Mengatasi Biofouling Pada Bioreaktor Membran

Anaerobik Terbenam dengan Menggunakan Unggun

Terfluidisasi

Presentasi Tugas AkhirPresentasi Tugas Akhir

Bioteknologi Lingkungan (TK 5048)

1

Outline

Bioreaktor membran anaerobik

Fouling pada membran

Penyebab terjadi fouling

Dampak fouling pada kinerja

Pengendalian fouling

Dampak penambahan unggun pada foulingDampak penambahan unggun pada fouling

Fungsi Unggun Terfluidisasi dalam Sistem

Keunggulan teknologi unggun terfluidisasi

Tinjauan lanjut untuk teknologi unggun terfluidisasi2

Bioreaktor membran anaerobik (AnMBR)

� Proses anaerobik : biaya pengoperasian lebih rendah, produksi lumpur lebih sedikit, energi� Proses anaerobik : biaya pengoperasian lebih rendah, produksi lumpur lebih sedikit, energi

dari proses pembentukan gas metan bisa diambil.

� Bioreaktor anaerobik konvensional : Penggunaannya terbatas pada cuaca dingin, tidak

efektif untuk mengolah air limbah dengan kandungan kontaminan organik rendah

� Bioreaktor membran anaerobik : dapat menahan keberadaan senyawa organik dan

biomassa aktif tetap dalam bioreaktor, mengatasi permasalahan pada proses konvensional.

� Parameter kunci yang menjaga operasi AnMBR tetap optimal adalah menjaga fluks

permeat dalam kondisi stabilpermeat dalam kondisi stabil

� Permasalahan utama agar menjaga kestabilan AnMBR ialah keberadaan fouling pada

permukaan membran (lapisan cake).

3

FOULING

� Fouling : penumpukan (penempelan) sedimen pada suatu permukaan akibat paparan suatu� Fouling : penumpukan (penempelan) sedimen pada suatu permukaan akibat paparan suatu

proses

� Fouling pada membran terdiri dari partikel organik/anorganik

� Jenis membran menentukan komposisi fouling yang terbentuk

� Membran anorganik (keramik) � fouling : sebagian besar tersusun oleh anorganik (struvite)

� Membran organik (polimer) � fouling : sebagian besar tersusun oleh organik

� Fouling dari senyawa organik berdampak signifikan pada pengoperasian membran (lapisan

cake), dibandingkan dengan anorganikcake), dibandingkan dengan anorganik

� Hasil analisis life cycle menunjukkan bahwa biaya pengoperasian membran anorganik lebih

tinggi dibandingkan dengan membran organik

http://en.citizendium.org/wiki/File:Membrane_Fouling.png4

Faktor-faktor Pembentuk Fouling

� Pada membran organik, pembentukan fouling akibat interaksi komponen biologi/organik� Pada membran organik, pembentukan fouling akibat interaksi komponen biologi/organik

pada permukaan membran (adsorpsi).

� Pada membran anorganik, laju pembentukan fouling dipengaruhi oleh keberadaan

ammonia, fouling yang terbentuk biasanya tidak banyak dan berada pada bagian internal

membran (bagian struktur pori)

� Struktur fisik kedua membran yang berbeda:

� Membran organik : Permukaan lebih kasar, lebih berserat dengan ukuran pori sekitar lebih

besarbesar

� Membran anorganik : Permukaan lebih halus dengan ukuran pori lebih kecil

� Sehingga fouling lebih cendrung terbentuk pada permukaan membran organik

5

Dampak Kehadiran Fouling

� Meningkatkan hambatan aliran permeat melintasi membran, menurunkan fluks permeat� Meningkatkan hambatan aliran permeat melintasi membran, menurunkan fluks permeat

� Fluks permeat turun, proses tidak berjalan dengan optimal

� Pada kondisi ini, untuk mencapai fluks permeat semula dibutuhkan tekanan yang

menghisap aliran lebih besar atau disebut tekanan transmembran (TMP).

� Meningkatkan TMP, meningkatkan kerja pompa, meningkatkan energiM

EM

BR

AN

TMP COSTCR

OS

SF

LOW

6

Pengendalian Fouling

� Meningkatkan kecepatan aliran lintas (Cross-Flow), Re mendekati 2000� Meningkatkan kecepatan aliran lintas (Cross-Flow), Re mendekati 2000

� Menggunakan baffle dalam bioreaktor

� Penyebaran gas (Sparging)

� Menggunakan unggun terfluidisasi, contoh karbon aktif bentuk granular (GAC) atau bubuk

(PAC), (Hu dan Stuckey, 2007) dan (Kim, dkk, 2011)

Kim, dkk., 2011Berube, dkk., 20067

Dampak Penambahan Unggun

(a) (b)

(a) Profil TMP terhadap waktu operasi dalam jangka pendek, pada MBR, dengan dan tanpa GAC

(b) Profil TMP terhadap waktu operasi dalam jangka pendek pada MBR untuk melihat mekanisme

kinerja GAC

Kim, dkk., 2011

8

Dampak Penambahan Unggun (2)

(c) (d)(c) Profil TMP terhadap waktu operasi jangka pendek untuk mengamati pengaruh

konsentrasi GAC(d) Profil TMP terhadap waktu operasi jangka panjang

Kim, dkk., 2011

9

Fungsi Unggun Terfluidisasi dalam Sistem

� Sebagai tempat pendukung pertumbuhan biomassa� Sebagai tempat pendukung pertumbuhan biomassa

� Sebagai perantara untuk meningkatkan efek kikisan pada biofouling, dengan memberikan

gaya geser (shear stress) yang besar pada permukaan

� Hasil penelitian yang dirujuk dilakukan pada kondisi (Kim, dkk., 2011):

� Ukuran GAC, 10 x 30 mesh

� Suhu operasi 35oC

� Tipe membran yang digunakan Hollow membran polyvinylidenefluoride (PVDF)

� Panjang membran 0,95 m, berjumlah 16 membran modul

� Ukuran nominal pori 0,1 µm, diameter dalam 1,9 mm

� Total volume kerja (2 stage bioreaktor) 4,71 L

� Air limbah yang diolah ialah limbah domestik yang sebagian besar mengandung natrium

asetat, dan natrium propionat

10

Keunggulan Teknologi Unggun Terfluidisasi

� Memiliki efektifitas penghilangan fouling lebih tinggi dibanding cara yang lain, dimana:� Memiliki efektifitas penghilangan fouling lebih tinggi dibanding cara yang lain, dimana:

� Penambahan kecepatan (memiliki jumlah maksimum yang tidak boleh dilampaui), sangat

mengkomsumsi energi.

� Penggunaan baffle, tidak akan optimal jika tidak dikombinasikan dengan penambahan

kecepatan.

� Gas sparging, (memiliki jumlah maks yang tidak boleh dilampaui), energi yang dibutuhkan

0,25 – 1,0 kWh/m3, sedangkan dengan unggun terfluidisasi 0,058 kWh/m3.

� Cocok diterapkan untuk post-treatment untuk proses pemolesan� Cocok diterapkan untuk post-treatment untuk proses pemolesan

� Memiliki karakteristik perpindahan massa yang baik

� Tidak terjadi washout saat waktu retensi hidrolik yang singkat

�

11

Tinjauan lanjut untuk teknologi unggun terfluidisasi

� Bagaimana hubungan antara ukuran konsentrasi unggun terhadap laju sirkulasi� Bagaimana hubungan antara ukuran konsentrasi unggun terhadap laju sirkulasi

� Mencari material unggun yang sesuai dengan umur pakai yang lebih lama

� Perlu diketahui kondisi optimal untuk air limbah yang mengandung konsentrasi yang lebih

kompleks, dan pada suhu lingkungan.

12

TERIMA KASIH

13

Daftar Pustaka

Anaerobic Fluidized Bed Membrane Bioreactor for Wastewater TreatmentAnaerobic Fluidized Bed Membrane Bioreactor for Wastewater Treatment

Jeonghwan Kim, Kihyun Kim, Hyoungyoung Ye, Eunyoung Lee, Chungheon Shin, Perryl. Mc

Carty, and Jaeho Bae

Environ. Sci. Technol 45 (2011) 576–581

Activated Carbon Addition to a Submerged Anaerobic Membrane Bioreactor: Effect on

Performance, Transmembrane Pressure, and Flux

Alan Y. Hu and David C. Stuckey

Journal of Environmental Engineering 133(1) (2007), 73-80Journal of Environmental Engineering 133(1) (2007), 73-80

Parameters Governing Permeate Flux in an Anaerobic Membrane Bioreactor Treating

Low-Strength Municipal Wastewaters: A Literature Review

P. R. Berube, E. R. Hall, and P. M. Sutton

Water Environ. Res. 78(8) (2006), 887-896

http://en.citizendium.org/wiki/File:Membrane_Fouling.png14