Evaluasi Efektivitas Kinerja Bioreaktor Skala Rumah Tangga Dengan Aerasi Menggunakan Microbubble Generator Untuk Penguraian Bahan Organik Dalam Grey Water

ASA PARAMESTI, Wiratni, ST., MT. Ph.D; Dr. Ir. Aswati Mindaryani, M.Sc.

2019 | Tesis | MAGISTER TEKNIK KIMIA

Pengolahan air limbah domestik, khususnya grey water masih menjadi masalah yang belum tuntas di Indonesia. Grey water adalah limbah yang berasal dari aktivitas domestik manusia selain dari toilet. Grey water tidak hanya berasal dari rumah tangga namun juga dari kegiatan usaha, contohnya rumah makan, catering, laundry dan tempat pencucian kendaraan. Beberapa kota telah membangun pengolahan limbah komunal untuk mengolah grey water, namun kota-kota yang lain menemui kendala. Masalah yang ditemui adalah pengolahan limbah komunal membutuhkan lahan yang luas serta energi dan biaya operasional tinggi khususnya untuk aerasi. Kebutuhan lahan tersebut tidak dapat dipenuhi oleh daerah yang padat penduduk dimana ketersediaan lahan kecil serta topografi berbukit-bukit sehingga sulit untuk mengalirkan limbah ke satu tempat. Penelitian ini bertujuan untuk merancang alat pengolah limbah yang compact, pengoperasian yang mudah serta hemat energi dan biaya. Alat pengolah limbah menggunakan proses biologis secara aerob sesuai dengan karakteristik grey water yang merupakan low strength wastewater dengan sistem pertumbuhan melekat. Teknologi aerasi yang digunakan adalah microbubble generator tipe orifice porous pipe. Kelebihan MBG sebagai aerator adalah energi yang diperlukan kecil serta menciptakan microbubble yang mempunyai beberapa keuntungan, yaitu luas permukaan untuk transfer O2 besar, waktu tinggal gelembung dalam cairan lebih lama serta bahan organik mengalami micromixing. Penelitian ini mengkaji pengaruh variabel operasi MBG yaitu QL terhadap koefisien transfer massa oksigen (kL) dan efektifitas peruraian bahan organik. Selain itu, pengaruh COD umpan juga dikaji terhadap nilai koefisien kecepatan reaksi peruraian bahan organik oleh bakteri (k). Bioreaktor dioperasikan dengan variasi QL 15, 20, dan 25 liter per menit; variasi HRT 12, 36, dan 96 jam serta variasi konsentrasi COD umpan masuk ± 300, ± 600, dan ± 1.200 mg/L. Umpan masuk menggunakan artificial grey water yang terdiri dari gula, tepung tapioka, KH2PO4 dan urea. Hasil penelitian menyimpulkan bahwa kenaikan QL diikuti oleh kenaikan kL. Selain itu variasi QL, HRT dan konsentrasi COD umpan tidak berpengaruh secara signifikan terhadap nilai k. Nilai %COD removal yang dapat dicapai bioreaktor ini adalah 74,33 % hingga 96,46 %. Meskipun begitu, MLSS yang terukur pada effluent bioreaktor masih di atas baku mutu lingkungan yang ditetapkan oleh pemerintah sehingga masih diperlukan perlakuan lanjutan pada effluent. Kesimpulan hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa bioreaktor ini dapat menjadi alternatif teknologi pengolah limbah domestik karena performanya tidak terpengaruh terhadap fluktuasi debit dan konsentrasi COD air limbah yang masuk. Selain itu, MBG terbukti dapat memberikan oksigen yang cukup untuk bakteri dalam mengolah bahan organik grey water.

Domestic wastewater treatment especially grey water is still unfinished problem in Indonesia. Grey water is wastewater generated from human domestic activity, excluding toilet. Grey water does not only come from household, but also from business activites such as restaurant, catering, laundry and vehicle washing. Several city have built centralized wastewater treatment to treat grey water, but some cites encounter obstacles. The problems encountered are the fact that centralized wastewater treatment requires large footprint, high energy consumption, and cost especially for aeration. The need of large area can not be fulfilled in densely populated area with lack of land availability and also hilly landscape that make it difficult to drain the waste water to one place. Aim of this study was to design compact and easy operation grey water treatment with energy and cost saving. This grey water treatment use aerobic attached culture system that is suitable for grey water characteristic as low strength wastewater. Orifice porous pipe type MBG was used as aerator. The advantages of MBG as aerator are less energy consumption and was generating microbubble with wider surface area for oxygen transfer, longer bubble residence time, and micromixing effect of organic material. This study investigated the effect of operational variable of MBG (QL) on oxygen mass transfer coefficient (kL) dan the effectiveness of organic material digestion. This study also investigated the effect of COD concentration in bioreactor feed on the value of rate constant of the decomposition of organic material by bacteria (k_1). Bioreactor were operated with QL variation of 15, 20, and 25 liters per minute; HRT variation of 12, 36, and 96 hours, and also COD consentration of bioreactor feed of ± 300, ± 600,and ± 1.200 mg/L. The feed of bioreactor was artificial grey water consisting of cane sugar, tapioca starch, KH2PO4, and urea. This study concluded that the increase of QL was followed by the increase of kL. In addition, the variation of QL, HRT, and COD concentration of bioreactor feed did not significantly affect k values. The bioreactor reached 74,33 % to 96,46 % of COD removal. However, MLSS concentration in bioreactor effluent was still above the environmental standard set by government, so further treatment of bioreactor effluent was still needed. The conclution of this study confirmed that this bioreactor can be an alternative technology for grey water treatment because its performance was not affected by fluctuation in grey water debit and COD concentration. In addition, MBG was proven as aerator technology capable of fulfilling the oxygen required by bacteria to digest organic material in grey water.

Kata Kunci : grey water; pertumbuhan melekat; peruraian aerob; MBG; kinetika