gambar iv.21 hubungan kondisi pengudaraan dan … ini menunjukkan pola yang sama dengan teori, yaitu...

Gambar IV.21 Hubungan kondisi pengudaraan dan effluen S

reaktor

Gambar IV.17-IV.19 menunjukkan pola yang sama untuk ketiga reaktor, dimana

konsumsi bahan organik

melambat 30 cm berikutnya. Pola ini menunjukkan pola laju penyisihan bahan

organik dengan tipikal orde laju pertama. Hal ini diperkuat dengan Gambar IV.20

yang menunjukkan rata

statistik dengan menggunakan t

signifikan antar ketiga reaktor. Hal ini menunjukkan

pengaruh pengudaraan pada kinerja reaktor secara keseluruhan,

terlihat hubungan secara langsun

sampel dengan pola degradasi COD yang terjadi.

Pola konsumsi yang mengikuti orde kesatu berhubungan dengan kecenderungan

mikroorganisme untuk mengkonsumsi bahan organik yang lebih mudah untuk

didegradasi, dan melambat sehubungan semakin kompleksnya komposisi bahan

organik yang harus dikonsumsi.

83

Hubungan kondisi pengudaraan dan effluen SCOD untuk ketiga

reaktor

IV.19 menunjukkan pola yang sama untuk ketiga reaktor, dimana

konsumsi bahan organik terutama terjadi pada 60 cm di bagian bawah reaktor dan



yang menunjukkan rata-rata konsentrasi SCOD di tiap ketinggian.

statistik dengan menggunakan t-tes menunjukkan adanya perbedaan yang

signifikan antar ketiga reaktor. Hal ini menunjukkan kemungkinan adanya

pengaruh pengudaraan pada kinerja reaktor secara keseluruhan,

terlihat hubungan secara langsung antara kondisi pengudaraan saat pengambilan

sampel dengan pola degradasi COD yang terjadi.




organik yang harus dikonsumsi.

untuk ketiga

IV.19 menunjukkan pola yang sama untuk ketiga reaktor, dimana

i bagian bawah reaktor dan



di tiap ketinggian. Hasil pengujian

tes menunjukkan adanya perbedaan yang

kemungkinan adanya

pengaruh pengudaraan pada kinerja reaktor secara keseluruhan, meskipun tidak

g antara kondisi pengudaraan saat pengambilan




IV.5.5 Resume kondisi kontinyu

Resume perbandingan efisiensi untuk parameter kenaikan oksigen terlarut,

penyisihan amonium dan penyisihan SCOD untuk R1, R2 dan R3 ditunjukkan

pada Gambar IV.22.

Gambar IV.22 Perbandingan efisiensi untuk parameter

pada ketiga reaktor

Hasil percobaan secara kontinyu untuk pada konsentrasi S

menunjukkan perbedaan kinerja untuk parameter oksigen terlarut, amonium, TSS

dan efisiensi penyisihan S

beberapa parameter menunjukkan perbedaan yang kecil, tetapi dengan uji statistik

didapatkan perbedaan tersebut

lain selain pengudaraan yang digunakan, maka diduga perbedaan yang terjadi

terutama akibat kondisi pengudaraan yang dilakukan berpengaruh pada kondisi di

dalam reaktor, sehingga secara keseluruhan untuk parameter yang teramati

terdapat perbedaan-perbedaan. Faktor lain yang diperkirakan juga berpengaruh

adalah temperatur reaktor.

Perbandingan hasil-hasil yang diperoleh pada penelitian ini dengan penelitian

menggunakan reaktor BAF oleh Mann & Stephenson (1997) dan Wang et al

(2006) ditunjukkan pada Tabel IV.4.

84

Resume kondisi kontinyu



Perbandingan efisiensi untuk parameter-parameter

pada ketiga reaktor

Hasil percobaan secara kontinyu untuk pada konsentrasi SCOD teoritis 300 mg/l


dan efisiensi penyisihan SCOD pada R1, R2, dan R3. Meskipun secar


didapatkan perbedaan tersebut cukup signifikan. Oleh karena tidak ada variabel


akibat kondisi pengudaraan yang dilakukan berpengaruh pada kondisi di


perbedaan. Faktor lain yang diperkirakan juga berpengaruh

adalah temperatur reaktor.

hasil yang diperoleh pada penelitian ini dengan penelitian


(2006) ditunjukkan pada Tabel IV.4.



yang diamati

teoritis 300 mg/l


pada R1, R2, dan R3. Meskipun secara rata-rata


Oleh karena tidak ada variabel


akibat kondisi pengudaraan yang dilakukan berpengaruh pada kondisi di


perbedaan. Faktor lain yang diperkirakan juga berpengaruh

hasil yang diperoleh pada penelitian ini dengan penelitian


85

Tabel IV.4 Perbandingan hasil Penelitian dengan penelitian lain sejenis

Penelitian ini

Mann &

Stephenson

(1997)

Wang et al.

(2006)

inlet R1 R2 R3 inlet outlet inlet outlet

Reaktor SAB BAF BAF

Jenis limbah buatan, sukosa asli, domestik buatan, sukrosa

Laju aerasi 3.5 l/menit 4 l/menit 4 l/menit

Mode - intermit

2-2

intermit

4-4

menerus menerus menerus

Media - terapung bioball terapung, PP terapung, lava

SCOD (mg/l) 337 58 66 44 150 32 165,8 33,05

Amonium 2,41 0,54 1,18 1,61 21,2 17,9 38,2 18.9

DO 3,4 4,56 4,23 5,07 1,1 7,6 1,2 5,5

T (oC) 22-23,8 16,5-17,5 15-20,5

pH 7,4 7,2 7,1

Perbandingan tersebut menunjukkan efisiensi yang tidak berbeda terlalu jauh

untuk penyisihan rata-rata SCOD dan amonium dengan kedua penelitian yang

dibandingkan. Perbedaan yang cukup terlihat adalah pada peningkatan oksigen

terlarut. Kondisi ini terjadi terutama akibat temperatur penelitian yang berbeda,

dimana kedua penelitian yang dibandingkan menggunakan kontrol temperatur,

sehingga temperatur reaktor relatif konstan.

IV.6 Kinetika penyisihan bahan organik

IV.6.1 Batch

Bentuk paling sederhana untuk perhitungan kinetika penyisihan bahan organik

adalah dengan pendekatan perhitungan reaksi orde ke-1 pada kondisi reaktor

batch. Beberapa referensi menjelaskan bahwa pendekatan ini yang paling

mendekati kondisi reaktor SAB. Pengamatan pada kondisi penyisihan SCOD pada

penelitian ini menunjukkan pola yang sama dengan teori, yaitu penyisihan SCOD

berlangsung sesuai dengan orde ke-1.

Perhitungan untuk mendapatkan kinetika penyisihan bahan organik secara batch

dilakukan dengan terlebih dahulu mengambil sampel SCOD secara batch. Hasil

sampling dan pengujian ditunjukkan pada Gambar IV.3. Nilai SCOD yang

86

diperoleh untuk tiap waktu sampling dibandingkan dengan nilai SCOD awal dan

diplot terhadap waktu.

Contoh ploting untuk R1 ditunjukkan pada pada Gambar IV.23.

Gambar IV.23 Penentuan kinetika laju reaksi Batch pendekatan dengan Orde 1

untuk Reaktor 1

Dari ploting tersebut didapatkan konstanta reaksi orde pertama untuk reaktor 1

(kR1) tersebut adalah 0.143. Hasil perhitungan yang lain untuk R2 didapatkan nilai

kR2=0.147 dan untuk reaktor 3 didapatkan nilai kR3=0.129. Sehingga dengan

perhitungan sederhana ini didapatkan konstanta laju reaksi untuk R3 lebih rendah

dibanding dengan R1 dan R2. Rendahnya nilai k pada R3 ini dapat diartikan

dibandingkan dua reaktor yang lain, efisiensi R3 lebih rendah, meskipun

perbedaan tersebut tidak terlalu jauh.

Sebagai perbandingan, digunakan kinetika dengan pendekatan Monod.Pendekatan

Monod menggunakan asumsi konsentrasi biofilm merata pada setiap biofilm,

walaupun asumsi ini tidak tepat menurut di dalam Mann & Stephenson (1997).

Penggunaan Kinetika ini hanyalah sebagai pembanding penggunaan reaksi orde

ke-1. Tingkat kesalahan yang tinggi disebabkan oleh asumsi utama meratanya

pertumbuhan biofilm dan konversinya ke dalam bentuk satuan massa per volume.

y = 0.143x

R² = 0.946

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

0 5 10 15 20

-ln

(C/C

0)

Jam

R1

87

Kinetika Monod dihitung dengan menggunakan pendekatan persamaan III.13.

Contoh Ploting hasil percobaan batch dengan nilai R2 tertinggi pada R1

ditunjukkan pada Gambar IV.24.

Gambar IV.24 Penentuan kinetika laju reaksi Batch dengan pendekatan Kinetika

Monod

Perbandingan untuk nilai kinetika orde ke-1 dan kinetika Monod ditunjukkan pada

Tabel IV.5.

Tabel IV.5 Perbandingan hasil perhitungan reaktor Batch

Reaktor

Kinetika Batch

Orde 1 Monod

k R2 a=rsmax b=-Ks R

2

1 0,143 0,946 0,012 32,38 0.843

2 0,146 0,987 0,011 6,814 0,536

3 0,129 0,988 0,009 69,17 0,524

Tabel IV.5 menunjukkan nilai korelasi yang tinggi dengan pendekatan kinetika

orde ke-1 dibandingkan dengan pendekatan kinetika Monod. Hal ini memperkuat

pernyataan Mann dan Stephenson (1997) di atas, bila pendekatan empiris akan

memberikan hasil yang lebih memuaskan.

y = 0.012x + 32.38

R² = 0.843

0.000

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

0 5000 10000 15000 20000

(Cs0

-Cs)

/ln

(Cs0

/Cs)

t*CB/ln(Cs0/Cs)

R1

88

IV.6.2 Kinetika Kontinyu

Tujuan dari perhitungan kinetika secara kontinyu adalah untuk melihat

perbandingan kinerja reaktor. Untuk perhitungan kinetika digunakan pendekatan

secara empiris dengan persamaan II.7, sebagaimana penurunannya dijelaskan

pada Lampiran I, akan didapatkan nilai konstanta biomassa k* dan nilai konstanta

media n untuk tiap reaktor. Nilai inilah yang digunakan sebagai dasar penilaian

kinerja reaktor.

Percobaan kontinyu dilakukan dengan melakukan secara seri, yaitu tiga kali

running menggunakan tiga beban organik yang berbeda yaitu 300, 400 dan 500

mg/l COD dengan limbah buatan sukrosa.

Sampel diambil di empat titik sampling yaitu pada bagian inlet, P1, P2 dan outlet.

Sampling diambil tiga kali untuk tiap beban, kecuali untuk beban 300 mg/l yang

diambil 6 kali. Nilai range hasil sampling ditunjukkan pada Tabel IV.6 berikut ini.

Tabel IV.6 Range nilai Efluen SCOD dari hasil sampling (semua satuan dalam

mg/l)

Beban

Influen

R1 R2 R3

Rata-Rata Range Rata-Rata Range Rata-Rata Range

300 58 40-73 66 28-98 54 33-58

400 76 71-85 84 79-87 73 60-74

500 107 102-112 116 100-122 101 92-106

Data-data yang diperoleh dari sampling kemudian diolah dengan menggunakan

perhitungan sebagaimana ditunjukkan pada Lampiran 1. Berikut ini diberikan

contoh untuk Reaktor 1 pada Beban 300 mg/l.

Hasil sampling untuk tiap ketinggian pada beban 300 mg/l menunjukkan profil

penurunan beban organik untuk orde ke-1 sebagaimana ditunjukkan pada Gambar

IV.25. Nilai R2 sebesar 0,864 menunjukkan penjelasan hubungan antara

penyisihan SCOD pada profil ketinggian reaktor lebih sesuai menggunakan

pendekatan orde ke-1 dibandingkan dengan pendekatan orde lain.

89

Gambar IV.25 Konsentrasi SCOD vs ketinggian reaktor pada R1

Data hasil percobaan ini kemudian diploting antara H vs ln(S) yang menghasilkan

kemiringan garis m1. Dari gambar di bawah ini didapatkan nilai kemiringan garis

m= -0.023

Gambar IV.26 Hasil percobaan R1 ln(S/S0) vs H

Ploting dilakukan juga untuk beban 400 dan 500, sehingga didapatkan nilai m2

dan m3. Nilai m1, m2 dan m3 yang didapatkan kemudian digunakan untuk

menghitung nilai k* dan n. Hasil Ploting untuk R1 pada Gambar IV.27 didapatkan

nilai n=0,625 dan nilai k= 31.

Perhitungan nilai n dan k* yang lain ditunjukkan pada Gambar IV.28 dan IV.29,

sedangkan ringkasan nilai n dan k* ditunjukkan pada Tabel IV.7.

y = 441.4e-0.02x

R² = 0.864

0

100

200

300

400

500

0 20 40 60 80 100

SC

OD

,m

g/l

H, cm

y = -0.023x + 0.019

R² = 0.970

-2.500

-2.000

-1.500

-1.000

-0.500

0.000

0.500

0 20 40 60 80 100

ln(S

/S0)

H, cm

Gambar IV.27 Penentuan nilai n dan k

Gambar IV.28 Penentuan nilai n dan k

Gambar IV.29 Penentuan nil

90

Penentuan nilai n dan k* Reaktor 1



91

Tabel IV.7 Ringkasan Nilai Parameter Kinetika untuk tiga Parameter

Parameter R1 R2 R3

n 0.63 0.66 0.8

k* 31 35 34

R2 0.993 0.906 0.868

Nilai k* mengindikasikan keseluruhan unjuk kerja reaktor untuk penyisihan SCOD

dan sebagai kontrol laju penyisihan di setiap titik ketinggian reaktor pada tiap

konsentrasi SCOD influen. Semakin tinggi nilai k* akan menghasilkan nilai

efisiensi penyisihan SCOD yang semakin besar. Sedangkan nilai konstanta media n

mengindikasikan variasi laju penyisihan SCOD pada beban SCOD yang masuk, atau

dengan kata lain stabilitas pada proses. Nilai n yang kecil menunjukkan variasi

yang besar pada penyisihan SCOD di dalam range konsentrasi influen SCOD yang

kecil, dan akan menunjukkan kinerja yang kurang bagus apabila konsentrasi air

limbah sangat bervariasi, misalnya saat terjadi beban kejut (shock loading).

Dari hasil perhitungan didapatkan nilai k* dan n yang tidak jauh berbeda untuk

ketiga reaktor. Nilai k* pada R1, R2 dan R3 yang tidak tidak berbeda jauh untuk

ketiga reaktor mengindikasikan performa ketiga reaktor yang tidak terlalu jauh.

Sedangkan apabila di lihat dari nilai konstanta media, walaupun digunakan jenis

media yang sama, tetapi menghasilkan nilai konstanta yang berbeda. Hal ini

menunjukkan perbedaan yang terjadi lebih disebabkan oleh kondisi internal

reaktor, terutama aliran yang ada didalamnya, dan bukan karena materi media.

Nilai n yang lebih besar pada R3 menunjukkan variasi effluen yang dihasilkan

oleh reaktor ini lebih kecil dari dua reaktor lainnya, sehingga kemungkinan untuk

menahan beban kejut juga lebih besar.

Apabila dibandingkan dengan hasil penelitian Mann & Stephenson (1997) (Tabel

II.8) untuk konstanta media menunjukkan kemiripan sifat media bioball dengan

media sunken yang digunakan pada percobaan tersebut, walaupun secara fisik

media bioball adalah termasuk di dalam media terapung. Hal ini menunjukkan

konstanta media lebih condong pada bagaimana pengaruh media tersebut pada

keseluruhan kinerja reaktor, dan tidak hanya sekedar kesamaan fisik.

92

Kemungkinan yang lain adalah karakteristik luas permukaan media terapung pada

percobaan Mann & Stephenson (1997) lebih efektif dibandingkan dengan media

bioball yang digunakan di dalam penelitian ini.

IV.6.3 Resume Kinetika

Secara umum dapat dilihat nilai kinetika laju reaksi untuk ketiga reaktor tidak

memberikan perbedaan yang signifikan baik secara batch maupun secara

kontinyu. Dengan menggunakan pendekatan orde pertama untuk reaktor batch

didapatkan konstanta laju reaksi sebesar 0,129-0,143.

Sedangkan apabila digunakan pendekatan empiris dengan percoabaan secara

kontinyu, didapatkan didapatkan nilai konstanta biomasa k* yang menunjukkan

efisiensi yang tidak berbeda antara R1, R2, dan R3. Sedangkan dari parameter

nilai konstanta media menunjukkan ketahanan R3 yang lebih baik dibandingkan

R1 dan R2 terhadap variasi beban yang masuk.

IV.7 Hidrodinamika

Reaktor SAB dan TF menunjukkan karakteristik yang mirip, walaupun TF bukan

reaktor terendam. Kondisi ini dapat dilihat dari uji perunut untuk reaktor TF dan

SAB yang menunjukkan profil aliran plug flow (Mann & Stephenson, 1997).

Kondisi hidrodinamika di dalam reaktor memang paling tepat diamati dengan

metode tracer. Karena adanya beberapa keterbatasan, maka untuk kondisi

hidrodinamika hanya diamati secara visual menggunakan pewarna. Pewarna yang

digunakan adalah pewarna buatan untuk makanan. Uji ini dilakukan pada akhir

masa penelitian. Seri gambar hasil penggunaan pewarna ini dapat dilihat Pada

Gambar IV.30.

Penggunaan pewarna untuk melihat pola aliran pada reaktor menunjukkan pada

kondisi tanpa pengudaraan aliran limbah cenderung mengalir ke arah ke bagian

aerator, kemudian naik dan menyebar di bawah media. Aliran kemudian naik ke

arah effluen dengan menunjukkan pola aliran plug flow.

93

Gambar IV.30 Penggunaan pewarnaan untuk melihat pola aliran pada reaktor

Terdapat pola yang sama untuk R1, R2 dan R3 pada saat tidak dilakukan

pengudaraan. Pada saat pengudaraan diberikan maka kondisi yang terjadi tidak

lagi sepenuhnya menunjukkan aliran plug flow, tetapi juga menunjukkan pola

percampuran complete mix. Hal yang sama sebenarnya juga teramati pada

percobaan untuk reaktor tipe terendam yang lain, yaitu Aerated Submerged Fixed-

Film-Filter (ASFFR) menunjukkan pola aliran yang terjadi pada reaktor ASFFR

lebih mirip dengan model pola aliran Continous strirred tank reactor (CSTR) di

dalam rangkaian seri (Hamoda, 1989).

Dapat dimungkinkan pula pada saat terjadi pengudaraan akan terjadi penambahan

pengadukan dan adanya jalan pintas, tetapi hal ini terutama terjadi pada

penggunaan media tenggelam dibandingkan dengan penggunaan floating media

94

IV.8 Mikroorganisme di dalam reaktor

Seperti yang telah dijelaskan didalam Bab II, ada beberapa kesulitan di dalam

mengidentifikasikan mikroorganisme yang terdapat di dalam biofilm dengan

metode konvensional yang ada oleh karena biofilm tidak dengan mudah

ditumbuhkan dengan metode konvensional (Wagner et al., 1993 di dalam

Wingender & Flemming, 2001). Identifikasi hanya dapat dilakukan dengan teknik

yang lebih modern.

Oleh karena itu identifikasi mikroorganisme yang dilakukan hanya dengan

melakukan dugaan mikroorganisme yang aktif. Metode yang dilakukan adalah

dengan mengambil sampling air dan media dari reaktor dan diperiksakan ke Lab

Bakteriologi Biofarma.

Hasil pemeriksaan menunjukkan tidak ada perbedaan yang berarti antara

nikroorganisme di R1, R2 dan R3. Di dalam air sampel didapatkan kelompok

bakteri patogen antara lain Bacillus sp, Pseudomonas sp, Enterobacter cloacaeae,

dan Enterobacter agglomerans. Kelompok bakteri di dalam air limbah didalam

reaktor terutama didominasi oleh bakteri heterotrof. Tetapi kelompok bakteri yang

mendominasi biofilm tidak teridentifikasi di dalam penelitian ini

gambar iv.21 hubungan kondisi pengudaraan dan … ini menunjukkan pola yang sama dengan teori, yaitu...

Documents