Tertarik dengan Powerbac? Hubungi kami sekarang

Bioaugmentasi di Cuaca Dingin: Data Laboratorium LT Microbes pada Suhu 4°C vs Aturan 50%

Jawaban singkat

Bioaugmentasi berarti menambahkan bakteri terpilih ke sistem air limbah untuk melakukan pekerjaan yang tidak dapat dilakukan oleh populasi bakteri asli, dan kesenjangan terbesar terjadi pada air dingin. Aturan baku menyatakan bahwa aktivitas biologis menurun setengahnya untuk setiap penurunan suhu 10°C, sehingga instalasi pengolahan air pada suhu 4°C seharusnya mempertahankan sekitar seperempat aktivitasnya di musim panas. Dalam uji coba selama tiga hari, tiga produk bioaugmentasi komersial standar mempertahankan 1%, 5%, dan 20% dari aktivitasnya pada suhu 25°C pada suhu 4°C. Low Temperature (LT) Microbes, campuran Bacillus yang dipilih untuk suhu dingin, mempertahankan 92%. Aturan ini adalah rata-rata, dan produk individual berada jauh di luar rata-rata tersebut.

Dalam artikel ini

Apa itu bioaugmentasi, dan mengapa musim dingin menjadi ujiannya?
Aturan praktis, dan dari mana asalnya
Apa yang diukur
Hasil 1: produk bioaugmentasi pada suhu 4°C, satu per satu

5. Hasil 2: Penurunan BOD selama tiga hari, 4°C vs 20°C

6. Apa artinya ini bagi bioaugmentasi menjelang musim dingin?

7. Keterbatasan

8. Data lain yang dipublikasikan tentang pengobatan adaptasi dingin

9. Hasil lapangan dan kumpulan data lengkap

Pada suhu 4°C, tiga bakteri pengolahan air limbah komersial standar mempertahankan 1%, 5%, dan 20% aktivitas yang mereka tunjukkan pada suhu 25°C. Mikroba Suhu Rendah (LT) , campuran Bacillus yang dipilih untuk suhu dingin, mempertahankan 92%. Uji coba dilakukan selama tiga hari, dua kali pengulangan, pada sampel air limbah yang sama.

Proses pengolahan air melambat di musim dingin. Seberapa besar perlambatannya biasanya dijawab dengan aturan praktis: untuk setiap penurunan suhu air sebesar 10°C, aktivitas biologis turun sekitar setengahnya. Aturan ini merupakan rata-rata dari berbagai organisme yang berperilaku sangat berbeda satu sama lain. Data laboratorium di bawah ini menunjukkan seberapa jauh suatu produk nyata dapat berada di kedua sisi aturan tersebut.

Pengolahan Air Limbah Melambat Saat Musim Dingin. Seberapa Besar Dampaknya?

Saat suhu turun, proses pengolahan air limbah secara biologis juga ikut melambat.

Umumnya, hal ini dijelaskan dengan aturan praktis: setiap penurunan suhu air sebesar 10°C dapat menyebabkan aktivitas biologis turun sekitar 50%. Namun, aturan ini merupakan nilai rata-rata dari berbagai jenis organisme yang masing-masing dapat memiliki respons yang sangat berbeda terhadap perubahan suhu.

Data dari pengujian laboratorium di bawah ini menunjukkan seberapa jauh performa produk bioaugmentation dapat berbeda dari perkiraan berdasarkan aturan tersebut.

Apa itu bioaugmentasi, dan mengapa musim dingin menjadi ujiannya?

Bioaugmentasi adalah praktik menambahkan bakteri terpilih yang dibiakkan ke dalam sistem air limbah sehingga populasi biologis dapat melakukan lebih banyak hal daripada yang dilakukan komunitas asli secara mandiri: mencerna lebih banyak BOD, mempertahankan nitrifikasi melalui beban kejut, dan mencegah penumpukan lumpur. Di musim panas, tanaman yang sehat seringkali tidak membutuhkannya. Di musim dingin, populasi asli melambat dan organisme tambahan memikul sebagian besar beban kerja. Jadi, pertanyaan yang perlu diajukan tentang produk bioaugmentasi apa pun adalah seberapa besar aktivitas air hangatnya tetap terjaga pada suhu 4°C. Apakah produk tersebut tetap hidup pada suhu 4°C adalah pertanyaan yang berbeda, dan sebagian besar produk lolos uji tersebut

Aturan praktis, dan dari mana asalnya

Laju reaksi biologis naik dan turun seiring dengan suhu secara kira-kira eksponensial. Para insinyur menuliskannya sebagai k(T) = k(20) × θ^(T − 20), di mana θ adalah koefisien suhu. Nilai θ tipikal dalam desain air limbah berkisar antara sekitar 1,02 hingga 1,10 tergantung pada prosesnya; nilai pengajaran umum adalah 1,04 untuk peluruhan dan 1,07 untuk laju pertumbuhan maksimum [1]. θ sebesar 1,07 berarti laju reaksi berlipat ganda atau berkurang setengah setiap 10°C, yang sama artinya dengan Q10 = 2. Itulah aturan "50% per 10°C" dalam bentuk teknik.

Manual desain kolam EPA memberikan ide yang sama dengan sepasang angka: koefisien penghilangan BOD orde pertama sebesar 0,12 per hari pada suhu 20°C dan 0,06 per hari pada suhu 1°C untuk air limbah domestik normal, dan mencatat bahwa penghilangan BOD5 "umumnya jauh lebih rendah selama musim dingin dan awal musim semi daripada di musim panas dan awal musim gugur" [2]. Manual pemecahan masalah laguna EPA menetapkan kisaran kerja nitrifikasi pada suhu 4 hingga 45°C dengan optimum 35 hingga 42°C, dan memperingatkan bahwa laguna yang diaerasi di iklim dingin "mungkin mengalami nitrifikasi yang terhambat" [3].

Dengan berpatokan pada suhu 25°C, aturan tersebut memprediksi sekitar 50% aktivitas pada suhu 15°C, 25% pada suhu 5°C, dan 23% pada suhu 4°C. Garis putus-putus abu-abu pada grafik pertama adalah kurva tersebut.

Apa yang diukur

Titik-titik terukur berasal dari studi laboratorium LT Microbes, campuran yang dipilih untuk pertumbuhan pada suhu dingin yang dijual Bio-Green Planet untuk pengolahan air limbah dingin. Strainnya adalah Bacillus subtilis , Bacillus pumilus , Bacillus licheniformis , dan Bacillus amyloliquefaciens , yang dipilih untuk pertumbuhan pada suhu rendah. Pengujian dilakukan bersamaan dengan tiga produk bakteri air limbah yang tersedia secara komersial. Produk pesaing tidak disebutkan di sini.

Uji 1, aktivitas pada suhu 4°C. Sampel air limbah dibagi dan diberi perlakuan dengan masing-masing produk. Aktivitas biologis diukur selama tiga hari pada suhu 4°C (39°F) dan 25°C (77°F), setiap perlakuan dilakukan dua kali. Hasil untuk setiap produk adalah aktivitasnya pada suhu 4°C yang dinyatakan sebagai persentase dari aktivitasnya sendiri pada suhu 25°C, sehingga setiap produk dibandingkan dengan dirinya sendiri, bukan dengan produk lainnya.

Uji 2, pengurangan BOD pada dua air limbah industri. Air limbah susu dan air limbah pulp dan kertas masing-masing disimpan pada suhu 4°C (39°F) dan 20°C (68°F), diberi perlakuan dengan LT Microbes atau dibiarkan tanpa perlakuan, dan pengurangan BOD dalam mg/L dibaca pada hari ke-1, ke-2, dan ke-3.

Uji 3, pertumbuhan dalam air limbah pengolahan daging dan pulp-kertas. Pembacaan kontinu pada suhu 4°C dan 20°C selama kurang lebih tiga hari, perlakuan versus kontrol. Data ini dirangkum dalam teks di bawah ini dan tidak digrafikkan, karena pembacaan sumber berupa jejak kontinu dan bukan nilai yang ditabelkan.

Nilai-nilai dalam tabel adalah nilai ringkasan yang dibulatkan ke 5 mg/L terdekat. Kumpulan nilai lengkap di balik kedua grafik tersedia berdasarkan permintaan; lihat bagian akhir postingan.

Hasil 1: produk bioaugmentasi pada suhu 4°C, satu per satu

Grafik 1. Aktivitas terukur pada suhu 4°C untuk Mikroba Suhu Rendah (LT) dan tiga strain komersial standar, dibandingkan dengan aturan praktis 50% per 10°C. Sumber: Bio-Green Planet.

Dua dari tiga produk standar menunjukkan hasil yang jauh lebih buruk daripada yang diprediksi oleh aturan tersebut. Hanya strain C yang mendekati prediksi. LT Microbes mempertahankan hampir seluruh aktivitasnya di air hangat.

Suatu tanaman yang menganggarkan setengah aktivitas per 10°C dan menggunakan strain A tidak mendapatkan seperempat kinerja musim panas pada suhu 4°C. Bahkan hampir tidak mendapatkan apa pun. Tanaman yang menggunakan LT Microbes mendapatkan lebih banyak pada suhu 4°C daripada yang dijanjikan aturan pada suhu 15°C. Aturan tersebut menggambarkan mesofil tipikal, bukan produk tertentu, dan satu-satunya cara untuk mengetahui posisi suatu produk adalah dengan mengukurnya.

Hasil 2: Penurunan BOD selama tiga hari, 4°C vs 20°C

Grafik 2. Penurunan BOD per hari pada air limbah industri susu dan pulp-kertas pada suhu 4°C dan 20°C, LT Microbes dibandingkan dengan yang tidak diolah. Sumber: Bio-Green Planet.

Air limbah industri susu, pengurangan BOD dalam mg/L:

Air limbah industri pulp dan kertas, pengurangan BOD dalam mg/L:

Suhu dingin hampir menghentikan sampel susu yang tidak diolah. Pada suhu 20°C, populasi asli menghilangkan 300 mg/L BOD dalam tiga hari; pada suhu 4°C, populasi tersebut menghilangkan 75 mg/L. Itu berarti penurunan sebesar 75% hanya dalam penurunan suhu 16°C, mendekati prediksi aturan untuk populasi yang tidak diseleksi.

Sampel yang diolah pada suhu 4°C juga mengungguli sampel yang tidak diolah pada suhu 20°C. Pada air limbah susu, sampel yang diolah pada suhu 4°C mencapai 350 mg/L pada hari ke-3 dibandingkan dengan 300 mg/L untuk sampel yang tidak diolah pada suhu 20°C. Pada industri pulp dan kertas, sampel yang diolah pada suhu 4°C mencapai 145 mg/L dibandingkan dengan 50 mg/L untuk sampel yang tidak diolah pada suhu 20°C. Penambahan populasi yang diseleksi pada suhu dingin memberikan hasil yang lebih baik dalam menghilangkan BOD dibandingkan dengan peningkatan suhu 16 derajat.

Selisih antara suhu 4°C dan 20°C untuk sampel LT Microbes relatif kecil: 350 berbanding 400 pada industri susu, 145 berbanding 180 pada industri pulp dan kertas, kira-kira 12 hingga 20% lebih rendah pada suhu 4°C. Hal ini konsisten dengan angka aktivitas 92% dari uji 1 dan jauh dari angka kehilangan 75% yang ditunjukkan oleh sampel yang tidak diberi perlakuan.

Kurva pertumbuhan pada air limbah pengolahan daging dan pulp-kertas menceritakan kisah yang sama: garis perlakuan naik secara stabil pada suhu 4°C dan 20°C, sementara kontrol pada suhu 4°C tetap hampir datar pada hari pertama dan kemudian naik perlahan.

Apa Artinya bagi Bioaugmentasi Menjelang Musim Dingin?

Jika pemasok mengklaim bakterinya dapat bekerja pada suhu 4°C hingga 50°C, hal yang lebih penting untuk ditanyakan adalah: seberapa aktif bakteri tersebut pada 4°C dibandingkan dengan 20–25°C?

Dalam pengujian ini, dua dari tiga produk bakteri standar masih hidup pada suhu 4°C, tetapi aktivitasnya sangat rendah. Artinya, klaim bahwa bakteri tersebut “bekerja” pada suhu 4°C memang benar secara teknis, tetapi belum tentu berarti bakteri tersebut efektif dalam mengolah limbah.

Pada suhu di bawah 10°C, populasi mikroorganisme alami dalam instalasi pengolahan air limbah juga kehilangan sebagian besar kapasitasnya. Pada sampel air limbah susu, misalnya, kapasitas penghilangan BOD dari populasi alami turun menjadi sekitar seperempat dari kapasitasnya pada suhu air hangat saat suhu mencapai 4°C.

Jika hanya mengandalkan populasi alami, sebagian beban organik dan nutrisi yang seharusnya terurai selama musim panas dapat terbawa hingga musim dingin. Dampaknya dapat terlihat saat musim semi dalam bentuk bau, pertumbuhan alga, serta masalah pengendapan.

LT Microbes juga mengalami penurunan aktivitas sebesar sekitar 8%, dengan pengurangan BOD turun sekitar 12–20% antara suhu 20°C dan 4°C. Namun, aktivitasnya tetap membantu menjaga proses biologis instalasi berada dalam kondisi yang dapat ditangani oleh waktu retensi dan aerasi.

Secara umum, LT Microbes mulai memberikan nilai lebih ketika suhu air berada di sekitar 15°C atau lebih rendah. Pada suhu yang lebih tinggi, campuran bakteri standar dapat memberikan hasil yang serupa dengan biaya yang lebih rendah.

Karena itu, penggunaan bakteri untuk musim dingin sebaiknya ditentukan berdasarkan suhu air aktual, bukan hanya berdasarkan kalender. Untuk wilayah dengan musim dingin, strategi yang umum adalah menggunakan bakteri yang telah diseleksi untuk suhu rendah selama periode air dingin, kemudian kembali ke campuran standar ketika suhu meningkat.

Keterbatasan

Pengujian aktivitas dilakukan pada dua suhu, yaitu 4°C dan 25°C. Garis patokan pada grafik pertama diperoleh dari persamaan dan bukan dari pengukuran langsung pada suhu di antaranya. Pengujian tambahan pada suhu 8°C, 12°C, dan 16°C diperlukan untuk melengkapi data.

Pengurangan BOD diukur dalam skala laboratorium selama 72 jam dan digunakan untuk membandingkan berbagai perlakuan. Hasil tersebut tidak secara langsung menggambarkan kinerja instalasi dalam kondisi operasi stabil selama satu musim.

Sampel laboratorium juga diuji secara duplikat. Dalam kondisi skala penuh, hasil dapat berbeda tergantung pada waktu retensi, aerasi, beban limbah, serta populasi mikroorganisme yang sudah ada di dalam sistem.

Sebagai pembanding, terdapat instalasi pengolahan air limbah di iklim dingin yang mampu mempertahankan sekitar 92% aktivitas biologis pada suhu 4°C menggunakan LT Microbes.

Nilai BOD yang digunakan merupakan angka yang telah dibulatkan ke 5 mg/L terdekat, sehingga perbedaan di bawah 10 mg/L sebaiknya tidak dianggap signifikan.

Tiga produk standar yang digunakan dalam pengujian merupakan produk bakteri air limbah komersial yang tidak diidentifikasi. Perbandingan ini berfokus pada strategi pemilihan bakteri-bakteri serbaguna dibandingkan bakteri yang diseleksi untuk kondisi dingin, bukan pada perbandingan antar merek.

Data Lain tentang Pengolahan dengan Bakteri yang Diadaptasi untuk Suhu Dingin

Hasil pengujian laboratorium juga sejalan dengan penelitian mengenai organisme psikrotrofik, yaitu mikroorganisme yang mampu tumbuh dan tetap aktif pada suhu rendah.Dalam salah satu penelitian, strain bakteri yang tahan terhadap suhu dingin yang diisolasi dari air limbah domestik mampu menghasilkan sekitar 80% pengurangan COD pada suhu 4°C, dibandingkan sekitar 10% pada strain mesofilik tunggal dalam kondisi yang sama.

Pada reaktor percontohan dengan suhu operasi musiman 0–30°C, COD influen sebesar 150–600 mg/L dapat diturunkan menjadi sekitar 40 mg/L dengan waktu retensi 10 jam. Temuan ini menunjukkan pola yang sama: mikroorganisme yang diseleksi untuk kondisi dingin dapat tetap aktif pada suhu ketika mikroorganisme umum mulai kehilangan efektivitasnya.

Hasil Lapangan dan Data Lengkap

Data lapangan juga menunjukkan potensi bioaugmentasi pada kondisi iklim dingin. Salah satu instalasi pengolahan air limbah mampu mempertahankan sekitar 92% aktivitas biologis pada suhu 4°C dengan menggunakan LT Microbes.

Namun, hasil laboratorium dan lapangan tidak selalu dapat dibandingkan secara langsung. Kinerja aktual tetap dipengaruhi oleh kondisi masing-masing instalasi, termasuk suhu, beban limbah, waktu retensi, aerasi, dan populasi mikroorganisme yang sudah ada.

Secara keseluruhan, data menunjukkan bahwa pemilihan mikroorganisme yang sesuai dengan kondisi suhu dapat menjadi faktor penting dalam mempertahankan kinerja pengolahan air limbah selama musim dingin.

Jika Anda sedang menghadapi tantangan pengolahan air limbah akibat suhu rendah atau ingin mengetahui apakah bioaugmentasi sesuai untuk kondisi instalasi Anda, hubungi kami untuk mendiskusikan kebutuhan sistem Anda dan solusi yang tepat.

FAQ's - Frequently Asked Questions

Apa itu bioaugmentasi dalam pengolahan air limbah?

Bioaugmentasi adalah penambahan bakteri hasil kultur, biasanya strain Bacillus pembentuk spora seperti Bacillus subtilis , Bacillus licheniformis , Bacillus pumilus, dan Bacillus amyloliquefaciens , ke dalam sistem pengolahan air untuk meningkatkan kapasitas biologisnya. Hal ini berbeda dengan biostimulasi, yang memberi nutrisi pada populasi yang sudah ada daripada menambahkan organisme baru. Tanaman menggunakannya untuk pulih dari gangguan, mengatasi beban musiman, dan menjaga agar pengolahan air tetap berjalan selama bulan-bulan dingin ketika populasi alami melambat.

Apakah aturan 50% per 10°C berlaku untuk semua bakteri?

Tidak. Ini menggambarkan populasi mesofilik tipikal, jenis yang mendominasi sebagian besar tanaman di musim panas. Produk individual berkisar dari 1% hingga 92% dari aktivitas air hangat pada suhu 4°C dalam pengujian ini, jadi aturan tersebut adalah rata-rata dan bukan sifat dari produk tertentu.

Pada suhu air berapa tanaman harus beralih ke bakteri suhu dingin?

Suhu air sekitar 15°C saat musim gugur tiba, dan kembali ke campuran standar sekitar 15 hingga 20°C saat musim semi tiba. Di bawah 15°C, sebagian besar strain serbaguna kehilangan sebagian besar aktivitasnya; di atas suhu tersebut, campuran standar melakukan pekerjaan yang sama dengan biaya lebih rendah.

Apakah cuaca dingin memengaruhi sistem septik dengan cara yang sama?

Ya, dan seringkali lebih banyak lagi, karena tangki septik tidak memiliki aerasi atau pencampuran untuk mengimbanginya. Bakteri dalam tangki septik melambat seiring dengan kurva suhu yang sama, sehingga padatan menumpuk selama musim dingin dan tangki beroperasi mendekati batasnya pada musim semi. Aditif yang dipilih untuk suhu dingin seperti LT Microbes yang diberikan setiap bulan dari musim gugur hingga musim semi menjaga proses pencernaan tetap berjalan; titik peralihannya adalah suhu air 15°C yang sama.

Apakah bakteri air limbah standar mati pada suhu 4°C?

Biasanya tidak. Mereka hidup dan dalam keadaan dorman, itulah sebabnya pemasok dapat dengan jujur mengatakan bahwa suatu produk berfungsi mulai dari suhu 4°C. Dua dari tiga produk standar di sini masih hidup dan menunjukkan 5% atau kurang dari aktivitasnya pada suhu 25°C pada suhu 4°C.

Apa yang terjadi jika tanaman berhenti memberikan bakteri selama musim dingin?

Lumpur yang mengandung nitrogen dan fosfor menumpuk karena populasi organisme asli terlalu lambat untuk mencernanya. Ketika air menghangat di musim semi, material tersebut akan cepat terlepas, yang biasanya menjadi penyebab bau tidak sedap di musim semi, pertumbuhan alga, dan masalah pengendapan.

Berapa banyak penurunan BOD yang dialami LT Microbes antara suhu 20°C dan 4°C?

Sekitar 12 hingga 20% pada dua air limbah industri yang diuji (350 vs 400 mg/L di industri susu, 145 vs 180 mg/L di industri pulp dan kertas selama tiga hari). Sampel yang tidak diolah kehilangan masing-masing 75% dan 10% pada penurunan suhu yang sama.

Apakah data ini berasal dari laboratorium independen?

Tidak. Uji coba di laboratorium dilakukan secara internal pada campuran strain LT Microbes sebagai bagian dari pengembangannya, sedangkan produk pesaing dibeli secara komersial. Metode, angka, dan keterbatasannya telah disebutkan di atas agar hasilnya dapat dibandingkan dengan penelitian lain.

Referensi

1. MIT OpenCourseWare, Kursus 1.85 Teknik Pengolahan Air dan Air Limbah (2006), solusi ujian akhir: koreksi suhu kd(T) = kd(20) × 1.04^(T−20) dan µmax(T) = µmax(20) × 1.07^(T−20). https://ocw.mit.edu/courses/1-85-water-and-wastewater-treatment-engineering-spring-2006/8b5284739f91ee8d85012f5cbd843e32_final.pdf 2. US EPA (2011). Prinsip Desain dan Operasi Sistem Kolam Pengolahan Air Limbah untuk Operator Pabrik, Insinyur, dan Manajer. EPA/600/R-11/088. Bagian 1.3.5.2 dan 2.8.1. https://www.epa.gov/sites/default/files/2014-09/documents/lagoon-pond-treatment-2011.pdf 3. US EPA. Manual Pemecahan Masalah untuk Kolam Limbah Kecil, Fakultatif, Aerasi Campuran Sebagian, dan Aerasi Campuran Lengkap. EPA 305B23001. Bagian 4E, 5E, 6C. https://www.epa.gov/system/files/documents/2024-02/lagoon-troubleshooting-manual.pdf 4. Xu, Z., Ben, Y., Chen, Z., Jiang, A., Shen, J., Han, X. (2018). Aplikasi dan ekologi mikroba psikrotrof dalam pengolahan air limbah domestik pada suhu rendah. Chemosphere, 191, 946-953. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.10.121 5. Bio-Green Planet (2026). Bioaugmentasi Air Limbah Iklim Dingin: 92% Aktivitas Biologis pada 4°C. Studi kasus. https://www.biogp.com/case-studies/cold-climate-wastewater-bioaugmentation-low-temperature-bacteria

Page updated

Google Sites

Report abuse