Dalam penelitian ini digunakan reaktor biofilter anaerob yang terbagi atas dua kompartemen untuk menjalankan sistem anaerob dua tahap, dimana terjadi pemisahan proses asidogenesis dan proses methanogenesis. Pada proses asidogenesis dilakukan pengadukan dan pengontrolan pH reaktor. Sedangkan, pada proses methanogenesis terdapat media filter sarang tawon berukuran 30 cm x 30 cm x 30 cm sebagai tempat melekatnya biofilm, selain itu juga dibuat saluran untuk menangkap biogas sebagai indikator terbentuknya kondisi anaerobik. Penelitian ini terdiri dari dua tahap, yaitu tahap seeding (pembibitan) dan tahap running (waktu operasi) yang dilakukan pada kedua kompartemen di dalam satu reaktor secara kontinyu dengan arah aliran upflow.
Proses running menggunakan tiga variasi waktu tinggal, yaitu 72 jam, 48 jam, dan 24 jam. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh variasi waktu tinggal terhadap kemampuan biofilter anaerob media sarang tawon dalam menurunkan konsentrasi COD (Chemichal Oxygen Demand) dan Amonia pada limbah cair tinja. Flowchart penelitian dapat dilihat pada gambar 3.1.
Universitas Sumatera Utara
III-2
1. Seeding 2. Running
3. Uji VFA dan VSS
4. Uji konsentrasi COD dan Amonia pada outlet
Gambar 3.1 Flowchart Penelitian Sumber: Indri, 2018
Mulai
Studi Literatur
Data Primer Data Sekunder
Analisa di Laboratorium
Hasil dan Pembahasan
Selesai
1. Desain reaktor
2. Uji konsentrasi COD pada inlet 3. Uji konsentrasi Amonia pada inlet 4. Suhu
5. pH
Karakteristik limbah cair tinja pada penelitian sebelumnya yaitu parameter COD, BOD,
amonia dan pH
Kesimpulan dan Saran
III-3 3.2 Lokasi Penelitian
Penelitian dilakukan di PT. Shafera Laboratorium, Laboratorium Ilmu Teknologi Pangan Fakultas Pertanian, dan Laboratorium Ekologi Jurusan Teknik Kimia USU.
3.3 Objek Penelitian
Objek penelitian ini adalah efisiensi penurunan konsentrasi COD dan amonia pada limbah cair tinja dengan menggunakan biofilter anaerob media sarang tawon.
3.4 Variabel Penelitian
Dalam penelitian ini digunakan dua jenis variabel, yaitu variabel tetap dan variabel berubah:
3.4.1 Variabel Tetap
c. Sampel limbah cair tinja yang diambil dari inlet limbah cair yang sudah melewati tahap pengendapan dari inlet lumpur tinja di IPAL Cemara, Medan
d. Media sarang tawon ukuran 30 cm x 30 cm x 30 cm 3.4.2 Variabel Berubah
Variabel berubah dalam penelitian ini yaitu ditetapkan tiga variasi debit (Q) berdasarkan waktu tinggal. Jumlah total volume air dalam reaktor biofilter anaerob yaitu sebesar 50 liter, dengan waktu tinggal yang direncanakan yaitu 72 jam, 48 jam dan 24 jam.
Pemilihan waktu tinggal ini didasarkan pada penelitian yang telah dilakukan sebelumnya oleh beberapa peneliti salah satunya Khusnul Amri dan Putu Wesen (2015), dalam penelitiannya tentang pengaruh waktu tinggal dengan efisiensi penyisihan bahan organik pada limbah domestik menggunakan biofilter anaerob dengan waktu tinggal 1 hari, 2 hari, 3 hari, 4 hari, dan 5 hari. Penelitian tersebut menunjukkan bahwa peningkatan efisiensi penyisihan bahan organik sejalan dengan peningkatan waktu tinggal. Selain itu, BORDA (1998) merekomendasikan waktu tinggal antara 1,5 – 2 hari (36 – 48) jam. Berdasarkan rumus , didapatkan variasi debit sebagai berikut:
Q1 = 0,2 ml/detik Q2 = 0,3 ml/detik Q3 = 0,6 ml/detik
Universitas Sumatera Utara
III-4 3.5 Hipotesis Penelitian
Hipotesa dalam penelitian ini yaitu reaktor biofilter anareob media sarang tawon dapat menurunkan konsentrasi COD dan amonia dalam limbah cair tinja berdasarkan variasi waktu tinggal.
3.6 Parameter Uji
Dalam penelitian ini terdapat beberapa parameter yang diuji yaitu:
1. Chemical Oxygen Demand (COD) 2. Amonia
3.7 Alat dan Bahan 3.7.1 Alat
Pada penelitian ini alat yang digunakan terdiri dari:
1. Reservoir 150 liter
2. Reaktor akrilik ukuran 50 cm x 30 cm x 50 cm
Gambar reaktor dan rangkaian reaktor penelitian dapat dilihat pada lampiran II.
3. Media filter sarang tawon ukuran 30 cm x 30 cm x 30 cm Gambar media filter bioball dapat dilihat pada lampiran III.
4. Selang infus
5. Agitator (pengaduk) 6. Wadah penampung outlet 7. Wadah penangkap biogas 8. Botol sampel pengendapan. Pengambilan limbah cair tinja yang fresh dari truk tinja tidak diizinkan oleh pihak IPAL terkait karena dapat mengganggu waktu operasional IPAL tersebut.
III-5 Selain itu, limbah tinja fresh yang masuk kedalam bak penampung awal limbah tinja langsung mengalir dan mengendap sehingga tidak dapat memenuhi kebutuhan jumlah limbah cair tinja dalam penelitian ini. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada gambar 3.2 berikut.
Gambar 3.2 Proses dan Lokasi Pengambilan Sampel Sumber: Indri, 2018
3.8 Prosedur Penelitian
3.8.1 Proses Seeding (Pembibitan) pada Reaktor Biofilter Anaerob
Proses seeding bertujuan untuk membiakkan mikroorganisme dalam reaktor hingga membentuk lapisan biofilm pada media biofilter. Tahapan dari proses seeding yaitu sebagai berikut:
1. Limbah cair tinja yang berasal dari IPAL Cemara disaring agar terpisah dengan sampah-sampah kasar.
2. Media sarang tawon dimasukkan kedalam reaktor biofilter anaerob pada kompartemen methanogenesis.
3. Limbah cair tinja dimasukkan ke dalam reaktor biofilter anaerob dengan volume 50 liter.
4. Proses seeding dilakukan secara kontinyu selama 10 hari hingga terbentuk lapisan biofilm pada media sarang tawon. Pemilihan waktu seeding selama 10 hari didasarkan pada penelitian Marlisa, dkk (2012) tentang pengolahan limbah domestik
Universitas Sumatera Utara
III-6 5. dengan media biofilter sarang tawon dengan waktu seeding selama kurang lebih 2 minggu mampu menurunkan COD hingga 74,3382%, sehingga hal ini membuktikan bahwa telah terjadi pertumbuhan mikroorganisme.
6. Selama proses seeding, dilakukan pengukuran pH untuk mengetahui terjadinya proses asidogenesis dan methanogenesis pada pH optimum, uji VFA (Volatile Fatty Acid) sebagai indikator terjadinya proses asidogenesis, uji VSS (Volatile Suspended Solid) untuk mengetahui jumlah biomassa yang terbentuk pada reaktor, serta uji COD untuk mengetahui konsentrasi substrat dalam reaktor.
Flowchart proses seeding pada biofilter anaerob dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Flowchart Proses Seeding Sumber: Indri, 2018
Mulai
Limbah cair tinja IPAL Cemara disaring agar terpisah dengan sampah-sampah kasar
Terjadi penurunan konsentrasi COD dan biofilm menebal pada media
sarang tawon
Selesai
Dimasukkan media sarang tawon ke dalam reaktor, lalu dimasukkan limbah cair tinja dengan volume 50 L
Proses seeding dilakukan secara kontinyu selama 10 hari hingga terbentuk lapisan biofilm
Dilakukan uji terhadap pH, VFA, VSS dan COD di laboratorium
III-7 3.8.2 Proses Running
Proses running merupakan proses utama dalam penelitian ini, yaitu dengan memvariasikan waktu tinggal dalam reaktor untuk melihat efisiensi penyisihan parameter COD dan amonia. Tahapan proses running yaitu sebagai berikut:
1. Setelah proses seeding berjalan dengan stabil dan konstan, maka tahap selanjutnya yaitu tahap running.
2. Uji amonia dan COD dilakukan pada limbah cair tinja yang akan diolah sebelum dimasukkan ke dalam reaktor pengolahan.
3. Proses running dilakukan secara kontinyu dengan aliran upflow. Pemilihan aliran upflow menurut Indriyati (2003), karena memiliki keuntungan, yaitu akan terbentuk lumpur yang mengandung massa mikroorganisme dan mikroorganisme tidak mudah terbawa keluar. Kerugiannya, yaitu pembentukan lumpur akan menyumbat media pendukung. Sedangkan aliran downflow, keuntungannya penyumbatan dapat dikurangi, tapi kerugiannya jumlah mikroorganisme lebih sedikit daripada alira upflow. Percobaan dilakukan dengan variasi waktu tinggal yang telah direncanakan yaitu 72 jam, 48 jam, dan 24 jam.
4. Pengukuran amonia dan COD dilakukan pada outlet.
Flowchart proses running dapat dilihat pada Gambar 3.4.
Universitas Sumatera Utara
III-8 Gambar 3.4 Flowchart Proses Running
Sumber: Indri, 2018
Dialirkan limbah cair tinja kedalam reaktor secara kontinyu dengan arah aliran upflow
Diatur debit berdasarkan waktu tinggal yang telah ditentukan yaitu 0,2 ml/detik, 0,3 ml/detik, dan 0,6
ml/detik
Didapatkan hasil analisa COD dan amonia
Selesai Mulai
Dilakukan analisis COD dan amonia pada outlet Dilakukan uji COD dan amonia pada limbah cair tinja yang
akan diolah sebelum dimasukkan ke dalam reaktor
IV-1 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN