HASIL DAN PEMBAHASAN
4.3 Pengoperasian Reaktor MFCs
4.3.1 Seeding dan Aklimatisas
Pada penelitian ini, seeding dan aklimatisasi dilakukan langsung didalam reaktor MFCs menggunakan sistem batch. Tujuan dari seeding adalah untuk membiakkan bakteri di dalam reaktor MFCs, sedangkan aklimatisasi merupakan tahap untuk adaptasi bakteri dalam menerima kehadiran air limbah artifisial dalam konsentrasi COD yang bervariasi. Air limbah yang digunakan berasal dari limbah tangki septik yang diambil dari perusahaan sedot WC dan dicampurkan dengan limbah artiifisial glukosa dan asam asetat. Komposisi pengisian air limbah dalam reaktor adalah 2/3 air limbah tangki septik dan 1/3 air limbah artifisial ditambahkan dengan nutrisi unsur C:N:P dengan perbandingan 100:5:1 (Gray, 2004).
Dalam pengisian limbah, ke-18 reaktor diisi campuran limbah tersebut sebanyak 600 mL dengan konsentrasi COD awal sebesar 565,9 mg/L untuk mengadaptasikan bakteri dalam reaktor dalam mendegradasi COD. Pada tahap
seeding dan aklimatisasi belum dilakukan variasi pH, sehingga yang membedakan karakteristik satu rekator dengan yang lain hanya konsentrasi COD saja. Untuk mengadaptasikan bakteri terhadap konsentrasi limbah yang akan digunakan saat
running, dilakukan penambahan konsentrasi secara bertahap langsung kedalam reaktor. Sesuai dengan penelitian yang dilakukan Indriasari (2007), konsentrasi air limbah pada tahap aklimatisasi tidak langsung diberikan 100% agar bakteri tidak mengalami shock loading. Penambahan konsentrasi dilakukan secara bertahap
50% dan 100% pada hari ke-4 dan ke-9 (Himawan, 2012: 4). Untuk mengetahui konsentrasi COD tahap seeding dan aklimatisasi dapat dilihat pada gambar 4.4:
Gambar 4.4
Penyisihan COD 400, 800, dan 1200 mg/L pada Tahap Seeding dan Aklimatisasi 0 100 200 300 400 500 600 K o n sen tr asi COD (m g /L) Hari ke-
Konsentrasi COD 400 mg/L tahap Seeding dan Aklimatisasi
Konsentrasi COD 400 pH 6 Konsentrasi COD 400 pH 7 Konsentrasi COD 400 pH 8 0 200 400 600 800 1000 K o n sen tr asi COD (m g /L) Hari ke-
Konsentrasi COD 800 mg/L tahap Seeding dan Aklimatisasi
Konsentrasi COD 800 pH 6 Konsentrasi COD 800 pH 7 Konsentrasi COD 800 pH 8 B. 0 500 1000 1500 K o n sen tr asi COD (m g /L) Hari ke-
Konsentrasi COD 1200 mg/L tahap Seeding dan Aklimatisasi
Konsentrasi COD 1200 pH 6 Konsentrasi COD 1200 pH 7 Konsentrasi COD 1200 pH 8 A. C.
Pada grafik 4.4 diatas merupakan grafik yang menggambarkan hasil penyisihan COD pada tahap seeding dan aklimatisasi. Penyisihan COD paling optimum didapatkan reaktor COD 800 pH 6 pada saat H10 (sehari setelah penambahan konsentrasi substrat) yang mencapai hingga 679,71 mg/L. Sedangkan pada H0 dimana seluruh konsentrasi pada masing-masing variasi bernilai sama yakni 565,90 mg/L terjadi penurunan optimum pada 800 pH 8 sehari setelahnya (H1). Hal ini dapat diindikasikan bahwa pada saat awal operasi, keaktifan mikroba masih cukup besar karena tempat kontak antara mikroba dengan limbah cair tersedia cukup banyak dan penyisihan konsentrasi COD masih dipengaruhi oleh proses adsorpsi yang terjadi di dalam GAC. Proses adsorpsi berlangsung cepat yaitu kurang dari sehari karena telah tercapainya massa jenuh atau terjadi fenomena desorpsi. Maka setelah hari pertama seeding, fungsi GAC adalah media perlekatan mikroba. Menurut Liu (2012), GAC dapat memberikan luas area yang tinggi untuk perlekatan mikroba. Sifat tambahan dari GAC adalah memiliki sifat konduktivitas listrik dan kemungkinan berfungsi sebagai akseptor elektron. Setelah tiga atau empat hari, mikroba mulai saling bertumpuk sedemikian rupa sehingga menghambat kontak antara mikroba dengan limbah cair, dengan demikian prosentase penurunan COD menjadi relatif konstan. Hal ini ditandai dengan terbentuknya lapisan biofilm pada permukaan media GAC. Lapisan biofilm ini mengandung mikroorganisme yang dapat menguraikan zat pencemar organik (COD) yang terdapat pada air limbah (Said, 2010 : 5). Biofilm yang dikenal sebagai kumpulan lendir adalah kumpulan komunitas mikroba yang melekat secara bertahap membentuk endapan di atas permukaan dari operator (pembawa) yang akan mengakibatkan efisiensi limbah (pembawa) akan turun (Bassin, 2012; Derlon, 2013 dalam Hui Huang dkk, 2014 : 2).
Pada hari ke-4 dan ke-9 dilakukan penambahan konsentrasi COD sehingga digunakan asumsi penyisihan COD pada hari tersebut adalah nol (menyebabkan sajian grafik pada H-4 dan H-9 terlihat turun drastis). Untuk menghitung efisiensi
removal pada hari setelah penambahan konsentrasi (misal: H5), dapat digunakan persamaan sebagai berikut:
%�5 = �4− �5
�5 100% Keterangan:
%H5 : Efisiensi penyisihan konsentrasi COD pada hari ke-5 (%) H4 : Konsentrasi COD pada hari ke-4 (mg/L)
H5 : Konsentrasi COD pada hari ke-5 (mg/L)
Dalam buku karangan Ginting (2007), substrat adalah sumber makanan bagi pertumbuhan mikroorganisme. Dalam hal ini substrat adalah limbah itu sendiri yang mengandung unsur karbon. Konsentrasi substrat memengaruhi proses kerja mikroorganisme, bila konsentrasi substrat tinggi akan memerlukan waktu penyesuaian awal yang panjang bagi kehidupan pertumbuhan mikroorganisme. Pada dasarnya fluktuasi nilai COD berbanding lurus dengan pertambahan sel. Nilai COD naik pada saat jumlah sel cenderung naik (Carolina, 2012). Menurut Parasmita (2012: 5) bahwa semakin banyak efisiensi penyisihan COD maka semakin banyak mikroorganisme yang hidup dan menguraikan zat-zat organik di dalam air limbah. Pertumbuhan populasi mikroorganisme berpengaruh penting terhadap efisiensi proses penyisihan nilai COD (Sutapa, 1999). Kadar polutan efluen operasi kontinyu juga nantinya akan lebih rendah dibanding sistem batch. Hal tersebut disebabkan mikroorganisme mendapatkan supply air limbah yang lebih stabil baik dalam besarnya laju alir maupun kadar polutan efluen proses kontinyu (Sipma et al., 2006 dalam Mulyani, 2012: 62). Ini menguntungkan karena dapat mengurangi resiko overloading akibat penambahan sejumlah besar substrat dalam satu waktu yang terjadi pada operasi batch (Schuner and Jarvis, 2009 dalam Mulyani, 2012: 62) yang berperan penting dalam peningkatan kemampuan mikroorganisme mendegradasi senyawa organik khususnya dalam tahapan metanogenesis (Sipma et al., 2006; Spanjers and Lier, 2006 dalam Mulyani, 2012: 62) dan penurunan kadar polutan tersuspensi (Sipma et al., 2006 dalam Mulyani, 2012: 62). Konsentrasi effluent COD pada hari ke 13 sudah cenderung stasioner dimana fluktuasi < 10 %, sehingga dapat dilanjutkan pada tahap running.
Selain pengukuran penyisihan COD, peneliti juga melakukan pengukuran produksi listrik (power density). Kinerja MFCs ini dilihat dari kuat arus (I) dan tegangan (V) yang dihasilkan melalui pengukuran menggunakan digital multimeter. Dari data kuat arus dan tegangan, dapat diperoleh nilai power density (mW/m2), yaitu daya per satuan luas permukaan elektroda. Berikut ini disajikan contoh perhitungan power density reaktor 400 pH 6 hari ke-1:
Diketahui : Kuat Arus (I) = 0,10 mA Tegangan (v) = 0,408 volt Luas elektroda = 0,00615 m2 Ditanya : Power Density ?
Jawab : �= � � ∗� ( )
( 2) =
= (0,10 mA*0, 408 volt) / 0,00615 m2 = 6,63 mW/ m2
Untuk mengetahui hasil konsentrasi COD tahap seeding dan aklimatisasi dapat dilihat pada gambar 4.5:
0 100 200 300 H0 H1 H3 H4 H5 H7 H9 H10 H13 Pow er D en si ty (m W/m 2) Hari ke-
Power Density Seeding & Aklimatisasi COD 400 mg/L
400 pH 6 400 pH 7 400 pH 8 0 100 200 300 H0 H1 H3 H4 H5 H7 H9 H10 H13 Pow er D en si ty (m W/m 2) Hari ke-
Power Density Seeding & Aklimatisasi COD 800 mg/L
800 pH 6
800 pH 7
800 pH 8
A.
Gambar 4.5
Power Density COD 400, 800, dan 1200 mg/L pada Tahap Seeding dan Aklimatisasi
Dari gambar 4.5 diatas, menunjukkan bahwa pada tahap seeding dan aklimatisasi menghasilkan produksi listrik paling stabil pada konsentrasi COD 400 mg/L yaitu mencapai 237,0 mW/m2 dimana pada tahap ini masih dalam penyesuaian dan perkembangbiakan bakteri di dalam reaktor, maka untuk produksi listrik belum mendapatkan hasil yang diharapkan. Pernyataan Feng Zu et al., (2011) bahwa daya yang dihasilkan akan meningkat dengan meningkatnya konsentrasi COD belum terbukti pada tahap ini (perbandingan antara konsentrasi 400, 800, dan 1200 mg/L). Pada penelitian Septyana (2014), power density pada tahap running (kontiyu) lebih tinggi daripada saat aklimatisasi (batch). Hal tersebut dimungkinkan terjadi karena proses kontak mikroorganisme dengan substrat berlangsung lebih sempurna dalam operasi kontinyu sehingga dapat meningkatkan laju pertumbuhan mikroorganisme anaerob khususnya methanogen
yang mempunyai laju pertumbuhan lambat.
Selain mengukur konsentrasi COD effluent dan produsi listrik, peneliti melakukan pengukuran pH effluent limbah. Sebab pH adalah parameter operasional lain yang mempengaruhi kinerja MFC. Umumnya, bakteri membutuhkan pH mendekati netral untuk pertumbuhan optimal. Pada saat tahap pembenihan dan aklimatisasi, pH limbah awal diatur hingga mencapai angka 6,5 dengan pertimbangan bahwa aktivitas mikroba penghasil CH4 (methanogen) yang berperan menghasilkan penurunan COD hingga >70% akan terhambat di luar
0 100 200 300 H0 H1 H3 H4 H5 H7 H9 H10 H13 Pow er D en si ty (m W/m 2) Hari ke-
Power Density Seeding & Aklimatisasi COD 1200 mg/L
1200 pH 6
1200 pH 7
1200 pH 8
kisaran pH 6,5-7,2 (Hudson, 2010; Appels et al., 2008; Mulyani, 2012: 53). Pada hari pertama hingga hari ke-13 terjadi fluktuasi peningkatan pH (6,5-8,44) karena mikroorganisme dapat mengatur pH internalnya terhadap rentang nilai pH eksternalnya yang cukup luas.