Hal. Lampiran A.
1. Penentuan T, pH; dan vR. 2. Penentuan Volume Bioreaktor
227 227 229 Lampiran B.
1. Pembuatan Larutan Buffer 2. Analisis COD
3. Analisis BOD5 4. Analisis VFA
5. Pengukuran densitas dan viskositas lindi
233 233 234 237 239 240 Lampiran C. Contoh Perhitungan
1. Perhitungan densitas dan viskositas
2. Perhitungan Koefisien Perpindahan Massa Fase Cair, kL
3. Perhitungan Koefisien Difusi Fase Cair Zat Terlarut Dan Pelarut, DL
4. Perhitungan viskositas kinematik lindi dan bilangan Reynolds,
NRe tanpa resirkulasi
5. Perhitungan bilangan Reynolds, NRe
6. Perhitungan bilangan Schmidt, NSc 7. Perhitungan bilangan Sherwood, NSh
8. Analisis Bilangan Tak-Berdimensi (Dimensionless Number
Analysis) 243 243 244 248 252 254 258 260 263 Lampiran D. Dokumentasi Penelitian 267 Lampiran E. Hasil Penelitian
1. Karakteristik Lindi TPA Bukit Pinang dan TPA Sambutan, Samarinda
2. Penentuan pH dan Waktu Seeding dan Aklimatisasi Optimum 3. Seeding
4. Aklimatisasi
5. Hasil Penelitian Pengolahan Anaerobik
272 272 274 277 281 285 Lampiran F. Analisis Data Statistika 299
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Masalah essensial pada skala keteknikan dalam pengembangan bioreaktor adalah hidrodinamika, fenomena perpindahan massa antar fase, kinetika, dan penurunan panas. Hal ini merupakan hasil evaluasi pengaruh temperatur, pencampuran, konsentrasi substrat yang tinggi dan stabilitas mikroorganisme dalam bioreaktor (Leib et al., 2001). Walaupun bukan merupakan faktor utama pada bioproses, perpindahan massa adalah krusial dalam bioreaktor anaerobik (Leib et al., 2001; Doble, 2006; Benz, 2011). Banyak faktor yang mempengaruhi perpindahan massa pada bioproses, seperti: temperatur, tekanan, konsentrasi, difusivitas, viskositas, densitas, pH, laju alir fluida, geometri bioreaktor, tegangan permukaan (Monit, 2009).
Perpindahan massa (fase tunggal ataupun multi fase) merupakan suatu fenomena penting dalam teknik dan rekayasa bioproses (Zaiat et al., 2000; Mirwan, 2013; Abdelgadir et al., 2014). Perpindahan massa sangat berperan pada perilaku difusi dan kinetika bioproses. Fenomena perpindahan merupakan proses yang sangat rumit. Perpindahan massa dalam bidang teknik dan rekayasa bioproses, tidak dapat diselesaikan secara lengkap dengan metode teoritis atau metode matematik (Treybal, 1984; McCabe et al., 1990; Williams, 2002; Dunn et
al., 2003; Yu et al., 2013; Abdelgadir et al., 2014). Persamaan-persamaan
fundamental untuk proses perpindahan di dalam bioreaktor jarang sekali diperoleh. Untuk itu metode empirik, analisis dimensional dan analogi semiteoritis dijadikan patokan untuk mendapatkan persamaan yang dapat digunakan (McCabe
et al., 1990; Welty et al., 2007; Russell et al., 2008; Yu et al., 2013).
Lindi TPA sampah kota merupakan limbah cair yang mengandung bahan-bahan organik dan anorganik heterogen. Pengolahan lindi lebih kompleks dibandingkan dengan pengolahan limbah cair yang homogen. Pada limbah cair yang homogen, reaksi biologis terjadi dalam fase tunggal, maka pada lindi reaksi terjadi pada dua atau tiga fase. Proses pengolahan lindi secara anaerobik dapat
dilihat dari kandungan substrat organik yang terbiodegradasi dari satu fase ke fase lain atau dalam fase tunggal.
Perpindahan massa terjadi karena gerakan perpindahan molekul-molekul bahan organik yang disebabkan perbedaan konsentrsi. Perbedaan konsentrasi ini merupakan gaya dorong (driving force) dari proses perpindahan massa. Adanya perubahan konsentrasi terjadi akibat reaksi-reaksi biokimia dan metabolisme sel selama berlangsungnya bioproses. Bersamaan dengan hal ini terjadi pertumbuhan mikroorganisme, juga menyebabkan perubahan densitas, viskositas dan sifat fisik lindi dalam bioreaktor. Untuk itu perubahan densitas dan viskositas lindi merupakan suatu hal yang penting diperhatikan selama berlangsungnya bioproses dalam bioreaktor.
Sifat dan karakteristik lindi bergantung langsung pada sifat dan keadaan alami bahan-bahan yang membentuknya. Komponen-komponen bahan (organik dan anorganik) yang terlarut akan mempengaruhi sifat dan karakteristik lindi yang terbentuk. Makin banyak substrat (organik dan anorganik) terlarut, maka makin kompleks pula sifat dan karakteristik lindi tersebut. Oleh karena itu, penting juga mengetahui pengaruh massa substrat yang terlarut karena akan mempengaruhi sifat-sifat fisik, kimia dan biologis lindi. Yang pada akhirnya, sifat dan karakteristik lindi akan mempengaruhi proses pengolahan, kualitas hasil olahan dan kinerja bioreaktor yang digunakan.
Penelitian perpindahan massa pengolahan limbah cair telah banyak dilakukan, tetapi sebagian besar menggunakan synthetic wastewater dan pada skala laboratorium (Zaiat et al., 2000; Cho and Young, 2001; Ramos et al., 2003; Chou and Huang, 2005; Cubas et al., 2007). Sedangkan penelitian ini menggunakan lindi TPA sampah kota dan skala pilot. Parameter yang dianalisis adalah parameter kimia dan biologis saja, seperti; pH, COD, BOD, amoniak, nitrat, nitrit dan mikroorganisme yang terlibat dan berperan didalamnya. Dan tidak ada studi yang menganalisis parameter fisik seperti; densitas dan viskositas dari limbah cair yang diolah. Sementara dalam banyak persoalan, data densitas dan viskositas merupakan informasi penting, seperti perpindahan massa.
Mekanisme bioproses dan kinerja bioreaktor anaerobik dalam pengolahan lindi ditentukan oleh reaksi biokimiawi dan fenomena perpindahan massa yang
terjadi. Analisis kedua hal tersebut dilakukan secara terpadu dalam suatu sistem bioreaktor. Sebagian besar perpindahan massa dalam bioproses yang terjadi pada fase cair relatif lamban. Pemahaman tentang fenomena perpindahan massa adalah essensial untuk memberikan alternatif pemecahan pada pengolahan lindi yang mengandung bahan organik heterogen.
1.2. Perumusan Masalah
Adapun yang menjadi rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Apakah temperatur, pH dan laju alir resirkulasi berpengaruh terhadap densitas, viskositas, BOD, COD, dan VFA pada pengolahan lindi TPA sampah kota dalam bioreaktor anaerobik.
2. Bagaimana perpindahan massa yang terjadi pada pengolahan lindi TPA sampah kota dalam bioreaktor anaerobik.
3. Bagaimana korelasi empirik antara koefisien perpindahan massa terhadap variabel-variabel peubah yang berpengaruh pada pengolahan lindi TPA sampah kota dalam bioreaktor anaerobik.
1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian 1.3.1. Tujuan Penelitian
Adapun yang menjadi tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Menentukan berapa besar pengaruh temperatur, pH dan laju alir resirkulasi terhadap BOD, COD, VFA, densitas dan viskositas pada pengolahan lindi TPA sampah kota dalam bioreaktor anaerobik.
2. Menentukan koefisien perpindahan massa pada pengolahan lindi TPA sampah kota dalam bioreaktor anaerobik.
3. Menentukan korelasi empirik koefisien perpindahan massa terhadap variabel-variabel peubah yang berpengaruh pada pengolahan lindi TPA sampah kota dalam bioreaktor anaerobik.
1.3.2. Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini merupakan data empirik yang sangat penting dan diperlukan pada pra-rancangan dan perencanaan alat proses, analisis awal untuk peningkatan produksi dan faktor-faktor yang mempengaruhi dalam skala keteknikan (technical scale). Dimana data koefisien perpindahan massa sangat dibutuhkan dalam pekerjaan-pekerjaan pemisahan, seperti distilasi, absorpsi dan ekstraksi. Sedangkan data densitas dan viskositas juga merupakan informasi yang penting pada pekerjaan seperti laju alir fluida, perpipaan dan lain-lain.
Manfaat dari penelitian ini juga adalah biogas yang dihasilkan dari pengolahan air lindi dapat dimanfaatkan oleh masyarakat sekitar TPA Sambutan sebagai energi alternatif.
1.4. Ruang Lingkup Penelitian
Dengan alasan luas cakupan dan kompleks penelitian ini maka diperlukan batasan-batasan sebagai berikut:
1. Penelitian ini merupakan skala pilot dengan sistem batch, dimana bioreaktor anaerobik yang digunakan memiliki volume ± 160 L.
2. Pengaruh temperatur yang diamati dalam penelitian ini adalah temperatur
ambient, mesophilic pada temperatur 35°C sedangkan thermophilic pada
temperatur 45°C.
3. Analisis koefisien perpindahan massa fase cair, kL menggunakan data konsentrasi substrat yang diekspresikan sebagai COD.
4. Resirkulasi air lindi hanya dilakukan selama ± 6-8 jam dalam sehari. 5. Pengaruh berkurangnya volume lindi dalam bioreaktor diabaikan karena
sampling yang dilakukan setiap dua hari sekali.
6. Lindi TPA Sampah kota yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari TPA Sambutan, yang baru beroperasi pada Mei 2015 dengan kisaran konsentrasi COD ± 2000 mg/L.
7. Setiap kali running bioreaktor anaerobik menggunakan lindi baru yang diambil dari TPA, sehingga konsentrasi awal parameter tidak sama.