Pengolahan air limbah anaerobik adalah jenis pengolahan biologis di mana mikroorganisme anaerobik digunakan untuk memecah dan menghilangkan kontaminan organik dari air limbah. Sementara sistem pengolahan anaerobik dapat mengambil berbagai bentuk, mereka umumnya mencakup beberapa bentuk bioreaktor atau repositori yang mampu mempertahankan lingkungan bebas oksigen yang diperlukan untuk mendukung proses pencernaan anaerobik.
Proses pengolahan air limbah anaerobik terdiri dari dua tahap: fase pengasaman diikuti oleh fase produksi metana, dengan kedua proses terjadi dalam kesetimbangan dinamis. Pada fase pembentukan asam awal , anaerob memecah senyawa organik kompleks menjadi asam organik volatil rantai pendek yang lebih sederhana. Fase kedua, yang dikenal sebagai fase produksi metana, terdiri dari dua langkah: asetogenesis, di mana bakteri anaerob mensintesis asam organik untuk membentuk asetat, gas hidrogen, dan karbon dioksida; dan metanogenesis, di mana mikroorganisme anaerobik kemudian bekerja pada molekul yang baru terbentuk ini untuk membentuk gas metana dan karbon dioksida. Produk sampingan ini dapat direklamasi untuk digunakan sebagai bahan bakar, sedangkan air limbahnya dapat dialirkan untuk pengolahan dan/atau pembuangan lebih lanjut.
Tergantung pada kebutuhan aplikasi spesifik dan persyaratan fasilitas, sistem digester anaerobik dapat dirancang sebagai unit satu atau beberapa tahap, yang berarti bahwa mereka dapat dikonfigurasi dengan tangki pengasaman dan unit bioreaktor terpisah. Jenis umum sistem pengolahan air limbah anaerobik meliputi:
Laguna anaerobik
Laguna anaerobik adalah kolam besar buatan manusia, biasanya berukuran antara 1-2 hektar, dan kedalaman hingga 20 kaki. Mereka digunakan secara luas untuk pengolahan air limbah pertanian yang dihasilkan dari produksi daging, serta pengolahan aliran air limbah industri lainnya, dan sebagai langkah pengolahan utama dalam pengolahan air limbah kota. Air limbah biasanya disalurkan ke dasar laguna, di mana ia mengendap untuk membentuk lapisan cair atas, dan lapisan lumpur semi-padat. Lapisan cair mencegah oksigen mencapai lapisan lumpur, memungkinkan proses pencernaan anaerobik untuk memecah bahan organik dalam air limbah. Rata-rata, proses ini dapat memakan waktu hanya beberapa minggu, atau hingga enam bulan untuk membawa tingkat BOD/COD ke kisaran target. Bakteri anaerob menyukai kondisi lingkungan tertentu,seperti suhu air hangat (85-95 ° F) dan pH mendekati netral, oleh karena itu, mempertahankan kondisi optimal akan meningkatkan laju aktivitas mikroorganisme anaerobik, yang menghasilkan waktu penahanan air limbah yang lebih pendek. Laju respirasi anaerobik juga dapat dibatasi oleh sejumlah faktor, termasuk fluktuasi konsentrasi BOD/COD, dan adanya zat seperti natrium, kalium, kalsium, dan magnesium.
Reaktor selimut lumpur anaerobik
Reaktor selimut lumpur adalah jenis pengolahan anaerobik di mana air limbah dilewatkan melalui “selimut” partikel lumpur tersuspensi yang mengambang bebas. Sebagai anaerob dalam lumpur mencerna konstituen organik dalam air limbah, mereka berkembang biak dan mengumpulkan menjadi butiran yang lebih besar yang mengendap di dasar tangki reaktor, dan dapat didaur ulang untuk siklus masa depan. Limbah yang diolah mengalir ke atas dan keluar dari unit. Biogas yang dihasilkan dari proses degradasi dikumpulkan oleh tudung pengumpul sepanjang siklus pengolahan.
Reaktor selimut lumpur anaerobik tersedia dalam beberapa bentuk yang berbeda, termasuk:
Selimut lumpur anaerobik upflow (UASBs): Dalam pengolahan UASB, air limbah dipompa ke dasar bioreaktor UASB dengan aliran ke atas diterapkan. Hal ini menyebabkan selimut lumpur mengapung saat air limbah mengalir melaluinya.
Tempat tidur lumpur granular yang diperluas (EGSBs): EGSB sangat mirip dengan teknologi UASB, dengan faktor pembeda utama adalah bahwa air limbah disirkulasikan kembali melalui sistem untuk meningkatkan kontak yang lebih besar dengan lumpur. Mereka juga biasanya lebih tinggi dari UASB, dan aliran influen dipertahankan pada kecepatan yang lebih tinggi. Akibatnya, EGSB mampu mengolah aliran dengan muatan organik yang lebih tinggi dibandingkan dengan sistem UASB.
Reaktor baffle anaerobik (ABRs): ABRs dibangun dengan kompartemen semi-tertutup yang dipisahkan oleh baffle bergantian. Baffle mengganggu kelancaran aliran air limbah, mendorong kontak yang lebih besar dengan selimut lumpur saat mengalir dari saluran masuk reaktor ke saluran keluar.
Reaktor filter anaerobik
Reaktor filter anaerobik terdiri dari tangki reaktor yang dilengkapi dengan media filter tetap dari beberapa jenis. Mikroorganisme anaerob dibiarkan untuk membangun diri pada media filter , membentuk apa yang dikenal sebagai biofilm. Media filter bervariasi dari satu sistem ke sistem berikutnya, dengan bahan umum termasuk film dan partikel plastik, serta kerikil, batu apung, batu bata, dan bahan lainnya. Media filter baru harus diinokulasi dengan anaerob, dan biofilm mungkin memerlukan beberapa bulan untuk menjadi mapan sampai siap untuk perawatan pada kapasitas penuh.
Selama siklus pengolahan, aliran air limbah dilewatkan melalui media filter, yang berfungsi untuk menangkap partikel dari aliran, sementara juga menyediakan area permukaan yang cukup untuk mengekspos anaerob dalam biofilm ke bahan organik yang ada di aliran. Kinerja reaktor filter harus dipantau secara hati-hati dari waktu ke waktu, karena media filter pada akhirnya akan tersumbat oleh biofilm berlebih dan penumpukan partikulat, yang memerlukan langkah-langkah perawatan seperti pencucian balik dan pembersihan untuk mempertahankan kinerja yang optimal.