activated sludge

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Perkembangan industri yang pesat dewasa ini tidak lain karena penerapan kemajuan teknologi oleh manusia untuk mendapatkan kualitas hidup yang lebih baik, namun di sisi lain dapat menimbulkan dampak yang justru merugikan kelangsungan hidup manusia. Dampak tersebut harus dicegah karena keseimbangan lingkungan dapat terganggu oleh kegiatan industri dan teknologi tersebut.  Jika keseimbangan lingkungan terganggu maka kualitas lingkungan juga berubah. Padahal kenyamanan hidup banyak ditentukan oleh daya dukung alam atau kualitas lingkungan yang mendukung kelangsungan hidup manusia.

            Buangan yang dihasilkan dari suatu proses produksi baik industri maupun domestic atau rumah tangga disebut limbah. Dimana masyarakat bermukim, disanalah berbagai jenis limbah akan dihasilkan. Ada sampah, ada air kakus atau biasa disebut black water, dan ada air buangan dari berbagai aktivitas domestik lainnya disebut juga grey water. Limbah, sampah, dan kotoran yang berasal dari rumah tangga, perusahaan, dan kendaraan merupakan masalah serius yang perlu diperhatikan untuk menciptakan kesehatan lingkungan. Pembuangan sampah rumah tangga dibiasakan pada tempat sampah, karena itu tempat sampah seharusnya selalu tersedia di lingkungan rumah tempat tinggal sesuai dengan jenisnya, sampah basah atau garbage, sampah kering atau rubbish, dan sisa-sisa industry atau industrial waste.

1.2  Tujuan Penulisan

1.      Untuk mengetahui pengertian activated sludge

2.      Untuk mengetahui prinsip kerja activated sludge

3.      Untuk mengetahui pemanfaatan activated sludge dalam pengolahan limbah cair

4.      Untuk mengetahui desain activated sludge

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Activated Sludge

      Lumpur aktif (activated sludge) adalah proses pertumbuhan mikroba tersuspensi yang pertama kali dilakukan di Inggris pada awal abad 19. Sejak itu proses ini diadopsi seluruh dunia sebagai pengolah air limbah domestik sekunder secara biologi. Proses ini pada dasarnya merupakan pengolahan aerobik yang mengoksidasi material organik menjadi CO2 dan H2O, NH4. dan sel biomassa baru. Udara disalurkan melalui pompa blower (diffused) atau melalui aerasi mekanik. Sel mikroba membentuk flok yang akan mengendap di tangki penjernihan (Gariel Bitton, 1994).

            Activated Sludge (Lumpur aktif) merupakan proses pengolahan secara biologis aerobik dengan mempertahankan jumlah massa mikroba dalam suatu reaktor dan dalam keadaan tercampur sempurna. Suplai oksigen adalah mutlak dari peralatan mekanis, yaitu aerator dan blower, karena selain berfungsi untuk suplai oksigen juga dibutuhkan pengadukan yang sempurna. Perlakuan untuk memperoleh massa mikroba yang tetap adalah dengan melakukan resirkulasi lumpur dan pembuangan lumpur dalam jumlah tertentu.

Pengaturan jumlah massa mikroba dalam sistem lumpur aktif dapat dilakukan dengan baik dan relatif mudah karena pertumbuhan mikroba dalam kondisi tersuspensi sehingga dapat terukur dengan baik melalui analisa laboratorium. Tetapi jika dibandingkan dengan sistem sebelumnya operasi sistem ini jauh lebih rumit. Khususnya untuk limbah industri dengan karakteristik khusus.

Lumpur aktif – lumpur partikel yang dihasilkan dalam limbah cair oleh pertumbuhan organisme diaerasi tank. Istilah ‘aktif’ datang dari fakta bahwa partikel berkerumun dengan bakteri, jamur, dan protozoa. Lumpur aktif adalah berbeda dengan lumpur primer yang partikel lumpur mengandung organisme hidup banyak yang dapat memberi makan pada air limbah yang masuk.

Proses lumpur aktif – Proses biologis pengolahan air limbah yang mempercepat up dekomposisi limbah. Lumpur aktif adalah ditambahkan ke air limbah, dan campuran aerasi dan gelisah. Setelah sejumlah waktu, lumpur aktif diperbolehkan untuk menyelesaikan oleh sedimentasi dan dibuang (terbuang) atau digunakan kembali (kembali ke aerasi tangki).

Gambar 1. Proses Activated Sludge

Lumpur aktif terdiri dari campuran komunitas mikroorganisme, sekitar 95 persen bakteri dan 5 persen organisme yang lebih tinggi (Protozoa, rotifer, dan lebih tinggi bentuk invertebrata). Yang khusus yang dianggap indikator mikroorganisme yang dapat diamati menggunakan murah mikroskop. Penting jumlah tertentu spesies dapat menunjukkan kondisi proses. Yang paling dominan mikroorganisme aerobik bakteri, tetapi ada juga besar populasi jamur dan protozoa.Rotifera dan nematoda paling sering ditemukan di sistem dengan aerasi yang panjang periode. Amoeboid bentuk, flagellata, dan ciliates yang yang paling umum protozoa dalam lumpur bekerja. Amoeboids mendominasi ‘Muda’ lumpur, seperti di tanaman start-up atau setelah, seperti marah sebagai beban kejut (bila kuat dibandingkan dengan curah biasa influen datang ke tanaman). Biasanya, sedikit atau tidak ada lumpur bentuk saat ini. Flagellata bebas-perenang dan mendominasi dalam cairan campuran cahaya selama makanan tinggi untuk mikroorganisme kondisi. Kehadiran mereka biasanya menunjukkan kualitas efluen miskin. Berenang bebas ciliates mendominasi sebagai F: rasio M menurun. Mengintai ciliates mendominasi bila ada kelimpahan bakteri. Effluent dan kualitas lumpur biasanya terbaik ketika jenis mikroorganisme mendominasi.

Lumpur aktif mengacu pada massa mikroorganisme dibudidayakan dalam proses pengobatan untuk memecah bahan organik menjadi karbon dioksida, air, dan senyawa anorganik lainnya. Proses lumpur aktif memiliki tiga komponen dasar: 1) reaktor di mana mikroorganisme disimpan dalam suspensi, diangin-anginkan, dan kontak dengan limbah mereka memperlakukan; 2) cair-padat pemisahan, dan 3) daur ulang sistem lumpur untuk kembali diaktifkan kembali lumpur ke awal proses. Ada banyak varian dari proses lumpur aktif, termasuk variasi dalam metode aerasi dan cara lumpur dikembalikan ke proses.

Sementara karya lumpur yang diaktifkan pengobatan telah dibangun di negara berkembang, pekerjaan sangat sedikit serta dimaksud. Lumpur aktif dapat sesuai di mana penghapusan tinggi polusi organik diperlukan, dana dan tenaga terampil yang tersedia untuk operasi dan pemeliharaan, dan tanah langka atau mahal. Sejak lumpur aktif memerlukan operasi terus-menerus dari blower dan pompa lumpur oksigen, pasokan energi yang stabil merupakan persyaratan utama. Sistem ini biasanya membutuhkan beberapa bentuk pretreatment, seperti skrining dan sedimentasi primer.

2.2 Prinsip Kerja Activated Sludge

Proses lumpur aktif (pertumbuhan tersuspensi) dan pengolahan film biologi (pertumbuhan lekat). Proses lumpur aktif memiliki beragam tipe , yakni tipe konvensional /standar, aerasi diperluas (extended aeration), parit oksidasi (oxidation ditch), proses nitrifikasi dan denitrifikasi.

Proses lumpur aktif pada prakteknya adalah mengalirkan air limbah kedalam bak yang di aliri udara (bak aerasi). Selanjutnya dalam bak tersebut akan tumbuh koloni bakteri berwarna kelabu hingga coklat-kehitaman. Koloni bakteri inilah yang disebut sebagai lumpur aktif. Koloni bakteri akan terus tumbuh membesar sehingga membentuk gumpalan (flok). Gumpalan – gumpalan ini kemudian di endapkan di bak pengendap II, dengan cara mengalirkan air limbah dari bak aerasi.

Endapan lumpur yang terbentuk di bagian bawah bak pengendap sebagian dibuang dan sebagian yang lain dikembalikan ke bak aerasi, dan cairan yang ada dibagian atas bak pengendap akan tampak jernih. Cairan yang jernih ini adalah air limbah yang sudah bersih dari bahan organik pencemar.

Prinsip dasar sistem lumpur aktif yaitu terdiri atas dua unit proses utama, yaitu bioreaktor (tangki aerasi) dan tangki sedimentasi. Dalam sistem lumpur aktif, limbah cair dan biomassa dicampur secara sempurna dalam suatu reaktor dan diaerasi. Pada umumnya, aerasi ini juga berfungsi sebagai sarana pengadukan suspensi tersebut. Suspensi biomassa dalam limbah cair kemudian dialirkan ke tangki sedimentasi (tangki dimana biomassa dipisahkan dari air yang telah diolah). Sebagian biomassa yang terendapkan dikembalikan ke bioreaktor, dan air yang telah terolah dibuang ke lingkungan (Badjoeri et al., 2002). Agar konsentrasi biomassa di dalam reaktor konstan (MLSS = 3 - 5 gfL), sebagian biomassa dikeluarkan dari sistem tersebut sebagai excess sludge. Skema proses dasar sistem lumpur aktif dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Skema Proses Lumpur Aktif

Dalam sistem tersebut, mikroorganisme dalam biomassa (bakteri dan protozoa) mengkonversi bahan organik terlarut sebagian menjadi produk akhir (air, karbon dioksida), dan sebagian lagi menjadi sel (biomassa). Oleh karena itu, agar proses perombakan bahan organik berlangsung secara optimum syarat berikut harus terpenuhi bahwa:

1)      polutan dalam limbah cair harus kontak dengan mikroorganisme,

2)      suplai oksigen cukup,

3)      kecukupan nutnien,

4)      kecukupan waktu tinggal (waktu kontak),

5)      kecukupan biomasa (jumlah dan jenis).

Tujuan pengolahan limbah cair dengan sistem. lumpur aktif dapat dibedakan menjadi 4 (empat) yaitu:

1)      pemisahan senyawa karbon (oksidasi karbon)

2)      pemisahan senyawa nitrogen

3)      pemisahan fosfor

4)      stabilisasi lumpur secara aerobik simultan

Mekanisme Pengolahan Limbah dengan Sistem Lumpur Aktif

Aliran umpan air limbah atau subtrat, bercampur dengan aliran lumpur aktif yang dikembalikan sebelum masuk rektor. Campuran lumpur aktif dan air limbah membentuk suatu campuran yang disebut cairan tercampur (mixed liquor). Memasuki aerator, lumpur aktif dengan cepat memanfaatkan zat organik dalam limbah untuk didegradasi. Kondisi lingkungan aerobik diperoleh dengan memberikan oksigen ke tangki aerasi. Pemberian oksigen dapat dilakukan dengan penyebaran udara tekan, aerasi permukaan secara mekanik, atau injeksi oksigen murni. Aerasi dengan difusi udara tekan atau aerasi mekanik mempunyai dua fungsi, yaitu pemberi udara dan pencampur agar terjadi kontak yang sempurna antara lumpur aktif dan senyawa organik di dalam limbah (Badjoeri et al., 2002).

Pada tangki pengendapan (clarifier ), padatan lumpur aktif mengendap dan terpisah dengan cairan sebagai effluent. Sebagian lumpur aktif dari dasar tangki pengendap dipompakan kembali ke reaktor dan dicampur dengan umpan (subtrat) yang masuk, sebagian lagi dibuang. Dalam reaktor mikroorganisme mendegradasi bahan-bahan organik dengan persamaan stoikiometri pada reaksi di bawah ini (Metcalf dan Eddy,1991):

Pada pemisahan senyawa karbon (bahan organik), polutan berupa bahan organik dioksidasi secara enzimatik oleh oksigen yang berada dalam limbah cair. Jadi, senyawa karbon dikonversi menjadi karbon dioksida. Eliminasi nutrien (nitrogen dan fosfor) dilakukan terutama untuk mencegah terjadinya eutrofikasi pada perairan (Badjoeri et al., 2002).

          Gambar 3. Proses Lumpur Aktif

Cara kerja :

1)      Setelah dilakukan penyaringan dan equalisasi, air limbah dimasukkan kedalam bak pengendap awal untuk menurunkan suspended solid.

2)      Limbah cair dimasukkan ke dalam tangki aerasi di mana terjadi pencampuran dengan mikroorganisme yang aktif (lumpur aktif). Mikroorganisme inilah yang melakukan penguraian dan menghilangkan kandungan organik dari limbah secara aerobik. Oksigen yang dibutuhkan untuk reaksi mikroorganisme tersebut diberikan dengan cara memasukkan udara ke dalam tangki aerasi dengan blower.Aerasi ini juga berfungsi untuk mencampur limbah cair dengan lumpur aktif, hingga terjadi kontak yang intensif.

3)      Campuran limbah cair yang sudah diolah dan lumpur aktif dimasukkan ke tangki sedimentasi di mana lumpur aktif diendapkan, sedangkan supernatant dikeluarkan sebagai effluen dari proses.

4)      Sebagian besar lumpur aktif yang diendapkan di tangki sedimentasi tersebut dikembalikan ke tangki aerasi sebagai return sludge supaya konsentrasi mikroorganisme dalam tangki aerasinya tetap sama dan sisanya dikeluarkan sebagai excess sludge.

2.3 Pemanfaatan Activated Sludge dalam Pengolahan Limbah Cair

Pengolahan air limbah pada umumnya dilakukan dengan menggunakan metode biologi. Metode ini merupakan metode yang paling efektif dibandingkan dengan metode kimia dan fisika. Proses pengolahan limbah dengan metode biologi adalah metode yang memanfaatkan mikroorganisme sebagai katalis untuk menguraikan material yang terkandung di dalam air limbah. Mikroorganisme sendiri selain menguraikan dan menghilangkan kandungan material, juga menjadikan material yang terurai tadi sebagai tempat berkembang biaknya. Pengolahan lumpur aktif (activated sludge) adalah merupakan proses pengolahan air limbah yang memanfaatkan proses mikroorganisme tersebut.

Dewasa ini lumpur aktif (activated sludge) merupakan pengolahan air limbah yang paling banyak dipergunakan, termasuk di indonesia, hal ini mengingat metode lumpur aktif dapat dipergunakan untuk mengolah air limbah dari berbagai jenis industri seperti industri pangan, perhotelan, rumah tinggal, sekolah, bahan pabrik dan lain sebaginya. ​

Dengan menerapkan sistem ini didapatkan air bersih yang tidak lagi mengandung senyawa organik beracun dan bakteri yang berbahaya bagi kesehatan. Air tersebut dapat dipergunakan kembali sebagai sumber air untuk kegiatan industri selanjutnya. Diharapkan pemanfaatan sistem daur ulang air limbah akan dapat mengatasi permasalahan persediaan cadangan air tanah demi kelangsungan kegiatan industri dan kebutuhan masyarakat akan air. ​

Air tersebut dapat dipergunakan kembali sebagai sumber air untuk kegiatan industri selanjutnya. Air daur ulang yang kami kerjakan dapat dimanfaatkan dengan aman untuk kebutuhan konsumsi air seperti cooling tower, boiler laundry, toilet flusher, penyiraman tanaman, general cleaning, fish pond car wash dan kebutuhan air yang lainnya.​

Kelebihan Activated Sludge dalam Pengolahan Limbah Cair :

1)      daya larut oksigen dalam air limbah lebih besar

2)      efisiensi proses lebih tinggi

3)      cocok untuk pengolahan air limbah dengan debit kecil untuk polutan organik yang susah terdegradasi

4)      Lumpur aktif adalah bentuk terbaik didokumentasikan dan paling banyak digunakan pengolahan limbah sekunder

5)      Sistem lumpur aktif dapat diterapkan untuk hampir semua jenis limbah cair industri pangan, baik untuk oksidasi karbon, nitrifikasi, denitrifikasi, maupun eliminasi fosfor secara biologis.

6)      Proses itu sendiri memiliki fleksibilitas dan modifikasi banyak dapat disesuaikan untuk memenuhi kebutuhan spesifik (misalnya untuk menghilangkan nitrogen).

Kekurangan Activated Sludge dalam Pengolahan Limbah Cair :

1)      Areal instalasi luas, sehingga membutuhkan dana investasi cukup besar, akibatnya pemanfaatan teknologi lumpur aktif menjadi tidak efisien di Indonesia.

2)      Proses operasional yang rumit mengingat proses lumpur aktif memerlukan pengawasan yang cukup ketat seperti kondisi suhu dan bulking control proses endapan.

3)      membutuhkan operator terlatih yang dapat memonitor sistem dan bereaksi terhadap perubahan segera.

4)      Membutuhkan energi yang besar

5)      Membutuhkan operator yang terampil dan disiplin dalam mengatur jumlah massa mikroba dalam reactor

6)      Membutuhkan penanganan lumpur lebih lanjut.

2.4 Desain Activated Sludge

Parameter desain penting untuk sistem lumpur aktif adalah tingkat pembebanan, konsentrasi biomassa, konsentrasi oksigen terlarut, lama waktu aerasi, umur lumpur, dan suplai oksigen. Konsentrasi mikroorganisme (biomassa) diukur dari konsentrasi padatan tersuspensi (Mixed Liquor Suspended Solids/MLSS). Untuk pengolahan limbah cair dalam jumlah kecil, sistem lumpur aktif didesain dan dioperasikan pada beban rendah (< 0,05 kg BOD5/kgMLSS.hari) atau umur lumpur sangat tinggi (< 25 hari), sehingga tidak diperlukan pembuangan sludge (stabilisasi sludge), karena laju pertumbuhan sama dengan laju perombakan mikroorganisme (Anonim, 2007).

Selain tangki aerasi, unit operasi lain yang penting dalam sistem lumpur aktif adalah unit sedimentasi untuk memisahkan biomassa dari limbah cair yang telah diolah. Tangki sedimentasi untuk sistem lumpur aktif biasanya didesain untuk waktu tinggal hidrolik 2 sampai 3,5 jam dengan laju pembebanan sekitar 1 sampai dengan 2 m/jam (Anonim, 2007).

            

               

Indonesia dalam satu dasa warsa ini dikenal sebagai penghasil tekstil yang besar disamping India dan Pakistan. Dalam proses produksi industri tekstil banyak menggunakan bahan kimia dan air. Bahan kimia yang digunakan antara lain untuk proses pencucian, pemutihan, dan pewarnaan. Akibat dari itu pencemaran lingkungan menjadi masalah bagi masyarakat yang tinggal disekitar industri tekstil. Mengingat pentingnya industri tekstil sebagai penghasil devisa negara dan perlunya perlindungan lingkungan, maka diperlukan adanya teknologi pengolah limbah tekstil yang handal. Salah satu contoh pengolahan limbah tekstil yang hingga saat ini beroperasi adalah pengolahan limbah tekstil.

          Proses pengolahan air limbah terbagi atas tiga tahap pemprosesan, yaitu :

1)      Proses primer yang meliputi penyaringan kasar, penghilangan warna, ekualisasi, penyaringan halus, pendinginan.

2)      Proses sekunder yang meliputi proses biologi dan sedimentasi.

3)      Proses tersier yang merupakan tahap lanjutan dengan penambahan bahan kimia.

           Melalui upaya pengelolaan yang telah dilakukan, maka air limbah yang dibuang tidak akan mencemari lingkungan. Sistem pengolah limbah yang digunakan merupakan perpaduan antara proses fisika, kimia, dan biologi. Proses yang berperan dalam pengurangan bahan pencemar adalah proses biologi yang menggunakan sistem lumpur aktif dengan aerasi lanjutan (extended aeration). Selain limbah cair terdapat pula limbah padat yang berupa lumpur, hasil samping dari sistem pengolahan yang digunakan. Lumpur hasil olahan digunakan sebagai bahan campuran pembuatan conblock dan batako press serta pupuk organik. Hal ini merupakan salah satu alternatif dalam memanfaatkan kembali limbah padat.

Gambar 4. Unit Pengolah Limbah Tekstil



Gambar 5. Bak penampung yang masih panas.


Gambar 6. Bak pengendap pertama



Gambar 7. Pemberian koagulan (ferro sulfat) untuk menghilangkan warna.


Gambar 8. Bak pengendap (clarifier) setelah diberi koagulan ferro sulfat.



Gambar 9. Menara pendingin (Colling Tower) sebelum air masuk ke dalam bak aerasi.


Gambar 10. Bak aerasi tahap petama



Gambar 11. Lumpur aktif dari bak pengendap akhir dikembalikan ke bak aerasi tahap pertama.



Gambar 12. Bak pengendap akhir



Gambar 13. Contoh air di bak pengendap akhir.



Gambar 14. Air hasil olahan sebelum dibuang ke lingkungan.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Activated Sludge (Lumpur aktif) merupakan proses pengolahan secara biologis aerobik dengan mempertahankan jumlah massa mikroba dalam suatu reaktor dan dalam keadaan tercampur sempurna. Suplai oksigen adalah mutlak dari peralatan mekanis, yaitu aerator dan blower, karena selain berfungsi untuk suplai oksigen juga dibutuhkan pengadukan yang sempurna. Perlakuan untuk memperoleh massa mikroba yang tetap adalah dengan melakukan resirkulasi lumpur dan pembuangan lumpur dalam jumlah tertentu.

Prinsip dasar sistem lumpur aktif yaitu terdiri atas dua unit proses utama, yaitu bioreaktor (tangki aerasi) dan tangki sedimentasi. Dalam sistem lumpur aktif, limbah cair dan biomassa dicampur secara sempurna dalam suatu reaktor dan diaerasi. Pada umumnya, aerasi ini juga berfungsi sebagai sarana pengadukan suspensi tersebut. Suspensi biomassa dalam limbah cair kemudian dialirkan ke tangki sedimentasi (tangki dimana biomassa dipisahkan dari air yang telah diolah). Sebagian biomassa yang terendapkan dikembalikan ke bioreaktor, dan air yang telah terolah dibuang ke lingkungan.

3.2 Saran

Dengan menerapkan sistem ini didapatkan air bersih yang tidak lagi mengandung senyawa organik beracun dan bakteri yang berbahaya bagi kesehatan. Air tersebut dapat dipergunakan kembali sebagai sumber air untuk kegiatan industri selanjutnya. Diharapkan pemanfaatan sistem daur ulang air limbah akan dapat mengatasi permasalahan persediaan cadangan air tanah demi kelangsungan kegiatan industri dan kebutuhan masyarakat akan air.