Anaerobic Filter (AF) atau Fixed Bed atau biofilter (istilah ini misnomer, kurang tepat atau keliru karena fungsinya tidak seperti filter) adalah reaktor berisi media (batu, plastik raschig ring, flexi ring, plastic ball, cross flow dan tubular media, kayu, bambu atau yang lainnya) untuk perlekatan bakteri. Media biasanya dipasang secara random atau acak dengan tiga mode operasi upflow, downflow dan fluidized bed. Tentu, masing-masing disertai dengan kelebihan dan kekurangannya.
AF usulan Young dan McCarty (1969) dan UASB karya Lettinga (1972) banyak diterapkan untuk mengolah air limbah industri ber-COD tinggi. Reaktor high rate ini, seperti dikompilasi oleh Iza J, et.al., (1991) telah luas diaplikasikan untuk mengolah air limbah berbagai jenis. Kunci suksesnya adalah reaktor tersebut mampu menghasilkan swahenti (pembatasan gerak sel pada suatu ruang) biomassa dalam bentuk biofilm dan/atau biogranule (biobutir). Yang berbeda adalah mekanisme retensi biomassanya agar tidak hanyut yakni AF tidak membutuhkan separator padat/cair/gas, seperti halnya UASB. Retensinya terjadi karena adesi dan adsorpsi pada permukaan media oleh slime dan pada mikropori atau retakan media.
Media lekat (carrier) adalah komponen utama reaktor AF. Karena fully packed (terisi media 100%) maka porositas AF identik dengan saluran (channel) semu yang jumlahnya tak berhingga dan luas penampang basahnya pun besar. Diameter media biasanya berkisar antara 2 - 17 cm (Droste R, 1997) dan idealnya, harus memiliki permukaan yang luas dan porositasnya besar. Makin tinggi porositas, makin tinggi pula akumulasi biomassanya dan mereduksi dimensi reaktor tanpa perubahan debit dan waktu tinggal hidrolis.
Disebutkan di atas, porositas reaktor (ruang antar media) menjadi ruang tumbuh mikroba tersuspensi. Jadi, selain mikroba yang melekat pada media, AF juga memfasilitasi mikroba tersuspensi agar berkembang di ruang tersebut. Pertumbuhannya didukung oleh regim aliran yang tenang (quiscent) sehingga tumbuh optimal. Namun demikian, ada potensi negatifnya yakni tersumbat (plugging, clogging) oleh biomassa atau padatan tersuspensi yang ada di air limbah. Inilah masalah AF selain harga medianya mahal sehingga sering digunakan untuk instalasi kecil.
Dengan demikian, penerapan AF pada skala lapangan (full scale) harus mempertimbangkan jenis dan mutu air limbah, jenis media dan mode operasinya. Jika air limbahnya kaya dengan padatan tersuspensi (suspended solid) atau menyebabkan presipitasi zat organik dan inorganik maka AF tidak layak (tidak kompatibel) digunakan. Namun masalah ini dapat dikurangi dengan mode operasi downflow filter.
Formasi biofilm.
Kenyataannya, di mana pun ada mikroba yang kontak dengan media padat, sangat mungkin terbentuk biofilm sehingga ada sejumlah bidang ilmu selain bioreaktor yang membahas biofilm seperti biofouling, bioconversion, medicine dan limnology. Pada pengolahan air limbah dengan reaktor AF dan jika start up-nya berhasil maka pada permukaan media akan terbentuk lapisan mikroba yang relatif tebal bahkan dapat mencapai 2 mm. Inilah yang disebut biofilm (slime). Karakter fisiologinya sangat heterogen yakni terdiri atas banyak macam mikroba.
Berdasarkan jenis selnya, menurut Henze et. al., (1995) ada dua tipe biofilm yaitu dense biofilm dan filamentous biofilm. Pada biofilm dense, biomassanya terswahenti dan koheren. Bentuk idealnya rata atau datar (plane) dan halus. Sedangkan yang filamentous terdiri atas bakteri yang tumbuh tumpang tindih, membentuk filamen dan melekat di media. Pada bentuk ekstrimnya, biofilm ini membentuk sisik (mat) yang filamennya tergetar oleh aliran fluida sehingga terjadi turbulensi di sekitar filamen. Inilah yang meningkatkan transpor substrat ke biofilm jika dibandingkan dengan proses difusi molekuler.
Agar melekat dan tidak lepas (sloughing off) maka polimerisasi biofilm dilakukan oleh suatu zat di antaranya, menurut van Loosdrecht (1993) dan Flemming (1995) adalah bacterial glycocalyx atau Extracellular Polymer Substances (EPS) yang terdiri atas polisakarida, protein dan lipida. Sejumlah mikroba, yang melekat maupun tersuspensi menghasilkan EPS dan komposisinya dipengaruhi oleh kondisi pertumbuhan dan tekanan lingkungan (environmental stress). Pada sel gram negatif, disusun oleh lipopolisakarida dan yang gram positif oleh peptidoglikan. EPS-lah yang bertanggung jawab pada kohesi biofilm dan adesinya ke media.
van Loosdrecht (1993) mengompilasi pendapat Charaklis dan Marshall (1990) tentang tahapan formasi biofilm dan adesi bakteri pada media. Sejumlah faktor-faktor fisika, kimia dan biologi seperti diuraikan di bawah ini ikut mempengaruhi pembentukan biofilm.
a. Adsorpsi molekul (in)organik ke muka media sehingga terjadi sub-stratum karena ada organik kompleks (makromolekul) dan nutrien.
b. Transpor bakteri ke permukaan media dengan salah satu cara :
i. Transpor difusif akibat gerak Brown berkecepatan rerata 40 mikron per jam, terjadi pada kondisi air tenang di sekitar permukaan media.
ii. Transpor konvektif akibat gaya dinamis air yang mengalir.
iii. Transpor aktif, jika bakteri berada di dekat muka media.
c. Adesi awal, suatu proses fisikokimia yang dapat dibedakan menjadi dua tahap yaitu reversible dan irreversible adhesion. Umumnya, adesi awal sel adalah reversible sehingga dapat dengan mudah dilepaskan lagi oleh gaya geser air (liquid shear).
d. Perlekatan (attachment) terjadi setelah bakteri berada di muka media dan membentuk struktur permukaan sel yang khas seperti fibril atau polimer (polisakarida) sehingga melekat kuat.
e. Pembentukan biofilm. Jika ada nutrien yang cukup di dalam air maka sel akan tumbuh dan mengeluarkan polimer. Terbentuklah biofilm. Sel atau zat inorganik di dalam air mungkin ikut melekat ke matriks biofilm tersebut.
f. Pelepasan (detachment) biofilm dapat terjadi karena :
i. Erosi kontinyu biofilm. Dipengaruhi oleh dinamika fluida dan meningkat jika tegangan gesernya (shear stress) besar.
ii. Sloughing off atau peluruhan biofilm, terjadi pada biofilm yang tebal atau karena shock loading substrat ke biofilm.
iii. Abrasi akibat benturan atau kolisi antar partikel khususnya biofilm yang terfluidasi (fluidized atau expanded bed).
Selanjutnya, penyebab sloughing off menurut Henze et. al., 1995:
a. Erosi hidrolis yang menerus pada permukaan biofilm.
b. Proses degradasi bakteri yang “kelaparan” (starved out) di perbatasan antara media dengan biofilm sehingga adesinya melemah. Terjadi karena biofilm menebal sehingga penetrasi substrat hanya mencapai sebagian dari ketebalannya.
c. Super saturasi dan terbentuk gelembung (bubble) gas CH4 dan CO2 pada bagian bawah biofilm sehingga adesinya rusak.
Dua fenomena terakhir mengakibatkan biofilm lepas (sloughing off) dan di tempatnya semula akan tumbuh lagi biofilm yang baru. Proses kontinyu sloughing off dan regrowth inilah penyebab mengapa biofilm tidak memiliki ketebalan pasti. Hal ini telah diobservasi oleh Peyton, (1992) pada Rototorque dan Speitel et.al., (1987) pada packed bed reactor.
Hasilnya, selain karena karakteristik fisika biofilm dan reaktor, peluruhan juga dipengaruhi oleh jenis bakteri dan laju tumbuhnya. Dengan demikian, relatif sulit menentukan umur biofilm karena kombinasi dinamisnya antara pertumbuhan dan sloughing off.*
Tidak ada komentar:
Posting Komentar