sel pada populasi yang berbeda dari bakteri

planktonik menempel pada berbagai ma%am permukaan. 6ada

sistem mengalir, bakteri yang melekat memperoleh sumber nutrien

yang kontinyu. etelah melekat ke permukaan, tumbuh men"adi

ukuran yang normal kemudian memulai reproduksi sel. 6elekatan

kontinyu dan pertumbuhan mendukung pembentukan bio5ilm.

!io5ilm terbentuk karena adanya interaksi antara bakteri dan

permukaan yang ditempeli. Gnteraksi ini ter"adi dengan adanya

5aktor+5aktor yang meliputi kelembaban permukaan, makanan yang

tersedia, pembentukan matrik ekstraseluller yang terdiri dari

polisakarida, 5aktor+5aktor 5isik+kimia seperti interaksi muatan



permukaan dan bakteri, ikatan ion, ikatan 9an Der :aals, pH dan

tegangan permukaan. engan kata lain terbentuknya bio5ilm karena

adanya daya tarik antara kedua permukaan (5isik+kimia) dan adanya

alat yang men"embatani pelekatan (matrik eksopolisakarida).

!io5ilm adalah suatu bentuk mekanisme pertahanan sel.

!io5ilm "uga lebih resisten dibandingkan dengan sel planktonik

terhadap agen antibakteri. E$traceluller 4olymer !ubtances (E4!)

sangat penting bagi kehidupan bio5ilm. ia dapat menyediakan

makanan bagi bio5ilm dan membantu dalam agregasi dan pelekatan

dengan permukaan. alam lingkungan alami, bakteri dalam bio5ilm

memiliki kemampuan untuk memurnikan, menguraikan senyawa

organik dan mengubah senyawa anorganik. engan demikian

bio5ilm mempunyai peranan yang penting dalam mengurangi

akumulasi polutan. Hal ini telah digunakan dalam mengolah air

limbah seperti tricklin" *ilter dan *luidi#ed bed reactor. 8omunitas

%ampuran mikroba tersebut meme%ah senyawa kimia dalam rentang

yang luas yang ada pada air limbah.

:gar ter"adi proses mineralisasi di dalam bio5ilm, substrat

organik harus dapat terdi5usi ke dalam bio5ilm, "ika tidak substrat

organik tersebut akan terbawa aliran kembali. Hanya bahan organik



yang benar+benar terlarut yang dapat terdi5usi ke dalam bio5ilm

yang dapat mengalami proses mineralisasi dalam bio5ilm. !ahan

terlarut dapat mengandung unsur yang tidak dapat terdi5usi, baik

dalam bentuk partikulat maupun koloidal (Herlambang, 2**2). :tas

dasar ini proses pengolahan limbah dengan bio5ilter harus

dilengkapi dengan pengolahan pendahuluan, sehingga e5isiensi

bio5ilter akan lebih tinggi. :liran air baku "uga diatur "angan terlalu

%epat karena akan mengerosi permukaan bio5ilm dan menghambat

proses di5usi.

Prinsi% Pengo#aan Air Lim"a 6engan Sistem Biakan Me#ekat

Mekanisme proses metabolisme di dalam sistem bio5ilm se%ara

aerobik dapat dilihat pada <ambar 9. 6ada <ambar 9. menun"ukkan

suatu sistem bio5ilm yang terdiri dari media penyanggaAmedia

bio5ilter, lapisan bio5ilm yang melekat pada media, lapisan air

limbah dan lapisan udara yang terletak diluar. enyawa polutan yang

ada di dalam air limbah misalnya senyawa organik (!&, C&),

ammonia, phospor dan lainnya akan terdi5usi ke dalam lapisan atau

5ilm biologis yang melekat pada permukaan media. 6ada saat yang



bersamaan dengan menggunakan oksigen yang terlarut di dalam air

limbah senyawa polutan tersebut akan diuraikan oleh

mikroorganisme yang ada di dalam lapisan bio5ilm dan energi yang

dihasilkan akan diubah men"adi biomassa. ?ika lapisan

mikrobiologis %ukup tebal, maka pada bagian luar lapisan

mikrobiologis akan berada dalam kondisi aerobik sedangkan pada

bagian dalam bio5ilm yang melekat pada media akan berada dalam

kondisi anaerobik. 6ada kondisi anaerobik akan terbentuk gas H2,

dan "ika konsentrasi oksigen terlarut %ukup besar maka gas H 2 yang

terbentuk akan diubah men"adi sul5at (&/ ) oleh bakteri sul5at yang

ada di dalam bio5ilm. elain itu pada ona aerobik nitrogen4

ammonium akan diubah men"adi nitrit dan nitrat dan selan"utnya

pada ona anaerobik nitrat yang terbentuk mengalami proses

denitri5ikasi men"adi gas nitrogen. &leh karena di dalam sistem

bio5lim ter"adi kondisi anaerobik dan aerobik pada saat yang

bersamaan maka dengan sistem tersebut proses penghilangan

senyawa nitrogen ammonia men"adi lebih mudah. Hal ini dapat

dilihat pada <ambar 1*.





<ambar 9. Mekanisme proses metabolisme di dalam sistem bio5ilm

!umber % !aid, &''&



<ambar 1*. Mekanisme penghilangan :mmonia di dalam sistem

bio5ilm

!umber % !aid, &''&

alam pengolahan air limbah, proses bio5ilm mempunyai beberapa

kemampuan antara lain dapat mengubah ammonia men"adi nitrit dan

selan"utnya men"adi nitrat dan akhirnya men"adi gas nitrogen,

menghilangkan polutan organik (!&, C&), menghilangkan

kelebihan nitrogen dan gas inert lainnya, menghilangkan kekeruhan

dan men"ernihkan air, serta dapat menghilangkan berma%am+ma%am

senyawa organik. 6ada umumnya proses bio5ilm diran%ang untuk

mengubah dan menghilangkan polutan organik dan senyawa

ammonia (aid, 2**2). edangkan Menurut Homme, et al (199*)

mengatakan bahwa bio5ilm akan mengurangi produksi lumpur

karena beban massa yang lebih rendah. Bmur lumpur yang lebih

lama akan memungkinkan proses oksidasi ammonia tetap

berlangsung dalam populasi mikroba %ampuran, selama rasio

makanan dan mikroba ter%ukupi. Chio, et al (2**1) menyatakan

bahwa bio5ilter ter%elup e5ekti5 dalam menghilangkan bahan organik

dan nitrogen total. :da perbedaan karakteristik antara up *low



bio5ilter dan down *low bio5ilter. 6ada up *low bio5ilter penghilangan

C& ter"adi pada ona * 4 2* %m diatas bio5ilter, tetapi pada down

*low bio5ilter ter"adi pada ona ter%elup. 6roses nitri5ikasi tergantung

pada waktu tinggal hidrolis dan residual C&. 6ada down *low

bio5ilter, e5isiensi nitri5ikasi meningkat se"alan dengan

meningkatnya waktu tinggal hidrolis. 6ertumbuhan bakteri nitrit

mempunyai ke%enderungan menempati ona yang lebih tinggi dalam

down *low bio5ilter, khususnya pada waktu tinggal hidrolis yang

lama.

Metabolisme at organik se%ara biologi pada sistem biakan

melekat hampir sama dengan sistem biakan tersuspensi.

6erbedaannya hanya pada karakteristik reaktor. &rganisme biologi

yang menempel pada permukaan media pada dasarnya berasal dari

kelompok yang sama dengan sistem biakan tersuspensi. Kang

dominan adalah organisme heterotropik dan bakteri 5akultati5. ?amur

dan protooa "uga banyak ditemui, sedangkan alga berada dekat

dengan permukaan yang ada %ahayanya. ?uga banyak di"umpai

binatang seperti roti5ier, %a%ing lumpur, lar'a serangga, siput, dan

lain+lain. &rganisme nitri5ikasi "uga ada pada saat keberadaan

karbon pada air limbah rendah. Hasil identi5ikasi mikroorganisme



yang terdapat pada bio5ilter ter%elup menun"ukkan bahwa bakteri

yang berperan dalam menguraikan at organik antara lain adalah

acillus subtilus, Escherichia oli, lostridium tetani, 4roteus

vul"aris, Nitrobacter dan Nitrosomonas (aid dan Hidayati, 2***).

&rganisme melekat pada media dan tumbuh tebal sebagai 5ilm. :ir

limbah melewati lembaran tipis 5ilm dan at organik akan terlarut

pada bio5ilm yang disebabkan gradien konsentrasi dalam 5ilm.

6artikel tersuspensi dan koloid ditahan pada permukaan yang

lembab dan panas kemudian didegradasi ke dalam produk yang

dapat larut. &ksigen yang terkandung dalam air limbah dan udara

pada ruang rongga media menyediakan oksigen untuk reaksi aerob

pada permukaan bio5ilm. 6roduk limbah dari proses metabolisme

terdi5usi keluar dan terbawa oleh air atau aliran udara kemudian

berpindah melalui rongga pada medium. 6ertumbuhan bio5ilm

terbatas pada satu daerah, yaitu diluar permukaan padatan. 3ilm

tumbuh ditengah+tengah, gradien konsentrasi oksigen dan makanan

meningkat. :khirnya, metabolisme anaerobik dan endogeneous

ter"adi pada permukaan media bio5ilm. Mekanisme perlekatan

men"adi lemah dan 5ilm terlepas, proses ini dinamakan slou"hin"

(6ea'y, 19-).



2..+ Keunggu#an !an Ke#emaan Proses Biakan Me#ekat

1Bio'i#m7

6engolahan air limbah dengan proses bio5ilm mempunyai

beberapa keunggulan antara lain $

+. Pengo%erasiann9a mu!a

i dalam proses pengolahan air limbah dengan sistem bio5ilm,

pengelolaannya sangat mudah karena tanpa dilakukan kontrol ML

(aid, 2**2).

2. Lum%ur 9ang !iasi#kan se!ikit

ibandingkan dengan proses lumpur akti5, lumpur yang

dihasilkan pada proses bio5ilm relati5 lebih ke%il. i dalam proses

lumpur akti5 antara #*4*; dari !& yang dihilangkan (removal

OD) diubah men"adi lumpur akti5 (biomassa) sedangkan pada

proses bio5ilm hanya sekitar 1*+#*;. Hal ini disebabkan karena

pada proses bio5ilm rantai makanan lebih pan"ang dan melibatkan

akti5itas mikroorganisme dengan orde yang lebih tinggi

dibandingkan pada proses lumpur akti5 (aid, 2**2).



#. apat digunakan untuk pengolahan air limbah dengan konsentrasi

rendah maupun konsentrasi tinggi.

&leh karena di dalam proses pengolahan air limbah dengan sistem

bio5ilm mikroorganisme atau mikroba melekat pada permukaan

media penyangga maka pengontrolan terhadap mikroorganisme atau

mikroba lebih mudah. 6roses bio5ilm tersebut %o%ok digunakan

untuk mengolah air limbah dengan konsentrasi rendah maupun

konsentrasi tinggi (aid, 2**2).

/. ahan terhadap 5luktuasi "umlah air limbah maupun 5luktuasi

konsentrasi.

alam proses bio5ilter mikroorganisme melekat pada permukaan

unggun media, akibatnya konsentrasi biomassa mikroorganisme per

satuan 'olume relati5 besar sehingga relati5 tahan terhadap 5luktuasi

beban organik maupun 5luktuasi beban hidrolik (aid, 2**2).

. 6engaruh penurunan suhu terhadap e5isiensi pengolahan ke%il.

?ika suhu air limbah turun maka akti5itas mikroorganisme "uga

berkurang, tetapi oleh karena di dalam proses bio5ilm substrat

maupun enim dapat terdi5usi sampai ke bagian dalam lapisan

bio5ilm dan "uga lapisan bio5ilm bertambah tebal maka pengaruh

penurunan suhu (suhu rendah) tidak begitu besar (aid, 2**2).



2. Memerlukan lahan sedikit

#. @stetis

/. idak ada masalah pada pengendapan lumpur

. 8emampuan pengolahannya lebih e5ekti5 (Met%al5@ddy,

1991).

edangkan kelemahan proses biakan melekat (bio5ilm), antara lain

(Met%al5@ddy, 1991)$

1. Menimbulkan bau

2. 6adatan hasil slou"hin" tidak dapat dikontrol

#. !iayanya lebih besar dibanding pengolahan dengan lumpur

akti5

2..2 Kriteria Me!ia Proses Bio'i#m

Media penyangga merupakan bagian yang terpenting dari

bio5ilm, oleh karena itu pemilihan media harus dilakukan dengan

seksama disesuaikan dengan kondisi proses serta "enis air limbah

yang akan diolah. 4ackin" material yang digunakan pada proses

biakan melekat diantaranya kerikil, batu, pasir, plastik, dan material

sintetis lainnya. 4ackin" tersebut dapat ter%elup atau tidak ter%elup



dengan udara yang terletak di atas lapisan bio5ilm (Met%al5@ddy,

1991). i dalam prakteknya ada beberapa kriteria media bio5ilm

yang perlu diperhatikan antara lain yaitu $

1. Mempunyai luas permukaan spesi5ik besar

Luas permukaan spesi5ik adalah ukuran seberapa besar luas area

yang akti5 se%ara biologis tiap satuan 'olume media. atuan

pengukuran adalah meter persegi per meter kubik media. Luas

permukaan spesi5ik sangat ber'ariasi namun se%ara umum sebagian

besar media bio5ilm mempunyai nilai antara #* sampai dengan 2*

sJ.5tA%u,5t atau 1** hingga -2* m2Am#. atu hal yang penting adalah

membedakan antara total luas permukaan teoritis dengan luas

permukaan yang tersedia sebagai substrat untuk pertumbuhan

mikroorganisme. Luas permukaan yang terdapat pada pori+pori yang

halus tidak selalu dapat membuat mikroorganisme hidup. 6ada saat

bio5ilm sudah stabilAmatang, biomassa bakteri akan bertambah

se%ara stabil dan lapisan bakteri yang menutupi permukaan media

men"adi tebal. elama organisme yang berada pada bagian dalam

lapisan hanya mendapat makanan dan oksigen se%ara di5usi, maka

bakteri ini memperoleh makanan dan oksigen semakin lama semakin

sedikit se"alan dengan bertambah tebalnya lapisan. e%ara umum



hanya bakteri yang berada dilapisan paling luar yang beker"a se%ara

maksimal. :pabila lapisan bakteri sudah %ukup tebal, maka bagian

dalam lapisan men"adi anaerobik. ?ika hal ini ter"adi, lapisan akan

kehilangan gaya adhesi terhadap substrat dan kemudian lepas.

:pabila bakteri yang mati terdapat dalam %elah ke%il, maka tidak

dapat lepas dan tetap berada dalam bio5ilter. Hal ini akan menambah

beban organik (!&) dan ammonia dalam proses bio5ilm (aid,

2**2).

Luas permukaan total yang tersedia untuk pertumbuhan bakteri

merupakan indikator dari kapasitas bio5ilter untuk menghilangkan

polutan. Luas permukaan spesi5ik merupakan 'ariabel penting yang

mempengaruhi biaya reaktor bio5ilter dan mekanisme penun"angnya.

:pabila media tertentu : mempunyai luas permukaan per unit

'olume dua kali lipat dari media !, maka media ! memerlukan

'olume reaktor dua kali lebih besar untuk dapat melakukan tugas

yang sama yang dilakukan media :. itin"au dari sudut ekonomi

maka lebih baik menggunakan reaktor yang lebih ke%il. ?adi se%ara

umum makin besar luas permukaan per satuan 'olume media maka

"umlah mikroorganisme yang tumbuh dan menempel pada

permukaan media makin banyak sehingga e5isiensi pengolahan



men"adi lebih besar, selain itu 'olume reaktor yang diperlukan

men"adi lebih ke%il sehingga biaya reaktor "uga lebih ke%il (aid,

2**2).

2. Mempunyai 3raksi olume 7ongga inggi

3raksi 'olume rongga adalah persentase ruang atau 'olume

terbuka dalam media. engan kata lain, 5raksi 'olume rongga adalah

ruang yang tidak tertutup oleh media itu sendiri. 3raksi 'olume

rongga ber'ariasi dari 1 ; sampai 9- ;. 3raksi 'olume rongga

tinggi akan membuat aliran air bebas tidak terhalang oleh udara dan

air. Bntuk bio5ilter dengan kapasitas yang besar umumnya

menggunakan media dengan 5raksi 'olume rongga yang besar yakni

9* ; atau lebih (aid, 2**2).

#. iameter Celah !ebas !esar (-ar"e *ree passa"e diameter)

Cara terbaik untuk men"elaskan pengertian diameter %elah bebas

adalah dengan membayangkan suatu kelereng atau bola yang

di"atuhkan melalui media. Bkuran bola yang paling besar yang dapat

melewati media adalah diameter %elah bebas (aid, 2**2).

/. ahan terhadap 6enyumbatan

6arameter ini sangat penting namun sulit untuk diangkakan.

6enyumbatan pada bio5ilter dapat ter"adi melalui perangkap



mekanikal dari partikel dengan %ara sama dengan 5ilter atau saringan

padatan lainnya beker"a. 6enyumbatan dapat "uga disebabkan oleh

pertumbuhan biomassa dan men"embatani ruangan dalam media.

8e%enderungan penyumbatan untuk berbagai ma%am media dapat

diperkirakan atau dibandingkan dengan melihat 5raksi rongga dan

diameter %elah bebas. iameter %elah bebas merupakan 'ariabel

yang lebih penting. 6enyumbatan merupakan masalah yang serius

pada sistem bio5ilter. Masalah yang paling ringan adalah masalah

pemeliharaan yang terus menerus, dan yang paling buruk adalah

han%urnya kemampuan 5ilter untuk beker"a sesuai dengan desain.

6enyebab lain penyumbatan adalah ketidakseragaman 'olume

rongga dari media. :pabila sebagian dari unggun media mempunyai

'olume rongga yang lebih ke%il dari yang lainnya maka dapat

menyebabkan ter"adinya penyumbatan sebagian di dalam unggun

media. Bnggun media yang lebih padat ter"adi penyumbatan dan

sebagian unggun media yang lainnya terdapat %elah yang dapat

mengalirkan aliran air limbah. Hal ini dapat menurunkan kiner"a

bio5ilter. &leh karena itu di dalam pemilihan "enis media biasanya

dipilih media yang mempunyai luas permukaan spesi5ik yang besar

serta mempunyai 5raksi 'olume rongga yang besar. engan



demikian "umlah mikroba yang dapat tumbuh menempel pada

permukaan media %ukup besar sehingga e5isiensi bio5ilter "uga

men"adi lebih besar. elain itu, karena 5raksi 'olume rongga media

besar maka sistem bio5ilter men"adi tahan terhadap penyumbatan.

Media yang digunakan untuk bio5ilter "uga harus mudah diangkat,

dibersihkan dan dapat diganti dengan usaha dan tenaga ker"a yang

minimal. 6ilihan lain adalah media yang dapat diangkat sebagian.

ebagian ke%il media dapat diangkat dan diganti dengan media yang

baru, sementara itu bagian yang tersumbat dibersihkan. :pabila

hanya sebagian ke%il dari seluruh sistem yang diangkat, pengaruhnya

terhadap sistem bio5ilter akan sangat ke%il (aid, 2**2).

. ibuat dari bahan inert

8ayu, kertas atau bahan lain yang dapat terurai se%ara biologis

tidak %o%ok digunakan untuk bahan media bio5ilter. emikian "uga

bahan logam seperti besi, aluminium atau tembaga tidak sesuai

karena berkarat sehingga dapat menghambat pertumbuhan

mikroorganisme. Media bio5ilter yang di"ual se%ara komersil

umumnya terbuat dari bahan yang tidak korosi5, tahan terhadap

pembusukan dan perusakan se%ara kimia. Damun demikian beberapa

media dari plastik dapat dipengaruhi oleh radiasi ultra'iolet. 6lastik



yang tidak terlindung sehingga terpapar oleh matahari akan segera

men"adi rapuh. Masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan

penghalang B yang dapat disatukan dengan plastik pelindung B

(aid, 2**2).

. Harga per unit luas permukaannya murah

eperti telah diterangkan di atas, media bio5ilter pada hakekatnya

adalah "umlah luas permukaan yang menyediakan tempat untuk

bakteri berkembang biak. &leh karena itu untuk media bio5ilter

sedapat mungkin dipilih "enis media yang mempunyai harga per unit

satuan permukaan atau per unit satuan 'olume yang lebih murah

(aid, 2**2).

0. Mempunyai kekuatan mekanik yang baik

alah satu syarat media bio5ilter yang baik adalah mempunyai

kekuatan mekanik yang baik. Bntuk bio5ilter yang berukuran besar

sangat penting apabila media mampu menyangga satu atau dua

orang peker"a. isamping untuk mendukung keperluan

pemeliharaan, media dengan kekuatan mekanik yang baik berarti

mempunyai stabilitas bentuk baik, mengurangi keperluan penyangga

be"ana atau reaktor dan lebih tahan lama (aid, 2**2).



-. 7ingan

Bkuran berat media dapat mempengaruhi biaya bagian lain dari

sistem. emakin berat media akan memerlukan penyangga dan

be"ana atau reaktor yang lebih kuat dan lebih mahal. :pabila media

dari seluruh bio5ilter harus dipindahkan maka akan lebih baik "ika

medianya ringan. e%ara umum, makin ringan media bio5ilter yang

digunakan maka biaya konstruksi reaktor men"adi lebih rendah

(aid, 2**2).

9. 3leksibilitas

8arena ukuran dan bentuk reaktor bio5ilter dapat berma%am+

ma%am, maka media yang digunakan harus dapat masuk kedalam

reaktor dengan mudah, serta dapat disesuaikan dengan bentuk

reaktor (aid, 2**2).

1*. 6emeliharaan mudah

Media bio5ilter yang baik pemeliharaannya harus mudah atau

tidak perlu pemeliharaan sama sekali. :pabila diperlukan

pemeliharaan sehubungan dengan penyumbatan maka media harus

mudah dipindahkan dengan kebutuhan pegawai yang sedikit (aid,

2**2).



11. 8ebutuhan energi ke%il

6roses bio5ilter mengkonsumsi energi se%ara tidak langsung,

namun se%ara keseluruhan diperlukan pompa untuk mengalirkan air.

@nergi diperlukan "uga untuk mensuplai oksigen kepada bakteri.

e"alan dengan semakin %anggihnya teknologi bio5ilter maka biaya

energi merupakan salah satu 5aktor utama dari keseluruhan

perhitungan keuntungan (aid, 2**2).

12. 7eduksi Cahaya

!akteri nitri5ikasi sensiti5 terhadap %ahaya. &leh karena itu,

bio5ilter yang digunakan untuk penghilangan senyawa nitrogen

(nitri5ikasi) maka media yang digunakan sebaiknya berwarna gelap

dan bentuknya harus dapat menghalangi %ahaya masuk ke dalam

media (aid, 2**2).

1#. i5at 8ebasahan (wetability)

:gar bakteri atau mikroorganisme dapat menempel dan

berkembang biak pada permukaan media, maka permukaan media

harus bersi5at suka dengan air (hidrophilic). 6ermukaan yang

berminyak, permukaan yang bersi5at seperti lilin atau permukaan

li%in bersi5at tidak suka air (hidrophobic) tidak baik sebagai media

bio5ilter (aid, 2**2).



Media bio5ilter yang ideal adalah media yang harganya murah

namun memberikan solusi bagi pemenuhan kebutuhan proses

bio5ilter. Hal ini karena $

a. iperoleh luas permukaan yang besar dengan harga yang

murah.

b. iperoleh biaya konstruksi reaktor yang lebih rendah karena

luas permukaan spesi5ik tinggi, ringan, kekuatan mekanikal

baik dan kemampuan menyesuaikan dengan bentuk reaktor

baik.

%. !iaya pemeliharaan rendah karena tidak ada penyumbatan.

d. !iaya pompa dan energi lain rendah karena desainnya 5leksibel.

2..3 8enis Me!ia

Media bio5ilter yang digunakan se%ara umum dapat berupa

bahan material organik atau bahan material anorganik. Bntuk media

bio5ilter dari bahan organik misalnya dalam bentuk tali, "aring,

butiran tak teratur (random packin" ), papan ( plate), sarang tawon

dan lain+lain. edangkan untuk media dari bahan anorganik misalnya

batu pe%ah (split ), kerikil, batu marmer, batu tembikar, batu bara



(kokas). !iasanya untuk media bio5ilter dari bahan anorganik,

semakin ke%il diameternya luas permukaannya semakin besar,

sehingga "umlah mikroorganisme yang dapat dibiakkan "uga men"adi

besar, tetapi 'olume rongga men"adi lebih ke%il. ?ika sistem aliran

dilakukan dari atas ke bawah (down *low) maka sedikit banyak

ter"adi e5ek 5iltrasi sehingga ter"adi proses penumpukan lumpur

organik pada bagian atas media yang dapat mengakibatkan

penyumbatan. &leh karena itu perlu proses pen%u%ian se%ukupnya.

?ika ter"adi penyumbatan maka dapat ter"adi aliran singkat ( short

pass) dan "uga ter"adi penurunan "umlah aliran sehingga kapasitas

pengolahan dapat menurun se%ara drastis (aid, 2**2).

Bntuk media bio5ilter dari bahan organik banyak yang dibuat

dengan %ara di%etak dari bahan tahan karat dan ringan misalnya

6C, dengan luas permukaan spesi5ik yang besar dan 'olume

rongga (porositas) yang besar, sehingga dapat melekatkan

mikroorganisme dalam "umlah yang besar dengan resiko kebuntuan

yang sangat ke%il. engan demikian memungkinkan untuk

pengolahan air limbah dengan beban konsentrasi yang tinggi serta

e5isiensi pengolahan yang %ukup besar. !eberapa %ontoh



perbandingan luas permukaan spesi5ik dari berbagai media bio5ilter

dapat dilihat pada abel 2.9.

2..3.+ Batuan !an Keriki#

!erbagai ukuran kerikil dan batuan telah digunakan dalam

bio5ilter se"ak abad ke 19 untuk berbagai penggunaan. apat dipakai

baik untuk bio5ilter ter%elup ataupun untuk tri%kling 5ilter. Masih

tetap digunakan untuk berbagai keperluan termasuk akuarium,

akuakultur dan pengolahan air buangan rumah tangga. !ahan+bahan

yang terbuat dari tanah liat banyak tersedia, murah dan relati5

mempunyai luas permukaan spesi5ik tinggi. !atu dan kerikil bersi5at

inert dan tidak pe%ah dengan kekuatan mekanikal yang baik, serta

bahan tersebut mempunyai si5at kebasahan yang baik.

abel 2.9

6erbandingan luas permukaan spesi5ik media bio5ilter

D

o.

?enis Media Luas permukaan

spesi5ik (m2Am#)



1 ricklin" ilter

dengan batu

pe%ah

1**+2**

2 Modul arang

awon

(honeycomb

modul)

1*+2/*

# ipe ?aring *

/ 7!C -*+1*

!io+ball

(random)

2** + 2/*

!umber % !aid, &''&

alah satu kelemahan media kerikil adalah 5raksi 'olume

rongganya sangat rendah dan berat. :kibat dari 5raksi 'olume

rongga rendah, "enis media ini mudah ter"adi penyumbatan. Bntuk

men%egah penyumbatan, "umlah ruangan diantara kerikil harus

relati5 besar. e%ara umum diameter %elah bebas sebanding dengan

ukuran kerikil. etapi luas permukaan spesi5ik berbanding terbalik

dengan ukuran kerikil. :pabila kita menggunakan media kerikil

dengan ukuran yang besar untuk men%egah ter"adinya penyumbatan,

maka luas permukaan spesi5ik men"adi ke%il. engan luas



permukaan spesi5ik yang ke%il, maka 'olume reaktor yang

diperlukan untuk tempat media men"adi besar.

!anyak usaha yang telah dilakukan untuk menanggulangi

masalah kekurangan bio5ilter dengan media kerikil. alah satu

metode yang diusulkan adalah untuk menggunakan bahan yang

dapat memperbesar luas permukaan media yang tersedia tanpa

mengubah ukuran keseluruhan satuan 'olume media. alah satu

aplikasinya adalah menggunakan batu apung, karbon akti5 dan

keramik berpori. !ahan+bahan tersebut mempunyai luas permukaan

yang besar. 6ermasalahan yang timbul adalah akibat pengoperasian

bio5ilter dalam "angka waktu yang lama. 6ada umumnya

pertumbuhan bakteri ter"adi pada bagian luar permukaan media

kerikil. Hal ini akan dapat menahan nutrien dan menghambat di5usi

oksigen bagian dalam pori media. Falaupun media kerikil ini

mempunyai luas permukaan yang besar, namun hanya sebagian ke%il

5raksi dari permukaan area yang dapat digunakan untuk tempat

tumbuhnya bakteri aerobik.

8elemahan lain dari media kerikil adalah masalah berat. !atu

kerikil mempunyai berat "enis yang %ukup besar, sehingga "ika

digunakan sebagai media bio5ilter akan memerlukan konstruksi



reaktor, penyangga dan sistem pengeluaran di bagian bawah yang

kuat untuk menyangga beban media. elain itu media kerikil

merupakan media bio5ilter permanen, dan sulit untuk dipindahkan.

:kibatnya biaya pemeliharaan men"adi besar dan biaya konstruksi

men"adi lebih mahal. &leh karena itu media kerikil kurang %o%ok

untuk dipakai untuk media bio5ilter skala komersial. alah satu

%ontoh media kerikil atau batu pe%ah untuk media bio5ilter dapat

dilihat pada <ambar 2.1-.

<ambar 2.1- Media 8erikil atau !atu 6e%ah untuk Media !io5ilter

!umber % !aid, &''&

2..3.2 Fiber Mesh Pads

:da beberapa "enis bantalan saringan serat (5iber) yang saat ini

digunakan sebagai media bio5ilter. !antalan ini menggunakan serat



tipis menyerupai 5ilter pendingin udara, namun dibentuk sedemikian

rupa men"adi bantalan yang berat dan tebal. !ahan ini dapat

berperan baik sebagai 5ilter 5isik maupun sebagai 5ilter biologis.

!eratnya %ukup ringan dan mempunyai luas permukaan per unit

'olume yang lebih besar dibanding "enis media yang lain.

!antalan kawat saringan 5iber mempunyai kelemahan sama

dengan media kerikil. !ahan ini mempunyai diameter %elah bebas

sangat ke%il dan %enderung %epat tersumbat, sehingga e5ekti5itas

pengolahan berkurang. 8e%enderungan penyumbatan selan"utnya

diperparah oleh sulitnya proses pembersihan dan regenerasi

bantalan. Bmumnya bantalan saringan serat memerlukan tenaga

ker"a yang banyak untuk proses pembersihan. 8elemahan lainnya

pada "enis media ini adalah kesulitan pemasangan media dalam

"umlah besar. Media "enis ini memerlukan penyangga tambahan agar

dapat tetap ter"aga dalam aliran air.



<ambar 2.19 Media iber Mesh 4ads untuk Media !io5ilter


2..3.3 rillo Pads

?enis media atau pa%king yang sama dengan mesh pad adalah

ribbon bundle atau pa%king "enis brillo pad . 6a%king ini ringan

dan relati5 mempunyai luas permukaan besar dengan harga yang

murah. Falaupun ribbon tidak serapat seperti *iber mesh pad , namun

mempunyai beberapa kekurangan sama seperti pada mesh pads.

alah satu kekurangan brillo pads adalah kekuatan mekanikalnya

ke%il. idak mungkin untuk menumpuk packin" ini tanpa menekan

lapisan bawah. 6ada saat lapisan bawah tertekan, maka akan

menahan la"u alir men"adi mudah tersumbat. rillo pad dan mesh

pads berhasil dalam penerapan untuk akuarium ke%il, namun untuk

http://www.shooterdog.com/biograte.jpg



kapasitas yang besar untuk produksi akuakultur sulit dan tidak

ekonomis.

<ambar 2.2* Media rillo 4ads untuk Media !io5ilter

!umber % !aid, &''&

2..3. Random atau umped Packing

Media "enis ini ditiru dari packin" yang digunakan pada industri

kimia. erdapat berma%am "enis yang berbeda dari %etakan plastik

yang tersedia dalam berbagai luas permukaan spesi5ik. Media "enis

ini dimasukkan se%ara a%ak ke dalam reaktor sehingga dinamakan

random packin" . Bmumnya media ini mempunyai 5raksi rongga

yang baik dan relati5 tahan terhadap penyumbatan dibandingkan

mesh pads atau unggun kerikil. 8arena setiap bagian pa%king atau

http://web.deu.edu.tr/atiksu/toprak/damlat18.jpg



media dapat disesuaikan pada setiap bentuk tangki atau vessel .

!eberapa %ontoh "enis media ini dapat dilihat pada <ambar 2.21.

Media tipe random packin" harus dipasang di atas penyangga

"enis "rid atau screen. 4ackin" ini harus memakai wadah karena

tidak mempunyai kekuatan struktur dasar. e%ara umum pa%king

random kekuatan mekanikalnya relati5 ke%il. eseorang tidak dapat

ber"alan di atas packin" random tanpa merapatkan unggun 5ilter.

Falaupun packin" random relati5 ringan namun sulit untuk

dipindahkan dari vessel besar apabila sudah terpasang. Hal ini

karena untuk mengeluarkan packin" harus dikeruk. 6embersihan

harus dilakukan ditempat. 8ekurangan lain packin" random, adalah

pemasangannya sulit. :pabila pemasangan unggun kurang hati+hati,

ter"adi beberapa hal yang tidak sesuai pada kerapatan packin" di

seluruh unggun. Bnggun packin" random akan %enderung turun dan

merapat.



<ambar 2.21 !eberapa %ontoh "enis media 2andom 4ackin"

!umber % !aid, &''&

8ekurangan lain dari media kerikil dan packin" random yaitu

operator tidak dapat melihat apa yang ter"adi dalam unggun bio5ilter.

angat sulit untuk menggeser material untuk mengetahui apa yang

ter"adi dalam unggun. !agian atas unggun yang terlihat beroperasi

normal, sementara bagian bawah unggun tersumbat dan tidak

beroperasi dengan benar.

4ackin" random tersedia dari bahan stainless steel , keramik,

porselein dan berbagai bahan termoplastik. 6ada umumnya packin"

untuk akuakultur merupakan %etakan in"eksi dari polypropylene atau

hi"h density polyethylene. polypropylene atau hi"h density

polyethylene merupakan polimer yang %ukup bagus dengan

ketahanan panasnya tinggi dan tahan terhadap bahan kimia. !anyak

senyawa polypropylene atau hi"h density polyethylene yang

digunakan untuk packin" tidak %ukup ber%ampur dengan penahan

ultra'iolet untuk men"aga packin" dari paparan sinar matahari.

Masalah lain bahan polimer polypropylene atau hi"h density

polyethylene ini sangat tidak suka air (hidrophobik). i5at dapat

basah (wetability) rendah, sehingga memerlukan waktu berbulan+



bulan untuk dapat basah total. 4ackin" random relati5 merupakan

media bio5ilter modern, salah satu kekurangannya adalah harganya

relati5 mahal. Cara pen%etakan in"eksi merupakan %ara yang mahal

untuk pembentukan permukaan. Media tipe random tersebut sangat

baik digunakan untuk instalasi ke%il karena pada sistem ke%il biaya

yang tinggi tidak men"adi masalah. 4ackin" ini mudah di pasang

dalam reaktor yang berbentuk silinder, dalam hal ini pemasangan

tidak perlu dilakukan pemotongan atau adanya bahan yang terbuang.

2..3.) Me!ia ioball

Media bioball merupakan salah satu bentuk dari random

packin" yang terbuat dari bahan thermoplastik. ioball ber5ungsi

sebagai 5ilter biologis yang merupakan media tumbuh bagi bakteri+

bakteri yang dapat menghilangkan ammonia yang terkandung dalam

air. ioball sebagai media bakteri untuk tumbuh dan berkembang

biak. Lendir yang melekat pada bioball merupakan nitroba%ter yang

tumbuh dan berguna untuk meningkatkan kualitas air. !akteri yang

tumbuh pada bioball merupakan bakteri aerob sehingga

membutuhkan oksigen untuk hidupnya. Menurut @do5ish (2**),



bioball "angan direndam air tetapi dialiri air sehingga dapat

ber5ungsi dengan baik. edangkan menurut Gdaman aid (2**2),

kelebihan media bioball antara lain $

a. ioball mempunyai luas permukaan spesi5ik yang besar, yaitu N

21* m 2 Am # .

!ila luas permukaan spesi5ik besar, maka "umlah

mikroorgannisme yang menempel dan melekat pada permukaan

bioball "uga semakin besar sehingga e5isiensi pengolahannya

semakin tinggi dan 'olume reaktor yang diperlukan men"adi lebih

ke%il sehingga biaya konstruksi untuk reaktor "uga ke%il.

b. 3raksi 'olume rongganya besar, yaitu -;.

!ila 5raksi 'olume rongganya besar, maka sistem bio5ilter men"adi

tahan terhadap penyumbatan sehingga biaya untuk pemeliharaannya

rendah.

%. erbuat dari bahan inert

ioball terbuat dari bahan thermoplastik yang merupakan %etakan

in"eksi dari polypropylene atau hi"h density polyethylene.

4olypropylene atau hi"h density polyethylene merupakan polimer

yang tidak korosi5, tahan terhadap pembusukan dan perusakan se%ara

kimia.



d. 7ingan

Media bioball mempunyai berat "enis *,90# kgA m # . ioball

dibuat ringan dan terapung di air dan digunakan dalam "umlah

banyak. emakin ringan media bio5ilter, biaya konstruksi reaktor

men"adi lebih ke%il.

e. 3leksibel

Media bioball mudah dipasang dalam berbagai bentuk reaktor.

6ada reaktor yang berbentuk silinder, pemasangan tidak perlu

dilakukan pemotongan atau adanya bahan yang terbuang. Media

bioball "uga sangat baik digunakan pada instalasi yang ke%il.

edangkan kelemahan dari media bioball menurut Gdaman aid

(2**2) adalah $

a. Harganya relati5 mahal

b. 6emasangannya sulit. Falaupun bioball relati5 ringan namun sulit

untuk dipindahkan apabila sudah terpasang, sehingga untuk

mengeluarkannya harus dikeruk dan pembersihan harus dilakukan

ditempat.



<ambar 2.22 Media !ioball yang igunakan pada !io5ilter

!umber % Dokumen 4ribadi, &'';

2..3.- Me!ia <erstruktur 1 'tructured Packings)

Media terstruktur dapat digunakan untuk berbagai keperluan

selain bio5ilter media ini memiliki semua karakteristik yang ada pada

media ideal. Media terstruktur telah digunakan pada bio5ilter selama

lebih dari 2 tahun untuk pengolahan air limbah domestik maupun

air limbah industri. alah satu "enis media terstruktur yang sering

digunakan adalah media dari bahan plastik tipe sarang tawon.

!entuk media dapat dilihat pada <ambar 2.2#. 8onstruksi media

terstruktur biasanya merupakan lembaran dari bahan 6C (polyvinyl

chlorida) yang dibentuk se%ara 'a%um. 6embentukan dengan %ara

'akum kontinyu adalah proses otomatis ke%epatan tinggi yang dapat



memproduksi material dalam "umlah besar. Metoda konstruksi ini

memungkinkan media terstruktur diproduksi dengan harga yang

lebih murah per unit luas permukaan dibandingkan pen%etakan

se%ara in"eksi. 6C merupakan resin murah dengan si5at mekanik

yang lebih baik dibandingkan 66 atau H6@. 6C pada awalnya

bersi5at hidrophobic namun biasanya men"adi basah atau

mempunyai si5at kebasahan yang baik dalam waktu satu sampai dua

minggu.

<ambar 2.2# !entuk Media erstruktur ipe arang awon (cross

*low) igunakan untuk !io5ilter

!umber % !aid, &''&

Lembaran+lembaran 6C disambung membentuk blok

segiempat. !eberapa media mempunyai saluran dalam yang hanya

mengalirkan sepan"ang satu a$is. ?enis lain dari media terstruktur

yang dikenal sebagai %ross corru"ated packin" yang memungkinkan



aliran mengalir sepan"ang dua a$is. Hampir semua media terstruktur

digunakan untuk bio5ilter adalah "enis aliran silang (cross *low).

Media terstruktur misalnya media tipe sarang tawon cross*low

mempunyai luas permukaan spesi5ik yang ber'ariasi tergantung dari

diameter %elah bebas atau 'olume rongganya. alah satu %ontoh

media tipe sarang tawon dari bahan 6C dengan ukuran lubang 2

%m E 2 %m mempunyai luas spesi5ik 1* 4 22* m 2Am#, berat #* 4 #

kgAm#, dan porositas rongga 9- ;. elain itu mempunyai kekuatan

mekanik (mechanical stren"th) yang %ukup besar men%apai lebih

dari 2*** lbs. per sJ.5t.



abel 2.1*

8elebihan dan 8ekurangan !eberapa ?enis Media !io5ilter

No 8enis

Me!ia

Ke#e"ian Kekurangan

1.

2.

8erikil

dan

!atuan

iber

Mesh

4ads

+ 8ekuatan

mekanikalnya

baik

+ i5at kebasahan

baik

+ !ersi5at inert

+ Murah

+ Cukup ringan

+ Luas

+ !erat

+ 3raksi 'olume

rongganya

rendah

+ !iaya

pemeliharaan

mahal

+ 3raksi 'olume

rongganya



#.

/.

.

rillo

4ads

2andom

4ackin"

ioball

permukaan

spesi5iknya besar

+ 7ingan

+ Harganya

murah

+ Luas

permukaan

spesi5iknya besar

+ 3raksi 'olume

rongganya baik

sehingga tahan

terhadap

penyumbatan

+ Luas

permukaan

spesi5iknya besar

rendah sehingga

mudah ter"adi

penyumbatan

+

6emasangannya

sulit

+ 8ekuatan

mekanikalnya

ke%il

+

6emasangannya

sulit

+ 8ekuatan

mekanikalnya

ke%il

+ i5at



.

Media

terstruktur

+ Luas

permukaan

spesi5iknya besar

+ 3raksi 'olume

rongganya baik

sehingga tahan

terhadap

penyumbatan

+ erbuat dari

bahan inert

+ 7ingan

+ 3leksibel

+ i5at

kebasahannya

baik

+ 8ekuatan

mekanikalnya

baik

kebasahan

rendah

+ Harganya

relati5 mahal

+

6emasangannya

sulit

+ 7elati5 mahal



!umber % !aid, &''&

2. Proses Bio'i#ter <ere#u% ('ubmerged iofilter)

6roses pengolahan air limbah dengan proses bio5ilter ter%elup

dilakukan dengan %ara mengalirkan air limbah ke dalam reaktor

biologis yang di dalamnya diisi dengan media penyangga untuk

pengembangbiakan mikroorganisme dengan atau tanpa aerasi. 6osisi

media bio5ilter ter%elup di bawah permukaan air. Media bio5ilter

yang digunakan se%ara umum dapat berupa bahan material organik

atau bahan material anorganik (aid, 2**2). 8ebanyakan

mikroorganisme dapat tumbuh pada permukaan padat "ika terdapat

senyawa organik, garam mineral dan oksigen. Mikroorganisme

melekat dengan menggunakan bahan eksopolimer gelatin yang

dihasilkan oleh bakteri. 8oloni mikroorganisme dimulai pada daerah

tertentu kemudian terbentuk bio5ilm se%ara kontinyu sampai seluruh

permukaan tertutup oleh lapisan monoseluler. e"ak itu pertumbuhan

dilakukan dengan memproduksi sel baru yang menutupi lapisan

monoseluler pertama. &ksigen dan nutrient yang dibawa oleh air



yang diolah akan terdi5usi menembus lapisan bio5ilm sampai lapisan

sel yang paling dalam yang tidak dapat ditembus oleh oksigen dan

nutrient. etelah beberapa lama, ter"adi strati5ikasi men"adi lapisan

aerobik tempat oksigen masih dapat terdi5usi dan lapisan anaerobik

yang tidak mengandung oksigen. 8etebalan lapisan ini ber'ariasi

tergantung "enis reaktor dan bahan pendukungnya. Hal ini dapat

dilihat pada <ambar 2.2/.

<ambar 2.2/ Mekanisme 8er"a !io5ilter

!umber % rault, 6776

ari <ambar 2.2/ dapat dilihat bahwa pada lapisan aerobik,

substrat organik yang terkandung dalam air limbah akan terdi5usi ke

dalam bio5ilm. 8arena adanya oksigen terlarut, substrat organik

tersebut didegradasi oleh bakteri aerobik men"adi produk degradasi



dan C& 2 . edangkan pada lapisan anaerobik, bakteri lysis akan

meme%ah molekul organik kompleks men"adi senyawa organik

sederhana atau molekul monomer yang terlarut. ehingga molekul

monomer ini dapat langsung diman5aatkan oleh bakteri anaerobik.

!akteri anaerobik ini akan melakukan proses 5ermentasi

menghasilkan alkohol dan asam organik seperti asam asetat,

propionik, dan lainnya. Hasil dari 5ermentasi ini ber'ariasi

tergantung "enis bakteri dan kondisi kultur, seperti pH dan

temperatur.

6roses bio5ilter ter%elup merupakan kombinasi sistem biakan

melekat dan lumpur akti5. 6ada proses ini, e5luen masuk ke wet well

kemudian di%ampur dengan biolo"ical solid yang dikembalikan dari

pengendapan kedua dan biomassa yang direcycle. 6roses bio5ilter

ter%elup mempunyai headloss ke%il karena waktu tinggalnya

sebentar. ?ika dilakukan aerasi pada kolam aerasi, total headloss

akan lebih rendah (!ene5ield, Larry, 19-*). !io5ilter pada dasarnya

merupakan bagian dari tricklin" *ilter. !io5ilter dioperasikan pada

%ara yang hampir sama dengan hi"h rate tricklin" *ilter (6ea'y,

19-).



alam proses pengolahan air limbah dengan sistem bio5ilter

ter%elup aerobik, sistem suplai udara dapat dilakukan dengan

berbagai %ara, tetapi yang sering digunakan adalah seperti yang

tertera pada <ambar 2.2. !eberapa %ara yang sering digunakan

antara lain aerasi samping, aerasi tengahApusat, aerasi merata seluruh

permukaan, aerasi eksternal , aerasi dengan air li*t pump, dan aerasi

dengan sistem mekanik. Masing+masing %ara mempunyai

keuntungan dan kekurangan. istem aerasi "uga tergantung dari "enis

media maupun e5isiensi yang diharapkan. 6enyerapan oksigen dapat

ter"adi disebabkan terutama karena aliran sirkulasi atau aliran putar

ke%uali pada sistem aerasi merata seluruh permukaan media.



<ambar 2.2 !eberapa metoda aerasi untuk proses pengolahan air

limbah dengan sistem bio5ilter ter%elup

!umber % !aid, &''&

alam proses bio5ilter dengan sistem aerasi merata, lapisan

mikroorganisme yang melekat pada permukaan media mudah

terlepas, sehingga seringkali proses men"adi tidak stabil. etapi di

dalam sistem aerasi melalui aliran putar, kemampuan penyerapan

oksigen hampir sama dengan sistem aerasi dengan menggunakan

di5user, oleh karena itu untuk penambahan "umlah beban yang besar

sulit dilakukan. !erdasarkan hal tersebut diatas belakangan ini



penggunaan sistem aerasi merata banyak dilakukan karena

mempunyai kemampuan penyerapan oksigen yang besar. ?ika

kemampuan penyerapan oksigen besar maka dapat digunakan untuk

mengolah air limbah dengan beban organik (or"anic loadin") yang

besar pula. &leh karena itu diperlukan "uga media bio5ilter yang

dapat melekatkan mikroorganisme dalam "umlah yang besar.

!iasanya untuk media bio5ilter dari bahan anorganik, semakin ke%il

diameter luas permukaannya semakin besar, sehingga "umlah

mikroorganisme yang dapat dibiakkan "uga men"adi besar pula. ?ika

sistem aliran dilakukan dari atas ke bawah (down *low) maka sedikit

banyak ter"adi e5ek 5iltrasi sehingga ter"adi proses penumpukan

lumpur organik pada bagian atas media yang dapat mengakibatkan

penyumbatan. &leh karena itu perlu proses pen%u%ian se%ukupnya.

?ika ter"adi penyumbatan maka dapat ter"adi aliran singkat (!hort

pass) dan "uga ter"adi penurunan "umlah aliran sehingga kapasitas

pengolahan dapat menurun se%ara drastis (aid, 2**2).

2.).+ Proses Pengo#aan Air Lim"a !engan Proses Bio'i#ter

<ere#u%



aat ini salah satu proses pengolahan air limbah yang banyak

digunakan adalah proses biologis dengan biakan melekat. 6roses

yang sering digunakan yakni proses bio5ilter baik proses se%ara

anaerob maupun proses se%ara aerob. 6roses bio5ilter adalah reaktor

biologis dengan unggun tetap ( *i$ed bed *ilm) dimana

mikroorganisme tumbuh dan berkembang menempel pada

permukaan media yang kaku misalnya plastik atau batu. Gn5luen air

limbah dimasukkan ke dalam reaktor yang di dalamnya diisi dengan

media penyanggaAmedia bio5ilter dimana mikroorganisme akan

tumbuh menempel pada permukaan media. engan adanya lapisan

mikroorganisme yang tumbuh menempel pada permukaan media

tersebut maka polutan organik yang ada didalam air limbah akan

diuraikan men"adi produk respirasi yakni C&2 dan H2&.

alam aplikasinya, e5ekti5itas proses bio5ilter sangat

dipengaruhi oleh "enis serta bentuk media yang digunakan. 6enting

sekali untuk diketahui bahwa media bio5ilter ber5ungsi untuk

menyediakan area permukaan tempat bakteri atau mikroorganisme

berkoloni. alam hal ini bakteri mempunyai peranan yang penting di

dalam sistem bio5ilter. :gar supaya bakteri beker"a se%ara e5ekti5,

desain bio5ilter serta media penyangga selain harus mampu



menyediakan distribusi nutrient dan oksigen, tetapi "uga harus

mampu menghilangkan produksi buangan baik yang terlarut maupun

yang tersuspensi. 6ada umumnya bio5ilter menggunakan bakteri

aerobik namun dapat pula didesain dan dioperasikan untuk bakteri

anaerobik (aid, 2**2).

6roses pengolahannya adalah sebagai berikut air limbah

ditampung pada bak stabilisasi. 3ungsi bak stabilisasi ini agar aliran

air limbah lebih konstan sehingga headloss yang dihasilkan lebih

ke%il. ari bak stabilisasi, air limbah dialirkan ke bak kontaktor

aerob. i dalam bak kontaktor aerob ini diisi dengan media dari

bahan plastik tipe bioball, sambil diaerasi atau dihembus dengan

udara sehingga mikroorganisme yang ada akan menguraikan at

organik yang ada dalam air limbah serta tumbuh dan menempel pada

permukaan media. engan demikian air limbah akan kontak dengan

mikroorganisme yang tersuspensi dalam air maupun yang menempel

pada permukaan media yang mana hal tersebut dapat meningkatkan

e5isiensi penguraian at organik, deter<ent serta memper%epat proses

nitri5ikasi, sehingga e5isiensi penghilangan ammonia men"adi lebih

besar. 6roses ini sering di namakan aerasi kontak (ontact Aeration).

engan proses aerob tersebut dapat menurunkan at organik (!&,



C&), ammonia, deter"en, padatan tersuspensi (), phospat dan

lainnya. ari bak aerasi, air dialirkan ke bak pengendap akhir. i

dalam bak ini lumpur yang mengandung massa mikroorganisme

diendapkan dan dipompa kembali ke bagian inlet bak aerasi dengan

pompa sirkulasi lumpur. ibandingkan dengan proses lumpur akti5,

lumpur yang berasal dari reaktor bio5ilter lebih mudah mengendap

karena ukurannya lebih besar dan lebih berat. !ak sedimentasi dapat

berbentuk segi empat atau lingkaran. 6ada bak ini aliran air limbah

sangat tenang untuk memberi kesempatan lumpur biomassa untuk

mengendap. 8riteria yang diperlukan untuk menentukan ukuran bak

sedimentasi adalah beban permukaan, kedalaman bak, dan waktu

tinggal. 8riteria bak pengendapan akhir dapat dilihat pada abel

2.12.

6arameter desain bio5ilter aerob

Faktu tinggal total rata+rata $ 4 - "am (Gdaman aid, 2**2)

ML $ 2*** 4 *** (!ene5ieldLarry, 19-*)

3AM rasio $ *,*-0 4 *,#92 kg !&Akg ML. Hari

(!ene5ieldLarry, 19-*)

8edalaman e5ekti5 $ 2 m (Gdaman aid, 2**2)



Gsi media $ /*; 'olume reaktor (Gdaman aid, 2**2)

inggi ruang bebas $ *, m

inggi bed media pembiakan mikroba $ 1,2 m

!eban !& per satuan permukaan media (L A ) O 4 #* gram

!&Am 2 .hari

Hubungan inlet !& dan beban !& per satuan permukaan media

pada bio5ilter aerob untuk mendapatkan e5isiensi penghilangan !&

9*;.

Gam"ar 2.+ Pem"entukan Bio'i#m

umber$ :nderson, 2**9



Contamination ColonisationBiof lm development Contamination ColonisationBiof lm developmentIn ammatory host response

Spreading systemic inection

Documents

BAHAN KULIAH MIKRO