STUDI KEMAMPUAN Spirulina Sp. UNTUK MENURUNKAN KADAR
NITROGEN DAN FOSFAT DALAM AIR BOEZEM PADA SISTEM HIGH
RATE ALGAL REACTOR (HRAR)
STUDY ON THE ABILITY OF Spirulina sp. TO REDUCE NITROGEN
AND PHOSPHATE IN BOEZEM WATER BY USING HIGH RATE
ALGAE REACTOR (HRAR)SYSTEM
Zhahrina Ratih Zumaraha), Mas Agus Mardyanto b), dan Agus Slametc)
aMahasiswa Jurusan Teknik Lingkungan FTSP ITS, Surabaya-60111 b dan c
Dosen Jurusan Teknik Lingkungan FTSP ITS, Surabaya-60111
Kampus Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Keputih-Sukolilo, Surabaya 60111
aratih@enviro.its.ac.id, bmardyanto@enviro.its.ac.id, cagus_mgt@yahoo.co.id
Abstrak
Boezem Morokrembangan merupakan salah satu bendungan atau kolam retensi terbesar di Surabaya digunakan sebagai penampung sementara aliran air sungai yang menuju laut. Di dalam air boezem terkandung banyak nutrien yang konsentrasinya tinggi. Nutrien merupakan salah satu sumber makanan bagi alga yang dibutuhkan untuk pertumbuhan alga, salah satu pengolahan air limbah untuk menurunkan nutrien adalah High Rate Algae Ponds (HRAP). Penelitian kinerja High Rate Algae Reactor (HRAR) menggunakan kultur murni alga jenis Spirulina Sp. dikaji untuk menurunkan kandungan nitrogen dan fosfat dalam badan air tercemar limbah domestik. Penelitian kali ini dilakukan secara batch selama 7 hari dengan variasi konsentrasi alga 0,5 mg/L, 0,75 mg/L, dan 1 mg/L dengan penambahan aerasi pada tiap-tiap reaktor. Sampel air yang digunakan pada penelitian kali ini adalah air limbah artificial yang karakteristiknya dibuat sama dengan air boezem Morokrembangan. Parameter yang dianalisis pada penelitian kali ini adalah N-NH3, N-NO3, dan PO4. Hasil dari penelitian
kali ini adalah efisiensi removal rata-rata optimum untuk ammonia terdapat pada reaktor 0,5 mg/l dengan sistem pengadukan menggunakan aerasi yaitu sebesar 84%. Reaktor dengan konsentrasi alga 1 mg/L dengan sistem aerasi yang memiliki kemampuan meremoval nitrat paling tinggi yaitu sebesar 69%. Parameter fosfat memiliki efisiensi removal optimum pada reaktor 0,5 mg/L dengan sistem pengadukan aerasi, yaitu sebesar 81%. Sistem pengadukan dengan aerasi memiliki kemampuan meremoval yang besar, hal ini dikarenakan penambahan oksigen dengan aerasi tersebut memberikan biomass algae dalam reaktor dapat respirasi setiap saat siang ataupun malam.
Kata kunci: HRAR, Ammonia, Nitrat, Fosfat, removal.
Abstract
Morokrembangan Boezem is one of the biggest retention pond (dam) in Surabaya which is used as temporary reservoir for water flowing into the sea. Boezem’s water contains various kind of nutrient with high concentration rate. Nutrient is one of food sources for algae that helps its growth. One of the wastewater treatment for reducing the amount of nutrient is High Rate Algae Ponds (HRAP). HRAR research performance that used algae Spirulina sp. pure type was studied for reducing nitrogen and phospat amount in poluted surface water by domestic waste. This research is performed with batch method within 7 days in algae concentration variation of 0,5 mg/l, 0,75 mg/l, and 1 mg/l, with input aeration system in the reactor. Water sample used in this research is artificial waste water which has the exact same characteristic with Morokrembangan Boezem’s water. The analysis is using parameters such as N-NH3, N-NO3 and PO4. The result, is optimum removal eficiency for
ammonia is reactor with concentration 0,5 mg/l operated by mixing system using aeration variation with total amount 84%. Reactor 1 mg/L concentration of algae with aeration system has best capability of nitrate removing is 69%. Phosphate has optimum removal efficiency in reactor 0,5 mg/l with mixing system that 81%. Aeration mixing system has capability to a higher removal, that caused by oxygen adding in aeration system that makes algae biomass can respirate every daylights or nights.
Keywords: HRAR, Ammonia, Nitrate, Phospate, Removal
1. PENDAHULUAN
Bertambahnya jumlah penduduk Kota Surabaya dari tahun ke tahun menyebabkan produksi air limbah dari kegiatan manusia semakin bertambah. Air limbah bekas kegiatan manusia yang langsung masuk ke badan air tanpa melalui pengolahan menyebabkan badan air tercemar, hal ini dibuktikan dengan menurunnya kualitas badan air yang semakin menurun. Kandungan nutrien yang semakin hari semakin meningkat menyebabkan beban kerja badan air semakin berat. Kandungan nutrien yang terlalu tinggi, terutama kadar fosfat dan nitrogen, akan menyebabkan eutrofikasi (McGriff et al, 1972). Boezem Morokrembangan merupakan bendungan terbesar di Surabaya yang terletak di Surabaya Utara. Fungsi dari boezem ini untuk menampung air sementara sebelum masuk ke sungai atau laut. Penelitan sebelumnya menunjukkan kandungan nutrien berupa nitrogen dalam bentuk ammonia dan fosfat pada air Boezem Morokrembangan sebesar 16,36 mg/L dan 5,64 mg/L, sedangkan kandungan DO pada air Boezem Morokrembangan sebesar 2,1 mg/L (Putranti, 2011).
Pengolahan air limbah yang cocok bagi Negara Indonesia adalah pengolahan dengan
non-conventional. Salah satu pengolahan non-conventional yang cocok untuk Indonesia
khususnya dalam hal ini Kota Surabaya adalah High Rate Algae Pond (HRAP). HRAP merupakan sistem pengolahan limbah yang efisien dengan cara mengoptimalkan pertumbuhan alga. Alga yang digunakan pada penelitian ini merupakan biakkan murni dari
Spirulina sp. Spirulina sp. dipilih pada penelitian ini karena Spirulina sp. dapat tumbuh pada
suhu yang sangat tinggi. Penelitian ini menganalisis penurunan kadar nitrogen dan fosfat pada badan air yang tercemar dengan menggunakan alga jenis Spirulina sp. dalam HRAR, dan melihat pengaruh rasio konsentrasi alga pada reaktor dan penambahan aerasi pada masing-masing reaktor.
3. Metodologi
Penelitian yang dilakukan kali ini menggunakan metode batch. Alga yang digunakan dalam HRAR adalah alga biru-hijau (Spirulina sp.). Konsentrasi dalam reaktor divariasikan pada enelitian ini. Terdapat 3 reaktor yang didalamnya diberikan konsentrasi alga sebesar 0,5 mg/L, 0,75 mg/L, dan 1 mg/L. Masing-masing reaktor diberikan aerasi. Tujuan pemberian aerasi untuk memberikan suplai oksigen terus menerus pada reaktor, sehingga respirasi dapat terjadi siang hari ataupun malam hari dengan baik. Parameter-parameter yang dianalisis pada penelitian ini adalah Nitrogen-Ammonia, Nitrogen-Nitrat, dan Fosfat.
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah peralatan untuk analisis Nitrogen-Ammonia, peralatan untuk analisis Nitrogen-Nitrat, peralatan untuk analisis Fosfat, wadah plastik yang digunakan sebagai reaktor, dan aerator. Bahan yang dibutuhkan pada penelitian ini adalah reagen untuk analisis Nitrogen-Ammonia, reagen untuk analisis Nitrogen-Nitrat, dan reagen untuk analisis Fosfat.
4. Pembahasan
Pelaksanaan penelitian dilakukan di Jurusan Teknik Lingkungan selama 7 hari dengan cara menganalisis parameter-parameter setiap harinya. Penelitian dilakukan pada tanggal 28 Mei
2012 hingga 4 Juni 2012. Parameter yang dianalisis adalah Ammonia, Nitrogen-Nitrat, Fosfat, dan Klorofil a. Pembuatan air limbah artificial untuk penelitian disamakan dengan karakteristik air Boezem Morokrembangan. Rasio C:N:P yang digunakan untuk pembuatan air limbah artificial ini adalah 108,64:9,85,1,56. Penelitian dilakukan secara batch dengan masing-masing reaktor diisi dengan konsentrasi alga yang berbeda-beda dan ditambahkan aerasi pada masing-masing reaktor.
- Hasil Analisis Nitrogen-Ammonia
Nitrogen-Ammonia dianalisis dengan menggunakan metode Nesslerization. Sampel diambil pada pukul 16.00 pada tiap-tiap reaktor. Hasil dari analisis konsentrasi Nitrogen-Ammonia dapat dilihat pada Tabel 1. Berikut.
Tabel 1. Konsentrasi Ammonia Selama Penelitian Konsentrasi Alga dalam Reaktor Konsentrasi (mg/L) Hari ke-0 Hari ke-1 Hari ke-2 Hari ke-3 Hari ke-4 Hari ke-5 Hari ke-6 Hari ke-7 0,5 mg/L 13,90 0,81 4,87 3,79 1,17 0,54 2,19 2,24 0,75 mg/L 7,62 4,69 3,07 3,36 3,48 3,01 2,34 2,42 1 mg/L 4,17 3,97 3,9 3,52 2,83 2,83 2,94 2,52
Gambar 1. Diagram Persen Removal Ammonia
Tabel 1. diatas menunjukkan konsentrasi ammonia pada reaktor yang memiliki konsentrasi alga yang berbeda-beda pada tiap-tiap reaktornya. Reaktor dengan konsentrasi alga 0,5 mg/L memiliki konsentrasi antara 0,81-13,90 mg/L, untuk reaktor dengan konsentrasi alga 0,75 mg/L berkisar antara 2,42-7,62 mg/L, pada reaktor dengan konsentrasi alga 1 mg/L rentang konsentrasi ammonia sebesar 2,52-4,17 mg/L. Tabel 1. juga menunjukkan konsentrasi ammonia mengalami penurunan dari hari ke hari. Reaktor dengan konsentrasi alga 0,5 mg/L mampu meremoval ammonia paling tinggi dibanding dengan reaktor yang lain, hal ini dapat terlihat dari penurunan konsentrasi hari ke-0 hingga hari ke-7. Pernyataan tersebut juga dapat dibuktikan dengan persen removal pada Gambar 1. reaktor dengan konsentrasi alga 0,5 mg/L memiliki efisiensi removal sebesar 84%, selanjutnya reaktor dengan konsentrasi alga 0,75 mg/L memiliki 58% efisiensi removal, untuk reaktor 1 mg/L memiliki efisiensi removal sebesar 23%.
- Hasil Analisis Nitrogen-Nitrat
Metode Brucin Acetat digunakan untuk menganalisis Nitrogen-Nitrat. Sama dengan ammonia analisis ini dilakukan sehari satu kali setiap hari, sampel diambil pada pukul 16.00.Sampling dilakukan sore hari dikarenakan pada penelitian ini diharapkan hasil removal yang optimum, karena pada siang hari alga dan mikroorganisme dapat bekerja dengan optimum dengan bantuan sinar matahari.
Tabel 2. di bawah ini merupakan konsentrasi nitrat selama analisis dari hari ke hari selama penellitian. Reaktor 0,5 mg/L terlihat removalnya stabil, meskipun pada hari ke-2 dan ke-4 mengalami kenaikan sedikit. Untuk reaktor 0,75 mg/L konsentrasi nitrat tidak stabil naik turun pada awal penelitian, tetapi setelah hari ke-4 konsentrasi terus menurun hingga hari ke-7. Reaktor 1 mg/L trennya terlihat terus turun setiap harinya selama penelitian.
Tabel 2. Konsentrasi Nitrat Selama Penelitian Konsentrasi Alga dalam Reaktor Konsentrasi (mg/L) Hari ke-0 Hari ke-1 Hari ke-2 Hari ke-3 Hari ke-4 Hari ke-5 Hari ke-6 Hari ke-7 0,5 mg/L 8,28 5,04 5,11 4,61 4,72 3,52 3,55 3,61 0,75 mg/L 4,32 5,53 2,41 4,60 4,00 3,42 2,23 2,25 1 mg/L 5,92 1,97 2,16 1,77 1,58 1,82 2,02 1,66
Gambar 2. Diagram Persen Removal Nitrat
Gambar 2. menunjukkan persen removal yang terjadi selama penelitian pada masing-masing resktor. Reaktor dengan konsentrasi alga 1 mg/L memiliki efisiensi removal optimum sebesar 69%, untuk reaktor dengan konsentrasi alga 0,5 mg/L memiliki efisiensi removal sebesar 48%, sedangkan reaktor 0,75 mg/L memiliki efisiensi removal yang paling kecil sebesar 24%.
- Hasil Analisis Fosfat
Parameter fosfat dianalisis dengan metode Stannous Chloride Method. Untuk analisis parameter ini dilakukan pada pukul 16.00.
Tabel 3. di bawah ini merupakan konsentrasi fosfat pada reaktor yang memiliki konsentrasi alga yang berbeda-beda pada tiap-tiap reaktornya. Reaktor dengan konsentrasi alga 0,5 mg/L memiliki konsentrasi antara 0,26-8,60 mg/L, untuk reaktor dengan konsentrasi alga 0,75 mg/L berkisar antara 0,61-10,13 mg/L, pada reaktor dengan konsentrasi alga 1 mg/L rentang konsentrasi fosfat sebesar 0,74-5,02 mg/L. Tabel 1. juga menunjukkan konsentrasi ammonia mengalami penurunan dari hari ke hari. Reaktor dengan konsentrasi alga 0,5 mg/L mampu meremoval ammonia paling tinggi dibanding dengan reaktor yang lain, hal ini dapat terlihat dari penurunan konsentrasi hari ke-0 hingga hari ke-7. Pernyataan tersebut juga dapat dibuktikan dengan persen removal pada Gambar 1. reaktor dengan konsentrasi alga 0,5 mg/L memiliki efisiensi removal sebesar 84%, selanjutnya reaktor dengan konsentrasi alga 0,75 mg/L memiliki 58% efisiensi removal, untuk reaktor 1 mg/L memiliki efisiensi removal sebesar 23%.
Tabel 3. Konsentrasi Fosfat Selama Penelitian Konsentrasi Alga dalam Reaktor Konsentrasi (mg/L) Hari ke-0 Hari ke-1 Hari ke-2 Hari ke-3 Hari ke-4 Hari ke-5 Hari ke-6 Hari ke-7 0,5 mg/L 8,60 6,30 3,18 0,26 1,54 1,21 1,13 1,59 0,75 mg/L 10,13 6,24 1,67 1,51 1,51 1,22 0,61 0,93 1 mg/L 5,02 2,89 0,74 1 1 2,19 2,41 1,96
Gambar 3. Diagram Persen Removal Fosfat
5. Kesimpulan
Removal nitrogen-ammonia yang optimum terdapat pada reaktor dengan konsentrasi alga 0,5 mg/L yaitu sebesar 84%, untuk nitrogen-nitrat removal yang paling optimum terdapat pada reaktor denan konsentrasi alga 1 mg/L sebesar 69%. Fosfat memiliki efisiensi removal optimum sebesar 81% pada reaktor dengan konsentrasi alga 81%. Penggunaan aerasi membantu proses removal pada penelitian kali ini. Removal yang dihasilkan dengan menggunakan aerasi memiliki efisiensi yang besar.
6. Daftar Pustaka
Belay, A., Ota, Y., Miyakawa., dan Shimamatsu, H. 1993. Current Knowledge on Potential
Health Benefits of Spirulina sp.. Journal of Applied Phycology 5, 235-241.
Bellinger E.G dan Sigee D.C. 2010. Freshwater Algae,Identification and Use as Bioindicator. UK: Wiley-blacwell Manchester University.
Hammer, M. J. 1997. Water and Waste-Water Technology. New York, USA : John Wiley and Sons. Graham, Linda E. dan Lee W, Wilcox. 2000. Algae. USA : Prentice-Hall Inc.
Metcalf, dan Eddy. 2004. Wastewater Engineering: Treatment, Disposal and Reuse. New York, USA : McGraw-Hill.
McGriff, EC. Jr., Ross EM. (1972). The Removal of Nutriens and Organisc by Activated Algae. Water
Putranti, Pinatih Tiansa. 2012. Studi Kemampuan Alamiah Boezem Morokrembangan Pada
Penurunan Nutrien Dalam Bentuk Ammonium dan Fosfat dari Air Limbah Domestik Perkotaan. Jurusan Teknik Lingkungan ITS, Surabaya.
