Efektivitas Organic Loading Rate Terhadap Penyisihan Bahan Organik dengan Media Arang Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) Pada Reaktor Anaerobik Kontinyu. Repository - UNAIR REPOSITORY

PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI

  Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi kepustakaan, tetapi pengutipan harus seizin penyusun dan atau harus menyebutkan sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah dan kelaziman mensitir atau menyalin pendapat penulis lainnya. Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga. iv

  PRAKATA

  Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT karena atas rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Efektivitas

  Organic Loading Rate Terhadap Penyisihan Bahan Organik dengan Media Arang Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) Pada Reaktor Anaerobik Kontinyu”.

  Skripsi ini terdiri atas beberapa bab, yaitu bab pendahuluan, bab tinjauan pustaka, bab metode penelian, hasil dan pembahasan, kesimpulan dan saran, serta daftar pustaka. Setiap isi dari bab tersebut terangkai secara komprehensif untuk melakukan penelitian Efektivitas Organic Loading Rate Terhadap Penyisihan Bahan Organik dengan Media Arang Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) Pada Reaktor Anaerobik Kontinyu .

  Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib yang digunakan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (S.T.). Skripsi ini disusun sesuai dengan ketentuan teknis penyusunan yang ada di Program Studi S1 Ilmu dan Teknologi Lingkungan, Departemen Biologi, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga. Segala masukan demi perbaikan kualitas naskah skripsi ini sangat diharapkan. Semoga skripsi ini bermanfaat.

  Surabaya, Juni 2016 Penyusun, Arya Zulfikar P v

UCAPAN TERIMAKASIH

  Puji syukur atas rahmat Allah SWT, akhirnya penyusun dapat menyelesaikan naskah skripsi ini dengan baik. Naskah skripsi ini tidak akan selesai tanpa bimbingan, bantuan, doa, dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penyusun menyampaikan ucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:

  1. Dr. Sucipto Hariyanto, DEA selaku Ketua Departemen Biologi Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga, yang telah banyak menyediakan fasilitas untuk menunjung skripsi

  2. Dr. Eko Prasetyo Kuncoro, S.T., DEA selaku Koordinator Program Studi (Prodi) S1 Ilmu dan Teknologi Lingkungan (ITL), yang telah menyediakan fasilitas untuk menunjang skripsi

  3. Prof. Drs. Hery Purnobasuki, M.Si., Ph.D., selaku Ketua Penelitian. Oleh karena skripsi ini merupakan bagian dari penelitian yang berjudul “Kemampuan Arang Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) sebagai

  Penyisih Kadar Ammonia (Inhibitor Produksi Biogas) Pada Pengolahan Air Limbah Anaerobik”. Yang telah memberikan berbagai ilmu dan pengalaman dalam penelitian ini.

  4. Nur Indradewi Oktavitri, S.T., M.T. selaku pembimbing I yang selalu membimbing dan mengarahkan penyusun dalam setiap kegiatan dan penyusunan naskah skripsi.

  5. Prof. Dr. Bambang Irawan, M.Sc. selaku pembimbing II yang selalu membimbing dan mengarahkan penyusun dalam setiap kegiatan dan penyusunan naskah skripsi.

  6. Seluruh staff laboran Laboratorium Ekologi dan Lingkungan Ruang 122, dan Laboratorium Basah, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga yang telah mendukung pelaksanaan penelitian skripsi

  7. Bapak Andi dan Ibu Aisyah, sebagai orang tua yang selalu memberikan doa dan motivasi

  8. Attar H, Indah Purnamasari, Mufrihatul Hayati, Siti Mariya Ulfa, Semma, dan Mega selaku rekan penelitian yang telah memberikan dukungan dan motivasi

  9. Citra Ayu Nurjanah, sebagai orang terdekat penyusun yang telah selalu memberikan motivasi dan mengingatkan penyusun

  10. Rekan-rekan Ilmu dan Teknologi Lingkungan 2012 yang telah memberikan bantuan dan bertukar informasi

  11. Semua pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung yang belum disebutkan namanya satu persatu. vi

  Paramarta Z.P., 2016. Efektivitas Organic Loading Rate Terhadap Penyisihan Bahan Organik dengan Media Arang Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) Pada Reaktor Anaerobik Kontinyu. Skripsi ini di bawah bimbingan Nur Indradewi Oktavitri, S.T., M.T., dan Prof. Dr. Bambang Irawan, M.Sc. Program S1 Ilmu dan Teknologi Lingkungan, Departemen Biologi, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga

  ABSTRAK

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh organic loading rate (OLR) yang efektif untuk menyisihkan bahan organik menggunakan reaktor anaerobik kontinyu bermedia arang aktif tempurung kelapa (Cocos nucifera).

  Bahan organik pada penelitian ini diukur dengan parameter COD dan COD. _{T S} Pengoperasian reaktor pada penelitian ini menggunakan variasi OLR yaitu OLR 0, 4, 8, dan 16 g/L.hari. Penelitian ini dilakukan selama 15 hari pada tiap OLR dengan volume reaktor 1 liter dan pengambilan sampel air limbah dilakukan setiap 3 hari. Hasil dari penelitian menunjukan penyisihan konsentrasi COD dan _{T S} COD ada beda signifikan. Organic loading rate yang efektif untuk penyisihan konsentrasi COD dan COD adalah OLR 16 g/L.hari yang mampu menyisihkan _{T S} konsentrasi COD sebesar 2.736 mg/L dan menyisihkan konsentrasi COD _{T S} sebesar 2.016 mg/L.

  Kata Kunci: Organic Loading Rate, Anaerobik, COD, COD _{T S}

  vii

  Paramarta Z.P., 2016. The Effectiveness of Organic Loading Rate to Remove The Organic Materials Using Activated Carbon Coconut Shell Media (Cocos nucifera) in Continuous Anaerobic Reactor. This script was supervised by Nur Indradewi Oktavitri, S.T., M.T., and Prof. Dr. Bambang Irawan, M.Sc. Environmental Science and Technology, Departement of Biology, Faculty of Science and Technology, Airlangga University.

  ABSTRACT The aims of this research was to know the effect of Organic Loading Rate that is effectives for removing organic materials in continuous anaerobic reactor using activated carbon coconut shell media (Cocos nucifera). In this research, the parameters that used to measure the organic material were COD and COD. The _{T S} operation of the reactor that used in this research using OLR variations, such as

  0, 4, 8, and 16 g/L.day. The research was conducted for 15 days on each OLR with 1 liter reactor volume and sampling of wastewater every 3 days. The results of this OLR research were a significant difference OLR in the concentration removal of COD and COD. The effective OLR for concentration removal of _{T S T S}

  COD and COD was OLR 16 g/L.day can remove the concentration of COD by _T 2,736 mg/L and remove the concentration of COD by 2,016 mg/L. _S Keywords: Organic Loading Rate, anaerobic, COD, COD _{T S}

  viii

  DAFTAR ISI

  JUDUL ......................................................................................................... i LEMBAR PERNYATAAN .......................................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................... iii LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ...................................... iv PRAKATA ................................................................................................... v UCAPAN TERIMAKASIH .......................................................................... vi ABSTRAK ................................................................................................... vii

  ABSTRACT ................................................................................................... viii

  DAFTAR ISI ................................................................................................ ix DAFTAR TABEL ........................................................................................ xi DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xii DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................. xiii

  BAB I: PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang .................................................................................... 1

  1.2 Rumusan Masalah ................................................................................ 5

  1.3 Asumsi Penelitian ................................................................................ 6

  1.4 Hipotesis .............................................................................................. 6

  1.4.1 Hipotesis kerja ............................................................................ 6

  1.4.2 Hipotesis statistika ...................................................................... 7

  1.5 Tujuan ................................................................................................. 7

  1.6 Manfaat ............................................................................................... 8

  BAB II: TINJAUAN PUSTAKA

  2.1 Air Limbah .......................................................................................... 9

  2.1.1 Karakteristik air limbah ............................................................... 9

  2.1.2 Bahan organik dalam air limbah .................................................. 11

  2.1.3 Air limbah sintetik ...................................................................... 11

  2.2 Pengolahan Air Limbah Secara Anaerobik ........................................... 12

  2.3 Sistem Pengolahan Air Limbah Pada Reaktor Anaerobik ..................... 17

  2.3.1 Pengolahan air limbah dengan sistem batch ................................ 17

  2.3.2 Pengolahan air limbah dengan sistem kontinyu ........................... 17

  2.4 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Stabilitas Reaktor .......................... 18

  2.4.1 Organic Loading Rate (OLR) ...................................................... 18

  2.4.2 Derajat keasamaan (pH) .............................................................. 19

  2.4.3 Alkalinitas ................................................................................... 19

  2.4.4 Suhu............................................................................................ 19

  2.4.5 Senyawa racun atau penghambat ................................................. 20

  2.5 Seeding dan Aklimatisasi ..................................................................... 20

  2.6 Penggunaan Media............................................................................... 21

  2.6.1 Tempurung kelapa ...................................................................... 21

  2.6.2 Arang aktif Tempurung kelapa .................................................... 22

  2.6.3 Aktivasi arang aktif ..................................................................... 24

  2.7 Sifat Adsorpsi Arang Aktif .................................................................. 24

  2.8 Parameter Pengolahan Anaerobik ........................................................ 28 ix

  x

  3.4 Cara Analisis ....................................................................................... 33

  5.1 Kesimpulan.......................................................................................... 76

  BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN

  4.3 Organic Loading Rate (OLR) Efektif Untuk Menyisihkan Bahan Organik Menggunakan Reaktor Anaerobik Kontinyu Bermedia Arang Aktif Tempurung Kelapa (Cocos nucifer) .................. 73

  4.2 Beda Efisiensi Penyisihan Bahan Organik Menggunakan Reaktor Anaerobik Kontinyu Bermedia Arang Aktif Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) Bila Nilai OLR Berbeda ............. 71

  4.1 Penyisihan Konsentrasi Total Chemical Oxygen Demand ( _T COD) dan Soluble Chemicel Oxygen Demand ( _S COD) Pada Tiap Organic Loading Rate (OLR) .............................................. 49

  BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN PENELITIAN

  3.4.2 Analisis Data ............................................................................... 45

  3.4.1 Cara kerja.................................................................................... 33

  3.3.2 Alat penelitian ............................................................................. 32

  2.8.1 Total Chemical Oxygen Demand ( _T COD) .................................... 28

  3.3.1 Bahan penelitian ......................................................................... 32

  3.3 Bahan dan Alat Penelitian .................................................................... 32

  3.2 Variabel Penelitian............................................................................... 31

  3.1.2 Waktu penelitian ......................................................................... 31

  3.1.1 Tempat penelitian ........................................................................ 31

  3.1 Tempat dan Waktu Penelitian .............................................................. 31

  BAB III: METODE PENELITIAN

  2.8.3 Volatile Fatty Acid (VFA) ........................................................... 29

  2.8.2 Soluble Chemical Oxygen Demand ( _S COD) ................................ 29

  5.2 Saran ................................................................................................... 76 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 77 LAMPIRAN ................................................................................................. 83

  xi

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Komposisi Limbah Organik ................................................... 11Tabel 2.2 Karakter Air Limbah Air Sintetik ........................................... 11Tabel 2.3 Karakter Susu Bubuk ............................................................. 12Tabel 2.4 Komposisi Nutrisi .................................................................. 12Tabel 4.1 Hasil Uji Beda Statistik Penyisihan T

  COD dan _S COD Pada OLR 0 g/L.hari .............................................................. 51

Tabel 4.2 Hasil Uji Beda Statistik Penyisihan T

  COD dan _S COD Pada OLR 4 g/L.hari ......................................................................

  55 Tabel 4.3 Hasil Uji Beda Statistik Penyisihan _T COD dan _S COD

  Pada OLR 8 g/L.hari ......................................................................

  59 Tabel 4.4 Hasil Uji Beda Statistik Penyisihan _T COD dan _S COD Pada OLR 16 g/L.hari ............................................................ 63

Tabel 4.5 Hasil Uji Beda Statistik Penyisihan T

  COD dan _S COD Untuk Penentuan OLR Efektif ............................................... 73

  xii

Gambar 4.12 Produksi Biogas Harian Pada OLR 8 g/L.hari .................... 64Gambar 4.8 Produksi Biogas Harian Pada OLR 4 g/L.hari .................... 59Gambar 4.9 Grafik Penyisihan Konsentrasi T

  COD dan _S COD Pada OLR 8 g/L.hari .......................................................... 60

Gambar 4.10 Grafik Regresi Penyisihan Konsentrasi T

  COD dan _S COD Pada OLR 8 g/L.hari .......................................................... 62

Gambar 4.11 Konsentrasi VFA Pada OLR 8 g/L.hari .............................. 63Gambar 4.13 Grafik Penyisihan Konsentrasi T

  COD dan _S COD Pada OLR 4 g/L.hari .......................................................... 57

  COD dan _S COD Pada OLR 16 g/L.hari ........................................................ 65

Gambar 4.14 Grafik Regresi Penyisihan Konsentrasi T

  COD dan _S COD Pada OLR 16 g/L.hari ........................................................ 67

Gambar 4.15 Konsentrasi VFA Pada OLR 16 g/L.hari ............................ 68Gambar 4.16 Produksi Biogas Harian Pada OLR 16 g/L.hari .................. 68Gambar 4.17 Nilai pH Pada Semua OLR ................................................ 70Gambar 4.7 Konsentrasi VFA Pada OLR 4 g/L.hari .............................. 58Gambar 4.6 Grafik Regresi Penyisihan Konsentrasi T

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.2 Desain Reaktor 1 dengan OLR 0 g/l.hari ............................ 39Gambar 2.1 Proses Anaerobik ............................................................... 14Gambar 2.2 Struktur Reaktor Fixed Bed................................................ 15Gambar 2.3 Tempurung Kelapa dan Arang Tempurung Kelapa ............ 21Gambar 2.4 Arang Aktif Tempurung Kelapa ........................................ 22Gambar 2.5 Adsorpsi ............................................................................ 24Gambar 3.1 Bagan Alir Tahapan Penelitian .......................................... 33Gambar 3.3 Desain Reaktor 2 dengan Variasi OLR .............................. 40

  COD dan _S COD Pada OLR 4 g/L.hari .......................................................... 55

Gambar 4.1 Grafik Penyisihan Konsentrasi T

  COD dan _S COD Pada OLR 0 g/L.hari .......................................................... 50

  Gambar 4.2

  Grafik Regresi Penyisihan Konsentrasi _T COD dan _S COD Pada OLR 0 g/L.hari .......................................................... 51

Gambar 4.3 Konsentrasi VFA Pada OLR 0 g/L.hari .............................. 53Gambar 4.4 Produksi Biogas Harian Pada OLR 0 g/L.hari .................... 54Gambar 4.5 Grafik Penyisihan Konsentrasi TGambar 4.18 Nilai Suhu Pada Semua OLR ............................................. 70

  DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Ringkasan Ilmiah ................................................................... 83 Lampiran 2 Data Bahan Organik Running ................................................. 93 Lampiran 3 Data VFA, pH, Suhu, dan Biogas Running ............................. 94 Lampiran 4 Hasil Seeding ......................................................................... 95 Lampiran 5 Hasil Analisis Data Secara Statistik ........................................ 96 Lampiran 6 Dokumentasi Penelitian .......................................................... 99 Lampiran 7 Data Pribadi Penyusun ........................................................... 100

  xiii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Air limbah didefinisikan sebagai kombinasi air buangan yang berasal dari tempat tinggal, institusi, bangunan industri, dan komersial yang terbawa oleh air tanah, air permukaan, dan air hujan (Metcalf & Eddy, 2003). Air limbah yang berasal dari air limbah industri pengolahan bahan organik mengandung 70% bahan organik, bahan organik yang terkandung ini akan mengurangi kadar oksigen terlarut di badan air untuk proses degradasi (Templeton & Butler, 2011).

  Konsentrasi bahan organik dalam air limbah dapat ditunjukan dengan oksidasi kimia menggunakan potassium dibikromat yang disebut Chemical Oxygen

  Demand (COD). Chemical Oxygen Demand adalah banyaknya oksigen yang

  dibutuhkan untuk oksidasi sempurna bahan organik dalam air (Wiesmann dkk., 2007).

  Chemical Oxygen Demand yang terkandung dalam air limbah disebut total Chemical Oxygen Demand ( COD). Total Chemical Oxygen Demand ( COD) _{T T}

  terdiri atas particulate Chemical Oxygen Demand ( COD) dan soluble Chemical _P

  Oxygen Demand ( COD). Particulate Chemical Oxygen Demand ( COD) adalah _{S P}

  kandungan COD yang terdapat pada koloid dan padatan yang tersuspensi pada air limbah, sedangkan soluble Chemical Oxygen Demand ( COD) adalah kandungan _S COD yang terlarut pada air limbah (Metcalf & Eddy, 2003) dan bahan yang mudah didegradasi secara biologis (Padmono, 2003).

  1 Limbah yang mengadung bahan organik tinggi dapat menurunkan kualitas badan air. Pengolahan yang tepat untuk mendegradasi bahan organik yang cukup tinggi adalah pengolahan anaerobik (Nadais dkk., 2010). Pengolahan anaerobik adalah pengolahan secara biologi yang memanfaatkan mikroorganisme untuk mendegradasi bahan organik dalam kondisi tidak didapatkan oksigen terlarut (Indriyati, 2005). Menurut Indriyati (2005), pengolahan anaerobik memiliki keuntungan yaitu menghasilkan energi dalam bentuk biogas, dan memiliki kerugian yaitu proses pertumbuhan mikroorganisme lambat dan perlu media sebagai tempat bakteri melekat. Media pada pengolahan anaerobik bermacam- macam, tetapi yang sering digunakan adalah reaktor dengan media tetap atau fixed

  bed reactor . Reaktor dengan media tetap terdapat dua sistem aliran yaitu sistem

  diam (batch) dan sistem kontinyu. Salah satu media yang digunakan pada pengolahan anaerobik adalah arang aktif. Bahan yang digunakan untuk arang aktif bermacam-macam, yaitu batok kelapa (Kurniati, 2008), kulit kacang kedelai (Laras dkk., 2015), batang jagung (Suhendra & Gunawan, 2010), dan kulit buah mahoni (Salamah, 2008). Salah satu bahan yang sering digunakan adalah batok kelapa (Kurniati, 2008).

  Pemilihan batok kelapa sebagai media untuk menyisihkan bahan organik karena Indonesia merupakan salah satu penghasil kelapa, yaitu sebesar 16.846.000 ton (Siriphanich dkk., 2011). Besarnya produksi kelapa berbanding lurus dengan besar limbah batok kelapa. Banyaknya limbah batok kelapa diharapkan dapat digunakan dalam proses pengolahan air limbah. Batok kelapa yang dimanfaatkan untuk pengolahan air limbah mengalami proses aktivasi. Batok kelapa yang teraktivasi disebut arang aktif batok kelapa (Jamilatun & Setyawan, 2014). Menurut beberapa penelitian arang aktif batok kelapa mampu menyisihkan COD berkisar 75%-80% (Nakhla & Suidan, 1995). Batok kelapa juga mampu menurunkan TSS dan VSS sebesar 87,78% dan 77,38% (Ahmad dkk., 2011). Selain bahan organik batok kelapa mampu menyisihkan ammonia sebesar 30,78% (Harahap, 2013). Kemampuan arang aktif batok kelapa untuk menyerap bahan organik karena arang aktif batok kelapa mempunyai luas permukaan berkisar _{2 2} antara 300 m /g hingga 3500 m /g (Jamilatun & Setyawan, 2014). Beberapa penelitian yang telah dilakukan tidak diketahui konsentrasi bahan organik influent dan beban organik yang diolah. Oleh karena itu, pada penelitian yang akan dilakukan konsentrasi bahan organik diketahui untuk menentukan beban organik yang diolah.

  Selain media, faktor yang mempengaruhi pengolahan anerobik antara lain laju beban organik atau organic loading rate (OLR) (Indriyati, 2005) dan volatile

  fatty acids (VFA) (Buyukkamaci & Filibeli, 2004). OLR adalah besaran yang

  menyatakan jumlah material organik dalam air buangan atau limbah yang diuraikan oleh mikroorganisme dalam reaktor per unit volume per hari (Indriyati, 2005). Besarnya nilai OLR atau laju beban organik yang terdapat didalam reaktor didasarkan pada nilai waktu tinggal hidraulik (Padmono, 2003) dan kondisi

  influent beban organik yang masuk (Chernicharo, 2007).

  Penelitian yang dilakukan oleh Ramasamy dkk.,(2004) pada pengolahan anaerobik tanpa media menunjukan OLR berpengaruh terhadap efisiensi penyisihan COD sebesar 93% dan Farajzadehha dkk.,(2012) menunjukan OLR mampu menyisihkan COD sebesar 85%. Akram & Stuckey (2008) melakukan penelitian pengolahan anaerobik dengan media biofilter dalam bentuk bubuk arang aktif dengan organic loading rate (OLR) 4 – 16 g/L.hari. Degradasi COD sebesar 98% pada OLR 16g/L.hari. Han dkk., (2010) melakukan penelitian pengolahan anaerobik dengan media butiran arang aktif dengan organic loading

  rate (OLR) sebesar 4 – 8 g/L.hari. Degradasi COD sebesar 80% pada OLR 4

  g/L.hari. Berdasarkan penelitian di atas, OLR berpengaruh terhadap efisiensi penyisihan bahan organik yang terjadi pada pengolahan anaerobik. Penelitian diatas menunjukan perbedaan nilai OLR untuk menyisihkan bahan organik. Akram & Stuckey (2008) menunjukan efisiensi penyisihan tertinggi terjadi saat OLR tinggi, sedangkan Han dkk., (2010) menunjukan efisiensi penyisihan tertinggi saat OLR rendah. Oleh karena itu penelitian yang akan dilakukan menggunakan variasi OLR yaitu 4, 8, dan 16 g/L.hari untuk mengetahui efektivitas OLR dalam menyisihkan bahan organik. Selain organic loading rate (OLR), faktor lain yang berpengaruh terhadap pengolahan anaerobik adalah volatile fatty acids (VFA).

  Volatile fatty acids adalah senyawa penting dalam proses metabolisme

  pembentukan gas methan dan menyebabkan mikroba jenuh dalam konsentrasi tinggi (Buyukkamaci &Filibeli, 2004). Konsentrasi VFA berbanding terbalik dengan pH (Zhang dkk., 2015). Konsentrasi VFA meningkat pada saat pH turun menyebabkan produksi biogas menurun (Komemoto dkk., 2009). Oleh karena itu, pemantauan konsentrasi VFA penting untuk mengetahui kinerja proses degradasi anaerobik (Wijekoon dkk., 2010). Berdasarkan Wijekoon dkk.,(2010) pada OLR yang besar menghasilkan nilai VFA yang tinggi dan efisiensi penyisihan yang tinggi. Oleh karena itu, penelitian ini juga melakukan pemantauan konsentrasi

  VFA untuk mengetahui kinerja proses anaerobik yang terjadi pada reaktor.

  Berdasarkan pada beberapa penelitian yang telah ada, belum terdapat penelitian penggunaan butiran arang aktif batok kelapa sebagai media biofilter dalam pengolahan anaerobik dengan variasi OLR untuk menurunkan bahan organik dan peningkatan produksi biogas. Oleh karena itu, penelitian ini menggunakan butiran arang aktif batok kelapa sebagai media dengan OLR 16 g/L.hari, 8 g/L.hari, dan 4 g/L.hari menggunakan reaktor anaerobik media tetap secara kontinyu. Parameter yang digunakan dalam penelitian ini untuk mewakili bahan organik adalah COD , dan COD Selain itu dilakukan pemantauan VFA, _{T S.} pH, suhu dan produksi biogas.

1.2 Rumusan Masalah

  Rumusan masalah dalam penelitian ini, yaitu :

  1. Berapakah konsentrasi penyisihan bahan organik menggunakan reaktor anaerobik kontinyu bermedia arang aktif batok kelapa pada tiap nilai OLR?

  2. Apakah ada beda konsentrasi penyisihan bahan organik menggunakan reaktor anaerobik kontinyu bermedia arang aktif batok kelapa bila nilai OLR berbeda?

  3. Manakah OLR efektif untuk menyisihkan bahan organik menggunakan reaktor anaerobik kontinyu bermedia arang aktif batok kelapa?

  1.3 Asumsi Penelitian

  Asumsi dalam penelitian ini, yaitu :

  1. Pada pengolahan anaerobik, OLR mempengaruhi proses penyisihan bahan organik (Ramasamy dkk., 2011)

  2. Organic loading rate pada pengolahan anaerobik dipengaruhi oleh HRT (Padmono, 2003), influent bahan organik (Chernicharo, 2007), dan media (Han dkk., 2010).

  3. Media butir arang aktif batok kelapa mampu menyisihkan COD (Han dkk., 2010) Berdasarkan penelitian tersebut, maka dapat diasumsikan bahwa media arang aktif batok kelapa dengan OLR mampu menyisihkan COD pada reaktor anaerobik kontinyu.

  1.4 Hipotesis

1.4.1 Hipotesis Kerja

  Hipotesis kerja dalam penelitian ini, yaitu :

  1. Semakin besar nilai OLR, konsentrasi penyisihan bahan organik semakin tinggi.

  2. Semakin besar nilai OLR, semakin efektif untuk menyisihkan bahan organik.

1.4.2 Hipotesis Statistika

  Hipotesis statistika dalam penelitian ini, yaitu : H = tidak ada perbedaan konsentrasi penyisihan COD menggunakan reaktor _{0a T} anaerobik kontinyu bermedia batok kelapa berdasarkan nilai OLR

  H = ada perbedaan konsentrasi penyisihan COD menggunakan reaktor _{1a T} anaerobik kontinyu bermedia batok kelapa berdasarkan nilai OLR H = tidak ada perbedaan konsentrasi penyisihan COD menggunakan reaktor _{0b S} anaerobik kontinyu bermedia batok kelapa berdasarkan nilai OLR

  H = ada perbedaan konsentrasi penyisihan COD menggunakan reaktor _{1b S} anaerobik kontinyu bermedia batok kelapa berdasarkan nilai OLR

1.5 Tujuan

  Tujuan dalam penelitian ini, yaitu :

  1. Mengetahui konsentrasi penyisihan bahan organik menggunakan reaktor anaerobik kontinyu bermedia arang aktif batok kelapa pada tiap nilai OLR dengan parameter COD, dan COD. _{T S}

  2. Mengetahui perbedaan konsentrasi penyisihan bahan organik menggunakan reaktor anaerobik kontinyu bermedia arang aktif batok kelapa bila nilai OLR berbeda.

  3. Mengetahui OLR efektif untuk menyisihkan bahan organik menggunakan reaktor anaerobik kontinyu bermedia arang aktif batok kelapa.

1.6 Manfaat

  Manfaat dalam penelitian ini, yaitu :

  1. Memberikan informasi efektivitas OLR untuk menyisihkan bahan organik 2. Memberikan alternatif pengolahan air limbah secara anaerobik.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Air Limbah

  Air limbah didefinisikan sebagai kombinasi cairan yang berasal dari tempat tinggal, institusi, bangunan industry, dan komersial yang terbawa oleh air tanah, air permukaan, dan air hujan (Metcalf & Eddy, 2003). Kontaminan yang terdapat dalam air limbah meliputi total padatan tersuspensi, komponen organik terlarut, padatan anorganik, nutrien, logam dan mikroorganisme patogen (Templeton & Butler, 2011). Menurut Peraturan Pemerintah nomor 82 tahun 2001 tentang kualitas air dan pengendalian pencemaran air, air limbah adalah sisa dari usaha dan atau kegiatan yang berwujud cair. Komposisi air limbah yaitu 99,9% air dan 0,1% padatan. Padatan dalam air limbah terdiri dari 70% organik, dan 30% anorganik (Templeton & Butler, 2011).

2.1.1 Karakteristik Air Limbah

  Karakteristik air limbah memberikan gambaran tentang materi yang menyusun suatu air limbah. Karakteristik air limbah dapat dibedakan dalam tiga jenis (Risdianto, 2007), yaitu:

  1. Karakteristik fisik Karakteristik fisik air limbah yang digunakan untuk menentukan kualitas air meliputi suhu, kekeruhan, warna, bau, konduktivitas, dan padatan (Risdianto,

  2007). Temperatur (suhu) menunjukkan derajat atau tingkat panas air limbah yang

  o

  ditunjukkan dalam berbagai skala, diantaranya celcius (

  C). Perbedaan air limbah

  9 baru dan lama secara fisik dapat dilihat berdasarkan tingkat kebauan serta warna limbah tersebut. Limbah yang baru biasanya berwarna abu-abu kecoklatan, sedangkan air limbah yang sudah membusuk akan berwarna kehitaman (Fitria, 2011). Padatan yang terdapat di dalam air limbah dapat diklasifikasikan menjadi floating , seattleable, dan suspended (Siregar, 2005).

  2. Karakteristik kimia Karakteristik kimia air limbah meliputi senyawa organik dan senyawa anorganik. Bahan organik dalam limbah mengandung sekitar 40%-60% protein,

  25% - 50% karbohidrat, dan 10% lainnya berupa lemak. Bahan anorganik yang berperan dalam pengontrolan air limbah antara pH, klor, alkalinitas, sulfur, dan logam berat (Risdianto, 2007). Bahan organik dan anorganik dalam jumlah berlebihan akan bersifat toksik dan menghalangi proses biologis. Gas-gas yang terdapat dalam air limbah biasanya terdiri atas oksigen, nitrogen, karbondioksida, hidrogen sulfida, amonia, dan metan (Siregar, 2005).

  3. Karakteristik biologis Karakteristik biologi pada air limbah untuk mengetahui potensi mikoorganisme pathogen pada air limbah sebelum dibuang ke badan air..

  Kebanyakan berupa sel tunggal yang bebas ataupun berkelompok dan mampu melakukan proses kehidupan (tumbuh, metabolisme, dan reproduksi). Keberadaan bakteri dalam pengolahan air limbah merupakan kunci efisiensi proses biologis (Siregar, 2005). Mikroorganisme dalam air limbah dan air permukaan diklasifikasikan menjadi tiga yaitu protista, binatang, dan tanaman (Risdianto, 2007).

  2.1.2 Bahan Organik dalam Air Limbah

  Penyusun utama bahan organik biasanya polisakarida (karbohidrat), polipeptida (protein), lemak (fats), dan asam nukleat (nucleid acid). Salah satu contoh komposisi dan persentase komponen penyusun limbah orgaik dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Komposisi Limbah Organik

  No. Jenis Bahan Organik Persentase (%)

  1. Lemak

  30

  2 Protein

  25

  3 Abu

  21

  4 Asam Amino, kanji (starch)

  8

  5 Lignin

  6

  6 Selulosa

  4

  7 Hemiselulosa

  3

  8 Alkohol

  3 Sumber: Effendi (2003)

  2.1.3 Air Limbah Sintetik

  Air limbah sintetik yang digunakan dalam penelitian ini memiliki karakter dan komposisi tertentu. Karakter dan komposisi air limbah sintetik dapat dilihat pada Tabel 2.2, sedangkan komposisi susu bubuk yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 2.3, dan komposisi nutrisi yang digunakan dapat dilihat pada Tabel

  2.4. Tabel 2.2 Karakter Air Limbah Sintetik

  No. Parameter Nilai Tipikal

  1. COD 3290 mg/L 2. pH

  7

  3. Suspended Solid 300 mg/L

  4. Nitrogen 50 mg/L

  5. Phospor 12 mg/L Sumber: Dawood dkk. (2011)

Tabel 2.3 Karakter Susu Bubuk

  No. Parameter Nilai Tipikal (mg)

  1. Protein 20,5

  2. Karbohidrat 52,7

  3. Gula

  23

  4. Lemak

  19 Sumber: Dawood dkk. (2011)

  Tabel 2.4

  Komposisi Nutrisi No. Kandungan Konsentrasi (g/L)

  1. NH Cl 2,8

  4

  2. KH PO 2,0

  2

  4

  3. MgSO .7H O 0,1

  4

  2

  4. CaCl 0,076

  2

  5. NaHCO 4,0

3 Sumber: Dawood dkk. (2011)

2.2 Pengolahan Air Limbah Secara Anaerobik

  Proses pengolahan air limbah secara anaerob secara umum digunakan untuk mengolah limbah padat, limbah pertanian, kotoran hewan, pengolahan lumpur, dan limbah penduduk. Pada prinsipnya, semua bahan organik dapat didegradasi pada proses anaerobik dan akan lebih efisien dan ekonomis apabila limbahnya bersifat biodegradable (mudah terurai). Pengolahan secara anerobik lebih banyak sesuai untuk negara yang memiliki iklim tropis hingga sub tropis (Chernicharo, 2007).

  Pengolahan air limbah anaerob adalah sebuah metode peruraian bahan organik atau anorganik tanpa kehadiran oksigen. Produk akhir dari degradasi anaerob adalah gas, paling banyak metana (CH ), dan karbondioksida (CO ).

  4

  2 Bakteri anaerob tidak memerlukan oksigen bebas dan dapat bekerja dengan baik

  pada suhu yang semakin tinggi hingga 40°C, serta pada pH sekitar 7. Bakteri anaerob juga akan bekerja dengan baik pada keadaan yang gelap dan tertutup (Pohan, 2008).

  Beberapa keuntungan yang diperoleh dengan menggunakan proses anaerob, misalnya seperti waktu detensi yang dibutuhkan dalam pengolahan sangat sedikit, teknologi yang sederhana, murah, dan mempunyai keuntungan dalam pengoperasian dan perawatan. (Chernicharo, 2007).

  Proses anaerobik secara umum terbagi menjadi 3 tahap yaitu proses hidrolisis, proses pembentukan asam (Acidogenesis/Acetogenesis), serta proses pembentukan gas metan (Methanogenesis) (Gerardi, 2003). Gambar 2.1 merupakan skema proses anaerobik. Setiap tahapan dari proses anaerobik dijelaskan sebagai berikut:

  1. Tahap Hidrolisis Hidrolisis merupakan proses pemecahan senyawa menggunakan air oleh bakteri hidrolitik atau fakultatif anaerob. Zat-zat organik seperti polisakarida lemak, dan protein akan dihidrolisa menjadi monosakarida, asam lemak, dan asam amino. Reaksi hidrolisis merupakan proses dimana pelarutan senyawa organik yang mulanya tidak larut dan proses penguraian senyawa tersebut menjadi senyawa dengan berat molekul yang cukup kecil untuk dapat melewati membran sel. Reaksi ini dikatalis oleh enzim yang dikeluarkan oleh bakteri anaerob (Gerardi, 2003). Enzim yang dikeluarkan adalah eksoenzim oleh bakteri fermentasi hidrolitik (Chernicharo, 2007).

  2. Tahap Pembentukan Asam Tahap pembentukan asam, yang meliputi tahap acidogenesis dan

  acetogenesis . Tahap acidogenesis, yaitu bahan organik yang telah terhidrolisis secara enzimatik pada tahap hidrolisis akan dikonversi menjadi asam volatil.

  Selain pembentukan asam volatil yang dapat dimanfaatkan oleh mikroba sebagai sumber energi, pada tahap ini juga dihasilkan karbon dioksida (CO ). Salah satu

  2

  jalur penting dalam pembentukan asam volatil ini adalah pembentukan H ,

  2 Akumulasi bahan organik yang terurai menjadi asam volatil dapat mengakibatkan

  penurunan pH (Padmono, 2007). Tahapan selanjutnya yaitu acetogenesis dimana asam lemak volatil yang telah terbentuk dikonversi oleh bakteri pembentuk asetat menjadi asam asetat. Pada tahap ini asam lemak volatil dan alkohol dikonversikan menjadi asam asetat (Padmono, 2007).

  3. Tahap Metanogenik Tahap ini merupakan tahap yang penting dalam proses dekomposisi bahan organik secara anaerobik. Hal ini dikarenakan waktu duplikasi bakteri pembentuk metan sangat lambat yaitu mencapai 3 hari, dibandingkan dengan bakteri pembentuk asam yang hanya membutuhkan 3 jam. Bakteri pembentuk metan menghasilkan komponen akhir yang sangat sederhana berupa gas metan (CH )

  4

  dan gas karbon dioksida (CO ) dari hasil reduksi asam asetat yang telah terbentuk

  2 pada tahap asetogenik (Padmono, 2007).

  Bahan organik kompleks (Karbohidrat, Protein,

  Lipid) Hidrolisis

  Monosakarida, Asam lemak, Asam amino Alkohol

  Acidogenesis

  Asam volatil (Propionate, butirat, asam laktat, dsb.)

  Acetogenesis

  H dan CO

  2

2 Asam asetat

  Methanogenesis CH dan CO

  4

  2 Gambar 2.1 Proses Anaerobik (Sumber : Chenicharo, 2007)

  Pengolahan air limbah anaerobik ada dua macam yaitu anaerobic fluidized

  bed reactor

  (reaktor anaerobik dengan media yang bergerak) dan anaerobic fixed

  bed reactor (reaktor anaerobik dengan media lekat diam). Anaerobic fixed bed reactor

  merupakan sebuah reaktor biologis tanpa suplai oksigen (anaerobik) yang menggunakan sistem pertumbuhan mikroba melekat (attached), dimana mikroba tumbuh dan berkembang dengan menempel pada suatu media (Padmono, 2003). Media yang digunakan dapat berupa bahan-bahan yang tidak dapat terdegradasi (inert), seperti plastik, keramik, tanah liat, batu apung, atau bahan alam lainnya.

  Reaktor tipe fixed bed ini dapat dioperasikan secara upflow (aliran ke atas) dan

  downflow (aliran ke bawah) atau tanpa resirkulasi efluen. Reaktor dengan sistem upflow , substrat umpan masuk melalui dasar reaktor yang kemudian terdistribusi

  diantara media dan keluar melalui bagian atas. Reaktor dengan sistem downflow, substrat umpan masuk melalui bagian atas reaktor yang kemudian terdistribusi di antara material penyangga tetap dan keluar melalui bagian bawah (Indriyati, 2005). Struktur reaktor upflow dan downflow dapat dilihat pada Gambar 2.2.

  Proses yang terjadi pada reaktor anaerobik tipe fixed bed adalah air limbah yang akan diolah dialirkan ke dalam reaktor melewati media. Pada reaktor ini dicapai waktu tinggal yang pendek dan beban organik yang tinggi, akibat pertumbuhan biofilm pada permukaan media (Indriyati, 2005). Kelebihan reaktor

  fixed bed,

  yaitu media dapat diganti setelah penyerapan maksimum, struktur reaktor yang digunakan tidak rumit, dan biaya operasi yang relatif ekonomis (Wang dkk., 2011). Karakter reaktor fixed bed yaitu dapat mengolah air limbah dengan bahan organik tinggi, mempunyai waktu detensi yang singkat, serta produksi lumpur yang sedikit (Kocadagistan dkk., 2005).

  B A

Gambar 2.2 Struktur reaktor fixed bed, A: aliran upflow; B aliran downflow

  (Sumber : Indriyati, 2005)

2.3 Sistem Pengolahan Air Limbah pada Reaktor Anaerobik

  2.3.1 Pengolahan Air Limbah dengan Sistem Batch

  Pengolahan anaerobik dengan sistem batch adalah salah satu pengolahan dengan biaya yang murah, pengoperasian yang mudah, perangkaian reaktor yang mudah, dan sering diterapkan di daerah pedesaan karena kesederhanaan operasi. Pengolahan dengan sistem batch banyak dikembangkan pada negara yang sedang berkembang (Karagianndis, 2012). Pada sistem batch, reaktor diisi dengan bahan baku (air limbah) selama sekali dengan penambahan inokulum atau tanpa penambahan inokulum (Nayono, 2009). Reaktor tersebut harus berada dalam keadaan tertutup dan diberikan waktu retensi dengan periode tertentu, bila telah melewati waktu retensi maka reaktor dibuka. Air limbah dalam reaktor dibuang dan diisi kembali dengan air limbah yang baru. Sistem batch merupakan sistem tanpa aliran, sehingga pengisian hanya dilakukan sekali sebelum operasi dengan periode tertentu (Nayono, 2009).

  2.3.2 Pengolahan Air Limbah dengan Sistem Kontinyu

  Pengolahan air limbah dengan sistem kontinyu dikembangkan pada tahun 1986 dengan syarat pengoperasian adalah tersedianya nutria (air limbah) dalam waktu harian atau berkelanjutan (Agathos & Reineke, 2003). Sistem kontinyu merupakan cara yang paling fleksibel untuk mengamati jumlah operasi yang diperlukan dalam proses kontrol untuk pengolahan air limbah. Sistem aliran kontinyu terbagi menjadi 2 jenis, yaitu aliran bersegmentasi dan tanpa segmen.

  Aliran bersegmentasi bercirikan dengan gelembung udara yang diberikan pada aliran air limbah, sedangkan aliran tanpa segmentasi adalah aliran dimana air limbah disuntikkan secara berkelanjutan tanpa bersegmentasi oleh gelembung udara (Korenaga, dkk., 1994).

2.4 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Stabilitas Reaktor

  Pada proses pengolahan anaerob banyak faktor yang mempengaruhi stabilitas reaktor, yaitu:

2.4.1 Organic Loading Rate (OLR)

  OLR adalah besaran yang menyatakan jumlah material organik dalam air buangan atau limbah yang diuraikan oleh mikroorganisme dalam reaktor per unit volume per hari (Indriyati, 2005). Besarnya nilai OLR atau laju beban organik yang terdapat didalam reaktor didasarkan pada nilai waktu tinggal hidraulik atau (Padmono, 2003) dan kondisi influent beban organik yang masuk (Chernicharo, 2007). Laju organik yang berbeda memberikan dampak yang berbeda terhadap laju reaksi (Indriyati, 2005). Nilai OLR dapat dihitung dengan persamaan 2.1 (Cernicharo, 2007).

  =

  (2.1)

  Keterangan :

  

3

Lv = organic loading rate (kg/m .hari atau g/L.hari)

  3 Q = debit influen rata-rata (m /hari atau L/hari)

  3 So = influen COD (kg/m atau g/L)

  3 V = total volume (m atau L)

  2.4.2 Derajat keasaman (pH)

  Derajat keasaman (pH) menunjukan sifat asam atau basa pada suatu bahan. Derajat keasaman merupakan suatu ekspresi konsentrasi ion hidrogen.

  Konsentrasi ion hidrogen merupakan parameter penting pada air dan air limbah. Rentang pH yang cocok dengan kehidupan biologi adalah 6-9 (Metcalf & Eddy, 2003). Nilai pH berpengaruh terhadap proses anaerob. Harga pH yang rendah diakibatkan oleh proses dari tahap kedua, yakni terbentuknya asam lemak volatil.

  Pada kondisi yang sangat asam, bakteri acetogenic (bakteri pembentuk asam asetat) mungkin masih bisa bertahan hidup, tetapi bakteri metanogenik (bakteri pembentuk gas metan) sama sekali tidak bisa bertahan hidup (Padmono, 2007).

  2.4.3 Alkalinitas