Penelitian Pendahuluan sistem batch

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Penelitian Pendahuluan sistem batch

Spirulina platensis merupakan mikroalga yang mampu tumbuh dengan memanfaatkan gula sebagai sumber karbon dan hidrolisat protein sebagai sumber karbon dan nitrogen Marquez et al., 1993; 1995; Singh et al., 1995. Walaupun LCPKS telah mengandung senyawa makronutrien yang dibutuhkan untuk pertumbuhan S. platensis, pada media pertumbuhan tetap ditambahkan medium sintetik karena mikroalga ini juga membutuhkan senyawa mikronutrien yang mungkin tidak dikandung oleh LCPKS. Percobaan sebelumnya yang dilakukan oleh Tri-Panji et al. 2010 menunjukkan bahwa S. platensis sukar tumbuh dengan baik pada LCPKS 100 tanpa tambahan mikronutrien dan memerlukan waktu aklimatisasi lebih dari tiga bulan untuk tumbuh, mungkin karena kekurangan mikronutrien. Penelitian pendahuluan dilakukan untuk mengetahui waktu dan konsentrasi medium yang optimum untuk pertumbuhan S. platensis. Gambar 1. Fotobioreaktor kapasitas 3L dengan variasi konsentrasi LCPKS Selama masa inkubasi pada sistem batch Gambar 1, produksi biomassa S. platensis terus meningkat. Dari data produksi biomassa, fase logaritmik fase log dicapai pada periode pertumbuhan 14 hingga 21 hari. Laju pertumbuhan maksimum µ maks pada LCPKS 25 mencapai 0,264hari Tabel 2. Penurunan OD 480 nm dari hari ke-21 ke hari ke-25 menunjukkan bahwa pertumbuhan mikroalga ini telah mencapai maksimum pada hari ke-21 Gambar 2a. Selama periode tersebut, nilai Total Carbon TC turun yang menunjukkan bahwa senyawaan karbon yang sebagian di antaranya berasal dari bahan organik LCPKS dikonsumsi oleh S. platensis. Hal ini dimungkinkan mengingat mikroalga ini mampu tumbuh baik dalam media organik, anorganik maupun campuran keduanya Marquez et al., 1993 Spirulina platensis masih tumbuh pada periode 21-25 hari. Hal ini mungkin disebabkan S. platensis tumbuh menggunakan bahan-bahan anorganik yang berasal dari media sintetik mengingat media pertumbuhan ini menggunakan 75 media anorganik sintetik dan hanya 25 media organik LCPKS. Menurut Marquez et al. 1995, S. platensis mampu tumbuh dalam media miksotropik mixotropihic, yaitu menggunakan sumber karbon campuran organik dan anorganik. Dengan demikian meskipun mungkin kandungan bahan organik menurun, pertumbuhannya menggunakan sumber karbon anorganik lebih dominan, sesuai dengan dominasi karbon anorganik dalam media campuran yang digunakan. Kandungan karbon anorganik selama pertumbuhan tidak dianalisis, tetapi yang dianalisis adalah total karbon. Senyawa karbon anorganik yang digunakan pada awal pertumbuhan sebanyak 75 dari 13,6 gL atau sebanyak 10,2 gL. S. platensis yang ditumbuhkan pada medium LCPKS 25 memiliki waktu pertumbuhan yang cukup lama hingga mencapai optimum, yaitu 21 hari. Terlebih lagi, penambahan medium sintetik yang jauh lebih banyak dibandingkan LCPKS akan memperbanyak kandungan bahan anorganik berupa senyawa karbonat dan bikarbonat yang tidak diharapkan, karena pada sistem kontinyu yang nantinya akan diterapkan berdasarkan kondisi sistem batch, outflow media tumbuh pada sistem kontinyu diharapkan sudah memiliki kandungan bahan organik yang rendah dan tidak mengandung bahan media sintetik yang ditambahkan pada media pembiakan S. platensis. Tabel 3. Nilai laju pertumbuhan maksimum μ maks dan rasio penggunaan substrat So-SS S. platensis pada berbagai konsentrasi LCPKS Konsentrasi LCPKS μ maks So-SSo 25 0.133 0.520 50 0.244 0.313 75 0.203 0.562 90 0.233 0.167 Dari data pada Tabel 3 terlihat bahwa laju pertumbuhan maksimum tertinggi dicapai pada penggunan substrat LCPKS 50 yaitu 0,244, sedangkan rasio penggunaan substrat tertinggi dicapai pada penggunaan substrat LCPKS 75. Dengan pertimbangan penggunaan LCPKS paling banyak tetapi S. platensis masih dapat tumbuh baik, selanjutnya pembiakan S. platensis pada sistem kontinyu dilakukan pada LCPKS 90. Penggunaan media tumbuh dengan konsentrasi LCPKS yang setinggi mungkin berarti penghilangan bahan organik yang merupakan polutan dalam limbah ini juga akan mencapai nilai tertinggi. Pengamatan nilai TC pada kultur S. platensis dalam media LCPKS 75 dan 90 menunjukkan bahwa nilai TC menurun dengan cepat dari hari ketujuh pada media LCPKS 75 dan mulai hari ketiga pada media LCPKS 90. Hal ini sejalan dengan laju pertumbuhan S. platensis yang pada masing-masing media tersebut. Kondisi ini menunjukkan bahwa S. platensis yang sudah teraklimatisasi dalam LCPKS sangat potensial untuk dibiakkan dalam media limbah ini untuk produksi biomassa dan sekaligus untuk menurunkan kadar polutan limbah ini. Nilai biomassa kering ternyata tidak selalu berbanding lurus dengan nilai OD, berbeda dengan pertumbuhan dengan menggunakan media sintetik. Hal ini mungkin disebabkan oleh adanya koloid berwarna cokelat dari LCPKS. Koloid ini tidak dapat dihilangkan melalui penyaringan menggunakan kertas saring. Nilai biomasssa kering tertinggi terdapat pada S. platensis yang ditumbuhkan pada medium LCPKS 75 mencapai sekitar 6 gL Gambar 2b. Nilai TC pada medium LCPKS 25 yang ditumbuhi S. platensis mengalami penurunan hingga hari terakhir pengamatan yaitu hari ke-25, namun penurunan paling tajam terjadi pada periode hari ke- 7 hingga hari ke-11. Meskipun nilai OD 480 nm terlihat menurun pada periode dari hari ke -21 sampai hari ke-25, konsentrasi biomassa sel tetap terlihat naik. Penurunan nilai OD ini mungkin disebabkan sebagian sel-sel S. platensis membentuk gumpalan-gumpalan yang menyebabkan penurunan kekeruhan. Pertumbuhan yang cepat terjadi pada periode mulai dari hari ke-14. Hal ini mungkin disebabkan pertumbuhan pada media LCPKS 25 merupakan percobaan pertama penumbuhan S. platensis pada media LCPKS dari inokulum yang dibiakkan pada media sintetik, sehingga kemungkinan S. platensis masih beradaptasi pada media ini. Dari kultur LCPKS 25 inilah diambil S. platensis yang sudah teraklimatisasi untuk penelitian pertumbuhan S. platensis sistem batch pada media dengan konsentrasi LCPKS 50, 75, dan 90. 1 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 7 11 14 18 21 25 Biomassa dan OD 480 nm TC Waktu Inkubasi Hari TC 000 ppm Biomassa gl OD 480 nm 2 Fluktuasi nilai TC terjadi pada medium LCPKS 50 dan medium LCPKS 75 yang ditumbuhi S. platensis. Fluktuasi nilai TC pada awal pertumbuhan S. platensis terjadi karena adaptasi mikroalga ini terhadap lingkungannya, sedangkan kenaikan nilai TC pada fase log S. platensis disebabkan matinya mikroalga tersebut dan sel yang telah mati terhitung sebagai TC. 0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 4.500 3 7 11 14 18 21 OD 480 nm Biomassa dan TC Waktu Inkubasi Hari Biomassa gl TC 000 ppm OD 480 nm Gambar 2a. Produksi biomassa S. platensis, kenaikan OD 480 nm, dan nilai Total Carbon selama waktu inkubasi pada 1 LCPKS 25, 2 LCPKS 50 1 0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 3 7 11 14 18 21 OD 480 nm Biomassa dan TC Waktu Inkubasi Hari Biomassa gl TC 000 ppm OD 480 nm 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 4.500 3 6 9 13 OD 480 nm Biomassa dan TC Waktu Inkubasi Hari 2 Biomassa gl TC 000 ppm OD 480 nm Gambar 2b. Produksi biomassa S. platensis, kenaikan OD 480 nm, dan nilai Total Carbon selama waktu inkubasi pada 1 LCPKS 75, 2 LCPKS 90 Nilai TC pada medium LCPKS 90 mengalami penurunan yang konstan. Hal ini karena bahan organik yang terkandung dalam LCPKS terkonsumsi maksimal oleh S. platensis. Kandungan bahan organik pada media LCPKS 90 paling tinggi dibandingkan pada media LCPKS 25, 50, dan 75. Pada ketiga media terakhir ini, S. platensis lebih banyak mengkonsumsi bahan anorganik dari media sintetik dibandingkan pada media LCPKS 90. Sesuai dengan parameter-parameter tersebut maka medium LCPKS 90 dipilih sebagai medium yang optimum untuk pertumbuhan S. platensis. 1 ilai Fixed Dissolved Solid FDS dan Total Dissolved Solid TDS tampak berfluktuasi selama fase pertumbuhan yang mungkin disebabkan oleh dinamika pertumbuhan S. platensis. Penuru an nilai TDS yang tajam terjadi pada periode 18-21 hari dan kenaikan pada periode 21-25 hari ambar 3a. Dinamika ini sejalan dengan kenaikan OD 480 nm pada periode 18-21 hari dan penuru an pada periode 21-25 hari. Nilai FDS merupakan kandungan bahan sisa pijar 550 o C yang berkor asi dengan banyaknya bahan anorganik Tri-Panji, 1988, sedangkan nilai TDS merupakan kandun an bahan total organik dan anorganik sisa penguapan pada suhu 105 o C. Jadi nilai FDS 0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 7 11 14 18 21 25 FDS dan TDS Waktu Inkubasi Hari TDS 000 ppm FDS 000 ppm 2 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 10.000 3 7 11 14 18 21 FDS dan TDS Waktu Inkubasi Hari TDS 000 ppm FDS 000 ppm Gambar 3a. Perubahan nilai padatan terlarut terikatFDS dan total padatan terlarutTDS selama pertumbuhan S.platensis pada 1 LCPKS 25, 2 LCPKS 50 N n G n el g berkai ngan kandungan garam-garam dalam media tumbuh, sedangkan TDS merupakan jumlah kandun an garam anorganik dengan bahan organik. ata FDS dan TDS selama pertumbuhan S. platensis pada media LCPKS 50 menunjukkan pola yang serupa dengan data FDS dan TDS pada media LCPKS 25 , namun titik terendah dicapai pada p o 25. a TDS terend dicapai pada ki da period ersebut Gambar 3b. Hal ini sejalan dengan kondisi pertumbuhan maksimum S. platensis pada m dia tersebut yang mencapai waktu optimum 14 hari Gambar 2b. Demikian pula pada kultur S. plat iketahui bahwa waktu optimum pertumbuhan S. platen tan de g D eri de yang berbeda, yaitu 18 hari untuk LCPKS 50 dan 21 hari untuk LCPKS ta FDS dan TDS pada kultur S. platensis dalam LCPKS 75 menunjukkan bahwa saran 14 hari yang menunjukkan bahwa kadar polutan terendah dicapai pa D ah e t e ensis pada LCPKS 90. Data FDS dan TDS menunjukkan bahwa nilai terendah polutan pada media tersebut tercapai pada periode 9 hari yang mendekati periode pertumbuhan optimum S. platensis yang mencapai optimum pada periode 6 hari Gambar 3b. Selisih TDS dan FDS merupakan konsentrasi senyawa karbon total terlarut TC. Dengan demikian laju konsumsi senyawa karbon lebih mudah terlihat pada penurunan nilai TC Gambar 2a dan 2b. Pada Gambar 2a dan 2b terlihat bahwa nilai TC pada LCPKS 75 sudah mencapai 1000 ppm pada 14 hari yang merupakan TC minimum pada media ini. Pada LCPKS 90, nilai TC telah mencapai periode yang hampir sama yaitu 13 hari. Hasil dari penelitian pendahuluan ini dapat d sis adalah dua minggu dengan medium LCPKS 90. Setelah mengetahui waktu optimum pertumbuhan S. platensis, kemudian dirancang fotobioreaktor dengan laju alir umpan LCPKS tertentu. Rancangan sistem pertumbuhan S. platensis pada sistem kontinyu mengacu pada pertumbuhan sistem batch. Pertumbuhan pada sistem batch membutuhkan waktu dua minggu. Dengan laju alir 1 tetesdetik membutuhkan fotobioreaktor yang kapasitasnya dapat dihitung sebagai berikut: • Dengan laju alir 1 tetesdetik dan hasil pengukuran menunjukkan bahwa 1 mL = 20 tetes 1 tetes = 0,05 mL, maka total volume media yang mengalir selama dua minggu 14 hari sebanyak 1 tetes detik x 0,05 mLtetes x 14 hari x 24 jamhari x 3600 detikjam = 60.480 mL =60,48 liter. y Untuk fotobioreaktor 1,2 L, laju alir seharusnya 1,2 L60,48 L tetesdetik = 1 tetes50 detik, tetapi pada percobaan awal dengan laju alir 1 tetes20 detik aliran terhenti dan dapat mengalir pada laju alir minimum 1 tetes15 detik y Kapasitas fotobioreaktor terbesar yang tersedia 10 liter, sehingga laju alir diperkirakan 1 tetes 6 detik. 1

4.2. Penelitian Utama sistem kontinyu