bab i pendahuluan 1.1 latar belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/bab_1-5,_dapus.pdf · 2018. 11....

38
1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan suatu permasalahan lingkungan yang cukup krusial. Kota Malang merupakan salah satu kota yang memiliki laju tingkat pertambahan penduduk tertinggi di Indonesia yakni sebesar 0,8 % (BPS, 2010). TPA Supit Urang merupakan satu-satunya tempat pembuangan akhir yang masih aktif beroperasi di Kota Malang. Menurut Saleh (2012) TPA Supit Urang mampu untuk menampung sampah sebesar 5.484.896,08 m 3 yang diprediksi dapat melayani pembuangan sampah hingga 20 tahun kedepan. Saat ini bentuk pengelolaan sampah di TPA Supit Urang dilakukan dengan menggunakan sistem landfil anaerobik terkompaksi. Besarnya sampah yang dihasilkan masyarakat perkotaan dengan jenis penanganan sampah berupa landfil menimbulkan pencemaran berupa limbah padat, gas dan cair. Limbah cair yang dihasilkan dari sampah organik ialah air lindi. Menurut Suryono (2008) air lindi adalah limbah cair yang timbul akibat masuknya air eksternal ke dalam timbunan sampah, melarutkan dan membilas materi-materi terlarut, termasuk juga materi organik hasil proses dekomposisi biologis. Air lindi merupakan salah satu polusi biomassa terbesar yang dapat mencemari lingkungan. Apabila sampah organik yang berada di permukaan tidak dimanajemen dengan baik pengelolaannya, maka akan menyebabkan pencemaran air dalam tanah. Saat ini air lindi hanya terbatas pada pemanfaatan untuk menghasilkan gas metana saja sementara untuk konversi ke listrik masih jarang dilakukan. Air lindi banyak mengandung bahan organik seperti pati terlarut, HCN, karbohidrat, lemak, serat dan protein, dan proses

Upload: others

Post on 24-Jan-2021

7 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan suatu permasalahan lingkungan yang cukup krusial. Kota Malang merupakan salah satu kota yang memiliki laju tingkat pertambahan penduduk tertinggi di Indonesia yakni sebesar 0,8 % (BPS, 2010). TPA Supit Urang merupakan satu-satunya tempat pembuangan akhir yang masih aktif beroperasi di Kota Malang. Menurut Saleh (2012) TPA Supit Urang mampu untuk menampung sampah sebesar 5.484.896,08 m3 yang diprediksi dapat melayani pembuangan sampah hingga 20 tahun kedepan. Saat ini bentuk pengelolaan sampah di TPA Supit Urang dilakukan dengan menggunakan sistem landfil anaerobik terkompaksi.

Besarnya sampah yang dihasilkan masyarakat perkotaan dengan jenis penanganan sampah berupa landfil menimbulkan pencemaran berupa limbah padat,

gas dan cair. Limbah cair yang dihasilkan dari sampah organik ialah air lindi. Menurut Suryono (2008) air lindi adalah limbah cair yang timbul akibat masuknya air eksternal ke dalam timbunan sampah, melarutkan dan membilas materi-materi terlarut, termasuk juga materi organik hasil proses dekomposisi biologis. Air lindi merupakan salah satu polusi biomassa terbesar yang dapat mencemari lingkungan. Apabila sampah organik yang berada di permukaan tidak dimanajemen dengan baik pengelolaannya, maka akan menyebabkan pencemaran air dalam tanah.

Saat ini air lindi hanya terbatas pada pemanfaatan untuk menghasilkan gas metana saja sementara untuk konversi ke listrik masih jarang dilakukan. Air lindi banyak mengandung bahan organik seperti pati terlarut, HCN, karbohidrat, lemak, serat dan protein, dan proses

Page 2: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

2

pendegradasiannya dilakukan secara biologis yaitu dengan memanfaatkan mikroba pengurai (Mutiara,2007). Salah satu pengolahan dengan menggunakan bakteri pengurai adalah dengan memanfaatkan teknologi Microbial Fuel Cell (MFC). MFC

adalah salah satu metode pemanfatan metabolisme mikroorganisme yang dipanen elektronnya sehingga dapat menjadi alternatif penghasil energi listrik.

Secara umum mekanisme proses MFC adalah substrat yang dioksidasi oleh bakteri starter pada limbah, kemudian menghasilkan elektron dan proton pada anoda. Menurut Liu (2005) elektron ditransfer melalui sirkuit eksternal sedangkan proton di difusikan melalui membran penukar proton menuju katoda. Selain itu dapat diketahui bahwa proses MFC akan menurunkan tingkat BOD melalui oksidasi oleh mikroba dalam air limbah sehingga dapat dikategorikan sebagai pengolahan limbah (Cheng, 2010).

Dengan mempertimbangkan peluang konversi biomassa air lindi menjadi energi listrik serta kemampuan menurunkan kadar organik melalui teknologi MFC tersebut dilakukan penelitian yang berjudul Potensi Pemanfaatan Air Lindi sebagai Alternatif Sumber Energi Listrik dengan Menggunakan Microbial Fuel Cell (MFC). Dengan

memanfaatkan aplikasi MFC pada air lindi akan mendapatkan dua keuntungan dalam proses pemanfatan air lindi yaitu menghasilkan energi listrik melalui proses MFC dan pengolahan limbah secara bersamaan, sehingga penggunaan aplikasi teknologi MFC pada air lindi ini akan mendukung konsep green sustainable program yang dicanangkan oleh pemerintah dalam upaya mendorong tumbuhnya penggunaan energi alternatif terbarukan di Indonesia.

Page 3: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

3

1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang tersebut rumusan masalah dari penelitian ini adalah : 1. Bagaimana metode penerapan aplikasi sistem

Microbial Fuel Cell (MFC) pada air lindi?

2. Berapakah lama waktu detensi air lindi masing-masing konsentrasi pada reaktor anoda yang dibutuhkan untuk mencapai kadar kandungan organik yang sesuai dengan ketentuan baku mutu air limbah?

3. Bagaimanakah pengaruh perbedaan jenis elektroda serta konsentrasi air lindi yang digunakan terhadap besarnya arus listrik yang dapat dihasilkan oleh konversi air lindi menjadi listrik melalui sistem Microbial Fuel Cell (MFC)?

4. Bagaimanakah hubungan antara besarnya arus listrik yang dihasilkan dengan penurunan konsentrasi kandungan bahan organik pada air lindi?

1.3 Tujuan Berdasarkan rumusan masalah tersebut tujuan

yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah : 1. Mengetahui metode penerapan aplikasi sistem

Microbial Fuel Cell (MFC) pada air lindi. 2. Mengetahui lama waktu detensi air lindi masing-

masing konsentrasi pada reaktor anoda yang dibutuhkan untuk mencapai kadar kandungan organik yang sesuai dengan ketentuan baku mutu air limbah

3. Mengetahui pengaruh perbedaan jenis elektroda serta konsentrasi air lindi yang digunakan terhadap besarnya arus listrik yang dapat dihasilkan oleh konversi air lindi menjadi listrik melalui sistem Microbial Fuel Cell (MFC).

4. Mengetahui hubungan antara besarnya arus listrik yang dihasilkan dengan penurunan konsentrasi kandungan bahan organik pada air lindi

Page 4: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

4

1.4 Manfaat

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi diantaranya 1. Bagi Akademisi atau Mahasiswa

Menjadikan media penelitian, penerapan dan pengembangan teknologi di bidang pengolahan limbah dan pemanfaatan limbah menjadi sumber energi terbarukan. Selain itu, sebagai bentuk pengabdian insan akademis dalam pembelajaran sebagai wujud Tri Dharma Perguruan Tinggi.

2. Bagi Masyarakat Memberikan informasi dan wawasan mengenai terobosan baru didalam pengembangan teknologi dibidang energi terbarukan berupa konversi pengolahan air lindi menjadi sumber energi listrik terbarukan.

3. Bagi Pemerintah Sebagai salah satu solusi alternatif bagi pemerintah dalam mengatasi permasalahan pencemaran air lindi dan upaya penerapan konsep gagasan greensustainable melalui konversi energi biomassa ke enegi listrik.

1.5 Batasan Masalah

Batasan masalah dari penelitian ini diantaranya : 1. Penelitian ini dilakukan dalam skala laboratorium

dengan perlakuan aerob dan anaerob. 2. Air lindi yang dhasilkan di TPA Supit Urang tidak

dilakukan proses karakterisasi 3. Tidak dibahas mengenai organisme biologis lokal 4. Pengolahan yang digunakan merupakan

pengolahan dengan Microbial Fuel Cell.

Page 5: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Energi Listrik

Kebutuhan energi di Indonesia sekarang sangat besar. Energi listrik merupakan energi yang sangat dibutuhkan oleh masyarakat sebagai sumber energi untuk berbagai kegiatan seperti penerangan, informasi maupun industri. Namun kebutuhan energi listrik di Indonesia masih belum dapat dirasakan oleh sebagian kecil masyarakat yang bertempat di daerah terpencil. Hal ini menunjukkan bahwas distribusi penyaluran energi listrik yang disediakan pemerintah melalui perusahaan PLN masih belum mencukupi kebutuhan masyarakat. Padahal listrik kini menjadi kebutuhan pokok bagi manusia, sebagaimana kita ketahui bersama aktivitas kehidupan kita saat ini sangat bergantung dengan teknologi yang sumber tenaganya berasal dari energi listrik. Seperti untuk keperluan rumah tangga seperti setrika, kulkas, kipas angin, televisi, lampu penerangan dll. Kemudian untuk keperluan hampir semua aktivitas di industri dan perkantoran di berbagai bidang, energi listrik merupakan komponen yang paling dominan (Abdurahman, 2003). Di Indonesia masih banyak daerah terpencil yang dalam waktu beberapa tahun kedepan belum dapat dilayani oleh PLN. Merujuk Surat Keputusan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) No.1122K/30/MEM/2002 tentang Pembangkit Skala Kecil Tersebar (PSKT) dan pemanfaatan energi terbarukan, bahwa penyediaan energi listrik bisa dilakukan tidak hanya dengan suatu pembangkit dalam skala yang sangat besar dan terpusat, namun juga bisa terpenuhi dengan memanfaatkan sumber-sumber pembangkit listrik walaupun dalam skala yang kecil (Dirjen Listrik & Pemanfaatan Energi, 2005).

Page 6: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

6

2.2 Air Lindi

Air lindi didefinisikan sebagai suatu cairan yang dihasilkan dari pemaparan air hujan pada timbunan sampah. Dalam kehidupan sehari-hari air lindi ini dapat dianalogikan seperti seduhan air teh. Air lindi membawa materi tersuspensi dan terlarut yang merupakan produk degradasi sampah. Komposisi air lindi dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti jenis sampah terdeposit, jumlah curah hujan di daerah TPA dan kondisi spesifik tempat pembuangan tersebut. Air lindi pada umumnya mengandung senyawa-senyawa organik (Hidrokarbon, Asam Humat, Sulfat, Tanat dan Galat) dan anorganik (Natrium, Kalium, Kalsium, Magnesium, Khlor, Sulfat, Fosfat, Fenol, Nitrogen dan senyawa logam berat) yang tinggi. Konsentrasi dari komponen-komponen tersebut dalam air lindi bisa mencapai 1000 sampai 5000 kali lebih tinggi dari pada konsentrasi dalam air tanah (Maramis, 2008).

Cairan pekat dari TPA yang berbahaya terhadap lingkungan dikenal dengan istilah leacheat atau air lindi. Cairan ini berasal dari proses perkolasi/percampuran (umumnya dari air hujan yang masuk kedalam tumpukan sampah), sehingga bahan-bahan terlarut dari sampah akan terekstraksi atau berbaur. Cairan ini harus diolah dari suatu unit pengolahan aerobik atau anaerobik sebelum dibuang ke lingkungan. Tingginya kadar COD dan ammonia pada air lindi (bisa mencapai ribuan mg/L), sehingga pengolahan air lindi tidak boleh dilakukan sembarangan (Machdar, I, 2008).

Menurut Soemirat, (1996), Leachate adalah larutan yang terjadi akibat bercampurnya air limpasan hujan (baik melalui proses infiltrasi maupun proses perkolasi) dengan sampah yang telah membusuk dan mengandung zat tersuspensi yang sangat halus serta mikroba patogen. Leachate dapat menyebabkan kontaminasi yang potensial baik bagi air permukaan

Page 7: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

7

maupun air tanah. Hal ini diakibatkan karena kandungan BOD yang tinggi yaitu sekitar 3.500 mg/L.

2.3 Microbial Fuel Cell Microbial Fuel Cell (MFC) adalah bioreaktor yang

mengubah energi kimia yang terdapat pada materi organik menjadi energi listrik melalui reaksi katalitik yang dilakukan mikroorganisme dalam kondisi anaerob (tanpa oksigen). Umumnya sistem MFC terdiri dari ruang katoda dan anoda yang masing-masing berisi elektrolit dan substrat serta bakteri, membran penukar proton (PEM), dan rangkaian listrik. Bakteri hidup pada ruangan anoda dan mendegradasi substrat berupa senyawa organik seperti glukosa, asetat, atau limbah cair rumah tangga maupun industri. Proses degradasi ini dikenal sebagai reaksi oksidasi yang membebaskan CO2, elektron dan proton atau ion (H+). Elektron yang dibebaskan ini dapat ditransfer ke katoda melalui beberapa mekanisme yaitu: transfer elektron langsung melalui protein membran luar sel, melalui mediator yang ditambahkan di dalam ruang anoda, atau melalui sulur yang merupakan bagian dari bakteri itu sendiri. Elektron-elektron yang terakumulasi di anoda menyebabkan timbulnya beda potensial antara anoda dan katoda. Ketika anoda dan katoda disambungkan ke beban melalui rangkaian eksternal, maka elektron-elektron ini akan mengalir sebagai listrik menuju katoda. Sementara itu, ion H+ akan bergerak menuju katoda melalui membran penukar proton. Sesampainya di katoda, elektron dan proton akan bergabung dengan oksigen yang berasal dari udara membentuk molekuk air atau H2O (Du et al, 2007; Kristin, 2012; Parthasarathy et al, 2014)

Page 8: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

8

Gambar 2.1 Skema Cara Kerja Microbial Fuel Cell

MFC dapat menghasilkan listrik dari biomassa tanpa menghasilkan emisi CO2 tambahan yang di lepas ke lingkungan karena pada dasarnya CO2 tersebut berasal dari senyawa organik yang dioksidasi oleh bakteri. Hal ini berbeda dengan yang terjadi pada pembakaran bahan bakar fosil dimana CO2 yang dihasilkan merupakan hasil reaksi pembakaran sempurna antara bahan bakar dengan oksigen. Selain itu, reaksi pembakaran bahan bakar fosil tidak hanya menghasilkan CO2 namun juga polutan berbahaya lain seperti NOx, CO, dsb. Berkat prinsip kerjanya yang berbasis degradasi senyawa organik oleh bakteri dan produk akhir yang dihasilkan berupa air murni, MFC juga dapat diterapkan pada sistem pengolahan air limbah. Oleh karena itu teknologi MFC tidak hanya dapat menjadi sumber bioenergi terbarukan yang mampu memberikan solusi terhadap krisis energi dan pemanasan global yang terjadi saat ini namun juga dapat diaplikasikan untuk mengatasi masalah yang

Page 9: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

9

ditimbulkan oleh limbah cair terutama di daerah perkotaan.

2.3.1 Komponen Microbial Fuel Cell Komponen penyusun dari MFC terdiri dari

elektrolit (anoda, katoda), elektroda dan membran penukar kation. Anoda berperan sebagai tempat terjadinya pemecahan hidrogen (H2) menjadi proton dan elektron (listrik). Katoda berperan sebagai tempat terjadinya reaksi penggabungan proton, elektron dan oksigen untuk membentuk air.

Ada bermacam material yang dapat digunakan sebagai elektroda dalam sistem MFC, seperti platina, platina hitam, grafit, carbon-cloth, karbon pasta, dan lainlain. Pemilihan material elektroda akan sangat berpengaruh terhadap kinerja MFC. Material yang digunakan sebagai elektroda pada MFC harus konduktif, secara kimia stabil dalam larutan reaktor, dan sesuai untuk makhluk hidup. Hal ini dikarenakan sifat mikroba yang sensitif terhadap lingkungan sehingga mikroba dapat menempel pada elektroda.

Membran penukar kation pada fuel cell dapat pula digunakan sebagai membran penukar kation pada MFC. Membran penukar kation merupakan komponen penting dalam sistem fuel cell. Fungsi dari membran pada fuel cell adalah sebagai elektrolit dan pemisah dua gas reaktan. Sebagai elektrolit, membran fuel cell menjadi sarana transportasi ion hydrogen yang dihasilkan oleh reaksi anoda menuju katoda, sehingga reaksi pada katoda yang menghasilkan energi listrik dapat terjadi Salah satu membran fuel cell yang dapat digunakan sebagai membran penukar kation yaitu jembatan garam.

2.4 Konsep Limbah menjadi Energi Listrik Pada MFC diisi dengan limbah yang mengandung

molekul biodegradable dan mikroba. Mikroba yang

Page 10: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

10

terdapat dalam limbah tersebut kemudian mengoksidasi molekul biodegradable menghasilkan elektron, proton, dan CO2. Proton menuju ke katoda melalui larutan elektrolit. Sedangkan elektron menempel ke anoda, kemudian mengalir melalui sirkuit listrik ke katoda. Aliran elektron inilah yang menghasilkan daya listrik. Pada katoda, elektron,proton dan oksigen bergabung membentuk H2O. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut ini

Gambar 2.2 Mekanisme Limbah Menjadi Energi Listrik

Page 11: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

11

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Teknik Sumber Daya Alam dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Brawijaya denan titik koordinat 7o

57’ 10,15” LS dan 112o 36’ 55,47” BT. Pengambilan Sampel penelitian ini dilakukan di TPA Supit Urang yang terletak di Kelurahan Mulyorejo kecamatan Sukun Kota Malang.

3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat

Penelitian ini dilakukan dengan beberapa peralatan penunjang yang dibutuhkan, diantaranya ialah sebagai berikut a. Reaktor : untuk wadah percobaan

pengolahan air lindi b. pH meter : untuk pengukur pH c. DO meter : untuk mengukur kadar oksigen d. Selang : sebagai wadah jembatan garam e. Gelas Winkler : sebagai wadah untuk

menyimpan substrat untuk pengukuran BOD

f. Multimeter : untuk mengukur voltase dan arus listrik

3.2.2 Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian yaitu 1. Air Lindi : sebagai bahan perlakuan 2. Agar : sebagai jembatan garam 3. KCl : sebagai campuran jembatan garam 4. Cuka : untuk mengasamkan sampel 5. NaOH : untuk membasakan sampel

Page 12: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

12

3.3 Metode Penelitian

Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimen dengan rancangan yang digunakan adalah Rancangan Acak Kelompok faktorial dengan analisis sidik ragam ANOVA. Pada penelitian ini digunakan jenis perlakuan berupa variasi jenis elektroda dan konsentrasi air lindi, dengan 4 jenis elektroda yaitu tembaga, seng, aluminium dan besi.

3.4 Rancangan Percobaan

Penelitian ini menggunakan Rancangan acak kelompok faktorial dengan jenis perlakuan berupa variasi jenis elektroda dan konsentrasi air lindi, dengan 4 jenis elektroda yaitu tembaga, seng, aluminium dan besi. Sehingga diperoleh kombinasi perlakuan seperti pada tabel berikut ini

Tabel 3.1 Kombinasi Perlakuan dengan Rancangan Acak Kelompok faktorial

Pengamatan masing-masing akan berlangsung selama periode waktu tertentu bergantung pada nilai koefisien dan tingginya kadar BOD awal air lindi. Digunakan parameter pengamatan berupa nilai BOD, pH dan besarnya daya listrik (watt) yang dihasilkan pada masing-masing reaktor, pada tahap ini dilakukan pengulangan sebanyak 3 kali untuk mendapatkan hasil analisa yang lebih valid. Proses analisa hasil pengamatan hubungan perlakuan dengan daya listrik yang dihasilkan dianalisa menggunakan Rancangan Acak Kelompok Faktorial serta hubungan anatara

Elektroda Ph

Tembaga

Seng Alumunium Besi

TP (5-6) X,a X,b X,c X,d

Asam (2-3) Y,a Y,b Y,c Y,d

pH (10-11) Z,a Z,b Z,c Z,d

Page 13: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

13

besarnya penurunan nilai BOD dengan Daya Listrik menggunakan Regresi Linier.

3.5 Tahap Pelaksanaan Penelitian Tahapan pelaksanaan penelitian secara umum yang akan dilaksanakan dapat dilihat pada gambar 3.1 berikut ini

Gambar 3.1 Diagram Alir Tahap Penelitian

Mulai

Perumusan Masalah

Studi literatur

Persiapan alat dan bahan

Penentuan Faktor Bentuk

Penentuan Waktu Detensi

Percobaan, Pengamatan, dan Analisa

Hasil

Selesai

Page 14: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

14

3.6 Prosedur Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahapan yaitu :

3.6.1 Pengamatan Pengaruh Faktor Bentuk Reaktor

Pengamatan pada tahap pertama ini dilakukan untuk mengetahui adanya pengaruh faktor bentuk reaktor yang digunakan. Kegiatan awal ini dilakukan dengan mengamati bentuk reaktor tabung dan kotak sebagai media pengamatan, digunakan 3 jenis anoda yang berbeda yakni tembaga, seng dan alumunium dengan volume masing-masing reaktor 0,2 liter dengan luas Anoda 72 cm2, parameter pengamatan yang diamati ialah hasil nilai daya (watt) yang paling besar akan dijaikan sebagai penentuan hasil pengamatan faktor bentuk terbaik.

3.6.2 Pembuatan Reaktor

Proses pembuatan reaktor MFC dilakukan dengan meemperhatikan langkah langkah sebagai berikut :

1. Siapkan 2 buah kotak plastik masing-masing volume 1,5 liter.

2. Berilah lubang ± diameter 0,5 cm pada bagian salah satu sisi dan bagian penutup masing-masing kotak serta berilah lubang yang sama pada salah satu kotak untuk memasukkan selang aerator ke bak katoda.

3. Rebuslah agar-agar, air, dan garam hingga mendidih kemudian masukkan ke dalam selang sepanjang 30 cm dan didinginkan yang berfungsi sebagai jembatan garam atau separator membran.

4. Pasangkan jembatan garam dengan memasukkan kedua ujungnya kelubang samping masing-masing kotak.

Page 15: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

15

5. Berilah lem pipa pada perpotongan antar jembatan garam dan kotak plastik agar cairan dalam kotak tidak bocor lalu keringkan.

6. Pasang kabel sirkuit eksternal sepanjang 60 cm pada masing-masing tutup kotak melewati lubang yang telah dibuat dan sisakan 10 cm kabel di bawah penutup untuk mengikat elektroda kemudian lem pada perpotongan kabel dan penutup agar tidak ada udara masuk pada saat ditutup.

7. Masukkan selang aerator melalui lubang di salah satu sisi kotak katoda dimana ujung di dalam kotak dipasangkan batu aerator dan ujung bagian luar disambungkan ke outlet aerator kemudian lem perpotongan antara selang dan kotak plastik.

8. Kaitkan elektroda menggunakan penjepit buaya dengan kabel sirkuit eksternal di bagian bawah penutup dan ujung lainnya dikaitkan ke multimeter sesuai dengan posisi anoda katoda.

9. Buatlah reaktor sebanyak 12 buah untuk 12 jenis varibel berbeda dalam 1 kali percobaan.

Untuk lebih jelasnya, rangkaian alat dapat dilihat pada gambar 3.2 berikut ini

Gambar 3.2 Rangkaian Reaktor Microbial Fuel Cell

Page 16: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

16

3.6.3 Penentuan Waktu Detensi

Analisa waktu detensi ini diperlukan dalam penentuan umur lama waktu optimal penggunaan air lindi yang digunakan untuk menghasilkan arus ltrik selama satu kali pengulangan, hal ini ditentukan dengan melihat parameter kandungan organik (BOD) yang telah turun sesuai dengan baku mutu air limbah yang diterbitkan melalui peraturan pemerintah. Penentuan waktu detensi ini dilakukan dengan metode reaktor tipe batch, hal ini dikarenakan jenis reaktor anoda yang digunakan dalam penelitian ini berjenis close system artinya tidak ada masukan maupun keluaran selama sistem berjalan. Menurut Christy.dkk (2006) persamaan penyelesaian untuk mencari waktu detensi pada reaktor tipe batch dapat dirumuskan sebagi berikut:

Keterangan: C Out : Konsentrasi akhir (sesuai baku mutu) C in : Konsentrasi Awal k : konstanta t : waktu detensi

Berdasarkan persamaan diatas dapat dicari

waktu detensi yang dibutuhkan dengan terlebih dahulu mencari konstanta k pada masing-masing konsentrasi air lindi dengan melakukan percobaan awal dengan cara mengukur waktu rata-rata yang dibutuhkan untuk menurunkan kadar BOD konsentrasi awal menjadi konsentrasi yang sesuai dengan baku mutu, sehingga akan didapatkan nilai konstanta masing-masing konsentrasi air lindi dan

Page 17: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

17

dapat dilakukan analisa waktu detensi yang optimum.

3.6.4 Percobaan dan Pengamatan

Percobaan dan pengamatan ini diakukan dengan cara melakukan proses runing sistem MFC dengan memasukkan air lindi kedalam reaktor anoda dan reaktor katoda diisi dengan air. Pengamatan masing-masing akan berlangsung selama periode waktu tertentu bergantung pada nilai koefisien dan tingginya kadar BOD awal air lindi. Digunakan parameter pengmatan berupa nilai BOD, pH dan besarnya daya listrik (watt) yang dihasilkan pada masing-masing reaktor, pada tahap ini dilakukan pengulangan sebanyak 3 kali untuk mendapatkan hasil analisa yang lebih valid. Proses analisa hasil pengamatan hubungan perlakuan dengan daya listrik yang dihasilkan dianalisa menggunakan Rancangan Acak Kelompok Faktorial serta hubungan anatara besarnya penurunan nilai BOD dengan Daya Listrik menggunakan Regresi Linier.

Untuk lebih jelasnya, prosedur penelitian dan pengamatan dapat dilihat pada langkah kerja sebagai berikut:

1. Setelah reaktor selesai dibuat berilah label pada reaktor, kemudian ikatkan elektroda pada masing-masing sikuit ekstrenal sesuai dengan jenis perlakuan,

2. Ukur kadar BOD awal air lindi pada masing-masing konsentrasi.

3. Isikan Air lindi pada salah satu bak reaktor yang tidak terhubung dengan aerator sesuai dengan masing-masing konsentrasi dan bak lainnya diisi aquades, masing-masing sebesar 1,2 liter.

Page 18: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

18

4. Tutup bak reaktor hingga rapat dan diamkan selama 2 hari (aklimatisasi) agar mikroba tumbuh pada elektroda pada anoda.

5. Amati arus listrik yang mengalir dari anoda ke katoda menggunakan multimeter.

6. Lakukan pengulangan sebanyak 3 kali. 7. Analisa menggunakan Rancangan Acak

Kelompok Faktorial dan dilakukan analisis uji menggunakan taraf 1% dan 5%.

8. Analisa hubungan antara pemberian perlakuan konsentrasi air lindi dan elektroda dalam hubungannya dengan listrik yang dihasilkan.

9. Diukur kadar BOD akhir dan di hitung efisiensi penurunannya serta hubungkan besarnya penurunan BOD dengan besar arus listrik yang dihasilkan menggunakan regresi linier.

Page 19: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

19

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengamatan Pengaruh Faktor Bentuk Reaktor

Penelitian ini dipergunakan dua buah jenis bentuk reaktor yakni kotak dan tabung. Hal ini dikarenakan reaktor kotak dan tabung merupakan bentuk reaktor yang umum digunakan sebagai reaktor baik dalam penelitian atau bahkan skala industri. Pengamatan faktor bentuk ini didasarkan atas pengaruh luasan kontak elektroda dengan substrat yang apabila memiliki kontak yang luas akan semakin baik dalam perkembang biakan mikroorganisme pengoksidasi senyawa organik. Gambar pengamatan faktor bentuk dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 4.1 Pengamatan Faktor Bentuk Reaktor Hasil dari pengamatan dari pengamatan faktor

bentuk reaktor yang dilakukan dapat dilihat pada tabel berikut :

Page 20: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

20

Tabel. 4.1 Hasil Pengamatan Faktor Bentuk Jenis

Reaktor Elektroda Voltase

(mV) Arus (mA)

Daya (mW)

Ph

Kotak Tembaga 727,25 0,00001 0,007273 6,93

Seng 790 0,00001 0,0079 7,01

Alumunium 777,5 0,00001 0,007775 7,15

Tabung Tembaga 557,25 0,00001 0,005573 6,78

Seng 703,25 0,000015 0,010549 7,02

Alumunium 694,75 0,010549 0,010421 6,8

Pada percobaan ini dipergunakan air lindi sebagai

subtrat penelitian dengan konsentrasi pH 5,97 yang tergolong asam, untuk menentukan faktor bentuk terbaik, peneliti menggunakan parameter besarnya penetralan pH dan besaranya daya yang dihasilkan dari proses MFC, dapat dilihat bahwa hasil pengamatan penetralan pH terbaik berada pada jenis reaktor Kotak dengan nilai rata-rata mendekati nilai 7 yang merupakan pH larutan netral. Sedangkan reaktor bentuk tabung dalam hal ini menggunakan botol nilai masih rata-rata berada dibawah nilai 7.

Parameter kedua yang diamati adalah besarnya daya yang dihasilkan, pengukuran ini dihasilkan data pada reaktor kotak masing-masing perlakukan katoda menhasilkan daya rata-rata sebesr 7,465x10-3 mWatt sementara untuk reaktor botol menghasilkan nilai rata-rata daya sebesar 6,517x10-3 mWatt sehingga dapat disimpulkan berdasarkan kedua parameter pengamatan yakni pH dan Daya maka percobaan menggunakan reaktor kotak lebih baik dan menunjjukkan hasil lebih baik dibandingkan dengan reaktor bentuk tabung. Hasil tersebut disebabkan oleh karakteristik substrat air lindi yang akan mengendapkan lapisan sludge ketika proses oksidasi telah lama berlangsung sehingga kandungan organik pada air lindi akan mengendap pada dasar reaktor. Kejadian tersebut akan menguntungkan Anoda pada reaktor kotak yang berbentuk lempengan lebar

Page 21: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

21

yang berada pada lapisan dasar reaktor sehingga sangat mudah menjadi media tumbuh bakteri pengoksidasi. Sementara itu untuk reaktor botol yang memiliki anoda memanjang mengikuti bentuk tabung hanya sedikit yang tercelup pada bagian sludge, sehingga media tumbuh pada anoda semakin sempit dan daya serta kecepatan pengoksidasian bahan organik menjadi lebih lambat dibandingkan pada reaktor kotak.

4.2 Pembuatan Reaktor

Tahap pembuatan reaktor dilakukan dengan melengkapi bahan yang diperlukan untuk keperluan penelitian, pembuatan awal dilakukan dengan dengan melubangi tutup toples dengan solder sebanyak 9 lubang kecil di setiap bak. Kemudian masukkan baut ke dalam lubang yang telah di buat dan rapatkan dengan mur, untuk kabel dipotong sepanjang ±25 cm, setiap kabel di rangkai paralel dan dililitkan pada baut bagian atas. Bahan seperti seng, aluminium, tembaga dan besi di letakkan di bagian bawah baut sebagai Anoda karena letak bahan berada di bawah tutup toples,1 bak toples berisikan masing-masing 9 sel anoda katoda dengan ukuran luasan keseluruhan anoda ialah 648 cm2, katoda yang digunakan merupakan karbon. Kemudian lubangi tutup toples dengan solder sebanyak 2 buah setiap bak untuk lubang selang media agar dan 1 lubang di bagian bak karbon untuk aerator hingga diperoleh bentuk reaktor sebagai berikut:

Page 22: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

22

Gambar 4.2(a) Rancangan Desain Reaktor MFC

Gambar 4.2(b) Reaktor Microbial Fuel Cell 4.3 Perhitungan Waktu Detensi

Pengamatan waktu detensi didapatkan nilai faktor koefisien masing-masing reaktor, nilai ini dihitung dengan mengamati waktu penurunan nilai BOD inlet dan outlet dari reaktor MFC dengan besarnya penurunan yang dimasukkan kedalam persamaan operasi reaktor, hasil dapat dilihat pada tabel 4.2 berikut:

Page 23: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

23

Tabel 4.2 Nilai Koefisien K Masing-masing Reaktor

Tembaga Seng Besi Alumunium

Tanpa Perlakuan

0,185 0,193 0,4217 0,285

Asam 0,147 0,1624 0,4343 0,247

Basa 0,199 0,19 0,393 0,281

Pada tabel di atas, dapat dilihat baha waktu detensi

untuk masing-masing perlauan berbeda, untuk air lindi tanpa perlakuan dengan katoda tembaga, seng, besi, alumunium memerlukan waktu tunggu secara berturut-turut sebesar sebesar 0,185 hari, 0,193, 0,4217 hari dan 0,285 hari. Untuk air lindi yang bersifat basa dengan katoda tembaga, seng, besi dan aluminium memrlukan waktu tunggu secara berturut-turut seesar 0,417 hari, 0,1624 hari, 0,4343 hari dan 0,247 hari. Untuk air lindi yang bersifat basa dengan katoda tembaga, seng, besi dan aluminium memerlukan waktu tunggu secara berturut-turut sebesar 0,199 hari, 0,19 hari, 0,393 hari, dan 0,281 hari.

Untuk Nilai koefisien tersebut akan digunakan dalam menentukan waktu tunggu pengamatan proses MFC masing-masing perlakuan, waktu detensi yang dihasilkan tersebut akan dihitung pada masing-masing ulangan pengamatan sesuai dengan kadar BOD substrat air lindi yang baru pada masing-masing ulangan dengan asumsi nilai konsentrasi BOD keluaran yang disesuaikan dengan standar Peraturan Mentri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Nomor P.59//MENLHK/Setjen/Kum.1/7/2016 tentang Baku Mutu Air Lindi Bagi Usaha dan/atau Kegiatan Tempat Pemrosesan Akhir Sampah.

Page 24: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

24

4.4 Mekanisme Sistem Microbial Fuel Cell dari Air Lindi Dalam sistem MFC dari air lindi ini dilakukan proses

pemanenan elektoron dan proton hasil oksidasi bahan organik pada air lindi, secara umum mikroorganisme yang ditemukan dalam air lindi adalah bakteri coliform, fecal coliform dan fecal streptococus (Ali,2011). Air lindi yang mengandung bahan organik tinggi ini akan dijadikan sebagai bahan makanan mikroorganisme lokal sehingga menhasilkan elektron yang dialirkan melalui sirkuit ekternal dan proton melalui jembatan garam menuju katoda. Pada katoda akan terakumulasi elektron dan proton membentuk persamaan:

4e + 4H+ + O2 2H2O Pada katoda dilakukan proses aerasi untuk menyuplai O2 agar membentuk air pada katoda. Hasil akhir air lindi keluaran akan terbentuk pemisahan antara sludge dan air setelah melalui sistem hal ini dikarenakan kadar bahan organik yang semakin menurun akan menghilangkan daya apung sludge sehingga sludge yang terbentuk dapat dipisahkan dengan air dan dilakukan pengolahan lanjut karena tergolong limbah B3, sementara airnya dapat dilakukan pengolahan pada IPAL.

4.5 Percobaan dan Pengamatan

Percobaan ini dilakukan sebanyak 3 kali ulangan dengan spesifikasi elektroda dan pH dapat dilihat pada Lampiran 5, yang dilakukan untuk mengamati pengaruh perbedaan jenis elektroda serta konsentrasi air lindi yang digunakan terhadap besarnya arus listrik yang dapat dihasilkan, selain itu dilkukan pengamatan untuk mengetahui hubungan antara penurunan kadar BOD dengan listrik yang dihasilkan. Air lindi yang digunakan sebanyak 1,2 liter dengan masing-masing elektroda memiliki luas penampang 648 cm2. Berikut hasil percobaan yang dilakukan:

Page 25: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

25

a. Pengamatan Pengaruh pH dan Elektroda terhadap

Daya Listrik yang Dihasilkan Pengamatan ini dilakukan dengan mengamati

besarnya daya listrik yang dihasilkan pada ke 12 jenis reaktor yang berbeda, dimana pengukuran dilakukan sesuai dengan lama waktu detensi yang dihasilkan dan dapat dilihat pada Lampiran 5. Dari data tersebut dapat diketahui bahwa air lindi tanpa perlakuan (pH netral) dan menggunakan elektroda besi jika dibandingkan dengan seluruh pelakuan menghasilkan daya listrik yang paling optimum yaitu sebesar 0,284046 mWatt.

Kemudian diambil nilai rataan pada masing-masing pengukuran. Hasil pengamatan dapat dilihat pada Lampiran 6 dan dilakukan uji RAK Faktorian dihasilkan tabel ANOVA sebagai berikut:

Tabel 4.3 Hasil ANOVA dari RAK Faktorial

SK Db Jk Kt Fhit Ftab 5%

Ftab 1 %

Perlakuan 11 0,21864 0,01987 52,817 2,45 3,61

Kelompok 2 0,00164 0,00092 2,445 3,63 6,23

pH 2 0,0364 0,0182 48,378 3,63 6,23

Anoda 3 0,0576 0,0192 51,03 3,24 5,29

pH x Anoda

2 0,12464 0,06232 165,65 3,63 6,23

Galat 16 0,00602 0,0003762

Total 36 0,2263

Berdasarkan tabel diatas dapat diketahui bahwa

nilai F hitung lebih besar dibandingkan dengan nilai F Tabel 1% yang menunjukkan bahwa pemberian

Page 26: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

26

perlakuan menunjukkan hasil yang sangat signifikan perbedaan antar masing-masing perlakuan terhadap besarnya daya yang dihasilkan, pada Lampiran 5 yang merupakan hasil pengukuran dapat dilihat bahwa nilai daya terbesar yang dihasilkan berada pada air lindi tanpa perlakuanan dan anoda besi, hal ini dikarenakan besi merupakan jenis oksidator yang baik pada deret volta dan selain itu pertumbuhan mikroba membutuhkan sejumlah zat besi untuk mendukung perkembangbiakannya sehingga besi merupakan media yang baik digunakan sebagai anoda dalam MFC Air Lindi.

b. Hubungan Antara Penurunan Nilai BOD dengan

Daya Listrik yang Dihasikan Berdasarkan pengamatan yang dilakukan

didapatkan nilai penurunan kadar BOD pada tiap-tiap reaktor yang berbeda-beda serta nilai daya listrik yang dihasilkan, kedua parameter pengamatan tersebut dapat tersaji pada tabel berikut :

Tabel 4.4 Tabel Penurunan Kadar BOD pada Masing-

masing Perlakuan

pH

Anoda Δ BOD (mg/l) Daya (Watt)

5-6 Besi 41,5 0,321586

Alumunium 39 0,060493

Seng 35 0,000342

Tembaga 33,5 0,00159

Berdasarkan data tersebut dapat dianalisa

hubungan antara besarnya nilai penurunan BOD dengan daya listrik yang dihasilkan menggunakan analisa regresi Linier. Analisa dilakukan untuk setiap

Page 27: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

27

perlakuan pH air lindi dan didapatkan hasiil grafik perbandingan sebagai berikut:

Gambar 4.3 (a) Grafik Regresi Linier Hubungan Antara

Penurunan BOD dengan Daya Listrik yang Dihasilkan pada Air Lindi Tanpa Perlakuan

Grafik diatas merupakan grafik hasil regresi linear antara besarnya penurunan nilai BOD dengan daya listrik yang dihasilkan, pada dasarnya grafik tersebut digunakan untuk mengetahui apakah terdapat hubungan antara penurunan nilai BOD dengan Daya Listrik pada MFC. Pada perlakuan suasana substrat tanpa perlakuan menunjukkan hubungan korelasi positif yang ditunjukkan dengan bentuk grafik yang meningkat dan nilai R masing-masing mendekati satu yakni 0,760. Pada kondisi tanpa perlakuan dapat dianalisis bahwa kandungan organik yang tinggi akan mengakibatkan mikroorgnaisme pengurai akan mengoksidsi bahan organik secara cepat sehingga kadar organik dalam air limbah akan menurun diikuti dengan meningkatnya

y = 0.0364x - 1.2606 R² = 0.7603

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 10 20 30 40 50

Day

a (W

att)

Δ BOD (mg/l)

Tanpa Perlakuan

Page 28: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

28

energi yang dikeluarkan, dengan begitu nilai daya akan meningkat seiring dengan penurunan nilai BOD.

Gambar 4.3 (b) Grafik Regresi Linier Hubungan Antara

Penurunan BOD dengan Daya Listrik yang Dihasilkan

Grafik diatas merupakan grafik hasil regresi linear

antara besarnya penurunan nilai BOD dengan daya listrik yang dihasilkan , pada dasarnya grafik tersebut digunakan untuk mengetahui apakah terdapat hubungan antara penurunan nilai BOD dengan Daya Listrik pada MFC. Pada perlakuan suasana substrat asam menunjukkan hubungan korelasi positif yang ditunjukkan dengan bentuk grafik yang meningkat dan nilai R masing-masing mendekati satu yakni 0,649. Pada kondisi asam dapat dianalisis bahwa kandungan organik yang cukup tinggi sehingga mengakibatkan mikroorgnaisme pengurai akan mengoksidsi bahan organik secara cepat sehingga kadar organik dalam air

y = 0.0012x - 0.0411 R² = 0.6493

-0.004

-0.002

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0.014

0 10 20 30 40 50

Day

a (W

att)

Δ BOD (mg/l)

Asam

Page 29: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

29

limbah akan menurun diikuti dengan meningkatnya energi yang dikeluarkan, dengan begitu nilai daya akan meningkat seiring dengan penurunan nilai BOD.

Gambar 4.3 (c) Grafik Regresi Linier Hubungan Antara

Penurunan BOD dengan Daya Listrik yang Dihasilkan

Grafik diatas merupakan grafik hasil regresi linear

antara besarnya penurunan nilai BOD dengan daya listrik yang dihasilkan, pada dasarnya grafik tersebut digunakan untuk mengetahui apakah terdapat hubungan antara penurunan nilai BOD dengan Daya Listrik pada MFC. Pada perlakuan suasana substrat basa menunjukkan hubungan korelasi negative yang ditunjukkan dengan bentuk grafik yang fluktuatif dan nilai R yakni 0,412. Pada kondisi basa dapat dianalisis bahwa kandungan organik rendah sehingga akan

y = -0.0006x + 0.0261 R² = 0.4127

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0 10 20 30 40 50

Day

a (W

att)

Δ BOD (mg/l)

Basa

Page 30: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

30

mengakibatkan mikroorgnaisme pengurai tidak dapat mengoksidsi bahan organik secara cepat.

Ketiga grafik diatas merupakan grafik hasil regresi linear antara besarnya penurunan nilai BOD dengan daya listrik yang dihasilkan, pada dasarnya grafik tersebut digunakan untuk mengetahui apakah terdapat hubungan antara penurunan nilai BOD dengan Daya Listrik pada MFC. Pada perlakuan suasana substrat asam menunjukkan hubungan korelasi positif yang ditunjukkan dengan bentuk grafik yang meningkat dan nilai R masing-masing mendekati satu yakni 0,6493 dan tanpa perlakuan menunjukkan hubungan korelasi positif yang ditunjukkan dengan bentuk grafik yang meningkat dan nilai R masing-masing mendekati satu yakni 0,7603, sementara itu untuk perlakuan suasana basa memiliki korelasi negatif dari bentuk penurunan grafik serta nilai R yang kecil yakni 0,4127.

Pada kondisi tanpa perlakuan dan suasana asam dapat dianalisis bahwa kandungan organik yang tinggi akan mengakibatkan mikroorgnaisme pengurai akan mengoksidsi bahan organik secara cepat . Hal ini mengakibatkan kadar organik dalam air limbah akan menurun. Penurunan kadar organik dalam limbah diikuti dengan meningkatnya energi yang dikeluarkan, dengan begitu nilai daya akan meningkat seiring dengan penurunan nilai BOD akibat oksidasi mikroorganisme.

Page 31: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

31

4.6 Potensi Air Lindi sebagai EnergI Listrik

Berdasarkan penelitian yang telah saya lakukan dapat diketahui bahwa air lindi berpotensi untuk menghasilkan listrik. Air lindi tanpa perlakuan sebanyak 1,2 liter dan menggunakan elektroda besi dapat menghasilkan daya listrik sebesar 0,284046 mWatt. Melihat potensi air lindi yang melimpah di berbagai wilayah di Indonesia jika, air lindi dimanfaatkan dengan menggunakan MFC maka akan menghasilkan daya listrik yang besar dan dapat memenuhi kebutuhan listrik. masyarakat.

Kelimpahan air lindi juga terjadi di Kota Malang, TPA Supit urang merupakan satu-satunya TPA yang dimilki Kota Malang. Luas keseluruhan TPA Supit Urang pada tahun 2013 mencapai 31,25 Ha yang terdiri atas sel aktif 3,20 Ha, sel pasif 8,25 Ha, Instalasi Pengolahan Lumpur Tinja 1 Ha, Kantor 2,75 Ha, dan Lahan belum termanfaatkan 16,05 Ha. Hingga saat ini jumlah sampah harian yang masuk ke TPA ini sebesar sebesar 807 ton per hari mayoritas diataranya adalah sampah organik sehingga menghasilkan limbah keluaran beru pa air lindi, volume lindi yang dihasilkan sebesar 800liter/hari dengan lahan yang aktif digunakan sebesar 10,24%, jika keseluruhan lahan telah digunakan maka air lindi yang dihasilkan akan lebih besar. Apabila dilakukan scale up pada hasil penelitian ini yang disesuaikan dengan debit harian air lindi TPA 800liter/hari maka dapat dibangun 666 reaktor dengan luas lahan yang dibutuhkan sebesar 999 m2 .Dengan rancangan seperti gambar berikut :

Page 32: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

32

Gambar 4.4 Rancangan Microbial Fuel Cell di TPA

Reaktor anoda akan diaplikasikan pada pengolahan anaerob dan reaktor kotada akan diaplikasikan pada pengolahan aerob, pada masing-masing bak pengolahan memiliki 666 reaktor. Pada masing masing reaktor anoda dan katoda memiliki ukuran panjang, lebar, dan tinggi secara berurut-urut sebesar 15cm,10cm dan 8cm berisi air lindi sebesar 1,2 liter dan menggunakan elektroda besi seluas 648 cm2, jika setiap reaktor di asumsikan menghasilkan daya listrik 0,3 Watt, maka pada kondisi nyata di lapangan akan didapatkan daya listrik sebesar 380,25 Watt. Daya tersebut di prediksi dapat terjadi peningkatan seiring dengan hanya 10,24% lahan TPA yang aktif menghasilkan air lindi, apabila luas total lahan secara keseluruhan terisi maka akan didapatkan nilai daya listrik 10 kali lipat dari hasil

scale up saat ini.

Page 33: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

33

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan penelitian dan pengamatan yang telah dilakukan, dapat dihasilkan beberapa kesimpulan diantaranya sebagai berikut: 1. Bentuk reaktor yang optimal untuk diaplikasikan

pada sistem Microbial Fuel Cell Air lindi yaitu reaktor bentuk kotak, dengan hasil pengamatan penetralan pH terbaik berada pada jenis reaktor Kotak dengan nilai rata-rata mendekati nilai 7 dengan dihasilkan daya rata-rata sebesr 7,465x10-3 mWatt.

2. Waktu detensi untuk masing-masing perlauan air lindi berbeda- beda , untuk air lindi tanpa perlakuan dengan katoda tembaga, seng, besi, alumunium memerlukan waktu tunggu secara berturut-turut sebesar sebesar 0,185 hari, 0,193, 0,4217 hari dan 0,285 hari. Untuk air lindi yang bersifat basa dengan katoda tembaga, seng, besi dan aluminium memrlukan waktu tunggu secara berturut-turut seesar 0,417 hari, 0,1624 hari, 0,4343 hari dan0,247 hari. Untuk air lindi yang bersifat basa dengan katoda tembaga, seng, besi dan aluminium memerlukan waktu tunggu secara berturut-turut sebesar 0,199 hari, 0,19 hari, 0,393 hari, dan 0,281 hari.

3. Nilai daya terbesar yang dihasilkan berada pada air lindi tanpa perlakuanan dan anoda besi yaitu sebesar, 0,284046 mWatt.

4. Penurunan kadar organik dalam limbah diikuti dengan meningkatnya energi yang dikeluarkan, dengan begitu nilai daya akan meningkat seiring dengan penurunan nilai BOD akibat oksidasi mikroorganisme.

Page 34: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

34

5.2 Saran

Penelitian ini diharapkan dapat dilakukan riset lebih lanjut untuk mengembangkan teknologi yang digunakan sehingga menghasilkan daya listrik yang optimal serta dapat mencegah pencemaran lingkungan dengan melakukan pengolahan air lindi.

Page 35: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

35

DAFTAR PUSTAKA

Abbas, K. 2007. Pengembangan Energi Air Skala Kecil (PLTMH). Jakarta: Direktorat Jenderal

Listrik dan Pemanfaatan Energi.

Abdurrahman dan Makmun . 2003. Dampak Kenaikan Tarif Dasar Listrik terhadap Konsumsi Listrik dan Pendapatan Masyarakat. Jurnal Keuangan

dan Moneter, 6 (2) :63–83

Ali, Munawar. 2011. Rembesan Air Lindi (Leachate)

Dampak Pada Tanaman Pangan dan

Kesehatan. UPN. Surabaya

BPS (Badan Pusat Statistik). 2010. Profile Demografi

Kota Malang. http://malangkota.go.id/tag/ bps-

kota-malang/ . Diakses pada tanggal 10

September 2016 Pukul 10.00 WIB.

Cheng, L. 2010. Increased performance of single-

chamber microbial fuel cell using an

improved cathode structure. Electrochemistry

Communication. Beijing.

Christi Yusuf, Fu Wengen dan Murray Moo Young. 2006.

Relationship Between Riser and Downcomer

Gas Hold-Up In Internal-Loop Airlift Reactors

Without Gas-Liquid Separator. The Chemical

Engineering Journal,57 (1995) B7-B13.

Due, Z., Li, H., Gu, T. 2007. A state of the art review

on microbial fuel Cell: A promising

Page 36: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

36

technology for wastewater treatment and

bioenergy. Biotechnology Advances. 25(2007):

482

Kristin, E. 2012. Produksi Energi Listrik Melalui Microbial Fuel Cell Menggunakan Limbah Industri Tempe. Skripsi UI: 5

Liu, H., Cheng, S., Logan B.E. 2005. Power

Generation in Fed-Batch Microbial Fuel Cell as

a Function of Ionoc Strength,Temperature, and

Reactor configuration. Journal Environ Sci and

Technol. Vol 39(6) : 5488-5493. Beijing.

Machdar,I.2008. Antisipasi Sanitasi Landfill. http://www.serambinews.com. Diakses tanggal 26 November 2016.

Maramis, A, 2008. Pengelolaan Sampah dan Turunannya di TPA. Alumni Program Pasca Sarjana Magister Biologi Terapan. Universitas Satyawacana.Salatiga.

Mutiara, L. 2007. Pemanfaatan Limbah cair sebagai

Sumber Energi Listrik pada Microbial Fuel Cell.

Lomba Karya Tulis Ilmiah ITB. Bandung.

Parthasarathy, V., Chellaram, C. 2014. Microbial Fuel Cell as an Alternate Strategy for Sustainable Energy Generation. Biosciences Biotechnology

Research Asia. 11(1): 250

Saleh, Chairil dan Purnomo, Hendro. 2014. Analisis

Efektifitas Instalasi Pengolahan Limbah Lindi

di TPA Supit Urang Kota Malang. Jurnal Teknik

Pengairan. Vol (5) No. 1, hlm 103-109.

Page 37: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

37

Suryono, Nova Chicilia. 2008. Pemanfatan

Sacaromyces Cerevisiae dalam Sistem

Microbial Fuel Cell untuk Produksi Logistik.

Fakultas Teknik-UI. Depok.

Page 38: BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakangrepository.ub.ac.id/151433/2/BAB_1-5,_DAPUS.pdf · 2018. 11. 23. · 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertambahan penduduk tentu akan menyebabkan

38

LAMPIRAN