Pengolahan biologis adalah penggunaan mikroorganisme untuk mengurai bahan organik dalam air limbah, yang secara umum dibagi menjadi pengolahan biologis anaerobik dan aerobik.
Pengolahan Biologis Anaerobik: Prinsip pengolahan biologis anaerobik adalah memanfaatkan mikroorganisme anaerobik untuk memetabolisme zat organik dalam lingkungan bebas oksigen, sehingga mengubahnya menjadi metana (CH₄), karbon dioksida (CO₂), dan beberapa produk antara lainnya. Proses ini dikenal sebagai penguraian anaerobik.
Pengolahan Biologis Aerobik: Dalam kondisi aerobik, mikroorganisme mengubah bahan organik menjadi karbon dioksida dan air melalui proses respirasi, sekaligus menghilangkan polutan seperti nitrogen amonia dan fosfor.
Parameter-parameter berikut ini perlu dipantau selama proses pengolahan anaerobik:
pH
Mikroorganisme anaerob sensitif terhadap nilai pH lingkungan, terutama dalam kondisi asam atau basa, di mana aktivitas metaboliknya dapat terhambat. Kisaran pH optimal bagi sebagian besar mikroorganisme anaerob adalah 6,5–8,0. Pemantauan pH membantu menentukan apakah sistem berada dalam kondisi lingkungan yang sesuai serta mencegah terjadinya pengasaman atau pembasaan yang berlebihan.
Oksigen Terlarut (DO)
Selama proses pengolahan anaerobik, kadar oksigen terlarut harus mendekati nol, karena mikroorganisme anaerobik tumbuh dalam lingkungan yang bebas oksigen. Jika konsentrasi oksigen terlarut terlalu tinggi, hal itu dapat menghambat aktivitas mikroorganisme anaerobik. Konsentrasi oksigen terlarut (DO) biasanya dipantau menggunakan metode elektroda oksigen (seperti sensor DO) untuk memastikan terciptanya lingkungan anaerobik.
Kebutuhan Oksigen Kimia (COD)
COD merupakan indikator penting untuk mengukur konsentrasi bahan organik dalam air limbah. Tujuan dari pengolahan anaerobik adalah untuk mendegradasi bahan organik melalui aktivitas mikroba, sehingga dapat mengurangi kadar COD dalam air limbah. Pemantauan COD secara berkala membantu menilai efisiensi penghilangan polutan dalam proses pengolahan anaerobik serta menentukan apakah tingkat pengolahan yang diinginkan telah tercapai.
Nitrogen Total (TN) dan Nitrogen Amonia (NH₃-N)
Sumber nitrogen, seperti nitrogen amonia, juga dapat terurai selama proses pengolahan anaerobik, terutama dalam kondisi yang sesuai di mana denitrifikasi anaerobik dapat menghilangkan nitrogen. Pemantauan konsentrasi nitrogen total dan nitrogen amonia membantu mengevaluasi efisiensi penghilangan nitrogen serta mencegah masuknya nitrogen berlebih ke perairan hilir, yang dapat menyebabkan eutrofikasi.
Suhu
Suhu secara langsung memengaruhi aktivitas mikroorganisme anaerobik. Proses penguraian anaerobik paling efisien pada kisaran suhu 30–40 °C (penguraian anaerobik mesofilik). Suhu yang terlalu tinggi atau terlalu rendah dapat memengaruhi laju reaksi dan efektivitas pengolahan. Menjaga suhu agar tetap berada dalam kisaran optimal sangat penting untuk kelancaran proses anaerobik.
Hampir semua sensor kualitas air KACISE dilengkapi dengan sensor suhu.
Parameter-parameter berikut ini perlu dipantau selama proses pengolahan aerobik:
Oksigen Terlarut (DO)
Oksigen terlarut sangat penting bagi metabolisme mikroorganisme aerobik. Mikroorganisme membutuhkan oksigen untuk respirasi aerobik guna mengurai bahan organik. Jika konsentrasi oksigen terlarut terlalu rendah, hal ini dapat menyebabkan penurunan aktivitas mikroba, yang pada gilirannya memengaruhi efisiensi pengolahan. Sebaliknya, jika konsentrasi oksigen terlarut terlalu tinggi, hal ini dapat menyebabkan pemborosan energi. Tingkat oksigen terlarut biasanya dipantau secara real-time menggunakan sensor DO untuk memastikan nilainya tetap berada dalam kisaran yang sesuai (biasanya 2–4 mg/L).
pH
Nilai pH memengaruhi aktivitas metabolik mikroorganisme serta efisiensi degradasi bahan organik. Mikroorganisme aerobik paling aktif dalam lingkungan netral atau sedikit basa. Kondisi yang sangat asam atau sangat basa dapat menghambat aktivitas mikroorganisme dan bahkan menyebabkan kegagalan sistem. Nilai pH biasanya dijaga agar tetap berada dalam kisaran 6,5–8,5 untuk memastikan metabolisme mikroorganisme berjalan normal.
Kebutuhan Oksigen Kimia (COD)
Kebutuhan Oksigen Kimia (COD) merupakan indikator umum untuk mengukur konsentrasi bahan organik dalam air limbah. Nilai COD yang lebih tinggi menandakan konsentrasi polutan organik yang lebih tinggi dalam air. Tujuan utama pengolahan aerobik adalah untuk menghilangkan zat-zat organik tersebut dan menurunkan nilai COD. Pemantauan rutin terhadap konsentrasi COD pada air masuk dan air hasil pengolahan membantu menilai efektivitas pengolahan aerobik. Pengolahan aerobik dapat secara signifikan mengurangi nilai COD dalam air limbah, dan nilai COD pada air hasil pengolahan biasanya harus memenuhi standar peraturan yang berlaku.
Kebutuhan Oksigen Biokimia (BOD)
BOD mencerminkan kebutuhan oksigen biologis untuk penguraian bahan organik dalam air. Ini merupakan indikator penting kualitas air dan tingkat pencemaran. Selama proses pengolahan aerobik, mikroorganisme menguraikan bahan organik dalam BOD menjadi karbon dioksida dan air melalui respirasi aerobik. Pengukuran nilai BOD secara berkala digunakan untuk mengevaluasi efisiensi penghilangan sistem pengolahan. BOD5 (kebutuhan oksigen biokimia lima hari) umumnya merupakan indikator yang paling sering dipantau.
Nitrogen Amonia (NH₃-N)
Nitrogen amonia merupakan salah satu polutan nitrogen yang umum ditemukan dalam air limbah. Mikroorganisme aerobik dapat mengubah nitrogen amonia menjadi nitrat melalui proses nitrifikasi. Apabila konsentrasi nitrogen amonia terlalu tinggi, hal ini dapat menghambat aktivitas mikroorganisme dan memengaruhi efisiensi pengolahan. Pemantauan konsentrasi nitrogen amonia memastikan penghilangan yang efektif dari sistem, sehingga mencegah terjadinya polusi sekunder terhadap lingkungan.
Total Nitrogen (TN)
Nitrogen total mencakup nitrogen amonia, nitrogen nitrat, dan bentuk-bentuk nitrogen lainnya. Reaksi nitrifikasi dalam proses pengolahan aerobik mengubah nitrogen amonia menjadi nitrogen nitrat. Namun, nitrifikasi yang berlebihan dapat menyebabkan penumpukan nitrogen nitrat. Pemantauan konsentrasi nitrogen total, terutama pada sistem yang melibatkan penghilangan nitrogen, memastikan proses nitrifikasi berjalan lancar dan mencegah penumpukan nitrogen yang berlebihan.
Suhu
Suhu memiliki pengaruh yang signifikan terhadap laju metabolisme mikroorganisme dan efisiensi pengolahan. Secara umum, mikroorganisme paling aktif pada kisaran suhu 20–35 °C. Jika suhu terlalu tinggi atau terlalu rendah, hal itu akan memengaruhi pertumbuhan mikroorganisme dan efisiensi pengolahan air limbah. Sensor suhu digunakan untuk memantau suhu reaktor dan memastikan suhu tersebut tetap berada dalam kisaran optimal.
Total Padatan Tersuspensi (TSS)
TSS mencerminkan konsentrasi padatan tersuspensi dalam air. Selama proses pengolahan aerobik, padatan tersuspensi dalam air limbah umumnya diuraikan oleh mikroorganisme (misalnya, lumpur aktif). TSS yang berlebihan dapat menyebabkan penyumbatan sistem, yang memengaruhi aliran air limbah. Pemantauan konsentrasi TSS mencegah penumpukan partikel tersuspensi yang berlebihan, sehingga memastikan aktivitas mikroorganisme dan kelancaran aliran air limbah di dalam reaktor.
Padatan Tersuspensi dalam Larutan Campuran (MLSS)
MLSS mengacu pada konsentrasi padatan tersuspensi dalam campuran cairan, termasuk lumpur aktif dan bahan organik yang belum terurai. Konsentrasi MLSS memengaruhi efisiensi sistem pengolahan aerobik. Konsentrasi MLSS biasanya dikendalikan dalam kisaran 2.000–5.000 mg/L untuk memastikan jumlah mikroorganisme yang memadai guna menguraikan bahan organik dalam air.
