BAB III: METODE PENELITIAN
3.4 Cara Analisis
3.4.1 Cara kerja
Penelitian ini terdiri dari beberapa tahapan. Tahapan tersebut dilakukan secara berurutan sesuai dengan bagan penelitian Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Bagan alir tahapan penelitian Persiapan Media
Arang aktif tempurung
kelapa dengan ukuran mesh 20
disiapkan sebanyak 100 g dan diaktivasi dengan KOH pada suhu
100 oC selama 4 jam
Persiapan Air Limbah
Seeding dan pembuatan air
limbah sintetik yang memiliki
konsentrasi COD 4.000 mg/l dengan
rincian yaitu NH4Cl, KH2PO4,
MgSO4.7H2O, CaCl2, NaHCO3, susu
bubuk, dan sludge.
Reaktor anaerob yang digunakan sebanyak 2 buah dengan volume 1L. Reaktor 1 diisi dengan air limbah sintetik dan media dengan OLR 0 g/L.hari, sedangkan
reaktor 2 diisi dengan air limbah sintetik dan media dengan pengaturan OLR
Running menggunakan dua reaktor yaitu sistem batch atau OLR 0 g/l.hari untuk reaktor 1 sebagai kontrol dan sistem kontinyu untuk masing-masing variasi OLR untuk reaktor 2. Variasi OLR yang dilakukan yaitu OLR 4, 8, dan 16 g/L.hari dan running dilakukan selama 15 hari untuk setiap OLR.
Parameter yang dipantau selama 15 hari adalah parameter utama konsentrasi
TCOD, dan SCOD, serta parameter pendukung VFA, produksi biogas, pH, dan suhu
pada hari ke-0, 3, 6, 9, 12, dan 15
Kemampuan penyisihan TCOD dan SCOD serta fluktuasi VFA, pH, suhu,
dan produksi biogas, dianalisis secara deskriptif menggunakan grafik
Efektivitas OLR yang digunakan untuk pengolahan air limbah dianalisis
1. Seeding
Seeding atau pembenihan merupakan tahapan awal sebelum penelitian. Tujuan dari proses ini adalah untuk mendapatkan suatu populasi mikroorganisme yang mencukupi untuk memulai penelitian dan mampu mengoksidasi zat-zat
organik yang terkandung di dalam air limbah. Proses seeding pada penelitian ini
dilakukan dengan mengambil sludge rumah potong hewan (RPH) sebagai
inokulum. Inokulum berfungsi sebagai sumber mikroorganisme dalam melakukan
penyisihan TCOD dan SCOD dalam air limbah sintetis.
Analisis awal sludge untuk mengetahui kandungan VSS sebelum proses
seeding dilakukan untuk mengetahui biomassa mikoorganisme. Seeding dilakukan
pada reaktor anaerob 1 L dengan volume sludge yang akan dilakukan proses
seeding sebanyak 1 L. Selanjutnya dilakukan pengamatan nilai VSS setiap hari, hingga nilai VSS mencapai konsentrasi lebih besar dari 3.000 mg/L. Hal tersebut
dikarenakan proses seeding dianggap telah selesai jika konsentrasi VSS lebih
besar dari 3.000 mg/L (Titiresmi, 2007).
Parameter VSS yang dipantau pada tahap seeding dianalisis menggunakan
metode gravimetri (Alaerts & Santika, 1987). Adapun langkah untuk analisis VSS adalah sebagai berikut:
a. Kertas saring dipanaskan pada suhu 1050C selama 1 jam, kemudian
didinginkan pada desikator selama 15 menit.
b. Kertas saring kemudian ditimbang dan dicatat sebagai berat awal (a gram) c. Kertas saring kemudian dirangkaikan dengan alat analisis yang terdiri dari
d. Sampel sludge RPH sebanyak 50 mL dituang ke dalam corong penghisap yang telah berisi kertas saring secara bertahap.
e. Kertas saring yang telah mengandung filtrat dan cawan porselen kemudian
dipanaskan menggunakan oven pada suhu 1050C selama 1 jam.
f. Kertas saring beserta filtrat dan cawan porselen didinginkan pada desikator selama 15 menit. Kertas saring beserta filtrat kemudian ditimbang sebagai berat akhir (b gram). Cawan porselen kemudian ditimbang sebagai berat awal cawan porselen (c gram).
g. Kertas saring beserta filtrat kemudian dimasukkan dalam cawan porselen dan
dipanaskan menggunakan furnace pada suhu 5500C selama 1 jam.
h. Cawan porselen yang berisi kertas saring kemudian dipanaskan pada suhu
1050C menggunakan oven selama 15 menit, kemudian didinginkan
menggunakan desikator selama 15 menit.
i. Cawan porselen yang berisi kertas saring kemudian di timbang sabagai berat akhir (d gram). Besarnya nilai VSS dihitung menggunakan Persamaan 3.1.
VSS (mg/L) = TSS (mg/L) – FSS (mg/L) (3.1)
Keterangan:
TSS = besarnya nilai Total Suspended Solid (TSS) dari sampel yang
sama
FSS = besarnya nilai Fixed Suspended Solid (TSS) dari sampel yang
sama
dimana nilai TSS dihitung menggunakan Persamaan 3.2 dan FSS menggunakan Persamaan 3.3.
Keterangan:
a : berat awal kertas saring setelah pemanasan 1050C (gram)
b : berat kertas saring beserta filtrat setelah pemanasan 1050C (gram)
FSS (mg/L) = = (3.3)
Keterangan:
c : berat awal cawan porselen sebelum pemanasan 5500C (gram)
d : berat akhir cawan porselen setelah pemanasan 5500C (gram)
2. Persiapan Media
Media yang digunakan sebagai adsorben adalah arang aktif tempurung kelapa. Arang aktif tempurung kelapa diaktivasi menggunakan KOH 10%. Pembuatan KOH 10% adalah perkalian persentase KOH dipasaran dengan KOH yang dibutuhkan. Jumlah KOH yang dibutuhkan untuk membuat KOH 10% adalah 0,085 g tiap 100 mL. Tahapan proses aktivasi secara berurutan sebagai
berikut (Boopathy, dkk., 2013):
Sebanyak 50 g arang aktif tempurung kelapa dicampur dengan 250 mL
larutan aktivator dan dipanaskan pada suhu 850C selama 4 jam. Setelah proses
pemanasan selesai, arang aktif dan larutan aktivator dipisahkan, kemudian arang aktif tempurung kelapa dipanaskan menggunakan oven selama 3 jam pada suhu
2000C. Arang aktif tempurung kelapa hasil aktivasi ini memiliki pH basa. Setelah
proses pemanasan menggunakan oven, arang aktif tempurung kelapa dicuci dengan air panas hingga pHnya netral atau mendekati angka 7. Setelah netral, arang aktif tempurung kelapa dikeringkan menggunakan oven dengan suhu
1050C. Arang aktif tempurung kelapa teraktivasi segera disimpan dan diusahakan tidak kontak dengan udara luar.
3. Persiapan Air Limbah
Air limbah yang digunakan adalah air limbah sintetis yang memiliki konsentrasi COD 4.000 mg/L. Untuk membuat air limbah sintetis per 1 L dibutuhkan bahan dengan rincian sebagai berikut (Purnobasuki dkk., 2014) :
Komposisi air limbah adalah 14,4 g KNO3, 30 g Na2S2O3, 100 g NaHCO3,
2 g NH4Cl, 2 g MgSO4, 2 g bubuk susu instan dan 5 mL sludge RPH. Komposisi
bubuk susu instan yang digunakan dalam 100 g adalah 10,5 g protein, 26 g lemak, 58 g karbohidrat, 3,2 g asam linoleat, 390 mg asam linolenat, 50 mg DHA, dan 50 mg ARA. Tahapan proses pembuatan air limbah dimulai dengan melarutkan 14,4
g KNO3, 30 g Na2S2O3, 100 g NaHCO3, 2 g NH4Cl, dan 2 g MgSO4 dalam 100
mL akuades dengan labu ukur 100 mL sebagai nutrisi. Susu bubuk sebanyak 2 g dilarutkan dalam 100 mL akuades dengan labu ukur 500 mL. Larutan 100 mL nutrisi dimasukkan ke dalam labu ukur 500 mL berisi larutan susu bubuk kemudian diaduk hingga tercampur merata. Nutrisi dan larutan susu tersebut
dicampurkan dengan 5 mL sludge RPH kemudian ditambahkan hingga volume
500 mL dan dicampur hingga merata.
4. Persiapan dan running reaktor
Pada penelitian ini menggunakan reaktor anaerobik yaitu laboratory bottle
ukuran 1 L dan tertutup. Penelitian ini menggunakan dua reaktor yaitu reaktor 1 dijalankan dengan OLR 0 g/L.hari dan reaktor 2 dijalankan secara kontinyu
yaitu bak ekualisasi inlet dan bak outlet. Bak ekualisasi inlet air limbah memiliki kapasitas 16 L yang akan dialirkan kedalam reaktor 2 sesuai dengan OLR. Reaktor 2 dilengkapi dengan katup dan pompa yang berfungsi untuk mengatur aliran dan outlet untuk mengambil sampel Contoh bentuk reaktor 1 dapat dilihat pada Gambar 3.2 dan reaktor 2 dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Pengaturan OLR dilakukan dengan mengatur debit yang masuk pada reaktor 2. OLR 4 g/L.hari, 8 g/L.hari, dan 16 g/L.hari menggunakan debit 1 L/hari, 2 L/hari, dan 4 L/hari. OLR diperoleh dengan persamaan 3.4.
Lv =
(3.4)Keterangan :
Lv = organic loading rate ( g/L.hari )
Q = debit influen rata-rata ( L/hari )
So = influen COD ( g/L)
V = total volume ( L )
Penentuan aliran atau debit didapat dari perbandingan volume dengan HRT. Nilai debit tersebut diaplikasikan dalam pengoperasian reaktor dengan cara menampung air limbah di gelas ukur dan dicatat waktu yang dibutuhkan untuk memenuhi volume tersebut. Debit diperoleh dengan persamaan 3.5.
Q = (3.5)
Keterangan : Q : Debit (L/hari) V : Volume ( L ) t : Waktu ( hari )
Waktu operasional untuk masing-masing OLR adalah 15 hari dan replikasi sebanyak 3 kali. Pengambilan sampel dilakukan pada hari ke 0, 3, 6, 9, 12, dan 15.
Gambar 3.3 Desain reaktor 2 dengan variasi OLR
5. Analisis parameter yang dipantau selama penelitian
Parameter yang dipantau pada penelitian ini adalah TCOD, sCOD, VFA,
produksi biogas, pH, dan suhu
A. Analisis Total Chemical Oxygen Demand (TCOD) dan Soluble Chemical
Oxygen Demand (SCOD)
Pembuatan reagen analisis TCOD dan SCOD meliputi larutan baku kalium
dikromat 0,25 N, larutan asam sulfat-perak sulfat, larutan indicator ferroin, dan larutan ferro ammonium sulfat (FAS) 0,1 N dengan cara berikut (Alaerts & Santika, 1987) :
1. Larutan baku kalium dikromat 0,25 N
K2Cr2O7 sebanyak 12,259 g (yang telah dikeringkan pada 150oC selama 2
jam) dilarutkan dengan akuades dan tepatkan sampai 1.000 mL.
2. Larutan Asam sulfat-perak sulfat
Ag2SO4 sebanyak 10 g dilarutkan dalam 1.000 mL asam sulfat pekat.
3. Larutan indikator ferroin
1,10 phenanthrolin monohidrat sebanyak 1,485 g dan FeSO4.7H2O
sebanyak 0,695 g dicampurkan dalam akuades dan diencerkan sampai 100 mL.
4. Larutan fero ammonium sulfat (FAS) 0,1 N
FeSO4.7H2O, Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O sebanyak 39 g dilarutkan di dalam 1
L labu takar berisi 500 mL akuades. Ditambahkan 20 mL H2SO4 pekat. Larutan
tersebut didinginkan dengan merendam labu takar di dalam air yang mengalir. Akuades ditambahkan sampai mencapai 1 L. Larutan FAS harus distandarkan
dengan K2Cr2O7. Larutan FAS ini tidak stabil karena sebagai zat pereduksi akan
dioksidasi sedikit demi sedikit oleh oksigen terlarut di udara. Standardisasi perlu dilakukan setiap hari sebelum dan sesudah tes COD.
Standarisasi larutan FAS dengan menggunakan beaker tinggi 20 mL untuk
mengencerkan 10 mL larutan standar K2Cr2O7 dengan akuades sampai 100 mL.
Ditambahkan 30 mL H2SO4 pekat. Dinginkan, kemudian dititrasikan dengan fero
ammonium sulfat dengan menggunakan 2-3 tetes indikator feroin. Warna larutan berubah dari hijau ke biru-biruan menjadi oranye kemerah-merahan. Normalitas FAS ditentukan dengan persamaan 3.6 (Alerts & Santika, 1987).
Normalitas FAS = !"#$ % " & !"#$
'() * %+ &+ % , % (3.6)
Analisis COD dilakukan analisis TCOD menggunakan metode bikarbonat
yaitu air limbah 0,5 mL dimasukkan ke dalam COD tube ditambahkan 0,4 g
HgSO4, 2 mL K2Cr2O7 dan 2 mL Ag2SO4 kemudian dikocok hingga merata. COD
larutan dimasukan dalam Erlenmeyer 250 mL dan ditambahkan indikator feroin 2-3 tetes lalu di homogenkan. Larutan pada erlenmeyer tersebut dititrasi dengan larutan standar fero ammonium sulfat (FAS) 0,10 N hingga berwarna merah kecoklatan. Nilai COD diperoleh dengan perhitungan menggunakan persamaan 3.7.
COD (mg/L) = - . (3.7)
Keterangan:
a : volume titran yang digunakan untuk titrasi blanko (mL) b : volume titran yang digunakan untuk titrasi sampel (mL) N : normalitas FAS
V : volume sampel (mL)
Selain TCOD, sampel dianalisis SCOD langkah kerja yang dilakukan sama
dengan analisis TCOD tetapi air limbah disaring terlebih dahulu. Air hasil
penyaringan dilakukan analisis SCOD.
B. Analisis Volatile Fatty Acid (VFA)
Pembuatan reagen yang dibutuhkan untuk analisis VFA meliputi larutan NaOH 0,1 N dan larutan Asam Sulfat adalah (Stepnowski dkk., 2008) :
1. Pembuatan larutan NaOH 0,1 N
NaOH 4 g dilarutkan dengan akuades dalam labu ukur 1.000 mL dan tepatkan sampai tanda batas.
2. Larutan Standard Asam Asetat/Acetic Acid (H2SO4 1 : 1)
Larutan Standard Asam Asetat/Acetic Acid 5.000 ppm adalah dengan
larutkan 1,9 mL Acetic Acid Glacial (s.g. 1,043) dengan 1 L akudes.
Analisis VFA dilakukan dengan cara memasukkan 50 mL sampel ke dalam labu ukur 500 mL dengan penambahan 150 mL akuades dan 5 mL asam
sulfat. Labu ukur dirangkaikan dalam alat destilasi untuk diuapkan. Hasil destilasi (destilat) pertama sebanyak 10-15 mL dibuang, kemudian dilakukan proses destilasi untuk memperoleh 150 mL destilat dalam Erlenmeyer. Destilat dalam Erlenmeyer dikocok agar homogen. Destilat dalam Erlenmeyer diberi 3 tetes indicator PP, kemudian dititrasi menggunakan NaOH 0,1 N. Pada proses titrasi akan terjadi perubahan warna dari yang tidak berwarna menjadi merah muda. Hasil volume NaOH yang digunakan titrasi kemudian dicatat dan dilakukan perhitungan dengan persamaan 3.8.
Kadar VFA = - #/ - " & - #/ 0 . (mg/L) (3.8)
C. Pengukuran pH
Pengukuran pH dilakukan untuk mengetahui fluktuasi nilai pH pada air limbah sintetis. Pengukuran pH menggunakan metode elektrometri (APHA, 1999). Berikut merupakan langkah-langkah dalam melakukan pengukuran pH.
a. Sebelum digunakan pH meter dikalibrasi terlebih dahulu ke dalam pH 4,
pH 7, dan pH 10.
b. Elektroda dikeringkan dengan kertas tisu dan dibilas dengan akuades.
c. Elektroda dibilas dengan sampel air limbah.
d. Elektroda dicelupkan ke dalam sampel air limbah hingga pH meter
menunjukkan pembacaan yang tetap.
D. Pengukuran suhu
Pengukuran suhu dilakukan untuk mengetahui fluktuasi suhu pada dari air limbah sintetis. Pengukuran suhu menggunakan termometer air raksa (APHA, 1999). Berikut merupakan langkah-langkah dalam melakukan pengukuran suhu:
a. Termometer dicelupkan ke dalam sampel air limbah dan dibiarkan 2 menit
sampai dengan 5 menit sampai termometer menunjukkan nilai yang stabil.
b. Pembacaan skala termometer dicatat tanpa mengangkat terlebih dahulu
termometer dari sampel air limbah.
E. Pengukuran produksi biogas
Pengukuran biogas dilakukan dengan mengalirkan selang biogas pada reaktor menuju manometer yang berisi air destilasi. Air destilasi pada manometer akan terdesak ketika terdapat biogas yang masuk ke dalam manometer. Permukaan air destilasi berhimpit dengan skala yang ada pada manometer. Perubahan permukaan air destilasi yang ditunjukkan pada skala dipantau dan dicatat untuk mengetahui banyaknya produksi biogas selama penelitian.