EFEK AERASI TERHADAP DOMINASI MIKROBA DALAM
SISTEM HIGH RATE ALGAE POND (HRAP) UNTUK
PENGOLAHAN AIR BOEZEM MOROKREMBANGAN
AERATION EFFECT ON THE DOMINANCE OF MIKROBES
IN THE HIGH RATE ALGAE POND (HRAP) SYSTEM FOR
THE TREATMENT OF BOEZEM MOROKREMBANGAN
WATER
Bellinda Ira Anggraeni1. Agus Slamet2 dan Joni Hermana3
1)Program S1Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2) Program S3 Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
3) Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111
Abstrak
Boezem Morokrembangan memiliki fungsi ganda sebagai penampungan air hujan sekaligus menerima air limbah domestik dari area pelayanannya. Tingginya kandungan nutrien (N dan P) pada air Boezem telah mendorong terjadinya pertumbuhan alga yang sangat cepat (alga bloom) pada sebagaian zona Boezem. Tingginya kandungan alga dalam air Boezem menyebabkan kandungan Oksigen Terlarut menurun drastis pada malam hari. Hal ini diperkirakan akan menurunkan kemampuan bakteri aerobik untuk menurunkan kandungan COD dalam air Boezem. Penelitian bertujuan untuk mengkaji pengaruh aerasi pada kinerja bioreactor algae untuk pengolahan air Boezem Morokrembangan.
Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium menggunakan variasi konsentrasi COD awal limbah sebesar 50 mg/l, 100 mg/l dan 150 mg/l. Dan variasi 12 jam pada malam hari dan 24 jam secara kontinyu.
Penelitian menunjukkan bahwa aerasi selama 12 jam pada malam hari memiliki pengurangan bahan organik sebagai COD lebih baik. Aerasi terus menerus selama 24 jam telah menyebabkan nilai pH air meningkat dan memperlambat kinerja sistim boireaktor alga untuk menurunkan kandungan zat organik sebagai COD. .
Kata kunci : Boezem, Alga, Aerasi, COD.
Abstract
Boezem Morokrembangan has a double function, one as a drainage water reservoir and as domestic wastewater containment from its catchment area. The high content of nutrients (N and P) in boezem water has led to very rapid growth of algae (algal blooming) in some boezem zone. The high content of algae in the boezem water has caused disolved oxygen decreased dramatically at night. This is thought to decrease the ability of aerobic bacteria to reduce the COD in boezem water. The study was aimed to assess the effect of aeration on the the performance of bioreactor alga for the treatment of Morokrembangan Boezem water.
The study was conducted in laboratory scale using a concentration variation of the initial wastewater COD of 50 mg/l, 100 mg/l, 150 mg/l. While the variation aerations were 12 hours during night and 24 hour continuously.
Research shows that the aeration for 12 hours at night has removed organic mater as COD, better then using aeration continuously for 24 hours has caused the pH value of water to decrease and consequently reduced the performance of algae bioreactor in the COD removal.
Key words: Boezem, Algae, Aeration,COD. PENDAHULUAN
Saat ini, sebagian besar air limbah domestik perkotaan dibuang langsung ke saluran drainase atau badan air permukaan yang lain tanpa dilakukan pengolahan terlebih dahulu. Sehingga, saluran drainase memiliki fungsi ganda sebagai saluran pematus air hujan sekaligus mengalirkan air limbah domestik. Boezem adalah suatu bangunan yang mempunyai fungsi sebagai tempat penampungan sementara limpasan air hujan yang pada akhirnya nanti bermuara ke laut. Boezem Morokrembangan yang terletak di Surabaya Utara mempunyai posisi yang penting sebagai pengendali banjir wilayah Surabaya Utara di tinjau dari peran dan fungsinya.
Secara alamiah Boezem memiliki kemampuan untuk pemulihan diri dan mengolah bahan pencemar yang masuk kedalamnya. Namun karena besarnya beban bahan pencemar yang masuk ke Boezem Morokrembangan menyebabkan kemampuan pemulihan diri hilang, bahkan kondisi Boezem menjadi septik. Kondisi septik pada Boezem Morokrembangan disinyalir akibat pesatnya pertumbuhan alga pada badan air atau dapat dikatakan sebagai fenomena alga bloom.
Tingginya kandungan N dan P dalam badan air permukaan menimbulkan permasalahan lingkungan antara lain adalah adanya pertumbuhan alga yang sangat besar dan tidak terkendali, yang dapat menganggu ekosistem badan air. Akan tetapi alga juga memiliki beberapa kelebihan yaitu, menghasilkan kandungan oksigen terlarut pada saat alga melakukan fotosintesis. HRAP (High
Rate Algae Pond) yang memanfaatkan alga dalam proses pengolahannya dapat
menjadi alternatif pengolahan limbah domestik (grey water). Telah diketahui bahwa bakteri bersimbiosis dengan alga dalam mengolah limbah, alga akan berfotosintesis dan menghasilkan oksigen, di mana oksigen akan dimanfaatkan oleh bakteri untuk mendegradasi polutan organik. Dikarenakan alga dalam menghasilkan oksigen membutuhkan cahaya maka kandungan oksigen di malam hari akan menurun dan akan menyebabkan kompetisi memperebutkan O2 antara
alga dan mikroba (bakteri). Pemberian aerasi pada malam hari diperkirakan akan menambah kadar oksigen dalam air sehingga tidak menyebabkan terjadinya kompetisi, akan tetapi perlu pengkayaan informasi melalui penelitian dominasi bakteri dan alga dalam pengolahan air limbah.
Dari latar belakang di atas tujuan dari penelitian ini yaitu untuk mengkaji efek aerasi terhadap dominasi mikroba dalam sistem High Rate Algae Pond (HRAP). Manfaat dari penelitian adalah untuk memberikan informasi mengenai efek aerasi terhadap dominasi mikroba dalam sistem High Rate Algae Pond
(HRAP). Informasi ini diharapkan dapat menjadi pertimbangan dalam mengolah air boezem dengan sistem HRAP.
BAHAN DAN METODA
Pada penelitian ini akan diuji efek aerasi terhadap dominasi mikroba dengan sistem HRAP untuk pengolahan air boezem Morokrembangan. Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium. Percobaan adsorpsi secara batch dilakukan dengan variasi waktu aerasi, yaitu tanpa aerasi, aerasi selama 12 jam dan aerasi selama 24 jam serta menggunakan variasi konsentrasi COD, yaitu pada konsentrasi 50 mg/l, 100 mg/l, dan 150 mg/l. Parameter yang akan diukur dalam penelitian ini adalah biomass dalam MLVSS, Konsentrasi COD, PV, dan klofofil a sebagai parameter utama dan DO, pH, N dan P sebagai parameter tambahan. Penelitian dilaksanakan maksimal 20 hari dengan 2 variasi yaitu variasi waktu aerasi dan variasi konsentrasi COD. Akan tetapi, waktu penelitian dapat berubah mengikuti pola perkembangan alga. Sebelum penelitian dilakukan seeding dan aklimatisasi alga untuk mendapatkan biakan alga yang sehat.
Peralatan yang perlu dipersiapkan dalam penelitian ini meliputi peralatan yang diperlukan untuk analisa parameter MLVSS, Chlorophyll a, COD, PV, N-amonia, Pospat, pH, Do. Sedangkan bahan-bahan yang diperlukan dalam penelitian ini adalah reagen dalam analisa COD, reagen dalam analisa PV, reagen dalam analisa N dan P, pengencer untuk analisa Chlorophyll a, sampel yang diambil dari boezem Morokrembangan Surabaya, biakan alga dari bozem morokrembangan
Reaktor yang dibutuhkan pada penelitian ini sejumlah sembilan buah sesuai dengan variasi yang telah ditentukan, yaitu variasi COD sebanyak tiga dan variasi efek aerasi sebanyak tiga. Reaktor dengan kedalaman 30 cm dengan luas alas 20cm x 20cm. Reaktor ini dapat menampung 12 L sampling yang mencukupi untuk keperluan analisa selama 20 hari. Reaktor mengguanakan sistem aliran diam (batch), yaitu air yang digunakan selama penelitian tidak dilakukan penambahan air. Kemudian dipasang sistem mixing tercelup pada masing masing reaktor.
aerator 30 cm 10 cm 20 cm 20 cm 20 cm 20 cm pompa 30 cm 10 cm 20 cm 20 cm 20 cm 20 cm pompa
Gambar 1 Reaktor Penelitian
Analisa parameter pada penelitian ini dilakukan dengan metoda sebagai berikut.
1. Analisa MLVSS
Mixed Liquor Volatile Suspended Solids (MLVSS) dianalisa dengan metode TVSS. Tujuan dilakukan analisa MLVSS adalah untuk mengetahui konsentrasi mikroba dalam penelitian. Dilakukan setiap dua kali setiap hari pagi (06.00) dan siang (16.00).
2. Analisa Chlorophyll a
Analisa Chlorophyll a akan diukur dengan menggunakan Spectrophotometric Determinatin of Chlorophyll sesuai dengan standart method. Dilakukan setiap dua kali setiap hari pagi (06.00) dan siang (16.00).
3. Analisa Nilai Permanganat
Analisa permanganat dengan metode redoks sesuai dengan SNI. Analisa ini dilakukan untuk mengetahui zat organik yang terkandung dalam penelitian. Analisa ini dilakukan satu kali sehari yaitu pada pagi hari (06.00).
4. Analisa COD
Analisa COD dilakukan dengan metode close reflux colorimetric method (APHA, 1998). Analisa ini dilakukan untuk manentukan konsentrasi COD awal limbah.
5. Analisa pH dan DO
Analisa pH akan diukur dengan pH meter, DO diukur dengan menggunakan DO meter. Dilakukan setiap dua kali setiap hari pagi (06.00) dan siang (16.00). 6. Analisa N dan P
Analisa N dan P dilakukan untuk mengetahui kandungan nutrient dalam penelitian. Analisa ini dilakukan setiap lima hari sekali. Nitrogen dianalisis menggunakan Nesslerization Method yang dilakukan pembacaan absorbansinya dengan menggunakan Spektrofotometer. Fosfat dalam bentuk orthophosphate dianalisis dengan menggunakan Ammonium Molybdate dan dilakukan pembacaaan absorbansi dengan menggunakan Spektrofotometer.
HASIL DAN PEMBAHASAN Analisa Chlorophyll a
Pada reaktor percobaan dengan aerasi selama 12 dan 24 jam terjadi fenomena dimana jumlah konsentrasi Chlorophyill a pada pagi hari lebih tinggi daripada sore hari. Seharusnya Chlorophyill a meningkat pada sore hari karena aktifitas alga untuk berfotosintesis, tetapi pada penelitian ini klorofil pada malam hari cenderung memiliki nilai konsentrasi Chlorophyill a yang lebih tinggi. Hal tersebut dimungkinkan karena kondisi cuaca yang terlalu panas sehingga menyebabkan kematian alga pada sore hari. Selain itu, diindikasi karena adanya lisis sel alga ataupun sel bakteri pada siang hari, sehingga kenaikan klorofil hampir tidak terlihat. Dari ketiga variasi aerasi, dapat diambil kesimpulan bahwa pada variasi aerasi 12 jam dan 24 jam alga mengalami pertumbuhan yang lebih baik pada malam hari.
Analisa DO
Kondisi kesembilan reaktor pada malam hari memiliki konsentrasi DO yang lebih rendah daripada siang hari. Pada malam hari terdapat respirasi alga dan mikroorganisme yang menyebabkan rendahnya konsentrasi DO pada malam hari. Perlakuan aerasi selama 24 jam yang diberikan, ketika malam mampu menjaga kadar DO pada reaktor, sehingga kadar oksigen untuk bakteri masih tetap terjaga walaupun pada waktu itu alga melakukan respirasi dimana dibutuhkan oksigen sebagai bahan respirasi tersebut. Namun ketika siang hari aerasi selama 24 jam menyebabkan gangguan fotosintesis pada algae. Hal ini dikarenakan aerasi 24 jam yang diberikan terus menerus menyebabkan suplai oksigen berlebih pada reaktor. Hal ini memicu berkembangnya bakteri lebih banyak daripada reaktor lain. Ketika siang hari DO pada reaktor juga bertambah selain dari aerasi yang diberikan, juga berasal dari hasil fotosintesis.
Analisa pH
Nilai konsentrasi pH sore hari pada variasi konsentrasi COD memiliki nilai yang lebih tinggi dari pada pagi hari. Nilai konsentrasi pH yang tinggi pada percobaan sore hari dikarenakan saat alga berfotosintesis memerlukan CO2 sebagai bahan
utama proses fotosintesis. Dikonsumsinya kadar CO2 oleh alga dalam reaktor,
sehingga pada sore hari kadar CO2 menurun yang menyebabkan nilai pH
meningkat. Pada saat malam hari, alga mengalami proses respirasi yang menghasilkan CO2, sehingga kadar CO2 dalam reaktor uji meningkat dan
menurunkan nilai pH. Analisa MLVSS
Hasil penelitian menunjukkan jumlah biomass mengalami fluktuasi baik antara siang malam maupun dari hari ke hari. Jumlah biomass berhubungan erat dengan kadar zat organik. Jumlah biomass yang tinggi mengindikasikan jumlah bakteri juga tinggi, hal ini memungkinkan bahan organik yang terdekomposisi oleh bakteri semakin tinggi. Penurunan MLVSS kemungkinan disebabkan konsentrasi biomassa pada HRAR mengalami gangguan sehingga bakteri mati dan beberapa sel bakteri terpecah menjadi bahan organik dan nutrien. Hal ini menyebabkan kadar bahan organik dan nutrien pada reaktor penelitian terkadang naik. Tinggi konsentrasi MLVSS pada siang hari dapat berhubungan dengan produksi oksigen yang besar melalui fotosintesis alga siang hari, dengan adanya perubahan DO dan pH. Tetapi selain fotosintesis, pada HRAR terjadi lisis sel-sel bakteri ataupun alga yang mati. Hal ini akan mempengaruhi penurunan MLVSS.
Analisa PV
Penurunan konsentrasi PV yang terjadi pada semua reaktor menunjukkan kinerja mikroorganisme untuk menurunkan konsentrasi zat organik dalam air boezem. Walaupun nilai penurunan yang terjadi pada masing-masing reaktor berbeda satu dengan lainnya. Hal ini dikarenakan perbedaan kinerja mikroorganisme dalam menguraikan bahan organik yang terkandung dalam masing-masing reaktor. Penurunan konsentrasi PV ini terjadi karena proses oksidasi yang dilakukan oleh mikroorganisme. Kemudian konsentrasi PV meningkat pada akhir pengamatan (hari ke-20). Peningkatan bahan organik di dalam reaktor ini dapat terjadi karena kematian mikroorganisme yang sudah tidak mampu lagi untuk menyerap unsur hara dalam air boezem. Kematian mikroorganisme dapat meningkatkan sumber organik. Selain itu, juga menyebabkan konsentrasi sumber organik yang terlepas kembali ke media.
Analisa Korelasi MLVSS & PV
Kecenderungan yang terjadi antara konsentrasi MLVSS dengan konsentrasi zat organik adalah ketika konsentrasi MLVSS naik, konsentrasi zat organik mengalami penurunan. Begitu pula sebaliknya saat konsentrasi MLVSS turun maka konsentrasi zat organik mengalami peningkatan. Hal ini menunjukkan kematian beberapa mikroorganisme baik
bakteri maupun alga dalam reaktor dapat menjadi salah satu penyebab naiknya kadar bahan organik dalam reaktor.
Gambar 2 Grafik Korelasi Konsentrasi MLVSS & PV
Analisa Penurunan Zat Organik
Percobaan dengan aerasi selama 12 jam memiliki nilai persentase removal yang lebih baik daripada tanpa aerasi. Hal ini berbanding terbalik dengan dengan jumlah konsentrasi MLVSS, pada percobaan aerasi selama 24 jam memiliki nilai rata2 konsentrasi yang lebih tinggi dari pada percobaan aerasi selama 12 jam. Fenomena tersebut dimungkinkan karena terjadi kematian pada beberapa alga, sehingga pada percobaan aerasi selama 24 jam zat organik meningkat. Selain itu juga dapat dimungkinkan karena kondisi reaktor yang tidak optimum bagi bakteri untuk mendegradasi zat organik. Suplai tambahan oksigen dari aerator memenuhi ketercukupan kebutuhan oksigen bakteri dan alga sehingga bakteri mampu bekerja mendekomposisi bahan organik bahkan ketika malam hari tanpa mengganggu proses respirasi dari alga. Kadar oksigen yang ada dalam reaktor masih mencukupi untuk bakteri melakukan dekomposisi bahan organik dan alga dalam melakukan respirasi.
KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan penelitian ini dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Belum bisa melihat dominasi peran antara alga dan bakteri
2. Aerasi tidak memberikan efek terhadap dominasi jumlah konsentrasi antara alga dan bakteri.
3. Konsentrasi MLVSS pada percobaan aerasi selama 24 jam memiliki nilai konsentrasi MLVSS yang lebih tinggi daripada percobaan aerasi selama 12 jam.
4. Percobaan dengan aerasi selama 12 jam memiliki kemampuan penurunan zat organik terbaik.
Saran-saran yang perlu diperhatikan untuk penelitian selanjutnya adalah sebagai berikut:
1. Perlu dilakukan penelitian lanjutan dengan sistem aliran kontinyu, sehingga dapat dilihat peranan alga dan bakteri secara alami pada badan air.
2. Perlu dilakukan penelitian lanjnutan dengan variasi aerasi yang tetutup. 3. Perlu dilakukan penelitian lanjutan dengan variasi daya aerasi.
4. Penelitian perlu dilakukan dengan sistem reaktor yang mampu menstabilkan suhu, sehingga alga dapat tumbuh lebih optimum dan tidak mengalami kematian akibat suhu yang terlalu panas.
5. Perlu penelitian lanjutan menggunakan kultur biakan murni bakteri dan alga supaya dapat membedakan apakah dekomposisi hanya dilakukan oleh bakteri atau alga atau keduanya.
Gambar 3 Grafik Removal Zat Organik (a), Rata-rata Konsentrasi MLVSS (b)
6. Perlu dilakukan pengamatan jenis mikroorganisme yang ada di dalam reaktor.
DAFTAR PUSTAKA
Abeliovich, 1986. Algae in Wastewater Oxidation Ponds. Florida : CRT press, Inc Boca Raton
American Public Health Association (APHA) , American Water Work Association, Water Environmental Federation.1998.Standard Methods for the
Examination of Water and Wastewater, 20 th Edition. Washington. Bellinger G.E and David C.S. 2010. Freshwater Algae. West Sussex : A John
Wiley & Sons, Ltd, Publication.
Enlers V.M and Steel, D. W. 1975. Water Supplay and Sewarage, 4th Edition. New York : McGraw Hill Book Company.
Fallowfield, H. J. , Martin, N. J. and Cromar, N. J. 1999. “Performance of a batch-fed High Rate Algal Pond for animal waste treatment”. European Journal of Phycology 34: 3, 231 — 237.
Mara, D. 2004. Domestic Wastewater Treatment in Developing Countries. Towbridge : Cromwell Press.
Metcalf & Eddy, Inc. 2003. Wastewater Engineering: Treatment , Disposal and Reuse. 4rd Edition. McGraw Hill. New York.
Muňoz, R., dan Guieyssea, B.,.2006, “Algal–bacterial processes for the treatment of hazardous contaminants: A review”, Water Research, Vol. 40, hal. 2799-2815.
Park, J.B.K., Craggs R.J., dan Shilton A.N. Maret. 2010.”Wastewater Treatment High Rate Algal Ponds for Biofuel Production”. Science Direct :
Bioresource Technology 102 (2011) 35-42.
Pelczar, M.J, R.D Reid dan ECS. Chan. 1982. Microbiology, 4th ed. New Delhi : Tata Mc.Graw-Hill Publishing Company LTD.
Pelczar, M.J dan E.C.S Chan. 2005. Dasar-dasar Mikrobiologi. Diterjemahkan oleh Ratna Siri Hadioetomo, Teja Imas, S. Sutarmi Tjitrosomo dan Sri Lestari Angka. Jakarta : Penerbit Universitas Indonesia.
Polpraset, C.1996. Organic Waste Recycling. Thailand : Asian Intitue of Technologi.
Qasim, S.R (The University Of Texas at Arlington). 1985. Wastewater Treatment Plants: Planning, Design
Reynolds, T.D., Paul A.R. 1996. Unit Operation and Proceses in
Environmental Engineering. 2nd editiion. Boston : PWS Publishing Company
Sigee, D.C. 2004. Freshwater Microbiology. West Sussex: Willey
Sugiharto, 1987. Dasar - dasar Pengelolaan Air Limbah. Jakarta : UI-Press. Trihadiningrum, Y., Harmin S.T. dan Nurbajati.1999. Penuntun Praktikum
Mikrobiologi Lingkungan. Surabaya : ITS Press.
Wong, Y.S., dan Nora F.T.Y. 1997. Wastewater Treatment with Algae. New York : Springer
