Persiapan alat dan Bahan - Flowchart Penelitian

BAB III METODE PENELITIAN

4. Analisa Produksi Biogas

3.5 Flowchart Penelitian

3.5.1 Persiapan alat dan Bahan

Alur proses persiapan Alat dan Bahan dapat digambarkan flowchart pada Gambar 3.1.

Gambar 3.2 Flowchart Persiapan Bahan Baku

3.5.2 Running Bioreaktor Anaerob Satu Tahap

Alur proses running pada bioreaktor anaerob satu tahap dapat digambarkan flowchart pada Gambar 3.2.

Gambar 3.3 Flowchart Running Bioreaktor Anaerob Satu Tahap Mulai

Disediakan 5,6 liter limbah cair tahu dan kotoran sapi 1,4 liter.

Dihomogenkan, dan dilakukan pengukuran pH.

Selesai

Dimasukkan campuran limbah cair dengan kotoran sapi ke dalam bioreaktor anaerob, ditambahkan NaOH agar pH naik dan dijaga tetap netral (pH 7), dialirkan gas nitrogen selama

10 menit, kemudian bioreaktor ditutup rapat.

Setiap hari pH dikontrol, dan setiap 3 hari dianalisa laju volumetrik biogas dan diambil 50 ml sampel untuk pengukuran COD, VSS, VFA. Kemudian diakhir pengolahan dilakukan uji kromatografi untuk mengetahui komposisi gas.

Mulai

Pengambilan limbah cair tahu dan kotoran sapi

Perakitan reaktor

Selesai

3.5.3 Running Bioreaktor Anaerob Dua Tahap

Alur proses running pada bioreaktor anaerob dua tahap dapat digambarkan flowchart pada Gambar 3.3.

Gambar 3.4 Flowchart Running Bioreaktor Anaerob Dua Tahap Mulai

Disediakan 5,6 liter limbah cair tahu dan kotoran sapi 1,4 liter. Dihomogenkan, dan dilakukan pengukuran pH.

Selesai

Dimasukkan campuran limbah cair dengan kotoran sapi ke dalam bioreaktor anaerob, pada tahap satu dikontrol pH agar tetap dalam suasana asam (pH 5,5), dialirkan gas nitrogen selama 10 menit, kemudian bioreaktor ditutup

rapat.

Setelah 2 hari dari tahap pertama, ditambahkan NaOH agar pH naik dan dijaga tetap netral (pH 7) pada tahap kedua

Setiap hari pH dikontrol. Setiap 12 jam (tahap pertama) dan setiap 3 hari hingga hari ke 40 dianalisa laju volumetrik biogas dan diambil 50 ml sampel untuk pengukuran COD, VSS, VFA. Kemudian diakhir pengolahan dilakukan uji kromatografi untuk mengetahui komposisi gas.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Karakteristik Bahan Baku

4.1.1. Karakteristik Limbah Cair Tahu

Pada penelitian ini, limbah cair tahu diambil dari outlet pabrik tahu yang berada di kecamatan Medan Polonia. Untuk mengetahui karakteristik limbah cair tahu yang akan diolah maka dilakukan analisis awal limbah cair industri tahu. Karakteristik limbah cair industri tahu dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Karakteristik Limbah Cair Tahu

No. Parameter Satuan Hasil Analisa

1. COD mg/l 2489

2. TSS mg/l 760

3. pH - 3,9

(Sumber: Hasil Analisa, 2017)

Berdasarkan Tabel 4.1 dapat dilihat bahwa limbah cair tahu memiliki konsentrasi COD yaitu 2489 mg/l, konsentrasi TSS yaitu 760 mg/l, dan nilai pH yaitu 3,9. Hal ini sejalan dengan teori bahwa limbah cair tahu memiliki konsentrasi COD berkisar 1500-14000 mg/l (Herlambang, 2002), konsentrasi TSS berkisar 640-800 mg/l, konsentrasi BOD berkisar 900-5800 mg/l, dan nilai pH berkisar 3,4-3,9 (Departemen pertanian, 2006).

Kandungan senyawa organik COD dan BOD yang cukup tinggi pada limbah cair tahu menunjukkan bahwa limbah dominan mengandung senyawa organik yang bersifat kompleks (Indarto, 2010). Angka COD biasanya lebih besar 2-3 kali angka BOD (Razif dan Ali, 1996). Menurut Eckenfelder (1989), jika nilai BOD kurang dari sepertiga dari nilai COD, maka limbah tersebut banyak mengandung zat anorganik.

Dari hasil analisa karakteristik awal dapat diketahui limbah cair tahu memiliki nilai COD lebih dari 1000 mg/l, maka limbah tersebut dapat diolah dengan proses anaerob.

Hal ini sejalan dengan pendapat Asmadi dan Suharno (2012) bahwa konsentrasi COD minimum untuk mencapai keberhasilan pengolahan anaerob adalah 1000 mg/l, sementara batas maksimum untuk pengolahan anaerob adalah 30000 mg/l (Eckenfelder, 1995). Melalui proses anaerob senyawa-senyawa organik kompleks akan terurai menjadi senyawa organik sederhana serta menghasilkan produk samping berupa biogas.

Adanya proses pemecahan atau penguraian senyawa organik menjadi senyawa yang lebih sederhana secara tidak langsung juga dapat menurunkan nilai COD (Avlenda, 2009).

4.1.2. Karakteristik Kotoran Sapi sebagai Inokulum

Pengolahan anaerob melibatkan aktivitas mikroorganisme campuran baik yang bersifat fakultatif anaerobik maupun anaerobik obligat untuk merombak bahan organik menjadi produk akhir dalam bentuk gas seperti karbondioksida dan metan (Benefield dan Rendal 1980; Stafford et al, 1980). Proses anaerob berlangsung lambat, maka diperlukan inokulum untuk mempercepat proses perombakan bahan organik, biasanya digunakan lumpur aktif organik, kotoran hewan atau cairan isi rumen (Ginting, 2007). Pada penelitian ini inokulum yang digunakan adalah kotoran sapi. Menurut Sufyandi (2001), kotoran sapi cocok dijadikan sebagai inokulum dalam proses fermentasi, karena kotoran sapi telah mengandung bakteri penghasil gas metan.

Kotoran sapi diencerkan dengan air (1:1) dan disaring untuk menghilangkan partikel-partikel kasar. Cairan yang lolos saringan diaklimatisasi dengan limbah cair tahu dengan perbandingan 1:4 dalam kondisi anaerob secara batch. Aklimatisasi dilakukan guna untuk mempersiapkan mikroba pada lingkungan kerja yang baru agar dapat hidup dan bekerja menghasilkan produk sesuai yang diinginkan (Munawaroh, dkk., 2013).

Aklimatisasi dilakukan dalam dua suasana pH (Indri, 2017), yaitu suasana asam (pH 5,5) untuk inokulum proses anaerob dua tahap – tahap pertama (tahap asidifikasi) dan suasana netral (pH 7) untuk inokulum proses anaerob dua tahap – tahap kedua (tahap metanogenesis), juga untuk inokulum proses anaerob satu tahap. Pengkonsian pH dilakukan dengan menambahkan larutan NaOH. Proses aklimatisasi berlangsung selama 10 hari, berakhirnya proses aklimatisasi ditandai dengan terbentuknya biogas yang mengindikasikan bakteri sudah dapat beradaptasi (Utami, A. R, 2011). Kotoran sapi yang telah diaklimatisasi akan dijadikan inokulum untuk proses pengolahan anaerob satu tahap dan dua tahap.

Menurut Dhadse et al (2012) bakteri yang terkandung dalam kotoran sapi terbagi atas dua kelompok yaitu bakteri metanogenik yang meliputi Methanobrevibacter ruminatium, Methanobacterium formicium, Methanosarcina frisa, dan Methanthix

soehngenii. dan bakteri non metanogenik meliputi Clostridium, Propionibacterium, Bacteroides, dan Peptostreptococcus.

Parameter yang dianalisis untuk memperkirakan konsentrasi mikrooorganisme adalah Volatile Suspended Solid (VSS). Dalam penentuannya, VSS diperoleh dengan memanaskan residu hasil analisa zat padat total pada suhu ± 550^OC. Bagian yang terbakar atau hilang selama pemanasan disebut sebagai residu volatile (Volatile Suspended Solid) atau zat padat organik sedangkan bagian yang tersisa disebut residu terikat atau zat padat anorganik (Suyasa, 2015). Hasil uji karakteristik inokulum yang telah teraklimatisasi ditampilkan pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Karakteristik Inokulum

No. Parameter Satuan

Kadar Teraklimatisasi dalam

kondisi asam Teraklimatisasi dalam kondisi netral

1. TSS mg/l 5916,52 5686,05

2. VSS mg/l 4437,38 4206,91

3. pH - 5,5 7

(Sumber: Hasil Analisa, 2017)

Berdasarkan Tabel 4.2 dapat dilihat konsentrasi VSS yang diperoleh setelah aklimatisasi dalam suasana pH asam dan netral berturut-turut adalah 4437,38 mg/l dan 4206,91 mg/l. Konsentrasi VSS yang didapatkan dalam percobaan ini telah memenuhi syarat untuk pengolahan anaerobik yaitu, konsentrasi VSS lebih dari 4000 mg/l atau minimal 2000 – 4000 mg/l (Syahrin, dkk., 2016).

4.1.3. Karakteristik Bahan Campuran

Pengolahan anaerobik pada limbah cair tahu dilakukan dengan sistem batch. Bioreaktor terbuat dari bahan plastik berupa jerigen yang dilengkapi outlet pengambilan sampel dan perlengkapan water displacement guna mengetahui bolume biogas yang dihasilkan, Volume total bioreaktor adalah 10 L dengan volume efektif yaitu 7 L. Limbah cair tahu dicampur dengan inokulum sebanyak 20% dari volume kerja yaitu 1,4 L. Adapun hasil uji karakteristik bahan campuran dapat dilihat pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Karakteristik Bahan Campuran

Berdasarkan Tabel 4.3 dapat dilihat bahwa pada R1 dan R2 dioperasikan dalam suasana pH yang berbeda. Pada bioreaktor anaerob satu tahap (R1) pH diatur dalam suasana netral. Sedangkan pada bioreaktor anaerobik dua tahap (R2), tahap pertama (R2-1) dimana terjadi proses asidifikasi dioperasikan selama dua hari dalam kondisi asam yaitu pH 5,5 (Madyanaova, 2005), pada tahap kedua (R2-1) dimana terjadi proses metanogenesis pH diatur dalam suasana netral, yaitu 7 (Benefield dan Rendal, 1980).

4.2. Hasil Pengoperasian Bioreaktor Anaerob

Pada penelitian ini pengolahan limbah cair tahu menggunakan bioeraktor anaerob dioperasikan secara satu tahap dan dua tahap dengan sistem batch. Selama pengoperasian bioreaktor anaerob ini, dilakukan pengaturan dan pengamatan profil pH.

Hasil percobaan ini akan dianalisis melalui beberapa parameter, yaitu penurunan kadar Chemical Oxygen Demand (COD), pertumbuhan mikroorganisme yang diamati melalui parameter Volatile Suspended Solid (VSS), produksi Volatile Fatty Acid (VFA) dan produksi biogas sebagai produksi samping pengolahan anaaerob. Hal ini diperlukan untuk mengetahui perbandingan pengaruh anaerob satu tahap dengan anaerob dua tahap terhadap hasil pengolahan limbah cair tahu.

4.2.1. Pengamatan Profil pH pada Bioreaktor Anaerob Satu Tahap dan Dua Tahap

Faktor pH sangat berperan pada pengolahan anaerob karena pada rentang pH yang tidak sesuai, mikroba tidak dapat tumbuh dengan maksimum dan bahkan dapat menyebabkan kematian (Simamora dkk, 2006). Pada penelitian ini pengukuran pH dilakukan dengan menggunakan pH meter. Hasil pengamatan pH selama proses pengolahan secara anaerob pada R1, R2-1, R2-2 dapat dilihat pada Gambar 4.1.

(a)

(b)

(c)

Gambar 4.1 Profil pH digester pada (a) R1 (Bioreaktor Anaerob Satu Tahap) (b) R2-1 (Bioreaktor Anaerob Dua Tahap – Tahap Pertama)

Profil pH R2, R2-1, dan R2-2 diamati setiap 12 jam selama dua hari, kemudian selanjutnya setiap tiga hari hingga akhir pengolahan (hari ke-40). Berdasarkan Gambar 4.1a, b, dan c dapat dilihat bahwa perubahan derajat keasaman (pH) selama proses pengolahan tidak signifikan. Gambar 4.1a menunjukkan pH pada R1 cenderung mengalami kenaikan, dimana pH berada dalam rentang 7 – 7,4. ). Nilai pH mengalami kenaikan pada hari ke-5 hingga hari ke-8 menjadi pH 7,3. Kemudian mengalami penurunan hingga hari ke-14 menjadi pH 7, lalu berangsur naik hingga pada hari ke-40 menjadi pH 7,4. Pada awal pengolahan pH bahan campuran (limbah cair tahu dengan kotoran sapi sebagai inokulum) berada dalam suasana netral (pH 7). Pengaturan pH dilakukan dengan menambahkan natrium hidroksida (NaOH). Pada tahap ini nilai pH relatif meningkat, hal ini mengindikasikan terjadinya degradasi protein, dimana ammonia (NH3-N) bereaksi dengan air membentuk ammonium bicarbonate (NH4-N) sebuah buffer alami (Sofyan and Salmariza, 2015).

Derajat keasaman (pH) pada R2-1 stabil diangka 5,5 seperti yang ditampilkan Gambar 4.1b. Pada awal pengolahan pH bahan campuran diatur dalam suasana asam (pH 5,5), dan hingga t=24 jam stabil di pH 5,5. ). Keadaan pH yang stabil pada R2-1 menunjukkan produksi VFA dan ammonium bicarbonate berkesinambungan dalam jumlah yang seimbang (Syaichurrozi, 2015).

Profil pH pada R2-2 sebagaimana yang ditampilkan pada Gambar 4.1c berada dalam rentang 7 – 7,6. Pengamatan pH pada R2-2 berlangsung selama 38 hari yang dimulai setelah t=48 jam pada R2-1. Setelah melewati proses R2-1 selama dua hari, limbah cair tahu dikeluarkan dan kembali diatur pH pada kondisi optimum proses metanogenesis yaitu pH 7 (netral) dengan menambahkan NaOH lalu kembali ditambahkan inokulum sebelum akhirnya dimasukkan ke dalam bioreaktor. Dari pengamatan pH pada R2-2 diketahui bahwa perubahan pH pada R2-2 sama dengan R1 yaitu cenderung mengalami kenaikan. Hal ini menunjukkan pada proses ini asam-asam organik dipecah, akibatnya pH campuran mengalami kenaikan

Menurut Campbell dan Reece (2008), pH merupakan faktor penting proses penguraian bahan organik secara anaerob karena pH mempengaruhi aktivitas mikroorganisme.

Dalam penelitian ini, profil pH pada R1, R2-1, dan R2-2 menunjukkan bahwa derajat keasaman (pH) pada masing-masing proses masih mendukung proses anaerobik pada

R1, R2-1 dan R2-2. Menurut Malina dan Pohland (1992) pH optimum untuk tahap pembentukan asam berada dalam kisaran 5,0-6,5. Sedangkan derajat keasaman (pH) optimum untuk mikroba metanogensis berada dalam kisaran 6,4-7,8 (Ahmad, 1999); 6,6 – 7,6 (McCarty, 1964, dari Madyanova, 2005). Diatas batas pH tersebut, penguraian tetap berjalan dengan efisien yang berkurang. Sedangkan dibawah batas tersebut, efisiensi akan menurun cepat.

Proses penanganan limbah secara anaerob agar dapat berjalan baik dan efisien, maka perlu diperhatikan beberapa faktor yang memepengaruhinya. Faktor-faktor tersebut diantaranya berupa keasaman yang dinyatakan dengan pH (Jenie dan Rahayu, 1993).

Dalam penelitian Lang (2007), profil pH pada tahap asidifikasi pengolahan limbah cair kelapa sawit secara anaerob dua tahap berada dalam rentang 5,5 – 6,0. Proses asidogenesis merupakan proses penguraian bahan kompleks organik tersuspensi menjadi monomer organik terlarut yang kemudian diurai menjadi asam-asam organik volatile. Terurainya bahan organik tersebut dapat tampak dari meningkatnya parameter VFA (Soetopo dkk, 2014).

4.2.2. Pengaruh Bioreaktor Anaerob Satu Tahap dan Dua Tahap terhadap Reduksi Chemical Oxygen Demand (COD)

Chemical Oxygen Demand (COD) menunjukkan jumlah oksigen yang diperlukan agar bahan yang terdapat pada limbah cair dapat teroksidasi secara kimiawi, baik yang dapat didegradasi oleh mikroorganisme maupun yang sukar didegradasi (Mulyadi, 1994).

Hasil analisa COD pada R1, R2-1 dan R2-2 dapat dilihat pada Gambar 4.2.

(a)

(b)

(C)

Gambar 4.2 Konsentrasi COD pada (a) R1 (Bioreaktor Anaerob Satu Tahap) (b) R2-1 (Bioreaktor Anaerob Dua Tahap – Tahap Pertama)

Berdasarkan Gambar 4.2a, b dan c dapat dilihat reduksi atau penyisihan COD pada R2, R2-1, dan R2-2 diamati setiap 12 jam selama dua hari, kemudian selanjutnya setiap tiga hari hingga akhir pengolahan (hari ke-40). Gambar 4.2a menunjukkan konsentrasi awal COD pada R1 yaitu 2598 mg/L, kemudian terus mengalami penurunan hingga 605 mg/l saat akhir pengolahan (hari ke-40). Pada t=0 sampai t=48 jam menunjukkan penurunan yang sangat kecil yaitu 112 mg/l atau 4% dari COD awal. Konsentrasi COD mengalami penurunan terbesar pada hari ke-14 yaitu turun 300 mg/l atau turun 12% dari hari ke-11.

Mikroba mendegradasi substrat, dimana protein dihidrolisis menjadi asam-asam amino, karbohidrat dihidolisis menjadi gula-gula sederhana, dan lemak dihidrolisis menjadi asam-asam berantai pendek. Hal ini menunjukkan adanya aktivitas bakteri didalam

pengolahan yang berfungsi mempercepat perombakan bahan organik (Isa, 2008).

Adanya proses pemecahan atau penguraian senyawa organik menjadi senyawa yang lebih sederhana secara tidak langsung juga dapat menurunkan nilai COD (Avlenda, 2009).

Konsentrasi COD pada R2-1 sebagaimana yang ditampilkan Gambar 4.2b mengalami penurunan yang signifikan. Pada awal pengolahan konsentrasi COD adalah 2615 mg/L, kemudian selama dua hari waktu operasi konsentrasi COD mengalami penurunan sebesar 670 mg/l atau 25,6 % , dengan penurunan terbesar pada t=48 jam yaitu 196 mg/l atau sebesar 8 % dari t=36 jam. Penurunan konsentrasi COD yang signifikan (P>0.05) pada tahap R2-1 dimana terjadi proses asidifikasi ini menunjukkan proses hidrolisis berlangsung cepat, hal ini disebabkan oleh sesuainya kondisi pH yang dibutuhkan bakteri pada tahap ini. Menurut Ismawati (2006), proses hidrolisis berlangsung pada hari ke-2 sampai hari ke-5 dimana terjadi proses penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana pada bahan biomassa. Efisiensi penyisihan pada tahap ini sesuai dengan pendapat Blonskaja, V., et al (2003) bahwa, tahap asidogenik menunjukkan penurunan COD yang selalu lebih rendah dari 54%. Begitu juga dengan Hutabarat, E.V (2016) menyatakan penyisihan COD pada tahap asidogenesis yaitu sebesar 27,78 %.

Proses pada R2-2 merupakan lanjutan dari R2-1. Pada R2-2 proses hidrolisis masih tetap berlangsung meskipun pada tahapan ini didominasi proses pembentukan metan.

Dari Gambar 4.2c dapat dilihat COD dianalisa setelah t=48 jam pada R2-1 hingga hari ke-40. Konsentrasi COD pada akhir pengolahan R2-1 adalah 1945 mg/l kemudian ditambahkan inokulum kotoran sapi pada saat memasuki R2-2, hal ini menyebabkan konsentrasi awal COD pada R2-2 naik 108 mg/l menjadi 2055 mg/l. kemudian pada hari ke-5 menjadi 1924 mg/l dan terus menurun hingga 443 mg/l pada hari ke-40. Pada tahap ini terjadi kenaikan konsentrasi COD.

Penurunan konsentrasi COD pada R1, R2-1, dan R2-2 menjelaskan bahwa terjadi proses degradasi didalam bioreaktor. Hal ini di dukung oleh pernyataan Haryati (2006) yang menjelaskan bahwa proses degradasi anerobik dapat menurunkan nilai COD.

O’Flaherty et al (2006) menyatakan bahwa perombakan limbah cair secara biologis, tahap anaerobik merupakan tahapan yang sangat menentukan keberhasilan proses

perombakan. Pada tahap tersebut terjadi perombakan bahan-bahan organik menjadi asam, selanjutnya dirombak menjadi asam asetat, dan proses berlanjut membentuk gas metana dan CO2, sehingga terjadi penurunan COD limbah. Menurut Kresnawaty (2008) penurunan nilai COD disebabkan karena telah terjadi proses hidrolisis. Pada tahap tersebut, bahan organik dimanfaatkan oleh mikroorganime sebagai nutrisi dan mengubahnya ke dalam bentuk senyawa yang lebih sederhana.

Berdasarkan analisa konsentrasi COD yang ditampilkan pada Gambar 4.2, dapat dihitung persen penyisihan COD pada R1 dan R2 selama 40 hari waktu operasi.

Pengaruh pengolahan anaerob satu tahap dan dua tahap dengan efisiensi penyisihan COD dapat dilihat pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Efisiensi Penyisihan COD pada R1 (Bioreaktor Anaerob Satu Tahap ) dan R2 (Bioreaktor Anaerob Dua Tahap)

Berdasarkan Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa efisiensi penyisihan COD selama proses pengolahan anaerob secara batch dalam waktu operasi 40 hari pada R1 (bioreaktor anaerob satu tahap) dan R2 (bioreaktor anaerob dua tahap) berturut-turut adalah sebesar 76,7 % dan 83,1 %.

Hasil degradasi bahan organik yang diperoleh pada penelitian ini, hampir sama dengan hasil penelitian Anggraini (2014) mengevaluasi di anaerobik satu tahap sistem batch yang mana mampu menurunkan 76% konsentrasi COD dari 1.680 mg/l menjadi 405 mg/l dalam 30 hari. Efektivitas pengolahan anaerob dalam menurunkan COD juga dibuktikan Yazar, et al (2016) dengan mengolah whey keju mengunakan anaerob satu

tahap dengan anaerob dua tahap juga menunjukan hasil penyisihan COD yang berbeda, yaitu penyisihan COD pada reaktor anaerob satu tahap adalah 53%, sedangkan pada rektor dua tahap 74%.

Pengaruh pengolahan anaerob satu tahap dan dua tahap terhadap konsentrasi COD dapat dilihat dengan analisis regresi digunakan untuk mengetahui nilai determinasi waktu operasi terhadap konsentrasi COD. Nawari (2010), menyatakan bahwa nilai determinasi yang mendekati 1 atau -1 menunjukkan pengaruh variabel bebas terhadap variabel terikat semakin besar, sedangkan bila semakin mendekati 0 menyatakan pengaruh semakin kecil. Grafik regresi penyisihan COD pada R1 dan R2 ditampilkan pada berikut.

Gambar 4.4 Regresi Konsentrasi COD pada R1 (Bioreaktor Anaerob Satu Tahap) dan R2 (Bioreaktor Anaerob Dua Tahap)

Berdasarkan Gambar 4.4 dapat dilihat bahwa persamaan regresi untuk pada R1 (bioreaktor anaerob satu tahap) selama 40 hari terhadap konsentrasi COD adalah y = -52,34x + 2476,2 dengan slope -52,34 dan untuk R2 (bioreaktor anaerob dua tahap) adalah y = -50,933x + 2260,4 dengan slope -50,933. Persamaan tersebut menunjukkan bahwa variabel waktu berbanding terbalik dengan konsentrasi COD. Sehingga dapat disimpulkan dapat semakin lama waktu operasi, maka semakin kecil konsentrasi COD.

Koefisien Determinasi menunjukkan nilai 0,9532 untuk anaerob satu tahap, hal tersebut menunjukkan peningkatan waktu penyisihan memberikan pengaruh 95,32% terhadap konsentrasi COD. Sedangkan Koefisien Determinasi menunjukkan nilai 0,9554 untuk

y = -52,34x + 2476,2

anaerob dua tahap, hal tersebut menunjukkan peningkatan waktu penyisihan memberikan pengaruh 95,54% terhadap konsentrasi COD.

4.2.3. Pengaruh Bioreaktor Anaerob Satu Tahap dan Dua Tahap terhadap Pertumbuhan Mikroorganisme

Pertumbuhan mikroorganisme di dalam bioreaktor diamati sebagai Volatile Suspended Solid (VSS) yang merupakan konsentrasi padatan tersuspensi yang menguap pada suhu

± 550^OC (Suyasa, 2015). Prinsip pengukuran VSS dilakukan dengan metode gravimetri atau metode berat kering sel (Mary, 1998). Pertumbuhan mikroorganisme pada R1, R2-1 dan R2-2 dapat dilihat pada Gambar 4.5.

(a)

(b) 0

500 1000 1500 2000

-1 2 5 8 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41

VSS (mg/l)

Lama Pengamatan (Hari)

0 40

0 500 1000 1500 2000

0 0,5 1 1,5 2

VSS (mg/l)

Lama Pengamataan (Hari)

(c)

Gambar 4.5 Konsentrasi VSS pada (a) R1 (Bioreaktor Anaerob Satu Tahap) (b) R2-1 (Bioreaktor Anaerob Dua Tahap – Tahap Pertama)

Berdasarkan Gambar 4.5a, b, dan c dapat diketahui konsentrasi VSS pada R2, R2-1, dan R2-2 diamati setiap 12 jam selama dua hari, kemudian selanjutnya setiap tiga hari hingga akhir pengolahan (hari ke-40). Gambar 4.5a menunjukkan konsentrasi VSS pada awal proses pengolahan menggunakan bioreaktor anaerob satu tahap 967 mg/l. Kadar VSS naik dari t=12 jam sampai hari ke-14, kemudian cenderung mulai menurun pada hari ke-17 hingga pada akhir pengolahan (hari ke-40). Hasil ini juga menunjukkan bahwa semakin berkurang jumlah nutrisi, maka semakin menurun pula populasi bakteri. Kadar VSS pada paling tertinggi ada pada hari ke-14 yaitu 1644 mg/l dan pada akhir pengolahan kadar VSS adalah 468 mg/l. Pada hari ke-0 sampai hari ke-2 masih memiliki pertumbuhan yang lambat (fase lag). Hal ini dapat disebabkan oleh tidak optimumnya suasana pH yang dibutuhkan oleh bakteri fermentatif.Akan tetapi pada hari ke-5 sudah mulai terjadi peningkatan pertumbuhan hingga mencapai pertumbuhan optimum pada hari ke-14 (fase log). Fase stasioner terjadi setelah hari ke-14 hingga hari ke-40.

Konsentrasi VSS pada R2-1 mengalamai kenaikan dan belum mengalami penurunan sebagaimana yang ditampilkan Gambar 4.5b. Konsentrasi awal VSS yaitu sebesar 1014 mg/l, kemudian meningkat hingga t=48 jam dengan konsentrasi VSS 1176 mg/l.

Inokulum yang dipakai dalam proses pengolahan ini telah diaklimatisasi atau telah melewati fase pertumbuhan adaptasi. Maka fase pertumbuhan bakteri anaerob yang

terjadi pada tahap ini berada pada fase logaritmik, dimana terjadi penggandaan jumlah sel yang lebih cepat dari fase sebelumnya dan konsentrasi substrat pada media fermentasi juga semakin berkurang (Yuwono, 2007). Pertumbuhan dan perbanyakan sel bakteri juga diiringi dengan pembentukan metabolitnya, salah satunya yaitu volatile fatty acid (VFA) (Nisa dkk, 2008). Bakteri yang tumbuh pada proses asidifikasi yang terjadi pada R2-1 adalah kelompok bakteri hidrolitik dan asidogenik dimana pertumbuhan bakteri pada tahap ini berlangsung lebih cepat dibandingkan bakteri metanogenik. kondisi asam pada R2-1 mendukung laju pertumbuhan mikroba asidogenik (Jenie, 1993).

Konsentrasi VSS pada R2-2 diamati selama 38 hari dimana sebelum memasuki R2-2, kembali ditambahkan kotoran sapi yang telah diaklimatisasi dalam suasana netral (pH 7) sebanyak 1,4 ml pada R2-2. Dapat dilihat pada Gambar 4.5c konsentrasi awal VSS pada R2-2 adalah 1605 mg/l, kemudian pada pengamatan hari ke-5 VSS kadar menjadi 1732 mg/l dan terus meningkat mencapai pertumbuhan optimum (fase eksponsial) yaitu 1794 mg/L pada hari ke-8 dan mengalami penurunan pada hari ke-11 hingga konsentrasi VSS 394 mg/l pada akhir pengolahan (hari ke-40). Pada bioreaktor ini, bakteri mencapai pertumbuhan optimum (fase eksponensial) pada hari ke-8, kemudian cenderung menurun pada hari ke-11. Penurunan konsentrasi populasi mikroba diakibatkan jumlah kebutuhan nutrisinya berkurang (Soemarno, 2007).

Kurva pertumbuhan mikroba yang diperoleh dari penelitian ini kurang sesuai dengan kurva pertumbuhan mikroorganisme pada umumnya, yang didalamnya dalamnya terdapat beberapa fase pertumbuhan mikroorganisme, antara lain: lag phase, exponential phase, logarithmic phase, stationer phase, dan death phase (Soemarno, 2007). Hal ini dapat disebabkan oleh tidak seimbangnya faktor non biologi seperti nutrient, temperatur serta faktor biologi seperti asosiasi kehidupann diantara mikroorganisme (Shuler dan Korgi, 1992)

Di dalam reaktor anaerob terdapat dua jenis bakteri yang sangat berperan, yakni bakteri asidogenik dan bakteri metanogenik. Kedua jenis bakteri ini perlu seimbang. Bakteri-bakteri ini memanfaatkan bahan organik dan memproduksi metan dan gas lainnya dalam siklus hidupnya pada kondisi anaerob. Mereka memerlukan kondisi tertentu dan sensitif terhadap lingkungan mikro dalam reaktor seperti temperatur, keasaman dan

jumlah material organik yang akan dicerna. Terdapat beberapa spesies metanogenik dengan berbagai karakteristik. Bakteri ini mempunyai beberapa sifat fisiologi yang umum, tetapi mempunyai morfologi yang beragam seperti Methanomicrobium, Methanosarcina, Metanococcu, dan Methanothrix (Haryati, 2006). Pada tahap pembentukan gas metana, bakteri yang berperan adalah bakteri metanogenesis. Bakteri metanogenesis akan memanfaatkan hasil dari tahap kedua yaitu asetat, format, karbondioksida, dan hidrogen sebagai substrat untuk menghasilkan metana, karbondioksida, sisa-sisa gas seperti H2S dan air.

4.2.4. Pengaruh Bioreaktor Anaerob Satu Tahap dan Dua Tahap terhadap Produksi Volatile Fatty Acid (VFA)

VFA (Volatile Fatty Acid) merupakan asam organik berantai pendek (asam format, asam asetat, asam propinonat, asam butirat dan asam pentanoat) hasil dari proses

Dalam dokumen Universitas Sumatera Utara (Halaman 38-0)