Program Magister Jurusan Teknik LingkunganFakultas Teknik Sipil dan PerencanaanInstitut 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

Peningkatan alga dantumbuhan perairan

Penguranganbiodiversiti akuatik

Masalah bau danpenurunan nilai estetika

Terganggunya ekosistem

Pengolahan High Rate Algae Pond (HRAP)

Biaya yang relatif rendah danmencapai dua tujuan, yaitusecondary treatment danproduksi biomassa alga

Laju pertumbuhan alga danbakteri dengan memanfaatkansimbosis pada alga-bakteri

TUJUAN

Mengkaji efek aerasi terhadap kinerja simbiosis alga-bakteri pada air boezem Morokrembangan.

Mengkaji efektivitas penambahan unsur kalium danco. substrat terhadap kinerja simbiosis alga-bakteripada air boezem Morokrembangan.

Memberikan kontribusi ilmiah tentang pengolahan airboezem dengan memanfaatkan kinerja alga-bakteri.

MANFAAT

RUANG LINGKUP

Sistem batch. 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 (DissolvedOxygen/ DO).

Range finding test (RFT) selama 7 hari. Perbandingan volumeair boezem : biakan alga yang digunakan pada tahap RFTadalah 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 reaktorc)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 sistempenanganan limbah.

Simbiosis antara Alga dan Bakteri Heterotrof dalam High Rate Algae Pond (Sumber : Oswald, 1998 dalam Hamouri, 2008)

Senyawa anorganik yang merupakan hasil perombakan bakteri heterotrof seperti CO2, NH3, N2, dan nitrat dapat dimanfaatkan kembali oleh organisme lain terutama alga (Parwanayoni, 2008).

Oksigen terlarutyang dihasilkan alga akan dimanfaatkan

oleh bakteri aerobuntuk proses

penguraian zatorganik dalam

limbah

TAHAPAN PENELITIAN

Ide Penelitian

Rumusan Masalah

Studi Literatur

Persiapan Alat&Bahan

Persiapan alat :a)Reaktor proses berupa toples

kaca, volume 4.000 mLb)Jerigenc) Aeratord)Peralatan analisis parameter

Persiapan bahan :a)Air sampel dari boezem

Morokrembangan(Kali Greges)b)Biota uji yaitu biakan algac) Unsur Kd)Co. substrat berupa gula

Penelitian Pendahuluan:Range Finding Test rasio volume reaktor airboezem : biakan alga yaitu 25:75; 50:50; dan 75:25

Penelitian dengan variabel:1)Penambahan unsur K dalam bentuk KH2PO4 dan

K2HPO4 sebesar 0%, 1% dan 3% dari total unsur Kpada Bold’s Basal Medium (BBM)

2) Perlakuan aerasi dan tanpa aerasi3) Penambahan co.substrat dan tanpa co.substrat

HASIL DAN PEMBAHASAN

No Parameter Nilai1. pH 6,85 ± 0,292. Temperatur 28 ± 0 °C3. DO 1 ± 0,2 mg/L4. COD 70 ± 14,14 mg/L5. BOD5 34 ± 5,66 mg/L6. PV 27,66 ± 10,84 mg/L7. NH4-N 31,75 ± 0,18 mg/L8. PO4-P 1,65 ± 0,2 mg/L

Karakteristik Air Boezem Morokrembangan (Kali Greges)

BOD5/ COD mempunyainilai mendekati 0,5 yaitu 0,48 ± 0,006

Rasio BOD5/ COD air limbahmenunjukkan prosentasejumlah bahan organikbiodegradable dari jumlahbahan organik total yangberkandung di dalam airlimbah tersebut (Alaerts danSantika, 1984).

Pembiakkan Alga

Menurut Aslan dan Kapdan (2006), chlorophyll a alga yangdigunakan untuk penelitian mempunyai konsentrasi awal sekitar 3,5± 0,5 mg/L.

Dari hasil penelitian, konsentrasi chlorophyll a pada biakan alga inimencapai 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 bahanorganik 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 konsentrasiyang digunakan untuk penelitian yaitu sekitar 3,5 ± 0,5 mg/L (Aslan danKapdan, 2006) yaitu 3,06 ± 0,31 mg/L dan 1,47 ± 0,37 mg/L. Sedangkanmencapai nilai 5,58 ± 0,66 mg/L untuk reaktor dengan perbandingan airboezem:biakan alga 25:75.

Keterangan :Hasil RFT pada hari ke-7dengan perbandingan airboezem :biakan alga (a) 25:75(b) 50:50 (c) 75:25

Chlorophyll a

Penurunan konsentrasichlorophyll a adanya alga

yang mati dan mengendap didasar reaktor karena

berkurangnya nutrien dalammedia.

Penambahan unsur K kebutuhanmakro nutrien yang dibutuhkan olehalga tercukupi. Kalium berfungsi untukproses metabolisme (Manahan, 2000).Uji statistik (two-way anova), variasiwaktu dan penambahan unsur Ksignifikan terhadap konsentrasichlorophyll a (p<0,05).

Kematianbiota uji

Penurunan konsentrasi chlorophyll a adanya alga yang mati dan mengendap

di dasar reaktor karena berkurangnyanutrien dalam media.

Kematianbiota uji

Gula dihasilkan dari proses fotosintesis bahan bakar dalam proses respirasi,yaitu proses pembentukan energi yanglangsung dapat dipakai untuk proseshidup dan menghasilkan energi untuktumbuh maupun berkembang biak.Uji statistik (regresi), variasi waktusignifikan terhadap konsentrasichlorophyll a (p<0,05). Variasipenambahan co.substrat tidaksignifikan (p>0,05).

Chlorophyll a

Kematianbiota uji

Kalium tidak dapat disintesismenjadi senyawa organik oleh algasehingga unsur ini tetap sebagaiion dalam tanaman. Kalium hanyaberperan sebagai aktivator dariberbagai enzim yang esensialdalam reaksi-reaksi fotosintesisdan respirasi, serta untuk enzimyang terlibat dalam sintesis proteindan pati.Uji statistik (two-way anova), variasiwaktu dan penambahan unsur Ksignifikan terhadap konsentrasichlorophyll a (p<0,05).

Penurunan konsentrasi chlorophyll a adanya alga yang mati dan mengendap

di dasar reaktor karena berkurangnyanutrien dalam media.

Chlorophyll a

57,8±4,81%

33,75±2%

53,6±4,81%

Efisiensi Reduksi Konsentrasi COD

53,6±4,81%

33,75±2%

71,02±2,93%59,45±3,21%

57,8±4,81%

33,75±

78,5±6,33% 64,11±5

Jika dibandingkan, semua reaktor ujimempunyai efisiensi reduksi yang lebihbesar dibandingkan dengan reaktorkontrol (KTT).Uji statistik (two-way anova) variasiwaktu dan penambahan unsur kaliumpada reaktor memberikan pengaruhyang signifikan terhadap nilai efisiensireduksi konsentrasi COD (p value<0,05).

Konsentrasi MLVSSJumlah padatan organik dalammikroorganisme yang dilakukan dengan pengukuran jumlah padatanteruap.

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 danpenambahan kaliumpengaruh yang signifikanterhadap 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 pHsekitar 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 antara25-40 °C. Nilai kisaran temperatur optimum untuk pertumbuhan mikroalga yaituberkisar 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 kelompokmikroorganisme yang memerlukan O2 dapat melangsungkan respirasi seluler.

Chlorophyll a

Peningkatan konsentrasi chlorophyll a faktor-faktor lingkungan yang

mempengaruhi pertumbuhan alga diantaranya kebutuhan nutrien yang

cukup bagi pertumbuhan alga, faktorpH, temperatur, dan intensitas cahaya.

Kalium merupakan unsur makronutrien yang berperan sebagaiaktivator dari berbagai enzim yangesensial dalam reaksi-reaksifotosintesis dan respirasi, sertauntuk enzim yang terlibat dalamsintesis protein dan pati.Uji statistik (two-way anova), variasiwaktu dan penambahan kaliumpengaruh yang signifikanchlorophyll a (p value<0,05).

Peningkatan konsentrasi chlorophyll a faktor-faktor lingkungan yang

mempengaruhi pertumbuhan alga diantaranya kebutuhan nutrien yang

cukup bagi pertumbuhan alga, faktorpH, temperatur, dan intensitas cahaya.

Gula dihasilkan dari proses fotosintesis bahan bakar dalam proses respirasi, yaituproses pembentukan energi yang langsung dapat dipakai untuk proses hidup danmenghasilkan energi untuk tumbuh maupun berkembang biak.Uji statistik (regresi), variasi waktu pengaruh yang signifikan terhadap nilai konsentrasichlorophyll a (p value<0,05). Variasi penambahan co. substrat pengaruh yang tidaksignifikan terhadap nilai konsentrasi chlorophyll a (p value>0,05).

Chlorophyll a

Peningkatan konsentrasi chlorophyll a faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan alga diantaranya kebutuhan nutrien yang cukup bagi pertumbuhan alga, faktorpH, temperatur, dan intensitas cahaya.

Penambahan unsur K kebutuhan makro nutrien yang dibutuhkan oleh algatercukupi. Kalium berfungsi untuk proses metabolisme (Manahan, 2000).Uji statistik (two-way anova), variasi waktu dan penambahan unsur kalium padareaktor pengaruh yang signifikan terhadap nilai konsentrasi chlorophyll a (pvalue<0,05).

Chlorophyll a

Efisiensi Reduksi Konsentrasi COD62,3±5,72%

45,10±3,7%

83,94±3,01% 70,63±3,93%

62,3±5,72%

45,10±3,7%

65,5±6%65,5±6%

45,10±3,7%

88,4±2,93% 73,01±6,36%

Jika dibandingkan, semua reaktor uji(0TA, 1TA, 3TA, 0GA, 1GA, dan 3GA)mempunyai efisiensi reduksi yang lebihbesar dibandingkan dengan reaktorkontrol (KTA).

Uji statistik (two-way anova) variasiwaktu dan penambahan unsur kaliumpada reaktor memberikan pengaruh yangsignifikan terhadap nilai efisiensi reduksikonsentrasi COD (p value<0,05).

Konsentrasi MLVSS

Statistik (two-way anova), variasi waktu dankalium pengaruh yang signifikan terhadapMLVSS (p value>0,05).Statistik (regresi), variasi waktu dan penambahpengaruh yang tidak signifikan terhadap nilai kvalue>0,05).Statistik (two-way anova), variasi waktu dan pekaliumpengaruh yang signifikan terhadap niMLVSS (p value<0,05).

Menurut Baker dan Herson (1994), umumnya mikroorganisme tumbuhpada 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; dan7,5 ± 0,52.

Fluktuasi temperatur terjadi berada pada kisaran temperatur mesofilik yaituantara 25-40 °C.

Temperatur (T) rerata pada 0TA, 1TA, 3TA, 0GA, 1GA, 3GA, dan KTA berturut-turut 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 memerlukanO2 dapat melangsungkan respirasi seluler.

Nilai pH, Temperatur, dan DO

PERBANDINGAN PROSES AERASI DANTANPA AERASI

Konsentrasi MLVSS

Chlorophyll a

Dalam kegelapan (malam hari) algamembutuhkan oksigen untuk respirasidan organik untuk pertumbuhannya.Sehingga dengan adanya penggunaanaerasi akan meningkatkan kadaroksigen terlarut dalam air.

Aerasi proses transfer oksigen yang berlangsung secara fisik

Mikroorganisme dalam prosespenguraian bahan organik memerlukan

oksigen. Sumber utama oksigen diperairan berasal dari proses difusi

udara bebas dan hasil proses fotosintesis (Salmin, 2005).

Efisiensi Reduksi Konsentrasi COD

Adanya aerasi akan memperbesar energi penguraian (pemecahan) ikatansenyawa kompleks tersebut, sehingga proses penyisihan konsentrasi CODakan lebih cepat berlangsung dibandingkan dengan penyisihan COD tanpapenggunaan sistem aerasi.

Uji statistik (regresi), variasi waktu pengaruh yang signifikan terhadapnilai efisiensi reduksi konsentrasi COD (p value<0,05). Sedangkan variasipenggunaan aerasi dan tanpa aerasi pengaruh yang tidak signifikanterhadap nilai efisiensi reduksi konsentrasi COD (p value>0,05).

78,5±6,33%

88,4±2,93%

KESIMPULAN

Reaktor yang digunakan untuk mengkaji efektivitas kinerja simbiosisalga-bakteri dalam menguraikan polutan organik mempunyai efisiensiyang berbeda ketika dilakukan aerasi dan tanpa aerasi dengan hasilefisiensi reduksi konsentrasi COD mencapai 62,3 ± 5,72%menggunakan aerasi dan tanpa penggunaan aerasi efisiensinyasebesar 53,6 ± 4,81%.

Penambahan unsur K dan co. substrat mempengaruhi efektivitasreduksi konsentrasi COD dalam hal tingkat efisiensi reduksi dankecepatan waktu pencapaian kondisi optimum tersebut. Dalam hal iniefisiensi reduksi konsentrasi COD pada penambahan unsur K 3% daritotal 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 lebihsingkat daripada reaktor tanpa penambahan unsur K dan tanpa co.substrat yaitu pada hari ke-9.