III. METODOLOGI PENELITIAN A. ALAT DAN BAHAN Alat yang digunakan dalam kultivasi yakni 3 unit bak/wahana kultivasi raceway (p = 100 cm, l = 60 cm, dan t = 40 cm), 12 unit aquarium (p = 40 cm, l = 25 cm, dan t = 27 cm), 6 buah pompa submerged, serta saringan 35 mesh. Alat yang digunakan dalam pengujian yakni mikroskop cahaya, hemasitometer, centrifuge, spektrofotometer, penangas air 95 o C, COD reactor, kjeldahl flask, Automatic N Distillator, Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS), Jar Test, termometer, lemari pendingin, cool box, botol sampel berbagai ukuran, serta berbagai alat-alat gelas seperti erlenmeyer, gelas piala, gelas ukur, buret, pipet mohr, dan pipet tetes. Media yang digunakan dalam penelitian ini berupa limbah cair rumah pemotongan hewan (L1) yang berasal dari RPH Bubulak, Bogor, limbah cair peternakan sapi (L2) yang berasal dari laboratorium lapangan Fapet-IPB, Bogor, limbah cair pabrik gula (L3) yang berasal dari PG. Sindang Laut, Cirebon, serta pupuk NPK (15 : 15 : 15). Sebelum dipakai sebagai media, L1, L2, dan L3 terlebih dahulu disaring dengan saringan 35 mesh untuk memisahkan padatan-padatan kasar. Kultur mikroalga yang digunakan sebagai inokulum yakni kultur dalam bentuk konsorsium alamiah mikroalga yang berasal dari Danau LSI IPB. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan mikroalga yang telah beradaptasi dengan cuaca dan iklim di daerah Bogor. Berbagai macam bahan kimia yang digunakan dalam pengujian antara lain: pereaksi destruksi TKN, larutan NaOH 6N, larutan H 3 BO 3 2%, larutan H 2 SO 4 0.02 N, larutan amonium molibdat, larutan SnCl 2, larutan NaCl 30%, larutan H 2 SO 4 (kadar nitrat), pereaksi brusin sulfanilat, dan larutan Lugol 2%. B. WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN Penelitian ini dilakukan dari bulan Juni hingga bulan November 2009, bertempat di Laboratorium Bioindustri, Departemen Teknologi Industri Pertanian (TIN), Fateta, IPB.
C. METODE PENELITIAN Pembuatan Bak Kultivasi Raceway Tahap I. PREPARASI Karakterisasi Limbah Cair Organik Karakterisasi Konsorsium Mikroalga Pembuatan Kultur Percobaan Tahap II. KULTIVASI Media Limbah dengan Sirkulasi Media Limbah tanpa Sirkulasi Kultivasi Media Limbah Sintetik tanpa Sirkulasi Analisis Pertumbuhan Sel Analisis Perubahan Nutrien dan ph Analisis Pertumbuhan Sel Analisis Perubahan Nutrien dan ph Analisis Pertumbuhan Sel Analisis Perubahan Fisik dan Nutrien Tahap III. PEMISAHAN KONSORSIUM MIKROALGA Flokulasi/Koagulasi Sentrifugasi Gambar 4. Diagram Metode Penelitian 24
1. PREPARASI a. Pembuatan Bak Kultivasi Raceway Bak kultivasi untuk kultur konsorsium mikroalga didesain berbahan fiberglass dengan dimensi (100 x 60 x 40) cm 3 = 240 000 cm 3 = 240 L, yang dilengkapi dengan sekat dibagian tengah untuk alat bantu sirkulasii (lihat Gambar 5). (a) Sekat (b) (c) Tampak Atas Tampak Depan Tampak Kanan Gambar 5. Desain CAD, (a) Bak Kultivasi, (b) Wahana Kultivasi, dan (c) Proyeksi Ortogonal Bak Kultivasi (dalam cm) ). 25
Sirkulasi media kultur secara kontinu dilakukan secara sederhana oleh dua buah pompa submerged yang dipasang secara berlawanan arah sehingga aliran media berputar mengelilingi sekat di tengah bak. Menurut Kabinawa (2008), sirkulasi ini dilakukan untuk mencegah terjadinya pengendapan mikroalga, self shiding, stratifikasi suhu, serta homogenasi media. Volume keseluruhan kultur per bak (media + inokulum konsorsium mikroalga) diatur dengan dimensi (100 x 60 x 30) cm 3 = 180 000 cm 3 = 180 L. Volume media ditentukan yakni 75% dari jumlah yakni sekitar 135 L. Media dibuat pada ketiga unit bak kultivasi, dimana setiap bak digunakan untuk satu jenis limbah sebagai nutrien. b. Karakterisasi Limbah Cair Organik (COD, Nutrien dan ph) Berbagai limbah cair organik yang dipakai sebagai nutrien dalam sistem kultur konsorsium mikroalga ini diambil dari rumah pemotongan hewan (L1), kegiatan peternakan (L2), serta industri gula (L3). Limbah dari ketiga sumber ini disinyalir merupakan penyebab algae blooming secara alami. Sehingga diperkirakan ketiga jenis limbah tersebut mengandung nutrien yang dibutuhkan mikroalga secara umum. Sebelum limbah dipakai sebagai nutrien, terlebih dahulu dilakukan karakterisasi limbah dari segi COD, nutrien dan ph. Hal ini dilakukan untuk menduga perlu atau tidaknya faktor pengenceran serta pengendalian ph yang tepat terhadap limbah, sebelum diumpankan sebagai nutrien ke dalam sistem kultur konsorsium mikroalga. Prosedur pengujian konsentrasi COD, nitrogen, ortofosfat dapat dilihat pada lampiran 1, 2, dan 4. Analisis kalium dilakukan dengan metode Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS) oleh Laboratorium CDSAP, Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Pengukuran ph dilakukan menurut standar APHA ed. 20 th 4500-H + B, 1998 dengan ph meter Beckmann terkalibrasi. 26
c. Karakterisasi Konsorsium Mikroalga Sampel konsorsium mikroalga dalam sistem kultur ini berasal dari Danau LSI IPB yang diduga memiliki banyak kandungan mikroalga dengan parameter badan air yang berwarna hijau tua. Sampling dilakukan di lima titik acak dengan jumlah 25% dari volume keseluruhan kultur per bak yakni 45 L. Sebelum diinokulasikan ke media, dilakukan karakterisasi konsorsium mikroalga dengan menghitung kerapatan sel mikroalga serta mengetahui prevalensi serta dominansi jenis mikroalga dalam konsorsium (lihat lampiran 5 dan 6). d. Pembuatan Kultur Percobaan Pembuatan kultur percobaan dilakukan untuk mengetahui kebutuhan waktu pertumbuhan konsorsium mikroalga. Kultur percobaan ini terdiri dari 7.49% inokulum konsorsium mikroalga, 22.46% limbah cair (L1/L2/L3), serta 70.05% air. Total volume sistem adalah 4 liter, terdiri dari 0.3 liter mikroalga, 0.9 liter limbah cair dan 2.8 liter air yang ditempatkan di dalam toples. Analisis yang dilakukan yakni analisis pertumbuhan konsorsium mikroalga yang terdiri dari analisis kerapatan serta konsentrasi sel. Analisis kerapatan sel dilakukan dengan metode haemacytometer sedangkan analisis konsentrasi sel dilakukan dengan metode sentrifugasi (lihat lampiran 5 dan 7). Pengamatan terhadap pertumbuhan mikroalga dilakukan setiap hari (mulai dari hari ke-0) selama periode kultivasi. Jumlah sampel yang diambil setiap hari untuk analisis yakni 250 ml. Konsistensi volume dilakukan dengan menambahkan air ke dalam sistem, baik setelah sampling (sesuai volume sampling), serta untuk kontrol evaporasi. 27
2. KULTIVASI a. Kultivasi Media Limbah dengan Sirkulasi Setelah pembuatan bak kultivasi, karakterisasi limbah, karakterisasi konsorsium, dan pembuatan kultur percobaan selesai dilaksanakan, selanjutnya sampel konsorsium mikroalga dapat diinokulasikan ke kultur sirkulasi. Ketiga unit bak diinokulasikan dengan sampel konsorsium mikroalga dari lokasi yang sesuai dengan pengambilan limbah spesifik di masing-masing bak. Inokulasi ini dilakukan hingga tinggi media mencapai 0.3 m (30 cm). Mikroalga dari ketiga bak dicek pertumbuhannya setiap hari (mulai hari ke-0) di laboratorium melalui perhitungan kerapatan sel dengan metode Haemacytometer (lihat lampiran 5). Secara berkala dalam kurun waktu tertentu tergantung signifikansi perubahan, limbah yang dipakai sebagai nutrien dalam kultur mikroalga dicek parameter nutriennya yakni konsentrasi nitrogen, nitrat, fosfat, dan kalium. Analisis tambahan berupa pengecekan ph. Prosedur analisis nitrogen, nitrat, fosfat, kalium, dan ph, dapat dilihat pada lampiran. b. Kultivasi Media Limbah tanpa Sirkulasi Kultur pembanding dibuat dalam 3 aquarium dengan perbandingan volume konsorsium mikroalga terhadap limbah yakni 25 % : 75 % dengan skala volume kecil. Perbedaan kultur pembanding tanpa sirkulasi dengan kultur sirkulasi yakni tidak adanya pompa pengaduk yang dipasang pada kultur ini. Konsorsium mikroalga dari ketiga aquarium kultur tanpa sirkulasi dicek pertumbuhannya setiap sampling melalui perhitungan kerapatan sel dengan metode Haemacytometer (lihat lampiran 5). Secara berkala dalam kurun waktu tertentu tergantung signifikansi perubahan, limbah yang dipakai sebagai nutrien dalam kultur mikroalga tanpa sirkulasi dicek parameter nutrien seperti konsentrasi nitrat, fosfat, kalium, serta parameter ph (prosedur dapat dilihat pada lampiran). 28
c. Kultivasi Media Limbah Sintetik tanpa Sirkulasi Kultur media limbah sintetik dibuat dengan tujuan mengetahui daya tumbuh serta keragaan konsorsium mikroalga dengan sistem kultur terbuka. Kultur pembanding sintetik dibuat dengan menggunakan pupuk NPK (15:15:15) dengan selang konsentrasi disesuaikan dengan konsentrasi aktual kadar N pada ketiga limbah cair organik (L1, L2, dan L3) sebagai faktor pembatas. Kultur pembanding sintetik dibagi ke dalam sembilan konsentrasi NPK yang berbeda-beda. Analisis yang dilakukan pada kultur ini meliputi analisis pertumbuhan konsorsium mikroalga serta analisis perubahan sifat fisik dan konsentrasi nutrien kultur selama kultivasi berlangsung. Analisis pertumbuhan konsorsium mikroalga dilakukan dengan menghitung kerapatan sel metode Haemacytometer (lihat lampiran 5). Analisis perubahan sifat fisik dilakukan melalui analisis perubahan warna (lihat lampiran 8), dan konsentrasi TSS (lihat lampiran 9), sedangkan analisis perubahan konsentrasi nutrien diwakili dengan analisis nitrogen (lihat lampiran 2). Berdasarkan konsentrasi TSS tertinggi yang dapat diperoleh dari kultur media limbah sintetik, dapat dilakukan perhitungan produktivitas biomassa konsorsium mikroalga. Persentase kandungan minyak konsorsium mikroalga dapat dianalisis lebih lanjut (lihat lampiran 10) untuk dapat dilakukan perhitungan produktivitas minyak dari konsorsium mikroalga. 3. PEMISAHAN KONSORSIUM MIKROALGA a. Koagulasi dan Flokulasi Koagulasi dan flokulasi konsorsium mikroalga dilakukan dengan metode standar Jar Test (lihat lampiran 10) menggunakan koagulan alum (Al 2 (SO 4 ) 3 ) dan PAC (Poly Aluminium Chloride). Koagulasi dan flokulasi dilakukan pada sampel kaya konsorsium mikroalga dengan parameter warna hijau pekat, baik pada kultur sintetik dan kultur tanpa sirkulasi. Supernatan hasil koagulasi dan flokulasi kemudian diambil dan diperiksa parameter TSS, kekeruhan, serta warnanya dengan metode spektrofotometer (lihat lampiran 9). 29
b. Sentrifugasi Sentrifugasi juga dilakukan pada sampel kaya konsorsium mikroalga dengan parameter warna hijau pekat, baik pada kultur sintetik dan kultur tanpa sirkulasi. Sebanyak 4 buah tabung sentrifugasi diisikan sampel masing-masing sebanyak 50 ml. Setelah itu dimasukkan ke dalam slot tabung pada centrifuge. Centrifuge kemudian diatur kecepatan putarannya sebesar 3 800 rpm, kemudian diatur waktunya selama 16 menit. Sentrifugasi diulangi kembali dengan kecepatan putaran yang sama namun waktu running berbeda yakni 5 dan 11 menit. 30