HASIL DAN PEMBAHASAN
4.2. Data Penelitian
4.2.2 Pengaruh Perlakuan Filtrasi Terhadap Pertumbuhan Nannochloropsis sp
4.2.2.1. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap Berat Kering Sel (X)
Data yang diperoleh dari penelitian ini adalah nilai OD (optical density) yang diukur menggunakan spektrofotometer UV/VIS dengan panjang
41
Universitas Indonesia gelombang sebesar 540 nm. Nilai OD ini yang kemudian akan dikonversikan menjadi nilai X (berat kering sel) menggunakan persamaan yang terdapat pada kurva kalibrasi OD540nm vs X (LAMPIRAN A). Seiring bertambahnya lama waktu kultivasi, maka berat kering sel akan semakin bertambah. Sebagai data pembanding, Nannochloropsis sp. dikultur dengan kondisi yang sama akan tetapi tanpa adanya perlakuan filtrasi. Untuk lebih memperjelas, grafik di bawah ini merupakan hubungan antara berat kering sel terhadap waktu yang diperoleh dari penelitian ini.
Gambar 4.3. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap
Berat Kering Sel Nannochloropsis sp.
Proses kultivasi dengan perlakuan filtrasi dalam penelitian ini cenderung menghasilkan perolehan biomassa yang lebih tinggi dibandingkan dengan proses kultivasi yang tidak mengalami perlakuan apa-apa (kontrol). Hal ini karena pada perlakuan filtrasi, terjadinya efek self-shading pada sel dapat lebih diminimalkan. Perlakuan filtrasi merupakan metode memerangkap sel selama masa kutivasi. Adanya perlakuan ini memungkinkan Nannochloropsis sp. tetap mendapatkan pencahayaan yang lebih baik seiring dengan bertambahnya jumlah biomassa selama proses kultivasi.
Pada awal pertumbuhannya, kedua metode tidak ada perbedaan yang signifikan, akan tetapi pada jam ke-30 dan seterusnya pertumbuhan sel Nannochloropsis sp. jauh lebih tinggi perbedaannya dibandingkan kontrol. Oleh karena itu, metode filtrasi dapat menghasilkan pertumbuhan yang lebih
baik dibandingkan dengan metode kontrol. Hal itu terbukti dengan peningkatan biomassa sebesar 1,71 kali lipat dari metode kontrol. Hasil ini menunjukkan adanya pengurangan efek self-shading yang terjadi saat kultivasi berlangsung selama 204 jam yang mengakibatkan seluruh sel yang di kultur dalam fotobioreaktor mendapatkan cahaya yang merata.
Perlakuan yang sama pernah dilakukan oleh Heru Darmawan pada tahun 2010 menggunakan mikroalga Chlorella vulgaris. Hasil yang didapat menunjukkan bahwa perlakuan filtrasi menggunakan pengaturan laju hisap filter mampu memberikan peningkatan sebesar 1,43 kali lipat dibandingkan dengan perlakuan tanpa filtrasi (Heru D, 2010).
Oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa perlakuan filtrasi dengan pengaturan laju hisap filter lebih baik daripada tanpa perlakuan filtrasi untuk peningkatan produksi biomassa mikroalga.
4.2.2.2. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap Laju Pertumbuhan (µ)
Laju pertumbuhan Nannochloropsis sp. dalam memproduksi biomassa saat proses kultivasi seharusnya berada pada fase logaritmik dimana laju pertumbuhan berada pada titik maksimal. Lalu seiring bertambahnya waktu akan terus menurun hingga memasuki fasa stasioner. Pada persamaan (3.3) menunjukkan laju pertumbuhan dipengaruhi waktu dan berat kering sel. Pada waktu tertentu (awal-awal kultivasi), laju pertumbuhan Nannochloropsis sp. berbanding terbalik dengan berat kering yang dihasilkan pada rentang waktu tertentu. Hal tersebut dapat diamati dari grafik di bawah ini.
43
Universitas Indonesia Gambar 4.4. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap
Laju Pertumbuhan Nannochloropsis sp.
Hasil yang didapat pada penelitian mengenai laju pertumbuhan, pada jam ke-6 metode filtrasi menghasilkan laju pertumbuhan maksimum yang lebih tinggi daripada metode kontrol. Pada penelitian yang pernah dilakukan oleh Heru pada tahun 2010 juga hasil yang didapat menunjukkan bahwa laju pertumbuhan maksimum dicapai pada perlakuan filtrasi. Seiring bertambahnya jumlah sel yang mengakibatkan kejenuhan pada sel dalam reaktor, metode filtrasi membantu mengurangi kepadatan sel. Metode filtrasi secara kontinyu selama masa kultivasi dalam reaktor dilakukan sebagai upaya pengaturan densitas sel menggunakan media filter. Selain itu, tingkat kompetisi antar sel saat memperoleh nutrisi dan sumber cahaya jauh lebih rendah sehingga proses metabolisme dapat dilakukan secara maksimal.
4.2.2.3. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap [HCO3-] dalam Medium
[HCO3-] merupakan parameter untuk mengetahui jumlah karbonat yang tersedia dan dapat dikonsumsi oleh Nannochloropsis sp. untuk pertumbuhannya. Pada proses fotosintesis Nannochloropsis sp., CO2 tidak diserap dalam bentuk gas melainkan dalam bentuk karbonat. Proses fotosintesis yang terjadi di dalam kultur diawali dengan pembentukan ion karbonat akibat reaksi antara CO2 dengan air.
→
Dalam hal ini, yang berperan penting dalam proses fotosintesis yang terjadi saat kultur Nannochloropsis sp. adalah [HCO3-]. [HCO3-] inilah yang kemudian akan bereaksi dengan H2O membentuk senyawa organik seperti glukosa dan ion OH-.
→
Nilai [HCO3-] mempengaruhi nilai pH yang diukur dengan menggunakan pH meter. Peningkatan jumlah sel dalam kultur cenderung meningkatkan jumlah pH kultur.
Gambar 4.5. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap
[HCO3-] Nannochloropsis sp.
Sistem filtrasi yang digunakan dalam kultivasi menyebabkan kepadatan sel di dalam fotobioreaktor berkurang sehingga kebutuhan sel akan bikarbonat yang merupakan sumber karbon untuk pertumbuhan sel menjadi meningkat. Hal ini diindikasikan dari meningkatnya pH selama waktu kultivasi. Dengan ketersediaan [HCO3-] yang cukup ini menyebabkan aktivitas metabolisme sel pada fotosintesis semakin baik dan diindikasikan dengan meningkatnya pH akibat meningkatnya OH- yang merupakan fotosintesis (Maudhi, 2011). Pada penelitian sebelumnya, pengaruh filter terhadap konsentrasi bikarbonat menunjukkan hasil yang lebih baik daripada perlakuan tanpa filtrasi (Dianursanti, 2012). Seharusnya hal itu juga tergambar melalui data yang dilakukan saat ini, akan tetapi data (Gambar 4.5.) yang didapat menunjukkan bahwa pada perlakuan tanpa
45
Universitas Indonesia filtrasi menghasilkan aktivitas sel yang lebih baik daripada perlakuan filtrasi.
4.2.2.4. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap Fiksasi CO2 oleh Nannochloropsis sp.
Perubahan konsentrasi antara gas CO2 in dan out menunjukkan adanya fiksasi CO2 yang terjadi saat proses kultivasi berlangsung. Selisih antara konsentrasi gas CO2 in dan out merupakan besarnya konsentrasi gas CO2 yang terfiksasi atau terserap oleh Nannochloropsis sp. Berikut merupakan grafik yang menjelaskan tentang perubahan konsentrasi CO2 in dan out selama kultivasi berlangsung.
Gambar 4.6. Konsentrasi CO2 yang Masuk dan Keluar pada Metode Filtrasi dan Kontrol
Gas CO2 yang terserap atau yang terfiksasi oleh mikroalga Nannochloropsis sp. pada metode filtrasi sangat tinggi dibandingkan dengan metode kontrol. Hal itu disebabkan akan tingginya pertumbuhan sel di dalam fotobioreaktor yang mengakibatkan CO2 yang terserap besar. Metode filtrasi dengan pengaturan laju hisap filter ini membantu sel dapat tetap berkembangbiak dengan optimal seiring bertambahnya jumlah sel yang sebagian terserap di media filter pada rentang waktu tertentu.
4.2.2.5. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap CTR oleh Nannochloropsis sp.
CTR (carbon transfer rate) merupakan banyaknya gas CO2 yang ditransferkan dalam suatu volume medium kultur yang dibutuhkan oleh
metabolisme sel selama satu satuan waktu tertentu (Wijanarko et al, 1997). Rumus yang digunakan untuk menghitung konsentrasi bikarbonat CTR adalah:
...(4.2)
Gambar 4.7. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi dan Kontrol
terhadap CTR Nannochloropsis sp.
Pada Gambar 4.7. untuk perlakuan filtrasi, nilai CTR cenderung meningkat seiring bertambahnya waktu. Hal itu dikarenakan kultur Nannochloropsis sp. tidak mengalami kejenuhan yang berarti di dalam fotobioreaktor. Perlakuan teknik filtrasi kontinyu dengan pengaturan laju hisap filter ini mampu mengendalikan densitas sel, oleh karena itu tingkat kejenuhan dalam fotobioreaktor dapat diminimalisir. Sedangkan untuk perlakuan kontrol, CTR menurun seiring bertambahnya waktu kultivasi. Kejenuhan yang terjadi pada perlakuan ini akan mengakibatkan tidak seimbangnya peningkatan jumlah sel dengan besarnya fiksasi konsentrasi CO2 yang membuat medium lama-kelamaan jenuh dengan CO2 terlarut karena sel dapat memproduksi sumber karbonnya sendiri (Heru D, 2010). Hal itu dapat menyebabkan CO2 yang mengalir sebagian terserap dan sebagian lewat begitu saja menuju outlet. Pada perlakuan teknik filtrasi secara kontinyu nilai CTR rata-rata yang digunakan untuk aktivitas biologi tampak lebih besar 2,94 kali dibandingkan kondisi kultivasi kontrol (Ingrid, 2012). Perlakuan serupa juga pernah dilakukan oleh Heru Darmawan pada tahun 2010 menggunakan mikroalga Chlorella vulgaris dan untuk perlakuan
47
Universitas Indonesia filtrasi CTR rata-rata 5,49 kali lebih besar dibandingkan dengan perlakuan tanpa filtrasi.
4.2.2.6. Pengaruh Pengaturan Kecepatan Alir Hisap dalam Perlakuan Filtrasi terhadap qCO2 oleh Nannochloropsis sp.
qCO2 adalah laju gas CO2 yang ditransfer dalam suatu volume medium karena adanya aktivitas kehidupan biologi dalam satu satuan waktu tertentu. Nilai qCO2 didapatkan dari pengolahan data CTR (carbon transfer rate) dimana nilai q dapat didefinisikan sebagai CTR per satuan biomassa (Wijanarko et al, 2004).
Gambar 4.8. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi dan Kontrol
terhadap qCO2 Nannochloropsis sp.
Hasil yang didapat menunjukkan bahwa nilai rata-rata qCO2 yang digunakan untuk aktivitas Nannochloropsis sp. pada pengaturan kecepatan laju hisap filter dalam perlakuan filtrasi 1,13 kali lebih besar dibandingkan dengan reaktor tanpa perlakuan filtrasi (Ingrid, 2012). Penelitian terdahulu juga untuk perlakuan filtrasi, rata-rata qCO2 lebih besar 4,78 kali dibandingkan dengan perlakuan tanpa filtrasi (Heru D, 2010). Oleh karena itu, perlakuan filtrasi dengan mengatur laju hisap filter mempengaruhi laju fiksasi CO2 Nannochloropsis sp. Seiring bertambahnya waktu kultivasi, maka pertumbuhan Nannochloropsis sp. juga akan semakin meningkat yang mengakibatkan qCO2 akan semakin kecil. Penurunan laju gas CO2 yang ditransfer ke dalam fotobioreaktor akibat dari ketidakseimbangan antara peningkatan jumlah sel dengan besarnya konsentrasi CO2 yang difiksasi.
4.2.3. Analisis Kandungan Biomassa dari Sel Nannochloropsis sp.