Reaktor adalah tempat berlangsungnya proses reaksi baik
secara kimiawi ataupun biologi. Untuk reaktor dimana lebih banyak terlibat
proses biologi sering disebut bioreactor. Reaksi biokimia yang terjadi dalam
bioreactor melibatkan mikroorganisme, ataupun komponen biokimia aktif seperti
enzim yang berasal dari organisme tertentu, baik secara aerobic maupun
anaerobic. Dalam bioreactor harus diciptakan sebuah kondisi lingkungan terkontrol
yang dapat mendukung terjadinya proses biokimia yang dikehendaki.
Komponen utama (tergantung kebutuhan) bioreactor biasanya
terdiri dari :
- Tangki : Kolom tempat berlangsungnya proses biasanya berbentuk silinder/ tabung
- Sparger/ stone diffuser : (bagian tempat keluarnya gelembung udara atau blower/ sistem aerasi)
- Impeller : atau biasa dikenal dengan agitator/ mixer/ pengaduk berfungsi meratakan media fluida terutama pada Continuos Stirred Tank Reactor (CSTR), impeller digerakan oleh gearbox motor.
- Filter : Saringan untuk menyaring fraksi media kasar ataupun halus
- Baffle/ sekat : Mencegah gerakan vortex fluida (sentrifugal) terutama pada cylindrical bioreactor (bioreactor yang berbentuk tabung silinder), sehingga proses mixing bisa berlangsung lebih merata. Baffles juga digunakan sebagai pengarah-penghambat gerakan fluida (sehingga bisa tercipta salah satunya gerakan airlift ataupun downcomer). Baffle bisa berupa bilah-bilah sekat persegi yang diatur sedemikian rupa sesuai kebutuhan.
- Heater : Pemanas yang dilengkapi pengatur thermostat (pengatur suhu)
- Valve : kran untuk keluar-masuk media bisa manual ataupun otomatis (selenoid valve)
- Pompa udara (blower) ataupun pompa air dan atau terkadang juga dibutuhkan pompa peristaltic/ dosing pump (untuk memasukkan reagen ataupun bahan kimia sesuai dosis ukuran tertentu).
- Instrumentasi (sensor) sebagai pengontrol parameter lingkungan bioreactor (seperti sensor temperature, pH, pressure, kecepatan aliran dll).
Berikut sebagai contoh skema beberapa komponen dalam bioreactor
:
 | |
| skema komponen dalam bioreaktor |
Sebelum digunakan dalam skala industri biasanya digunakan
tanki berukuran volume lebih kecil (1-30 liter) untuk di uji coba dalam skala
laboratorium sehingga dapat dipelajari apa dan bagaimana sistem dan proses
biokimia dapat bekerja sesuai yang diharapkan. Bioreaktor skala industri
biasanya terbuat dari bahan stainless steel. Sedangkan untuk skala laboratorium
dapat terbuat dari bahan stainless steel, kaca borosilikat, ataupun acrylic
(Plexiglas).
Pemilihan acrylic (Plexiglas) sebagai tanki kolom bioreactor
memiliki beberapa keuntungan antara lain : lebih ringan dibanding stainless
steel, maupun kaca borosilikat, tidak mudah pecah dibanding kaca borosilikat,
tembus pandang sehingga memudahkan pengamatan obyek maupun proses reaksi,
relatif mudah dikerjakan dan dimodifikasi sesuai kebutuhan.
 | ||
| acrylic cylinder tower tank |
Kolom tanki reaktor berbahan
acrylic/ plexiglas untuk skala laboratorium juga dipakai pada penelitian
penelitian pengolahan limbah cair (waste water treatment), studi-studi mengenai
biofilm untuk mengolah limbah banyak menggunakan kolom tanki reaktor berbahan
acrylic ini, terutama untuk peneliti peneliti dibidang teknik lingkungan
(environmental engineering). Tingkat kejernihan/ transparansi untuk memudahkan
pengamatan, kemudahan pengerjaan untuk dimodifikasi sesuai keperluan
penelitian, tidak mudah pecah (dibanding kaca), dapat dibentuk serupa kolom
tabung maupun kerucut, mudah dibor, dapat dilepas-sambung antar kompartemen
dengan penambahan flange (terutama tangki tangki silinder berupa tower),
menjadikan acrylic/Plexiglas pilihan favorit peneliti.
Inovasi model-model reaktor biofilm terus bermunculan
bersamaan dengan studi studi yang terus berkembang, guna mendapatkan
optimalisasi bioproses sehingga diharapkan nantinya bioremediasi pada skala
aplikasi dapat berlangsung lebih singkat, murah, dan sesuai dengan standar baku
mutu lingkungan yang diharapkan. Berikut gambar skema, bagaimana studi studi
yang lebih mendetail diperlukan sehingga diperlukan penambahan transducer
(sensor) yang dihubungkan dengan computer.
 | |
| skema bioreaktor dengan tambahan sensor |
Apa sih biofilm itu :
Biofilm adalah kumpulan sel mikroorganisme, khususnya
bakteri yang melekat di suatu permukaan dan diselimuti oleh pelekat karbohidrat
yang dikeluarkan oleh bakteri. Biofilm terbentuk karena mikroorganisme
cenderung menciptakan lingkungan mikro dan niche mereka sendiri. Biofilm
memerangkap nutrisi untuk pertumbuhan populasi mikroorganisme dan membantu
mencegah lepasnya sel sel dari permukaan pada sistem yang mengalir. Permukaan
sendiri adalah habitat yang penting bagi mikroorganisme karena nutrisi dapat
terjerap sehingga kandungan nutrisinya menjadi lebih tinggi daripada di dalam
larutan. Konsekuensinya jumlah dan aktivitas mikroba pada permukaan biasanya
lebih tinggi daripada di air. Sampai
awal 1980-an, model pertumbuhan dengan biofilm lebih dianggap sebagai sesuatu
yang menarik saja dan bukan merupakan studi ilmiah yang serius, namun bukti
bukti yang terkumpul kemudian menunjukkan bahwa pembentukan biofilm lebih
disukai oleh mikroorganisme dan hampir semua permukaan yang terkena kontak
dengan mikroba dapat mendukung
pembentukan biofilm.
Pemanfaatan biofilm untuk mengolah limbah sudah
diaplikasikan saat ini, terutama untuk mengolah limbah cair. Pada biofilm di
fasilitas pengolahan limbah cair terdapat berbagai macam mikroba yang dapat menguraikan senyawa
senyawa baik organik maupun anorganik. Limbah pabrik yang banyak tercemar logam
berat dapat dibersihkan oleh mikroorganisme yang dapat mengikat dan menggunakan
logam berat sebagai nutrient, dan atau hanya menjerab (imobilisasi) logam berat
misalnya bakteri pengikat uranium yaitu desulfovibrio desulfuricans. Contoh
lain adalah bakteri Thiobacillus ferrooxidans yang mendapatkan energi dari
senyawa anorganik seperti besi sulfida dan mengubahnya manjadi bahan bahan yang
berguna seperti asam fumarat dan besi sulfat.
Beragam alat bioreaktor yang dikembangkan melalui studi
terus menerus untuk mengolah limbah dengan pemanfaatan biofilm, antara lain :
- BCR (Buble Column Reactor)
- ALRS (Airlift Reactors)
- PFTR (Plug Flow tubular Reactor)
- TBBR (Tricle Bed Biofilm Reactor)
- SMFBR (Submerged Fixed Bed Biofilm Reactor)
- SBBR (Sequencing Batch Biofilm Reactor)
- MBBR (Moving Bed BiofilmReactor)
- FBBR (Fixed Bed Biofilm Reactor)
- PBBR (Packed Bed Biofilm Reactor)
- FBBR (Fluidized Bed Biofilm Reactor)
- DFBR (Drip Flow Biofilm Reactor)
- UASB(Up Flow Anaerobic Sludge Blanket Reactor)
- RCBR (Rotating Cell Biofilm Reactor)
- MBR (Membran Biofilm Reactor).
Beberapa akan kami bahas pada tulisan
blog selanjutnya.
 |
| bioreactor types |
