22
III. METODOLOGI PENELITIAN III. 1. Prosedur Penelitian
Penelitian dilakukan dengan mencatat secara penuh data kurva pengendapan lumpur dengan parameter fisiko-kimiawi untuk pembuatan
modelnya. Sampel lumpur diambil dari outlet tanki aerasi secukupnya, dan dimasukan kedalam wadah penampung.
Parameter fisiko-kimiawi yang diukur merupakan parameter operasional pada sistem pengolahan limbah. Pengukuran dilakukan bersamaan dengan
waktu pengambilan sampel. Parameter operasional yang diukur meliputi pH, temperatur, DO, MLSS, kemudian dihitung SV sludge Volume dan SVI.
Penyimpanan lumpur dan pengukuran parameter dilakukan pada suhu ruang.
III. 1.1. Penentuan pH dan Temperatur
Temperatur dan pH diukur bersama-sama dengan menggunakan pH meter HI 9025 Hanna Instruments. Diambil 30 ml sampel lumpur aktif,
ditempatkan dalam gelas beker. Kemudian elektrode pH meter dicelupkan ke dalam sampel, dibiarkan beberapa saat sampai nilainya stabil. Pengukuran
dilakukan dengan 3 kali ulangan.
III.1.2. Penentuan DO
DO Disolved Oksigen adalah banyaknya oksigen yang terkandung dalam cairan limbah. Alat yang digunakan dalam mengukur DO ini adalah DO meter tipe OM-
14, tingkat ketelitian alat ini mencapai 0.01. DO diukur dengan mencelupkan ke dalam sampel yang telah diambil.
III.1.3. Penentuan SV
30
SV
30
atau volume lumpur mll adalah banyaknya lumpur yang dapat mengendap tiap 1 liter cairan limbah, dalam waktu 30 menit. SV
30
diukur dengan mengambil 1 liter cairan limbah, dimasukkan dalam kerucut Imhoff. Setelah 30
menit diukur volume lumpur yang dapat mengendap APHA, 1994.
III.1.4. Penentuan MLSS
MLSS atau bahan padat tersuspensi mgl adalah banyaknya bahan padat yang tersuspensi dalam cairan limbah. MLSS ditentukan berdasarkan
23
metode gravimetri. Diambil 50 ml sampel limbah, kemudian disaring dengan kertas saring yang telah diketahui berat keringnya. Kertas saring dan filtrat
dikeringkan dalam oven dengan temperatur 102 °C selama 24 jam. Setelah
beratnya konstan, kertas saring dan filtrat ditimbang untuk mengetahui berat keringnya. MLSS dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut APHA,
1994 :
V b
a MLSS
1000 ×
− =
mgl ................................................... [4] Keterangan:
a = berat kering kertas saring + filtrat mg
b = berat kering kertas saring mg
V = volume sampel limbah ml
III.1.5. Penentuan SVI
SVI atau indeks pengendapan lumpur mlg adalah nilai yang menyatakan volume lumpur yang dapat mengendap tiap 1 g lumpur. SVI dihitung
dengan menggunakan rumus sebagai berikut APHA, 1994:
MLSS x
SV SVI
1000
30
=
mlg
.................................................................
[5] Keterangan:
SV
30
= volume pengendapan lumpur mll MLSS
= bahan padat tersuspensi mgl
III.1.6. Penentuan Volume
Volume lumpur yang mengendap diukur dengan menggunakan gelas ukur 1000 ml dan stop watch untuk menghitung waktu pengendapannya.
Konsentrasi yang lebih rendah diperoleh dengan mengambil 100 ml lumpur dalam gelas ukur dan kelipatannya digantikan oleh air supernatan dari outlet
pembuangan akhir sejumlah yang sama. Prosedur ini dilakukan terus sampai 10 kurva pengendapan terbentuk.
Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi terhadap pola pengendapan dilakukan pengonsentrasian lumpur dengan tiga kondisi yaitu kondisi 1
merupakan sampel lumpur yang dianalisa tanpa pengonsentrasian terlebih dahulu, kondisi 2 merupakan sampel lumpur yang dianalisa setelah dilakukan
pengonsentrasian selama 1 jam dan kondisi 3 merupakan sampel lumpur yang dianalisa setelah pengonsentrasian selama 2 jam. Untuk lebih jelas mengenai
kerangka kerja pengambilan data dapat dilihat pada Gambar 6.
24
Gambar 6 Kerangka kerja pengambilan data volume ,
konsentrasi,dan waktu pengendapan lumpur aktif. III.1.7. Penentuan Ketinggian
Untuk keperluan pembuatan model maka volume lumpur yang mengendap dikonversikan ke ketinggian dengan persamaan :
A V
h =
...................................................................................................[6] Dimana,
h
: Tinggi lumpur m
V
: Volume lumpur yang mengendap ml
A
2
.r
π : Luas penampang tabung m
2
III.2. Tahapan Pembuatan Aplikasi Model
Tahapan kerja pembuatan aplikasi model pengendapan lumpur aktif di sedimentasi akhir ini disajikan pada gambar 7. Untuk memperoleh persamaan
model maka dilakukan beberapa tahapan penting diantaranya formulasi permasalahan, pada tahap ini dilakukan identifikasi permasalahan, yang meliputi
Mulai Lumpur dari outlet bak aerasi
Kondisi 1 tanpa pengonsentrasian
Kondisi 2 Pengonsentrasian 1 jam
Kondisi 3 Pengonsentrasian 2 jam
Lumpur diencerkan dalam gelas ukur 1000 mL untuk mendapatkan 10 variasi konsentrasi
Dihitung volume lumpur yang mengendap selama 2 jam dari 10 variasi konsentrasi tersebut
Selesai
Dihitung konversi volume lumpur yang mengendap menjadi ketinggian lumpur
25
pemilihan masalah dan identifikasi tujuan. Tahap ini diperlukan agar terbentuk model realistik dan sederhana.Tahap berikutnya adalah review latar belakang
teoritis. Dalam tahap ini dilakukan pengumpulan sumber literatur yang berhubungan dengan sistem serta mereview teori-teori yang berkaitan dengan
berbagai parameter dalam sistem. Tahap ketiga adalah pengumpulan dan analisis data. Pengumpulan data sekunder diperoleh dari buku referensi, jurnal,
laporan penelitian sebelumnya yang berhubungan, serta data primer dari hasil percobaan di lapangan dan laboratorium.
Gambar 7 Tahapan pembuatan aplikasi model pola pengendapan lumpur aktif pada sistem pegolahan limbah cair tekstil.
Mulai Formulasi permasalahan
Review latar belakang teoritis Pengumpulan dan analisis data
Formulasi persamaan matematika
Ok?
Pembuatan struktur model
Ok?
Verifikasi model Validasi model
Ok?
Selesai
Tidak
ya
Tidak ya
ya Tidak
26
Analisis data keragaman proses dilakukan dengan pendekatan analisis statistika menggunakan software Mathlab dan Microsoft excel. Tahap keempat
adalah Penyusunan persamaan matematika. Pada tahap ini hasil analisis data yang dihubungkan dengan latar belakang teoritis kemudian disusun persamaan
matematika yang sesuai. Tahap kelima adalah pembuatan struktur model. Pada tahap ini dilakukan identifikasi terhadap variabel pembentuk model kemudian
digabungkan dalam bentuk diagram yang lebih besar. Hal ini membantu untuk mengetahui alur informasi serta kesulitan yang dihadapi James,1994. Tahap
keenam adalah verifikasi parameter model. Pada tahap ini program komputasi yang digunakan mampu mengoptimasi parameter model yang terbentuk. Tahap
ketujuh adalah validasi model. Pada tahap ini parameter model yang diperoleh di cek ulang dengan data eksperimen yang baru untuk mengevaluasi apakah
parameter model yang diperoleh mampu menjelaskan kondisi eksperimen.
III.2.1. Modifikasi persamaan model Renko
Untuk pembentukan struktur model, dilakukan modifikasi terhadap persamaan Renko yang disesuaikan dengan kondisi eksperimen. Gambar 8
memperlihatkan hubungan antar parameter pengendapan yang terlibat di sedimentasi akhir.
Gambar 8 Hubungan antar parameter pengendapan yang terlibat Keterangan :
Lumpur kembali : Lumpur aktif yang dikembalikan ke tanki aerasi
untuk menjaga kestabilan proses degradasi limbah Influen
: Rata-rata limbah cair ke tanki aerasi Efluen
: Rata-rata air supernatan yang aman dibuang ke lingkungan
V : Volume lumpur yang mengendap dalam 1 liter tabung
ukur ml V
o
: Volume awal lumpur yang diendapkan 1000ml A
: Luas permukaan tabung m
2
Influen Effluen
V
o
1000 ml
Lumpur kembali Volume Lumpur yang
mengendap V ml
A
m
2
27
Berdasarkan persamaan 3 dan 6 maka tinggi pengendapan lumpur sebagai fungsi waktu dari persamaan model Renko dapat dimodifikasi sebagai
berikut:
2 2
2
,
o
h X
X t
o o
e X
h X
C X
h X
C A
V t
A V
β α
α β
α β
+ −
+ +
+ =
..................[7]
III.2.2. Verifikasi model
Verifikasi model dilakukan untuk melihat apakah model mampu digunakan untuk menggambarkan hasil eksperimen yang dihasilkan. Verifikasi
dilakukan dengan memasukan data eksperimen ke dalam model Renko sehingga diperoleh nilai parameter model baru untuk memprediksi pola pengendapan yang
terbbentuk.
III.2.3. Validasi model
Validasi model dilakukan untuk mengevaluasi apakah model yang telah dikembangkan mewakili kondisi sebenarnya. Validasi dilakukan dengan
membandingkan hasil model dengan data eksperimen baru sehingga dapat diketahui apakah model masih relevan atau tidak. Alat ukur yang digunakan yaitu
dengan melihat nilai MSE Mean Square Error. MSE mampu menilai tingkat kesalahan yang dibuat dengan membandingkan rangkaian data model dan data
eksperimen.
III.3. Pengembangan program komputasi III.3.1. Tampilan Program
Model aplikasi untuk memprediksi pola pengendapan lumpur aktif di sedimentasi akhir ini dirancang dan dikembangkan dalam suatu paket program
yang di beri nama SIMULASI POLA PENGENDAPAN LUMPUR AKTIF. Paket program komputasi ini dirancang dengan menggunakan Mathlab 7.01. Aplikasi
model pola pengendapan lumpur aktif ini mampu menggambarkan ketiga kondisi perlakuan pengonsentrasian. Tampilan awal program dapat dilihat pada gambar
berikut :
28
2 3 4 6 1
7 5
Gambar 9 Tampilan awal program simulasi pola pengendapan lumpur aktif. Tampilan program di atas terdiri dari beberapa kolom yaitu :
1. Kolom Sumber data 2. Kolom
Optimasi model
3. kolom Validasi
model 4. Kolom Plot grafik
5. Kolom simulasi dan time series 6. Kolom tulis output hasil optimasi ke dalam bentuk excel
7. Kolom Output grafik
III.3.2. Sumber data
Sumber data berasal dari data eksperimen dalam exel yang mewakili tiga kondisi yang ada. Kolom sheet memuat ulangan data yang dilakukan pada setiap
kondisi. Kolom Waktu, Volume, MLSS memuat range data dalam exel untuk parameter waktu, volume dan konsentrasi yang diperoleh.
29
Gambar 10 Tampilan komputasi sumber data.
III.3.3. Optimasi dan Validasi
Optimasi dan Validasi memuat perhitungan terhadap parameter- parameter pengendapan yang dicari, nilai batasan konsentrasi maksimum yang
mampu di deteksi model, dan nilai eror dari model yang terbentuk. Validasi model membandingkan model yang terbentuk dengan model dari rangkaian data yang
baru. Nilai MSE yang kecil memperlihatkan model masih relevan atau tidak.
Gambar 11 Tampilan kolom optimasi dan validasi model.
III.3.4. Output Hasil Perhitungan
Output hasil perhitungan terdiri dari nilai hasil perhitungan serta plot grafiknya. Kolom plot grafik juga memuat plot untuk tiap rangkaian data yang
diperoleh. Kolom tulis variabel ke file output exel memuat konversi hasil perhitungan dengan jenis data keluaran mathlab menjadi keluaran excel yang
lebih mudah digunakan.
30
Gambar 12 Tampilan data plot grafik dan output perhitungan excel.
III.3.5. Simulasi
Simulasi memuat nilai simulasi parameter pengendapan dari berbagai konsentrasi X dan waktu t yang mampu diprediksi model. Kolom ini mampu
diisi dengan nilai tebakan X dan t sesuai yang diinginkan dalam batasan X maksimal.
Gambar 13 Tampilan simulasi parameter pengendapan.
III.3.6. Time Series
Kolom time series memuat plot grafik dari hasil simulasi dengan mengikuti urutan waktu. Pada kolom ini bisa terlihat kecepatan pengendapan lumpur di
beberapa titik parameter.
Gambar 14 Tampilan kolom time series polapengendapan.
31
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1. Penentuan Parameter Fisika dan Kimia
