Program Magister Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya KINERJA ALGA-BAKTERI UNTUK REDUKSI POLUTAN DALAM AIR BOEZEM MOROKREMBANGAN, SURABAYA Oleh : Rhenny Ratnawati (3309 201 006) Dosen Pembimbing : Prof. Ir. Joni Hermana, MScES., PhD.
LATAR BELAKANG Eutrofikasi Pengolahan High Rate Algae Pond (HRAP) Peningkatan alga dan tumbuhan perairan Pengurangan biodiversiti akuatik Masalah bau dan penurunan nilai estetika Terganggunya ekosistem Biaya yang relatif rendah dan mencapai dua tujuan, yaitu secondary treatment dan produksi biomassa alga Laju pertumbuhan alga dan bakteri dengan memanfaatkan simbosis pada alga-bakteri
TUJUAN Mengkaji efek aerasi terhadap kinerja simbiosis algabakteri pada air boezem Morokrembangan. Mengkaji efektivitas penambahan unsur kalium dan co. substrat terhadap kinerja simbiosis alga-bakteri pada air boezem Morokrembangan. MANFAAT Memberikan kontribusi ilmiah tentang pengolahan air boezem dengan memanfaatkan kinerja alga-bakteri.
Sistem batch. RUANG LINGKUP Konsentrasi chlorophyll a pada biakan alga yang siap digunakan untuk penelitian mencapai 3,5 ± 0,5 mg/l. Sampel berupa air boezem Morokrembangan sebelah selatan (Kali Greges). Pengamatan dilakukan pada hari ke-0, 1, 2, 4, 6, 9, 11, 13, 17, dan 20 dengan parameter yang diteliti adalah Chlorophyll a, COD, MLVSS, ph, temperatur, oksigen terlarut (Dissolved Oxygen/ DO). Range finding test (RFT) selama 7 hari. Perbandingan volume air boezem : biakan alga yang digunakan pada tahap RFT adalah 25% : 75%, 50% : 50%, dan 75% : 25%.
Lanjutan Variasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah : a)variasi penambahan unsur K pada air boezem sebesar 1% dan 3% dari total unsur K pada Bold s Basal Medium (BBM). b)variasi penggunaan dan tanpa penggunaan aerasi pada reaktor c)variasi penambahan co. substrat berupa gula pasir pada air boezem. Reaktor berupa toples kaca dengan volume sebesar 4.000 ml Sistem pencahayaan menggunakan sinar matahari secara alami. Reaktor diletakkan pada tempat terbuka. Aerasi yang digunakan selama 24 jam (selama penelitian berlangsung). Kontrol berupa air boezem tanpa biakan alga. Penelitian utama dilakukan selama 20 hari.
KAJIAN PUSTAKA Dalam perairan terjadi simbiosis yang saling menguntungkan antara bakteri heterotrof dan alga yang bermanfaat dalam sistem penanganan limbah. Senyawa anorganik yang merupakan hasil perombakan bakteri heterotrof seperti CO 2, NH 3, N 2, dan nitrat dapat dimanfaatkan kembali oleh organisme lain terutama alga (Parwanayoni, 2008). Oksigen terlarut yang dihasilkan alga akan dimanfaatkan oleh bakteri aerob untuk proses penguraian zat organik dalam limbah Simbiosis antara Alga dan Bakteri Heterotrof dalam High Rate Algae Pond (Sumber : Oswald, 1998 dalam Hamouri, 2008)
Penelitian dengan variabel: 1)Penambahan unsur K dalam bentuk KH 2 PO 4 dan K 2 HPO 4 sebesar 0%, 1% dan 3% dari total unsur K pada Bold s Basal Medium (BBM) 2) Perlakuan aerasi dan tanpa aerasi 3) Penambahan co.substrat dan tanpa co.substrat Ide Penelitian Rumusan Masalah TAHAPAN PENELITIAN Persiapan alat : a)reaktor proses berupa toples kaca, volume 4.000 ml b)jerigen c) Aerator d)peralatan analisis parameter Studi Literatur Persiapan Alat&Bahan Persiapan bahan : a)air sampel dari boezem Morokrembangan(Kali Greges) b)biota uji yaitu biakan alga c) Unsur K d)co. substrat berupa gula Penelitian Pendahuluan: Range Finding Test rasio volume reaktor air boezem : biakan alga yaitu 25:75; 50:50; dan 75:25
HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Air Boezem Morokrembangan (Kali Greges) No Parameter Nilai 1. ph 6,85 ± 0,29 2. Temperatur 28 ± 0 C 3. DO 1 ± 0,2 mg/l 4. COD 70 ± 14,14 mg/l 5. BOD 5 34 ± 5,66 mg/l 6. PV 27,66 ± 10,84 mg/l 7. NH 4 -N 31,75 ± 0,18 mg/l 8. PO 4 -P 1,65 ± 0,2 mg/l Rasio BOD 5 / COD air limbah menunjukkan prosentase jumlah bahan organik biodegradable dari jumlah bahan organik total yang berkandung di dalam air limbah tersebut (Alaerts dan Santika, 1984). BOD 5 / COD mempunyai nilai mendekati 0,5 yaitu 0,48 ± 0,006
Pembiakkan Alga Menurut Aslan dan Kapdan (2006), chlorophyll a alga yang digunakan untuk penelitian mempunyai konsentrasi awal sekitar 3,5 ± 0,5 mg/l. Dari hasil penelitian, konsentrasi chlorophyll a pada biakan alga ini mencapai 4,6 ± 0,7 mg/l dan dilakukan selama 14 hari Identifikasi alga Chlorella dan Scenedesmus (divisio Chlorophyta), Diatoma dan Cyclotella (Chrysophyta) serta jenis Anacytis (Cyanophyta). Kultur alga yang digunakan untuk mereduksi bahan organik dan nutrien pada air limbah adalah jenis Chlorella sp. (Aslan dan Kapdan, 2006; Lim, Chu, dan Phang, 2010) dan Scenedesmus (Kim et al., 2007; Godos et al., 2010).
Penelitian Pendahuluan Range Finding Test Tujuan menentukan perbandingan volume air boezem dengan biakan alga pada reaktor proses yang masih dapat ditoleransi keberadaannya oleh alga. Rentang perbandingan volume air boezem dengan biakan alga yang digunakan pada RFT yaitu 25%:75%, 50%:50%, 75%:25%. Berdasarkan pengamatan yang dilakukan, nilai ph dan temperatur pada semua reaktor berada pada range pertumbuhan optimum mikroorganisme. Konsentrasi chlorophyll a rerata untuk reaktor dengan perbandingan air boezem :biakan alga 50:50 dan 75:25 mempunyai nilai kurang dari konsentrasi yang digunakan untuk penelitian yaitu sekitar 3,5 ± 0,5 mg/l (Aslan dan Kapdan, 2006) yaitu 3,06 ± 0,31 mg/l dan 1,47 ± 0,37 mg/l. Sedangkan mencapai nilai 5,58 ± 0,66 mg/l untuk reaktor dengan perbandingan air boezem:biakan alga 25:75. Keterangan : Hasil RFT pada hari ke-7 dengan perbandingan air boezem :biakan alga (a) 25:75 (b) 50:50 (c) 75:25
Chlorophyll a Kematian biota uji Penambahan unsur K kebutuhan makro nutrien yang dibutuhkan oleh alga tercukupi. Kalium berfungsi untuk proses metabolisme (Manahan, 2000). Uji statistik (two-way anova), variasi waktu dan penambahan unsur K signifikan terhadap konsentrasi chlorophyll a (p<0,05). Penurunan konsentrasi chlorophyll a adanya alga yang mati dan mengendap di dasar reaktor karena berkurangnya nutrien dalam media.
Chlorophyll a Gula dihasilkan dari proses fotosintesis bahan bakar dalam proses respirasi, yaitu proses pembentukan energi yang langsung dapat dipakai untuk proses hidup dan menghasilkan energi untuk tumbuh maupun berkembang biak. Uji statistik (regresi), variasi waktu signifikan terhadap konsentrasi chlorophyll a (p<0,05). Variasi penambahan co.substrat tidak signifikan (p>0,05). Kematian biota uji Penurunan konsentrasi chlorophyll a adanya alga yang mati dan mengendap di dasar reaktor karena berkurangnya nutrien dalam media.
Chlorophyll a Kematian biota uji Kalium tidak dapat disintesis menjadi senyawa organik oleh alga sehingga unsur ini tetap sebagai ion dalam tanaman. Kalium hanya berperan sebagai aktivator dari berbagai enzim yang esensial dalam reaksi-reaksi fotosintesis dan respirasi, serta untuk enzim yang terlibat dalam sintesis protein dan pati. Uji statistik (two-way anova), variasi waktu dan penambahan unsur K signifikan terhadap konsentrasi chlorophyll a (p<0,05). Penurunan konsentrasi chlorophyll a adanya alga yang mati dan mengendap di dasar reaktor karena berkurangnya nutrien dalam media.
Efisiensi Reduksi Konsentrasi COD 71,02±2,93% 59,45±3,21% 53,6±4,81% 33,75±2% Jika dibandingkan, semua reaktor uji mempunyai efisiensi reduksi yang lebih besar dibandingkan dengan reaktor kontrol (KTT). Uji statistik (two-way anova) variasi waktu dan penambahan unsur kalium pada reaktor memberikan pengaruh yang signifikan terhadap nilai efisiensi reduksi konsentrasi COD (p value<0,05). 57,8±4,81% 53,6±4,81% 33,75±2% 78,5±6,33% 64,11±5 57,8±4,81% 33,75±
Konsentrasi MLVSSJumlah padatan organik dalam mikroorganisme yang dilakukan dengan pengukuran jumlah padatan teruap. Siklus hidup mikroorganisme : a)fase adaptasi proses adaptasi dan aklimatisasi terhadap lingkungan baru. b)fase eksponensial mengalami pertumbuhan dengan cepat. c)fase stasioner laju pertumbuhan sama dengan laju kematian. Statistik (two-way anova), variasi waktu dan penambahan kaliumpengaruh yang signifikan terhadap nilai MLVSS (p value<0,05).
Nilai ph, Temperatur, dan DO ph rerata pada 0TT, 1TT, 3TT, 0GT, 1GT, 3GT, dan KTT berturut-turut adalah 7,46 ± 0,35; 7,25 ± 0,37; 7,20 ± 0,47; 7,47 ± 0,34 ; 7,26 ± 0,50 ; 7,24 ± 0,59; dan 7,5 ± 0,45. Menurut Baker dan Herson (1994), umumnya mikroorganisme tumbuh pada ph sekitar 6 sampai 8. T rerata pada 0TT, 1TT, 3TT, 0GT, 1GT, 3GT, dan KTT yaitu 29,83 ± 0,69 C; 29,62 ± 0,78 C; 29,57 ± 0,76 C; 29,80 ± 0,81 C; 29,59 ± 0,73 C; 29,39 ± 0,74 C; dan 29,39 ± 0,94 C. Fluktuasi temperatur terjadi berada pada kisaran temperatur mesofilik yaitu antara 25-40 C. Nilai kisaran temperatur optimum untuk pertumbuhan mikroalga yaitu berkisar antara 28-35 C (Soeder et al., 1985). Nilai DO rerata pada 0TT, 1TT, 3TT, 0GT, 1GT, 3GT, dan KTT adalah 4,1 ± 0,43 mg/l; 4,05 ± 0,36 mg/l; 4,2 ± 0,18 mg/l; 3,80 ± 1,32 mg/l; 3,69 ± 0,59 mg/l; 3,64 ± 1,5 mg/l dan 2,12 ± 0,72 mg/l. Dengan nilai konsentrasi DO tersebut, mikroorganisme aerobik yaitu kelompok mikroorganisme yang memerlukan O 2 dapat melangsungkan respirasi seluler.
Chlorophyll a Kalium merupakan unsur makro nutrien yang berperan sebagai aktivator dari berbagai enzim yang esensial dalam reaksi-reaksi fotosintesis dan respirasi, serta untuk enzim yang terlibat dalam sintesis protein dan pati. Uji statistik (two-way anova), variasi waktu dan penambahan kalium pengaruh yang signifikan chlorophyll a (p value<0,05). Peningkatan konsentrasi chlorophyll a faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan alga diantaranya kebutuhan nutrien yang cukup bagi pertumbuhan alga, faktor ph, temperatur, dan intensitas cahaya.
Chlorophyll a Gula dihasilkan dari proses fotosintesis bahan bakar dalam proses respirasi, yaitu proses pembentukan energi yang langsung dapat dipakai untuk proses hidup dan menghasilkan energi untuk tumbuh maupun berkembang biak. Uji statistik (regresi), variasi waktu pengaruh yang signifikan terhadap nilai konsentrasi chlorophyll a (p value<0,05). Variasi penambahan co. substrat pengaruh yang tidak signifikan terhadap nilai konsentrasi chlorophyll a (p value>0,05). Peningkatan konsentrasi chlorophyll a faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan alga diantaranya kebutuhan nutrien yang cukup bagi pertumbuhan alga, faktor ph, temperatur, dan intensitas cahaya.
Chlorophyll a Penambahan unsur K kebutuhan makro nutrien yang dibutuhkan oleh alga tercukupi. Kalium berfungsi untuk proses metabolisme (Manahan, 2000). Uji statistik (two-way anova), variasi waktu dan penambahan unsur kalium pada reaktor pengaruh yang signifikan terhadap nilai konsentrasi chlorophyll a (p value<0,05). Peningkatan konsentrasi chlorophyll a faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan alga diantaranya kebutuhan nutrien yang cukup bagi pertumbuhan alga, faktor ph, temperatur, dan intensitas cahaya.
Efisiensi Reduksi Konsentrasi COD 83,94±3,01% 70,63±3,93% 62,3±5,72% 65,5±6% 45,10±3,7% 62,3±5,72% Jika dibandingkan, semua reaktor uji (0TA, 1TA, 3TA, 0GA, 1GA, dan 3GA) mempunyai efisiensi reduksi yang lebih besar dibandingkan dengan reaktor kontrol (KTA). Uji statistik (two-way anova) variasi waktu dan penambahan unsur kalium pada reaktor memberikan pengaruh yang signifikan terhadap nilai efisiensi reduksi konsentrasi COD (p value<0,05). 88,4±2,93% 73,01±6,36% 65,5±6% 45,10±3,7% 45,10±3,7%
Konsentrasi MLVSS Statistik (two-way anova), variasi waktu dan kalium pengaruh yang signifikan terhadap MLVSS (p value>0,05). Statistik (regresi), variasi waktu dan penambah pengaruh yang tidak signifikan terhadap nilai k value>0,05). Statistik (two-way anova), variasi waktu dan pe kalium pengaruh yang signifikan terhadap ni MLVSS (p value<0,05).
Nilai ph, Temperatur, dan DO Menurut Baker dan Herson (1994), umumnya mikroorganisme tumbuh pada ph sekitar 6 sampai 8. Nilai ph rerata pada 0TA, 1TA, 3TA, 0GA, 1GA, 3GA, dan KTA yaitu 7,67 ± 0,47; 7,55 ± 0,42; 7,40 ± 0,42; 7,67 ± 0,47; 7,44 ± 0,46; 7,31 ± 0,46; dan 7,5 ± 0,52. Fluktuasi temperatur terjadi berada pada kisaran temperatur mesofilik yaitu antara 25-40 C. Temperatur (T) rerata pada 0TA, 1TA, 3TA, 0GA, 1GA, 3GA, dan KTA berturutturut adalah 29,67 ± 0,75 C; 29,89 ± 0,71 C; 29,62 ± 0,75 C; 29,73 ± 0,58 C; 29,88 ± 0,69 C; 29,33 ± 1,00 C; dan 29,39 ± 0,94 C. Nilai konsentrasi DO rerata pada reaktor uji 0TA, 1TA, 3TA, 0GA, 1GA, 3GA, dan KTA masing-masing adalah 5,7 ± 0,09 mg/l; 5,82 ± 0,1 mg/l; dan 5,9 ± 0 mg/l; 5,9 ± 0,02 mg/l; 5,72 ± 0,09 mg/l; 6,01 ± 0,01 mg/l; dan 3 ± 0,59 mg/l. Mikroorganisme aerobik yaitu kelompok mikroorganisme yang memerlukan O 2 dapat melangsungkan respirasi seluler.
PERBANDINGAN PROSES AERASI DAN TANPA AERASI Chlorophyll a Aerasi proses transfer oksigen yang berlangsung secara fisik Mikroorganisme dalam proses penguraian bahan organik memerlukan oksigen. Sumber utama oksigen diperairan berasal dari proses difusi udara bebas dan hasil proses fotosintesis (Salmin, 2005). Dalam kegelapan (malam hari) alga membutuhkan oksigen untuk respirasi dan organik untuk pertumbuhannya. Sehingga dengan adanya penggunaan aerasi akan meningkatkan kadar oksigen terlarut dalam air. Konsentrasi MLVSS
Efisiensi Reduksi Konsentrasi COD 88,4±2,93% 78,5±6,33% Adanya aerasi akan memperbesar energi penguraian (pemecahan) ikatan senyawa kompleks tersebut, sehingga proses penyisihan konsentrasi COD akan lebih cepat berlangsung dibandingkan dengan penyisihan COD tanpa penggunaan sistem aerasi. Uji statistik (regresi), variasi waktu pengaruh yang signifikan terhadap nilai efisiensi reduksi konsentrasi COD (p value<0,05). Sedangkan variasi penggunaan aerasi dan tanpa aerasi pengaruh yang tidak signifikan terhadap nilai efisiensi reduksi konsentrasi COD (p value>0,05).
KESIMPULAN Reaktor yang digunakan untuk mengkaji efektivitas kinerja simbiosis alga-bakteri dalam menguraikan polutan organik mempunyai efisiensi yang berbeda ketika dilakukan aerasi dan tanpa aerasi dengan hasil efisiensi reduksi konsentrasi COD mencapai 62,3 ± 5,72% menggunakan aerasi dan tanpa penggunaan aerasi efisiensinya sebesar 53,6 ± 4,81%. Penambahan unsur K dan co. substrat mempengaruhi efektivitas reduksi konsentrasi COD dalam hal tingkat efisiensi reduksi dan kecepatan waktu pencapaian kondisi optimum tersebut. Dalam hal ini efisiensi reduksi konsentrasi COD pada penambahan unsur K 3% dari total unsur K pada BBM dan co. substrat mempunyai nilai 9,9 ± 3,4% lebih bagus daripada tanpa penambahan unsur K dan tanpa co. substrat (88,4 ± 2,93% : 78,5 ± 6,33%) dengan pencapaian waktu lebih singkat daripada reaktor tanpa penambahan unsur K dan tanpa co. substrat yaitu pada hari ke-9.