Parameter Konstanta Laju Spesifik Amonifikasi Ka

Nilai-nilai parameter kinetik yag diperoleh dari hasil penelitian ini beberapa diantaranya dapat menunjukkan hasil yang hampir sama dengan peneliti lain, kecuali pada parameter K NH , yaitu parameter yang menyangkut pada aktivitas penggunaan senyawa amonia oleh bakteri ototrof. Dari nilai-nilai parameter yang dihasilkan dapat menggambarkan bahwa pertumbuhan bakteri ototrof dalam rangka pemanfaatan amonia untuk pembentukan nitrat berjalan sangat lambat. Berdasarkan nilai K NH yang tinggi dapat menandakan bahwa mikroorganisme bersifat memiliki afinitas yang rendah terhadap substrat sehingga lebih mudah membentuk flok dan mengendap Metcalf dan Eddy, 1991. Hasil konstanta biokinetik K S yang tinggi menandakan pemanfaatan COD bagi mikroba tidak efisien yang kemungkinan disebabkan oleh COD yang ada bukan COD yang siap diurai biologis SBCOD. Raj dan Anjaneluyu 2005 mendapatkan hasil K S yang besar 2980,5 mgl disebabkan oleh konsentrasi COD yang tinggi 1500 – 4000 mgl. Jika konsentrasi ditingkatkan lebih dari 4000 mgl akan menurunkan efisiensi proses. Hal ini disebutkan sebagai akibat dari meningkatnya proses penghambatan pertumbuhan mikroorganisme nitrifikasi maupun denitrifikasi.

5.4 Parameter Konstanta Laju Spesifik Amonifikasi Ka

Amonifikasi adalah proses perubahan senyawa nitrogen organik protein menjadi amonia melalui proses hidrolisis. Sehingga laju spesifik proses amonifikasi dapat dihitung dari perubahan penurunan nilai TKN pada setiap kondisi. Proses perhitungan laju amonifikasi dari penurunan nilai TKN secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 11, dan hasilnya seperti pada Gambar 25 dibawah ini. Nilai Konstanta Laju Amonifikasi Spesifik Ka 0.081 0.028 0.014 0.120 0.053 0.026 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 1 2 3 HRT hari mg T K N mg ML V S S .h a r Anoksik Aerobik Gambar 26. Parameter konstanta laju spesifik amonifikasi Ka Dari hasil nilai konstanta Ka tersebut terlihat bahwa nilai Ka pada kondisi reaktor anoksik lebih rendah dibandingkan dengan reaktor aerobik. Semakin lama waktu tinggal dalam reaktor menyebabkan nilai Ka semakin menurun. Nilai Ka pada reaktor anoksik berkisar antara 0,014 – 0,081 mg TKNmg MLVSS.hari, dan nilai Ka pada reaktor aerobik berkisar antara 0,026 – 0,120 mg TKNmg MLVSS.Hari. Hasil ini tidak berbeda jauh dari nilai Ka yang ditunjukkan oleh Henze et al 1987 yaitu 0,016 gg sel.hari. Sedangkan Dold et al 1980 menunjukkan nilai Ka 0,023 mgmg MLVSS.hari. Rendahnya nilai Ka pada reaktor anoksik dibandingkan dengan nilai Ka pada reaktor aerobik menandakan bahwa proses hidrolisis senyawa nitrogen organik pada reaktor anoksik lebih lambat. Hal ini ditegaskan juga oleh Henze et al. 1987 dan Hu et al. 2003 bahwa proses hidrolisis senyawa nitrogen organik terlarut pada reaktor anoksik lebih lambat daripada yang terjadi pada reaktor aerobik, sehingga akan berpengaruh pada pertumbuhan bakteri heterotrofik dalam kondisi yang berbeda ini. 5.5. Sensitivitas Parameter Kinetik 5.5.1 Sensitivitas konstanta μ m Konstanta μ m merupakan konstanta laju spesifik maksimum mikroorganisme yang aktif dalam merombak senyawa organik yang ada dalam limbah cair. Konstanta ini dapat dijadikan ciri khas suatu jenis mikroorganisme dalam memanfaatkan substrat yang ada bagi pertumbuhan mikroorganisme tersebut, sehingga perubahan yang terjadi pada konstanta ini akan mempunyai korelasi yang erat terhadap petumbuhan mikroorganisme dan substratnya. Sensitivitas perubahan konstanta μ m terhadap perubahan faktor yang lain dapat dilihat pada Gambar 27 a. dan dan Gambar 27 b. dibawah ini. Laju pertumbuhan spesifik maksimum mikroorganisme sangat tergantung pada konsentrasi substrat dalam media pertumbuhan, dan dapat dicapai pada konsentrasi tertentu. Apabila konsentrasi substrat yang tersedia telah mencukupi batas untuk mencapai laju pertumbuhan spesifik maksimum, maka penambahan substrat tidak akan lagi mempengaruhi laju pertumbuhan tersebut. Gambar 27 a. Sensitivitas konstanta μ m pada kondisi aerobik Sensitivitas Konstanta U m Pada Kondisi Aerobik -100 -80 -60 -40 -20 20 40 60 80 100 -60 -40 -20 20 40 60 Perubahan U m P e ruba ha n N il a i P a ra me te r MLVSS COD TKN NH3 NO3 Gambar 27 b. Sensitivitas konstanta μ m pada kondisi anoksik Dari gambar diatas terlihat bahwa bila perubahan nilai μ m menurun pada kondisi aerobik dan anoksik sangat sensitif terhadap seluruh nilai-nilai parameter. Perubahan parameter MLVSS, COD dan TKN pada kondisi aerobik searah dengan kondisi anoksik, sedangkan perubahan parameter nitrat dan amonia pada kondisi aerobik berlawanan dengan kondisi anoksik. Perbedaan perubahan nitrat ini disebabkan karena pada penurunan nilai μ m terjadi penurunan pertumbuhan MLVSS atau sebaliknya, yang kemudian mengakibatkan proses nitrifikasi pada aerobik dan denitrifikasi pada anoksik menjadi menurun. Penurunan proses nitrifikasi menyebabkan penurunan nilai nitrat dan penurunan proses denitrifikasi menyebabkan nitrat yang ada tidak termanfaatkan. Adanya sensitivitas nilai μ m yang tinggi terhadap perubahan parameter ini menyebabkan kisaran nilainya menjadi sangat penting terutama terhadap parameter MLVSS karena hal ini terkait langsung pada pertumbuhan mikroba yang berperan pada proses biologis tersebut. Parameter-parameter yang lain merupakan respon dari keiatan organisme tersebut. Perubahan nilai μ m yang disimulasikan diasumsikan dengan konstanta perolehan Y H tetap, sehingga nilai μ m berbanding lurus dengan laju spesifik penggunaan substrat Metcalf dan Eddy, 1991; Novotny, 2003. Jadi dengan Sensitivitas Konstanta U m Pada Kondisi Anoksik -100 -80 -60 -40 -20 20 40 60 80 100 -20 -10 10 20 30 40 50 60 Perubahan U m P e ru b a h a n N ila i P a ra m e te r MLVSS COD TKN NH3 NO3 Sensitivitas Konstanta K s Pada Kondisi Aerobik -50 -40 -30 -20 -10 10 20 30 40 50 -60 -40 -20 20 40 60 Persen Perubahan K s P e ruba ha n N il a i P a ra m e te r MLVSS COD TKN NH3 NO3 peningkatan nilai μ m atau sebaliknya akan meningkatkan juga laju spesifik penggunaan substrat atau sebaliknya. Laju penggunaan substrat merupakan penentu efisiensi proses aerobik maupun anoksik dalam pengolahan limbah cair. Menurut Potter et al. 1996, dan Trela et al. 1998 bahwa laju penggunaan substrat sangat dipengaruhi jenis substrat yang digunakan. Oleh karena itu nilai μ m yang diperoleh oleh setiap peneliti beragam, karena substrat yang digunakan berbeda-beda. 5.5.2. Sensitivitas konstanta K S Konstanta Ks merupakan nilai konsentrasi substrat yang pada konsentrasi tersebut laju pertumbuhan spesifik mikroorganisme mancapai separuh dari laju pertumbuhan spesifik maksimumnya. Pada kondisi ini pertumbuhan mikroorganime sedang dalam tahap pertumbuhan logaritmik. Oleh karena itu perubahan nilai Ks secara langsung dapat merubah laju pertumbuhan spesifik mikroorganisme tersebut, yang selanjutnya akan mempengaruhi perubahan laju penggunaan substratnya. Perubahan-perubahan yang terjadi pada substrat dan jumlah mikroorganisme MLVSS karena adanya perubahan pada nilai Ks dapat dilihat pada Gambar 28 a. pada kondisi aerobik dan Gambar 28 b. pada kondisi anoksik. Gambar 28 a. Sensitivitas konstanta Ks pada kondisi aerobik Sensitivitas Konstanta K s Pada Kondisi Anoksik -8 -4 4 8 12 -60 -40 -20 20 40 60 Persen Perubahan K s P e ruba h a n Ni la i P a ra m e te r MLVSS COD TKN NH3 NO3 Gambar 28 b. Sensitivitas konstanta K s pada kondisi anoksik Perubahan nilai konstanta K S pada kondisi aerobik lebih sensitif terhadap perubahan nilai-nilai parameter yang diuji dibandingkan dengan kondisi anoksik. Perubahan nilai K S terkait dengan perubahan afinitas mikroorganisme terhadap substrat. Dengan meningkatnya nilai K s pada nilai μ m yang tetap menandakan bahwa afinitas substrat semakin rendah. Sehingga untuk mencapai reaksi yang maksimal membutuhkan substrat yang tinggi. Sensitivitas pada reaktor anoksik yang lebih rendah dapat disebabkan karena konsentrasi substrat yang digunakan cukup tinggi untuk mencapai laju pertumbuhan mikroorganisme yang maksimum, selain itu nilai μ m lebih rendah dibandingkan dengan mikroorganisme aerobik. Menurut Yu-Liu et al. 2005 kinetik pertumbuhan bakteri sangat dipengaruhi oleh nisbah awal SoXo. Jika nisbah SoXo memiliki nilai yang besar maka laju pertumbuhan mikroba yang maksimum dapat tercapai. 5.5.3. Sensitivitas konstanta Y H Konstanta Y H merupakan nilai perolehan dari mikroorganisme dalam memanfaatkan nutrien yang ada dalam limbah. Jadi konstanta Y H dapat juga menggambarkan tingkat efisiensi mikroorganisme dalam memanfaatkan nutrien Sensitivitas Konstanta Y h Pada Kondisi Anoksik -80 -60 -40 -20 20 40 60 80 100 -60 -40 -20 20 40 60 Perubahan Y H P e ru b a h a n N ila i P a ra m e te r MLVSS COD TKN NH3 NO3 Sensitivitas Konstanta Y h Pada Kondisi Aerobik -60 -40 -20 20 40 60 80 100 -60 -40 -20 20 40 60 Perubahan Y H P e ru b a h a n N ila i P a ra m e te r MLVSS COD TKN NH3 NO3 dalam limbah untuk dikonversi menjadi sel-sel baru. Semsitivitas konstanta Y H terhadap komponen lain dapat dilihat pada Gambar 29 a dan Gambar 29 b. Gambar 29 a. Sensitivitas konstanta Y H pada kondisi aerobik Gambar 29 b. Sensitivitas konstanta Y H pada kondisi anoksik Nilai Y H merupakan gambaran jumlah substrat yang terpakai dalam setiap satuan massa pertumbuhan mikroorganisme. Pembandingan konstanta Y H dari setiap peneliti menunjukkan kisaran yang tidak terlalu besar seperti ditunjukkan pada Tabel 4 dan Tabel 5. Perubahan nilai Y H pada Gambar 29. menunjukkan hubungan sensitivitas yang tinggi terhadap perubahan parameter terutama nilai MLVSS yang berakibat pada sensitifnya perubahan kandungan COD sebagai sumber karbon dan TKN sebagai sumber utama nitrogen. Menurut Metcalf dan Eddy 1991 dan Novotny 2003 bahwa nisbah kebutuhan optimal mikroorganisme terhadap nutrien C, N dan P adalah 100 : 5 : 1. Sensitifnya nisbah CODN terhadap perubahan waktu tinggal padatan terlarut, nilai NO dan NH juga ditemukan olah Potter et al. 1996, sehingga digunakan sebagai titik pengendali optimasi proses nitrifikasi dan denitrifikasi. Dalam proses pengolahan limbah cair nilai Y H yang ideal adalah nilai yang rendah dengan laju konsumsi substrat yang tinggi. Nilai Y H yang tinggi akan menyebabkan efisiensi penyisihan senyawa organik dalam limbah menjadi tinggi, akan tetapi produksi lumpur aktif juga tinggi. Hal ini akan menimbulkan permasalahan yang baru untuk menangani Lumpur yang terbuang. Nilai Y H yang rendah didapatkan pada proses anaerobik. Nilai Y H yang rendah tersebut diperoleh karena sebagian besar energi yang diperoleh dari proses metabolisme sel digunakan untuk proses katabolisme senyawa-senyawa organik kompleks untuk nutrisi pertumbuhannya. Produk yang dihasilkan dari metabolisme anaerobik ini juga sangat sederhana yaitu gas metana dan karbondioksida. Akan tetapi untuk melaksanakan proses ini memerlukan waktu yang lama, dan juga pengendalian prosesnya terutama untuk proses sinambung sulit dilakukan, sehingga proses anaerobik lebih digunakan untuk proses penyisihan senyawa-senyawa karbon organik yang tinggi Utomo et al., 2000. 5.5.4. Sensitivitas konstanta k d Konstanta k d merupakan laju proses perombakan mikroorganisme yang diakibatkan oleh umur dalam daur hidupnya dan faktor lingkungan. Sensitivitas perubahan konstanta Y H terhadap faktor yang lain dapat dilihat pada Gambar 30a dan Gambar 30 b. Sensitivitas Perubahan Konstanta k d Pada Kondisi Aerobik -8 -4 4 8 12 -60 -40 -20 20 40 60 Perubahan k d P e ruba ha n N il a i P a ra m e te r MLVSS COD TKN NH3 NO3 Sensitivitas Konstanta k d Pada Kondisi Anoksik -8 -6 -4 -2 2 4 6 8 -60 -40 -20 20 40 60 Perubahan k d P e ruba ha n Ni la i P a ra m e te r MLVSS COD TKN NH3 NO3 Gambar 30 a. Sensitivitas konstanta k d pada kondisi aerobik Gambar 30 b. Sensitivitas konstanta k d pada kondisi anoksik Nilai konstanta k d merupakan gambaran lajunya proses perombakan endogenus yang terjadi pada sel. Perubahan kd yang terjadi tidak menyebabkan adanya perubahan nilai-nilai parameter yang diuji yang sensitif. Pada Gambar 30 a dan b memperlihatkan bahwa perubahan kenaikan dan penurunan nilai k d pada kondisi aerobik dan anoksik sampai 60 hanya menyebabkan perubahan kenaikan dan penurunan nilai parameter-parameter yang diuji maksimal sampai 5. Sensitivitas Konstanta K NH Pada Kondisi Aerobik -40 -30 -20 -10 10 20 30 -60 -50 -40 -30 -20 -10 10 20 30 40 50 60 Perubahan K NH P e ruba ha n Ni la i P a ra m e te r MLVSS COD TKN NH3 NO3 Perombakan yang terjadi pada sel mikroba dapat disebabkan karena adanya kematian mikroba yang berkaitan dengan kebutuhan energi bagi kehidupan dan siklus hidup. Dalam kondisi normal mikroba membutuhkan energi untuk mempertahankan kondisi tunak. Apabila kebutuhan energi tersebut tidak dapat terpenuhi dari substrat, maka mikroba mulai menggunakan senyawa- senyawa yang ada dalam bentuk simpanannya. Simpanan energi tersebut oleh mikroba disintesa dalam bentuk senyawa glycogen dan poly- β-hydroxybutyrate PHB Davis, 2005. 5.5.5. Sensitivitas konstanta K NH Konstanta K NH merupakan konstanta separuh jenuh pada substrat NH 3 . Sensitivitas konstanta K NH terhadap perubahan faktor-faktor yang lain dapat dilihat pada Gambar 31 dibawah ini. Gambar 31. Sensitivitas konstanta K NH pada kondisi aerobik Nilai konstanta K NH berkaitan dengan sifat afinitas sel mikroba terhadap senyawa NH 3 dalam substrat. Adanya perubahan K NH menyebabkan perubahan pada afinitas senyawa NH 3 yang digunakan untuk sintesa sel baru dan proses oksidasi oleh mikroba nitrifikasi. Akibatnya perubahan pada nilai K NH hanya sensitif terhadap konsentrasi NH 3 dan NO 3 seperti terlihat pada Gambar 31. Sensitivitas perubahan nilai K NH terhadap nilai MLVSS tidak terjadi setinggi Sensitivitas Konstanta K NO Pada Kondisi Anoksik -60 -40 -20 20 40 60 80 100 120 -60 -40 -20 20 40 60 Persen Perubahan K NO P e ru b a h a n N ila i P a ra m e te r MLVSS COD TKN NH3 NO3 perubahan nilai NH 3 dan pembentukan nitrat. Dengan laju pertumbuhan mikroba yang diasumsikan konstan, maka perubahan nilai K NH yang mempengaruhi perubahan senyawa NH 3 lebih banyak didukung oleh respon senyawa TKN sebagai penyeimbang penyediaan senyawa organik NH 3 . Pada penelitian ini dilakukan juga pengujian sensitivitas nilai K NH pada kondisi anoksik. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa perubahan K NH tidak sensitif bagi nilai-nilai parameter yang diuji. Besarnya perubahan pada nilai-nilai parameter uji sangat rendah bila dibandingkan dengan perubahan pada K NH . Hal ini kemungkinan disebabkan karena laju pertumbuhan mikroba anoksik sangat rendah bila dibandingkan dengan mikroba aerobik, serta konsentrasi senyawa NH 3 pada substrat sangat tinggi. 5.5.6. Sensitivitas Konstanta K NO Konstanta K NO merupakan konstanta separuh jenuh mikroorganisme pada substrat nitrat. Mikroorganisme yang membutuhkan nitrat sebagai substrat adalah mikroorganisme denitrifikasi. Sensitivitas konstanta K NO terhadap parameter-parameter yang lain dapat dilihat pada Gambar 32. Gambar 32. Sensitivitas konstanta K NO pada kondisi anoksik Nilai konstanta K NO pada reaktor anoksik sangat berperan dalam reaksi denitrifikasi. Seperti pada Gambar 32 terlihat bahwa adanya perubahan pada nilai K NO sangat sensitif terhadap perubahan nilai MLVSS dan senyawa nitrat. Tingginya sensitivitas nilai K NO terhadap perubahan nilai-nilai parameter tersebut disebabkan oleh karena konsentrasi nitrat yang ada dalam substrat tidak terlalu berbeda jauh dengan nilai K NO . Sehingga secara matematis melalui Model Monod dapat dijelaskan bahwa jika terjadi perubahan nilai K NO maka akan menyebabkan perubahan laju spesifik pertumbuhan mikroba denitrifikasi. Secara tidak langsung perubahan ini mempengaruhi laju penggunaan substrat COD, amonia dan nitrat. Pada Gambar 32 tidak terlihat adanya sensitivitas perubahan pada amonia. Hal ini disebabkan adanya penyeimbang konsentrasi NH 3 dalam substrat oleh senyawa TKN, sehingga terlihat bahwa senyawa TKN lebih sensitif. Perubahan senyawa kearah positif lebih disebabkan karena proses pembentukan NH 3 dari TKN melalui amonifikasi terhambat akibat dari menurunnya penyerapan NH 3 oleh sel mikroba. Sebaliknya perubahan nilai TKN kearah negatif disebabkan oleh adanya penyerapan senyawa NH 3 yang kemudian mendorong meningkatnya laju amonifikasi senyawa TKN.

5.6. Model Keseimbangan Sistem Total