Pengolahan Biologis Teori yang Mendasari
Menurut Bitton 1994, mekanisme proses metabolisme di dalam sistem biofilm dalam suasana aerobik secara sederhana dapat dilihat pada Gambar3.
Gambar3 Mekanisme metabolisme di dalam reactor Bitton 1994
Gambar ini menunjukkan suatu sistem metabolisme yang terdiri dari medium penyangga, lapisan biofilm yang melekat pada pada medium, lapisan air
yang diolah dan lapisan udara yang terletak di luar. Senyawa polutan yang ada di dalam air seperti amonium, nitrat, phospor, dan senyawa organik lainnya akan
terdifusi ke dalam lapisan atau film biologis yang melekat pada permukaan medium. Pada saat yang bersamaan dengan menggunakan oksigen yang terlarut di
dalam air, senyawa polutan tersebut akan diuraikan oleh mikroorganisme yang ada di dalam lapisan biofilm dan energy yang dihasilkan akan diubah menjadi
biomassa. Suplai oksigen pada lapisan biofilm dapat dilakukan dengan beberapa. Cara misalnya pada sistem RBC yakni melalui kontak dengan udara luar, pada
sistem trickling filter dengan aliran balik udara, sedangkan pada sistem fixed bedreactor
tercelup dengan mengunakan blower udara dan dibantu dengan pompa sirkulasi.
Di dalam proses biologis ini apabila ini apabila lapisan biofilm cukup tenang, maka pada bagian luar lapisan biofilm akan berada dalam kondisi aerobik
sedangkan pada bagian dalam biofilm yang melekat pada medium akan berada dalam kondisi anaerobik. Pada kondisi anaerobik akan terbentuk gas H
2
S,dan jika
konsentrasi oksigen terlarut cukup besar maka gas H
2
S yang terbentuk tersebut akan diubah menjadi sulfat SO
4
oleh baktri sulfat yang ada di dalam biofilm. Pada zona aerobik, nitrogen-amonium akan diubah menjadi nitrit dan nitrat
kemudian pada zona anaerobik nitrat yang terbentuk mengalami proses denitrifikasi menjadi gas nitrogen. Dalam proses biologis terjadi kondisi aerobik
dan anaerobik pada saar bersamaan , oleh karena itu dengan sistem biofilm ini proses penyisihan senyawa nitrogen menjadi lebih mudah Bitton 1994.
Menurut Metcalf dan Eddy 2003 proses metabolisme pada mikroorganisme adalah sebagai berikut:
Oksidasi COHNS + O
2
+ bakteri CO
2
+ NH
3
+ produk +energy akhir Materi organik Sintesa
COHNS + O
2
+ bakteri + energi C
5
H
7
NO
2
Materi organik Respirasi
C
5
H
7
NO
2
+ 5 O
2
5 CO
2
+ NH
3
+ 2H
2
O + energi Pelezar dan Chan 1996 mengatakan bahwa pengolahan biologi efektif
dalam menyisihkan bahan-bahan organik. Beberapa factor yang mempengaruhi efisiensi proses pengolahan antara lain:
1. Suhu temperatur air Suhu optimal antara 20
o
C-30
o
C dan efisiensi pengolahan akan berkurang pada temperature yang lebih rendah atau lebih tinggi.
2. Nilai pH Nilai pH optimal antara 7-7,5
3. Oksigen terlarut Oksidasi dan penguraian dari zat-zat organik, nitrifikasi amonia dengan
mikroorganisme membutuhkan oksigen, sehingga apabila menginginkan efisiensi lebih tinggi perlu ditambahkan aerasi atau suplai udara.
4. Penghambat Kehadiran dari beberapa pencemar seperti logam berat, minyak, zat organik
berbahaya, tanah dan pasir halus yang tersuspensi menutup lapisan biofilm dapat menghambat aktivitas biologis.Sehingga efisiensi pengolahan berkurang.
5. Frekuensi kontak Frekuensi kontak dapat diartikan sebagai kapasitas pengolahan per unit luas
permukaan biofilm. Frekuensi kontak antara air yang akan diolah dengan biofilm semakin tinggi maka efisiensi penyisihan akan meningkat.
Dalam proses pengolahan air yang mengandung polutan senyawa organik, teknologi yang digunakan sebagian besar menggunakan aktivitas mikroorganisme
untuk menguraikan senyawa organik polutan tersebut Miwa 1991. Fixed bed reactor
didefinisikan sebagai suatu tube silindrikal yang dapat diisi dengan partikel-partikel katalis. Selama operasi, gas atau liquid atau keduanya akan
melewati tube dan partikel-partikel katalis, sehingga akan terjadi reaksi, baik reksi kimia maupun raksi biologis Yariv 2001. Katalisator disini digunakan sebagai
media pertumbuhan mikroorganisme. Cara penanganan limbah dengan bantuan bahan pengendali biologis sangat efektif dan tidak membahayakan perairan
maupun mencemari perairan. Fixed bed reactor
biasanya terdiri dari katalis partikel padat stationary solid catalyst particle
yang bereaksi dengan aliran fluida. Aliran fluida bisa berupa gas atau liquid atau campuran keduanya Elma 2010. Keuntungan penggunaan fixed
bed reactor , antara lain relatif stabil terhadap perubahan kualitas influen dan
keberadaan senyawa toksik, konsentrasi biomassa yang tinggi dan waktu retensi solid yang panjang dapat dicapai, mudah dalam proses aklimatisasi dan mampu
mengatasi influen limbah yang bervariasi tanpa kesalahan proses Umana et al. 2008.
Biofilm heterogen biasa tumbuh di dalam media yang digunakan bioreaktor. Biofilm tersebut dapat menyebabkan korosif bila berada di air permukaan, namun
pada bioreaktor-bioereaktor tertentu biofim ini menjadi sesuatu yang menguntungkan seperti pada bioreaktor trickling filters, submerged, aerated fixed
bed reactors, dan rotating disc reactors Wiesmann et al.2007.
Fixed bed reactor beroperasi secara aerobik dimana pada area bawah reaktor
terdapat aerator, fixed bed reactorini memproduksi aliran dua fase pada sistem tiga fase dengan aliran naik ke atas up flow Westerman 2006. Biomassa yang
terdapat dalam bioreaktor ini dapat melekat pada permukaan media dan juga