III. METODOLOGI PENELITIAN

III. METODOLOGI PENELITIAN

III. 1. Prosedur Penelitian

Penelitian dilakukan dengan mencatat secara penuh data kurva pengendapan lumpur dengan parameter fisiko-kimiawi untuk pembuatan modelnya. Sampel lumpur diambil dari outlet tanki aerasi secukupnya, dan dimasukan kedalam wadah penampung.

Parameter fisiko-kimiawi yang diukur merupakan parameter operasional pada sistem pengolahan limbah. Pengukuran dilakukan bersamaan dengan waktu pengambilan sampel. Parameter operasional yang diukur meliputi pH,

temperatur, DO, MLSS, kemudian dihitung SV (sludge Volume) dan SVI.

Penyimpanan lumpur dan pengukuran parameter dilakukan pada suhu ruang.

III. 1.1. Penentuan pH dan Temperatur

Temperatur dan pH diukur bersama-sama dengan menggunakan pH meter HI 9025 (Hanna Instruments). Diambil 30 ml sampel lumpur aktif, ditempatkan dalam gelas beker. Kemudian elektrode pH meter dicelupkan ke dalam sampel, dibiarkan beberapa saat sampai nilainya stabil. Pengukuran dilakukan dengan 3 kali ulangan.

III.1.2. Penentuan DO

DO (Disolved Oksigen) adalah banyaknya oksigen yang terkandung dalam cairan limbah. Alat yang digunakan dalam mengukur DO ini adalah DO meter tipe OM-14, tingkat ketelitian alat ini mencapai 0.01. DO diukur dengan mencelupkan ke dalam sampel yang telah diambil.

III.1.3. Penentuan SV30

SV30 atau volume lumpur (ml/l) adalah banyaknya lumpur yang dapat

mengendap tiap 1 liter cairan limbah, dalam waktu 30 menit. SV30 diukur dengan

mengambil 1 liter cairan limbah, dimasukkan dalam kerucut Imhoff. Setelah 30 menit diukur volume lumpur yang dapat mengendap (APHA, 1994).

III.1.4. Penentuan MLSS

metode gravimetri. Diambil 50 ml sampel limbah, kemudian disaring dengan kertas saring yang telah diketahui berat keringnya. Kertas saring dan filtrat dikeringkan dalam oven dengan temperatur 102°C selama 24 jam. Setelah beratnya konstan, kertas saring dan filtrat ditimbang untuk mengetahui berat keringnya. MLSS dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut (APHA, 1994) :

(

)

V b a MLSS= − ×1000 mg/l ... [4] Keterangan:

a = berat kering kertas saring + filtrat (mg) b = berat kering kertas saring (mg)

V = volume sampel limbah (ml)

III.1.5. Penentuan SVI

SVI atau indeks pengendapan lumpur (ml/g) adalah nilai yang menyatakan volume lumpur yang dapat mengendap tiap 1 g lumpur. SVI dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut (APHA, 1994):

MLSS

x

SV

SVI

=

30

1000

_ml/g

_...

_[5]

Keterangan:

SV30 = volume pengendapan lumpur (ml/l)

MLSS = bahan padat tersuspensi (mg/l)

III.1.6. Penentuan Volume

Volume lumpur yang mengendap diukur dengan menggunakan gelas

ukur 1000 ml dan stop watch untuk menghitung waktu pengendapannya.

Konsentrasi yang lebih rendah diperoleh dengan mengambil 100 ml lumpur dalam gelas ukur dan kelipatannya digantikan oleh air supernatan dari outlet pembuangan akhir sejumlah yang sama. Prosedur ini dilakukan terus sampai 10 kurva pengendapan terbentuk.

Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi terhadap pola pengendapan dilakukan pengonsentrasian lumpur dengan tiga kondisi yaitu kondisi 1 merupakan sampel lumpur yang dianalisa tanpa pengonsentrasian terlebih dahulu, kondisi 2 merupakan sampel lumpur yang dianalisa setelah dilakukan pengonsentrasian selama 1 jam dan kondisi 3 merupakan sampel lumpur yang dianalisa setelah pengonsentrasian selama 2 jam. Untuk lebih jelas mengenai kerangka kerja pengambilan data dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6 Kerangka kerja pengambilan data volume ,

konsentrasi,dan waktu pengendapan lumpur aktif.

III.1.7. Penentuan Ketinggian

Untuk keperluan pembuatan model maka volume lumpur yang mengendap dikonversikan ke ketinggian dengan persamaan :

A V

h= / ...[6] Dimana,

h : Tinggi lumpur (m)

V : Volume lumpur yang mengendap (ml)

A( 2

.r

π ) : Luas penampang tabung (m2)

III.2. Tahapan Pembuatan Aplikasi Model

Tahapan kerja pembuatan aplikasi model pengendapan lumpur aktif di sedimentasi akhir ini disajikan pada gambar 7. Untuk memperoleh persamaan model maka dilakukan beberapa tahapan penting diantaranya formulasi

Mulai

Lumpur dari outlet bak aerasi

Kondisi 1 tanpa pengonsentrasian Kondisi 2 Pengonsentrasian 1 jam Kondisi 3 Pengonsentrasian 2 jam

Lumpur diencerkan dalam gelas ukur 1000 mL untuk mendapatkan 10 variasi konsentrasi

Dihitung volume lumpur yang mengendap selama 2 jam dari 10 variasi konsentrasi tersebut

Selesai

Dihitung konversi volume lumpur yang mengendap menjadi ketinggian lumpur

pemilihan masalah dan identifikasi tujuan. Tahap ini diperlukan agar terbentuk model realistik dan sederhana.Tahap berikutnya adalah review latar belakang teoritis. Dalam tahap ini dilakukan pengumpulan sumber literatur yang berhubungan dengan sistem serta mereview teori-teori yang berkaitan dengan berbagai parameter dalam sistem. Tahap ketiga adalah pengumpulan dan analisis data. Pengumpulan data sekunder diperoleh dari buku referensi, jurnal, laporan penelitian sebelumnya yang berhubungan, serta data primer dari hasil percobaan di lapangan dan laboratorium.

Gambar 7 Tahapan pembuatan aplikasi model pola pengendapan lumpur aktif pada sistem pegolahan limbah cair tekstil.

Mulai

Formulasi permasalahan

Review latar belakang teoritis

Pengumpulan dan analisis data

Formulasi persamaan matematika

Ok?

Pembuatan struktur model

Ok? Verifikasi model Validasi model Ok? Selesai Tidak ya Tidak ya ya Tidak

Analisis data keragaman proses dilakukan dengan pendekatan analisis statistika menggunakan software Mathlab dan Microsoft excel. Tahap keempat adalah Penyusunan persamaan matematika. Pada tahap ini hasil analisis data yang dihubungkan dengan latar belakang teoritis kemudian disusun persamaan matematika yang sesuai. Tahap kelima adalah pembuatan struktur model. Pada tahap ini dilakukan identifikasi terhadap variabel pembentuk model kemudian digabungkan dalam bentuk diagram yang lebih besar. Hal ini membantu untuk mengetahui alur informasi serta kesulitan yang dihadapi (James,1994). Tahap keenam adalah verifikasi parameter model. Pada tahap ini program komputasi yang digunakan mampu mengoptimasi parameter model yang terbentuk. Tahap ketujuh adalah validasi model. Pada tahap ini parameter model yang diperoleh di cek ulang dengan data eksperimen yang baru untuk mengevaluasi apakah parameter model yang diperoleh mampu menjelaskan kondisi eksperimen.

III.2.1. Modifikasi persamaan model Renko

Untuk pembentukan struktur model, dilakukan modifikasi terhadap persamaan Renko yang disesuaikan dengan kondisi eksperimen. Gambar 8 memperlihatkan hubungan antar parameter pengendapan yang terlibat di sedimentasi akhir.

Gambar 8 Hubungan antar parameter pengendapan yang terlibat Keterangan :

Lumpur kembali : Lumpur aktif yang dikembalikan ke tanki aerasi

untuk menjaga kestabilan proses degradasi limbah

Influen : Rata-rata limbah cair ke tanki aerasi

Efluen : Rata-rata air supernatan yang aman dibuang ke

lingkungan

V : Volume lumpur yang mengendap dalam 1 liter tabung

ukur (ml)

Vo : Volume awal lumpur yang diendapkan (1000ml)

A : Luas permukaan tabung (m2)

Influen

Effluen Vo 1000 ml

Lumpur kembali

Volume Lumpur yang mengendap (V) ml

Berdasarkan persamaan 3 dan 6 maka tinggi pengendapan lumpur sebagai fungsi waktu dari persamaan model Renko dapat dimodifikasi sebagai berikut: ) ) /(( 2 2 0₎ ( ) ₍ ( ) ₎ 2 , ( o o _e t X X ho X h X C X h X C A V t A V α β

α

β

α

β

₊ + − + + = ...[7]

III.2.2. Verifikasi model

Verifikasi model dilakukan untuk melihat apakah model mampu digunakan untuk menggambarkan hasil eksperimen yang dihasilkan. Verifikasi dilakukan dengan memasukan data eksperimen ke dalam model Renko sehingga diperoleh nilai parameter model baru untuk memprediksi pola pengendapan yang terbbentuk.

III.2.3. Validasi model

Validasi model dilakukan untuk mengevaluasi apakah model yang telah dikembangkan mewakili kondisi sebenarnya. Validasi dilakukan dengan membandingkan hasil model dengan data eksperimen baru sehingga dapat diketahui apakah model masih relevan atau tidak. Alat ukur yang digunakan yaitu dengan melihat nilai MSE (Mean Square Error). MSE mampu menilai tingkat kesalahan yang dibuat dengan membandingkan rangkaian data model dan data eksperimen.

III.3. Pengembangan program komputasi III.3.1. Tampilan Program

Model aplikasi untuk memprediksi pola pengendapan lumpur aktif di sedimentasi akhir ini dirancang dan dikembangkan dalam suatu paket program yang di beri nama SIMULASI POLA PENGENDAPAN LUMPUR AKTIF. Paket program komputasi ini dirancang dengan menggunakan Mathlab 7.01. Aplikasi model pola pengendapan lumpur aktif ini mampu menggambarkan ketiga kondisi perlakuan pengonsentrasian. Tampilan awal program dapat dilihat pada gambar berikut :

2 3 4 6 1 7 5

Gambar 9 Tampilan awal program simulasi pola pengendapan lumpur aktif.

Tampilan program di atas terdiri dari beberapa kolom yaitu : 1. Kolom Sumber data

2. Kolom Optimasi model 3. kolom Validasi model 4. Kolom Plot grafik

5. Kolom simulasi dan time series

6. Kolom tulis output hasil optimasi ke dalam bentuk excel 7. Kolom Output grafik

III.3.2. Sumber data

Sumber data berasal dari data eksperimen dalam exel yang mewakili tiga kondisi yang ada. Kolom sheet memuat ulangan data yang dilakukan pada setiap kondisi. Kolom Waktu, Volume, MLSS memuat range data dalam exel untuk parameter waktu, volume dan konsentrasi yang diperoleh.

Gambar 10 Tampilan komputasi sumber data.

III.3.3. Optimasi dan Validasi

Optimasi dan Validasi memuat perhitungan terhadap parameter-parameter pengendapan yang dicari, nilai batasan konsentrasi maksimum yang mampu di deteksi model, dan nilai eror dari model yang terbentuk. Validasi model membandingkan model yang terbentuk dengan model dari rangkaian data yang baru. Nilai MSE yang kecil memperlihatkan model masih relevan atau tidak.

Gambar 11 Tampilan kolom optimasi dan validasi model.

III.3.4. Output Hasil Perhitungan

Output hasil perhitungan terdiri dari nilai hasil perhitungan serta plot grafiknya. Kolom plot grafik juga memuat plot untuk tiap rangkaian data yang diperoleh. Kolom tulis variabel ke file output exel memuat konversi hasil perhitungan dengan jenis data keluaran mathlab menjadi keluaran excel yang lebih mudah digunakan.

Gambar 12 Tampilan data plot grafik dan output perhitungan excel.

III.3.5. Simulasi

Simulasi memuat nilai simulasi parameter pengendapan dari berbagai konsentrasi (X) dan waktu (t) yang mampu diprediksi model. Kolom ini mampu diisi dengan nilai tebakan X dan t sesuai yang diinginkan dalam batasan X maksimal.

Gambar 13 Tampilan simulasi parameter pengendapan.

III.3.6. Time Series

Kolom time series memuat plot grafik dari hasil simulasi dengan mengikuti urutan waktu. Pada kolom ini bisa terlihat kecepatan pengendapan lumpur di beberapa titik parameter.