bab iv hasil penelitian dan pembahasan - · pdf filebersamaan dengan pemeriksaan temperatur...

63

Bab IV Hasil Penelitian dan Pembahasan

IV.1. Umum

Pada Bab IV ini akan dijabarkan hasil penelitian dan pembahasan hasil-hasil

penelitian yang didapatkan. Secara garis besar penjelasan hasil penelitian

meliputi:

1. Karakteristik limbah yang digunakan

2. Kondisi saat pembibitan dan aklimatisasi

3. Percobaan batch

4. Percobaan kontinyu

5. Kinetika Reaktor

6. Hidrodinamika

7. Mikroorganisme di dalam reaktor

IV.2 Karakteristik air limbah yang digunakan

Limbah yang digunakan di dalam penelitian adalah limbah buatan dengan

karakteristik air limbah greywater. Alasan utama penggunaan limbah buatan dan

bukan limbah asli adalah:

1. Adanya fluktuasi yang tinggi untuk kualitas organik limbah greywater,

sehingga untuk memudahkan analisa dibuat kualitas bahan organik yang

serupa untuk tiap percobaan

2. Tinjauan di dalam Penelitian ini meliputi konsentrasi DO, TSS, amonium dan

COD, sedangkan di dalam limbah greywater asli kemungkinan terkandung

pula bahan-bahan lain seperti minyak dan lemak, deterjen dll, yang

kemungkinan dapat menghambat proses yang berlangsung, padahal bahan-

bahan ini tidak diteliti kualitasnya.

3. Kepraktisan. Mengingat penelitian dilakukan dalam jangka waktu yang agak

lama, maka dibutuhkan pula volume air limbah yang cukup besar. Oleh

64

karena itu dengan alasan kemudahan pembuatan sediaan limbah dan juga

kualitas limbah yang dapat lebih dikontrol, digunakan air limbah buatan.

Karakteristik air limbah yang digunakan ditunjukkan pada Tabel IV.1

Tabel IV.1 Kondisi air limbah yang digunakan

No. Parameter Satuan Kontinyu

1 COD1 mg/l 300

2 NH4-N mg/l 2,5

3 Alkalinitas mg/l CaCO3 50

4 COD/NH4-N - 120

5 Temperatur oC 22-23,8

6 pH - 7.1 1Berubah sesuai dengan kondisi percobaan

Konsentrasi amonium 2,5 mg/l diambil berdasarkan nilai minimum konsentrasi

amonium pada greywater. Sedangkan temperatur yang ada mengikuti kondisi

lingkungan sekitar (tidak dikontrol).

IV.3 Kondisi Saat Start-up

Keseluruhan hasil percobaan kontinyu yang dilakukan didalam penelitian ini

ditunjukkan pada Gambar IV.1. Sedangkan detail hasil dari percobaan batch dan

tiap beban kontinyu dapat dilihat sub-bab Percobaan Batch dan Percobaan

Kontinyu.

Seperti yang telah dijelaskan pada sub-Bab III.4 start-up dilakukan dalam dua

tahap, yaitu tahap penumbuhan biofilm dan tahap aklimatisasi reaktor sampai

kondisi tunak. Tahap penumbuhan dilakukan selama 10 hari dengan mode operasi

batch. Sebagai sumber karbon digunakan glukosa dengan konsentrasi setara 300

mg/l. Sumber nutrien digunakan amonium klorida dan kalium fosfat. Inokulum

yang digunakan berasal dari biakan mikroorganisme reaktor lumpur aktif dan

mikroorganisme dari saluran drainase. Sedangkan sumber mikronutrien berasal

dari penambahan feri sulfat. Air di dalam reaktor diganti tiap dua hari sekali, dan

pengudaraan untuk ketiga reaktor dilakukan secara kontinyu. Pemeriksaan untuk

periode ini hanya dilakukan secara visual yaitu pada pertumbuhan biofilm

Gambar IV.1 Penyisihan kadar S

percobaan kontinyu

Setelah periode penumbuhan biofilm

kontinyu dengan mengalirkan air limbah buatan

Sebagai sumber nutrien digunakan pupuk NPK buatan. Konsentrasi bahan organik

yang digunakan adalah 650 mg/l. Penggunaan konsentrasi bahan organik yang

tinggi melebihi beban rencana untuk running bertujuan untuk menyiapkan reaktor

agar mempunyai kemampuan pengolahan untuk beban besar.

reaktor dengan pengudaraan

Kondisi tunak didapatkan setelah 9 hari

9 hari adalah waktu yang normal unt

Gray (2004), dimana diperlukan 3

organik (BOD). Setelah akhir masa aklimatisasi reaktor dilakukan penimbangan

massa (kering) biofilm.

65


periode ini hanya dilakukan secara visual yaitu pada pertumbuhan biofilm

Penyisihan kadar SCOD pada R1, R2 dan R3 saat aklimatisasi dan

percobaan kontinyu

penumbuhan biofilm 10 hari, maka mode operasi diganti secara

kontinyu dengan mengalirkan air limbah buatan sukrosa pada debit 30 ml/menit.




ar mempunyai kemampuan pengolahan untuk beban besar.

dengan pengudaraan tidak menerus mulai dilakukan pada tahap ini.

Kondisi tunak didapatkan setelah 9 hari mulai aklimatisasi (Gambar IV.1).

9 hari adalah waktu yang normal untuk aklimatisasi reaktor biofilm mengacu pada

Gray (2004), dimana diperlukan 3-8 hari aklimatisasi untuk penyisihan bahan

Setelah akhir masa aklimatisasi reaktor dilakukan penimbangan

massa (kering) biofilm.


periode ini hanya dilakukan secara visual yaitu pada pertumbuhan biofilm.

pada R1, R2 dan R3 saat aklimatisasi dan

hari, maka mode operasi diganti secara

pada debit 30 ml/menit.




ar mempunyai kemampuan pengolahan untuk beban besar. Pengkondisian

mulai dilakukan pada tahap ini.

(Gambar IV.1). Waktu

uk aklimatisasi reaktor biofilm mengacu pada

8 hari aklimatisasi untuk penyisihan bahan

Setelah akhir masa aklimatisasi reaktor dilakukan penimbangan

66

Dapat dilihat antara reaktor 1, 2, 3 mencapai waktu kondisi tunak yang tidak

berbeda. Pada kondisi tunak ini dapat dilihat pertumbuhan biofilm yang cukup

tebal.

Tabel IV.2 Kondisi ketiga saat reaktor masa tunak tercapai

No. Reaktor R1 R2 R3

1 Pengudaraan 2-2 4-4 kontinyu

2 Waktu pencapaian

kondisi tunak

9 hari 9 hari 9 hari

3 Efisiensi pada akhir

kondisi tunak

88% 88% 86%

4 Berat biofilm

kering/Vol.Reaktor (mg

biomassa.(l Reaktor)-1)

2061 1985 2125

Dari hasil observasi ini menunjukkan kemampuan melekat yang cukup baik untuk

mikroorganisme yang berasal dari reaktor lumpur aktif, karena secara teori bakteri

lumpur aktif yang didominasi bakteri aerobik heterotrof mampu memproduksi

biopolimer ekstraselular yang membentuk flok biologi atau biofilm untuk proses

pertumbuhan melekat (Metcalf & Eddy, 2003).

Gambar IV.2 Pertumbuhan biofilm pada media (a) saat awal (b) akhir periode

start up

67

Massa biofilm kering diperhitungkan dengan menghitung selisih berat media yang

masih mengandung biofilm dengan berat media kering. Sampel media diambil

sebanyak 10 sampel tiap reaktor yang dikeringkan pada temperatur 105oC selama

dua jam dan ditimbang massanya.

Waktu kondisi tunak dicapai setelah 17 hari dari awal pembibitan yang ditandai

dengan stabilnya konsentrasi SCOD pada effluen tiap reaktor. Temperatur harian

rata-rata Tidak ada perbedaan untuk waktu pencapaian kondisi tunak untuk R1,

R2 dan R3. Penurunan konsentrasi SCOD rata-rata pada ketiga reaktor tidak jauh

berbeda yaitu adalah 86%+2%.

Proses aklimatisasi menunjukkan pencapaian masa tunak yang hampir sama untuk

R1, R2 dan R3. Hanya saja laju penyisihan SCOD pada masa aklimatisasi pada R2

lebih besar dari pada R1 dan R3. Hal ini berdasarkan pada laju penyisihan pada

yaitu dengan massa biofilm yang lebih kecil tetapi menghasilkan penyisihan yang

lebih besar. Akhir masa tunak menunjukkan kesamaan karakteristik R1 dan R3

Setelah mencapai kondisi tunak, maka percobaan dilakukan untuk kondisi aliran

batch diikuti dengan kondisi aliran kontinyu.

IV.4 Percobaan Batch

Setelah melewati masa aklimatisasi, ketiga reaktor dioperasikan secara batch.

Pengoperasian secara batch dilakukan dengan tidak mengalirkan air limbah pada

influen maupun effluen. Konsentrasi air limbah yang digunakan adalah 300 mg/l.

Sampel diambil tiap tiga jam pada titik pengambilan sampling kedua.

Pengudaraan pada R1 dilakukan secara intermttent 2 jam hidup-2 jam mati, R2 4

jam hidup-4 jam mati, dan R3 diberikan pengudaraan menerus.

Hasil pengambilan sampling berupa nilai konsentrasi SCOD pada ketiga reaktor

ditunjukkan pada Gambar IV.3.

68

Gambar IV.3 Penyisihan kadar SCOD pada R1, R2 dan R3 dalam kondisi Batch

Gambar IV.3 di atas menunjukkan penurunan materi organik tercepat terutama di

dalam 6 jam pertama, setelah itu laju penurunan bahan organik berangsur-angsur

menurun sampai akhir masa pengambilan sampel pada jam ke-18.

Percobaan secara batch menunjukkan profil penurunan SCOD mengikuti reaksi

orde ke-1. Ketiga reaktor menunjukkan profil yang sama. Hal ini adalah sesuai

dengan teori umum bahwa laju reaksi keseluruhan untuk reaktor biofilter

mengikuti orde ke-1 (Mann & Stephenson, 1997).

Perhitungan laju penyisihan SCOD pada percobaan batch dengan pendekatan

persamaan III.8 untuk masing-masing R1, R2 dan R3 adalah 0.013, 0.014, dan

0.014 mg SCOD.(jam.mg biomassa)-1. Di sini terlihat bahwa perbandingan laju

penyisihan SCOD dalam percobaan batch menunjukkan laju penyisihan SCOD yang

tidak jauh berbeda, artinya penambahan oksigen secara intermittent tidak

berpengaruh secara signifikan, tetapi berat biofilm yang terbentuk berpengaruh

seperti yang terlihat pada Tabel IV.2.

IV.5 Percobaan Kontinyu

Percobaan kontinyu dilakukan setelah dilakukan percobaan batch. Percobaan

kontinyu bertujuan untuk mengamati kinerja reaktor pada kondisi pengudaraan

0

50

100

150

200

250

300

350

0 5 10 15 20

Konsentrasi SCOD(mg/l)

Jam

Reaktor

R1

R2

R3

69

yang diberikan. Sebagai parameter pembanding adalah bahan organik (SCOD),

amonium, DO, TSS, pH dan temperatur.

Tabel IV.3 Kondisi Beban Organik selama percobaan

Run Laju

(l.hari-1)

HRT

(jam)

HLR

(m.hari-1)

Inlet COD

(mg.l-1)

OLR

(kgCOD.m-3.hari

-1)

1 43,2 4 2.88 300 0,906

2 43,2 4 2,88 400 1,208

3 43,2 4 2,88 500 1,510

Parameter-parameter selain bahan organik diamati pada kondisi inlet COD 300

mg.l-1. Pengambilan sampel dan pemeriksaan dilakukan 6 kali tiap 3 jam.

Gambar IV.4 Penyisihan kadar SCOD pada variasi konsentrasi influen dengan Q=

43,2 l.hari-1 dan HRT = 4 jam

Pengaruh kondisi pengudaraan terhadap kondisi reaktor dilihat berdasarkan

dampaknya secara umum pada reaktor dengan mengamati kondisi efluen

Amonium, SCOD, DO dan TSS.

0

100

200

300

400

500

600

24 25 26 27 28 29

Konsentrasi SCOD (mg/l)

Waktu (jam)

Inlet

R1

R2

R3

Pengamatan dilakukan pada konsentrasi influen COD teoritis 300 mg/l. Limbah

yang digunakan adalah limbah buatan sukrosa denga

influen 5 mg/l, pH rata

maksimum 23,8oC dan minimum 22

dengan konsentrasi 60 mg/l.

Pengamatan dilakukan pada tiga reaktor masing

jam hidup – 2 jam mati (2

(4-4), dan R3 dengan pengudaraan menerus. Pengudaraan diberikan dengan

menggunakan aerator akuarium tipe coarse bubble. Debit udara yang diberikan

sebesar 3,5 l/menit. Sampel diambil tiap tiga jam dengan 6 kali pengambilan

sampel. Pengambilan sampel yang dilakukukan tiap tiga jam dengan kombinasi

pengudaraan 2-2, 4-

dengan kondisi udara yang berbeda

maka tidak diperlukan pengukuran parameter seperti laju pemakaian oksigen dan

koefisien transfer massa seperti yang dilakukan Harris et al (1996).

Gambar IV.5 Hubungan antara pengambilan sampel dan

IV.5.1 Oksigen terlarut

Pemeriksaan konsentrasi oksigen terlarut dilakukan secara langsung (in situ) pada

sampel yang diambil

70


yang digunakan adalah limbah buatan sukrosa dengan konsentrasi Amonium di

influen 5 mg/l, pH rata-rata di influen 7,4, dan temperatur rata

C dan minimum 22oC. Alkalinitas diberikan berupa CaCO

dengan konsentrasi 60 mg/l.

Pengamatan dilakukan pada tiga reaktor masing-masing R1 untuk pengudaraan 2

2 jam mati (2-2), R2 dengan pengudaraan 4 jam hidup

4), dan R3 dengan pengudaraan menerus. Pengudaraan diberikan dengan


5 l/menit. Sampel diambil tiap tiga jam dengan 6 kali pengambilan


-4, dan menerus akan memberikan waktu-

dengan kondisi udara yang berbeda-beda (Gambar IV.1). Dengan metode ini,



Hubungan antara pengambilan sampel dan kondisi pengudaraan

Oksigen terlarut


sampel yang diambil menggunakan metode elektrometrik. Sampel diambil pada


n konsentrasi Amonium di

rata di influen 7,4, dan temperatur rata-rata 23,22oC,

C. Alkalinitas diberikan berupa CaCO3

untuk pengudaraan 2

2), R2 dengan pengudaraan 4 jam hidup – 4 jam mati

4), dan R3 dengan pengudaraan menerus. Pengudaraan diberikan dengan


5 l/menit. Sampel diambil tiap tiga jam dengan 6 kali pengambilan


-waktu sampling

ar IV.1). Dengan metode ini,



kondisi pengudaraan


. Sampel diambil pada

71

tiap titik ketinggian untuk tiap reaktor. Pengukuran konsentrasi DO dilakukan

bersamaan dengan pemeriksaan temperatur air dan pH. Pengambilan sampel

dilakukan tiap rentang waktu tiga jam.

Hasil pengambilan sampel untuk tiap reaktor dapat dilihat pada Gambar IV.6,

IV.7, dan IV.8. Sedangkan rata-rata konsentrasinya dapat dilihat pada Gambar

IV.9. Gambar IV.10 menunjukkan hubungan antara waktu pengambilan sampel

dengan kondisi pengudaraan pada tiap reaktor saat itu.

Gambar IV.6 Profil konsentrasi DO pada pengudaraan 2 jam-2 jam

Gambar IV.7 Profil konsentrasi DO pada pengudaraan 4 jam-4 jam

0

2

4

6

8

1 3 5

Ko

nse

ntr

asi

DO

(m

g/l

)

Sampling ke-

R1

30 cm

60 cm

Outlet

Inlet

0

1

2

3

4

5

6

7

1 3 5

Ko

nse

ntr

asi

DO

(m

g/l

)

Sampling ke-

R2

30 cm

60 cm

Outlet

Inlet

Gambar IV.8 Profil konsentrasi DO pada pengudaraan menerus

Gambar IV.9 Rata-rata DO untuk tiap titik sampling

Gambar IV.10 Hubungan kondisi pengudaraan dan DO untuk ketiga reaktor

0

2

4

6

8

1

Ko

nse

ntr

asi

DO

(m

g/l

)

72

Profil konsentrasi DO pada pengudaraan menerus

rata DO untuk tiap titik sampling

Hubungan kondisi pengudaraan dan DO untuk ketiga reaktor

2 3 4 5 6

Sampling ke-

R3

Hubungan kondisi pengudaraan dan DO untuk ketiga reaktor

30 cm

60 cm

outlet

Inlet

bab iv hasil penelitian dan pembahasan - · pdf filebersamaan dengan pemeriksaan temperatur...

Documents