Reaktor Biologis

Proses Kimia Ramah Lingkungan
ISSN 1410-9891
Reaktor Biologis dengan Penambahan Powdered Activated Carbon dalam
Merespon Bahan Beracun Berbasis Phenol
Tri Widjaja
Jurusan Teknik Kimia, FTI-ITS
Kampus ITS, Sukolilo, Surabaya (60111)
Email: [email protected]/[email protected]
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi kinerja reaktor biologis dengan penambahan
powdered activated carbon (PAC) dalam merespon substansi berbasis phenol didasarkan pada
kemampuan adsorpsi-desorpsi dan biodegradasi. Karbon aktif yang digunakan untuk
penelitian ini adalah terbuat dari soft coal, coal, sawdust dan dari bahan lumpur aktif. Untuk
menguji kemampuan adsorpsi didalam powdered activated carbon treatment (PACT) proses
digunakan 3,5-DCP karena mempunyai kemampuan adsorpsi yang besar dan sangat bersifat
racun terhadap lumpur aktif. Kemampuan adsorpsi dari berbagai tipe karbon aktif terhadap
bahan organik berbasis phenol di PACT proses tidak hanya dipengaruhi oleh luas permukaan
spesifik (BET), tetapi juga banyak dipengaruhi faktor-faktor lain seperti pHPZC dan zeta
potensial. Sedangkan untuk mengevaluasi mekanisme biodegrdasi dan adsorpsi-desorpsi pada
penelitian ini ditambahkan substansi 3-bromophenol(3-BP) dan 3,5-dichlorophenol (3,5DCP) secara shock-loading di reactor PACT dan lumpur aktif tanpa penambahan karbon aktif
sebagai reaktor kontrol untuk waktu tertentu. PACT reactor mempunyai kinerja yang sangat
baik untuk mengolah limbah cair dengan kandungan baik substansi berbasis phenol, dalam
hal ini total removal untuk 3-BP adalah 87% dan untuk 3,5-DCP adalah 88%. Walaupun
adsorpsi merupakan mekanisme utama untuk mengambil substansi 3,5-DCP dengan
kemampuan desorpsi yang rendah, tetapi mekanisme adsorpsi, desorpsi dan biodegradasi
telah terjadi pada substansi 3-BP. Hasil pelitian juga menunjukkan bahwa kemampuan
biodegradasi yang semakin baik pada reaktor PACT dibanding dengan reaktor lumpur aktif
dalam mengolah substansi 3-BP.
Kata kunci: powdered activated carbon treatment, 3-bromophenol, 3,5-dichlorophenol,
biodegradasi, adsorpsi-desorpsi
1. Pendahuluan
Didalam proses lumpur aktif secara conventional aktivitas kontrol dapat dilakukan melalui
tanki ekualisasi, laju aliran udara, sludge recycle flow rate, sludge wasting rate dan bentuk
pengumpanan. Metode kontrol ini memiliki kemampuan yang terbatas untuk mengatasi
kenaikan beban organik atau untuk mengatasi pengaruh bahan beracun seperti phenol,
sianida, o-cresol dan lain-lainnya. Pada akhir-akhir ini, beberapa studi dilakukan dengan
menambahkan PAC ke tangki aerasi (De Walle and Chian, 1977; Sundstrom et al., 1979,
Specchia and Gianetto, 1984). Proses yang ada merupakan kombinasi proses adsorpsi dan
biodegradasi sebagai alternatif penyelesaian masalah pemakaian proses lumpur aktif untuk
mengolah kandungan substabsi beracun, yang prosesnya disebut dengan PACT. Proses PACT
ini diketahui menunjukkan kinerja yang lebih stabil karena karbon aktif yang ditambahkan ke
Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber
Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif
1
Proses Kimia Ramah Lingkungan
ISSN 1410-9891
dalam kolam aerasi diharapkan dapat mengambil bahan beracun secara adsorpsi, setelah itu
diikuti dengan kenaikan kemampuan biodegradasi dari lumpur aktif.
Bila dibandingkan dengan proses lumpur aktif saja, PACT menunjukkan peningkatan jumlah
bahan organik yang terambil, kemampuan adsorpsi beberapa komponen non-biodegradable
dan diperoleh eflunt yang lebih uniformpada berbagai kondisi loading. Pentingnya proses
adsorpsi pada PACT proses telah dilaporkan oleh beberapa peneliti antara lain; Fox dan
Suidan (1994) melaporkan bahwa tujuan dari proses adsorpsi didalam PACT proses adalah
menurunkan konsentrasi bahan yang mudah diadsorb (adsorbable) oleh karbon aktif dan
secara simultan memfasilitasi proses biodegradasi oleh lumpur aktif. Kombinasi mekanisme
adsorpsi dan biodegradasi dapat menurunkan konsentrasi bahan beracun menggunakan proses
adsorpsi yang besar oleh karbon aktif di dalam PACT proses, menjadikan PACT proses lebih
lenting terhadap perubahan kondisi operasi dan komposisi (de Jonge et al., 1991).
Selanjutnya, Okada et al., (2000) melaporkan bahwa karbon aktif sebagai suatu habitat yang
lebih baik untuk mikroorganisme pengolah limbah, hal ini menjadikan aktifitas
mikroorganisme didalam PACT proses bertambah baik daripada didalam pengolah limbah
lumpur aktif. Demikian juga Orshansky et al., (1997) melaporkan bahwa laju biodegradasi
daripada phenol telah terstimulasi dengan kenaikan jumlah karbon aktif yang ditambahkan.
Disisi lain, de Jonge et al., (1996) melaporkan bahwa proses desorpsi daripada komponen
sorbed adalah proses penting didalam PACT dimana proses adsorpsi dan biodegradasi
berinteraksi.
Sebagian besar bahan organik dapat dihilangkan dengan proses biodegradasi di pengolah
limbah lumpur aktif, sedangkan bahan beracun dengan sedikit atau tanpa kemampuan
biodegradasi harus dihilangkan dengan proses adsorpsi. Oleh karena itu, kinerja kombinasi
proses adsorpsi dan biodegradasi di sistem pengolahan PACT seharusnya sangat tergantung
pada kemampuan adsorpsi. Seperti yang dilakukan Specchia et al., (1988), telah mencoba
mengekspresikan kinerja sistem PACT untuk bahan yang beracun menggunakan metoda
Langmuir adsorption isotherm. Sebagaimana diketahui bahwa biasanya industri membuang
limbah cair beracun secara shock load, sehingga diperlukan evaluasi kemampuan adsorpsi
berbagai karbon aktif terhadap bahan beracun berbasis phenol dan menyelidiki respon PACT
reaktor pada kondisi shock loading dari proses adsorpsi-desorpsi serta biodegradasi.
2. Percobaan
Reaktor PACT
Penelitian tentang kinerja PACT proses dilakukan dengan menggunakan reaktor biologis
lumpur aktif yang terdiri dari tangki aerasi dan sedimentasi. Pada reaktor dipisahkan oleh
dinding dan pada bagian bawah terbuka (berlubang), yang memungkinkan adanya aliran
effluent dari tangki aerasi ke tangi sedimentasi. Tangki aerasi dan sedimentasi mempunyai
volume kerja masing-masing 2,5 l dan 0,2 l. Lumpur aktif diaklimasikan dengan limbah
sintetik sampai stabil effluennya sebelum dimulai shock loading. Sedangkan komposisi
daripada limbah sintetik dapat dilihat pada Tabel 1. (Nishijima et al., 1993). Selanjutnya
limbah sintetik dimasukkan ke dalam tangki aerasi dengan laju alir 7 l h-1. pH dipertahankan
pada kisaran 6,5-7,5 dan suhu ruangan dipertahankan pada 20 oC. Karbon aktif dievaluasi
kinerjanya berdasarkan bahan karbon aktif dan industri pembuat, meliputi soft coal (A,
Calgon), coal (B, Mitsubishi), sawdust (C, Katayama) dan juga dicoba penggunaan karbon
aktif dari bahan lumpur aktif (D, Kawasaki). Karbon aktif yang berupa serbuk (PAC)
Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber
Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif
2
Proses Kimia Ramah Lingkungan
ISSN 1410-9891
dimasukkan ke dalam lumpur aktif dengan konsentrasi 1500 mg l-1 pada masing-masing
tangki aerasi. Mixed liquor suspended solid (MLSS) di masing-masing tangki aerasi lumpur
aktif adalah dipertahankan pada 3000 mg l-1. Sludge retention time (SRT) dipertahankan pada
15 h. Karbon aktif berupa serbuk yang digunakan mempunyai ukuran dengan diameter antara
53 sampai 75 µm.
Tabel 1. Komposisi limbah sintetik
Komponen
Konsentrasi (mg l-1)
Polypepton
446
KH2PO4
17.40
NaHCO3
111
MgSO4.7H2O
5.2
CaSO4.5H2O
2.11
FeSO4.7H2O
0.06
TOC
200
Kemampuan adsorpsi- desorpsi dan biodegradasi
Komponen organik beracun yang digunakan untuk penelitian ini dipilih berdasarkan sifat
adsorpsi-desorpsi dari karbon aktif dan kemapuan biodegradasi dari lumpr aktif terhadap
bahan beracun, sehingga dipilih adalah 3,5-DCP dan 3-BP. Untuk mengevaluasi kemampuan
adsorpsi dari karbon aktif digunakan 3,5-DCP sebagai bahan yang beracun terhadap
mikroorganisme di dalam pengolah limbah lumpur aktif. Selain itu juga dilakukan adsorpsi
secara batch, dimana 200 mg dari karbon aktif diletakkan kedalam erlenmeyer dan
dicampurkan dengan larutan 3,5-DCP yang bervariasi konsentrasinya untuk dikocok pada
shaker pada 120 rpm dan suhu ruangan 20oC. Setelah tercapai equilibrium, cairan yang
terdapat pada erlenmeyer diambil dan segera difilter untuk dipisahkan dari karbon aktif untuk
dianalisa jumlah solute yang dapat diadsorpsi didalam karbon aktif pada keadaan equilibrium.
Juga dilakukan analisa kemampuan adsorpsi sludge, yang mana sludge diambil dari tangki
aerasi yang tanpa ditambahkan karbon aktif atau disebut sebagai kontrol. Isotherm
merupakan persamaan empiris yang dapat digunakan untuk memperkirakan seberapa banyak
bahan terlarut yang dapat diadsorpsi oleh karbon aktif, dan untuk menentukan kemampuan
adsorpsi digunakan persamaan empiris isotherm Freundlich. Sedangkan kemampuan desorpsi
daripada PAC ditentukan dari % rate desorpsi yang diperoleh setelah proses adsorpsi tercapai
dalam keadaan equilibrium. Untuk kemampuan biodegradasi dari lumpur aktif dilakukan
percobaan secara batch untuk lumpur aktif dengan konsentrasi sludge (MLSS) 2000 mg l-1
dengan menambahkan 50 mg l-1 masing-masing 3,5-DCP dan BP untuk dianalisa setiap saat
3,5-DCP dan 3-BP serta konsentrasi yang terbiodegradasi Cl- dan Br-. Dari percobaan shock
loading nantinya juga dapat dilihat proses biodegradasi dari substansi phenol yang terbentuk
menjadi Cl- dan Br- selama dan setelah shock loading berlangsung.
Percobaan pada kondisi shock loading
Percobaan ini dilakukan setelah proses aklimasi dengan limbah sintetik, biasanya dilakukan
untuk waktu sekitar 20 hari dengan melihat kestabilan konsentrasi DOC dari pada efluen.
Shock loading diberikan pada tangki aerasi pada konsentrasi 50 mg l-1 3,5-dcp atau 3-BP
dengan laju alir sama dengan limbah sintetik selama 1 hari. Sampling dari efluen diambil
Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber
Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif
3
Proses Kimia Ramah Lingkungan
ISSN 1410-9891
secara periodik selama 7 hari operasi. Untuk 3,5-DCP besarnya konsentrasi yang diadsorpsi
dihitung dari 3,5-DCP balance di influen, efluen dan yang dibiodegradasi. Besarnya 3,5-DCP
yang dibiodegradasi diestimasikan dari konsentrasi Cl- pada efluen. Demikian juga untuk 3BP dimana biodegradasi dari 3-BP ditentukan daripada konsentrasi Br- pada efluen.
Metoda analisa
Untuk keperluan evaluasi kinerja dari pengolah limbah lumpur aktif dilakukan analisa
konsentrasi dissolved organic carbon (DOC) yang dilakukan dengan TOC analyzer
(Shimadzu TOC-500). Konsentrasi 3,5-DCP dan 3-BP dianalisis menggunakan high
performance liquid chromatography (JASCO-LC2000 plus HPLC) dengan kolom zorbac SBC18 dan UV detector pada panjang gelombang 280 nm serta menggunakan mobile phase
larutan 0,1% asam phosphor-air/acetonitrile dengan rasio 40/60 dengan laju alir 0,8 ml min.-1
(Berbani dkk, 1987). Konsentrasi Cl- dan Br- dianalisis dengan menggunakan ionchromatography (Dionex DX-500). MLSS ditentukan berdasarkan standard methods for
examinition of waste and wastewater (APPA, 1989).
3. Hasil dan pembahasan
Kemapuan adsorpsi karbon aktif baru dan didalam tangki aerasi pada shock loading
Kemampuan adsorpsi dari karbon aktif baru terhadap 3,5-DCP pada keadaan baru dan
didalam tangki aerasi dapat dilihat pada Gambar 1 yang menggunakan perhitungan dengan
cara Freundlich adsorption isotherm. Kemampuan adsorpsi daripada karbon aktif yang
terbuat dari bahan lumpur aktif sangat rendah dibandingkan daripada karbon aktif yang
lainnya, yang mempunyai kemampauan adsorpsi yang hampir sama yaitu yaitu karbon aktif
A, B dan C. Dari Isotherm berdasarkan Freundlich diperoleh hasil nilai konstanta K yang
setara dengan kemampuan adsorpsi untuk masing-masing bahan karbon aktif baru A, B, C
dan D adalah 237, 270, 217 dan 5 mg g-1. Untuk itu perlu diklarifikasi dengan percobaan
shock loading.
x/m, mg 3,5-DCP teradsorb/g PAC
1000
100
Calgon PAC
Mitsubishi PAC
Katayama PAC
Kawasaki PAC
10
1
0.1
1
10
100
1000
Konsentrasi Equilibrium, Ce (mg/L)
Gambar 1. Adsorption Isotherm berbagai PAC baru terhadap substansi 3,5-DCP
Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber
Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif
4
Proses Kimia Ramah Lingkungan
ISSN 1410-9891
Sedangkan Gambar 2 menunjukkan konsentrasi 3,5-DCP selama dan setelah shock loading
pada tangki aerasi dengan penembahan lumpur aktif dan tangki aerasi kontrol (tanpa
penambahan karbon aktif). Kinerja PACT sistem pada tangki aerasi dengan penambahan
karbon aktif A dan B menunjukkan hampir sama (ditunjukkan dengan peak yang hampir
sama), sedangkan pada penambahan karbon aktif C diperoleh sangat berbeda yang
ditunjukkan hampir separuh dari tangki aerasi kontrol. Sedangkan penambahan karbon aktif D
menunjukkan kinerja yang hampir sama dengan lumpur aktif. Hal ini menunjukkan bahwa
karbon aktif D tidak layak digunakan sebagai bahan karbon aktif untuk ditambahkan di
reaktor PACT karena tidak mempunyai kemampuan adsorpsi yang diperlukan untuk
mengadsorpsi bahan yang bersifat toksik seperti 3,5-DCP. Untuk itu, selanjutnya karbon aktif
tipe D tidak dibahas lagi, yang diklarifikasi adalah karbon aktif tipe A, B dan C.
Dari analisa konsentrasi Cl- pada efluen selama dan setelah shock loading menunjukkan hasil
tidak adanya perubahan, konsentrasi efluen sekitar 1-2 mg l-1. Padahal dari perhitungan
secara teoritis diperoleh bahwa dari 50 mg l-1 3,5-DCP akan diproduksi Cl- sebesar 21,78 mg
l-1. Jadi 3,5-DCP bisa dianggap tidak terbiodegradasi selama shock loading, dan hanya proses
adsorpsi saja yang dominan untuk selanjutnya dibahas secara lebih mendalam.
-1
3,5-DCP (mg l )
50
Kontrol (tanpa PAC)
Calgon-PAC
Mitsubishi-PAC
Katayama-PAC
Kawasaki-PAC
40
30
20
10
0
0
24
48
72
96
120
144
Waktu (jam)
Gambar 2. Konsentrasi 3,5-DCP pada berbagai karbon aktif selama shock loading
Berdasarkan perhitungan 3,5-DCP balance selama shock loading diperoleh 3,5-DCP yang
diadsorpsi oleh karbon aktif A,B dan C adalah masing-masing 77,82 dan 55 mg g-1, seperti
yang disajikan pada Tabel 2. Jadi kemampuan adsorpsi karbon aktif A dan B terhadap 3,5DCP adalah hampir sama, sedangkan pada karbon aktif C lebih rendah dibandingkan terhadap
keduanya yaitu prosen penurunan adalah sekitar 30 %. Dari hasil klarifikasi untuk percobaan
shock loading PACT proses diatas diperoleh bahwa besarnya kemampuan adsorpsi karbon
aktif (ditunjukkan dengan perhitungan mass balance substansi 3,5-DCP) A dan B di dalam
lumpur aktif menunjukkan harga yang hampir sama, tetapi bila dibandingkan terhadap karbon
aktif C adalah terdapat perbedaan yang signifikan yaitu semakin kecil. Jadi kalau dilihat dari
Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber
Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif
5
Proses Kimia Ramah Lingkungan
ISSN 1410-9891
Tabel 2, besarnya kemampuan adsorpsi dihasilkan tidak tergantung sesuai dengan luas
permukaan spesifik yang ditentukan berdasarkan Brunauer-Emmett-Teller (BET) (Samaras et
al., 1995). Tetapi dari Tabel 3 sifat-sifat karbon aktif yaitu pH at the point of zero charge
(pHPZC) dan zeta potential kelihatannya sesuai terhadap perbedaan kemampuan adsorpsi
masing-masing karbon aktif (Mazet and Baudu, 1994; Moreno-Castilla dkk., 1995). pHPZC
dari karbon aktif A, B dan C adalah masing-masing 7.0, 7.5 dan 5.8, sedangkan pH dari
tangki aerasi pengolah limbah Lumpur aktif dipertahankan pada harga diantara 6.5 sampai
7.5. Jadi karbon aktif A dan B tidak mempunyai muatan, sedangkan karbon aktif C (pHPZC
is 5.8) mempunyai muatan negatif. Selanjutnya, bila dilihat dari nilai zeta potential daripada
C (-25.8 mV) mengindikasikan bahwa sangat bermuatan negatif dibandingkan dengan karbon
aktif A (-16.4 mV) dan B (-10.4 mV). Menurut Mazet dan Baudu (1994) dikatakan bahwa
kemampuan adsorpsi dari karbon aktif terhadap phenol didapatkan turun sewaktu karbon aktif
bermuatan negatif, karena turunnya gaya elektrostatik antara muatan negatif pada permuakaan
karbon aktif dan muatan negatif pada aromatic ring daripada molekul phenol (Franz dkk.,
2000).
Tabel 2. Hasil perhitungan 3,5-DCP mass balance pada kondisi shock loading
Tipe PAC
Input
(mg)
Out put
(mg)
Jumlah teradsorpsi
(mg)
Adsorption Capacity
(mg/g)
Kontrol
350
32
28
8
Calgon-PAC
350
61
219
77
Mitsubishi-PAC
350
40
310
82
Katayama-PAC
350
142
208
55
Tabel 3. Karakteristik berbagai tipe karbon aktif*)
PAC characteristics
Type of PAC
A
B
Raw Material
soft coal
coal
Activation
steam
steam
BET specific surface area (m2 g-1)
1061,2
885,6
Total surface acidity (mmol g-1)
0,96
0,60
-1
Total surface basicity (mmol g )
0,33
0,28
pHPZC
7,0
7,5
Zeta potential (mV)
- 10,4
-16,4
Iodine number (mg g-1)
1092
1160
C
sawdust
steam
961,9
0,95
0,45
5,8
-25,8
1136
*) Tri Widjaja et al. (2004)
Proses biodegradasi pada PACT proses dan lumpur aktif proses
Proses biodegradasi pada PACT tidak terlepas daripada proses adsorpsi-desorpsi. Hal ini erat
kaitannya dengan sihat-sifat bahan kimia yang akan diadsorpsi oleh karbon aktif dan
kemampuan biodegradasi lumpur aktif terhadap bahan kimia tersebut. Pada seksi ini hanya
digunakan tipe karbon aktif B yaitu Mitsubishi, yang mempunyai kemampuan adsorpsi
Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber
Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif
6
Proses Kimia Ramah Lingkungan
ISSN 1410-9891
terhadap 3,5-DCP maupun 3-BP adalah masing-masing 270 dan 203 mg g-1 (seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 3). Sedangkan kemampuan desorpsi dari PAC terhadap 3,5-DCP
dan 3-BP adalah masing-masing diperoleh harganya sekitar 2 % dan 15-20 %. Sedangkan
untuk kemampuan biodegradasi lumpur aktif terhadap 3,5-DCP adalah tidak terbiodegradasi,
dan terhadap 3-BP lumpur aktif mampu melakukan biodegradasi (lihat Gambar 4).
Adsorption capacity (mg/g PAC)
1000
0.1397
y = 270.63x
100
2
R = 0.9928
0.1689
Mits-PAC[3-BP]
y = 203.66x
2
R = 0.9812
Mits-PAC[3,5-DCP]
10
0.1
1
10
100
1000
-1
Konsentrasi Equilibrium (mg l )
Gambar 3. Adsorption Isotherm untuk PAC terhadap substansi 3-BP dan 3,5-DCP
60
Br ion
Konsentrasi (mg l-1)
50
3-BP
40
30
20
10
0
0
5
10
15
Waktu (hari)
Gambar 4. Batch test biodegradasi 3-BP didalam lumpur aktif
Batch test biodegradasi 3-BP didalam lumpur aktif dilakukan pada reaktor dengan volume 2 l
yang mempunyai konsentrasi solid sebagai MLSS 2000 mg l-1. Konsentrasi awal 3-BP
adalah 50 mg l-1 , sedangkan akhir dari biodegradasi ditandai dengan diperoleh konsentrasi
Br- yang tidak berubah sebesar 27,8 mg l-1.
Pada lumpur aktif setelah diaklimasi dengan limbah sintetik polypepton dan menunjukkan
Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber
Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif
7
Proses Kimia Ramah Lingkungan
ISSN 1410-9891
kinerja yang stabil, selanjutnya dilakukan penambahan masing-masing substansi 3,5-DCP dan
3-BP baik untuk reaktor PACT maupun reaktor kontrol (lumpur aktif tanpa penambahan
PAC) secara shock loading. Dari Gambar 5 diperoleh hasil peak untuk reaktor kontrol
dengan penambahan secara shock loading 3,5-DCP menunjukkan lebih tidak dapat terolah
dengan lumpur aktif dibandingkan dengan 3-BP, hal ini karena toxicity terhadap lumpur aktif
daripada 3,5-DCP lebih tinggi daripada 3-BP.
-1
3,5-DCP atau 3-BP (mg l )
50
3,5-DCP (Kontrol)
40
3-BP (Kontrol)
3,5-DCP (PACT)
30
3-BP (PACT)
20
10
0
0
24
48
72
96
120
144
168
192
Waktu (Jam)
Gambar 5. Perubahan konsentrasi efluen dari substansi 3,5-DCP dan 3-BP pada
reaktorPACT maupun reaktor kontrol
Selain itu juga ditunjukkan bahwa proses pengolah dengan lumpur aktif telah mampu
melakukan proses biodegradasi terhadap substansi 3-BP dengan ditandai adanya
perubahankonsentrasi Br- pada efluen setiap waktu. Sedangkan pada reaktor PACT diperoleh
hasil peak untuk 3,5-DCP hampir sama dengan 3-BP, hal ini dikarenakan walaupun pada 3,5DCP hanya terjadi proses adsorpsi saja tetapi untuk 3-BP telah dihasilkan total removal yang
sama pada proses adsorpsi dan biodegradasi. Untuk klarifikasi bahwa 3,5-DCP tidak
terbiodegradasi dapat ditunjukkan secara teoritis bahwa 21,78 mg l-1 akan dihasilkan dari
penambahan shock loading 50 mg l-1, akan tetapi dari hasil analisa Cl- tidak menunjukkan
perubahan konsentrasi yang signifikan yaitu konsentrasi efluent berkisar antara 1-3 mg l-1.
Berdasarkan hal tersebut diatas, selanjutnya dilakukan klarifikasi dengan perhitungan secara
mass balance daripada komponen untuk 3,5-DCP dan 3-BP baik di reaktor kontrol maupun di
reaktor PACT, diperoleh hasil seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6. Disini terlihat
bahwa di PACT proses untuk mengambil 3,5-DCP hanya melalui proses adsorpsi (88%
removal) sedangkan pada PACT untuk mengambil 3-BP melalui proses adsorpsi (50%
removal) dan proses biodegradasi (37% removal). Disamping itu juga terlihat bahwa bila
diperbadingkan antara removal 3-BP pada reaktor PACT untuk biodegradasi bertambah tinggi
dibandingkan dengan biodegradasi di reaktor kontrol (kemampuan biodegradasi removalnya
adalah 1,4 kali lebih baik), hal ini menyebabkan stabilatas bertambah baik oleh adanya
Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber
Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif
8
Proses Kimia Ramah Lingkungan
ISSN 1410-9891
kombinasi adsorpsi dan biodegradasi, sesuai dengan pendapat De Walle and Chian (1977),
Sundstrom et al., (1979) dan Okada et al., (2000).
%Discharge
100
%Adsorpsi
9
%Biodegradasi
25
80
37
13
60
88
40
50
20
0
Control [3,5-DCP]
PACT [3,5-DCP]
Control
[3-BP]
PACT
[3-BP]
Gambar 6. Perbandingan jumlah dari substansi 3,5-DCP dan 3-BP yang teradsorpsi dan
terbiodegradasi pada reaktor PACT maupun reaktor kontrol
4. Kesimpulan
Dari penelitian ini dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Kemampuan adsorpsi dari berbagai tipe karbon aktif terhadap bahan organik
berbasis phenol di PACT proses tidak hanya dipengaruhi oleh luas permukaan
spesifik (BET), tetapi juga banyak dipengaruhi faktor-faktor lain seperti pHPZC dan
zeta potensial.
2. PACT reactor mempunyai kinerja yang sangat baik untuk mengolah limbah cair
dengan kandungan baik substansi berbasis phenol, dalam hal ini total removal
untuk 3-BP adalah 87% dan untuk 3,5-DCP adalah 88%.
3. Walaupun adsorpsi merupakan mekanisme utama untuk mengambil substansi 3,5DCP dengan kemampuan desorpsi yang rendah, tetapi mekanisme adsorpsi,
desorpsi dan biodegradasi telah terjadi pada substansi 3-BP.
4. Hasil pelitian juga menunjukkan bahwa kemampuan biodegradasi yang semakin
baik pada reaktor PACT dibanding dengan reaktor lumpur aktif dalam mengolah
substansi 3-BP.
5. Ucapan terima kasih
Penelitian ini dilakukan di laboratorium Green Process Chemistry (Okada laboratorium), di
Department of Chemistry and Chemical Engineering, Hiroshima University, Jepang. Untuk
itu, pada kesempatan ini peneliti mengucapkan terima kasih pada rekan-rekan laboratorium
dan pihak yang terkait.
Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber
Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif
9
Proses Kimia Ramah Lingkungan
ISSN 1410-9891
6. Daftar Pustaka
1. Barbeni, M., Minero, C., Pelizzetti, E., (1987) Chemical degradation of
chlorophenols with fenton’s reagent. Chemosphere, 16, p. 2225-2237.
2. De Jonge, R.J., Breure, A.M., Van Andel, J.G. (1991) Enhanced biodegradation of ocresol by activated sludge in the presence of powdered activated carbon. Appl
Microbiol Biotechnol, 34, p. 683-687.
3. De Walle, F.B., Chian, E.S.K. (1977) Biological regeneration of powdered activated
carbon added to activated sludge units. Water Research, 11, p. 439-446.
4. Franz, M., Arafat, H.A., Pinto, N.G. (2000) Effect of chemical surface heterogenity
on the adsorption mechanism of dissolved aromatics on activated carbon. Carbon, 38,
1807-1819.
5. Fox, P. and Suidan M. T. (1994) Adsorption of biologically inhibitory compounds as
process control mechanism in biological reactors. J. of Hazardous Materials, 38, p.
389-404.
6. Nishijima, W., Itoh, H., Okada, M., Murakami, A. (1993) Simultaneous removal of
phenol and ammonium nitrogen by activated process added with biological support
media and fixed-bed process. J. of Japan Society on Water Environment, 16, p. 284290.
7. Okada, M., Morinaga, H. And Nishijima, W. (2000) Activated carbon as a better
habitat for water and wastewater treatment microorganisms. Water Science and
Technology, 42, p.149-154.
8. Specchia, V., Gianetto, A. (1984) Powdered activated carbon in an activated sludge
treatment plant. Water Research, 18, p. 133-137.
9. Sundstrom, D.W., Klei, H.E., Tsui, T., Nayar, S. (1979) Response of biological
reactors to the addition of powdered activated carbon. Water Research, 13, p.12251231.
10. Tri Widjaja, Miyata, T., Nakano, Y., Nishijima, W., Okada, M. (2004) Adsorption
capacity of powdered activated carbon for 3,5-dichlorophenol in activated sludge.
Chemosphere, 57, p. 1219-1224.
Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber
Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif
10