Konfigurasi Bioreaktor Membran

Pemisahan dengan membran dipicu oleh perbedaan tekanan, baik positif (bertekanan) atau negatif (vakum). MBR bertekanan digunakan pada konfigurasi eksternal sedangkan MBR vakum digunakan pada sistem dengan konfigurasi terendam.

–     MBR terendam

Konfigurasi ini pertama kali diperkenalkan pada tahun 1980-an sebagai alternatif penurunan biaya operasional dibandingkan dengan konfigurasi eksternal yang telah lama diperkenalkan sebelumnya (tahun 1960-an). Pada konfigurasi ini, membran langsung direndam di dalam bioreaktor dan dioperasikan secara dead-end. Untuk mengendalikan terjadinya penyumbatan (fouling), gelembung udara digunakan untuk membersihkan permukaan membran secara terus-menerus. Pada awalnya gelembung udara ini digunakan untuk tiga tujuan: penyediaan oksigen untuk metabolisme lumpur aktif, pengadukan supensi lumpur dan untuk mengendalikan penyumbatan. Akan tetapi, untuk mengoptimalkan kinerja biologi dan filtrasi akhir-akhir ini difuser penghasil gelembung dipisahkan. Gelembung kecil (fine bubble) untuk meningkatkan oksigen terlarut sedangkan gelembung besar (coarse bubble) untuk pembersihan membran. Demikian pula halnya dengan tangki membran. Pada instalasi BRM terendam yang terkini, tangkin membran dan bioreaktor juga dipisahkan untuk mempermudah pencucian kimiawi membran tanpa perlu mengeluarkan membran dari dalam tangkinya (cleaning in place). Pada saat ini, jumlah instalasi MBR terendam jauh lebih banyak dibandingkan dengan MBR eksternal. Hal ini dikarenakan MBR terendam memerlukan energi pengoperasian yang relatif lebih rendah.

Membran bioreaktor dengan konfigurasi internal (terendam)

–    MBR dengan konfigurasi eksternal (satu fasa)

MBR eksternal jauh lebih dulu diaplikasikan terutama untuk pengolahan limbah cair industri. Namun demikian pada awalnya kurang populer karena biaya instalasi dan operasional yang mahal. Namun demikian seiring dengan menurunnya harga membran dan semakin besarnya kapasitas instalasi, akhir-akhir ini MBR eksternal sudah mulai banyak diterapkan. Berbeda dengan BRM terendam, BRM eksternal dioperasikan dengan sistem aliran silang (cross flow); untuk memicu pemisahan lumpur aktif dipompa (bertekanan) pada tekanan 2-5 bar menjadi aliran filtrat/permeat (produk) dan retentat. Aliran retentat berupa lumpur aktif pekat sebagian dikembalikan ke bioreaktor dan sebagian lagi dibuang untuk mengendalikan konsentrasi lumpur. Kebutuhan energi operasi untuk konfigurasi ini, cenderung lebih besark arena dioperasikan pada tekanan yang lebih tinggi dan laju permeat yang juga lebih tinggi. Hal ini juga memicu laju penyumbatan yang lebih tinggi. Implikasi lainnya adalah terjadinya stress pada mikroorganisme akibat mengalami shear strees yang tinggi, terpecahnya flok yang mengakibatkan menurunnya ukuran flok dan terbentuknya materia penyumbat. Konfigurasi eksternal sangat populer digunakan pada BRM anaerobik. Pada sistem anaerobik, udara yang digunakan untuk membersihkan membran pada konfigurasi terendam tidak dapat lagi digunakan.

Membran bioreaktor dengan konfigurasi eksternal

–     MBR eksternal (dua fasa/airlift)

Sekitar tahun 2000-an diperkenalkan inovasi baru dari MBR eksternal. Untuk mengurangi terjadinya penyumbatan pada membran dan sekaligus menurunkan kebutuhan energi pengoperasian, gelembung udara dicampurkan ke aliran umpan membran.

Membran bioreaktor dengan konfigurasi eksternal dua fasa (airlift)

Perbandingan konsumsi energi

Secara umum, konsumsi energi untuk pengoperasian MBR terendam diklaim lebih rendah. Perbandingan kebutuhan energi sebenarnya sangat sulit dilakukan mengingat kebutuhan energi merupakan fungsi dari kapasitas dan kondisi operasional. Data literatur juga seringkali menunjukkan perbedaan yang mencolok tergantung pihak dan kepentingan yang mepublikasikannya. Selain itu patut dipertimbangkan bahwa energi pengoperasian bukanlah satu-satunya hal yang menentukan biaya operasinal secara keseluruhan. Bisa saja, penyedia membran mengoperasikan produk mereka dengan tingkat aerasi yang rendah untuk menekan konsumsi energi namun sebaliknya akan meningkatkan frequensi dan intesntas pencucian kimia yang menurunkan waktu efektif operasional sekaligus menurunkan masa pakai membran. Contoh perbandingan kebutuhan energi untuk ketiga sistem dapat dilihat pada Tabel 1 dan 2.

Tabel 1: Perbandingan kondisi filtrasi dan konsumsi energi operasi untuk konfigurasi terendam dan eksternal

Tabel 2: Perbandingan kondisi filtrasi dan konsumsi energi operasi untuk konfigurasi terendam, eksternal dan external dua fasa.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: