SKRIPSI
KINETIKA BIODEGRADASI ZAT ORGANIK
PADA AIR LIMBAH SAMPAH (LINDI)
O l e h :
F A H R I A
0852010014
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNIK SIPIL & PERENCANAAN
KINETIKA BIODEGRADASI ZAT ORGANIK
PADA AIR LIMBAH SAMPAH (LINDI)
untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam memperoleh Gelar Sarjana Teknik ( S-1)
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN
O l e h :
F A H R I A
0852010014
FAKULTAS TEKNIK SIPIL & PERENCANAAN
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “ VETERAN” JATIM
SURABAYA
SKRIPSI
KINETIKA BIODEGRADASI ZAT ORGANIK
PADA AIR LIMBAH SAMPAH (LINDI)
Oleh :
DWI AYU PRICILLIA
0852010032
Telah dipertahankan dan diterima oleh Tim Penguji Skripsi
Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil & Perencanaan Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Pada hari : Tanggal :
Ir. Naniek Ratni JAR., M.Kes NIP : 19590729 198603 2 00 1
Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan Untuk memperoleh gelar sarjana (S1), tanggal :...
Dekan Fakultas Teknik Sipil Dan Perencanaan
Nama Lengkap : F a h r i a
No. Kegiatan Tempat/ Judul Selesai Tahun
1 Kuliah Lapangan PDAM Karang Pilang Surabaya, PT. SI ER, PT. Pier, PT. Multi Bintang I ndonesia, PT. Sritex, DSDP Denpasar, Balai Konservasi hutan Mangrove Denpasar-Bali
2011
2 KKN Desa Patokan, Kec. Bantaran
Kab.Probolinggo 2011
3 Kerja Praktek Pengelolaan dan Pemanfaatan Limbah B3 di PT. Semen Gresik (Persero) Tbk. Pabrik Tuban
2011
4 PBPAB Perencanaan Bangunan Pengolahan Air
Buangan I ndustri Kecap 2012
5 SKRI PSI Kinetika Biodegradasi Zat Organik pada Air
Limbah Sampah (Lindi) 2012
Or ang Tua
Nama : Sulandra Umahuk, SE
Alamat : Kel. Akehuda, Ternate Maluku Utara
Telp : -
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat, rahmat dan karunia-Nya, saya dapat menyelesaikan skripsi dengan judul Kinetika Biodegradasi Zat Organik pada Air LImbah Sampah (Lindi).
Skripsi ini merupakan salah persyaratan bagi setiap mahasiswa Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur untuk mendapatkan gelar sarjana.
Selama menyelesaikan skripsi ini, saya telah banyak memperoleh bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini saya, ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ir. Naniek Ratni J.A.R., M.Kes, selaku Dekan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur. 2. Dr. Ir. Munawar., MT, selaku Ketua Program Studi Teknik Lingkungan
Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur dan selaku Dosen Pembimbing skripsi yang telah membantu, mengarahkan dan membimbing saya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik.
3. Dr.Ir. Rudi Laksmono Widajatno, MT selaku Dosen Wali yang telah mengarahkan saya selama kuliah dan banyak membantu saya dalam memberikan bimbingan, semangat, motivasi dan doa dalam menyelesaikan skripsi ini.
4. Dosen Penguji saya, Bapak Ir. Tuhu Agung R., MT, Bapak Ir .Putu Wesen, MS dan Ibu Ir. Naniek Ratni J.A.R., M.Kes yang telah memberikan saran-saran sehingga terselesainya skripsi ini dengan baik.
Jonathan, yang selalu memberikan semangat, dan membantu baik secara langsung maupun tidak langsung hingga terselesainya skripsi ini.
8. Semua saudara dan teman-teman saya Nunik, Ira, Ardika, Ricky P, Kak Jefry, Ragil, Lisa, Kardono, Amin, Hendi, Mas Rizka, Arta, Komang, dan rekan-rekan di Teknik Lingkungan angkatan 2007, 2008, 2009, 2010, 2011 maupun semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu yang telah memberikan semangat, doa, dan banyak membantu hingga terselesainya skripsi ini.
Saya menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan skripsi ini, untuk itu saran dan kritik yang membangun akan saya terima dengan senang hati. Akhir kata, saya mengucapkan terima kasih dan mohon maaf yang sebesar-besarnya apabila di dalam penyusunan laporan ini terdapat kata-kata yang kurang berkenan atau kuarang dipahami.
Surabaya, Desember 2012
DAFTAR ISI
II.2 Pengolahan Biologis Aerob ... 5
II.2.1 Pertumbuhan Mikroorganisme ... 5
II.3 Kinetika Pertumbuhan Mikroorganisme ... 9
II.4 Isolasi Mikroorganisme ... 13
II.5 Identifikasi Mikroorganisme... 15
BAB III METODOLOGI PENELITIAN III.1 Bahan yang Digunakan ... 18
III.2 Peralatan ... 18
III.3 Variabel Penelitian ... 18
III.4 Prosedur Penelitian ... 19
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.1 Hasil Penelitian ... 26 IV.2 Penentuan Parameter Kinetika ... 29 IV.3 Identifikasi Bakteri ... 37 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.1. Kesimpulan ... 39 V.2. Saran ... 40 DAFTAR PUSTAKA ... ix LAMPIRAN A
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kurva Pertumbuhan Mikroorganisme ... 6 Gambar 3.1 Alat Penelitian ... 20 Gambar 3.2 Kerangka Penelitian ... 25 Gambar 4.1 Hubungan antara Waktu Inkubasi dengan penurunan COD pada
Berbagai Konsentrasi COD Awal ... 26 Gambar 4.2 Hubungan antara Waktu Inkubasi dengan Kadar MLVSS pada
Berbagai Konsentrasi COD Awal ... 27 Gambar 4.3 Hubungan antara Ln(X/Xo) dan Waktu (hari) pada Sampel A
... 30 Gambar 4.4 Hubungan antara Ln(X/Xo) dan Waktu (hari) pada Sampel B
... 30 Gambar 4.5 Hubungan antara Ln(X/Xo) dan Waktu (hari) pada Sampel C
... 30 Gambar 4.6 Hubungan antara Ln(X/Xo) dan Waktu (hari) pada Sampel D
... 31 Gambar 4.7 Hubungan antara Ln(X/Xo) dan Waktu (hari) pada Sampel E
Sanitary Landfill ... 4
ABSTRACT
Leachate treatment is usually used by biological processes that depend microorganisms as decomposer substrate. Importance of the role and function the kinetics parameter on the biological proses, then needed for research ability of microorganisms to degrade organic matter in the leachate. This study aims to find and determine the value of the parameter μ , Y, Ks, and Kd, which is used in the calculation of biological leachate treatment process.
Process is carried in aerobic and the acclimated activated sludge was used in batch reactors with different initial COD concentration (2600, 2100, 1600, 1100, & 600 mg / l). The parameters observed on this research were COD (Chemical Oxygen Demand), and MLVSS (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids). The research shown that μ values from 0.1027 - 0.5298 (d-1), the value of Y = 0.4583 (g VSS / g COD), Ks = 555.47 (mg/ l), μ max = 0.1020 (day-1), Yt = 0.4583 (g VSS
/ g COD ) and the value of Kd = 1.37 x 10-16 (d-1).
parameter kinetika pada pengolahan secara biologi, maka diperlukannya penelitian mengenai kemampuan mikroorganisme dalam mendegradasi zat organik pada air limbah sampah atau lindi. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan dan mengetahui besar nilai parameter µ, Y, Ks, dan Kd, yang di
gunakan dalam perhitungan proses pengolahan lindi secara biologi. Proses dilakukan secara aerob dan lumpur aktif yang digunakan merupakan hasil aklimatisasi, kemudian diproses pada reaktor batch dengan konsentrasi COD yang berbeda-beda (2600, 2100, 1600, 1100, & 600 mg/l). Parameter yang dianalisa adalah COD (Chemical Oxygen Demand) dan MLVSS (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids). Hasil yang didapat, nilai µ antara = 0.1027-0.5298 (hari-1), nilai Y = 0,4583 g VSS/g COD, Ks= 555,47 (mg/l), µmax = 0.1020 (hari-1), Yt =
0.4583 (g VSS/g COD) dan nilai Kd = 1.37 x 10-16(hari-1).
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Lindi adalah cairan yang timbul akibat masuknya air eksternal ke dalam timbunan sampah, melarutkan dan membilas zat-zat terlarut. Cairan tersebut mengandung bahan organik yang tinggi sebagai hasil dekomposisi sampah dan juga berasal dari proses infiltrasi dari air limpasan (Royadi, 2006).
Pengolahan lindi merupakan salah satu permasalahan yang ada di Tempat Pembuangan Akhir (TPA) di Indonesia. Pengolahan lindi umumnya dilakukan dengan proses biologi yang mengandalkan mikroorganisme sebagai pengurai substrat. Untuk menghasilkan efluen yang aman bagi lingkungan, diperlukan perancangan proses bioreaktor agar proses pengolahan air lindi dapat berjalan optimal. Oleh sebab itu, perlu diketahui parameter kinetika karena nilai parameter kinetika berlaku spesifik bagi jenis limbah cair dan proses yang diterapkan (Romli dkk, 2012).
I.2 Perumusan Masalah
Mengingat pentingnya peranan dan fungsi parameter kinetika pada pengolahan secara biologi, maka diperlukannya penelitian mengenai kemampuan mikroorganisme dalam mendegradasi zat organik pada air limbah sampah atau lindi.
I.3 Tujuan Penelitian
1. Mendapatkan parameter kinetika meliputi nilai laju pertumbuhan spesifik (µ), nilai hasil pertumbuahn (Y), konstanta kejenuhan (Ks), dan koefisien
kematian mikroba (Kd).
2. Untuk mengetahui besar nilai parameter µ, Y, Ks, dan Kd, yang di gunakan
dalam perhitungan proses pengolahan lindi secara biologi. I.4 Manfaat
Manfaat dari penelitian ini untuk mengetahui besar nilai koefisien dengan parameter yaitu µ, Y, Ks, dan Kd yang dipakai dalam merencanakan perhitungan
BAB II
TINJ AUAN PUSTAKA
II.1 Tinjauan Umum
Air lindi merupakan bahan cair yang timbul pada bagian bawah sanitary landfill, yang jumlahnya tergantung pada berbagai faktor seperti : curah hujan, kemiringan dan jenis lapisan tanah penutup, kepadatan sampah, kelembaban sampah dan kondisi lingkungan sanitary landfill (Royadi, 2006).
Sedangkan menurut Priyono dkk (2008), leachate (air lindi) atau air luruhan sampah merupakan tirisan cairan sampah hasil ekstrasi bahan terlarut maupun tersuspensi. Pada umumnya leachate terdiri atas senyawa-senyawa kimia hasil dekomposisi sampah dan air yang masuk dalam timbulan sampah. Air tersebut dapat berasal dari air hujan, saluran drainase, air tanah atau dari sumber lain di sekitar lokasi TPA. Pada saat terjadi hujan di lokasi Tempat Pembuangan Akhir, maka air hujan akan masuk dan meresap kedalam tumpukan sampah yang kemudian membawa zat-zat berbahaya dengan kepekatan zat pencemar yang tinggi melimpah atau keluar dari timbunan sampah pada Tempat Pembuangan Akhir berupa limbah cair.
dilakukan secara biologis yang dianggap mampu mendegradasi bahan organik, nitrogen dan senyawa-senyawa lain yang terkandung didalam lindi tersebut. Untuk itu, perlu diketahui terlebih dahulu nilai parameter kinetika karena nilai parameter kinetika berlaku spesifik bagi jenis limbah cair dan proses yang diterapkan, agar didapatkan efluen yang aman bagi lingkungan dan proses pengolahannya berjalan optimal.
II.1.1 Karakteristik Lindi
Pada umumnya leachate terdiri atas senyawa-senyawa kimia hasil dekomposisi sampah dan air yang masuk dalam timbulan sampah, karena ketika air merembes melalui timbunan sampah yang sedang dalam proses pembusukan, maka bahan-bahan organik dan kimia terbawa oleh air tesebut kemudian keluar dengan kepekatan zat pencemar yang tinggi. Menurut Henry et.al dalam Priyono dkk (2008) karakteristik air lindi adalah sebagai berikut.
Tabel 2.1 Karakteristik Leachate (Air Lindi) dari Sanitary Landfill
Usia TPA Baru/ Kurang
dari 2 Tahun Tipikal
Lama/ Lebih dari 10 Tahun
Parameter Kisaran Kisaran
1 2 3 4
5
II.2 Pengolahan Biologis Aerob
Proses pengolahan biologi secara aerob (Aerobic Process) adalah proses pengolahan secara biologis yang terjadi dengan adanya O2, dengan memanfaatkan
aktivitas mikroba aerob. yang dikenal sebagai obligate aerobes atau mikroorganisme yang hanya hidup bila ada O2 yang terlarut,. Air limbah
mengandung bermacam-macam senyawa organik dan anorganik yang akan diubah oleh mikroorganisme menjadi sel mikroorganisme baru dan energi. Berikut ini adalah persamaan reaksi yang terjadi pada proses biologis aerob.
COHNS + O2 + NH3 + PO43-MO C5H7NO2 + CO2 + H2O + energy + produk lain Bahan Organik
(Sel Baru)
Adapun dalam proses degradasi bahan organik terjadi suatu proses dimana pada saat bahan organik sudah terdegradasi, sel mikroorganisme baru (C5H7NO2)
akan memakan dirinya sendiri agar menghasilkan energi untuk dirinya sendiri, dan biasanya proses ini dinamakan dengan proses endogenous respiration.
C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + NH3 + 2H2O
(Metcalf and Eddy, 2004)
II.2.1 Pertumbuhan Mikroorganisme
lag, eksponensial, stasioner, dan kematian. Kurva pertumbuhan yang lengkap merupakan gambaran pertumbuhan secara bertahap (fase) sejak awal pertumbuhan sampai dengan terhenti mengadakan kegiatan. Kurva prtumbuhan biasanya terbagi dalam 5 fase pertumbuhan, tetapi lebih terinci dalam 7 fase yakni sebagai berikut (Purnomo, 2004) :
1. Fase lag disebut juga fase persiapan, fase permulaan, fase adaptasi atau fase penyesuaian yang merupakan fase pengaturan suatu aktivitas dalam lingkungan baru. Oleh karena itu selama fase ini pertambahan massa atau pertambahan jumlah sel belum begitu terjadi, sehingga kurva fase ini umumnya mendatar. Selang waktu fase lag tergantung kepada kesesuaian pengaturan aktivitas dan lingkungannya. Semakin sesuai selang waktu yang dibutuhkan semakin cepat.
7
2. Fase akslerasimerupakan fase setelah adaptasi, sehingga sudah mulai aktivitas perubahan bentuk maupun pertambahan jumlah dengan kecepatan yang masih rendah.
3. Fase eksponensial atau logaritmik merupakan fase peningkatan aktivitas perubahan bentuk maupun pertambahan jumlah mencapai kecepatan maksimum sehingga kurvanya dalam bentuk eksponensial. Peningkatan aktivitas ini harus diimbangi oleh banyak faktor, antara lain : faktor biologis, misalnya : bentuk dan sifat mikroorganisme terhadap lingkungan yang ada, asosiasi kehidupan diantara organisme yang bersangkutan dan faktor non-biologis, misalnya : kandungan hara di dalam medium kultur, suhu, kadar oksigen, cahaya, bahan kimia dan lain-lain. Jika faktor-faktor di atas optimal, maka peningkatan kurva akan tampak tajam atau semakin membentuk sudut tumpul terhadap garis horizontal (waktu).
4. Fase retardasiatau pengurangan merupakan fase dimana penambahan aktivitas sudah mulai berkurang atau menurun yang diakibatkan karena beberapa faktor, misalnya : berkurangnya sumber hara, terbentuknya senyawa penghambat, dan lain sebagainya.
6. Fase kematian merupakan fase mulai terhentinya aktivitas atau dalam petumbuhan koloni terjadi kematian yang mulai melebihi bertambahnya individu.
7. Fase kematian logaritmikmerupakan fase peningkatan kematian yang semakin meningkat sehingga kurva menunjukan garis menurun.
Faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme : a. pH
Untuk sebagian besar bakteri, untuk proses pengolahan air limbah kisaran pH yang paling ekstrem untuk pertumbuhan bakteri berada di antara 4 dan 9. Secara umum pH optimum untuk pertumbuhan berada pada rentang 6,5 – 7,5.
b. Temperatur
Semua proses pertumbuhan tergantung pada reaksi-reaksi kimia, dan laju reaksi dipengaruhi oleh temperatur. Dengan demikian, laju pertumbuhan mikroba sebagai total jumlah pertumbuhan mikroba dapat dipengaruhi oleh temperature. Titik suhu pertumbuhan maksimum disebut sebagai temperatur optimum (Benefield et.al., 1980).
Berdasarkan pada rentanag temperature dimana mikroba dapat hidup dan tumbuh kembang dengan baik, maka dapat diklasifikasikan menjadi (Slamet dkk, 2000) :
a) Mikroorganisme Psikrofilik = 0 - 20ºC dengan suhu optimum 15 -18ºC b) Mikroorganisme Mesofilik = 20 - 45ºC dengan suhu optimum 30 - 18ºC c) Mikroorganisme Thermofilik = 45 - 75ºC dengan suhu optimum 40 - 70ºC
9
c. Kebutuhan Oksigen
Berdasarkan kebutuhan oksigen bakteri dibagi menjadi empat kelompok (Benefield et.al., 1980) :
a) Obligate aerobes, yaitu mikroorganisme yang hidup dengan membutuhkan oksigen.
b) Obligate anaerobes, yaitu mikroorganisme yang hidup tanpa membutuhkan oksigen
c) Facultative anaerobes, yaitu mikroorganisme yang hidup dengan membutuhkan dan tanpa membutuhkan oksigen.
d) Microaerophiles, yaitu mikroorganisme yang tumbuh dengan baik bila ada sedikit oksigen.
d. Kebutuhan Nutrien
Mikroorganisme membutuhkan nutrisi atau makanan yang akan menjadi sumber energi dan menyediakan unsur-unsur kimia dasar untuk pertumbuhan sel. Unsur-unsur dasar tersebut adalah karbon, nitrogen, hidrogen, oksigen, sulfur, fosfor, magnesium, zat besi dan sejumlah kecil logam lainnya.
II.3 Kinetika Pertumbuhan Mikroorganisme
1. Laju Pertumbuhan Spesifik (µ)
Pertumbuhan eksponensial terjadi bila semua kebutuhan untuk pertumbuhan terpenuhi, hal ini dapat dinyatakan dengan :
Dengan membagi kedua sisi pada persamaan (2.1) dengan , maka turunan limit 0, diperoleh :
(2.2) dengan :
= menyatakan laju pertumbuhan biomassa (massa/volume.waktu)
µ = laju pertumbuhan spesifik. x = konsentrasi biomassa
Jika xo menyatakan konsentrasi biomassa pada t = 0, integrasi persamaan
(2.2) memberikan persamaan:
(2.3)
atau
(2.4) atau
(2.5). 2. Hasil Pertumbuhan (Growth Yield)
Hasil pertumbuhan Y didefinisikan secara matematis sebagai :
(2.6)
11
(2.7)
Monod (1949) mengamati bahwa selama tidak ada perubahan dalam komposisi biomassa dan kondisi lingkungan tetap konstan, hasil pertumbuhan (Y) tetap dalam jumlah konstan. Dengan demikian, biomassa awal dan konsentrasi substrat ditunjukkan sebagai xo, dan So, sedangkan x dan S tetap
menggambarkan konsentrasi yang sesuai selama pertumbuhan. Pirt (1975) telah menunjukkan bahwa hubungan antara pertumbuhan dan penggunaan substrat dapat dinyatakan sebagai :
(2.8)
Pada batas pertumbuhan substrat, suatu biakan yang mencapai konsentrasi biomassa maksimum (xm) akan mendekati fase penurunan pertumbuhan. Pada
kondisi ini dapat diasumsi bahwa konsentrasi batas pertumbuhan substrat adalah 0, sehingga persamaan menjadi :
(2.9)
atau
(2-10)
dengan :
xm = konsentrasi biomassa maksimum
xo = konsentrasi biomassa awal
So = konsentrasi sampel awal
Dengan mengeplot nilai-nilai xm dan So, maka diperoleh persamaan garis
lurus dengan slope garis lurus yang terbentuk adalah nilai Y.
3. Perubahan Spesifik Substrat (q)
Hubungan antara penggunaan substrat spesifik, laju pertumbuhan spesifik dan hasil pertumbuhan adalah seperti persamaan dibawah ini :
(2-11)
atau
(2-12)
4. Koefisien Kematian Mikroba (Kd) dan Hasil Pertumbuhan Sebenarnya
(Yt).
Untuk menentukan koefisien kematian mikroba (Kd) dan hasil
pertumbuhan sebenarnya (Yt) digunakan persamaan berikut :
(2.13)
Dengan membagi kedua sisi dengan x, maka persamaan menjadi :
(2.14)
atau persamaan menjadi :
(2.15)
dengan :
13
µ = laju pertumbuhan spesifik Kd = koefisien kematian mikroba
5. Konstanta Kejenuhan (Ks) dan Laju Pertumbuahn Maksimum (µmax)
Parameter ini dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
(2.16)
dengan membagi kedua sisi dengan µ, pada persamaan (2.16) maka persamaan yang didapat sebagai berikut :
(2.17)
dengan :
µ = laju pertumbuhan spesifik Ks = konstanta kejenuhan
µmax = laju pertumbuhan maksimum
S = konsentrasi sampel II. 4 Isolasi Mikroorganisme
murni. Biakan murni adalah biakan yang sel-selnya berasal dari pembelahan satu sel tunggal.
Proses pemisahan/pemurnian dari mikroorganisme lain perlu dilakukan, karena untuk proses identifikasi mikroorganisme, memerlukan suatu populasi yang hanya terdiri dari satu macam mikroorganisme saja. Teknik tersebut dikenal dengan isolasi mikroba. Selain itu juga pengertian isolasi mikroba itu sendiri adalah memindahkan mikroorganisme dari lingkungannya di alam dan menumbuhkan sebagai biakan murni dalam suatu medium buatan. Terdapat berbagai cara mengisolasi mikroba, yaitu : isolasi pada agar cawan, isolasi pada medium cair, dan isolasi sel tunggal (Anonim,2012).
1. Isolasi pada Agar Cawan
Prinsip pada metode isolasi pada agar cawan adalah mengencerkan mikroorganisme sehingga diperoleh individu spesies yang dapat dipisahkan dari organisme lainnya. Setiap koloni yang terpisah yang tampak pada cawan tersebut setelah inkubasi berasal dari satu sel tunggal. Terdapat beberapa cara dalam metode isolasi pada agar cawan, yaitu: Metode gores kuadran, dan metode agar cawan tuang.
Metode gores kuadran. Bila metode ini dilakukan dengan baik akan menghasilkan terisolasinya mikroorganisme, dimana setiap koloni berasal dari satu sel.
15
yang terakhir mengandung koloni-koloni yang terpisah di atas permukaan/di dalam cawan.
2. Isolasi pada Medium Cair
Metode isolasi pada medium cair dilakukan bila mikroorganisme tidak dapat tumbuh pada agar cawan (medium padat), tetapi hanya dapat tumbuh pada kultur cair. Metode ini juga perlu dilakukan pengenceran dengan beberapa serial pengenceran. Semakin tinggi pengenceran peluang untuk mendapatkan satu sel semakin besar.
3. Isolasi Sel Tunggal
Metode isolasi sel tunggal dilakukan untuk mengisolasi sel mikroorganisme berukuran besar yang tidak dapat diisolasi dengan metode agar cawan/medium cair. Sel mikroorganisme dilihat dengan menggunakan perbesaran sekitar 100 kali. Kemudian sel tersebut dipisahkan dengan menggunakan pipet kapiler yang sangat halus ataupun micromanipulator, yang dilakukan secara aseptis.
Setelah diperoleh biakan murni (koloni yang berasal dari sel tunggal), mikroorganisme tersebut siap dilakukan telaah dan identifikasi, dan kemudian ditumbuhkan sesuai tujuan.
II. 5 Identifikasi Mikroor ganisme
bentuk dan ukuran bakteri, melihat struktur luar dan dalam bakteri seperti dinding sel dan vakuola, serta sifat-sifat fisik dan kimia yang khas dari bakteri. Teknik pewarnaan warna pada bakteri dapat dibedakan menjadi empat macam yaitu pewarnaan sederhana, pewarnaan negatif, pewarnaan diferensial dan pewarnaan struktural (Aguskrisno,2012).
1. Pewarnaan Sederhana
Pewarnaan sederhana, merupakan pewarna yang paling umum digunakan. Perwarnaan ini hanya menggunakan satu macam zat warna (biru metilen/air fukhsin) dan bertujuan hanya untuk melihat bentuk sel saja. Berbagai macam tipe morfologi bakteri (kokus, basil, spirilum, dan sebagainya) dapat dibedakan dengan menggunakan pewarna sederhana, yaitu mewarnai sel-sel bakteri hanya digunakan satu macam zat warna saja. Kebanyakan bakteri mudah bereaksi dengan pewarna-pewarna sederhana karena sitoplasmanya bersifat basofilik (suka akan basa) sedangkan zat-zat warna yang digunakan untuk pewarnaan sederhana umumnya bersifat alkalin (komponen kromoforiknya bermuatan positif).
2. Pewarnaan Negatif
Pewarnaan negatif, metode ini bukan untuk mewarnai bakteri tetapi mewarnai latar belakangnya menjadi hitam gelap. Pewarnaan ini dilakukan karena morfologi organisme yang sukar diwarnai oleh pewarnaan sederhana. Pada pewarnaan ini mikroorganisme kelihatan transparan (tembus pandang). Teknik ini berguna untuk menentukan morfologi dan ukuran sel. Metode ini menggunakan cat nigrosin atau tinta cina.
17
Teknik pewarnaan ini menggunakan lebih dari satu zat warna seperti pewarnaan gram dan pewarnaan tahan asam. Pewarnaan Gram atau metode Gram adalah suatu metode untuk membedakan spesies bakteri menjadi dua kelompok besar, yakni gram-positif dan gram-negatif, berdasarkan sifat kimia dan fisik dinding sel mereka. Bakteri gram-positif akan mempertahankan zat warna metil ungu gelap setelah dicuci dengan alkohol, sementara bakteri gram-negatif tidak. Pada uji pewarnaan Gram, suatu pewarna penimbal (counterstain) ditambahkan setelah metil ungu, yang membuat semua bakteri gram-negatif menjadi berwarna merah atau merah muda. Pengujian ini berguna untuk mengklasifikasikan kedua tipe bakteri ini berdasarkan perbedaan struktur dinding sel mereka. Sedangkan untuk pewarnaan tahan asam ditujukan terhadap bakteri yang mengandung lemak dalam konsentrasi tinggi sehingga sukar menyerap zat warna, namun jika bakteri diberi zat warna khusus misalnya karbolfukhsin melalui proses pemanasan, maka akan menyerap zat warna dan akan tahan diikat tanpa mampu dilunturkan oleh peluntur yang kuat sekalipun seperti asam-alkohol. Karena itu bakteri ini disebut bakteri tahan asam (BTA).
4. Pewarnaan Struktural
III.1 Bahan yang Digunakan
Air limbah sampah (lindi) TPA Benowo
III.2 Peralatan
Peralatan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1. Pengocok (Shaker) 2. Pemanas (Oven) 3. Furnace
4. COD reaktor III.3 Variabel Penelitian 1. Kondisi Tetap
a. Suhu (suhu kamar) b. pH alami sampel 2. Peubah
a. Waktu sampling : 1 hari, 2 hari, 3 hari, 4 hari, 5 hari b. So (COD influent) : 2600 mg/l, 2100 mg/l, 1600 mg/l,
19
III.4 Pr osedur Penelitian
Penelitian ini dikerjakan dalam dua tahap proses, yaitu tahap persiapan dan tahap pelaksanaan.
III.4.1 Tahap Per siapan 1. Pembenihan (Seeding)
Pada penelitian ini proses pembenihan (seeding) dilakukan pada reaktor batch dengan menumbuhkan bakteri Bacillus Sphaericus, Bacillus megaterium, dan Aeromonas hydrophilia (mixculture) dari bentuk padat menjadi cair yang diaerasikan dan diberi nutrient hingga MLSS mencapai 2000 mg/l.
2. Aklimatisasi
Setelah melalui proses pembenihan (seeding), bakteri yang sudah tumbuh akan menyerupai lumpur aktif. Kemudian lumpur aktif tersebut diaklimatisasikan dengan air lindi yang bertujuan untuk mengadaptasikan mikroorganisme dengan kondisi lingkungan yang baru, termasuk sumber makanannya. Lumpur aktif yang telah dicampur dengan air lindi didalam reaktor, diaerasi pada suhu kamar dan pH alami air lindi.
Pertumbuhan bakteri ditandai dengan perubahan warna suspensi menjadi coklat kehitaman dan terjadi peningkatan nilai MLSS. Aklimatisasi lumpur aktif dan air lindi berlangsung selama 10 hari.
III.4.2 Tahap Pelaksanaan
1. Masukkan 70 ml air sampel kedalam Erlenmeyer dengan masing-masing konsentrasi (COD) ±2600 mg/l, 2100 mg/l, 1600 mg/l, 1100 mg/l, dan 600 mg/l.
2. Tambahkan 10 ml bakteri yang telah di aklimatisasi sebelumnya kedalam Erlenmeyer dan diberikan nutrien (BOD5 : N : P).
3. Kemudian Erlenmeyer diletakkan pada shaker dengan revolusi 150 rpm pada suhu kamar, dan pH alami sampel.
Sumber Mikroorganisme Sampel (Air Lindi)
Gambar 3.1 Alat Penelitian
21
III.4.3 Pr osedur Analisa Pengamatan 1. Pengukuran COD (mg/l)
c) Tambahkan 8 tetes larutan HgSO4
d) Tambahkan 3 ml larutan H2SO4 pekat
e) Kemudian dibakar dengan COD reaktor selama 2 jam
f) Setelah dibakar didinginkan kemudian dituang kedalam Erlenmeyer
g) Tambahkan larutan indikator ferroin 3-4 tetes
i) Catat volume titrasi d. Perhitungan :
COD (mg/l) = x ( a – b ) x NFAS x 8
Keterangan :
a = volume titrasi pada blanko b = volume titrasi pada sampel 2. Pengukuran MLVSS (mg/l)
a. Alat-alat :
a) Cawan porselin
b) Oven untuk pemanas 105 ºC c) Desikator
d) Timbangan analitis
e) Furnace dengan suhu 550 ºC f) Kertas saring
b. Cara kerja :
a) Panaskan filter kertas dan cawan porselin kedalam oven pada suhu 105 ºC selam 1 jam, untuk menghilangkan kandungan air didalam filter dan cawan.
b) Dinginkan kertas saring dan cawan porselin ke dalam desikator selama 15 menit, timbang berat cawan (a) dan kertas saring (b1) c) Ambil 10 ml sampel dengan menggunakan pipet gondok 10 ml
23
d) Tiriskan kemudian panaskan kertas saring kedalam oven pada suhu 105 ºC selama 1 jam.
e) Dinginkan dalam desikator selama 15 menit f) Timbang dengan timbangan analitis ( b2 )
g) Lipat kertas saring dan masukkan ke dalam cawan kemudian masukkan ke dalam furnace pada suhu 550 ºC selama 1 jam. h) Dinginkan ke dalam desikator selama 15 menit, timbang cawan
dan filter kertas ( c)
2. Plot ke grafik dengan (Ln x/xo) sebagai sumbu Y dan t sebagai sumbu
3. Dari grafik didapat persamaan linear yang mana slope yang terbentuk adalah nilai µ.
4. Untuk Y didapat dengan membuat tabel So, Xm.
5. Plot ke grafik dengan So sebagai sumbu X dan Xm sebagai sumbu Y.
6. Dari grafik didapat persamaan linear yang mana slope yang terbentuk adalah nilai Y.
7. Sedangkan nilai q didapat dengan memasukkan nilai µ dan nilai Y yang ditabelkan, kemudian dihitung dengan menggunakan persamaan (2.2).
III.5.2 Menentukan koefisien Kd dan Yt
1. Plot ke grafik dengan nilai q sebagai sumbu X dan nilai µ sebagai sumbu Y.
2. Dari grafik didapat persamaan linear yang mana slope yang terbentuk adalah dan intercept garis lurus adalah , sehingga nilai Yt dan Kd
bisa didapat.
III.5.3 Menentukan koefisien µmax dan Ks
1. Plot ke grafik dengan nilai sebagai sumbu X dan nilai sebagai
sumbu Y.
2. Dari grafik didapat persamaan linear yang mana slope yang terbentuk adalah dan intercep garis lurus adalah , sehingga nilai µmax
25
III.6 Kerangka Penelitian
Gambar 3.2 Kerangka Penelitian J udul
Kinetika Biodegradasi Zat Organik Pada Air Limbah Sampah (Lindi)
Studi Literatur
IV. I Hasil Penelitian
Dari hasil penelitian ini didapatkan efisiensi penyisihan COD seperti yang diuraikan pada gambar 4.1 sebagai berikut :
Gambar 4.1 Hubungan antara Waktu Inkubasi dengan Penurunan COD pada Berbagai Konsentrasi COD Awal
Gambar 4.1. dapat dijelaskan bahwa semakin lama waktu inkubasi semakin besar pula efisiensi mikroorganisme dalam mendegradasi zat organik pada air limbah yang terukur sebagai COD. Pada gambar 4.1 menunjukkan perubahan nilai COD pada kelima variabel air lindi. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa konsentrasi COD menurun pada hari ke-5 untuk semua variabel air lindi hal ini dikarenakan zat organik pada air limbah telah teroksidasi menjadi CO2, H2O dan sebagian zat organik telah dikonversi menjadi sel-sel baru. Dari
27
zat organik terdegradasi pada variabel C, sedangkan untuk variabel D dan E zat organik yang terdegradasi lebih dari 80%. Perbedaan tingkat degradasi ini dikarenakan konsentrasi COD sebagai substrat awal yang beragam, sedangkan jumlah mikroorganisme awal yang sama (MLVSS).
Hal yang sama terjadi pada penelitian yang dilakukan oleh Ramli dkk, yang mana reaktor air lindi yang dioperasikan dengan MLVSS yang tinggi dapat menguraikan lebih dari 50% COD dalam kurun waktu empat hari. Sebaliknya, pada reaktor air lindi yang dioperasikan dengan kadar MLVSS rendah hanya mampu menguaraikan sekitar 25%-37% COD dalam kurun waktu empat hari.
Selain itu juga, pengukuran konsentrasi mikroorganisme untuk mengetahui laju pertumbuhan mikroorganisme yang diterukur sebagai MLVSS (mg/l), dapat dilihat pada gambar 4.2 seperti berikut :
Gambar 4.2 Hubungan antara Waktu Inkubasi dengan Kadar MLVSS pada Berbagai Konsentrasi COD Awal.
29
Untuk sampel B pada waktu inkubasi 0 – 2 hari mikroorganisme berada pada fase akslerasi. Dan pada waktu inkubasi 2 – 3 hari mikroorganisme berada pada fase eksponensial. Selanjutnya pada waktu inkubasi 3 – 4 hari mikroorganisme berada pada fase retardasi. Sedangkan untuk waktu inkubasi 4 – 5 hari mikroorganisme masih berada pada fase stasioner. Apabila waktu penelitian diperpanjang maka akan terlihat pada grafik, kurva yang membentuk fase menurun. Hal ini dikarenakan sumber makanan yang tersedia masih banyak sehingga pada grafik belum terlihat fase menurun.
Berbeda dengan sampel A yang mana pada waktu inkubasi 0 – 1 hari masih berada pada fase lag. Fase yang mana merupakan fase adaptasi atau penyesuaian dengan lingkungan baru. Selanjutnya pada waktu inkubasi 1 – 2 hari mikroorganisme berada pada fase akslerasi, dan fase eksponensial terjadi pada waktu inkubasi 2 – 4 hari. Pada waktu inkubasi 4 – 5 hari mikroorganisme masih berada pada fase retardasi. Hal ini seperti yang terjadi pada sampel B yang mana, bila waktu penelitian di perpanjang maka akan terlihat fase-fase selanjutnya seperti pada kurva pertumbuhan mikroorganisme (gambar 2.1).
IV. 2 Penentuan Parameter Kinetika
Dari hasil penelitian di laboratorium maka dapat ditentukan parameter-parameter-parameter kinetika sebagai berikut :
1. Laju Pertumbuhan (µ)
Dengan menggunakan persamaan (2.4) maka laju pertumbuhan dari kelima sampel dapat dilihat pada grafik-grafik dibawah ini.
Gambar 4.3 Hubungan antara Ln(X/Xo) dan Waktu (hari) pada Sampel A
Gambar 4.4 Hubungan antara Ln(X/Xo) dan Waktu (hari) pada Sampel B
31
Gambar 4.6 Hubungan antara Ln(X/Xo) dan Waktu (hari) pada sampel D
Gambar 4.7 Hubungan antara Ln(X/Xo) dan Waktu (hari) pada Sampel E
Dengan mengeplot harga-harga Ln (X/Xo) dan t pada grafik, maka didapat nilai µ
seperti dibawah ini :
− Untuk sampel A, persamaan garis lurus yang diperoleh :
Ln X/Xo = 0,199t + 0,597, maka harga µ yang diperoleh = 0,1199
− Untuk sampel B, persamaan garis lurus yang diperoleh :
Ln (X/Xo) = 0.1027t + 0.6589, maka harga µ yang diperoleh = 0,1027
Ln (X/Xo) = -0.2238x + 1.3544, maka harga µ yang diperoleh = 0,2238
− Untuk sampel D, persamaan garis lurus yang diperoleh :
Ln (X/Xo) = -0.4103x + 1.0949, maka harga µ yang diperoleh = 0,4103
− Untuk sampel E, persamaan garis lurus yang diperoleh :
Ln (X/Xo) = -0.5298x + 1.0762, maka harga µ yang diperoleh = 0,5298 Nilai koefisien menunjukkan kecepatan pertumbuhan mikroorganisme. Regresi linear dari plot hubungan antara Ln X/Xo terhadap waktu (t) menghasilkan koefisien µ = 0,4465 (hari-1) untuk sampel A, µ = 0,1027 (hari-1) untuk sampel B, µ = 0,2238 (hari-1) untuk sampel C, µ = 0,4103 (hari-1) untuk sampel D, µ = 0,5298 (hari-1) untuk sampel E.
33
Semakin besar nilai µ semakin cepat proses pengolahan. Semakin besar konsentrasi substrat semakin kecil nilai µ yang dihasilkan, hal ini dikarenakan konsentrasi substrat yang tinggi sedangkan jumlah mikroorganisme yang digunakan sedikit, sehingga tingginya konsentrasi substart itu sendiri menjadi inhibitor bagi mikroorganisme yang ada. 2. Hasil Pertumbuhan / Growth Yield (Y).
Dengan menggunakan persamaan 2.10 maka hasil pertumbuhan / growth yield (Y) bisa didapatkan pada grafik dibawah ini.
Gambar 4.8 Hubungan antara Biomassa Maksimum (Xm) dengan
Konsentrasi Substrat (So)
Dengan mengeplot harga-harga Xm dan So, maka diperoleh
persamaan garis lurus dengan slope garis lurus yang terbentuk adalah harga Y. Persamaan garis lurus yang diperoleh adalah Xm = 0,4583 So + 622,3,
activated sludge yang berkisar antara 0,3-0,8 g VSS/g COD. Nilai yield sendiri menunjukkan banyaknya bahan organik yang dikonversi menjadi sel-sel baru.
3. Perubahan Spesifik Substrat (q).
Nilai dari laju pertumbuhan (µ) dan hasil pertumbuhan/ growth yield (Y) dapat digunakan untuk memperoleh nilai perubahan spesifik substrat (q) dengan menggunakan persamaan (2.22). Nilai q diartikan sebagai perubahan konsentrasi substrat yang sebanding dengan bertambahnya konsentrasi biomassa.
4. Koefisien Kematian Mikroba (Kd) dan Hasil Pertumbuhan Sebenarnya (Yt).
Koefisien kematian mikroba (Kd) merupakan suatu konstanta yang
sebanding dengan biomassa yang hilang pada saat fase endogeneous. Semakin besar nilai dari koefisien Kd semakin lama proses pengolahan.
Sedangkan hasil pertumbuhan sebenarnya (Yt) merupakan hasil
pertumbuhan yang dipengaruhi oleh laju pertumbuhan spesifik dan perubahan spesifik substrat.
Nilai dari laju pertumbuhan (µ) dan perubahan spesifik substrat (q) dapat digunakan untuk mencari nilai koefisien kematian mikroba (Kd) dan
35
(2.15).
Gambar 4.9 Hubungan antara Perubahan Spesifik Substrat (q) dengan Laju Pertumbuhan Spesifik (µ)
Dengan mengeplot harga-harga q dan µ, maka diperoleh garis lurus yang mana slope yang terbentuk adalah 1/Yt dan intersep garis lurus adalah Kd /Yt.
Dengan demikian harga Kd dan Yt dapat diketahui. Persamaan garis lurus
yang diperoleh adalah : q = 2,182µ + 3 x 10-16 dalam hal ini 1/Yt = 2,182
dan Kd /Yt = 3 x 10-16 , maka diperoleh harga Yt = 0.4583 dan harga Kd =
1.37 x 10 ˉ16.
5. Konstanta Kejenuhan (Ks) dan Laju Pertumbuhan Maksimum (µmax).
Konstanta kejenuhan (Ks) menunjukan kepekaan konsentrasi substrat yang
peka terhadap pertumbuhan mikroorganisme. Semakin besar nilai Ks
lindi adalah 175-1800 mg/l. Sedangkan nilai laju pertumbuhan maksimum
(µmax) adalah nilai maksimum dari laju pertumbuhan yang berada di titik
puncak pada fase eksponensial sebelum masuk ke fase stasioner. Untuk
konstanta kejenuhan (Ks) dan laju pertumbuhan maksimum (µmax) dapat
ditentukan dari nilai konsentrasi sampel (So) dan laju pertumbuhan (µ) dan
menggunakan persamaan (2.17).
Gambar 4.10 Hubungan antara 1/µ dengan 1/S
Dengan mengeplot harga-harga 1/µ dan 1/s, maka diperoleh garis
lurus dimana slope yang terbentuk merupakan harga Ks/µmax dan intersep
garis lurus adalah 1/µmax dengan demikian harga Ks dan µmax dapat diketahui.
. Persamaan garis lurus yang diperoleh adalah : 1/µ = 5445.8 1/S + 9.7977
dalam hal ini 1/µmax = 9.7977 dan Ks /µmax = 5445.8 , maka diperoleh harga
37
Dari hasil perhitungan didapatkan nilai-nilai parameter pada tabel
dibawah ini.
Tabel 4.3. Nilai-nilai Parameter Kinetika Biodegradasi Zat Organik pada Air
Limbah Sampah (Air Lindi).
Dari hasil isolasi dan identifikasi mikroorganisme terhadap isolat, maka
bakteri yang di peroleh adalah berspesies Bacillus sp. Identifikasi bakteri
dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi Jurusan Biologi Universitas Airlangga
Surabaya dengan metode uji penanaman bakteri di media Nutrien Agar
menggunakan pour plate dan di uji fisiologis bakteri menggunakan MicrobactTM
Kits GNB 24E, kemudian dicocokan dengan kunci determinasi bakteri dari buku
Bergey’s “ Manual of Determination Bacteriology 9th edition dan Cowan and
Steel’s Manual for The Identification of Medical Bacteria 3rd edition. Berdasarkan
hasil identifikasi dengan metode di atas, menyatakan bahwa spesies dan
subspesies bakteri yang diperoleh adalah Bacillus cereus dan Bacillus firmus.
dan 52,17%, hal ini dapat memungkinkan bakteri yang diperoleh adalah bakteri
dengan subspesies baru.
a b
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian dan pembahasan yang telah diuraikan dapat
disimpulkan bahwa :
1. Semakin lama waktu inkubasi semakin besar pula efisiensi mikroorganisme
dalam mendegradasi zat organik pada air limbah. Perbedaan tingkat degradasi
dapat terjadi apabila konsentarsi awal beragam, namun jumlah
mikroorganisme awal yang sama.
2.
Nilai parameter kinetika yang didapat pada penelitian ini adalah :a. µ = 0.1199 (hari-1) untuk sampel A,
b. µ = 0.1027 (hari-1) untuk sampel B,
c. µ = 0.2238 (hari-1) untuk sampel C,
d. µ = 0.4103 (hari-1) untuk sampel D,
e. µ = 0.5298 (hari-1) untuk sampel E,
f. nilai Y= 0,4583 mg MLVSS/mg COD,
g. Ks= 555.47 (mg/l)
h. µmax = 0.1020 (hari-1 ),
i. Yt = 0.4583 (g/g)
V.2 Sar an
Berdasarkan dari hasil penelitian, disarankan untuk penelitian selanjutnya
agar menggunakan variabel waktu sampling dalam satuan jam, agar terlihat
dengan jelas laju pertumbuhan mikroorganisme seperti pada kurva pertumbuhan
DAFTAR PUSTAKA
Aguskrisno, 2011, “Isolasi Mikr oorganisme Dalam Pr oses Pembuatan Enzim
Sebagai Hasil Pr oduk di Bidang Industri”,
http://aguskrisnoblog.wordpress.com (11 Januari 2011).
Anonim, 2012, “Sejar ah Per kembangan Mikrobiologi”, Fakultas Pertanian
Perikanan & Biologi Universitas Negeri Bangka Belitung,
http://fppb.ubb.ac.id/?Page=artikel_ubb&&id=216 (15 Mei 2012).
Benefield et al, 1980, “ Biological Pr ocess Design for Wastewater Tr eatment”, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, NJ 07632, United States of America.
Metcalf & Eddy, 2004, “Wastewater Engineering Treatment and Reuse”, McGraw-Hill, Inc., New York.
Priyono, Adi dkk, 2008, “Pengolahan Leachate (Air Lindi) Pada Tempat Pembuangan Akhir (TPA) J atibarang Semar ang Secara Anaerob” Seminar Tugas Akhir S1 Jurusan Teknik Kimia UNDIP, Semarang.
Purnomo, Bambang, 2004, “Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikr obiologi” www.geocities.ws/bpur nomo51/mik.../mik4.pdf.
Romli, Muhammad dkk., 2012, “Penentuan Nilai Parameter Kinetika Lumpur
Aktif Untuk Pengolahan Air Lindi Sampah (Leachate)”, Departemen
Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Intitut Pertanian Bogor, Bogor.
Royadi, 2006, “Analisis Pemanfaatan TPA Sampah Pasca Operasi Berbasis Masyarakat (Studi Kasus TPA Bantar Gebang, Bekasi)”. Sekolah Pascasarjana Intitut Pertanian Bogor, Bogor.
