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