Pengertian Lumpur Aktif (I) – Asal, Struktur, Komunitas Mikroba, Dan Indikator Kinerja

Pendahuluan: Hari ini, mari kita belajar tentang protagonis pengolahan biologis – lumpur aktif (pembawa berbagai mikroorganisme). Ini memainkan peran penting dalam proses pengolahan biologis, menghilangkan polutan seperti COD, nitrogen amonia, nitrogen total, dan fosfor total dari air limbah melalui berbagai mikroorganisme di dalam lumpur. Mereka yang pernah mengunjungi instalasi pengolahan air limbah dapat mencium bau samar berlumpur; itu bau lumpur aktif!

Lumpur aktif pertama kali ditemukan pada tahun 1912 oleh Clark dan Gage di Inggris, berasal dari percobaan kecil. Dalam percobaan tersebut, aerasi air limbah yang berkepanjangan menghasilkan lumpur, dan kualitas air meningkat secara signifikan. Arden dan Lockgtt kemudian mempelajari fenomena ini.

Percobaan aerasi dilakukan dalam botol. Pada akhir percobaan setiap hari, botol dikosongkan, dan prosesnya dimulai lagi keesokan harinya. Mereka secara tidak sengaja menemukan bahwa karena botol tidak dibersihkan secara menyeluruh, efek perawatan sebenarnya lebih baik jika lumpur menempel pada dinding botol. Menyadari pentingnya lumpur yang tertinggal di dinding botol, mereka menamakannya lumpur aktif.

Selanjutnya, sebelum percobaan setiap hari berakhir, mereka membiarkan air limbah yang diangin-anginkan mengendap, hanya membuang lapisan atas air murni dan meninggalkan lumpur di bagian bawah untuk digunakan pada hari berikutnya. Hal ini secara signifikan mempersingkat waktu pengolahan air limbah.

Pada tahun 1916, instalasi pengolahan air limbah lumpur aktif pertama dibangun menggunakan proses eksperimental ini.

Lumpur aktif merupakan zat flokulan yang terbentuk dari campuran komunitas mikroba seperti bakteri, jamur, protozoa, dan metazoa dengan zat tersuspensi dan koloid dalam air limbah. Ia memiliki kemampuan yang kuat untuk menyerap dan menguraikan bahan organik dan sifat pengendapan yang baik, serta memiliki aktivitas biokimia.

Flok dan bakteri berfilamen merupakan komponen penting dari lumpur aktif.

Flok terbentuk oleh agregasi bakteri dengan lendir atau kapsul. Mereka menyerap kotoran dan mikroorganisme bebas dalam air limbah, memberikan sifat pengendapan yang sangat baik pada lumpur aktif dan melindungi mikroorganisme dalam air limbah agar tidak tertelan atau diracuni.

Bakteri berfilamen membentuk kerangka lumpur aktif. Mereka tumbuh dan memanjang di bawah ikatan flok, menyebabkan flok membentuk partikel yang lebih besar sambil menjaga kelonggaran lumpur aktif.

Secara penampakan, lumpur aktif umumnya berwarna kuning atau kuning kecoklatan-. Warnanya menjadi hitam jika suplai oksigen tidak mencukupi atau bersifat anaerobik, dan berwarna putih keabu-abuan jika suplai oksigen berlebihan dan nutrisi tidak mencukupi. Lumpur aktif memiliki kandungan air yang tinggi, umumnya di atas 99%, dan kepadatannya mirip dengan air, biasanya 1,002–1,003 kg/L.

Dalam mikroorganisme lumpur aktif, protozoa memakan bakteri, sedangkan metazoa memakan protozoa dan bakteri, membentuk rantai makanan dan komunitas biologis yang seimbang. Bakteri lumpur aktif sering kali berbentuk flok, dan lebih sedikit lagi yang berada dalam keadaan bebas. Hal ini memberi bakteri kemampuan untuk melawan faktor eksternal yang merugikan. Bakteri bebas tidak mudah mengendap, namun dapat dimangsa oleh protozoa sehingga membuat limbah dari tangki pengendapan menjadi lebih jernih.

1. Bakteri

Bakteri adalah-organisme bersel tunggal. Mereka beragam, banyak, dan berukuran kecil dalam lumpur aktif, memiliki kemampuan yang kuat untuk menyerap dan menguraikan bahan organik, serta memainkan peran penting dalam pengolahan air limbah.

Pada tahap awal budidaya lumpur aktif, sebagian besar bakteri bebas di air limbah. Ketika lumpur secara bertahap terbentuk, mereka secara bertahap berkumpul menjadi kelompok yang lebih besar.

(1) Flocs: Ini adalah partikel kecil yang terlihat yang terdiri dari bakteri dan zat agar-agar yang disekresikannya. Kebanyakan bakteri dalam lumpur aktif terbungkus dalam zat agar-agar, yang ada dalam bentuk flok. Flok adalah pusat struktural dan fungsional lumpur aktif, yang memiliki sifat seperti adsorpsi, dekomposisi oksidatif, dan sedimentasi koagulasi.

(2) Bakteri Berfilamen: Ini adalah jenis bakteri yang sel-selnya, dengan atau tanpa kapsid, dihubungkan bersama untuk membentuk filamen. Bakteri berfilamen sering menempel dan terjalin dengan flok bakteri, membentuk kerangka lumpur pengotoran. Namun, ketika mereka berkembang biak dalam jumlah besar, mereka dapat memperburuk sifat flokulasi dan pengendapan lumpur aktif, dan dalam kasus yang parah, menyebabkan penggemburan lumpur.

(3) Bakteri Nitrifikasi Bakteri nitrifikasi merupakan jenis bakteri autotrofik yang mampu mendegradasi amonia dan nitrit. Mereka mencakup dua subkelompok fisiologis: *Bakteri Nitrifikasi* dan *Bakteri Nitrifikasi*, yang termasuk dalam keluarga independen-Keluarga Bakteri Nitrifikasi. Bakteri nitrifikasi memperoleh energi untuk memenuhi kebutuhan metabolismenya dengan mengoksidasi senyawa anorganik melalui nitrifikasi, menggunakan CO2 sebagai satu-satunya sumber karbon. Mereka adalah bakteri kemoautotrofik yang khas. Bakteri nitrifikasi memiliki nitrifikasi, yang mengacu pada proses di mana bakteri nitrifikasi mengoksidasi NH3 menjadi NO2- dalam kondisi aerobik, dan selanjutnya mengoksidasinya menjadi NO3-, sehingga memperoleh energi yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Tahap pertama, oksidasi NH3 menjadi NO2-, disebut nitrifikasi atau oksidasi amonia, dan diselesaikan oleh bakteri nitrifikasi; tahap kedua, oksidasi NO2- menjadi NO3-, disebut nitrifikasi, dan diselesaikan oleh bakteri nitrifikasi. Oleh karena itu, nitrifikasi yang umum dibicarakan sebenarnya mencakup dua tahap: nitrifikasi oleh bakteri pengoksidasi nitrit dan nitrifikasi oleh bakteri nitrifikasi.

(4) Bakteri Denitrifikasi: Bakteri denitrifikasi adalah bakteri kemoheterotrofik. Dalam kondisi kekurangan oksigen-, mereka mereduksi nitrat menjadi nitrit, dan selanjutnya mereduksi nitrit menjadi gas nitrogen, sehingga memperoleh energi. Hal ini pada dasarnya adalah kebalikan dari fungsi bakteri nitrifikasi (alam menjadi menarik dengan cara ini; dua jenis bakteri berbeda mencapai siklus nitrogen). Bakteri denitrifikasi tersebar luas di tanah dan air limbah, memainkan peran utama dalam pengolahan air lanskap, pengelolaan sungai perkotaan, dan pengolahan akuakultur.

(5) Bakteri Pengasaman Hidrolitik: Ini adalah bakteri yang dapat memanfaatkan molekul organik yang besar dan kompleks untuk aktivitas kehidupan di lingkungan anaerobik. Hidrolisis adalah proses dimana polimer kompleks yang tidak larut diubah menjadi monomer atau dimer sederhana yang dapat larut. Karena berat molekul relatifnya yang besar, bahan organik dengan berat-molekul-tinggi tidak dapat melewati membran sel sehingga tidak dapat dimanfaatkan secara langsung oleh bakteri. Mereka pertama kali diubah menjadi molekul yang lebih kecil melalui aksi hidrolitik enzim ekstraseluler bakteri. Ciri paling khas dari tahap ini adalah reaksi biologis terjadi secara ekstraseluler. Bakteri menyelesaikan reaksi oksidasi biokatalitik dengan melepaskan enzim bebas ekstraseluler atau enzim imobilisasi yang menempel pada dinding sel.

Dan seterusnya…bakteri itu banyak jenisnya, jadi saya akan berhenti disini dulu. Pengenalan rinci spesies bakteri tunggal dapat diberikan nanti.

2. Protozoa

Protozoa adalah hewan-bersel tunggal-tingkat rendah yang kecil, sederhana. Sejumlah besar protozoa terdapat dalam lumpur aktif dari pengolahan air limbah. Mereka berpartisipasi dalam pemurnian air limbah dengan menelan partikel organik. Selain itu, karena protozoa sensitif terhadap kondisi lingkungan, komposisi dan kuantitasnya berubah seiring dengan variasi lingkungan; oleh karena itu, mereka sering digunakan sebagai organisme indikator. Contoh umum termasuk vorticella, amuba, flagellata, dan ciliata renang. Mikroorganisme ini mencakup lebih dari 80% total. Jika jumlah individu melebihi 1000/mL, maka harus dianggap sebagai lumpur aktif dengan efisiensi pemurnian tinggi.

3. Mikrometazoa

Mikrometazoa utama dalam lumpur aktif adalah rotifera dan nematoda. Umumnya jumlah metazoa mikroskopis dalam lumpur aktif relatif sedikit. Namun, pada lumpur aktif dengan beban rendah, terutama pada lumpur aktif dengan aerasi yang diperpanjang, rotifera dan oligochaeta terkadang dapat menjadi spesies dominan.

04 Indikator Kinerja Lumpur Aktif Komunitas mikroba terutama mencakup bakteri, protozoa, dan metazoa, dengan bakteri dan protozoa menjadi dua kategori utama. Indikator kinerja lumpur aktif meliputi: padatan tersuspensi cairan campuran (MLSS), rasio pengendapan lumpur (SV), indeks volume lumpur (SVI), dan indeks kepadatan lumpur (SDI).

Padatan tersuspensi minuman keras campuran (MLSS) merupakan berat total padatan lumpur aktif yang terkandung dalam satuan volume cairan campuran dalam tangki aerasi, yaitu:

MLSS=Ma + Aku + Mi + Mii

Ma – Komunitas mikroba yang aktif secara metabolik;

Saya – Residu dari metabolisme endogen dan-oksidasi mandiri mikroorganisme (terutama bakteri);

Mi – Bahan organik inert yang sulit diurai oleh bakteri, terbawa oleh air limbah mentah;

Mii – Bahan anorganik terbawa oleh air limbah.

Satuannya adalah mg/L atau kg/m³.

Padatan tersuspensi minuman keras campuran (MLVSS) mewakili konsentrasi padatan organik dalam lumpur aktif dari minuman keras campuran, yaitu:

MLVSS=Ma + Aku + Mi

Rasio MLVSS terhadap MLSS dinyatakan sebagai f. Dalam keadaan normal, nilai f relatif tetap, yaitu sekitar 0,75 untuk air limbah domestik.

MLVSS dan MLSS dapat digunakan untuk mencerminkan konsentrasi lumpur dalam tangki pengolahan biologis. Perbandingan data harian dapat mengungkap pertumbuhan lumpur aktif. Namun, MLVSS tidak menyertakan bahan anorganik, sehingga nilainya mendekati jumlah mikroorganisme sebenarnya.

Kecepatan pengendapan lumpur (SV), juga dikenal sebagai laju pengendapan 30 menit, adalah persentase volume lumpur yang diendapkan yang terbentuk setelah larutan campuran diendapkan dalam gelas ukur selama 30 menit, dinyatakan dalam persentase (%).

Pada tahap awal budidaya lumpur aktif, kecepatan pengendapan dapat digunakan untuk mengamati pertumbuhan lumpur. Umumnya SV lumpur aktif yang normal dan stabil adalah antara 20-35%. SV yang lebih rendah menunjukkan konsentrasi lumpur yang tidak mencukupi, sedangkan SV yang lebih tinggi menunjukkan pertumbuhan lumpur yang terlalu cepat (nutrisi yang berlebihan, kemungkinan disebabkan oleh sumber karbon yang berlebihan).

Indeks volume lumpur (SVI), juga dikenal sebagai indeks lumpur, adalah volume lumpur yang mengendap (dalam mL) per gram lumpur kering setelah 30 menit mengendap dalam larutan campuran di saluran keluar tangki aerasi. Rumus untuk menghitung indeks volume lumpur adalah:

SVI=SV/MLSS

SVI digunakan untuk menilai kinerja pengendapan lumpur, dan kisaran normalnya biasanya antara 70 dan 150 mL/g. Nilai SVI yang rendah menunjukkan aktivitas lumpur yang rendah dan kandungan bahan anorganik yang tinggi; nilai SVI yang tinggi menunjukkan potensi penggemburan lumpur dan kinerja pengendapan yang buruk.

Indeks kepadatan lumpur (SDI), biasa disebut kepadatan, adalah kebalikan dari SVI.