12
IV. HASIL
DAN
PEMBAHASAN
4.1 KARAKTERISTIK FISIK BAHAN PENGISI
Menurut Ottengraf (1986), bahan pengisi merupakan jantung dari biofilter. Dengan demikian pemilihan bahan baku merupakan hal yang perlu diperhatikan untuk keberhasilan kinerja suatu biofilter. Hal ini terkait sifat fisik dan kimia bahan pengisi. Sifat fisik berpengaruh pada penyerapan secara fisik pollutan ke bahan pengisi. Bahan pengisi yang digunakan dalam penelitian ini adalah kompos bokashi, arang sekam, dan arang kayu.
4.1.1 Kadar Air
Dalam pemilihan bahan pengisi biofilter, diperlukan media dengan kadar air yang tinggi dikarenakan mikroorganisme pada biofilter membutuhkan air. Menurut Auria et al. (1997), kadar air bahan pengisi biofilter yang optimum pada kisaran 40-60%. Sedangkan menurut Williams dan Miller (1992), kadar air optimal untuk pertumbuhan bakteri pada biofilter antara 20-60%. Kadar air bahan pengisi (Tabel 4) berturut-turut adalah 55.78%, 6.85%. 13.17%. Kompos bokashi memiliki kadar air yang paling tinggi dan yang paling rendah adalah arang sekam.
Tabel 4. Kadar Air dan Densitas Kompos bokashi, Arang sekam, dan Arang kayu. Bahan Pengisi Kadar Air (%) Densitas (Kg/m3)
Kompos bokashi 55.78 399
Arang sekam 6.85 136
Arang kayu 13.17 347
Kompos bokashi memiliki kadar air yang paling tinggi dibandingkan dengan arang sekam dan arang kayu. Komponen-komponen organik yang ada dalam kompos menyebabkan kompos bokashi memiliki kadar air yang lebih tinggi. Arang sekam merupakan material dengan kadar air yang paling rendah, karena kandungan bahan organik yang hampir tidak ada pada arang sekam.
Kadar air untuk komposisi bahan pengisi kompos bokashi, arang sekam, dan arang kayu disajikan pada Gambar 6. Perlakuan komposisi bahan pengisi kompos bokashi, arang sekam, dan arang menghasilkan kadar air untuk K222= 25.28%, K122= 19.32%, K212= 27.58%, K221= 26.11%. Dari hasil tersebut K212 memiliki kadar air yang lebih tinggi dan K122 merupakan komposisi dengan kadar air yang paling rendah. Kadar air paling tinggi terjadi pada saat jumlah kompos yang lebih besar.
13
Gambar 6. Kadar Air Komposisi Bahan Pengisi.Penambahan kompos dapat mempengaruhi kadar air bahan pengisi. Peningkatan kadar air dapat dilakukan dengan menambahkan kompos . Wu et al. (1998), menyatakan bahwa kadar air dalam suatu bahan pengisi biofilter sangat penting untuk diperhatikan sebab air digunakan sebagai media pengangkutan hara-hara mineral yang sangat dibutuhkan untuk kelangsungan hidup mikroorganisme serta sebagai media pembentukan biofilm oleh mikroba yang nantinya akan berfungsi untuk mendegradasi gas polutan yang masuk ke dalam biofilter sehingga, dalam pemilihan media pengisi biofilter diperlukan media yang memiliki kadar air yang optimal bagi pertumbuhan mikroba.
4.1.2 Densitas Bahan
Densitas bahan menentukan besarnya massa bahan dalam setiap volumenya. Menurut Saputra (2008), densitas menunjukkan tingkat kerapatan bahan, makin tinggi kerapatan bahan maka makin tinggi densitasnya. Dalam pembuatan biofilter bahan pengisi yang digunakan harus memiliki densitas yang tinggi, sehingga membutuhkan volume yang tidak terlalu besar. Tingkat kerapatan bahan akan menentukan tingkat penyerapan polutan secara fisik oleh bahan pengisi. Rahmani et al. (2004), menyatakan bahwa bahan dengan densitas yang tinggi memiliki tingkat kerapatan yang tinggi, sehingga meningkatkan efisiensi proses penyerapan. Densitas masing-masing bahan pengisi dapat dilihat pada Tabel 4 di atas.
Densitas bahan pengisi berturut-turut adalah 399, 136, 347 Kg/m3. Dari hasil tersebut, kompos bokashi merupakan bahan yang memiliki tingkat kerapatan yang paling besar, sedangkan arang sekam memiliki kerapatan bahan yang paling kecil. Tingkat kerapatan bahan dipengaruhi oleh ukuran partikel bahan. Semakin kecil ukuran partikel bahan, maka kerapatan bahan akan semakin tinggi.
Densitas bahan pengisi yang dikomposisikan disajikan pada Gambar 7. Densitas bahan pada perlakuan K222 = 255 Kg/m³, K122 = 220 Kg/m³, K212 = 260 Kg/m³, K221 = 247 Kg/m³. Densitas yang paling besar adalah pada K212, sedangkan nilai densitas yang paling kecil pada K122. Penambahan jumlah arang sekam pada K122 dapat menurunkan tingkat kerapatan bahan dan penambahan kompos bokashi dan arang kayu dengan ukuran pertikel yang lebih kecil dibandingkan dengan arang sekam membuat bahan pengisi lebih rapat.
0 10 20 30 40 222 122 212 221 Kadar Air Bahan (%) Komposisi Bahan
14
Gambar 7. Densitas Komposisi Bahan Pengisi.Berdasarkan uji ANOVA (Lampiran 5) dengan selang kepercayaan 95%, densitas bahan berpengaruh nyata penyerapan amoniak pada konsentrasi 5%. Dengan menggunakan uji lanjut statistik, yaitu uji wilayah-berganda Duncan dengan nilai α = 0.05 (Lampiran 6), dapat disimpulkan perlakuan K122 dengan K222, perlakuan K212 dengan K221, serta perlakuan K222 dengan K221 tidak berbeda nyata, sedangkan perlakuan K212 dengan K122, perlakuan K222 dengan K122, serta perlakuan K221 dengan K122 berbeda nyata.
Densitas bahan menentukan besarnya massa bahan setiap volumenya. Bahan yang memiliki densitas yang tinggi mempunyai volume yang rendah. Ukuran partikel bahan sangat menentukan tingkat kerapatan bahan pengisi. Penggunaan arang sekam memberikan volume kolom yang lebih besar. Hal ini terlihat dari komposisi bahan pengisi dengan penggunaan sekam dalam jumlah besar menghasilkan densitas yang lebih rendah. Menurut Djatmiko (1985), penambahan sekam akan menyebabkan penurunan bobot isi bahan. Bahan yang poros seperti sekam akan mempunyai nilai kerapatan yang rendah dan luas permukaan yang lebih besar (Herhady dan Sukarsono 2007).
4.1.3 Porositas
Porositas bahan merupakan kemampuan bahan memegang air dan udara sekitar. Porositas merupakan faktor yang penting dalam proses adsorbsi secara fisik (Dubinin 1983). Air yang mampu ditahan oleh bahan akan mempengaruhi jumlah polutan yang dapat dijerab oleh bahan pengisi biofilter. Porositas bahan pengisi (Gambar 8) berturut-turut adalah 68.1, 86.71, dan 72.03%. Arang sekam memiliki porositas yang paling besar dibanding bahan lain. Menurut Huysman dan Verstraete (1993), bahan dengan densitas yang tinggi dapat menurunkan porositas.
0 50 100 150 200 250 300 222 122 212 221 De n si tas Ba ha n (Kg/m3) Komposisi Bahan
15
Gambar 8. Porositas Kompos Bokashi, Arang Sekam, dan Arang Kayu.Pori memegang air adalah kemampuan pori bahan dalam memegang air yang diberikan ke dalam bahan, sedangkan pori memegang udara adalah kemampuan pori bahan dalam menyangga udara.
Kemampuan bahan pengisi memegang air berturut-turut adalah 63.33, 84.70, dan 66.86%. Arang sekam mampu memegang air dalam jumlah yang paling besar dibanding bahan lain. Hal ini sesuai dengan sifat arang sekam yang poros dan berongga sehingga mampu menahan air lebih besar. Kemampuan bahan memegang udara berturut-turut adalah 4.84, 2.01, dan 5.17%. Arang sekam mampu memegang udara dalam jumlah yang paling kecil dibanding kompos bokashi dan arang kayu.
Semakin banyak jumlah air yang dapat ditahan oleh bahan, maka akan semakin kecil rongga bahan memegang udara. Air yang dilepaskan oleh bahan akan memberikan peluang bagi udara untuk masuk ke rongga bahan, sehingga rongga yang telah dipenuhi oleh air akan membuat bahan memegang udara dalam jumlah yang sedikit. Selanjutnya, akan semakin banyak jumlah pollutan yang dapat larut dalam air yang ditahan oleh bahan. Bahan pengisi yang dikomposisikan menghasilkan porositas yang berbeda. Nilai porositas pada komposisi bahan disajikan pada Gambar 9.
Gambar 9. Nilai Porositas Komposisi Bahan Pengisi. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 122 222 212 221 Komposisi Bahan
Pori Memegang Air (%) Pori Memegang Udara (%) Porositas Bahan (%)
Por o si ta s (%) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Por o si ta s (%) Kompos Arang
sekam Arang kayu
Pori Memegang Air (%)
Pori Memegang Udara (%) Porositas Bahan (%)
16
Dari grafik diatas, terlihat persentase bahan memegang air, bahan memegang udara, dan porositas bahan tersebut. K222 mampu memegang air sebesar 26.21%, memegang udara sebesar 48.47% dengan nilai porositas 74.67%. K212 mampu memegang air sebesar 20.06%, memegang udara sebesar 54.43%, dan nilai porositas sebesar 74.49%. Untuk K122 mampu memegang air sebesar 48.96%, memegang udara sebesar 29.40%, dan nilai porositas sebesar 78.36%. K221 mampu memegang air sebesar 17.59%, memegang udara sebesar 59.33%, dan nilai porositas bahan sebesar 76.93%. K122 memiliki kemampuan memegang air dalam jumlah yang paling besar, memegang udara yang lebih kecil, dan nilai porositas yang lebih besar dibandingkan komposisi K222, K212, dan K221. Komposisi bahan yang menggunakan jumlah kompos bokashi dalam jumlah besar cenderung mampu memegang udara dalam jumlah besar bila dibandingkan dengan komposisi bahan yang menggunakan arang sekam dalam jumlah besar. Hal ini ditunjukkan dengan K212 dan K221 yang terlihat lebih cepat kering karena melepaskan air yang paling besar dibandingkan K122.Berdasarkan uji ANOVA dengan selang kepercayaan 95% (Lampiran 5), parameter porositas bahan yang terdiri dari pori bahan memegang air dan pori bahan memegang udara memberikan pengaruh yang nyata terhadap penyerapan amoniak dengan konsentrasi larutan 5%. Uji Duncan dengan α = 0.05 (Lampiran 6), menunjukkan sifat fisik pori memegang air pada perlakuan perlakuan K122 dengan K222, perlakuan K122 dengan K212, serta perlakuan K122 dengan K221 berbeda nyata, sedangkan perlakuan K222 dengan K212, perlakuan K222 dengan K221, serta perlakuan K212 dengan K221 tidak berbeda nyata. Untuk sifat fisik pori bahan memegang udara berdasarkan uji Duncan menunjukkan perlakuan K221 dengan K212, perlakuan K221 dengan K222, serta perlakuan K212 dengan K222 tidak berbeda nyata, sedangkan perlakuan K221 dengan K122, perlakuan K212 dengan K122, serta perlakuan K222 dengan K122 berbeda nyata.
Penggunaan kompos bokashi mempengaruhi kemampuan bahan pengisi dalam memegang air. Pada saat pengamatan porositas bahan, terlihat kompos bokashi yang dapat menerima air dalam jumlah besar, tetapi juga mampu melepaskan air dalam waktu cepat. Hal ini berbeda dengan yang terjadi pada arang sekam. Arang sekam terlihat lebih lama melepaskan air yang diberikan.
4.1.4 Penurunan Tekanan (Pressure Drops)
Penurunan tekanan terjadi karena adanya gesekan (friksi) antara udara dengan media biofilter (Yusuf 2006). Tekanan sebelum melewati dan setelah melewati masing-masing media dapat dilihat pada Tabel 5. Jekayinfa (2006), menambahkan bahwa tahanan gesekan tumpukan media dipengaruhi oleh kecepatan aliran udara, karakteristik, dan kadar air bahan. Pengukuran penurunan tekanan dilakukan dengan menggunakan manometer air (H2O) (Shahmansouri et al. 2005). Pada penelitian ini, penurunan tekanan dilakukan dengan menggunakan manometer pipa U H2O. Aliran udara yang diberikan adalah sebesar 1 ltr/menit.
17
Tabel 5. Penurunan Tekanan Bahan.Bahan Pengisi P awal (Pa) P akhir (Pa) ∆P (Pa) Kompos bokashi Arang sekam Arang kayu K222 K122 K212 K221 725.2 725.2 725.2 725.2 725.2 725.2 725.2 68.6 191.1 164.15 80.85 83.30 112.7 98 656.6 534.1 561.1 644.4 641.9 612.5 627.2
Dari hasil di atas dapat dilihat perubahan tekanan untuk kompos bokashi sebesar 656.6 Pa, arang sekam sebesar 534.1 Pa, dan arang kayu 561.1 Pa. Kompos memiliki penurunan yang paling besar dibandingkan dengan bahan lain, sedangkan arang sekam mengalami penurunan yang paling kecil. Jekayinfa (2006), menyatakan penurunan tekanan yang lebih besar terjadi pada bahan dengan kadar air yang lebih tinggi.Kompos bokashi adalah material yang memiliki kadar air yang lebih besar dibandingkan dengan arang sekam dan arang kayu. Bahan yang mengalami penurunan tekanan bahan yang lebih besar memiliki kemampuan menyumbat yang lebih besar. Kompos bokashi dengan ukuran partikel yang lebih kecil akan lebih mampu menyumbat selang aliran udara.
Penurunan tekanan bahan pada masing-masing komposisi bahan pengisi menunjukkan hasil, K122 sebesar 641.9 Pa, K222 sebesar 644.4 Pa, K212 sebesar 612.5 Pa, dan K221 sebesar 627.2 Pa. Komposisi bahan pengisi K222 memiliki penurunan tekanan yang lebih besar. Komposisi K122 memiliki penurunan tekanan yang paling besar dan K221 lebih besar dari pada K212. Pada komposisi ini, jumlah arang kayu mempengaruhi penurunan tekanan bahan, karena ukuran partikel arang kayu yang berbentuk powder, sehingga lebih kecil dibandingkan dengan arang sekam.
Berdasarkan penelitian yang pernah dilakukan oleh Jekayinfa (2006), bahan dengan kadar air 9.5% (basis basah) dengan laju alir 0.275m3/m2s dengan densitas 153.94 Kg/m3, memiliki besar pressure drop per unit 1002 Pa/m, sedangkan bahan dengan kadar air 37.7% (basis basah) dengan laju alir 0.275 m3/m2s dengan densitas 161.25 Kg/m3, memiliki besar pressure drops per unit 577 Pa/m.
Penurunan tekanan menunjukkan umur pakai bahan pengisi yang digunakan. Semakin besar penurunan tekanan bahan, maka bahan sudah tidak baik digunakan sebagai bahan pengisi biofilter karena selang outlet akan tersuumbat oleh bahan. Media pengisi biofilter memerlukan bahan yang memiliki kemampuan penurunan tekanan yang kecil sepanjang pemakaian bahan pengisi. Bila selang outlet dipenuhi oleh bahan pengisi, maka bahan pengisi harus diganti, sehingga tidak mengganggu kinerja biofilter.
Dari hasil uji ANOVA dengan selang kepercayaan 95% (Lampiran 5), menyatakan bahwa parameter penurunan tekan tidak berpengaruh secara nyata terhadap penyerapan amoniak dengan konsentrasi 5%. Menurut Shahmansouri et al. (2005), belum ditemukan hubungan yang jelas antara beban amoniak dengan penurunan tekanan. Penurunan tekanan umumnya dipengaruhi oleh kadar air bahan dalam sistem.
18
4.1.5 Water Holding Capacity (WHC)
Water holding capacity merupakan kemampuan bahan dalam menahan air. Hirai et al. (2001), menyatakan bahan pengisi mempunyai daya ikat maksimum terhadap air, hal ini dipengaruhi oleh ukuran diameter pori dan porositas bahan, sehingga mempengaruhi kapasitas penghilangan pollutan secara fisik. Pengamatan jumlah air yang dapat ditahan oleh bahan dilakukan setiap 3 jam sekali selama 24 jam. Dari hasil pengamatan (Gambar 10) terlihat air yang mampu ditahan oleh bahan mengalami penurunan.
Pada jam pertama, arang sekam lebih banyak menahan air dibanding dengan kompos bokashi dan arang, yaitu 86.71% dilanjutkan hingga 24 jam diperoleh 51.08%. Arang kayu menahan sebesar 72.04% air pada jam pertama dan dilanjutkan hingga 24 jam diperoleh 5.96% air yang dapat ditahan oleh bahan. Kompos bokashi menahan sebesar 68.22% air pada jam pertama dan mencapai nilai 0 setelah 24 jam. Berarti, kompos bokashi sudah tidak menahan air lagi setelah 24 jam. Arang sekam terlihat lebih baik dalam menahan air dibandingkan dengan arang kayu dan kompos bokashi. Hingga selama lebih dari 24 jam arang sekam lebih banyak menahan air.
Gambar 10. WHC Kompos bokashi, Arang sekam, dan Arang kayu.
Jumlah air yang mampu ditahan oleh bahan yang dikomposisikan (Gambar 11) bervariasi. Pada waktu awal pemberian air, bahan K221 mampu menahan air sebesar 79.96% lebih besar dibandingkan dengan K122 yang mampu menahan sebesar 78.43%, K222 yang mampu menahan 74.82%, dan K212 sebesar 74.50%. Setelah 24 jam, jumlah air yang mampu ditahan oleh K122 adalah sebesar 49.19%, K222 mampu menahan sebesar 26.85%, K212 mampu menahan air sebesar 20.09%, dan K221 mampu menahan air sebesar 17.46%. Penurunan yang dialami oleh bahan K122 lebih landai bila dibandingkan dengan K222, K212, dan K221. Dari pengamatan yang dilakukan setiap 3 jam, bahan melepaskan air sehingga jumlah air yang ditahan oleh bahan mengalami penurunan. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Wa ter Holding Ca p ac ity (% ) Jam ke‐ Kompos bokashi Arang sekam Arang kayu
19
Gambar 11. WHC Komposisi Bahan Pengisi.Tabel 6. Fungsi Linear Kurva WHC
Komposisi Persamaan Regresi Linear R2 Kompos bokashi Arang sekam Arang kayu K222 Y= -8.609x + 68.62 Y= -7.881x + 72.66 Y= -3.772x + 88.58 Y= -5.31x + 78.64 0.951 0.970 0.959 0.976 K122 Y= -3.254x + 81.02 0.972 K212 Y= -5.79X + 76.57 0.963 K221 Y= -6.82X + 80.91 0.987
Berdasarkan uji ANOVA dengan selang kepercayaan 95% (Lampiran 5), diperoleh bahwa parameter WHC berpengaruh secara nyata terhadap penyerapan gas amoniak dengan konsentrasi larutan 5%. Dari hasil uji lanjut Duncan dengan α = 0.05 (Lampiran 6), menunjukkan perlakuan K122 dengan K222, perlakuan K122 dengan K221, perlakuan K122 dengan K212, serta perlakuan K222 dengan K212 berbeda nyata terhadap penyerapan air, sedangkan perlakuan K222 dengan K221, K221 dan dengan perlakuan K212 tidak berbeda nyata.
Penggunaan kompos bokashi mempengaruhi komposisi bahan dalam menahan air yang diberikan. Kompos lebih cepat melepaskan air yang diberikan dan air dalam bahan. Arang sekam lebih cenderung menahan air dan tidak menyerap air yang diberikan, sehingga arang sekam sulit melepaskan air. Water Holding Capacity (WHC) menunjukkan kemampuan bahan dalam menahan air yang diberikan hingga selang waktu tertentu, sehingga bahan tidak kering dan mampu meningkatkan kemampuan menjerap gas dan mendukung perkembangan bakteri pendegradasi amoniak. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Wa ter H o lding Ca p ac ity (%) Jam ke‐ K222 K122 K212 K221
20
4.1.6 Pollutant Holding Capacity (PHC)
Pollutant holding capacity (PHC) menunjukkan kemampuan bahan menahan pollutan. Amoniak yang ditangkap oleh bahan selanjutnya diadsorbsi sampai bahan menjadi jenuh oleh pollutan selama waktu tertentu.
Kapasitas masing-masing bahan pengisi menahan amoniak (Gambar 12) berada diantara -1.1x10-4 - 1.5x10-3 g-N/g bk. Jumlah amoniak yang ditahan oleh bahan dipengaruhi oleh ukuran partikel bahan, bahan dengan densitas yang tinggi memiliki tingkat kerapatan yang tinggi sehingga meningkatkan efisiensi proses penyerapan (Rahmani et al. 2004).
Jumlah amoniak yang mampu ditahan oleh kompos menunjukkan hasil yang negatif dan mengalami penurunan tiap jam. Berbeda halnya dengan arang sekam. Arang sekam menunjukkan grafik peningkatan jumlah amoniak yang ditahan tiap jam sampai bahan jenuh menyerap gas amoniak. Pada jam ke-5, bahan jenuh menyerap amoniak dengan jumlah amoniak yang ditahan oleh arang sekam adalah sebesar 1.5x10-3g-N/g bk. Hasil tersebut lebih tinggi dibandingkan dengan kompos yang terlihat tidak menahan amoniak dalam bahan dan cenderung mengalami penurunan tiap jamnya. Sampai jam ke-6 kompos belum juga jenuh oleh gas amoniak. Arang kayu jenuh pada jam ke-6 dan mampu menahan 0.4x10-3 g-N/g bk.
Gambar 12. Pollutan Holding Capacity Bahan
Kompos terlihat mengalami penurunan diduga disebabkan oleh air yang terkandung dalam bahan menguap ke sekitar tempat penjenuhan, sehingga mengurangi bobot bahan. Hal ini terlihat pada saat proses penjenuhan, adanya uap air pada bagian bawah penutup toples tempat penjenuhan. Uap air ini dikarenakan dihasilkannya energi panas yang membuat kompos melepaskan air. Kompos lebih banyak melepaskan air dibandingkan arang kayu dan arang sekam.
Komposisi bahan pengisi (Gambar 13) menunjukkan kemampuan menahan polutan. Komposisi K222 memerlukan waktu 5 jam untuk jenuh dan menahan 0.029x10-3 g-N/g bk. Pada bahan dengan perbandingan 1:2:2, bahan jenuh mengadsorbsi amoniak pada jam ke-4 dan mampu menahan amoniak sebesar 0.047x10-3 g-N/g bk. Bahan dengan komposisi K212 jenuh pada jam ke-6 dan mampu menahan sebesar 0.28x10-3 g-N/g bk. Pada komposisi K221, bahan jenuh pada jam ke-6 dan menahan amoniak sebesar 0.043x10-3 g-N/g bk.
‐0.6 ‐0.4 ‐0.2 ‐1E‐15 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 0 1 2 3 4 5 6 7 Jumlah Amoniak yan g Ditahan (g ‐ N/ g bk ) x10 ‐³ Jam ke‐
21
Gambar 13. PHC Komposisi Bahan Pengisi.Tabel 7. Fungsi Logaritma Kurva Adsorbsi Gas Amoniak.
Penggunaan kompos pada komposisi dapat menahan amoniak lebih lama, sehingga waktu jenuh bahan lebih panjang dibandingkan dengan arang sekam dan arang kayu, seperti yang terjadi pada K122 dengan jumlah kompos lebih kecil jenuh hingga 4 jam, dan pada K212, K221 memerlukan waktu yang lebih lama untuk menjadi jenuh. Hal ini dapat disebabkan tingkat kerapatan pada K122 lebih kecil, yaitu 219.89 Kg/m3 dibandingkan dengan K212, yaitu 259.87 Kg/m3 dan K221, yaitu 246.69 Kg/m3. Berdasarkan uji ANOVA dengan selang kepercayaan 95%, parameter PHC tidak mempengaruhi secara nyata terhadap penyerapan amoniak dengan konsentrasi 5%.
Setelah mengalami fase adsorbsi, bahan dibiarkan di udara terbuka selanjutnya akan terjadi proses desorbsi, yaitu tahap dimana bahan akan melepaskan gas yang dijerap. Tidak semua gas amoniak akan dilepaskan ke udara pada tahap desorbsi ini. Pada tahap ini, sebagian gas amoniak yang dijerap akan tertahan di dalam bahan. Proses desorbsi menyebabkan bahan akan mengalami penurunan bobot sampai bahan menjadi konstan (Gambar 14).
Dari grafik terlihat penurunan bobot setelah bahan mengalami kejenuhan. Penurunan bobot terjadi hingga bahan mencapai bobot konstan. Kompos bokashi terlihat mengalami penurunan hingga di bawah nilai 0 dan waktu untuk melepaskan gas amoniak yang dijerap lebih panjang
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0 1 2 3 4 5 6 Jumlah Amoniak ya ng Tertahan (g ‐ N/ g bk ) x10 ‐³ Jam ke‐ K222 K122 K212 K221
Bahan Persamaan Regresi
Logaritma R 2 Kompos bokashi Y= -1.52ln(x) + 0.242 0.618 Arang sekam Y= 7.147ln(x) + 1.471 0.920 Arang kayu K222 K122 K212 K221 Y= 1.667ln(x) + 1.162 Y= 0.014ln(x) + 0.001 Y= 0.020ln(x) + 0.008 Y= 0.015ln(x) - 0.031 Y= 0.021ln(x) + 0.003 0.674 0.460 0.743 0.730 0.826
22
dibandingkan dengan arang sekam dan arang kayu, yaitu selama 40 menit. Arang sekam mampu menyerap gas amoniak lebih besar dibandingkan kompos dan arang kayu dan melepaskan gas hingga mencapai bobot konstan pada menit 30. Arang kayu terlihat lebih baik dibandingkan dengan kompos bokashi dalam hal menyerap gas amoniak dan lebih lama melepaskan gas, yaitu pada menit 50.Gambar 14. Desorbsi Gas Amoniak oleh Kompos Bokashi, Arang Sekam, dan Arang Kayu.
Bahan-bahan pengisi tersebut akan menunjukkan hasil yang berbeda pada saat dilakukan komposisi dengan perbandingan tertentu. Dari grafik (Gambar 15) terlihat bahan mengalami penurunan bobot hingga mencapai bobot konstan.
Gambar 15. Desorbsi Gas Amoniak oleh Komposisi Bahan Pengisi.
‐8 ‐7 ‐6 ‐5 ‐4 ‐3 ‐2 ‐1 0 1 2 3 4 5 10 20 30 40 50 Jumlah Amon iak yan g Dilepas (g ‐ N/g bk ) x10 ‐ 4 Waktu (menit)
Kompos bokashi Arang sekam Arang kayu
‐3.0 ‐2.5 ‐2.0 ‐1.5 ‐1.0 ‐0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Ju m la h Amoniak ya ng Dilepas (g ‐ N/ g bk ) x10 ‐ 4 Waktu (menit) K222 K122 K212 K221
23
Tabel 8. Fungsi Logaritma Kurva Desorbsi Gas Amoniak.Bahan Pengisi Persamaan Regresi
Logaritma R 2 Kompos bokashi Y= -0.35ln(x) - 0.257 0.963 Arang sekam Y= -0.10ln(x) + 0.409 0.805 Arang kayu Y= -0.13ln(x) + 0.363 0.891 K222 Y= -0.08ln(x) + 0.117 0.988 K122 Y= -0.07ln(x) + 0.094 0.979 K212 Y= -0.12ln(x) + 0.104 0.959 K221 Y= -0.12ln(x) + 0.098 0.946
Komposisi bahan dengan perbandingan jumlah kompos bokashi yang lebih kecil dari arang sekam dan arang kayu; K122, proses pelepasan gas amoniak lebih cepat dibandingkan dengan K212 dan K221, yaitu selama 60 menit hingga bahan mencapai bobot konstan. Pada komposisi 221 waktu yang diperlukan untuk melepaskan gas amoniak lebih lama, yaitu 90 menit, sedangkan pada komposisi K212 diperlukan waktu selama 80 menit untuk melepaskan gas amoniak ke udara hingga mencapai bobot konstan.
Tingkat kerapatan bahan akan mempengaruhi waktu yang diperlukan bahan untuk melepaskan gas yang dijerap. Pada komposisi bahan dengan jumlah kompos yang lebih besar memerlukan waktu yang lebih lama untuk melepaskan gas.
4.2 KARAKTERISTIK KIMIA BAHAN PENGISI
Proses pendegradasian pollutan oleh biofilter dilakukan oleh mikroorganisme. Pertumbuhan mikroorganisme tidak hanya memerlukan sumber energi, air, tetapi juga memerlukan material-material lain yang mendukung pertumbuhan, yang disebut dengan nutrien (Richards 1987) serta diperlukannya pH yang sesuai (Agustiyani et al. 2004).
4.2.1 pH Bahan
Derajat keasaman (pH) merupakan salah satu faktor lingkungan yang berpengaruh terhadap pertumbuhan dan aktivitas bakteri pengoksidasi amoniak (Esoy et al. 1998). Derajat keasaman yang optimum bagi pertumbuhan bakteri pengoksidasi amoniak bersifat autotrofik berkisar 7.5 sampai dengan 8.5 (Agustiyani et al. 2004). Pengukuran pH dilakukan dengan menggunakan alat pH meter yang telah distandarisasi. pH bahan pengisi (Tabel 9) menunjukkan kompos bokashi memiliki pH sekitar 7.9, arang sekam memiliki pH sebesar 7.2, dan arang kayu memiliki pH sebesar 8.4.
Tabel 9. N Bahan P Kompos Arang se Arang ka K222 K122 K212 K221 Ket al. (1985) mempeng Nitrosomo 2004). Me pengoksid digunakan pengoksid Kom K122 mem 7.8.Bahan masih be mikroorga
4.2.2 Pe
Bah memiliki bahan pen cahaya den Nilai Derajat K Pengisi bokashi ekam ayutiga bahan pen menyatakan n aruhi kelarutan onas, Nitrosoc enurut Retledg dasi ammonia y n masih bera dasi amoniak. mposisi bahan miliki pH 8, K n pengisi yang erada dalam anisme pengok
ngamatan M
han pengisi ya karakteristik d ngisi dilakukan ngan perbesara a. Arang sekam Keasaman (pH)ngisi yang digu nilai pH sangat n suatu zat. Mi coccus, Nitroso ge (1994), der yang bersifat a ada dalam ki n pengisi (Tab K222 dengan g dikomposisi kisaran nilai ksidasi amoniak
Mikroskopi
ang digunakan dan penampak n secara visua an 4 kali. m Bahan Pengisi pH Bahan 7.9 7.2 8.4 8.1 8.0 8.1 7.8 unakan untuk b t berpengaruh d ikroorganisme ospira, Nitroso rajat keasaman autotrofik berk isaran pH ya el 9), juga me pH 8.1, K212 memiliki nila i derajat kea k.k
n seperti, kom kan yang berbe al dengan mel i. iofilter memili dalam proses a yang berperan olobus, dan N n (pH) optimu kisar dari 7.5 sa ang optimum emiliki derajat 2 memiliki nil ai pH sekitar 7 asaman yang mpos bokashi, eda (Gambar ihat langsung b. Arangiki sifat yang b adsorbsi secara n mengoksidasi Nitrosovibro (A um untuk pertu ampai 8.5. Bah untuk pertum keasaman yan lai pH 8.1, da 7.8 sampai 8. optimal bag arang sekam, 16). Pengama dan menggun g kayu basa. Djatmiko a fisik, karena p i amoniak adal Agustiyani et umbuhan bakt han pengisi ya mbuhan bakt ng bersifat bas n K221 nlai p 1. Nilai terseb gi pertumbuh dan arang ka atan penampak nakan mikrosk et pH lah al. eri ang eri sa. pH but han ayu kan kop
Dar organik ya satu bahan dan arang berbentuk Pad lebih keci menunjuk ukuran pa partikel y tingkat ke Ara bokashi d Keporosan yang rend yang lebih Per sebagai pe akan mem melakukan amoniak ( Tabel 10. Ba Kompos Kompos Komp Gambar 16 ri pengamatan ang tersusun n pengisi yang g kayu karena k sekam padi da da pengamatan il dibandingka kkan potongan-artikel yang k yang jauh lebih
rapatan dan de ang sekam ter dan arang kay n arang sekam dah. Bahan den
h besar (Pagans rbedaan karak engisi biofilter mberikan hasil n penghilanga (Tabel 10). Efisiensi Peng ahan Pengisi s dan karbon ak , tanah, dan ara
sekam pos, tanah, dan
sekam Kompos 6. Penampakan n dengan meng atas jerami, da g memiliki kad a komposisi y an arang kayu t n terlihat komp an arang sekam -potongan keci kecil-kecil, teta h besar. Ukur ensitas bahan p rlihat memben yu. Arang sek m menyebabkan ngan tingkat k s et al. 2007). kteristik bahan r menyebabkan l yang berbeda an gas amoni ghilangan Amo Ef Peng ktif > ang 7 n 1 90 c. Kompos bo Bahan Pengisi ggunakan mikr aun-daunan, d dar air yang tin yang menyus terlihat seperti pos bokashi da m. Arang kayu il kayu, begitu api berbeda d ran partikel pe pengisi. ntuk pori yang kam merupaka n arang sekam keporosan yang n yang diguna n gas amoniak a. Beberapa p iak menunjukk
oniak dari Bebe fisiensi ghilangan > 95% 70% 100% 0-95% okashi i dengan Mikro roskop, kompo dan tanah. Kom
nggi jika diban sun kompos b potongan-poto an arang kayu u tampak sep juga dengan k dengan arang enyusun bahan g lebih besar an salah satu memiliki dens g tinggi memb akan, seperti k yang mampu penelitian pada kan efisiensi erapa Bahan Beban amon (g-N/kg bhn/h 0.00792-0.0 99.02 2.864 0.06-7.34 oskop Cahaya os bokashi terd mpos bokashi m ndingkan deng bokashi. Arang ongan kecil kay
memiliki ukur erti granul-gra kompos bokash sekam yang m n pengisi akan dibandingkan material yang sitas dan kema berikan ruang kadar air, de diserap dan d a skala lapang bahan dalam niak hari) 039 Lian Sap 4 NurcIndr Perbesaran 4x diri dari mater merupakan sal gan arang seka g sekam terlih
yu.
ran partikel ya anul yang mas hi yang memili memiliki ukur n mempengaru dengan komp g bersifat poro ampuan memad transfer oksig nsitas, porosit dihilangkan ten gan yang pern
menghilangk Peneliti ng et al. 2000 putra 2008 riasari 2005 cahyani 2006 . rial lah am hat ang sih iki ran uhi pos os. dat gen tas ntu nah kan
26
4.2.3 Komposisi C, N, P Bahan Pengisi
Mikroorganisme yang digunakan untuk mendegradasi gas amoniak, memerlukan nutrien untuk dapat bertahan hidup. Nutrien berasal dari bahan pengisi maupun yang ditambahkan ke dalam bahan pengisi. Untuk mendukung keberlangsungan pertumbuhan bakteri tersebut nutrien penting yang diperlukan adalah Karbon, Nitrogen, dan Fosfor.
Karbon dan nitrogen merupakan elemen yang diperlukan untuk pertumbuhan mikroorganisme dalam jumlah besar. Unsur karbon dapat meningkatkan energi dan biosintesis, sehingga unsur karbon yang cukup sangat diperlukan, sedangkan unsur nitrogen untuk mempercepat pertumbuhan sel (Trismilah dan Sumaryanto 2005). Fosfor diperlukan dalam jumlah yang cukup untuk perkembangbiakan dan pertumbuhan mikroba.
Rasio C/N merupakan indikator yang dapat digunakan dalam pemenuhan nutrisi bagi bakteri. Dari rasio C/N dapat diketahui nilai optimum nutrisi dalam bahan untuk pertumbuhan bakteri pendegradasi.
Tabel 11. Kandungan C, N, dan P Kompos bokashi, Arang sekam, dan Arang kayu. Bahan pengisi C (%) N (%) P (%) C/N Kompos bokashi 26.64 0.83 0.36 32.09 Arang sekam 55.33 1.33 0.27 41.60 Arang kayu K222 K122 K212 K221 25.63 71.73 37.71 31.97 37.91 0.98 2.09 1.09 0.99 1.06 0.15 0.52 0.24 0.26 0.28 26.15 34.32 34.59 32.29 35.76
Dari Tabel 11 diatas, Karbon dan Nitrogen lebih banyak terkandung pada arang sekam yaitu 55.33% dan 1.33%. Unsur karbon banyak terkandung pada bahan-bahan yang mengalami pembakaran, seperti arang sekam. Kompos bokashi lebih banyak mengandung Fosfor yaitu sebesar 0.36%. Nisbah C/N paling besar terkandung pada arang sekam, yaitu sebesar 41.60. Kompos bokashi hanya mengandung 32.09, dan arang kayu memiliki C/N yang paling kecil, yaitu 26.15.
Pada komposisi bahan pengisi, K222, mengandung Karbon sebesar 71.73%, Nitrogen 2.09%, Fosfor 0.52%. Komposisi K221 mengandung Karbon dan Fosfor paling besar, yaitu 37.91% dan 0.28%. K122 mengandung Nitorgen paling besar, yaitu 1.09%. Nisbah rasio C/N pada K221 memiliki nilai nutrisi yang lebih tinggi dibandingkan komposisi yang lainnya.
27
4.3 PERBANDINGAN PARAMETER BAHAN MENGGUNAKAN METODE
RANKING
Parameter-parameter untuk metode ranking merupakan parameter yang digunakan sebagai syarat bahan pengisi dalam biofilter. Kisaran nilai dengan metode rangking dilakukan dengan cara memberikan nilai secara berurutan. Bobot nilai yang dimulai dari nilai 1 untuk biofilter dengan hasil pengukuran yang paling baik, selanjutnya 2, 3, dan yang paling buruk 4. Jumlah paling kecil akan diberikan ranking 1.
4.3.1 Kompos Bokashi, Arang sekam, dan Arang kayu
Pemberian bobot 1 pada bahan kompos bokashi, arang sekam, dan arang kayu diberikan apabila memiliki kadar air yang optimum bagi pertumbuhan mikroorganisme, yaitu 20-60%, memiliki porositas, pori memegang air, kemampuan menahan air (WHC), dan kemampuan menahan polutan (PHC) yang paling tinggi, memiliki densitas, pori memegang udara, pressure drops yang paling rendah, memiliki waktu jenuh yang paling lama, dan rasio C/N yang paling besar, selanjutnya 2, dan 3 untuk bahan yang paling buruk. Dari hasil uji ranking (Tabel 12) terlihat bahwa, bahan pengisi arang sekam mendapatkan ranking 1 dengan jumlah nilai yang paling kecil, selanjutnya arang kayu mendapat ranking 2, dan kompos bokashi pada posisi ranking 3. Hal ini menunjukkan bahwa arang sekam memiliki sifat yang baik dalam penyerapan gas amoniak.
Arang sekam memiliki kadar air 6.85%, densitas sebesar 136 Kg/m3, pori memegang udara sebesar 2.01%, pori memegang air sebesar 84.70%, porositas 86.71%, pressure drops (penurunan tekanan) sebesar 534.1 Pa, Water Holding Capacity (WHC) sebesar 51.08%, dan Pollutant Holding Capacity (PHC) sebesar 1.5x10-3 g-N/g bk dengan waktu jenuh 5 jam, rasio C/N 41.60, dan waktu untuk melepaskan gas adalah 30 menit.
4.3.2 Komposisi Bahan Pengisi
Pemberian bobot 1 pada komposisi bahan pengisi diberikan apabila memiliki kadar air yang optimum bagi pertumbuhan mikroorganisme, yaitu 20-60%, memiliki porositas, pori memegang air, kemampuan menahan air (WHC), dan kemampuan menahan polutan (PHC) yang paling tinggi, memiliki densitas, pori memegang udara, pressure drops yang paling rendah, memiliki waktu jenuh yang paling lama, dan rasio C/N yang paling besar, selanjutnya 2, 3, dan nilai 4 untuk bahan yang paling buruk. Jumlah bobot yang paling rendah akan diberikan ranking 1 dan paling tinggi akan diberikan ranking 4.
Metode rangking pada Tabel 13 menunjukkan bahwa, bahan pengisi dengan komposisi 1:2:2 menempati rangking 1. Dengan demikian, K122 merupakan komposisi bahan yang terbaik sebagai penyerap bau gas amoniak. Komposisi bahan K122 memiliki kadar air 19.32%, densitas sebesar 219.89 Kg/m3, pori memegang udara sebesar 29.40%, pori memegang air sebesar 48.96%, porositas 78.36%, pressure drops (penurunan tekanan) sebesar 641.9 Pa, Water Holding Capacity (WHC) sebesar 49.19%, dan Pollutant Holding Capacity (PHC) sebesar 4.7x10-5 g-N/g bk dengan waktu jenuh 4 jam, dengan rasio C/N sebesar 34.59.
28
Tabel 12. Rangking Terhadap Parameter Uji pada Kompos bokashi, Arang sekam, dan Arang kayu.
No Paramter Uji Bahan Pengisi Bobot
K. bokashi A. sekam A. kayu K. bokashi A. sekam A. kayu
1 Kadar air (%) 55.78 6.85 13.17 1 3 2
2 Densitas(Kg/m3) 399 136 347 3 1 2
3 Porositas (%) 68.16 86.71 72.03 3 1 2
4 Pori memegang udara (%) 4.84 2.01 5.17 2 1 3
5 Pori memegang air (%) 63.33 84.70 66.86 3 1 2
6 Press.Drops (Pa) 656.6 534.1 561.1 3 1 2 7 WHC (%) 0 51.08 5.96 3 1 2 8 PHC(g-N/g bk) 0 1.5x10-3 4x10-4 3 1 2 9 Wkt.jenuh (jam) 4 5 6 3 2 1 10 Rasio C/N 32.09 41.60 26.15 2 1 3 Jumlah 26 13 21 Ranking 3 1 2
29
Tabel 13. Metode Rangking Terhadap Parameter Uji pada Komposisi Bahan Pengisi.
No Parameter
Komposisi Bahan Pengisi Bobot
K222 K122 K212 K221 K222 K122 K212 K221
1 Kadar air (%) 25.28 19.32 27.58 26.11 3 4 1 2
2 Densitas(Kg/m3) 255.19 219.89 259.87 246.69 3 1 4 2
3 Porositas (%) 74.67 78.36 74.49 76.93 3 1 4 2
4 Pori memegang udara (%) 48.47 29.40 54.43 59.33 2 1 3 4
5 Pori memegang air (%) 26.21 48.96 20.06 17.59 2 1 3 4
6 Press.Drops (Pa) 644.35 641.9 612.5 627.2 4 3 1 2 7 WHC (%) 26.85 49.19 20.09 17.46 2 1 3 4 8 PHC(g-N/g bk) 2.9x10-5 4.7x10-5 2.8x10-4 4.3x10-5 4 2 1 3 9 Wkt.jenuh (jam) 5 4 6 6 35.76 2 3 3 2 1 4 1 1 10 Rasio C/N (%) 34.32 34.59 32.29 Jumlah Nilai 28 22 25 25 Ranking 3 1 2 2
