Bioaugmentasi dalam Pengolahan Limbah

Bioaugmentasi merupakan proses penambahan produk bakteri ke dalam air limbah untuk menambah efisiensi proses biologis. Fermentasi merupakan salah satu bentuk dari bioaugmentasi. Fermentasi jus terpasteurisasi dapat diawali dengan penambahan sendimen dasar yang diperoleh dari proses batch anggur yang baik.

Kultur mikroba sekarang banyak digunakan dalam tempat pembuatan bir, perusahaan susu, tempat produksi obat-obatan dan industri-industri lainnya. Pengetahuan tentang organisme spesifik yang dapat tumbuh optimal pada kondisi tertentu dapat bermanfaat dalam menghasilkan produk ataupun hasil. Seperti contohnya, dengan pengguanaan kultur awalan yang berbeda, sebuah industri susu dapat memproduksi bermacam-macam produk keju dari produk susu yang sama.

Selain itu, kultur mikroba dapat berguna dalam proses pengolahan air limbah meskipun kondisi yang telah teridentifikasi dengan baik sangat jarang dilakukan dalam pengolahan limbah. Air limbah merupakan campuran material kompleks dan membutuhkan berbagai varietas kultur mikroba untuk pengolahan. Karena kondisi [ertumbuhan dari kultur ini sangat bervariasi, hasil yang dihasilkan dalam proses bioaugmentasi tidak dapat diprediksi dengan mudah.

Bubuk kering ataupun suspensi cair  merupakan hasil dari kebanyakan dari proses augmentasi. Beberapa produk dapat berbentuk sebuah pasta. Produk bubuk kering diproduksi kebanyakan dari proses pengeringan dengan udara. Lyophilization merupakan proses pengeringan pada kondisi dingin. Namun proses ini jarang digunakan karena biaya yang dibutuhkan cukup banyak dibanding dengan proses lainnya.

Suspendi cair diproduksi dengan pertumbuhan  bakteri dalam media cair dengan penambahan agen stabilisasi untuk mendukung kelangsungan hidup dari bakteri. Bubuk kering lebih stabil daripada suspensi cair.

Kebanyakan dari produk bioaugmentasi harus disimpan dalam temperatur antara 4 sampai 32 derajat celcius. Sedangkan produk kering dapat mengadsorp uap dengan cepat dan harus diisolasi dari lingkungan agar hal itu tidak terjadi. Untuk kebanyakan pasta disimpan dalam kulkas.

Kebanyakan dari produk efektif bioaugmentasi tidak akan mudah saat konsentrasi bakterinya tinggi. Industri dari produk bioaugmentasi bergantung pada bakteri dengan spesies yang berbeda-beda. Ada 2 genera bakteri yang umumnya ditemukan dalam produksi bioaugmentasi yaitu Pseudomonas dan Bacillus. Penggunaan produk bioaugmentasi dapat menjadi cukup murah apabila dalam proses pengolahannya berjalan secara efisien.

Pencernaan aerobik tersusun dari 2 proses yang berbeda, pada umumnya berhubungan dengan tahap pertama dan kedua. Proses tahap pertama yaitu proses pemecahan padatan dan produksi dari asam volatil. Proses tahap kedua yaitu konsumsi dari asam volatil oleh pasangan bakteri metanogenik dengan memproduksi metana dan gas karbondioksida. Jika dalam produk bioaugmentasi tidak mengandung bakteri metanogenik, produksi akan meningkat karena hasil asam volatil yang lebih banyak yang dapat dikonsumsi pada reaksi tahapan kedua.

Ada 2 genera bakteri yang mampu mengubah amonium menjadi nitrit dan mengubah nitrit menjadi nitrat yaitu Nitrosomonas dan Nitrobacter, tepatnya. Akan tetapi kehadiran 2 genera bakteri ini tidak menjamin proses nitrifikasi dapat berlangsung.

Berikut beberapa kondisi lingkungan yang mampu mempengaruhi proses nitrifikasi :

a. Konsentrasi substrat atau amonium sulfat.

b. Konsentrasi oksigen terlarut.

c. Konsentrasi alkalinitas bikarbonat.

d. Konsentrasi bakteri nitrifikasi.

e. Waktu tinggal hidraulik.

f. Temperatur limbah.

Banyak produk bioaugmentasi mengandung bakteri tanah yang termutasi. Pada kondisi alami, mutasi terjadi dalam tingkatan rendah. Prose mutasi ini dapat dipercepat melalui aplikasi dari spesifik teknik, hasilnya :

a. Tidak terlihat jelas perubahan dalam aktivitas mikroba.

b. Eliminasi dari aktivitas spesifik.

c. Reduksi dari aktivitas spesifik.

d. Kenaikan dari aktivitas spesifik.

e. Pembentukan dari aktivitas total terbaru, namun jarang terjadi.

Read More

Senyawa organik dalam pengolahan limbah Industri

Senyawa Organik dalam air limbah berasal dari bermacam-macam sumber. Limbah domestik tersebut yaitu sayuran, hewan, dan manusia ataupun senyawa buatan manusia seperti sabun, detergen sintetis dan senyawa kimia dari rumah tangga. Bergantung pada sumber limbah, senyawa organik mungkin bisa berupa komponen utama dari aliran limbah atau sebagai komponen minor dari level trace.

Kontaminan dan polutan adalah toksik jika mereka mempunyai potensi untuk menghambat proses pengolahan biologis, berdampak pada kesehatan dan keselamatan manusia, atau menyebabkan kerusakan lingkungan pada ikan, ataupun komponen sensitif dari suatu ekosistem.

Suatu senyawa kimia disebut mutagen apabila menyebabkan perubahan kode genetik dari keadaan sebelumnya. Selain itu ada beberapa senyawa organik yang dapat merusak daur reproduktif dan menyebabkan kerusakan permanen untuk berkembang.

Karbon, hidrogen, dan oksigen merupakan elemen utama yang menyusun senyawa organik, sedangkan nitrogen, fosfor dan sulfur merupakan elemen minor. Komponen organik dapat juga mengandung atom halogen, logam dan elemen lainnya. Komponen utama senyawa organik yang ada dalam aliran limbah kebanyakan adalah protein, karbohidrat dan lipid.

Struktur kimia dari suatu senyawa dapat mempengaruhi ketoksikan dan lingkungan dari proses pengolahan air limbah. Grup yang sering dijumpai sebagai senyawa toksik adalah hidrokarbon alifatik, hidrogen alifatik terhalogenasi, alkohol alifatik, hidrokarbon aromatik dan hidrokarbon aromatik terhalogenisasi.

Selain itu, struktur kimia dari senyawa organik menentukan sifat fisika dan kimianya. Sifat tersebut seperti kelarutan, tekanan uap, difusuvitas, n-octaol dan koefisien partisi. Koefisen partisi ini mempengaruhi teransfer, partisi, dan pertukaran senyawa organik antar cairan, pdatan dan fase gas. Kemampuan dari senyawa organik untuk mengendapkan dalam reaksi bilogis dan nonbiologis seperti oksidasi, reduksi, hidrolisis, fotolisis, dan polimerisasi dikontrol oleh struktur kimia dan sifatnya.

Ada beberapa cara untuk menghitung kandungan senyawa organik, hal ini bergantung pada perbedaan sifat dari senyawa. Senyawa organik dapat dihitung secara kolektif menggunakan analisis nonspesifik untuk menentukan seluruh zat yang terkandung dalam air limbah. Sedangkan untuk alternatifnya kita dapat mengidentifikasi dengan analisis spesifik. Spesifik analisis lebih sensitif daripada analisis nonspesifik dan dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi.

Nilai BOD merupakan jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh organisme untuk mengoksidasi karbon organik menjadi karbon dioksida dan nitrat organik menjadi nitrat. BOD dapat dibagi menjadi COD atau Carbonaceous Biochemical Oxygen Demand dan NBOD atau Nitrogenous Biochemical Oxygen Demand.

Nilai BOD dari sampel dapat dihitung dengan menginkubasi air limbah dengan kehadiran cukup banyak dari oksigen dan bakteri pada temperatur konstan selama periode waktu yang tetap. Laju kosidasi mikrobiologis dari senyawa organik dalam tes BOD bergantung pada tipe dari kehadiran zat organik dalam air limbah, tipe organisme yang digunakan saat tes, kehadiran nutrisi, pH dan temperatur, dan kehadiran senyawa-senyawa toksik.

Sedangkan nilai COD merupakan sebuah pengukuran kuantitas dari zat organik yang dapat dioksidasi dengan oksidan kimia yang kuat dengan kehadiran dari asam sulfat. Tidak semua komponen organik dapat dioksidasi dengan tes COD. Senyawa organik yang volatil hanya bisa dioksidasi pada tingkat disaat mereka tidak mengalami volatil dan keluar dari tabung tes.

Selain itu terdapat istilah ThOD, ThOD merupakan jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi semua karbon organik pada sampel menjadi karbon dioksida dan semua nitrogen organik menjadi nitrat. Kompenen utama dari ThOD yaitu CThOD atau Carbonaceous Oxygen Demand dan NThOD atau Nitrogenous Oxygen Demand.

Senyawa organik dapat dianalaisis dengan berbagai teknik. Teknik yang digunakan untuk mendeteksi dan kuantifikasi dari air limbah dapat ditentukan dari volatilitas, polaritas dan berat molekul senyawa. Berikut adalah beberapa prosedur untuk melakukan hal tersebut yaitu :

a. Isolasi atau ekstraksi dari senyawa organik dari air limbah.

b. Konsentrasi dari campuran zat organik ditentukan tingkatannya.

c. Pemisahan dari kontaminan.

d. Deteksi dan Identifikasi dari seyawa.

e. Kuantifikasi dari senyawa.

Memprediksi kandungan senyawa organik mempunyai beberapa kesulitan, yaitu adanya proses degradasi, menguapnya ke fase gas, dan menempelnya pada padatan. Beberapa sifat fisik dan kimia dari senyawa organik yang sangat mempengaruhi yaitu kelarutan, difusivitas, tekanan uap, oktanol ataupun koefisien partisi air dan koefisien adsorpsi. Sifat ini mempengaruhi kecenderungan dari senyawa organik dalam transfer ke fasa lain ataupun proses transformasi oleh senyawa kimia, fotokimia dan rekasi biologis.

Mekanisme pembuangan senyawa organik yang begitu signifikan yaitu proses transformasi biologis atau biodegradasi. Untuk senyawa organik yang terbiodegradasi secara perlahan, mekanisme pembuangan lain dapat bersaing dengan mekanisme biodegradasi dalam fraksi terbuang. Namun perlu diketahui bahwa senyawa organik mampu berikatan dengan partikel padatan dalam air limbah dan dibuang melalui proses sendimentasi.

Read More

Logam berat dalam pengolahan limbah

Logam umumnya ditemukan dalam limbah perkotaan seperti cadmium, copper, lead, mercury, nickel dan zinc. Hadirnya logam-logam berat ini dapat menyebabkan air lebih berasa asam daripada tanpa adanya logam berat ini. Dalam air limbah, kehadiran dari konsentrasi logam berat yang tinggi merupakan masalah yang cukup serius yaitu :

·         Menghalangi aktivitas biologis pada sistem pengolahan tahap dua.

·         Memburuknya aktivitas biologis pada sistem pengolahan tahap dua.

·         Menghalangi Proses nitrifikasi biologi.

·         Menimbunnya logam-logam berat pada endapan limbah dan mencegah penguraiannya dengan insinerasi atau aplikasi lahan.

·         Menghalangi proses pencernaan limbah secara anaerobik.

·         Menyebabkan kefek kerugian pada lingkungan ketika pembuangan ke permukaan air.

Pemisahan logam dari air limbah adalah sebuah fungsi dari kemampuan untuk mebagi-bagi ke dalam endapan primer ataupun sekunder sekaligus efisiensi dari proses perlakuan dalam pemisahan endapan.

Salah satu pemisahan metal yaitu sendimentasi primer. Sendimentasi primer dapat dilakukan dengan proses fisis tergantung endapan yang dapat dipisahkan. Konsentrasi influen dari logam dan persen yang dapat diendapkan tidak berhubungan. Bervariasinya pemisahan logam ini disebabkan oleh berbedanya efisiensi dari proses penjernihan ataupun karakteristik kimia atau fisika dari influen. Logam berat dalam limbah primer memasuki unit lumpur aktif baik dibuang melalui lumpur sekunder atau tetap dalam limbah. Derajat pembuangan bergantung partisi dalam biomassa lumpur aktif.

Meskipun sedikit konsentrasi dari logam berat dibutuhkan dalam pertumbuhan biologis, konsentrasi tinggi dari logam berat dapat menginhibisi atau toksik. Tingkat toksik ini dipercaya dapat disebabkan adanya ion logam bebas dalam fase larutan. Ion logam dapat berikatan atau membentuk kompleks tidak aktif dengan elektron yang tidak digunakan pada sisi aktif dari kebanyakan enzim.

Ada beberapa cara untuk mendeteksi adanya inhibitor dan efek dari toksik logam berat pada sistem lumpur aktif. Berikut merupakan beberapa indikator tersebut :

·         Penurunan dalam aktivitas protozoa.

·         Hilangnya protozoa dalam air limbah.

·         Penurunan dalam laju uptake oksigen.

·         Naiknya konsentrasi nitrit.

·         Turunnya kualitas air limbah.

·         Peningkatan letalitas selama pengujian bioassay secara langsung.

Logam berat dalam aliran air limbah terdistribusi antara fase padatan dan cairan. Bagian dari logam yang berhubungan dengan padatan yang tertahan oleh filter berukuran 0,45 mikrometer  diklasifikasikan sebagai logam fase padat. Sedangkan bagian terlarut akan melewati penyaringan dari filter. Pada fase terlarut, logam berbentuk ion bebas ataupun kompleks terlarut. Pada fase padatan berbentuk endapan padat ataupun biomassa lumpur aktif.

Logam berat dapat membentuk kompleks terlarut pada air limbah melalui proses kompleksasi. Proses ini merupakan proses ketika sebuah muatan positif dari ion logam berikatan dengan sebuah molekul atau ion bermuatan yang disebut sebagai ligan atau agen kompleks. Agen kompleks pada umumnya ditemui dalam air limbah dalam bentuk organik maupun inorganik.Agen kompleks inorganik umumnya seperti karbonat, hidroksida, sulfat dan amonia.

Selain kompleksitasi, ada distribusi metal akibat proses presipitasi. Proses ini ketika kelarutannya terbatas tercapai. Kelarutan logam dalam larutan cair utamanya dipengaruhi oleh fungsi dari pH dan ion pesaing.

Sorption menjelaskan interaksi fisik dan kimia antara logam dan partikulat pada aliran proses air limbah. Tiga proses utama sorption yaitu adsoprtion, kompleksasi dan pertukaran ion. Reaksi sorption logam dipercaya berlangsung dengan cepat. Kebanyakan dari metal yang terlarut dibuang pada tahap pertama, namun tahap kedua kurang begitu signifikan.

Selain beberapa cara  diatas, dapat dilakukan dengan pengambilan biologis. Pengambilan logam olem lumpur aktif dapat dilakukan jika dalam proses kimia dan fisika tidak begitu signifikan. Hal itu dapat dilakukan dalam media yang berisi kultur bakteri, timah, dan tembaga.

Distribusi logam dalam operasi dipengaruhi oleh karakteristik fisik dan kimia dan juga faktor operasi. Faktor kimia dan fisika yang signifikan mempengaruhi persebaran logam yaitu pH, konsentrasi dari endapan terlarut dan logam total, dan kekuatan dan konsentrasi dari kompleks ligan. Sedangkan faktor yang penting dalam parameter operasional yaitu waktu retention logam dari sistem.

Read More