bab iv data dan pembahasan - perpustakaan digital...

59

Bab IV Data dan Pembahasan

4.1. Umum

Bab ini menampilkan data-data yang diperoleh selama penelitian disertai

pembahasan mengenai hasil yang didapat. Data ditampilkan dalam bentuk tabel

dan gambar. Penyajian data diawali dengan karakterisasi limbah cair, diteruskan

dengan tahap seeding dan aklimatisasi (yang juga sekaligus merupakan penelitian

awal untuk menentukan rasio substrat:kosubstrat maksimal untuk operasional),

dan dilanjutkan dengan kinerja dan kinetika reaktor pada saat running dengan

memvariasikan waktu reaksi sehingga diketahui penyisihan limbah cair

Perusahaan Security Printing X yang dapat dilakukan dengan sistem ASBR pada

penelitian ini. Running dilakukan dengan satu kali siklus untuk masing-masing

variasi dengan tiga buah duplikasi reaktor.

Kinetika reaksi yang terjadi ditinjau pada bagian akhir. Tinjauan ini diharapkan

dapat memberikan gambaran fenomena yang terjadi selama proses degradasi

limbah cair Perusahaan Security Printing X tersebut.

4.2. Karakteristik Limbah Cair

Beberapa parameter penting hasil pengujian karakterisasi limbah cair Perusahaan

Security Printing X ditunjukkan pada Tabel IV.1. Tabel tersebut hanya memuat

informasi parameter-parameter yang melampaui ambang batas baku mutu limbah

cair bagi kegiatan industri (Kep-51/MENLH/10/1995) bukan keseluruhan

parameter. Dari Tabel IV.1. terlihat bahwa limbah cair bersifat sangat basa, hal ini

dimungkinkan karena digunakannya natrium hidroksida pada larutan penyapu

pada proses cetak yang terbuang sebagai limbah cair. Nilai COD dan BOD

limbah cair tersebut sangat jauh melebihi baku mutu dengan nilai penyimpangan

terbesar dibandingkan parameter lain. Parameter amoniak bebas, MBAS, minyak

lemak, cobalt, dan fenol secara berurutan memiliki nilai penyimpangan dari baku

mutu diatas 800%.

60

Keberadaan amoniak bebas (NH3) dalam konsentrasi yang cukup tinggi bersifat

racun untuk bakteri metanogenik. Hasil uji karakteristik menunjukkan konsentrasi

amoniak bebas (sebagai NH3-N) adalah sebesar 77,6 mg/l. Nilai ini hampir

mendekati ambang batas sifat racun untuk proses anaerob, yaitu sebesar 100 mg/l

sebagai NH3-N (McCarty & McKinney, 1961 dikutip dari Metcalf & Eddy,

2004). Sedangkan adanya fenol dengan konsentrasi 26 milimol dilaporkan

mengurani 50% aktivitas proses anaerob Metcalf & Eddy, 2004).

Tabel IV.1. Karakteristik Limbah Cair

No. Parameter Analisa Satuan Nilai

Rata-rata Baku Mutu

A. F i s i k a 1. Temperatur oC 25 Maks. 38 2. Zat padat terlarut mg/L 19.535 2.000 3. Zat padat tersuspensi mg/L 3.538 200 B. K i m i a 1. pH - 12,12 6,0 – 9,0 2. Kobalt (Co) mg/L 10,03 0,4 3. Amoniak bebas (NH3-N) mg/L 77,60 1 4. BOD mg/L 34.550 50 5. COD mg/L 66.707,13 100 6. Fenol mg/L 7,14 0,5 7. MBAS mg/L 182,79 5 8. Minyak & Lemak mg/L 170,89 5 9. VSS* mg/L 1.988 -

*Pengujian tambahan (tidak ada dalam baku mutu limbah cair) (Sumber : Hasil rata-rata dari Laporan Lab Air ITB, 2006)

4.3. Tahap Seeding dan Aklimatisasi

Tahap seeding dan aklimatisasi merupakan tahap pendahuluan yang harus

dilakukan sebelum penelitian utama. Tujuan dari tahap seeding ini adalah untuk

memperoleh mikroorganisme yang akan digunakan pada penelitian utama. Benih

biomasa diperoleh dari tangki septik yang berlokasi di sekitar jurusan Teknik

Lingkungan ITB. Pembenihan dilakukan pada dalam reaktor CBR anaerob secara

batch. Pada permulaan seeding, pada awalnya digunakan 100% glukosa sebagai

substrat. Tahapan selanjutnya adalah aklimatisasi, yaitu substrat yang menjadi

obyek penelitian (limbah cair dari sebuah perusahaan security printing,

Perusahaan Security Printing X) ditambahkan secara gradual. Kemudian secara

bertahap konsentrasi limbah cair ditingkatkan hingga mencapai 100%, melalui

tahapan penambahan limbah cair 20%, 60%, 80% dan 100%.

61

Seeding dan aklimatisasi dilakukan dengan menggunakan beban organik kurang

lebih 20.000 mg/l. Agar kondisi anaerobik terjaga, dilakukan pengaliran gas

nitrogen selama kurang lebih 30 menit kedalam reaktor untuk mengusir

keberadaan gas oksigen dari dalam reaktor pada saat memasukkan substrat dan

penambahan mikroorganisme.

Gambar IV.1. Tahapan Seeding dengan menggunakan Reaktor CBR

Reaktor yang digunakan terbuat dari plexyglass dengan volume operasi 22 L.

Dimensi reaktor adalah 23,5 cm diameter dan 66 cm tinggi dengan volume operasi

22 L. Pada proses pengolahan limbah cair ini, pengadukan dilakukan dengan cara

sirkulasi gas yang ada di dalam sistem (Gambar IV.1).

Dari uji karakteristik, limbah cair yang akan diolah bersifat sangat basa (pH 12).

Masalah terjadi pada saat pengaturan pH dengan penambahan asam klorida, yaitu

timbul endapan dalam jumlah yang cukup signifikan, sehingga pengaturan pH

tidak dilakukan, namun pemeriksaan pH dilakukan setiap hari. Hasil pengukuran

pH disajikan pada Gambar IV.2.

Tampak bahwa terjadi penurunan pH seiring dengan berjalannya reaksi. Pada

seluruh variasi perbandingan substrat:kosubstrat pH awal lebih dari 11. Pola

62

penurunan pH hampir sama untuk seluruh variasi, yaitu terjadi penurunan yang

signifikan pada awal hingga pertengahan awal jalannya reaksi dan disusul dengan

keadaan konstan dimana tidak terjadi penurunan pH secara nyata. Pada masa

konstan tersebut beberapa variasi mencapai nilai pH 6 – 7. Namun hal tersebut

tidak terjadi pada perbandingan substrat:kosubstrat = 100:10. Pada perbandingan

tersebut nilai akhir yang dicapai berada pada kisaran 8,4 – 8,56.

Disamping itu terdapat kecenderungan penurunan pH lebih cepat terjadi pada

persentase penambahan substrat limbah cair yang lebih kecil, dan semakin

melambat pada perbandingan substrat:kosubstrat yang lebih besar.

6

7

8

9

10

11

12

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43

Hari ke-

pH

pH LC0% pH LC20% pH LC60% pH LC80% pH LC100%

Gambar IV.2. Profil pH pada Berbagai % Konsentrasi Substrat Limbah Cair

Pada tahap seeding dan aklimatisasi ini sekaligus dilakukan evaluasi dan

penentuan perbandingan substrat:kosubstrat maksimal yang nantinya akan

digunakan saat running.

63

4.3.1. Pencapaian Kondisi Tunak dan Persentase Penyisihan Senyawa

Organik untuk Masing-Masing Variasi Penambahan Kosubstrat

Gambar IV.3. memperlihatkan profil COD dan VSS dari proses pengolahan tanpa

penambahan limbah cair Perusahaan Security Printing X (atau dengan kata lain

penggunaan kosubstrat 100%). Pada gambar tersebut kondisi tunak tercapai pada

hari ke-17. Persentase penyisihan nilai kandungan organik pada tahap ini

mencapai 78,58%.

Sedangkan pada penambahan kosubstrat 80%, persentase penyisihan senyawa

organik mencapai 66,6% dan kondisi tunak dicapai pada hari ke-34 (Gambar

IV.4.). Pada penambahan kosubstrat 40%, persentase penyisihan senyawa organik

adalah sebesar 38,63%. Kondisi tunak dicapai setelah menginjak hari ke-36

(Gambar IV.5.). Pencapaian waktu tunak untuk penambahan kosubstrat 20%

hampir sama dengan penambahan kosubstrat 80% maupun 40%, yaitu pada hari

ke-35 (Gambar IV.6.). Persentase penyisihan yang dicapai adalah 39,72%. Pada

percobaan dengan menggunakan seluruh volume berupa limbah cair Perusahaan

Security Printing X nampak bahwa hingga pada hari ke-40, kondisi tunak belum

tercapai (Gambar IV.7.). Pada saat itu, penyisihan senyawa organik mencapai

30,1%.

0

5000

10000

15000

20000

25000

H0 H1 H2 H3 H6 H7 H8 H9H10 H12 H15 H16 H17 H20 H22 H23 H24 H25 H27 H28 H29 H30 H31 H32 H33 H34 H35 H36 H37 H38 H39 H40

Hari ke-

CO

D (m

g/l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

VSS

(mg/

l)

COD VSS

Gambar IV.3. Profil COD dan VSS

pada Perbandingan Substrat : Kosubstrat = 0:100

64

0

5000

10000

15000

20000

25000

H0 H3 H4 H5 H6 H7 H10 H13 H14 H17 H18 H20 H22 H23 H24 H25 H26 H27 H28 H29 H31 H32 H33 H34 H35 H36

Hari ke-

CO

D (m

g/l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

VSS

(mg/

l)

COD VSS

Gambar IV.4. Profil COD dan VSS pada Perbandingan Substrat : Kosubstrat = 20:80

0

5000

10000

15000

20000

25000

H0 H1 H2 H3 H4 H7 H8 H9 H10 H11H14H15 H16H17H18 H21H22H23 H24H25H28 H29H30H31 H32H35H36 H37H38H39

Hari ke-

COD

(mg/

l)

2360

2380

2400

2420

2440

2460

2480

2500

2520

VSS

(mg/

l)COD VSS



65

0

5000

10000

15000

20000

25000

H0 H1 H2 H5 H6 H7 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18 H19 H20 H21 H22 H23 H24 H26 H27 H28 H29 H30 H32 H33 H34 H35 H36 H37 H39 H40 H41 H42 H43

Hari ke-

COD

(mg/

l)

2460

2470

2480

2490

2500

2510

2520

2530

2540

2550

VS

S (m

g/l)

COD VSS

Gambar IV.6. Profil COD dan VSS pada Perbandingan Substrat : Kosubstrat = 80:20

0

5000

10000

15000

20000

25000

H0 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10H11H12H13H14H15H16H17H18H19H20H21H22H23H24H25H28H29H30H31H32H35H36H37H38H39

Hari ke-

CO

D (m

g/l)

2528

2530

2532

2534

2536

2538

VSS

(mg/

l)COD VSS



4.3.2. Kinetika Laju Penyisihan dan Laju Pertumbuhan Biomasa pada

Masing-Masing Perbandingan

Tabel IV.2. menunjukkan hasil perhitungan laju penyisihan substrat (dS/dt) dan

laju pertumbuhan biomasa (dX/dt). Dari hasil tersebut terdapat kecenderungan

penurunan konsentrasi substrat yang tersisihan per satuan waktu seiring dengan

penambahan persentase substrat ke dalam sistem. Demikian pula halnya dengan

penambahan konsentrasi biomasa di dalam sistem. Dengan meningkatnya

perbandingan substrat:kosubstrat, laju pertumbuhan biomasa semakin kecil.

66

Namun pada perbandingan substrat:kosubstrat = 80:20, kecenderungan tersebut

tidak terlihat.

Dengan persamaan 2.15. dan 2.16 diperoleh data yang tercantum di dalam

sebagaimana Tabel IV.3. Data tersebut memberikan informasi bahwa laju

penyisihan substrat spesifik pada penggunaan limbah cair Perusahaan Security

Printing X mengalami penurunan seiring dengan berkurangnya penambahan

glukosa sebagai kosubstrat. Terjadi penurunan yang cukup tajam, yaitu sebesar

46,097% dari penggunaan substrat 20% menuju substrat 60%. Sedangkan dari

penambahan substrat 60% menuju 80%, nilai laju penyisihan substrat spesifik

mengalami sedikit kenaikan (8,056%). Hal tersebut dimungkinkan karena

penambahan substrat dari 20% menjadi 60% adalah penambahan yang cukup

besar dibandingkan dengan penambahan substrat dari 60% menjadi 80%.

Sehingga biomassa yang ada di dalam sistem lebih dapat beradaptasi dan tumbuh

dengan baik pada penambahan substrat dari 60% menjadi 80%. Hal tersebut

berbanding lurus dengan nilai laju pertumbuhan biomasa spesifik (μ), dimana

pada penambahan substrat dari 20% menjadi 60%, nilai μ mengalami penurunan

cukup besar (88,2%) sedangkan pada penambahan substrat dari 60% menjadi 80%

nilai μ mengalami kenaikan (27,38%).

Tabel IV.2. Tabel Laju Penyisihan Substrat (dS/dt)

dan Laju Pertumbuhan Biomasa (dX/dt) Penambahan Substrat (%)

dS/dt (mg/L.hari)

dX/dt (mg/L.hari)

0 954.7647 83.88235 20 440.7647 6.705882 60 237.5833 0.861111 80 258.4 1.2 100 175.7 0.075

(Sumber : hasil perhitungan)

4.3.3. Kinetika Laju Kematian Biomasa dan Faktor Hasil

Gambar IV.8. menunjukkan nilai koefisien hasil (yield), Y = 0,1062 mg VSS/mg

COD dan nilai laju kematian biomasa, Kd = 0,0107 hari-1.

Nilai koefisien hasil yang diperoleh dari penelitian ini, Y = 0,1062

mgVSS/mgCOD mendekati dan sedikit lebih besar dari nilai Y pada penelitian

67

limbah cair artifisial (glukosa) dengan proses anaerob tahap metanogenesa dengan

reaktor SBR yang dilakukan oleh Chaerul, 2001, yaitu 0,0961 g VSS/g COD.

Kennedy et. al., 1988 (dikutip dari Chaerul, 2001) menghasilkan nilai Y pada

kisaran = 0,05 – 0,09 g VSS/g COD. Sedangkan penelitian Harper & Pohland,

1986 (dikutip dari Chaerul, 2001) pada penelitian pengolahan glukosa pada CSTR

fase metana menghasilkan Y = 0,04 g VSS/g COD. Hasil koefisien hasil jika

dibandingkan dengan data dari Metcalf & Eddy, 2004, lebih mendekati pada nilai

koefisien kinetika untuk proses pertumbuhan tersuspensi anaerob pada fase

fermentasi, yaitu Y = 0,1 g VSS/g COD.

Tabel IV.3. Tabel Kinetika Laju Penyisihan

Substrat Spesifik (q) dan Laju Pertumbuhan Biomasa Spesifik (μ)

Penambahan Substrat (%)

q Hari-1

µ Hari-1

0 0.480 0.0422 20 0.191 0.0029 60 0.095 0.0003 80 0.102 0.0005 100 0.069 2.96E-05


Nilai laju kematian biomasa, Kd = 0,0107 per hari = 0,000446 per jam mendekati

hasil penelitian yang dilakukan oleh Chaerul, 2001, yaitu Kd = 0,0005 per jam.

y = 0,1062x - 0,0107R2 = 0,9556

-0,02

0

0,02

0,04

0,06

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

q (hari-1)

μ (

hari

-1)

Gambar IV.8. Grafik Laju Kematian Biomasa Kd dan Koefisien Yield Y

68

4.4. Pengoperasian SBR

Untuk mengetahui pengaruh waktu reaksi pada perbandingan substrat:kosubstrat

80:20 dan beban influen 20.000 mg/l COD pada pengolahan limbah cair

Perusahaan Security Printing X dengan sistem ASBR baik dari sisi kinerja reaktor

maupun kinetika reaksinya maka dilakukan penelitian dengan 3 variasi waktu

reaksi yaitu 12 jam, 36 jam, 54 jam, dan 125 jam.

Pengoperasian SBR merupakan penelitian utama dan merupakan kelanjutan dari

proses seeding dan aklimatisasi. Perbandingan substrat:kosubstrat 80:20 diperoleh

dari penelitian awal pada saat seeding dan aklimatisasi. Jalannya tahapan SBR

dilakukan sebagaimana pada Tabel III.3. dalam satu buah siklus. Tahap Running

ini dilakukan dengan menggunakan tiga buah reaktor untuk masing-masing variasi

waktu. Pengambilan sampel pH, COD, VSS, dan TAV dilakukan setiap interval

waktu tertentu yang berbeda untuk masing-masing variasi waktu. Analisa gas O2,

CO2, N2, CH4, dan H2 dilakukan pada akhir reaksi. Sedangkan analisa identifikasi

mikroorganisme dilakukan setelah selesainya pengoperasian SBR. Analisa

terhadap influen dan efluen dilakukan untuk mengetahui kandungan beberapa

senyawa yang signifikan dari hasil karakterisasi yaitu meliputi: fenol, surfaktan,

minyak lemak dan amonia bebas.

Sub bab berikut ini membahas hasil-hasil yang diperoleh selama penelitian

pengoperasian SBR.

4.4.1. Kinerja SBR

Sub bab ini menyajikan data-data hasil penelitian yang terkait dengan kinerja SBR

terutama yang meliputi efisiensi penyisihan senyawa organik maupun profil

konsentrasi biomasa dari waktu ke waktu.

4.4.1.1. Pengaruh Variasi Waktu Reaksi pada Penyisihan Senyawa Organik

Data yang diperoleh mengenai profil COD dan efisiensi penyisihan senyawa

organik disajikan dalam bentuk tabel dan gambar, yaitu Gambar IV.9. – IV.12.

69

Gambar IV.9.-IV.12. menunjukkan profil COD pada masing-masing waktu reaksi.

Terdapat kecenderungan penurunan konsentrasi COD pada titik IFL (influen)

hingga t0 yang kemudian meningkat pada t1 hingga t2 [(berakhirnya tahap

pengisian (fill)]. Hal ini menjelaskan terjadinya efek pemekatan konsentrasi

senyawa organik karena pada pada saat t0 bisa dikatakan belum ada konsentrasi

substrat maupun kosubstrat yang masuk ke dalam sistem. Pada saat t1, sebagian

influen telah berada di dalam sistem dan bereaksi dengan mikroorganisme yang

ada hingga selesainya proses fill. Pada keadaan tersebut relatif tidak terjadi

penyisihan senyawa organik sebagaimana diperkuat dengan Gambar IV.13. yang

menunjukkan bahwa pada seluruh variasi waktu reaksi, pada tahap pengisian

efisiensi penyisihan senyawa organik memiliki nilai minus (-).

Gambar IV.13. menjelaskan bahwa penyisihan senyawa organik pada tahap reaksi

(react) menunjukkan kecenderungan yang lebih besar dibanding dengan

penyisihan pada saat pengisian maupun stabilisasi, dengan nilai kontribusi antara

90,35% hingga 97%.

05000

100001500020000250003000035000400004500050000

INF t0 t1 t2 t4 t10 t14 t16 t17 EFL

Jam ke-

CO

D (m

g/l)

RUN1 RUN2 RUN3

Settle DecantFill React Idle

Gambar IV.9. Grafik Konsentrasi COD pada Waktu Reaksi 12 jam

70

5000100001500020000250003000035000400004500050000

INF t0 t1 t2 t4 t8 t12 t18 t36 t38 t39 EFL

Jam ke-

CO

D (m

g/l)

RUN4 RUN5 RUN6

ReactFillSettle

Decant Idle


5000100001500020000250003000035000400004500050000


Jam ke-

CO

D (m

g/l)

RUN7 RUN8 RUN9

ReactFillSettle

Decant Idle


71

5000100001500020000250003000035000400004500050000


Jam ke-

CO

D (m

g/l)

RUN10 RUN11 RUN12

ReactFillSettle

Decant Idle


-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

12 jam 36 jam 54 jam 125 jam

Waktu Reaksi

% E

fisie

nsi

Eff. Thp. Pengisian (%) Eff. Thp. Reaksi (%)

Eff. Thp. Stabilisasi (%) Eff. Overal (%)

Gambar IV.13. Efisiensi Penyisihan Substrat Tahap Pengisian, Reaksi, Stabilisasi dan Overal

Grafik pada Gambar IV.13. memperlihatkan bahwa efisiensi penyisihan senyawa

organik keseluruhan (overal) terbesar terjadi pada waktu reaksi 54 jam dengan

besaran 57,38%. Pada waktu reaksi 12 jam penyisihan senyawa organik overal

72

yang terjadi adalah sebesar 33,61%, nilai ini merupakan nilai terkecil. Efisiensi

penyisihan senyawa organik overal pada waktu reaksi 36 jam (40,36%) hampir

sama dengan nilai yang dihasilkan pada reaksi dengan waktu reaksi 125 jam, yaitu

41,11%. Efisiensi penyisihan senyawa organik yang paling dominan adalah pada

tahap reaksi dengan kisaran hasil 31,58% - 59,35%. Pada tahap pengisian karena

tidak terjadi penurunan konsentrast COD, maka nilai efisiensi penyisihan adalah

negatif hal ini menunjukkan saat pengisian seluruh variasi terjadi penambahan

konsentrasi substrat.

Sebagai pembanding, dilakukan pengoperasian reaktor kontrol yang hanya berisi

larutan glukosa dengan konsentrasi yang sama dengan larutan glukosa yang

ditambahkan pada pengoperasian SBR tersebut, yaitu sebesar kurang lebih 6000

mg/l. Penurunan COD pada reaktor kontrol pada masing-masing variasi waktu

reaksi 12; 36; 54 dan 125 jam adalah 33,56%; 67,12%; 88,43% dan 98,32%.

4.4.1.2.Pengaruh Variasi Waktu Reaksi pada Konsentrasi Biomasa

Profil konsentrasi biomasa dalam VSS untuk masing-masing variasi waktu reaksi

ditunjukkan pada Gambar IV.14.-IV.17. Terlihat adanya kecenderungan yang

similar yaitu pada tahap pengisian dan tahap pengendapan-pengurasan terjadi

lonjakan konsentrasi VSS yang besarnya bervariasi untuk masing-masing RUN.

Hal ini menunjukkan adanya pengenceran maupun pemekatan karena masuknya

influen ke dalam sistem pada tahap pengisian maupun keluarnya efluen dari dalam

sistem pada tahap pengurasan.

Dari grafik tampak terjadi fluktuasi konsentrasi VSS selama waktu reaksi.

73

0

2000

4000

6000

8000

10000

INF t0 t1 t2 t4 t10 t14 t16 t17 t19

RUN1 RUN2 RUN3

ReactFillSettle

Decant Idle

Gambar IV.14. Grafik Konsentrasi VSS pada Waktu Reaksi 12 jam

0

2000

4000

6000

8000

10000

INF t0 t1 t2 t4 t8 t12 t18 t38 t40 t41 t43

RUN4 RUN5 RUN6

ReactFillSettle

Decant Idle


0

2000

4000

6000

8000

10000

INF t0 t1 t2 t13 t25 t36 t47 t56 t58 t59 t61

RUN7 RUN8 RUN9

ReactFillSettle

Decant Idle


74

0

2000

4000

6000

8000

10000


RUN10 RUN11 RUN12

ReactFillSettle

Decant Idle


4.4.2. Kinetika ASBR

Pengoperasian ASBR merupakan suatu siklus yang terdiri dari beberapa tahap

yaitu pengisian (fill), reaksi (react), pengendapan (settle), pengurasan (decant) dan

stabilisasi (idle). Setiap tahap memiliki peran dalam menyisihkan bahan-bahan

pencemar yang ada dalam air limbah. Penentuan kinetika reaksi ditentukan untuk

tahap pengisian, reaksi dan stabilisasi. Tahap pengisian memiliki karakteristik

yang berbeda dibandingkan dengan tahap reaksi dan stabilisasi dimana pada tahap

pengisian terjadi terdapat aliran masuk ke dalam sistem namun tidak ada

pengeluaran. Sedangkan dalam pada tahap reaksi dan stabilisasi reaktor beroperasi

secara batch (tidak ada input ataupun output dari dan keluar sistem). Karena

perbedaan sifat tersebut diatas penyajian data dan pembahasan dilakukan secara

terpisah.

Oleh karena penyisihan senyawa organik sangat dipengaruhi oleh pertumbuhan

biomasa maka studi kinetika yang diakukan meliputi pula penyisihan bahan

organik dan pertumbuhan biomasa. Disamping itu, laju penyisihan total asam

volatil yang dinyatakan sebagai asam asetat menjadi salah satu bahasan dalam bab

ini karena pada proses anaerob keberadaan senyawa asam volatil memiliki arti

penting.

75

4.4.2.1. Kinetika pada Tahap Pengisian

Sepanjang berlangsungnya tahap pengisian, kinetika reaksi mengacu pada sistem

fed batch dimana umpan dimasukkan secara terus menerus tanpa terjadinya

pengeluaran sama sekali dari sistem. Koefisien Yield pada tahap pengisian

menunjukkan hubungan kuantitatif antara konsumsi substrat dengan pertumbuhan

biomasa. Koefisien yield dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 2.8.

Dengan menempatkan nilai Q.S0.t dalam satuan mg pada sumbu-x dan Xt pada

sumbu-y dalam grafik maka akan diperoleh persamaan garis dimana slope garis

tersebut merupakan nilai koefisien yield. Grafik penentuan yield pada masing-

masing variasi waktu reasksi dapat dilihat pada Gambar IV.18.-IV.21.

y = -0,1356x + 18096R2 = 0,8264

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000

Q.S0.t (mg)

Xt (

mg)

Gambar IV.18. Grafik Penentuan nilai Y pada Tahap Pengisian

untuk Waktu Reaksi 12 jam

y = -0,1818x + 21019R2 = 0,8485

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000

Q.S0.t (mg)

X t (m

g)



76

Empat buah persamaan yang diperoleh dari plotting Q.S0.t versus Xt pada grafik

(Gambar IV.18. – IV.21) memberikan hasil koefisien yield dengan kecenderungan

sama untuk keempat variasi waktu reaksi, yaitu memiliki nilai negatif. Hal ini

memperlihatkan bahwa pada tahap pengisian, efek pengenceran konsentrasi

biomasa yang ada dalam reaktor karena masuknya influen ke dalam reaktor lebih

dominan dibandingkan dengan terjadinya pemakaian substrat oleh

mikroorganisme. Nilai koefisien yield yang diperoleh berada pada rentang -0,162

hingga -1,092 mg VSS/mg COD. Nilai koefisien yield untuk masing-masing

variasi waktu reaksi ditabulasikan pada Tabel IV.4.

y = -0,2177x + 20330R2 = 0,8437

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000

Q.S0.t (mg)

X t (m

g)



y = -0,2044x + 19600R2 = 0,844

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000

Q.S0.t (mg)

X t (m

g)



77

Laju penyisihan substrat pada tahap pengisian dapat ditentukan dengan persamaan

(2.11.). Nilai k diperoleh dengan memplotkan nilai jumlah substrat (S’) dalam

satuan mg terhadap waktu pengisian, t, dengan satuan jam pada grafik. Hasil plot

grafik tersebut dituangkan dalam Gambar IV.23. – IV.26. dan nilai k pada Tabel

IV.5.

Dari grafik pada Gambar IV.22. – IV.25. nilai laju penyisihan substrat k

didapatkan dengan cara interpretasi hasil persamaan garis yang diperoleh dari

grafik dengan persamaan (2.12.) Dari hasil perhitungan tersebut nampak bahwa

nilai k negatif untuk semua variasi waktu reaksi, berkisar antara (-0,1356 jam-1)

hingga (-0,2177 jam-1). Nilai k yang negatif ini menunjukan bahwa laju

pemakaian substrat selama periode pengisian jauh lebih kecil dibandingkan laju

penambahan substrat. Hal ini disebabkan karena konsentrasi senyawa organik

yang dimasukkan ke dalam sistem sangat tinggi sehinga selama tahap pengisian

jumlah susbtrat tidak mengalami penurunan tetapi justru mengalami kenaikan

hingga akhir pemasukan substrat.

y = 4607,9x2 + 6068,1x + 62248R2 = 0,4709

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Waktu pengisian (jam)

Xt (

mg)

Gambar IV.22. Grafik Penentuan Nilai Laju Penyisihan Substrat k


78

y = 917,43x2 + 4568,8x + 69068R2 = 0,45

0100002000030000400005000060000700008000090000

100000

0 0,5 1 1,5 2 2,5


Xt (

mg)



y = 1333x2 + 11359x + 55313R2 = 0,6804

0100002000030000400005000060000700008000090000

100000

0 0,5 1 1,5 2 2,5


Xt (

mg)



79

y = 5928,4x2 + 3885,4x + 52800R2 = 0,9004

0100002000030000400005000060000700008000090000

100000

0 0,5 1 1,5 2 2,5


Xt (

mg)



Tabel IV.4. Perolehan Nilai Y dan k pada Tahap Pengisian Waktu Reaksi

Y (mg VSS/mg COD) k (jam-1)

12 jam -1,092 -0,1356 36 jam -0,162 -0,1818 54 jam -0,221 -0,2177 125 jam -1,099 -0,2044 (Sumber : hasil perhitungan)

Nilai k yang semakin mendekati nol menunjukkan proses penyisihan substrat yang

terjadi di dalam reaktor selama tahap pengisian oleh mikroorganisme semakin

efektif. Kondisi tersebut menggambarkan bahwa penambahan substrat ke dalam

sistem pada tahap pengisian dapat diimbangi dengan pemanfaatan substrat oleh

biomasa yang ada di dalam reaktor. Dari Tabel IV.4. terlihat bahwa aktivitas

biomasa dalam memanfaatkan substrat selama tahap pengisian terjadi paling

optimal pada variasi waktu reaksi 12 jam dengan harga k = -0,1356 jam-1.

80

-50,63

-24,89

-59,39 -61,71

-1,2

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,012 jam 36 jam 54 jam 125 jam

Waktu Reaksi

(mgV

SS/m

gCO

D)

(jam

-1)

-70-60

-50-40-30-20

-100

Efis

iens

i (%

)

Y (mg VSS/mg COD) k (jam-1) Efisiensi Fill

Gambar IV.26. Nilai Y, k dan Efisiensi Penyisihan Substrat pada Variasi Waktu Reaksi 12, 36, 54 dan 125 jam.

Gambar IV.26. membandingkan nilai-nilai Y, k, dan efisiensi untuk waktu reaksi

12, 36, 54, dan 125 jam. Dalam hal ini, nilai yang besarannya semakin mendekati

nol adalah yang dianggap menunjang pada terjadinya reaksi yang baik di dalam

reaktor. Dengan pertimbangan tersebut maka waktu reaksi 36 jam adalah variasi

waktu yang mempunyai hasil Y, k dan efisiensi penyisihan substrat tahap

pengisian yang cukup baik dibandingkan tiga waktu reaksi yang lain. Hasil Y, k

dan efisiensi yang mendekati nilai pada waktu reaksi 36 jam adalah waktu reaksi

54 jam

4.4.2.2. Kinetika pada Tahap Reaksi

Dengan selesainya tahap pengisian maka tahap reaksi langsung dimulai. Begitu

tahap reaksi dimulai, tidak ada lagi pemasukan umpan sehingga kinetika yang

dikembangkan adalah berdasarkan sistem tertutup. Kinetika pada tahap reaksi

dilakukan untuk melihat laju pemanfaatan substrat dan laju pertumbuhan biomasa

rata-rata. Karena tahap reaksi dimulai setelah pengisian dihentikan, maka

parameter yang digunakan adalah parameter akhir pengisian sebagai parameter

awal reaksi.

81

4.4.2.2.1. Kinetika Laju Penyisihan Senyawa Organik Spesifik

Laju senyawa organik yang digunakan sebagai substrat oleh biomasa pada tahap

reaksi dihitung dengan persamaan (2.13.).

Hasil perhitungan laju pemanfaatan substrat untuk berbagai variasi waktu reaksi

dapat dilihat pada Tabel IV.5. Dari tabel tersebut dapat diketahui laju pemakaian

spesifik sangat bervariasi dari 0,0137 jam-1 hingga 0,31037 jam-1. Laju pemakaian

substrat spesifik rata-rata untuk masing-masing waktu reaksi adalah 0,2647 jam-1

(waktu reaksi 12 jam); 0,0841 jam-1 (waktu reaksi 36 jam); 0,0822 jam-1 (waktu

reaksi 54 jam) dan 0,0216 jam-1 (waktu reaksi 125 jam).

Tampak bahwa pada waktu reaksi 12 jam laju pemakaian substrat spesifik

mempunyai nilai yang paling tinggi dibanding dengan nilai pada waktu reaksi

yang lain. Hal ini dimungkinkan karena pada waktu reaksi 12 jam, penyisihan

yang dominan adalah pemakaian kosubstrat glukosa. Hal ini ditunjukkan dari uji

glukotest yang dilakukan pada saat penelitian dengan menggunakan test strip

glukotest pada akhir reaksi masih terdeteksi kandungan glukosa secara kualitatif.

Untuk waktu reaksi 36 jam nilai q hampir sama dengan hasil pada waktu reaksi 54

jam. Sedangkan pada waktu reaksi 125 jam, nilai q yang diperoleh adalah yang

paling kecil.

4.4.2.2.2. Kinetika Laju Pertumbuhan Biomasa Spesifik

Laju senyawa organik yang digunakan sebagai substrat oleh biomasa pada tahap

reaksi dihitung dengan persamaan (2.14.).

Hasil perhitungan laju pertumbuhan biomasa spesifik dengan menggunakan

persamaan diatas dapat dilihat pada Tabel IV.6.

Laju pertumbuhan biomasa spesifik rata-rata pada waktu reaksi 36 jam dan 54 jam

hampir sama, yaitu pada rentang 0,0036 – 0,0038 jam-1. Sedangkan pada waktu

reaksi 12 jam dan 125 jam diperoleh nilai laju pertumbuhan substrat spesifik yang

lebih kecil, yaitu berturut-turut 0,0089 jam-1 dan 0,000454 jam-1. Pada waktu

82

reaksi 125 jam terjadi penurunan nilai μ. Hal ini dimungkinkan karena

perpanjangan waktu reaksi dapat menyebabkan kondisi lingkungan menjadi tidak

lagi mendukung bagi pertumbuhan karena adanya kemungkinan terbentuknya

produk-produk metabolit yang bisa menjadi inhibitor bagi pertumbuhan biomasa.

Tabel IV.5. Laju Pemakaian Substrat Spesifik Tahap Reaksi

Waktu Reaksi RUN COD0 CODx X Q

12 jam RUN 1 23650 16846,00 2585,29 0,2193 RUN 2 24091,47 13185,47 2928,19 0,3104 RUN 3 22605,26 13022,26 3017,90 0,2646 0,2648 36 jam RUN 4 25542 19532,00 3112,48 0,0536 RUN 5 25337,84 14948,84 2965,51 0,0973 RUN 6 21052,63 11805,63 2534,43 0,1013 0,0841 54 jam RUN 7 25652,51 7422,22 3256,64 0,1000 RUN 8 21354,67 11065,73 2634,20 0,0697 RUN 9 22462,41 9254,08 3061,66 0,0770 0,0822 125 jam RUN 10 22046,32 14658,76 2785,12 0,0212 RUN 11 23498,12 18999,23 2625,50 0,0137 RUN 12 24692,22 15255,10 2523,31 0,0299 0,0216

(Sumber : Hasil perhitungan)

4.4.2.2.3. Penentuan Koefisien Yield (Y) dan Laju Kematian Biomasa (Kd)

pada Tahap Reaksi

Koefisien Yield dan laju kematian biomasa dihitung dengan cara menempatkan q

pada sumbu X dan μ pada sumbu Y pada diagram Cartersian. Hasil plot nilai q

dan μ disajikan pada Gambar IV.27. – IV.30. Dari kelima gambar tersebut

didapatkan persamaan y = 0,0404x – 0,0017 untuk variasi waktu reaksi 12 jam; y

= 0,0572x – 0,0012 untuk waktu reaksi 36 jam; y = 0,0584x – 0,001 pada waktu

reaksi 54 jam; dan y = 0,0473x – 0,0006 untuk waktu reaksi 125 jam.

Hal tersebut menunjukkan bahwa pada waktu reaksi 12 jam, nilai koefisein yield =

0,0404 mg VSS/mg COD dan Kd = 0,0017 jam-1, sedangkan pada waktu reaksi 36

jam, 54 jam dan 125 jam berturut-turut nilai Y = 0,0572 mg VSS/mg COD;

83

0,0584 mg VSS/mg COD; 0,0473 mg VSS/mg COD dan nilai Kd = 0,0012 jam-1,

0,001 jam-1, 0,0006 jam-1.

Tabel IV.6. Laju Pertumbuhan Biomasa Spesifik Tahap Reaksi

Waktu Reaksi RUN dX X μ 12 jam RUN 1 2585,29 2585,29 0,0078 RUN 2 2928,19 2928,19 0,0114 RUN 3 3017,90 3017,90 0,0078 0,0090 36 jam RUN 4 3112,48 3112,48 0,0018 RUN 5 2965,51 2965,51 0,0047 RUN 6 2534,43 2534,43 0,0043 0,0036 54 jam RUN 7 3256,64 3256,64 0,0049 RUN 8 2634,20 2634,20 0,0034 RUN 9 3061,66 3061,66 0,0031 0,0038 125 jam RUN 10 2785,12 2785,12 0,0003 RUN 11 2625,50 2515,50 0,0002 RUN 12 2523,31 2523,31 0,0009 0,0005


y = 0,0404x - 0,0017R2 = 0,7507

0

0,002

0,004

0,006

0,008

0,01

0,012

0,014

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

q (jam-1)

μ (

jam

-1)

Gambar IV.27. Penentuan Y dan Kd untuk Waktu Reaksi 12 jam

Beban COD 20.000 mg/l Tahap Reaksi

84

y = 0,0572x - 0,0012R2 = 0,9638

0

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12

q (jam-1)

μ (ja

m-1

)



y = 0,0584x - 0,001R2 = 0,8559

0

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12

q (jam-1)

μ (j

am-1

)



y = 0,0473x - 0,0006R2 = 0,947

0

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0,001

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035

q (jam-1)

μ (j

am-1

)

Gambar IV.30. Penentuan Y dan Kd untuk Waktu Reaksi 125 jam Beban

COD20.000 mg/l Tahap Reaksi

85

Hasil penentuan nilai Y menunjukkan bahwa koefisein yield percobaan cenderung

lebih kecil dari nilai Y yang direkomendasikan oleh Metcalf & Eddy (2004) untuk

proses anaerob tahap fermentasi (yaitu 0,1 mg COD/ mg VSS) maupun proses

overall (yaitu 0,08 mg COD/ mg VSS). Nilai tersebut juga lebih kecil

dibandingkan dengan hasil percobaan Chaerul, 2001 yang memperoleh nilai

0,0669 - 0,2123 mg COD/ mg VSS untuk pengolahan ASBR dengan substrat

sintetis. Demikian pula apabila hasil tersebut dibandingkan dengan penelitian

yang dilakukan oleh Helard, 2003 yang mendapatkan nilai Y = 0,3934 mg

COD/mg VSS untuk pengolahan Anaerob pada beban 1500 mg/l dan 0,6677 mg

COD/mg VSS untuk beban 3500 mg/l.

Gambaran mengenai koefisien faktor hasil (Y), laju kematian biomasa dan

efisiensi penyisihan materi organik untuk masing-masing variasi waktu reaksi

ditunjukkan pada Gambar IV.31. Dari grafik tersebut terlihat bahwa waktu reaksi

54 jam memiliki nilai Y maupun efisiensi penyisihan substrat terbesar dengan Kd

yang cukup rendah dibandingkan dengan variasi waktu reaksi yang lain. Pada

waktu reaksi 125 jam meskipun diperoleh nilai Kd paling kecil namun Y dan

efisiensi penyisihan substrat lebih rendah dibandingkan dengan nilai pada waktu

reaksi 36 jam dan 54 jam. Untuk waktu reaksi 36 jam, meskipun nilai Y hampir

sama tinggi dan nilai Kd sedikit lebih tinggi dari variasi waktu reaksi 54 jam

namun efisiensi penyisihan substrat tergolong rendah. Dengan

mempertimbangkan data-data tersebut, pada tahap reaksi waktu reaksi 54 jam

menghasilkan kinetika reaksi yang paling menonjol.

38,81 36,15

59,35

30,29

00,010,020,030,040,050,060,07


Waktu Reaksi

(mgV

SS/m

gCO

D)(ja

m-1

)

010203040506070

Efis

iens

i (%

)

Y Kd (x10-1 jam-1) Efisiensi

Gambar IV.31. Nilai Y, Kd dan Efisiensi Penyisihan pada Tahap Reaksi untuk Setiap Variasi Waktu Reaksi

86

4.4.2.2.4. Kinetika Laju Penyisihan Asam Volatil

Hipotesa untuk proses anaerob pada penelitian ini adalah bahwa proses anaerob

akan melalui tiga tahap yaitu hidrolisa, fermentasi (asidogenesa), dan

metanogenesa. Salah satu cara untuk mengetahui apakah proses telah berjalan

hingga tahap metanogenesa adalah dengan mengamati laju penyisihan asam

volatil. Asam volatil sebagai asam asetat merupakan substrat yang seharusnya

dikonsumsi oleh bakteri metanogens untuk dikonversi menjadi gas metana dan

karbon dioksida. Laju penyisihan asam volatil sebagai asam asetat dinyatakan

sebagai dt

dCr AA −=− sebagimana persamaan (2.12.).

Hasil perhitungan laju penyisihan asam volatil disajikan pada Tabel IV.7. Besaran

nilai laju penyisihan asam volatil untuk masing-masing RUN cukup bervariasi

dengan rentang (-1,0492) sampai dengan (-15,6714) mg/l/jam. Nilai negatif pada

laju penyisihan asam volatil menunjukkan bahwa tidak terjadi penyisihan tetapi

justru terjadi penambahan konsentrasi total asam volatil. Hasil rata-rata laju

pembentukan asam volatil untuk setiap variasi waktu reaksi menunjukkan nilai

yang hampir sama, yaitu pada kisaran (-6,74) mg/l/jam hingga (-10,02) mg/l/jam.

Tabel IV.7. Laju Penyisihan Asam Volatil pada Tahap Reaksi

Waktu Reaksi RUN TAV0 TAVt dTAV/dt Rata-rata

12 jam RUN 1 780,67 940,47 -13,32 -6,74 RUN 2 796,12 808,71 -1,05 RUN 3 480,81 550,94 -5,84 36 jam RUN 4 780,86 1020,63 -6,66 -9,53 RUN 5 600,23 825,65 -6,26 RUN 6 617,49 1181,66 -15,67 54 jam RUN 7 765,71 1559,18 -14,69 -9,88 RUN 8 643,97 914,64 -5,01 RUN 9 763,16 1299,34 -9,93 125 jam RUN 10 517,07 1654,48 -11,50 -10,02 RUN 11 637,72 1596,18 -9,27 RUN 12 756,65 1816,87 -9,28


87

Secara keseluruhan terlihat adanya kecenderungan kenaikan laju pembentukan

asam volatil dengan makin panjangnya waktu reaksi (Gambar IV.32.). Namun

kenaikan yang cukup signifikan terlihat pada saat waktu reaksi 12 jam menjadi 36

jam. Sedangkan pada kenaikan waktu reaksi 36 jam menjadi 54 jam, maupun 54

jam menjadi 125 jam kenaikan laju pembentukan asam volatil kurang dari 5%.

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

11,00


Waktu Reaksi

Laju

Pem

bent

ukan

Asa

m

Vola

til (m

g/l/j

am)

Gambar IV.32. Profil Laju Pembentukan Asam Volatil

pada Berbagai Variasi Waktu Reaksi

4.4.2.3. Kinetika pada tahap Stabilisasi

Setelah berakhirnya tahap reaksi, sistem SBR memasuki tahap selanjutnya yaitu

tahap sedimentasi. Tahap ini dilakukan selama 1 jam yang diteruskan dengan

tahap pengurasan. Pada tahap pengurasan, dilakukan pembuangan air buangan

hingga tersisa biomasa di dalam reaktor. Reaktor kemudian siap memasuki

tahapan Stabilisasi (Idle) selama 2 jam untuk setiap variasi waktu reaksi.

Pada tahap stabilisasi tidak terjadi pemasukan influen ke dalam sistem.

Perhitungan kinetika reaksi yang meliputi laju penyisihan substrat, laju

pertumbuhan biomasa, koefisien hasil dan laju kematian biomasa mengacu pada

persamaan (2.13) – (2.18.).

Hasil perhitungan laju penyisihan senyawa organik ditunjukkan pada Tabel IV.8.

Hasil perhitungan laju pemakaian substrat menunjukkan bahwa pada tahap

stabilisasi cenderung terjadi penyisihan senyawa organik kecuali pada salah satu

88

RUN yang menghasilkan nilai negatif (RUN11). Laju pemakaian substrat rata-

rata terbesar adalah pada variasi waktu reaksi 36 jam sebesar 0,047 jam-1.

Selanjutnya nilai laju pemakaian substrat berturut-turut 0,037 jam-1; 0,017 jam-1;

0,011 jam-1 untuk waktu reaksi 12 jam, 54 jam, dan 125 jam.

Tabel IV.8. Laju Pemakaian Substrat Tahap Stabilisasi (t = 2 jam)

Waktu Reaksi RUN COD0 CODt X q (jam-1)

12 jam RUN1 16745,00 16492,54 4648,66 0,027 RUN2 12769,03 12654,23 3900,64 0,015 RUN3 14092,74 13456,67 4550,04 0,070 Rata-rata: 0,037



125 jam RUN10 13129,76 12987,00 5694,37 0,013 RUN11 17134,40 17213,30 5316,65 -0,007 RUN12 13572,61 13277,43 5289,40 0,028 Rata-rata: 0,011


Pada Tabel IV.9. disajikan hasil perhitungan laju pertumbuhan biomasa (μ).

Tampak bahwa kurang lebih 50% dari seluruh RUN mempunyai nilai μ bertanda

negatif merata pada semua variasi waktu reaksi. Hasil μ yang negatif

menunjukkan bahwa pertumbuhan biomasa pada RUN tersebut lebih kecil

dibandingkan dengan kematian biomasa.

Penentuan kinetika koefisien faktor hasil dan laju kematian biomasa pada tahap

stabilisasi dilakukan dengan cara yang sama dengan pada tahap reaksi. Plotting

nilai q dan μ yang telah diperoleh pada perhitungan sebelumnya ditunjukkan pada

Gambar IV.33. – IV.36.

89

Tabel IV.9. Laju Pertumbuhan Biomasa Spesifik Tahap Stabilisasi

Waktu Reaksi RUN dX X μ (jam-1)

12 jam RUN1 12,77 4648,66 0,001 RUN2 131,86 3900,64 0,017 RUN3 -147,32 4550,04 -0,016

36 jam RUN4 -213,56 5235,50 -0,020 RUN5 -17,69 5753,35 -0,002 RUN6 290,44 5431,32 0,027 54 jam RUN7 -333,54 5666,00 -0,029 RUN8 109,05 5329,03 0,010 RUN9 -158,18 5462,07 -0,014 125 jam RUN10 -120,61 5694,37 -0,011 RUN11 393,51 5316,65 0,037 RUN12 45,4 5289,40 0,004


Persamaan yang diperoleh pada grafik Gambar IV.33. hingga IV.36. memberikan

nilai Y dan Kd yang bervarisi. Beberapa persamaan menghasilkan nilai Y ataupun

Kd yang negatif, yaitu Y = -0,551 mg VSS/mg COD (12 jam) ; Y = -0,2259 mg

VSS/mg COD (54 jam) ; Y = -0,9972 mg VSS/mg COD (125 jam) dan Kd = -

0,0212 jam-1 (12 jam); Kd = - 0,0073 jam-1 (54 jam); Kd = -0,0212 jam-1 (125

jam).

Hal ini memperlihatkan bahwa pada tahap stabilisasi efek pengenceran

konsentrasi substrat yang ada dalam reaktor karena dikeluarkannya efluen dari

dalam reaktor sangat dominan dibandingkan dengan kemampuan mikroba dalam

penyisihkan substrat yang ada. Nilai Kd yang negatif dapat dimungkinkan

diantaranya karena pada tahap stabilisasi ini sebenarnya merupakan ’perolehan

kembali’ volume biomasa dari rangkaian proses, setelah substrat maupun

kosubstrat dikeluarkan dari sistem. Sehingga seolah-olah terjadi pemekatan

konsentrasi dan oleh karenanya laju kematian biomasa menjadi tidak terwakili.

90

y = -0,551x + 0,0212R2 = 0,928

-0,02

-0,01

0,00

0,01

0,02

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08

q (jam-1)

m (j

am-1

)

Gambar IV.33. Penentuan Y dan Kd Tahap Stabilisasi

pada Waktu Reaksi 12 jam

y = 0,3377x - 0,0144R2 = 0,1606

-0,03

-0,02

-0,01

0,00

0,01

0,02

0,03

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08

q (jam-1)

m (j

am-1

)

Gambar IV.34. Penentuan Y dan Kd

Tahap Stabilisasi pada Waktu Reaksi 36 jam

91

y = -0,2259x - 0,0073R2 = 0,02

-0,04

-0,03

-0,02

-0,01

0,00

0,01

0,02

0,00 0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 0,03 0,04

q (jam-1)

m (j

am-1

)


Tahap Stabilisasi pada Waktu Reaksi 54 jam y = -0,9972x + 0,0212

R2 = 0,5261

-0,02

-0,01

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

-0,01 -0,01 0,00 0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 0,03

q (jam-1)

m (j

am-1

)


Tahap Stabilisasi pada Waktu Reaksi 125 jam

Tabel IV.10. Nilai Y dan Kd Tahap Stabilisasi (t = 2 jam) Waktu Reaksi

Y (mg VSS/mg COD) Kd (jam-1)

12 jam -0,551 -0,0212 36 jam 0,3377 0,0144 54 jam -0,2259 0,0073 125 jam -0,9972 -0,0212


92

2,307

3,860

2,1330,934

-1,2

-0,8

-0,4

0,0

0,4

0,812 jam 36 jam 54 jam 125 jam

Waktu Reaksi

(mgV

SS/m

gCO

D)

( jam

-1)

-7-6-5-4-3-2-1012345

Efis

iens

i (%

)

Y (mg VSS/mg COD) Kd (x10-1 jam-1) Efisiensi

Gambar IV.37. Nilai Y, Kd dan Efisiensi Penyisihan Tahap Stabilisasi Waktu Reaksi 12, 36, 54, dan 125 jam

Hasil perhitungan nilai Y, Kd dan efisiensi penyisihan senyawa organik pada tahap

stabilisasi disajikan dalam grafik (Gambar IV.37.) untuk mempermudah

perbandingan antara variasi waktu reaksi yang dilakukan dalam penelitian ini.

Terlihat bahwa hanya pada waktu reaksi 36 jam, nilai Y, Kd dan efisien penyisihan

substrat bernilai positif. Pada waktu reaksi tersebut efisiensi penyisihan substrat

adalah yang paling tinggi, yaitu 3,86%.

4.4.3. Hasil Analisa Identifikasi Mikroorganisme

Hasil analisa mikroorganisme menunjukkan bahwa jenis bakteri yang

teridentifikasi di dalam sistem adalah Peptococcus sp. dan Lactobacillus sp.

Sebagaimana dicantumkan dalam Tabel II.1. kedua jenis bakteri tersebut berperan

pada tahap fermentasi pada proses anaerob. Produk yang dihasilkan dari aktivitas

bakteri tersebut adalah butirat, propionat, laktat, suksinat, etanol, asetat, H2, CO2

dari proses dengan (Presscott, 2005). Tidak diperoleh informasi mengenai

keberadaan bakteri metanogenik seperti Methanosarcina, Methanobrevibacter,

Methanomicrobium, Methanogenium, Methanobacterium, Methanococcus, dan

Methanospirillum. Bakteri-bakteri tersebut menghasilkan CH4 dan CO2 pada

proses pengolahan limbah cair secra anaerob (Presscott, 2005). Tidak

diketemukannya jenis bakteri metanogenik dalam penelitian ini dimungkinkan

salah satunya karena keberadaan amoniak bebas yang menjadi senyawa

93

penghambat di dalam sistem. Hasil identifikasi tersebut dapat dijadikan salah satu

petunjuk bahwa proses anaerob yang terjadi di dalam reaktor belum memasuki

tahap metanogenesa. Tentu hal tersebut harus didukung dengan hasil uji analisa

gas maupun hasil uji analisa senyawa-senyawa yang dihasilkan oleh tahap

fermentasi dan asetogenik.

4.4.4. Hasil Analisa Komposis Gas

Hasil analisa gas sebagaimana Gambar IV.38. menunjukkan bahwa pada seluruh

variasi waktu reaksi, konsentrasi gas CH4 tidak terdeteksi. Hal ini menunjukkan

bahwa tidak terjadi pembentukan gas CH4 pada seluruh variasi waktu reaksi.

Dimungkinkan reaksi yang terjadi belum mencapai tahap metanogenesa. Hal ini

bisa disebabkan karena suasana lingkungan di dalam reaktor tidak mendukung

pertumbuhan bakteri ataupun adanya gangguan dari senyawa yang bersifat racun

pada saat berlangsungnya reaksi.

Gambar IV.38. menunjukkan bahwa nilai konsentrasi gas H2 berkisar antara

0,0026 hingga 0,0095 %v/v., dan rentang konsentrasi CO2 adalah 0,0468 – 0,0692

%v/v. Konsentrasi CO2 tersebut jauh lebih kecil dari hasil pengukuran komposisi

gas yang diperoleh dari penelitian ASBR tahap metanogenesa dengan

menggunakan substrat sintetis (Chaerul, 2001) yaitu sebesar kurang lebih 6,5622

%v/v. Pada penelitian tersebut dihasillkan komposisi CH4 sebesar 13,8479 %v/v.

00,010,020,030,040,050,060,070,080,09

RUN1

RUN2

RUN3

RUN4

RUN5

RUN6

RUN7

RUN8

RUN9

RUN10

RUN11

RUN12


H2CO2CH4

Gambar IV.38. Komposisi gas pada masing-masing variasi

94

Salah satu faktor yang mendukung suasana lingkungan adalah pH dan temperatur.

Meskipun tidak dilakukan pengukuran suhu secara spesifik namun dapat

diinformasikan bahwa reaksi selama penelitian berlangsung pada temperatur

kamar. Sedangkan pH selama percobaan diukur dengan hasil pada rentang 6,15 –

8,47. Adapun pH yang mendukung untuk reaksi metanogenesa menurut beberapa

sumber adalah sebagaimana Tabel IV.11. Dari data tersebut dapat disimpulkan

bahwa kondisi pH percobaan masuk dalam rentang optimal.

Tabel IV.11. Kondisi pH Optimum untuk Reaksi Anaerob Tahap Metanogenesa Rentang pH Keterangan

6,8 – 7,2 karena rentang derajat keasaman tersebut pembentukan metana akan berlangsung baik

6.6 - 7.6, dengan pH optimum mendekati 7

dimana organisme metana bekerja dengan baik (Eckenfelder, 2000)

6,5 – 8,5 adalah kondisi optimum pembentukan metana (Speece, 1996, dikutip dari Chaerul, 2001).

4.4.5. Hasil Analisa Konsentrasi Fenol, Surfaktan, Minyak-Lemak, Amonia

Bebas

Sebagai pengujian tambahan, dilakukan analisa kandungan fenol, surfaktan,

minyak lemak, dan amonia bebas pada influen dan efluen. Hasil pengujian

tersebut digambarkan pada grafik IV.39. – IV.42.

93,25

5,69

86,90

71,43

0

5

10

15

20

25


Waktu Reaksi

Kon

sent

rasi

Fen

ol (m

g/l)

0102030405060708090100

Efis

iens

i Pen

yisi

han

(%)

Influen Efluen Efisiensi

Gambar IV.39. Profil konsentrasi Fenol pada Influen dan Efluen Masing-Masing Variasi waktu Reaksi

95

0,00-7,90

-78,05-75,57

0

10

20

30

40

50

60


Waktu Reaksi

Kon

sent

rasi

Sur

fakt

an

(mg/

l)

-90-80-70-60-50-40-30-20-100

Efis

iens

i Pen

yisi

han

(%)


Gambar IV.40. Profil konsentrasi Surfaktan pada Influen dan Efluen Masing-Masing Variasi waktu Reaksi

-39,23

-137,69

-82,32-69,99

020406080

100120140160180


Waktu Reaksi

Kons

entra

si M

inya

k Le

mak

(mg/

l)

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

Efis

iens

i Pen

yisi

han

(%)


Gambar IV.41. Profil konsentrasi Minyak Lemak pada Influen dan Efluen Masing-Masing Variasi waktu Reaksi

Dari keempat grafik tersebut terlihat bahwa degradasi yang paing signifikan

adalah degradasi fenol. Pada waktu reaksi yang lebih besar, persen penurunan

konsentrasi fenol semakin besar. Sedangkan grafik surfaktan, minyak-lemak dan

amonia bebas menunjukkan kecenderungan kenaikan konsentrasi. Surfaktan pada

konsentrasi 10 mg/l bersifat menghambat proses anaerob sebagian sedangkan

96

pada konsetrasi diatas 100 mg/l, surfaktan menghambat secara total terjadinya

tahapan metanogenesa (Speece, 1996).

-1572,56

-5539,70

-5076,96-4961,27

0

20

40

60

80

100

120


Waktu Reaksi

Kon

sent

rasi

Am

onia

k B

ebas

(mg/

l)

-6000

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

Efis

iens

i Pen

yisi

han

(%)


Gambar IV.42. Profil konsentrasi Amonia Bebas sebagai N pada Influen dan Efluen Masing-Masing Variasi waktu Reaksi

4.4.6. Hasil Pengujian Angka Tembus Pandang Warna

Hasil scanning panjang gelombang menunjukkan bahwa panjang gelombang

maksimal limbah cair adalah 300 nm. Angka tembus pandang wrana (DFZ) untuk

masing-masing variasi waktu reaksi adalah sebagaimana sebagaimana ditunjukkan

pada Gambar IV.43. – IV.46.

0

50

100

150

200

250

300

INFL t0 t1 t2 t6 t8 t12 t14 EFL

Sequence

DFZ

(m-1

)

RUN1 RUN2 RUN3

Gambar IV.43. Profil Angka Tembus Pandang (DFZ) pada Waktu Reaksi 12 jam

97

0

50

100

150

200

250

300


Sequence

DFZ

(m-1

)

RUN4 RUN5 RUN6

Gambar IV.44. Profil Angka Tembus Pandang (DFZ) pada Waktu Reaksi 36 jam

0

50

100

150

200

250

300


Sequence

DFZ

(m-1

)

RUN7 RUN8 RUN9

Gambar IV.45. Profil Angka Tembus Pandang (DFZ) pada Waktu Reaksi 54 jam 4.4.7. Perhitungan Nerasa Masa

Dari hasil analisa identifikasi bakteri dan analisa gas CO2, H2, O2, N2, dan CH4

dimana tidak ditemukan konsentrasi gas metana serta didukung dengan analisa

identifikasi mikroorganisme yang hanya menemukan bakteri Lactobaccilus dan

Peptococcus, maka diasumsikan bahwa tahapan reaksi proses anaerob pada

penelitian ini adalah tahap fermentasi atau asidogenesa. Pada tahap ini terjadi

proses degradasi dari senyawa yang lebih kompleks menjadi glukosa, yang

98

kemudian terdegradasi menjadi asam asetat, CO2 dan H2 maupun glukosa

terdegradasi terlebih dahulu menjadi melalui produk antara etanol, asam laktat,

asam butirat dan propionat sebelum akhirnya membentuk CO2 dan H2.

0

50

100

150

200

250

300

INFL t0 t1 t2 t12 t24 t48 t96 t127 EFL

Sequence

DFZ

(m-1

)

RUN10 RUN11 RUN12

Gambar IV.46. Profil Angka Tembus Pandang Warna (DFZ) pada Waktu Reaksi 125 jam

Volume gas yang dihasilkan pada saat percobaan tidak terdeteksi pada saat

pengukuran dengan menggunakan flowmeter udara ataupun dengan menggunakan

barometer udara. Hal ini dimungkinkan karena volume gas yang terbentuk sangat

kecil sehingga tidak terdeteksi oleh alat tersebut. Oleh karenanya data massa gas

tidak dapat dimasukkan dalam perhitungan neraca masa.

Perhitungan dilakukan dalam basis COD, dimana faktor konversi TAV sebagai

asam asetat menjadi COD adalah sebesar 1,067 g COD/g asam Asetat.

Substrat Glukosa Asam Asetat + CO2 + H2

Etanol asam laktat asam butirat asam propionat

Gambar IV.47. Skema Global Reaksi pada Tahap Fermentasi

99

Tabel IV.12. Perhitungan Neraca Masa (sebagai COD)

Waktu Reaksi RUN Influen Efluen Tersisihkan

Total TAV Non TAV Total TAV Non TAV Total TAV Non TAV mg mg mg mg mg mg mg mg mg

12 jam RUN 1 81151,20 1394,39 79756,81 59373,14 3681,14 55692,00 21778,06 -2286,76 24064,81

RUN 2 72621,60 1337,40 71284,20 45555,23 3500,89 42054,34 27066,37 -2163,49 29229,86

RUN 3 76547,37 914,62 75632,75 48444,01 3129,01 45315,00 28103,36 -2214,40 30317,75

36 jam RUN 4 91951,20 762,66 91188,54 67514,33 4022,03 63492,30 24436,87 -3259,37 27696,24

RUN 5 91216,22 1541,95 89674,26 48451,82 3791,74 44660,09 42764,39 -2249,78 45014,18

RUN 6 75789,47 1242,61 74546,86 39691,40 4621,68 35069,72 36098,07 -3379,07 39477,14

54 jam RUN 7 103227,41 762,66 102464,75 24982,09 5833,58 19148,51 78245,32 -5070,92 83316,24

RUN 8 91020,28 1620,11 89400,17 38789,14 3754,37 35034,77 52231,14 -2134,26 54365,40

RUN 9 89808,19 1214,71 88593,48 31826,63 4936,32 26890,31 57981,56 -3721,61 61703,17 125 jam RUN 10 85579,49 798,41 84781,08 46753,20 6957,72 39795,48 38826,29 -6159,31 44985,60

RUN 11 89580,24 1441,15 88139,09 61967,88 6974,75 54993,13 27612,36 -5533,60 33145,96

RUN 12 90409,39 1265,29 89144,10 47798,75 7138,48 40660,27 42610,64 -5873,18 48483,83

Hasil perhitungan neraca masa adalah sebagaimana Tabel IV.13. Pada tabel

tersebut terlihat bahwa pada nilai TAV pada kolom ’Tersisihkan’ bernilai negatif.

Hal itu berarti bahwa selama proses penyisihan asam-asam volatil lebih kecil

apabila dibandingkan dengan pembentukan TAV. Dalam hal ini TAV mewakili

keberadaaan asam-asam volatil seperti asam asetat, asam propionat, dan asam

butirat.

bab iv data dan pembahasan - perpustakaan digital...

Documents