5. HASIL DAN PEMBAHASAN
5.3. Perhitungan Parameter Kinetik
5.3.1. Parameter kinetik pada proses denitrifikasi
Parameter kinetik pertumbuhan bakteri berperan penting untuk merancang pengolahan limbah dengan sistem lumpur aktif. Pengetahuan mengenai nilai Ks dan µm memungkinkan untuk merancang unit reaktor berdasarkan pengaturan konsentrasi substrat, waktu tinggal, volume reaktor, konsentrasi efluen sehingga dapat diperoleh hasil optimal.
Nilai parameter Ks merupakan konstanta setengah jenuh bagi substrat dan secara numerik sama dengan konsentrasi substrat pembatas pertumbuhan pada setengah laju pertumbuhan spesifik maksimum. Parameter Ks menunjukkan kepekaan konsentrasi substrat yang peka terhadap pertumbuhan biomassa. Menurut Pirbazari et al.., (1996) nilai Ks dapat menjadi salah satu indikator tingkat biodegradabilitas limbah cair.
KS merupakan besarnya konsentrasi substrat COD pada saat laju pertumbuhan spesifik sama dengan separuh laju pertumbuhan spesifik maksimum, dan KNO adalah besarnya konsentrasi substrat nitrat pada saat laju pertumbuhan spesifik mikroorganisme sama dengan separuh laju pertumbuhan spesifik maksimum (Barnes dan Bliss, 1983). Menurut Grady dan Lim (1980) menyatakan bahwa konstanta KS menunjukkan kepekaan konsentrasi substrat terhadap petumbuhan biomassa. Hasil penentuan dapat dilihat pada Gambar 20.
Parameter Ks dan k y = 1.0584x - 0.1186 R2 = 0.8507 0.01 0.035 0.06 0.085 0.11 0.135 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 1/S (1/mg COD) 1 /U ( m gV S S ha ri /m g C O D ) Keterangan : Kemiringan (Ks/k) : 1,06 mg MLVSS.hari/l Perpotongan (1/k) : 0,12 mg MLVSS.hari/l k : 8,43 mg COD/mg MLVSS.hari Ks : 8,92 mg COD /l
Gambar 20. Grafik penentuan Ks dan k pada proses denitrifikasi.
Hasil pengamatan pada substrat COD didapatkan nilai Ks dalam proses denitrifikasi sebesar 8,92 mgCOD/l, nilai Ks yang didapatkan memperlihatkan banyaknya substrat COD yang sulit terdegradasi dan dapat pula dipengaruhi oleh karakteristik lumpur yang digunakan namun nilai Ks yang diperoleh masih sesuai dengan kisaran nilai yang telah dilakukan peneliti-peneliti lain yakni kisaran nilai Ks untuk proses denitrifikasi dengan metode batch yakni 10-20 mg COD/l (Naidoo,1999). Menurut Metcalf dan Eddy (1991) kisaran nilai Ks untuk proses lumpur aktif dalam limbah domestik yakni 15-70 mg COD/l.
Sedangkan KNO merupakan konstanta setengah jenuh pada substrat NO3-, penentuan parameter ini juga menggunakan metode grafik yang sama seperti pada penghitungan parameter Ks. Hasil penentuan dapat dilihat pada Gambar 21.
y = 3.4631x + 0.8456 R2 = 0.9032 0.1 0.6 1.1 1.6 0 0.06 0.12 0.18 0.24 0.3 1/S (1/mg NO) 1 /U ( m g VSS hari /m g N Keterangan :
Kemiringan (KNO/k) : 3,46 mg MLVSS.hari/l Perpotongan (1/k) : 0,85 mg MLVSS.hari/l k : 1,18 mg NO3/mg MLVSS.hari KNO : 4,10 mg NO3/l
Gambar 21. Grafik penentuan KNO dan k pada proses denitrifikasi
.
Hasil pengamatan KNO pada proses denitrifikasi adalah 4,10 mg NO3/l menurut Naidoo (1999) kisaran nilai KNO untuk proses denitrifikasi dengan metode batch yakni 0,2 – 0,5 mg NO3/l. Hasil pengamatan pada kondisi proses terlihat lebih tinggi dari literatur, hal ini dapat disebabkan oleh tingginya nilai amonia dalam air limbah yang dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme. Menurut Grady dan Lim (1980), konsentrasi KNO diatas rentang menunjukkan kecenderungan yang kurang peka terhadap pertumbuhan biomassa.
5.3.1.2. Koefisien perombakan endogenous (kd) dan Yield (Y)
Koefisien kd merupakan suatu koefisien yang mewakili beberapa faktor seperti kematian mikroorganisme, energi yang diperlukan untuk pemeliharaan sel dan respirasi endogenous (Wisnuprapto dan Nugroho, 1984). Nilai YCOD merupakan koefisien yield maksimum atau rasio antara massa sel terbentuk terhadap massa substrat digunakan yang diukur secara periodik pada fase logaritmik. Nilai ini menunjukkan banyaknya bahan organik yang dikonversi menjadi sel-sel baru, dan menunjukkan kandungan bahan organik yang dapat didegradasi oleh mikroorganisme pada limbah cair.
Nilai Y dapat juga menunjukkan banyaknya bahan organik yang dikonversi menjadi sel-sel baru, menurut Naidoo (1999) koefisien yield didefinisikan sebagai rasio penggunaan karbon organik untuk sintesis terhadap total organik karbon yang dikonsumsi.
Koefisien kd dan Y dapat ditentukan dengan menggunakan cara grafik. Penentuan nilai Y dan kd pada penelitian ini didasarkan hanya pada substrat COD karena pada berbagai penelitian terdapat asumsi pertumbuhan mikroorganisme heterotrop dan akumulasi organisme phospat digambarkan sebagai produksi biomassa, sedangkan bakteri autrotrop dapat diabaikan (Ouyang et al, 1999). Hasil penentuan Y dan kd dapat dilihat pada Gambar 22.
Parameter Y dan kd y = 0.1737x + 0.0666 R2 = 0.9984 0 1 2 3 4 5 0 5 10 15 20 25 U (mg COD/mgVSS.hari) 1/ θ c ( 1/ har i) Keterangan :
Kemiringan (Y) : 0,17 mg MLVSS/mg COD Perpotongan (kd) : 0,07 hari-1
μm (k x Y) : 1,43 hari -1
Gambar 22. Grafik penentuan Y dan kd pada proses denitrifikasi
Hasil penenelitian memperoleh nilai kd yaitu 0,07 hari-1 . Menurut Naidoo (1999) kisaran nilai kd yakni 0,05-0,4 hari
-1
, jadi nilai kd yang diperoleh masih berada dalam kisaran. Nilai kd yang rendah ini dapat menunjukkan bahwa proses perombakan mikroorganisme rendah.
Nilai konstanta Y yang diperoleh dalam penelitian ini yaitu 0,17 mgVSS/mgCOD. Pala dan Bolukbas (2004) mengutip kisaran nilai Y dari berbagai referensi yakni 0,31 - 0,7 mg VSS/mg COD. Nilai Y dari hasil pengamatan ini terlihat lebih rendah dibandingkan dengan nilai literatur, hal ini dapat disebabkan oleh kurang seimbangnya penggunaan organik karbon terhadap jumlah organik karbon yang tersedia. Menurut Trela et al (1998) pada nisbah C/N yang rendah menghasilkan proses denitrifikasi yang rendah.
Koefisien laju pertumbuhan maksimum merupakan nilai maksimum laju pertumbuhan spesifik mikroorganisme yang terdapat dalam sistem pada saat konsentrasi substrat bukan lagi sebagai faktor pembatas (Barnes dan Bliss, 1983).
Konstanta laju pertumbuhan spesifik maksimum (µm) yang diperoleh pada penelitian ini yaitu µm = 1,43 hari -1, nilai ini mendekati hasil penelitian yang dilakukan Pala dan Bolukbas (2004) yaitu dengan µm = 0,6 - 6 hari-1. Nilai parameter µm ini menunjukkan laju pertumbuhan sel dalam bioreaktor lebih cepat berkembang pada waktu yang lebih singkat untuk mengkonsumsi substrat yang ada. Nilai µm merupakan salah satu indikator tingkat biodegradabilitas proses pengolahan limbah. Menurut Pirbazari et al. (1996), nilai µm yang tinggi menunjukkan pertumbuhan mikroorganisme yang cepat. Salah satu indikator tingkat dekomposisi proses pengolahan air limbah dan nilai μ yang rendah menunjukkan tingkat dekomposisi yang rendah yang dapat disebabkan oleh tingginya konsentrasi bahan organik yang sulit didegradasi.
Nilai μm pada proses denitrifikasi lebih besar dibandingkan nilai pada literatur yang memperlihatkan pertumbuhan maksimum biomassa lebih besar, selain itu dapat pula disebabkan oleh nilai yield yang dihasilkan pada proses lebih tinggi serta penggunaan energi pada proses lebih rendah sehingga laju pertumbuhan maksimum lebih besar.
Hasil rekapitulasi penentuan parameter kinetik dari proses denitrifikasi dapat dilihat pada Tabel 5. Hasil analisis parameter kinetik memperlihatkan nilai yang tidak berbeda jauh pada literatur yang ada.
Tabel 5. Nilai-nilai parameter kinetik pada kondisi anoksik
Parameter Proses Denitrifikasi Kisaran
KS (mgCOD /l)
8,92
10-20a KNO (mgNO3/l)4,09
0,2-0,5 a kd (hari-1)0,07
0,05-0,4a Y (mgVSS/mg COD)0,17
0,31-0,7a μm (hari-1)1,43
0,6-6 b Sumber: a. Naidoo (1999)b. Pala dan Bolukbas (2004)
5.3.2 Parameter kinetik pada proses nitrifikasi