METODOLOGI Kajian teknik elektrokoagulasi untuk pemisahan mikroalga

III. METODOLOGI

3.1 ALAT DAN BAHAN

Alat yang digunakan dalam kultivasi yaitu 1 unit bak wahana raceway p = 100 cm, l = 60 cm, dan t = 40 cm, 2 unit aquarium p = 40 cm, l = 25 cm, dan t = 50 cm, saringan 35 mesh, derigen 25 liter sebanyak 8 buah. Alat yang digunakan untuk pengujian antara lain : spektrofotometer, COD reactor, Automatic N Distillator, Pompa vacum, pH meter, botol sampel berbagai ukuran, serta berbagai alat gelas seperti erlenmeyer, tabung reaksi, gelas ukur, pipet mohr, pipet tetes, buret, dan sudip. Alat yang digunakan untuk pemisahan mikroalga yaitu gelas piala ukuran 1 liter, pipet volumetrik, dan power supply. Penelitian ini menggunakan dua jenis limbah sebagai media pertumbuhan yaitu limbah cair peternakan sapi dan limbah cair sintetik. Limbah cair peternakan adalah hasil buangan peternakan sapi yang berwujud cair. Limbah cair ini berasal dari air sisa pencucian kandang, pencucian alat - alat dan urin ternak. Limbah cair peternakan yang digunakan pada penelitian ini diambil dari unit peternakan Fahara Farm yang terletak di daerah Sindang Barang, Bogor, Jawa Barat. Limbah cair sintetik yang digunakan dibuat dengan cara menambahkan pupuk NPK kedalam air bersih yang dimasukkan kedalam aquarium. Tujuan penambahan pupuk NPK adalah agar air mengandung nutrisi dan bahan organik yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroalga. Menurut Askari 2011, pupuk NPK tergolong kedalam pupuk majemuk karena mengandung tiga unsur sekaligus yaitu nitrogen dalam NH 3 15, fosfor dalam bentuk P 2 O 5 15, dan kalium dalam bentuk K 2 O 15. Kultur mikroalga yang akan ditumbuhkan atau dijadikan sebagai inokulum yakni kultur mikroalga alamiah yang berasal dari Danau LSI IPB. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan mikroalga yang telah beradaptasi dengan cuaca dan iklim didaerah Bogor. Mikroalga yang diambil sebanyak 45 liter untuk diinokulasikan pada media limbah cair peternakan. Berbagai macam bahan kimia yang digunakan dalam pengujian antara lain : NaOH 6N, larutan H 2 SO 4 0,02, larutan ammonium molybdat, larutan SnCl 2 , glycerol, air destilata, larutan K 2 Cr 2 O 7 , pereaksi asam COD H 2 SO 4 , indikator ferroin, dan larutan Ferro Aluminium Sulfat FAS 0,1 M.

3.2 WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan sejak bulan Februari hingga bulan Meret 2011, bertempat di Laboratorium Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Taknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor, Bogor Laboratorium Pengemasan, Laboratorium Pengawasan Mutu, Laboratorium Teknik Manajeman Lingkungan, dan Laboratorium Instrumen. 3.3 METODE PENELITIAN 3.3.1 Penumbuhan Mikroalga Penumbuhan mikroalga pada limbah cair peternakan menggunakan bak kultivasi dengan ukuran 100 cm x 60 cm x 40 cm. Manalu 2010 melaporkan bahwa untuk dijadikan media pertumbuhan mikroalga, perbandingan komposisi yang paling optimal antara limbah cair peternakan dengan kultur biakan mikroalga adalah 75 : 25 . Media limbah cair peternakan yang dimasukkan kedalam bak kultivasi sebanyak 135 Liter atau mencapai ketinggian 22,5 cm dari bak kultivasi. Sedangkan inokulum mikroalga yang dimasukkan kedalam bak kultivasi sebanyak 45 Liter atau mencapai ketinggian 7,5 cm dari bak kultivasi. Sebelum diinokulasikan mikroalga, dilakukan karakterisasi limbah cair peternakan yang digunakan serta dilakukan pretreatment perlakuan pendahuluan. Perlakuan pendahuluan yang dilakukan diantaranya adalah penyaringan dan aerasi. Penyaringan bertujuan untuk menghilangkan kotoran dan zat terlarut berukuran besar yang ada pada limbah cair peternakan sedangkan aerasi dilakukan untuk menyuplai udara. Udara yang dimasukkan akan menciptakan gelembung untuk menaikan bahan - bahan terlarut. Penyediaan udara pada limbah cair juga membantu pada proses pendegradasian zat pencemar seperti nitrit, nitrat atau fosfat oleh mikroorganisme aerobik. Menurut Sirait et al. 2008, mengolah limbah secara aerobik memanfaatkan aktivitas mikroba aerob dalam kondisi aerob untuk menguraikan zat organik yang terdapat dalam air limbah menjadi zat inorganik yang stabil dan tidak memberikan dampak pencemaran terhadap lingkungan. Setelah dilakukan aerasi selama 7 hari, inokulum mikroalga dimasukkan kedalam bak kultivasi yang telah diisikan limbah cair peternakan. Waktu inkubasi yang dilakukan adalah selama 14 hari. Berbeda dengan limbah cair peternakan, pada limbah cair sintetik tidak dilakukan pretreatment. Hal ini disebabkan karena asal limbah cair sintetik adalah air sumur yang bersih yang diberi pupuk NPK sehingga bahan organik yang berpotensi sebagai pencemar yang ada pada limbah cair sintetik dianggap tidak terlalu banyak dan tidak akan menganggu pertumbuhan mikroalga.

3.3.2 Penentuan Waktu Kontak

Penelitian pendahuluan dilakukan pada tahap pemisahan mikroalga. Tujuan dilakukannya penelitian pendahuluan adalah untuk menentukan waktu kontak yang dibutuhkan untuk pemisahan mikroalga yang akan dilakukan pada penelitian utama dengan menggunakan teknik elektrokoagulasi. Sebanyak 1000 ml mikroalga dimasukkan kedalam gelas piala. Kemudian didalam gelas piala dipasangkan alat elektrokoagulasi berupa plat elektroda terbuat dari aluminium yang dipasangkan pada power supply dengan tegangan yang dapat diatur 9 V, 12 V dan 15 V. Pada penelitian pendahuluan ditetapkan waktu kontak pemisahan mikroalga selama 5, 10, 15, 20, dan 25 menit. Setiap selang waktu diamati reaksi dan perubahan yang terjadi.

3.3.3 Penelitian Utama

a. Prosedur Pemisahan Mikroalga dengan Teknik Elektrokoagulasi Mikroalga yang telah dibiakkan pada media diambil untuk dipisahkan sebanyak 1 L untuk setiap parlakuan dan dimasukkan kedalam gelas piala. Kemudian dipasang rangkaian alat elektrokoagulasi yang terdiri dari power supply atau pembangkit tegangan dan plat elektroda. Pemisahan mikroalga pada penelitian ini dilakukan dengan sistem batch. Plat elektroda yang digunakan terbuat dari bahan aluminium. Baik pada kutub positif anoda dan kutub negatif katoda menggunakan bahan elektroda yang sama. Plat elektroda yang dipasangkan berukuran 15 cm x 2 cm dengan tebal 0,2 cm. Namun luas permukaan yang langsung bersentuhan dengan kultur pada saat pemisahan hanya berukuran 13 cm x 2 cm x 0,2 cm. dengan demikian luasan efektifnya adalah 116 cm 2 . Setelah rangkaian elektrokoagulasi telah dipasang dan dihubungkan pada sumber listrik, pengatur tegangan diputar sesuai dengan besar tegangan yang diinginkan. Variasi besar tegangan yang digunakan adalah 9 Volt, 12 Volt, dan 15 Volt. Proses pemisahan dilakukan dengan beberapa variasi waktu yaitu 10, 20, 30, dan 40 menit. Setelah mencapai waktu yang ditentukan, proses elektrokoagulasi dihentikan. Sebelum sampel diambil, terlebih dahulu mikroalga didiamkan selama 15 menit dengan tujuan memberikan kesempatan pada flok yang terbentuk untuk terpisah secara sempurna dengan cara mengendap atau mengapung. Sampel diambil sebanyak 100 ml untuk diuji dilaboratorium dengan parameter TSS, Kekeruhan, Warna, COD, Konsentrasi Fosfat, dan pH. Sampel diambil di 5 titik yang berbeda dengan menggunakan pipet volumetrik pada kedalaman kurang lebih setengah dari tinggi gelas piala atau sekitar 6 cm. Sampel yang telah diperoleh untuk masing - masing kombinasi perlakuan disimpan pada wadah. Gambar 3. Rangkaian Elektrokoagulasi untuk Pemisahan Mikroalga Total sampel yang diambil dari dua jenis media dan dua kali ulangan adalah 52 sampel. Setiap ulangan dari satu jenis media diambil 13 sampel dengan rincian sebagai berikut : 1. Satu sampel awal sebelum perlakuan 2. Satu sampel dengan tegangan 9 V dalam waktu pemisahan 10 menit 3. Satu sampel dengan tegangan 9 V dalam waktu pemisahan 20 menit 4. Satu sampel dengan tegangan 9 V dalam waktu pemisahan 30 menit 5. Satu sampel dengan tegangan 9 V dalam waktu pemisahan 40 menit 6. Satu sampel dengan tegangan 12 V dalam waktu pemisahan 10 menit 7. Satu sampel dengan tegangan 12 V dalam waktu pemisahan 20 menit 8. Satu sampel dengan tegangan 12 V dalam waktu pemisahan 30 menit 9. Satu sampel dengan tegangan 12 V dalam waktu pemisahan 40 menit 10. Satu sampel dengan tegangan 15 V dalam waktu pemisahan 10 menit 11. Satu sampel dengan tegangan 15 V dalam waktu pemisahan 20 menit 12. Satu sampel dengan tegangan 15 V dalam waktu pemisahan 30 menit 13. Satu sampel dengan tegangan 15 V dalam waktu pemisahan 40 menit b. Rancangan Percobaan Faktor yang diteliti pada penelitian ini adalah tegangan dan waktu elektrokoagulasi. Tegangan dihasilkan melalui power supply yang telah dibuat. Besarnya tegangan yang digunakan bervariasi yaitu 9 Volt, 12 Volt, dan 15 Volt. Sedangkan waktu kontak elektrokoagulasi yang digunakan adalah 10 , 20, 30, dan 40 menit. Pada penelitian ini + + - - Power Supply Media yang telah ditumbuhi mikroalga dilakukan kombinasi antara tegangan dan waktu kontak elektrokoagulasi. Selanjutnya akan diteliti apakah variasi tegangan dan waktu kontak elektrokoagulasi akan mempengaruhi pemisahan mikroalga dan parameter - parametar yang akan diamati. Terdapat enam parameter yang akan diamati pada penelitian ini. Pertama adalah TSS Total Suspended Solid atau total padatan tersuspensi. TSS diukur sebagai banyaknya sel mikroalga yang dapat dipisahkan dengan menggunakan teknik elektrokoagulasi. Selisih jumlah TSS sebelum dan sesudah dilakukannya pemisahan dengan teknik elektrokoagulasi dihitung sebagai banyaknya mikroalga yang dapat terpisahkan. Parameter lain yang akan diamati adalah kekeruhan, warna, COD, Fosfat, dan pH. Parameter - parameter tersebut biasa digunakan sebagai syarat pengelolaan limbah cair sebelum dibuang ke lingkungan. Pada penelitian ini akan diamati apakah perlakuan yang diberikan memberikan pengaruh terhadap parameter -parameter tersebut sebagai nilai tambah yang dapat diperoleh. Selain dapat memisahkan mikroalga, teknik elektrokoagulasi juga dapat digunakan untuk pengolahan limbah cair yang digunakan sebagai media sebelum dibuang ke lingkungan. Setelah dilakukan perlakuan terhadap sampel penelitian, nilai yang diperoleh akan ditabulasi dan diuji secara statistik untuk mengetahui apakah perlakuan yang diberikan berpengaruh atau tidak. Metode pengujian yang digunakan adalah model rancangan acak blok rancangan acak petak jalur. Rancangan petak jalur adalah rancangan faktorial yang bertujuan memeriksa interaksi dan faktor utama dengan tingkat ketelitian yang sama, artinya dideteksi dengan satu macam galat percobaan. Adapun model untuk rancangan petak jalur adalah sebagai berikut : di mana : Yijk : respon yang diamati µ : nilai tengah umum Rk : Pengaruh kelompok atau ulangan ke-k Ai : Pangaruh faktor A yang ke-i Bj : Pengaruh faktor B yang ke-j ABij : Pengaruh interaksi faktor A ke-i, faktor B ke-j ijk : Pengaruh sisa karena faktor A ke-I,faktor B ke-j, dan ulangan ke-k Hicks, 1973 Nilai yang diperoleh dari peralakuan akan dibuat tabulasi dan akan dilakukan analisis variannya ANOVA. Adapun contoh gambaran ANOVA untuk rancangan petak jalur blok adalah sebagai berikut : SK Db JK KT Fhitung F 5 F 1 Ulangan kelompok Waktu Tegangan Interaksi Galat r-1 a-1 b-1 a-1b-1 a-1b-1r-1 JK U JK A JK B JK AB JK G KTU KTA KTB KTAB KTG - KTAKTG KTBKTG KTABKTG - 2,90 3,13 2,31 - 4,50 5.10 3,30 Total abr-1 JK Total di mana : SK : Sumber Keragaman JK : Jumlah Kuadrat KT : Kuadrat Tengah Untuk menghitung JK, KT, dan F hitung digunakan rumus sebagai berikut : Setelah ANOVA dari rancangan petak jalur diperoleh, selanjutnya dilakukan pengujian tahap lanjut dengan menggunakan metode UJD Uji Jarak Duncan. UJD dilakukan untuk melihat perlakuan mana yang memiliki pengaruh yang signifikan. Nilai tengah perlakuan dengan selang perlakuan tertentu dibandingkan dengan nilai UJD. Untuk mencari UJD digunakan rumus : UJD = R aP; db Galat x √ di mana : p : Banyaknya perlakuan R: tergantung dari banyaknya perlakuan yang dibandingkan lihat tabel rp Sastrosupadi, 2000 JK = ∑ X 2 - KT = JKdb F Hitung = KT Perlakuan A,B, atau AB KTG Diagram alir 1 dan 2 berikut akan menjelaskan mengenai tahapan penelitian yang akan dilakukan. Gambar 4. Diagram alir penelitian 1 limbah cair peternakan Hasil Analisis : TSS, Kekeruhan, Warna, COD, Konsentrasi Fosfat, dan pH Pengambilan cairan sampel Penyaringan Aerasi Inokulasi Mikroalga Limbah Cair Karakterisasi Inkubasi selama 14 Hari Mikroalga dalam media Analisis : TSS, Kekeruhan, Warna, COD, Konsentrasi Fosfat, dan pH Pemanenan Mikroalga Elektrokoagulasi Tegangan : 9 V Waktu 10 mnt Tegangan : 9 V Waktu 30 mnt Tegangan :12 V Waktu 10 mnt Tegangan :12 V Waktu 30 mnt Tegangan :15 V Waktu 10 mnt Tegangan :15 V Waktu 30 mnt Tegangan : 9 V Waktu 20 mnt Tegangan : 9 V Waktu 40 mnt Tegangan :12 V Waktu 20 mnt Tegangan :12 V Waktu 40 mnt Tegangan :15 V Waktu 20 mnt Tegangan :15 V Waktu 40 mnt Mikroalga terkoagulasi Pendiaman selama 15 menit Gambar 5. Diagram alir penelitian 2 limbah cair sintetik Pendiaman selama 15 menit Air Sumur Penambahan pupuk NPK Inkubasi selama 4 hari Mikroalga dalam media Pemanenan mikroalga Elektrokoagulasi Analisis ; TSS, Kekeruhan, Warna, COD, Konsentrasi Fosfat, dan pH Tegangan : 9 V Waktu 10 mnt Tegangan : 9 V Waktu 30 mnt Tegangan :12 V Waktu 10 mnt Tegangan :12 V Waktu 30 mnt Tegangan :15 V Waktu 10 mnt Tegangan :15 V Waktu 30 mnt Tegangan : 9 V Waktu 20 mnt Tegangan : 9 V Waktu 40 mnt Tegangan :12 V Waktu 20 mnt Tegangan :12 V Waktu 40 mnt Tegangan :15 V Waktu 20 mnt Tegangan :15 V Waktu 40 mnt Mikroalga terkoagulasi Pengambilan cairan sampel Analisis : TSS, Kekeruhan, Warna, COD, Konsentrasi Fosfat dan pH Hasil

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN