BAB III METODE PENELITIAN

Transkripsi

1 53 BAB III METODE PENELITIAN A. Jenis Penelitian Penelitian ini merupakan penelitian dengan percobaan (eksperimen), untuk mengetahui efisiensi reduksi polutan, yaitu BOD, COD, fosfat, amonia dan fenol, menggunakan bioreaktor dengan variasi komposisi media penyangga dan variasi waktu tinggal pada bioreaktor. Percobaan terdiri atas 2 tahap, yaitu sebagai berikut: 1. Percobaan pendahuluan Merupakan percobaan yang dilaksanakan dengan menggunakan limbah artifisial (buatan). Konsentrasi amonia dan fosfat dibuat mendekati rerata konsentrasi amonia dan fosfat limbah cair Rumah Sakit Kelas D, hasil pemantauan BLH DIY tahun Untuk polutan fenol, di mana diketahui tidak melebihi baku mutu yang ditetapkan, maka dari itu digunakan konsentrasi fenol mendekati baku mutu fenol, yaitu 1 mg/l. Pengolahan limbah artifisial menggunakan bioreaktor dengan variasi komposisi media bioball pada wadah anaerob dan komposisi zeolit pada wadah aerob. Pengolahan ini juga mengukur waktu tinggal hidraulik limbah di dalam bioreaktor penelitian. Bioreaktor yang menurut hasil ukur dianggap paling efiseien reduksi polutan limbah artifisial, kemudian digunakan untuk mengetahui efisiensi bioreaktor dalam mereduksi polutan limbah rumah sakit, serta mengidentifikasi frekuensi kultur mikroba tertentu. Percobaan dengan menggunakan limbah artifisial ini merupakan One- Shot Case Study, yaitu percobaan dilaksanakan tanpa adanya kelompok pembanding. Dengan percobaan ini peneliti bertujuan yaitu ingin mengetahui efek dari perlakuan yang diberikan pada kelompok tanpa mengindahkan pengaruh faktor yang lain. Efek yang dimaksud di sini dimaksudkan berupa efisiensi aplikasi bioreaktor terhadap reduksi polutan limbah percobaan (artifisial). Adapun bagan skema model penelitian adalah pada Tabel 3 halaman berikutnya.

2 54 Tabel 4. Skema Model Penelitian X Perlakuan terhadap variabel bebas (Treatment of independent variable) O Pengamatan atau pengukuran terhadap variabel terikat (Observation or measurement of dependent variable) 2. Percobaan pengolahan limbah cair rumah sakit (Studi pengolahan limbah RSUD Prambanan) menggunakan bioreaktor yang telah ditentukan berdasarkan percobaan pendahuluan. B. Tempat Penelitian Percobaan telah dilakukan di tempat-tempat sebagai berikut: 1. Laboratorium Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Gajah Mada (UGM) sebagai lokasi pengadaan bahan NH 4 Cl untuk pembuatan konsentrat amonia. 2. Laboratorium Penelitian dan Pengujian Terpadu (LPPT) UGM sebagai lokasi pengadaan bahan C 6 H 5 OH untuk pembuatan konsentrat fenol, dan bahan K 3 PO 4.7H 2 O 3+ untuk pembuatan konsentrat fosfat. 3. Laboratorium Ilmu Gizi Fakultas Kedokteran Universitas Gajah Mada sebagai lokasi pembuatan konsentrat amonia, fosfat dan fenol. 4. Lokasi pembuatan limbah arifisial dan pembiakan bakteri. 5. Rumah Sakit Umum Daerah Prambanan sebagai lokasi (sumber) pengambilan sampel limbah cair rumah sakit. 6. Lokasi pengoperasian bioreaktor penelitian. 7. Balai Besar Teknik Kesehatan Lingkungan dan Pengendalian Penyakit (BBTKLP) Yogyakarta untuk uji laboratorium kimia. 8. Balai Laboratorium Kesehatan (BLK) DIY untuk uji laboratorium mikrobiologi. C. Waktu Penelitian eksperimen ini dilaksanakan mulai Bulan Oktober Tahun 2015 hingga Bulan Maret Tahun 2016, dengan rincian jadwal seperti yang tertera di dalam tabel 4 pada halaman berikutnya.

3 55 Tabel 5. Jadwal Penelitian No Kegiatan Tahun 2015 Tahun Penyusunan proposal 2 Seminar proposal 3 Perijinan 4 Penelitian 5 Seminar hasil 6 Seminar uji hasil D. Rancangan Penelitian Menurut rancangan percobaan dan aplikasi oleh Kemas Ali Hanafiah (2005), untuk mengetahui kesalahan menjadi sekecil mungkin, maka banyaknya pengulangan (replikasi) dalam eksperimen digunakan perhitungan dengan rumus sebagai berikut: (t - 1) (R 1) 15 Keterangan: t = jumlah perlakuan dan R = jumlah pengulangan Efisiensi penghilangan polutan dipengaruhi waktu tinggal hidrolisis di dalam reaktor atau beban pengolahan berupa beban organik. Semakin lama waktu tinggal di dalam reaktor biofilter maka efisiensi penghilangan semakin kecil. Waktu terbaik ditentukan pada 1 hari pengolahan (Said, 2005). Berdasarkan tinjauan pustaka studi penelitian Jafrudeen dan Ahsan di India yang dipublikasikan pada November tahun 2012, teknologi pengolahan limbah dengan proses biologi lebih menekankan kepada waktu tinggal limbah cair. Disebutkan retensi waktu tinggal untuk biodegradasi lengkap adalah jam. Dalam penelitian ini variasi waktu tinggal limbah dalam reaktor yang digunakan adalah 18 jam, 21 jam dan 24 jam. Volume media yang direkomendasikan adalah 40% dari total volume reaktor (Said, 2005). Volume total reaktor adalah 10 liter, jadi volume limbah cair dalam sekali pengolahan adalah 6 liter dan volume media dalam reaktor adalah 4

4 56 liter. Dalam penelitian ini media yang digunakan adalah benda padat yaitu bioball tipe bolacin dengan zeolit, jadi komposisi kedua media tersebut adalah: 1. 25% : 75%, yaitu 1 liter : 3 liter atau 900 gr : gr 2. 50% : 50%, yaitu 2 liter : 2 liter atau gr : gr 3. 75% : 25%, yaitu 3 liter : 1 liter atau gr : 900 gr. Variasi waktu dan variasi komposisi media penyangga (tabel 5) menjadi jumlah perlakuan yang diuji laboratorium yaitu sebanyak 9 perlakuan, dan pengulangan (pengukuran) dilakukan sebanyak 3 kali. Berdasarkan perumusan replikasi dan perumusan di atas maka diperoleh angka 18 atau melebihi angka 15, berarti penelitian ini memenuhi syarat pelaksanaan eksperimen. Tabel 6. Variasi Waktu Tinggal dan Komposisi Bioreaktor Pengolahan Limbah Artifisial Komposisi Zeolit/Bioball (gram) Waktu Tinggal C1 C2 C3 Hidraulik (900/2700) (1800/1800) (2700/900) 18 jam (T1) T1C1 T1C2 T1C3 21 jam (T2) T2C1 T2C2 T2C3 24 jam (T3) T3C1 T3C2 T3C3 Percobaan tersebut di atas merupakan percobaan percontohan untuk memilih komposisi terbaik yang akan digunakan dalam pengolahan limbah rumah sakit. Dari masing-masing bioreaktor di setiap waktu tinggal hidraulik akan diukur outlet pengolahan. Hasil uji kimia outlet tersebut adalah data penelitian yang dianalisis sehingga diperoleh bioreaktor untuk pengolahan limbah rumah sakit. Pengolahan limbah rumah sakit dengan bioreaktor terpilih menerapkan waktu tinggal yang sama yaitu 18 jam, 21 jam dan 24 jam. Pengulanagn pengukuran adalah sebanyak 3 kali. Dalam pengolahan limbah inrumah sakit juga diidentifikasi kultur bakteri pada setiap pengukuran. Variasi waktu dan hasil uji labortorium kimia dan mikrobiologi pada Tabel 6 halaman berikutnya.

5 57 Tabel 7. Variasi Waktu dan Hasil Uji Laboratorium Kimia dan Mikrobiologi Waktu Bakteri Parameter 18 jam X BOD COD PO 4 Amonia Fenol ph 21 jam Y BOD COD PO 4 Amonia Fenol ph 24 jam Z BOD COD PO 4 Amonia Fenol ph E. Populasi dan Sampel 1. Populasi Populasi penelitian adalah limbah di dalam kesatuan IPAL RSUD Prambanan. 2. Sampel Sampel yang digunakan untuk penelitian ini adalah sebagian limbah rumah sakit yang diambil dalam bak ekualisasi IPAL RSUD Prambanan.

6 58 F. Variabel Penelitian dan Definisi Operasional a. Variabel bebas Variabel bebas dalam penelitian ini adalah: 1) Waktu tinggal Waktu tinggal adalah waktu yang diperlukan media dalam mereduksi BOD, COD, amonia, fosfat dan fenol limbah, dengan satuan variabel adalah jam. Variasi lama waktu tinggal yaitu sebagai berikut: a) 18 jam b) 21 jam c) 24 jam. 2) Variasi komposisi zeolit dengan bioball Variasi komposisi zeolit dengan bioball adalah perbandingan volume bioball dan zeolit di dalam wadah reaktor berdasarkan volume efektif media rekomendasi, dengan satuan gram dan dengan variasi komposisi yaitu: a) 900 : gram b) : gram c) 2700 : 2700 gram b. Varibel terikat Variabel terikat dalam penelitian ini adalah: 1) BOD BOD adalah ukuran kandungan oksigen terlarut yang diperlukan oleh mikroorganisme yang hidup dalam air limbah untuk menguraikan bahan organik yang ada di dalamnya. BOD ditentukan dengan mengukur jumlah oksigen yang digunakan oleh mikroorganisme selama kurun waktu dan pada temperatur tertentu (biasanya lima hari pada suhu 20 C). Konsentrasi BOD satuannya adalah mg/l, yang diukur dengan metode uji SNI ) COD COD adalah jumlah oksigen yang diperlukan agar bahan buangan yang ada didalam air dapat teroksidasi melalui reaksi kimiawi., dengan satuan mg/l diukur melaui metode uji SNI

7 59 3) Amonia Amonia adalah kandungan amonia yang terdapat di air limbah dalam bentuk senyawa NH 3, dengan satuan mg/l yang diukur melalui metode uji SNI ) Fosfat Fosfat adalah kandungan fosfor yang terdapat di air dalam bentuk senyawa PO4, dengan satuan mg/l yang diukur melalui metode uji APHA2012Section ) Fenol Fenol adalah kandungan fenol yang terdapat di air limbah dalam bentuk senyawa C6H5OH, dengan satuan mg/l yang diukur melalui metode uji SNI G. Alat dan Bahan 1. Alat dan bahan pembuatan wadah bioreaktor: a. Alat 1) Galon 19 liter dilengkapi penutup sebanyak 6 buah 2) Pipa PVC ukuran 5/8 inci panjang 42 cm 3 buah 3) Pipa PVC ukuran 5/8 inci panjang 45 cm 3 buah 4) Pipa PVC ukuran 5/8 inci panjang 23,5 cm 3 buah 5) Sok siku PVC ukuran 5/8 inci sebanyak 6 buah 6) Aerator suplai oksigen merek Air Pump AP-200 Spesifikasi AC V-50 Hz Tenaga 3 Watt. 7) Pompa sirkulasi merek AMARA Spesifikasi AC v Tenaga 18 Watt, F. Max: 1000 l/h, H. Max: 1 m. b. Bahan 1) Bioball a) 900 gram (bioreaktor 1) b) 1800 gram (biorekator 2) c) 2700 gram (biorekator 3) 2) Zeolit a) 2700 gram (bioreaktor 1) b) 1800 gram (bioreaktor 2)

8 60 c) 900 gram (bioreaktor 3) 2. Alat dan bahan pembuatan limbah artifisial a. Alat 1) Desikator 2) Neraca analitik 3) Labu erlenmeyer 1000 ml 4) Botol kaca kedap udara 1000 ml 5) Wadah kedap udara ukuran 100 gram b. Bahan 1) Pembuatan konsentrat: a) NH 4 Cl 2,8875 gr b) K 3 PO 4.7H 2 O 3+ 3,2991 gr c) C 6 H 5 OH 1 gr 2) Aquades: a) Aquades pembuatan limbah artifisial 3 bioreaktor x 10 liter aquades x 3 pengulangan = 90 liter b) Aquades pembiakan bakteri 3 ember plastik x 10 liter aquades x 3 pengulangan = 90 liter c) Aquades pembilasan alat reaktor 3 bioreaktor x 10 liter aquades x 3 pengulangan = 90 liter 3. Alat dan bahan sampling a. Wadah sampling uji laboratorium kimia, bahan platik ukuran 1500 ml sebanyak 39 botol. b. Jerigen wadah penampungan limbah rumah sakit berukuran 10 liter sebanyak 3 buah. c. Wadah sampling uji laboratorium mikrobiologi, botol 100 ml steril sebanyak 12 botol. d. Benang tali pengikat e. Lampu spritus f. Cool box g. Alkohol 70%

9 61 H. Prosedur Penelitian Langkah-langkah penelitian terdiri dari beberapa tahap, yaitu dapat dilihat sebagai berikut pada Gambar 7 di halaman selanjutnya. I. Pengolahan Data 1. Perhitungan efisiensi reduksi polutan Perhitungan reduksi mengacu pada rumus efisiensi penyisihan zat pencemar limbah cair, dilakukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut : dimana : (%) = persentase penyisihan [ ] [ ] [ ] [C]in = konsentrasi zat pencemar pada influen [C]ef = konsentrasi zat pencemar pada efluen Perhitungan efisiensi penyisihan zat pencemar didasarkan atas perbandingan pengurangan konsentrasi zat pencemar pada titik influen dan efluen terhadap konsentrasi zat pencemar pada titik influen (Said, 2002). 2. Analisis Data Uji statistik yang digunakan adalah untuk mengetahui apakah ada perbedaan antara variasi komposisi media penyangga bioreaktor serta waktu tinggal limbah dalam bioreaktor terhadap reduksi BOD, COD, amonia, fosfat dan fenol air limbah. Data yang diperoleh pada penelitian ini diuji melalui aplikasi SPSS 19.0 One Way Analysis of Variance.

10 62 Identifikasi masalah Pembuatan konsentrat amonia, fosfat, fenol Pembiakan bakteri fakultatif (EM 4 ) Rancangan Instrumen Aplikasi instrumen Uji laboratorium kimia Data konsentrasi polutan Analisis data Instrumen terpilih Limbah rumah sakit Uji instrumen Uji laboratorium mikrobiologi Uji laboratorium kimia Data identifikasi kultur Identifikasi frekuensi kultur Data konsentrasi polutan Efisiensi instrumen Gambar 7. Prosedur Penelitian