efek aerasi terhadap dominasi mikroba dalam sistem

EFEK AERASI TERHADAP DOMINASI MIKROBA DALAM
SISTEM HIGH RATE ALGAE POND (HRAP) UNTUK
PENGOLAHAN AIR BOEZEM MOROKREMBANGAN
AERATION EFFECT ON THE DOMINANCE OF MIKROBES
IN THE HIGH RATE ALGAE POND (HRAP) SYSTEM FOR
THE TREATMENT OF BOEZEM MOROKREMBANGAN
WATER
Bellinda Ira Anggraeni1. Agus Slamet2 dan Joni Hermana3
1)Program S1Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
2) Program S3 Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
3) Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111
Abstrak
Boezem Morokrembangan memiliki fungsi ganda sebagai penampungan air
hujan sekaligus menerima air limbah domestik dari area pelayanannya.
Tingginya kandungan nutrien (N dan P) pada air Boezem telah mendorong
terjadinya pertumbuhan alga yang sangat cepat (alga bloom) pada sebagaian
zona Boezem. Tingginya kandungan alga dalam air Boezem menyebabkan
kandungan Oksigen Terlarut menurun drastis pada malam hari. Hal ini
diperkirakan akan menurunkan kemampuan bakteri aerobik untuk menurunkan
kandungan COD dalam air Boezem. Penelitian bertujuan untuk mengkaji
pengaruh aerasi pada kinerja bioreactor algae untuk pengolahan air Boezem
Morokrembangan.
Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium menggunakan variasi konsentrasi
COD awal limbah sebesar 50 mg/l, 100 mg/l dan 150 mg/l. Dan variasi 12 jam
pada malam hari dan 24 jam secara kontinyu.
Penelitian menunjukkan bahwa aerasi selama 12 jam pada malam hari memiliki
pengurangan bahan organik sebagai COD lebih baik. Aerasi terus menerus
selama 24 jam telah menyebabkan nilai pH air meningkat dan memperlambat
kinerja sistim boireaktor alga untuk menurunkan kandungan zat organik sebagai
COD.
.
Kata kunci : Boezem, Alga, Aerasi, COD.
Abstract
Boezem Morokrembangan has a double function, one as a drainage water
reservoir and as domestic wastewater containment from its catchment area. The
high content of nutrients (N and P) in boezem water has led to very rapid growth
of algae (algal blooming) in some boezem zone. The high content of algae in
the boezem water has caused disolved oxygen decreased dramatically at night.
This is thought to decrease the ability of aerobic bacteria to reduce the COD in
boezem water. The study was aimed to assess the effect of aeration on the the
performance of bioreactor alga for the treatment of Morokrembangan Boezem
water.
The study was conducted in laboratory scale using a concentration variation of
the initial wastewater COD of 50 mg/l, 100 mg/l, 150 mg/l. While the variation
aerations were 12 hours during night and 24 hour continuously.
Research shows that the aeration for 12 hours at night has removed organic
mater as COD, better then using aeration continuously for 24 hours has caused
the pH value of water to decrease and consequently reduced the performance of
algae bioreactor in the COD removal.
Key words: Boezem, Algae, Aeration,COD.
PENDAHULUAN
Saat ini, sebagian besar air limbah domestik perkotaan dibuang langsung
ke saluran drainase atau badan air permukaan yang lain tanpa dilakukan
pengolahan terlebih dahulu. Sehingga, saluran drainase memiliki fungsi ganda
sebagai saluran pematus air hujan sekaligus mengalirkan air limbah domestik.
Boezem adalah suatu bangunan yang mempunyai fungsi sebagai tempat
penampungan sementara limpasan air hujan yang pada akhirnya nanti bermuara
ke laut. Boezem Morokrembangan yang terletak di Surabaya Utara mempunyai
posisi yang penting sebagai pengendali banjir wilayah Surabaya Utara di tinjau
dari peran dan fungsinya.
Secara alamiah Boezem memiliki kemampuan untuk pemulihan diri dan
mengolah bahan pencemar yang masuk kedalamnya. Namun karena besarnya
beban bahan pencemar yang masuk ke Boezem Morokrembangan
menyebabkan kemampuan pemulihan diri hilang, bahkan kondisi Boezem
menjadi septik. Kondisi septik pada Boezem Morokrembangan disinyalir akibat
pesatnya pertumbuhan alga pada badan air atau dapat dikatakan sebagai
fenomena alga bloom.
Tingginya kandungan N dan P dalam badan air permukaan menimbulkan
permasalahan lingkungan antara lain adalah adanya pertumbuhan alga yang
sangat besar dan tidak terkendali, yang dapat menganggu ekosistem badan air.
Akan tetapi alga juga memiliki beberapa kelebihan
yaitu, menghasilkan
kandungan oksigen terlarut pada saat alga melakukan fotosintesis. HRAP (High
Rate Algae Pond) yang memanfaatkan alga dalam proses pengolahannya dapat
menjadi alternatif pengolahan limbah domestik (grey water). Telah diketahui
bahwa bakteri bersimbiosis dengan alga dalam mengolah limbah, alga akan
berfotosintesis dan menghasilkan oksigen, di mana oksigen akan dimanfaatkan
oleh bakteri untuk mendegradasi polutan organik. Dikarenakan alga dalam
menghasilkan oksigen membutuhkan cahaya maka kandungan oksigen di malam
hari akan menurun dan akan menyebabkan kompetisi memperebutkan O2 antara
alga dan mikroba (bakteri). Pemberian aerasi pada malam hari diperkirakan akan
menambah kadar oksigen dalam air sehingga tidak menyebabkan terjadinya
kompetisi, akan tetapi perlu pengkayaan informasi melalui penelitian dominasi
bakteri dan alga dalam pengolahan air limbah.
Dari latar belakang di atas tujuan dari penelitian ini yaitu untuk mengkaji
efek aerasi terhadap dominasi mikroba dalam sistem High Rate Algae Pond
(HRAP). Manfaat dari penelitian adalah untuk memberikan informasi mengenai
efek aerasi terhadap dominasi mikroba dalam sistem High Rate Algae Pond
(HRAP). Informasi ini diharapkan dapat menjadi pertimbangan dalam mengolah
air boezem dengan sistem HRAP.
BAHAN DAN METODA
Pada penelitian ini akan diuji efek aerasi terhadap dominasi mikroba
dengan sistem HRAP untuk pengolahan air boezem Morokrembangan. Penelitian
dilakukan dalam skala laboratorium. Percobaan adsorpsi secara batch dilakukan
dengan variasi waktu aerasi, yaitu tanpa aerasi, aerasi selama 12 jam dan aerasi
selama 24 jam serta menggunakan variasi konsentrasi COD, yaitu pada
konsentrasi 50 mg/l, 100 mg/l, dan 150 mg/l. Parameter yang akan diukur dalam
penelitian ini adalah biomass dalam MLVSS, Konsentrasi COD, PV, dan klofofil a
sebagai parameter utama dan DO, pH, N dan P sebagai parameter tambahan.
Penelitian dilaksanakan maksimal 20 hari dengan 2 variasi yaitu variasi waktu
aerasi dan variasi konsentrasi COD. Akan tetapi, waktu penelitian dapat berubah
mengikuti pola perkembangan alga. Sebelum penelitian dilakukan seeding dan
aklimatisasi alga untuk mendapatkan biakan alga yang sehat.
Peralatan yang perlu dipersiapkan dalam penelitian ini meliputi peralatan
yang diperlukan untuk analisa parameter MLVSS, Chlorophyll a, COD, PV, Namonia, Pospat, pH, Do. Sedangkan bahan-bahan yang diperlukan dalam
penelitian ini adalah reagen dalam analisa COD, reagen dalam analisa PV,
reagen dalam analisa N dan P, pengencer untuk analisa Chlorophyll a, sampel
yang diambil dari boezem Morokrembangan Surabaya, biakan alga dari bozem
morokrembangan
Reaktor yang dibutuhkan pada penelitian ini sejumlah sembilan buah
sesuai dengan variasi yang telah ditentukan, yaitu variasi COD sebanyak tiga
dan variasi efek aerasi sebanyak tiga. Reaktor dengan kedalaman 30 cm dengan
luas alas 20cm x 20cm. Reaktor ini dapat menampung 12 L sampling yang
mencukupi untuk keperluan analisa selama 20 hari. Reaktor mengguanakan
sistem aliran diam (batch), yaitu air yang digunakan selama penelitian tidak
dilakukan penambahan air. Kemudian dipasang sistem mixing tercelup pada
masing masing reaktor.
aerator
10 cm
10 cm
20 cm
20 cm
20
20
cm
cm
pompa
pompa
30 cm
30 cm
20 cm
20 cm
20 cm
20 cm
Gambar 1 Reaktor Penelitian
Analisa parameter pada penelitian ini dilakukan dengan metoda sebagai
berikut.
1. Analisa MLVSS
Mixed Liquor Volatile Suspended Solids (MLVSS) dianalisa dengan metode
TVSS. Tujuan dilakukan analisa MLVSS adalah untuk mengetahui konsentrasi
mikroba dalam penelitian. Dilakukan setiap dua kali setiap hari pagi (06.00) dan
siang (16.00).
2. Analisa Chlorophyll a
Analisa Chlorophyll a akan diukur dengan menggunakan Spectrophotometric
Determinatin of Chlorophyll sesuai dengan standart method. Dilakukan setiap
dua kali setiap hari pagi (06.00) dan siang (16.00).
3. Analisa Nilai Permanganat
Analisa permanganat dengan metode redoks sesuai dengan SNI. Analisa ini
dilakukan untuk mengetahui zat organik yang terkandung dalam penelitian.
Analisa ini dilakukan satu kali sehari yaitu pada pagi hari (06.00).
4. Analisa COD
Analisa COD dilakukan dengan metode close reflux colorimetric method
(APHA, 1998). Analisa ini dilakukan untuk manentukan konsentrasi COD awal
limbah.
5. Analisa pH dan DO
Analisa pH akan diukur dengan pH meter, DO diukur dengan menggunakan
DO meter. Dilakukan setiap dua kali setiap hari pagi (06.00) dan siang (16.00).
6. Analisa N dan P
Analisa N dan P dilakukan untuk mengetahui kandungan nutrient dalam
penelitian. Analisa ini dilakukan setiap lima hari sekali. Nitrogen dianalisis
menggunakan Nesslerization Method yang dilakukan pembacaan absorbansinya
dengan menggunakan Spektrofotometer. Fosfat dalam bentuk orthophosphate
dianalisis dengan menggunakan Ammonium Molybdate dan dilakukan
pembacaaan absorbansi dengan menggunakan Spektrofotometer.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisa Chlorophyll a
Pada reaktor percobaan dengan aerasi selama 12 dan 24 jam terjadi fenomena
dimana jumlah konsentrasi Chlorophyill a pada pagi hari lebih tinggi daripada
sore hari. Seharusnya Chlorophyill a meningkat pada sore hari karena aktifitas
alga untuk berfotosintesis, tetapi pada penelitian ini klorofil pada malam hari
cenderung memiliki nilai konsentrasi Chlorophyill a yang lebih tinggi. Hal tersebut
dimungkinkan karena kondisi cuaca yang terlalu panas sehingga menyebabkan
kematian alga pada sore hari. Selain itu, diindikasi karena adanya lisis sel alga
ataupun sel bakteri pada siang hari, sehingga kenaikan klorofil hampir tidak
terlihat. Dari ketiga variasi aerasi, dapat diambil kesimpulan bahwa pada variasi
aerasi 12 jam dan 24 jam alga mengalami pertumbuhan yang lebih baik pada
malam hari.
Analisa DO
Kondisi kesembilan reaktor pada malam hari memiliki konsentrasi DO yang lebih
rendah daripada siang hari. Pada malam hari terdapat respirasi alga dan
mikroorganisme yang menyebabkan rendahnya konsentrasi DO pada malam
hari. Perlakuan aerasi selama 24 jam yang diberikan, ketika malam mampu
menjaga kadar DO pada reaktor, sehingga kadar oksigen untuk bakteri masih
tetap terjaga walaupun pada waktu itu alga melakukan respirasi dimana
dibutuhkan oksigen sebagai bahan respirasi tersebut. Namun ketika siang hari
aerasi selama 24 jam menyebabkan gangguan fotosintesis pada algae. Hal ini
dikarenakan aerasi 24 jam yang diberikan terus menerus menyebabkan suplai
oksigen berlebih pada reaktor. Hal ini memicu berkembangnya bakteri lebih
banyak daripada reaktor lain. Ketika siang hari DO pada reaktor juga bertambah
selain dari aerasi yang diberikan, juga berasal dari hasil fotosintesis.
Analisa pH
Nilai konsentrasi pH sore hari pada variasi konsentrasi COD memiliki nilai yang
lebih tinggi dari pada pagi hari. Nilai konsentrasi pH yang tinggi pada percobaan
sore hari dikarenakan saat alga berfotosintesis memerlukan CO2 sebagai bahan
utama proses fotosintesis. Dikonsumsinya kadar CO2 oleh alga dalam reaktor,
sehingga pada sore hari kadar CO2 menurun yang menyebabkan nilai pH
meningkat. Pada saat malam hari, alga mengalami proses respirasi yang
menghasilkan CO2, sehingga kadar CO2 dalam reaktor uji meningkat dan
menurunkan nilai pH.
Analisa MLVSS
Hasil penelitian menunjukkan jumlah biomass mengalami fluktuasi baik antara
siang malam maupun dari hari ke hari. Jumlah biomass berhubungan erat
dengan kadar zat organik. Jumlah biomass yang tinggi mengindikasikan jumlah
bakteri juga tinggi, hal ini memungkinkan bahan organik yang terdekomposisi
oleh bakteri semakin tinggi. Penurunan MLVSS kemungkinan disebabkan
konsentrasi biomassa pada HRAR mengalami gangguan sehingga bakteri mati
dan beberapa sel bakteri terpecah menjadi bahan organik dan nutrien. Hal ini
menyebabkan kadar bahan organik dan nutrien pada reaktor penelitian
terkadang naik. Tinggi konsentrasi MLVSS pada siang hari dapat berhubungan
dengan produksi oksigen yang besar melalui fotosintesis alga siang hari, dengan
adanya perubahan DO dan pH. Tetapi selain fotosintesis, pada HRAR terjadi lisis
sel-sel bakteri ataupun alga yang mati. Hal ini akan mempengaruhi penurunan
MLVSS.
Analisa PV
Penurunan konsentrasi PV yang terjadi pada semua reaktor menunjukkan kinerja
mikroorganisme untuk menurunkan konsentrasi zat organik dalam air boezem.
Walaupun nilai penurunan yang terjadi pada masing-masing reaktor berbeda
satu dengan lainnya. Hal ini dikarenakan perbedaan kinerja mikroorganisme
dalam menguraikan bahan organik yang terkandung dalam masing-masing
reaktor. Penurunan konsentrasi PV ini terjadi karena proses oksidasi yang
dilakukan oleh mikroorganisme. Kemudian konsentrasi PV meningkat pada akhir
pengamatan (hari ke-20). Peningkatan bahan organik di dalam reaktor ini dapat
terjadi karena kematian mikroorganisme yang sudah tidak mampu lagi untuk
menyerap unsur hara dalam air boezem. Kematian mikroorganisme dapat
meningkatkan sumber organik. Selain itu, juga menyebabkan konsentrasi sumber
organik yang terlepas kembali ke media.
Analisa Korelasi MLVSS & PV
Gambar 2 Grafik Korelasi Konsentrasi
MLVSS & PV
Kecenderungan yang terjadi antara
konsentrasi MLVSS dengan konsentrasi
zat organik adalah ketika konsentrasi
MLVSS naik, konsentrasi zat organik
mengalami penurunan. Begitu pula
sebaliknya saat konsentrasi MLVSS turun
maka konsentrasi zat organik mengalami
peningkatan.
Hal
ini
menunjukkan
kematian beberapa mikroorganisme baik
bakteri maupun alga dalam reaktor dapat
menjadi salah satu penyebab naiknya
kadar bahan organik dalam reaktor.
Analisa Penurunan Zat Organik
(a)
(b)
Gambar 3 Grafik Removal Zat Organik (a), Rata-rata Konsentrasi MLVSS (b)
Percobaan dengan aerasi selama 12 jam memiliki nilai persentase removal yang
lebih baik daripada tanpa aerasi. Hal ini berbanding terbalik dengan dengan
jumlah konsentrasi MLVSS, pada percobaan aerasi selama 24 jam memiliki nilai
rata2 konsentrasi yang lebih tinggi dari pada percobaan aerasi selama 12 jam.
Fenomena tersebut dimungkinkan karena terjadi kematian pada beberapa alga,
sehingga pada percobaan aerasi selama 24 jam zat organik meningkat. Selain itu
juga dapat dimungkinkan karena kondisi reaktor yang tidak optimum bagi bakteri
untuk mendegradasi zat organik. Suplai tambahan oksigen dari aerator
memenuhi ketercukupan kebutuhan oksigen bakteri dan alga sehingga bakteri
mampu bekerja mendekomposisi bahan organik bahkan ketika malam hari tanpa
mengganggu proses respirasi dari alga. Kadar oksigen yang ada dalam reaktor
masih mencukupi untuk bakteri melakukan dekomposisi bahan organik dan alga
dalam melakukan respirasi.
KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan penelitian ini dapat ditarik
kesimpulan sebagai berikut:
1. Belum bisa melihat dominasi peran antara alga dan bakteri
2. Aerasi tidak memberikan efek terhadap dominasi jumlah konsentrasi
antara alga dan bakteri.
3. Konsentrasi MLVSS pada percobaan aerasi selama 24 jam memiliki nilai
konsentrasi MLVSS yang lebih tinggi daripada percobaan aerasi selama
12 jam.
4. Percobaan dengan aerasi selama 12 jam memiliki kemampuan
penurunan zat organik terbaik.
Saran-saran yang perlu diperhatikan untuk penelitian selanjutnya adalah sebagai
berikut:
1. Perlu dilakukan penelitian lanjutan dengan sistem aliran kontinyu,
sehingga dapat dilihat peranan alga dan bakteri secara alami pada badan
air.
2. Perlu dilakukan penelitian lanjnutan dengan variasi aerasi yang tetutup.
3. Perlu dilakukan penelitian lanjutan dengan variasi daya aerasi.
4. Penelitian perlu dilakukan dengan sistem reaktor yang mampu
menstabilkan suhu, sehingga alga dapat tumbuh lebih optimum dan tidak
mengalami kematian akibat suhu yang terlalu panas.
5. Perlu penelitian lanjutan menggunakan kultur biakan murni bakteri dan
alga supaya dapat membedakan apakah dekomposisi hanya dilakukan
oleh bakteri atau alga atau keduanya.
6. Perlu dilakukan pengamatan jenis mikroorganisme yang ada di dalam
reaktor.
DAFTAR PUSTAKA
Abeliovich, 1986. Algae in Wastewater Oxidation Ponds. Florida : CRT press,
Inc Boca Raton
American Public Health Association (APHA) , American Water Work Association,
Water Environmental Federation.1998.Standard Methods for the
Examination of Water and Wastewater, 20 th Edition. Washington.
Bellinger G.E and David C.S. 2010. Freshwater Algae. West Sussex : A John
Wiley & Sons, Ltd, Publication.
Enlers V.M and Steel, D. W. 1975. Water Supplay and Sewarage, 4th Edition.
New York : McGraw Hill Book Company.
Fallowfield, H. J. , Martin, N. J. and Cromar, N. J. 1999. “Performance of a batchfed High Rate Algal Pond for animal waste treatment”. European Journal
of Phycology 34: 3, 231 — 237.
Mara, D. 2004. Domestic Wastewater Treatment in Developing Countries.
Towbridge : Cromwell Press.
Metcalf & Eddy, Inc. 2003. Wastewater Engineering: Treatment , Disposal and
Reuse. 4rd Edition. McGraw Hill. New York.
Muňoz, R., dan Guieyssea, B.,.2006, “Algal–bacterial processes for the treatment
of hazardous contaminants: A review”, Water Research, Vol. 40, hal.
2799-2815.
Park, J.B.K., Craggs R.J., dan Shilton A.N. Maret. 2010.”Wastewater Treatment
High Rate Algal Ponds for Biofuel Production”. Science Direct :
Bioresource Technology 102 (2011) 35-42.
Pelczar, M.J, R.D Reid dan ECS. Chan. 1982. Microbiology, 4th ed. New Delhi :
Tata Mc.Graw-Hill Publishing Company LTD.
Pelczar, M.J dan E.C.S Chan. 2005. Dasar-dasar Mikrobiologi. Diterjemahkan
oleh Ratna Siri Hadioetomo, Teja Imas, S. Sutarmi Tjitrosomo dan Sri
Lestari Angka. Jakarta : Penerbit Universitas Indonesia.
Polpraset, C.1996. Organic Waste Recycling. Thailand : Asian Intitue of
Technologi.
Qasim, S.R (The University Of Texas at Arlington). 1985. Wastewater
Treatment Plants: Planning, Design
Reynolds, T.D., Paul A.R. 1996. Unit Operation and Proceses in
Environmental Engineering. 2nd editiion. Boston : PWS Publishing
Company
Sigee, D.C. 2004. Freshwater Microbiology. West Sussex: Willey
Sugiharto, 1987. Dasar - dasar Pengelolaan Air Limbah. Jakarta : UI-Press.
Trihadiningrum, Y., Harmin S.T. dan Nurbajati.1999. Penuntun Praktikum
Mikrobiologi Lingkungan. Surabaya : ITS Press.
Wong, Y.S., dan Nora F.T.Y. 1997. Wastewater Treatment with Algae. New
York : Springer