## PEMBENTUKAN  LUMPUR  GRANUL  DALAM  PENGOLAHAN  AIR
LIMBAH PEMUTIHAN PULP DENGAN REAKTOR UP-FLOW ANAEROBIC SLUDGE BLANKET (UASB)
Yusup Setiawan*, Sri Purwati, Kristaufan J.P., Rina S Soetopo * Peneliti kelompok lingkungan dan derivat selulosa, Balai Besar Pulp dan Kertas

## GRANULAR  SLUDGE  FORMATION  IN  TREATING  OF  BLEACHING  EFFLUENT  BY  UP- FLOW ANAEROBIC SLUDGE BLANKET (UASB) REACTOR

## ABSTRACT
UASB  reactor  is  not  used  yet  by  pulp  and  paper  industries  in  Indonesia  in  treating  their wastewater  caused  by  granular  sludge  must  be  imported  and  needs  high  skill  in  the  operation.  To anticipate  the  more  stringent  of  effluent  standard  and  implementation  of  Adsorbale  Organic  halide (AOX) as a key parameter, UASB reactor has a good prospect to be used in treating of pulp and paper wastewater.
In the beginning of experiment, UASB reactor was operated with the hydraulic retention time (HRT) of 3 days and OLR of 0.10 – 0.23 kgCOD/m 3 .day for 141 days. UASB reactor was then operated with the HRT of 19 hrs and OLR of 0.80 – 3.25 kgCOD/m 3 .day for 287 days. Since day 288 th , UASB reactor  was  operated  in the  HRT of 12  hrs  and  OLR of 1.92  – 5.0 kgCOD/m 3 .day. In  this  condition, micronutrient  solution in the  amount of 1  mL/L  was  added into  feed  wastewater  of  UASB  reactor  to accelerate the growth of granular sludge. Concentration of parameters such as COD, BOD, TSS, pH, and Adsobable Organic Halides (AOX) were analyzed. Sludge characteristic was tested and observed by Light Optical Microscope Leica DMLM and S4E and Scanning Electron Microscope (SEM) Philips FEI Quanta 200. Settling rate of granular sludge was also measured.
The result showed  that on the HRT of 12 hrs and the OLR of 1.92 – 5.0 kgCOD/m 3 .day with the up-flow velocity of 0,16 m/hr, treatment system by UASB reactor could reduce COD of 34.23 – 90.28% (average of 67.41%) and AOX of 59.65 – 70.12% (average of 67.93%). The addition of micronutrient solution  in  the  amount  of  1  mL/L  had  significant  effect  to  the  growth  of  microorganism  and  the granular  sludge  formation.    The  formed  granular  sludge  had  black-brownies  color,  VSS/SS  ratio  of 0.72, diameter up to 2 mm, specific gravity (sg) of 1.12, and high settling rate of 54.6 m/hr. Bacterial population  content  of  the  granular  sludge  consist  of  filament  bacteria  (Methanotric  sp.)  with  the diameter of 1 – 2.94 µm and coccus bacteria (Methanosarcina) with the diameter of 2 - 29 µm. This is very useful and has a role in the sludge granulation and the reduction of organic compounds.
Keywords:  Up-flow  Anaerobic  Sludge  Blanket  (UASB),  MLSS,  MLVSS,  AOX,  granular  sludge, methanotric sp., methanosarcina.

## INTISARI
Sampai  saat ini industri pulp  dan  kertas di  Indonesia  belum ada  yang  menggunakan  reaktor UASB dalam  pengolahan air  limbahnya,  karena  lumpur granul  masih harus  diimpor dan diperlukan ketrampilan  tinggi  dalam  mengoperasikannya.  Untuk  mengantisipasi  baku  mutu  buangan  air  limbah yang  semakin  ketat  dan  penerapan  Adsorbable  Organic  Halide  (AOX)  sebagai  parameter  kunci, reaktor  UASB  mempunyai prospek  yang baik  untuk digunakan dalam  pengolahan air  limbah industri pulp dan kertas.
Pada permulaan percobaan  reaktor  UASB dioperasikan dengan  waktu  tinggal 3 hari dengan beban  organik  sekitar  0,10  –  0,23  kgCOD/m 3 .hari  selama  141  hari.  Setelah  itu  reaktor  UASB dioperasikan dengan  waktu tinggal    19  jam   dan   beban organik antara  0,80 – 3,25  kgCOD/m 3 .hari sampai hari 287. Sejak hari 288, reaktor UASB dioperasikan dengan waktu tinggal 12 jam dan beban organik  antara  1,92  –  5,0  kgCOD/m 3 .hari.  Pada  kondisi  tersebut  ke  dalam  umpan  reaktor  UASB
ditambahkan  larutan  mikronutrisi untuk  mempercepat pertumbuhan  lumpur granul  sebanyak 1  mL/L. Kadar   parameter  COD,  BOD,  TSS,  pH, dan Adsobable  Organic  Halides  (AOX)    influen dan effluen dianalisa.  Karakteristik  lumpur  diamati  dan  diuji  menggunakan  Light  Optical  Microscope  Leica DMLM  dan  S4E  dan  Scanning  Electrone  Microscope  (SEM)  Philips  FEI  Quanta  200.  Kecepatan pengendapan lumpur granul juga diukur.
Hasil  menunjukkan  bahwa  pada  waktu  tinggal  12  jam  dan  beban  organik  antara  1,92  –  5,0 kgCOD/m 3 .hari dengan up-flow velocity = 0,16 m/jam, sistem pengolahan dengan reaktor UASB dapat mereduksi COD = 34,23% – 90,28% (rata-rata = 67,41%) dan AOX = 59,65% – 70,12% (rata-rata = 67,93%).  Penambahan  larutan  mikronutrisi  sebanyak  1  mL/L  mempunyai  pengaruh  signifikan dalam pertumbuhan  mikrorganisme  dan  pembentukan  lumpur  granul.  Lumpur  granul  yang  terbentuk berwarna hitam kecoklatan, memiliki VSS/SS = 0,72,  dengan diameter mencapai 2 mm, dengan nilai specific gravity (sg) 1,12  dan memiliki kecepatan pengendapan tinggi mencapai 54,6 m/jam. Populasi bakteri  pada  lumpur  granul  diantaranya  terkomposisi  dari  bakteri  filament  (Methanotric  sp.) berdiameter  antara  1  –  2,94  µm  dan  coccus  (Methanosarcina)  berdiameter  antara  2  -  29  µm  yang sangat berperan pada granulasi lumpur dan reduksi senyawa organik.
Kata  kunci  :  Up-Flow  Anaerobic  Sludge  Blanket  (UASB),  MLSS,  MLVSS,  AOX,  lumpur  granul, methanotric sp., methanosarcina.

## PENDAHULUAN
Industri pulp dan kertas merupakan salah satu  industri  penting  di  Indonesia  yang  cukup besar  kontribusinya    terhadap  pendapatan negara  dari  nilai  ekspornya.  Pada  saat  ini  ada 81 pabrik pulp dan kertas di Indonesia, 9 pabrik diantaranya  memproduksi  pulp  putih  dengan kapasitas  produksi  antara  39.600  –  1.820.000 ton  pulp  putih  per  tahun.  Dalam  proses produksi  pulp  putih  tersebut,    sebagian  masih menggunakan proses pemutihan secara konvensional,  namun  ada  juga  yang  sudah menggunakan  proses  pemutihan    “ Elementally Chlorine Free (ECF)”. Pada proses pemutihan pulp  secara  konvensional,  air  buangan  proses pemutihan  mengandung  kadar  “Adsorbable Organic  Halides  (AOX)”  sampai  25  mg/l, sedangkan  pada  sistem  ECF  kadarnya    lebih rendah.
Beberapa  literatur  menyebutkan  bahwa buangan  air  limbah  dari  proses  pemutihan konvensional  dapat  mengganggu  kesehatan karena mengandung senyawa organik terklorinasi.  Lebih  dari  200  jenis  senyawa terklorinasi  telah  teridentifikasi  dari  air buangan pemutihan pulp kraft (Reeve and Earl, 1989).  Beberapa  senyawa  organik  terklorinasi ini  bersifat  toksik  dan    terakumulasi  di lingkungan  perairan  (Bryant et.al .,  1987; Martinsen et. al ., 1988; Leach, 1980) sehingga di  beberapa  negara  maju  sudah  ada  tekanan- tekanan  baik  melalui  peraturan  lingkungan maupun tuntutan pasar untuk menurunkan atau menghilangkan  senyawa  organik  terklorinasi tersebut dari buangan limbah.
Penelitian  penurunan  kadar  AOX  yang terkandung  dalam  air  limbah    proses  pemutihan pulp  secara  konvensional  dengan  tahap  klorinasi- ekstraksi-hipoklorit  (CEH),  menggunakan  reaktor UASB  telah  dilaksanakan  secara  berkelanjutan. Hasil  awal  menunjukkan  bahwa  reaktor  UASB yang  diberi  bibit  lumpur “flocculent” yang dioperasikan  dengan  waktu  tinggal  20  jam  dan beban organik 0,79 kgCOD/m 3 .hari dapat menurunkan  AOX  sampai  57,8%.  Pada  kondisi proses  yang  sama  telah  dilakukan  juga  dengan reaktor UASB yang diberi bibit lumpur campuran granul dan “flocculent” . Hasilnya dapat menurunkan  kadar  AOX  sampai  73,3%.  Hasil observasi  dari  penelitian  tersebut  menunjukkan bahwa  waktu  aklimatisasi  reaktor  UASB  yang diberi  bibit  lumpur  campuran  granul  dan “flocculent” jauh  lebih  cepat  dari  pada  reaktor UASB yang diberi bibit lumpur “flocculent” saja .
Sampai  saat  ini  industri  pulp  dan  kertas  di Indonesia  belum  ada  yang  menggunakan  reaktor UASB  dalam  pengolahan  air  limbahnya.  Hal  ini disebabkan  selain  lumpur  granul  masih  diimpor diperlukan  juga  keterampilan  tinggi  dalam mengoperasikannya.  Untuk  mengantisipasi  baku mutu  buangan  air  limbah  yang semakin ketat dan AOX  sebagai  parameter  kunci  dalam  baku  mutu limbah  cair,  reaktor  UASB  mempunyai  prospek yang  baik  untuk digunakan dalam  pengolahan  air limbah  industri  pulp  dan  kertas.  Penelitian pembentukan lumpur granul dari lumpur “flocculent” telah  dilakukan  melalui  pengaturan kondisi  operasi  diantaranya  beban  hidrolik  dan kondisi  hidrodinamik  serta  mengoptimalkan kondisi  lingkungan  bagi  pertumbuhan  mikroba dalam  proses  granulasi.  Dalam  makalah  ini
diuraikan  kinerja reaktor UASB  dalam menurunkan kadar pencemar meliputi parameter  AOX,  COD,  dan  TSS,  serta pelaksanaan  pembentukan  lumpur  granul  dan kualitas lumpur granul yang dihasilkan.

## TINJAUAN PUSTAKA
Sistem Up-Flow Anaerobic Sludge Blanket (UASB)  yang  dikembangkan  oleh  Lettinga et.al ., 1980) adalah salah satu proses anaerobik dengan  efisiensi  tinggi.  Dibawah  kondisi mesofilik  pada  beban  volumetrik  ≥  25 kgCOD/m 3 .hari  dan  waktu  tinggal    ≤  5  jam, sistem  pengolahan ini dapat mereduksi COD ≥ 85% (Lettinga et.al ., 1980). Kestabilan operasi dan  keberhasilan  kinerja  sistem  UASB  sangat tergantung pada kualitas lumpur yang memiliki kecepatan  pengendapan  yang  besar  dan keaktifan  metanogenik  tinggi,  yang  biasanya terdapat  dalam  bentuk  lumpur  granul.  Sifat kecepatan  pengendapan  yang  besar  lumpur granul ini akan menyebabkan lumpur terkonsentrasi  dibagian  bawah  reaktor  UASB sehingga  sistem  dapat  beroperasi  pada  beban organik  yang  jauh  lebih  besar.  Jika  lumpur  di dalam  reaktor  UASB  masih  dalam  bentuk “flocculent” ,  kehilangan  banyak  lumpur  akan terjadi  karena  terbawa  aliran  air  limbah. Pengolahan  air  limbah  dengan  kondisi  lumpur granul memiliki beberapa kelebihan dibandingkan  dengan  lumpur “flocculent” yaitu  mempunyai  kecepatan  pengendapan  dan keaktifan  spesifik  yang  lebih  besar  sehingga memiliki kapasitas pengolahan air limbah yang jauh  lebih  tinggi. Pengembangan  pembentukan lumpur  granul  dalam  reaktor  UASB  yang mengolah  beberapa  jenis  air  limbah  telah banyak  diteliti,  sehingga  pembentukan  lumpur granul  dalam reaktor UASB sangat diperlukan dan  dapat  diaplikasikan  dalam  skala  komersial (Wu Wei-Min, 1985; de Zeeuw, 1987).
Pembentukan  lumpur  granul  dari  lumpur “flocculent” anaerobik  dan  pemeliharaannya dipengaruhi  oleh  beberapa  parameter  yaitu komposisi  dan  suhu  air  limbah,  konfigurasi reaktor, kecepatan beban, dan kondisi hidrodinamik  yang  merupakan  parameter paling  penting  (Kosaric,  1990).  Wu  Wei-Min, 1985,  melaporkan  bahwa  faktor  utama  yang diperlukan  untuk  dapat  menghasilkan  lumpur granul adalah sebagai berikut :

## Kebutuhan nutrisi
Kebutuhan  nutrisi  dengan  perbandingan COD:N  untuk  pembentukan  lumpur  granul  sama seperti proses anaerobik pada umumnya. Perbandingan  COD:N  =  30  –  55  :  1  merupakan kondisi  yang  sesuai,  walaupun  lumpur  granul dapat  juga  terbentuk  pada    perbandingan  COD:N =  200  :  1  jika  campuran  dalam  reaktor  telah memiliki  kapasitas buffer yang  cukup.  Selain Nitrogen dan Posfor, dibutuhkan juga mikronutrisi untuk  mengoptimalkan  kinerja  proses  anaerobik dan pertumbuhan lumpur granul seperti Fe dan Ni dengan  konsentrasi  sebesar  1  –  5  ppm,  serta  Co, Mo, dan Se  dengan konsentrasi sekitar 0,05 ppm.

## Varibel pengoperasian
Varibel  pengoperasian  yang  paling  penting adalah  besarnya  laju  pembebanan  COD.  Lumpur granul  akan  mulai  nampak terbentuk  pada    beban COD 0,3 kg/kgVSS.hari. Disarankan setelah tahap start-up,  beban  COD  dinaikkan  menjadi  >  0,6 kg/kgVSS.hari agar mempercepat proses granulasi. Pengaturan beban hidraulik sebesar 0,25 –  0,40  m 3 /m 2 .jam  telah  cukup  besar  untuk pembentukan granul.

## Kondisi fisik dan kimia
Temperatur  yang  sesuai  untuk  mendapatkan lumpur  granul  adalah  35  –  40 o C.  pH  sebaiknya berkisar  antara  6,5  –  7,2  dilengkapi  dengan alkalinitas yang cukup sebagai buffer . Konsentrasi    Na + ,  K + ,  dan  NH 3 -N  masing-masing harus  lebih  rendah  dari  3.500,  2.500,  dan  1.700 mg/l (Koster, 1984).
Pengolahan  secara  biologi  untuk  menurunkan kadar  senyawa  organik  terklorinasi  dalam  air limbah  pemutihan  yang  menunjukkan  hasilnya sangat  signifikan  dalam  penurunan  COD  dan AOX  pulp  telah  banyak  dilaporkan  di  beberapa literatur  (McFarlane,  1995).  Granulasi  lumpur anaerobik dalam reaktor UASB adalah faktor yang paling penting dalam kinerja UASB reaktor untuk mereduksi  senyawa  toksik  dalam  effluen.  UASB reaktor  dapat  mereduksi  COD  sebesar  30  -70%, dan AOX = 25 -67% (Lepisto, 1994). Penggunaan reaktor  UASB  untuk  pengolahan  air  limbah industri  pulp  dan  kertas  skala  komersial  telah mulai diterapan di Eropa sejak tahun 1980.

## METODOLOGI
Reaktor  UASB  yang  digunakan  dalam percobaan  ini  terbuat  dari “fiber  glass” transparan berdiameter dalam 10 cm, tinggi  1,9 m  dengan  volume  15  L  yang  dilengkapi  alat pengukur  biogas.  Diagram  dan  foto  reaktor UASB dapat dilihat pada Gambar 1.
Bibit lumpur “flocculent” dengan kandungan MLSS = 22.400 mg/L dan MLVSS =  10.400  mg/L  yang  diambil  dari  kolam fakultatif  yang  mengolah  air  limbah  industri pulp dan kertas dimasukkan .
Ke  dalam  reaktor  UASB  sampai  60% volume  reaktor.  Air  limbah  yang  digunakan pada  percobaan  ini  adalah  air  limbah  dari proses  pemutihan  pulp  konvensional    dari industri  pulp  dan  kertas  yang  terintegrasi. Karakteristik  air  limbah  pemutihan  pulp  yang digunakan  pada  percobaan  dapat  dilihat  pada Tabel 1.  Ke  dalam  tangki  umpan  ditambahkan makronutrisi  yaitu  urea  sebagai  sumber  N  dan K 2 HPO 3 sebagai sumber P dengan perbandingan COD : N : P = 350 : 7 : 1.
NaHCO 3 sebagai buffer dengan konsentrasi 1.000 –  2.500  mg/L  dicampurkan  juga  dengan air  limbah  dalam  tangki  umpan.    pH  umpan reaktor  UASB  dipertahankan  pada  pH  6,5  – 7.0.  Pompa  peristaltik  digunakan  untuk mengalirkan  air  limbah  dari  tangki  umpan  ke reaktor UASB.
Tabel  1.  Karakteristik  Air  limbah  bahan percobaan
No. Parameter Unit Konsentrasi 1. 2. 3. 4. AOX COD T TSS
pH mg/l mg/l mg/l - 2.59 – 23.28 315 – 2,565 30 – 2,300 6.5 – 7.6

## Tabel 2. Komposisi mikronutrisi
Bahan Kimia Konsentrasi  FeCl 2 .4H 2 O  MnCl 2 .4H 2 O  CuCl 2 .2H 2 O  ZnCl 2  CoCl 2 .6H 2 O  NiCl 2 .6H 2 O  (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24  H 3 BO 3  Aquadest  menjadi1 liter 1,250 mg 300 mg 20 mg 50 mg 80 mg 60 mg 60 mg 20 mg
Pada  permulaan  percobaan,  reaktor  UASB dioperasikan  dengan  waktu  tinggal  3  hari  dan beban organik sekitar 0,10 – 0,23 kgCOD/m 3 .hari  selama  141  hari.  Setelah  itu, reaktor  UASB  dioperasikan  dengan  waktu tinggal  19 jam  dan  beban organik 0,80 – 3,25
kgCOD/m 3 .hari  sampai  hari  ke  287.  Selama pengoperasian reaktor UASB ini, contoh lumpur dari  bagian  dasar  reaktor  diambil  dan  diamati dengan  mikroskop  dan Scanning  Electrone Microscope  (SEM) .  Sejak  hari  ke  288,  reaktor UASB  dioperasikan  dengan  waktu  tinggal  12 jam dan beban organik 1,92 – 5,0 kgCOD/m 3 .hari  dan  kedalam  umpan  reaktor UASB  ditambahkan  mikronutrisi  sebanyak  1 mL/L  dengan  komposisi  seperti  pada  Table  2 untuk mempercepat pertumbuhan lumpur granul. Effluen reaktor UASB ditampung dan dianalisa. Biogas  yang  terbentuk  diukur  dengan  alat pengukur biogas.

## Metoda Analisa
Parameter COD, BOD, TSS, pH, MLSS dan MLVSS  dianalisa menggunakan Standard Methods  for  Examination  of  Water  and  Waste Water  (APHA) .  Kadar  AOX  dianalisa  dengan metoda  adsorpsi-pirolisa-titrasi  menggunakan AOX analyzer, Mitsubishi
TOX-100.
Pengamatan  dan  pengujian  karakteristik  lumpur dilakukan menggunakan Light Optical Microscope  Leica  DMLM  dan  S4E ,  serta Scanning  Electrone  Microscope  (SEM)  Philips FEI  Quanta  200 .  Kecepatan  pengendapan lumpur  granul  diukur  berdasarkan  metoda Andras et al , 1998.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Kinerja  Reaktor  UASB  dalam  Penurunan
Kadar Pencemar
Pada  permulaan  percobaan,  reaktor  UASB dioperasikan dengan waktu tinggal 3 hari dengan beban organik sekitar 0,10 – 0,23
kgCOD/m 3 .hari  selama  141  hari.  Konsentrasi COD  dan  AOX  air  limbah  diawal  percobaan sebagai  umpan  reaktor  UASB  masing-masing berkisar 502 – 700 mg/L dan 2,34 – 3,25 mg/L. Pada  percobaan  lanjut  konsentrasi  zat  organik umpan  reaktor  UASB  meningkat  dengan konsentrasi  COD  =  1.127  –  2.565  mg/L  dan AOX  =  16,03  –  23,28  mg/L  dengan  waktu tinggal    diturunkan  menjadi  19  jam  sehingga beban  organik  naik  menjadi  sekitar  0,80  –  3,62 kgCOD/m 3 .hari  sampai  pengoperasian  reaktor UASB  hari  ke  287.  Setelah  itu  reaktor  UASB dioperasikan pada laju beban lebih tinggi dengan waktu  tinggal  12  jam  dan  beban  organik  antara 1,92 – 5,0 kgCOD/m 3 .hari untuk melihat kinerja reactor UASB lebih lanjut. Gambar 2 menunjukkan kondisi operasi beban organik dan waktu tinggal reaktor UASB.

## Gambar 1. Diagram dan foto reaktor UASB
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 20 48 76 1 05 1 34 1 62 1 88 2 18 2 49 2 78 3 09 3 37 3 65 3 96 4 24 4 49 Waktu (Hari) Wa kt u T inggal (Hari ) 0 1 2 3 4 5 6 B e b a n Org a n ik (K gCOD/m3.h ari) Waktu Tinggal Beban Organik
Gambar 2. Beban organik dan waktu tinggal reaktor UASB
Pada  minggu pertama pengoperasian reaktor  UASB,    konsentrasi  TSS  pada  effluen reaktor umumnya lebih besar dari pada influen. Hal  ini  disebabkan  lumpur flocculent yang digunakan  ringan  sehingga  terbawa  aliran  ke effluen  sedangkan  lumpur  fraksi  yang  lebih berat  tertahan  dalam  reaktor.  Setelah  minggu kedua  sudah  terlihat  lumpur  menjadi  kompak dengan  reduksi  TSS  dapat  dilihat  seperti  pada Gambar 3.
Pada  pengoperasian  awal  reaktor  UASB dengan waktu tinggal 3 hari, reduksi TSS dapat dicapai  sampai  86,67%.  Penurunan  reduksi
TSS  terjadi    pada  saat  permulaan  perubahan operasi penurunan waktu tinggal, yaitu dari 3 hari menjadi  19  jam  dan  kemudian  menjadi  12  jam, yang  berkaitan  dengan    peningkatan  beban organiknya.  Pada  awal  penurunan  waktu  tinggal menjadi  19  jam,  reduksi  TSS  turun  menjadi sampai  39,81%  dan  setelah  mulai  stabil  reduksi TSS  meningkat  lagi  dan  dapat  mencapai  sampai 87,62%.  Kejadian  serupa  terjadi  lagi  pada  saat penurunan  waktu  tinggal  menjadi  12  jam,  disini reduksi  TSS  turun  drastis  menjadi  21,43%. Kondisi  stabil  meningkat  secara  perlahan  dengan reduksi TSS mencapai 91,54%.
N, P, NaHCO3 Umpan Tangki Umpan Effluen Pompa Umpan Pengukur gas sampling port Reaktor UASB Biogas S 5 S 4 S 3 S 2 S 1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 20 48 76 10 5 13 4 16 2 18 8 21 8 24 9 27 8 30 9 33 7 36 5 39 6 42 4 Waktu (Hari) Re duksi (%) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 TSS (m g /L ) Reduction (%) Influent (mg/L) Effluent (mg/L)
Gambar 3. Kinerja reaktor UASB dalam reduksi TSS
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 20 48 76 10 5 13 4 16 2 18 8 21 8 24 9 27 8 30 9 33 7 36 5 39 6 42 4 44 9 Waktu (Hari) Redu k si (%) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 CO D ( mg /L) Reduction (%) Influent (mg/L) Effluent (mg/L)
Gambar 4. Kinerja reaktor UASB dalam reduksi COD
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2 0 4 8 7 6 105 134 162 188 218 249 278 309 337 365 396 424 449 Waktu (Hari) Red uks i (%) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 AOX (mg /L) Reduction (%) Influent (mg/L) Effluent (mg/L)
Gambar 5. Kinerja reaktor UASB dalam reduksi AOX
Kinerja  reaktor  UASB  dalam  mereduksi COD  dan  AOX  dapat  dilihat  pada  Gambar  4 dan  5.    Pada  waktu  tinggal  3  hari  dengan beban organik sekitar 0,10 – 0,23 kgCOD/m 3 .hari reactor UASB dapat mereduksi COD antara 47,21% – 72,15% dan AOX antara 6,56% – 61,98%. Sedangkan pada waktu  tinggal  19  jam  dan  beban  organik dinaikkan  menjadi  sekitar  0,80  –  3,62 kgCOD/m 3 .hari,  pada  awal  perubahan  terjadi penurunan  reduksi  baik  untuk  COD  maupun untuk  AOX.  Hal  ini  disebabkan  terjadinya beban kejut (shock loading) terhadap mikroba dengan meningkatnya beban organik tersebut.
Selanjutnya  reduksi  COD  maupun  AOX meningkat kembali secara perlahan, walaupun ada sedikit fluktuasi. Reduksi COD dan AOX yang  dapat  dicapai  masing-masing  adalah 30,74%  –  67,43%  dan  30,98%  –  74,98%. Hasil analisa lumpur pada bagian dasar reaktor mengandung  MLSS  =  31.940  mg/L  dan MLVSS  =  22.220  mg/L  atau  perbandingan VSS/SS  =  0,69  dan  lumpur  masih  berwarna abu-abu. Bila dihitung berdasarkan konsentrasi  MLVSS,  beban  lumpur  reaktor UASB adalah 0,04 – 0,14 kgCOD/kgVSS.hari dan    0,36  –  1,23  grAOX/kgVSS.hari  dan keaktifan lumpur reaktor UASB adalah 0,04 – 0,06  kgCOD removed /kgVSS.hari  dan    0,34  – 0,86  gr  AOX removed /kgVSS.hari.  Bila  dilihat dari  jumlahnya,  konsentrasi  lumpur  di  bagian bawah reaktor meningkat hampir dua kali lipat dari  awal  percobaan.  Akan  tetapi  hasil pengamatan  secara  visual  masih  belum menunjukkan  adanya  pembentukan  lumpur granul.
Mulai  hari  ke  288,  mikronutrisi  sebanyak 1  mL/L  ditambahkan  ke  dalam  air  limbah umpan  reaktor  UASB  yang  bertujuan  untuk memberikan pengaruh positif terhadap pertumbuhan  pembentukan  lumpur  granul. Reaktor  UASB  dioperasikan  dengan  waktu tinggal 12 jam  dan  beban  organik  antara  1,92 –  5,0 kgCOD/m 3 .hari dengan up-flow  velocity = 0,16 m/jam, lebih tinggi dari pengoperasian sebelumnya.  Pada kondisi  operasi  ini,  reduksi yang  dapat  dicapai  yaitu  COD  =  34,23%  – 90,28%  (rata-rata  =  67,41%)  dan  AOX  = 59,65% – 70,12% (rata-rata = 67,93%).
Setelah reaktor UASB dioperasikan selama 169 hari dari sejak penambahan
mikronutrisi,  hasil  analisa  lumpur  pada  bagian dasar  reaktor  menunjukkan  konsentrasi    MLSS  = 52.694  mg/L  dan  MLVSS  =  37.856  mg/L  atau perbandingan  VSS/SS  =  0,72.  Bila  dilihat  dari jumlahnya,  konsentrasi  lumpur  telah  meningkat lebih  dari  tiga  kali  lipat  dari  awal  percobaan. Lumpur sudah berwarna hitam dan mulai terbentuk lumpur granul. Bila dihitung berdasarkan konsentrasi  MLVSS,  beban  lumpur  reaktor UASB adalah 0,01 – 0,13 kgCOD/kgVSS.hari dan  0,40 – 2,06  grAOX/kgVSS.hari  dan  keaktifan  lumpur dalam  reaktor  UASB  adalah  0,03  –  0,05 kgCOD removed /kgVSS.hari dan 0,66 – 1,44 grAOX removed /kgVSS.hari.  Dengan  meningkatnya jumlah  lumpur  dan  sudah  mulai  terbentuknya lumpur granul, reduksi AOX cenderung meningkat.

## Pembentukan Lumpur Granul dan Keunggulannya
Pengamatan  secara  visual  maupun  dengan Light  Optical  Microscope dan Scanning  Electrone Microscope  (SEM) terhadap  lumpur  di  dalam reaktor  UASB  yang  dioperasikan  sampai  287  hari, kondisi  lumpur  masih  dalam  bentuk “flocculent” , belum  menunjukkan  adanya  pembentukan  lumpur granul  (Gambar  6a  dan  6b). Setelah  169  hari penambahan  mikronutrisi,  hasil  analisa  lumpur pada  bagian  dasar  reaktor  UASB  mengandung MLSS = 52.694 mg/L dan MLVSS = 37.856 mg/L atau perbandingan VSS/SS = 0,72.
Lumpur  yang  dihasilkan  berwarna  hitam kecoklatan dan terbentuk lumpur granul (Gambar 6 c,  6d  dan  6e).  Ukuran  lumpur  granul  yang terbentuk  berdiameter  0,1  -  2  mm,  dengan  nilai specific  gravity (sg) 1,12  dan  memiliki  kecepatan pengendapan  tinggi  yaitu  sekitar  10,47  –  54,6 m/jam yang diklasifikasikan kecepatan pengendapan    rendah  sampai  medium  (Andras, et.al ., 1988; Lettinga et al ., 1980).
Karakteristik  lumpur  granul  yang  terbentuk telah berada pada kisaran lumpur granul yang pada umumnya  mempunyai  perbandingan  VSS/SS antara  0,70  sampai  0,85.  Tepatnya  waktu pembentukan lumpur granul tidak dapat dinyatakan secara pasti akan tetapi relatif hampir sama dengan pembentukan  lumpur  granul  pada  reaktor  UASB yang mengolah air limbah bir yaitu sekitar 170 hari dan  pembentukan  lumpur  granul  pada  reaktor UASB  yang  mengolah  air  limbah  pemotongan hewan  sekitar  166  hari    walaupun  kondisi operasinya berbeda (Hu Ji-cui, 1985).
(a) (b) (c) (d)
(e)
Gambar 6. Lumpur flocculent : (a) Uji mikroskopis & (b) Uji SEM, dan lumpur granul : (c) Uji SEM & (d) – ((e) Uji visual
Dalam  percobaan  ini  penambahan  mikro- nutrisi  memberikan  pengaruh  yang  signifikan terhadap  pertumbuhan  bakteri  dalam  pem- bentukan lumpur  granul  dalam  reaktor  UASB. Penambahan  mikronutrisi  sebanyak  1  mL/L yang mengandung trace elements seperti unsur Fe, Mn, Cu, Ni, Co, Mo, B dan Zn sudah dapat mencukupi  dalam  pembentukan lumpur  granul pengolahan  air  limbah  proses  pemutihan  pulp. Peningkatan  pertumbuhan  lumpur  granul  dan kecepatan  pengendapannya  di  dalam  reaktor UASB akan diamati dan dipelajari lebih lanjut.
Hasil  uji Scanning  Electrone  Microscope (SEM) menunjukkan bahwa permukaan lumpur granul  terlihat  kasar  dan  bentuknya  tidak beraturan  yang  merupakan  kumpulan  beberapa populasi  bakteri  dan  komponen  lainnya (Gambar  7).  Beberapa    populasi  bakteri  pada permukaan lumpur granul diantaranya terkomposisi  dari  bakteri filament berdiameter antara  1  –  2,94  µm  dan coccus berdiameter antara  2  -  29  µm . Mikroorganisme    bakteri filament bisa terdiridari  2  sampai  4  sel  atau lebih yang dapat diperkirakan adalah Methanotric  sp .,  dan  bakteri  yang  berbentuk coccus adalah Methanosarcina (Wu  Wei-min, et.al ., 1985).
Dengan  demikian  bila  komponen  utama  bakteri metanogenik dari  lumpur  granul  dalam  pengolah- an  air  limbah  pemutihan  pulp  yang  teramati diantaranya teridentifikasi sebagai Methanotric sp . dan Methanosarcina, maka    sangat  berguna  dan berperan sekali pada granulasi lumpur.
Gambar 7. Permukaan lumpur granul
Bakteri-bakteri tersebut  dapat ditemukan  juga pada  lumpur  granul  hasil  pengolahan  air  limbah industri bir, air limbah pemotongan hewan, dan air limbah  industri  asam  sitrat  (Wu  Wei-min et.al ., 1985, Fang et.al .,1995).
Bila dibandingkan dengan kondisi lumpur yang masih  dalam  bentuk “flocculent” ,  lumpur granul  yang terbentuk  di  dalam  reaktor  UASB mempunyai  kecepatan  pengendapan  lumpur yang  jauh  lebih  tinggi.  Dengan  demikian reaktor  UASB  dapat  dioperasikan  pada  beban organik  yang  lebih  tinggi  tanpa  kehilangan lumpur  karena  terbawa  aliran.  Dalam  hal  ini lumpur  granul  akan  mempunyai  waktu  tinggal sel  yang lama di dalam  reaktor,  sehingga  akan terjadi  akumulasi  bakteri  metanogenik  yang mempunyai  keaktifan  metanogenik  tinggi. Dalam  hal  ini  biofilm  lumpur  granul  dapat melindungi  bakteri  metanogenik  terhadap dampak  kondisi  yang  kurang  menguntungkan seperti beban kejut ( shock loading ), pH rendah dalam waktu singkat, dan lainnya.

## KESIMPULAN
 Pada  waktu  tinggal  12  jam  dan  beban organik  volumetrik  antara  1,92  –  5,0 kgCOD/m 3 .hari atau beban  organik  lumpur 0,01 – 0,13 kgCOD/kgVSS.hari dengan up- flow  velocity = 0,16  m/jam,  reaktor  UASB dapat mereduksi COD = 34,23% – 90,28% (rata-rata = 67,41%) dan AOX = 59,65% – 70,12% (rata-rata = 67,93%).
 Penambahan  mikronutrisi  yang  terdiri  dari campuran  unsur  Fe,  Mn,  Cu,  Zn,  Co,  Mo dan  B  sebanyak  1  mL/L  mempunyai pengaruh  signifikan  dalam  pembentukan lumpur  granul  pengolahan  air  limbah proses pemutihan pulp.
 Lumpur  granul  yang  terbentuk    berwarna hitam kecoklatan, memiliki VSS/SS = 0,72, dengan  diameter  mencapai  2  mm,  dengan nilai specific  gravity (sg) 1,12  ,  dan memiliki  kecepatan  pengendapan  tinggi mencapai 54,6 m/jam.
 Meningkatnya jumlah lumpur dan terbentuknya  lumpur  granul  serta  reduksi COD  dan  AOX  cenderung  meningkat  dan relatif  stabil  setelah  mendapat  perlakuan penambahan  mikronutrisi  dan  beroperasi 169 hari.
 Populasi  bakteri  pada  lumpur  granul  di- antaranya terkomposisi dari bakteri filament ( Methanotric  sp .)  berdiameter antara  1  –  2,94  µm  dan coccus (Methanosarcina) berdiameter antara 2 - 29 µm sangat  berguna  dan  berperan  sekali pada granulasi lumpur dan reduksi senyawa organik.

## DAFTAR PUSTKA
1. Andras E;  Kennedy  K;   Richardson D.A., 1989, Test for Characterizing Settleability of Anaerobic Sludge , Environ. Techno. Lett.
2. Lettinga,  G.  et  al.,(1980),  Biotechnology  and Bioengineering, 22, 699 – 734.
3. Kosaric, N;  Blaszczyk, R  and  Orphan,  L.  1990, Factors Influencing  formation and  Maintenance of  Granules  in  Anaerobic  Sludge  Blanket Reactors  (UASBR )”,  Wat.  Sci.  Tech.,  22,  275  - 282.
4. McFarlane,P.N.; Stuthridge, T.R.1995, Adsorbable Organic Halide Removal Mechanism  in  a  Pulp  and  Paper  Mill  Aerated Lagoon  Treatment  System ,  Wat.  Sci.  Tech., Vol.29, No.5-6, 195-208.
5. Lepisto,  Raghida;  Rintala,  Jukka,  1994, The Removal  of  Chlorinated  Phenolic  Compounds from  Chlorine  Bleaching  Effluents  Using Thermophilic  Anaerobic  Processes ,  Wat.  Sci. Tech., Vol.29, No. 5-6, 373-380.
6. De  Zeeuw  W.,  1987, Granular Sludge  in  UASB Reactor, In:  Proceedings  of  the  GASMAT Workshop. Lunteren, the Netherlands, 132-145.
7. Wu  Wei-min,  Hu  Ji-cui,  Gu  Xia-sheng  1985, Properties  of  Granular  Sludge  in  Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) Reactors and Its  Formation ,  Proceeding  of  the  fourth
International Symposium on Anaerobic Digestion,  Guan  Zhou, China,  11-15  November 1985.
8. Fang, H.H.P; Chui H.K;Li Y.Y. 1995. Microbial structure  and  Activity  of  UASB  Granules Treating  Different  Wastewater , Wat. Sci. Tech., Vol.29, No. 5-6, 87-92.
9. Martinsen,K;Kringstad,A;Carlberg,G.E.1988, Me thods for Determination of Sum Parameters and Characterization of Organochlorine Compounds in  Spent  Bleach  Liquors  from  Pulp  Mills  and Water,  Sediment  and  Biological  Samples  from receiving Waters , Wat. Sci. Tech.,  20(2), 13-24. 10. Leach,  J.M  1980. Loading  and  effects  of chlorinated  organic  from  bleached  pulp  mills.
Proc.3 rd Conf.
Water Chlorination:
Environmental  Impacts  and  Health  Effects , October  28  –  November  2,  1979,  Colorado Springs, USA, Vol. 3, 325-334.
11. Bryant  C.W;  Amy  G.L;  Allerman  B.C.,1987, Organic Halide and Organic Carbon Distribution  and  Removal  in  a  Pulp  and  Paper Wastewater  Lagoon ,  J.Water  Pollution  Control Fed, 59(10),890-896.
12. Koster  I.W.,  and  Lettinga,  G. 1984, Agriculture Wastes , 9, 205 – 216 ……………