1Pengolahan Limbah SecaraBiologis Bag. II

Agus Prasetya, PhD.MT.PPL

Jurusan Teknik Kimia FT-UGMApril 2005

Biodegradable OrganicsTidak semua senyawaorganik biodegradable.

Tabel disampingmenunjukkan tingkatanbiodegradabilitasberbagai senyawaorganik.

2Model Matematis Bio-Degradasi

Reaksi Bio-oksidasi senyawa organik:

senyawa2 + aO2 +N+P + Energyorganik

a (sel-sel baru) + CO2 + H2O + residu terlarutnon-biodegradablesel-sel mikro organisme

Persamaan Monod, untuk komponen tunggal:SK

XSadt

dSrs

vmS +==

.

S = konsentrasi substrate (bahan-bahan organik), ditunjukkan oleh BOD.m = kecepatan spesifik maksimum pertumbuhan mikroorganismeXv = padatan volatil tersuspensi total residu-residu yang terlarut, umumnya:

- padatan degradable 80% dari yang diperoleh pada reaksi diatas- padatan non-degradable 20% dari yang diperoleh pada reaksi diatas

Ks = konstanta Monod, yaitu konsentrasi substrat saat kecepatan berkurangnyasubstrat = 0,5 kecepatan maksimumnya.

a = koefisien yield dari biomassa/mikroorganisme (pada persamaan diatas).

Model Matematis Bio-Degradasi

Untuk sistem multikomponen persamaan Monod umumnya akan menyim-pang (karena BOD pada kasus ini merupakan kontribusi dari berbagaimacam senyawa).

Digunakan pendekatan semi-empirik:

)(.o

vS SSXK

dtdSr ==

Nilai K tergantung pada temperatur dan komposisi senyawa dalam limbah.

S = konsentrasi substrate (bahan-bahan organik), ditunjukkan oleh BOD.S0 = konsentrasi substrat mula-mula ( BOD mula-mula)Xv = padatan volatil tersuspensiK = konstanta biodegradasi, diperoleh dari eskperimen untuk berbagai limbah.

3Model Matematis Dasar untuk Design

Untuk sistem aliran PLUG-FLOW atau BATCH :

)/exp( ovbo

SXKSS =

Kb = konstanta biodegradasi (koefisien kinetika biodegradasi) untuk sistembatch atau plug-flow.

= waktu tinggal (retention time)Contoh sistem Plug Flow: Oxidation Ditch (Selokan Oksidasi) Aerobic-Trickling Filter

Model Matematis Dasar untuk Design

Untuk sistem MIXED FLOW :

om

v

oSSK

XSS =

Km = konstanta biodegradasi (koefisien kinetika biodegradasi) untuk sistem mixed-flow.

Jika tidak ada data spesifik yang tersedia, diasumsikan bahwa: Kb = Km = K.

Pada suhu antara 4 31oC, nilai K bervariasi dengan suhu mengikuti pers:

)20(20

= TCT oKK Dimana: K 1,03 1.10 (untuk limbah cair rumah-tangga, K 1,015)

4Model Matematis Bio-DegradasiBeberapa nilai K untuk air limbah organik

Proses penguraian sel-sel karena reaksi auto-oksidasi (respirasiendogenesis).

sel-sel mikro + b.O2organisme

CO2 + H2O + N + P + residu2 seluler non-biodegradable+ Energy

Oxygen Utilization and Sludge Yield

Fraksi degradable (yang dapat diuraikan oleh mikrobia) tergantung padaumur lumpur (sludge age) dan koefisien reaksi endogenesis:

cn

dd bX

XX += 1'

Xd = fraksi degradable dari VSS (volatile suspended solid)Xd= fraksi degradable dari VSS pada saat pembentukan sel-sel baru rata-

rata 0,8Xn = fraksi non-degradable dari VSS pada saat pembentukan sel-sel baru,

rata-rata 0,2 (= 1 Xd )b = koefisien reaksi endogenesis = fraksi biodegradable biomass yang teroksi-

dasi setiap waktu. c = umur lumpur aktif (sludge).

5Fraksi jumlah lumpur yang terbentuk (sludge generation) hasil dari oksidasi biologis untuk berbagai limbah air diperkirakan dengan:

tXbXSaX vdrv = .Sr = substrate terlarut yang dapat dihilangkan (soluble substrate removed)Xd = fraksi degradable dari VSS (volatile suspended solid)Xv = Total volatile suspended solid (VSS) dalam limbaha = biomass yield coefficient (koefisien pada reaksi biodegradasi).

Umur lumpur aktif dapat diestimasi dari (untuk recycle system):

tXbXSatX

XtX

vdr

v

v

vc == .

Kebutuhan Oksigen (Oxygen Requirement ):

tXXbSarOUR vdrre '.'. +==OURe = Oxygen Uptake Rate.

Kebutuhan Nutrient (Nutrient Requirement ):

Kebanyakan mineral, kecuali N dan P , biasanya tersedia dalam jumlahcukup dalam limbah.

Kebutuhan N dan P diperlukan secara langsung untuk: BOD removal (penurunan BOD) bio-oksidasi senyawa-senyawa organik; Sintesa sel-sel mikrobia;

Adakalanya, N dan P tidak cukup tersedia dalam limbah, sehingga perlutambahan (suplemen) dari luar.

6Tabel dibawah menunjukkan kebutuhan trace nutrient untuk oksidasi biologis.

Estimasi kebutuhan N dan P:

vd

vd XXXXN +=

8,08,007,0

8,0123,0

vd

vd XXXXP +=

8,08,001,0

8,0026,0

Perkiraan kebutuhan:

N 4.3 g N/100 g BOD removalP 0.6 g P/100 g BOD removal

7Note:

Beberapa persamaan lain yang diperlukan: lihat Chapt. 6 Eckenfelder (pp. 145-186)

Pelajari Example 6.1, 6.2 dan 6.3.

PR (individual): Problem 6.1; 6.2; 6.3.