1'1. .
(;~I allenge
~I
cif Ch!?mical Engineer.ing
inl,ti t uti(m~
in Prod uct lranovation for a Sustai nable
rUlUI'''J
Fakultas Teknik Universitas Indonesii Depok, Jawa Baral, Indones;;
20-24 September 201 ~
Diterbitkan oleh:
filll\\
UTUlnoo
~
Asosia~ Pendldikan Tinggi • Teknik Klmia Indonesia
Disponsori oleh:
...
I '"
PERTAMINA LUBRICANTS
, .. 8
( ltf) ~
...,.... ~~-.--... fti!JJ
0 To ........
Seminar Naslonal_Teknik Kimia Indonesia IV dan Musyawarah Nasional APTEKIND0 2012 The Challenge of Chemical Engineen'ng fnStifufions in Product Innovation for a Sustainable Future BN 978-979-98300-2-9
PJS Rektor Dniversitas Ihdonesia
Dj
8antoso
Ylh. Para Pimpinan Fakultas Tcknik Universitas Indonesia Ylh. Para Pimpinan Dcpartemen eli Lin gkungall FTUI dan UI Ylh. Kelua dan Dclcgllsi Asos iasi Pcnd idika n Tinggi Tcknik Kimia Indonesia
Yth . Kelun Fedcras i Industri Kirnia Indonesia alau yang mewaki li Ylh. Kelua Badon Kejllnmi1 Pcrs
Depok, 20 Septemher 2012 Prof. Dr. fr. Ojoko Santoso, M.Sc. I)JS Rcktor Univ ers il:l s Indonesia
--
. .
-
Seminar Nasional Teknik Kill)ia Indonesia IV dan Musyawarah Nasional APTEKIND~ 2.912 The Challenge of Chemical Engineering Ins ifutiOflS in Product Innovation for a Sustainable Future BN 978-979-98300-2-9
Ketua APTE~INOO
WiGJodo W. Purwanto Puji syukur kehadirat Allah SWT yang tclah tll cmberi kan rahmatNya schin gga agenda li ga tahunan ya it u Se minar Nasiona l Tcknik Kimia
Indonesia (SNTKI) dlln Musyawarah Nasional - Asosi:1Si Pcndidik;HI T ill ggi Tckllik Killlia
Pad a rangkaian acarn tahun ini juga dil aksanakan ulllilk pcrtal11a ka li Chemi cal Engi ncerin g Award d il aksanakan di Un iversitas Indonesia , Depok . 2012 yaitu pcmberian apres iasi kepada in san Teknik Kimia Indoncsia yang berprcstasi dan Alas nama pcngurus APTEKINDO pcriodc 2009- mcmil iki kontribusi penting di bidang tck ni k 20 12 karn i Illcnyum paikan $c lamal Datang di kimia dcngan katcgori dosen, mahasiswa, dan aenTil SNTKI dan Munns 2012 kepadn segcnap praktisi. Indon es ia
(APT EKINDO)
2012
dapa!
pembicara utama, remakalah , pescrta seminar, mahasiswa, pmkt isi, undrmgan dan para dclcgasi
Munas APTEKJN DO 2012 akan l11cmbahas yang rncwaki li sc luruh Juru san/Program capaian aSOSlaSl sc lama tiga tahun ya itu Studi/Departemen Tckn ik Kim ia di Indones ia. rckomcndasi Kurikul um Inli, peningkalan kemampuan pcmbc lajara n doscn dan publikasi Pada taluill ini APTEKINDO llIengangkal tema Jurnal Tek nik Kimia Indoncsia (JTKI), dan Semi nar "The Clwlle"ge of Chemical bcrbagai pcrm asa lahan akt ual yang dihada pi ElIgilteerillC illSfifutiolu ill Product IllIfOl'lltioll duni a pCl1did ikan Tcknik Kim ia di Indonesia for (l Sustaillable Future". Tema ini dipil ih scrta pcmil ihan kcpcngurusan APTEKINDO se laras dcngan "milineullI kc-tiga" bidan g tck nik periodc 20 12-20 15. kimia yaitu Oisai ll Prod uk Kimia dan ketcrka itannya dcngan Pcmbangu nan Akhirnya, kami . mcnyampaikan tcri makasi h dan Kcbc rlanjulall scrta pcrmasa lahan tcrkini indllstri penghargaan yang ti nggi kepada kcpada Sponsor, kimia Indoncs ia. BKK-P II , FIKl, doscn dan mahasiswa scrta manajcmell di tingkat UI, rTUI dan Ocpartcmcn Saya ya kin balm'a SNTK dan Munas Tcknik Kimia yang tclah bcrpcran scbaga i tuan APTEKINOO 201 2 mcrllpakan sa lah salu for um rumah aeara in i, anggota panitia pe ngarah, juri komunikasi penting di ti ngkat nasional bagi para ChE. Award , ed itor JTKI , pcserta Scmi nar dan penc li ti, pcnyelcnggara pc ndidikan Tcknik Kimia Munas dan scmua pihak ya ng membantu dan praktis i induslri dalam ran gka mcmbahas tcrse lcngaranya aeara in i. pcrkcmbangan pcnc lilian leknik killlia tcrkini , pendidikan Teknik Kimia dan industri kimia di Sclamal melaksanakan Seminar dan Musyawarah Indones ia. Denga n adanya perlcllman ilmi ah ini Nas ional, scmoga sukscs dan mcnghas ilkan di harapkan dapat 111cmbangu ll kcrja sama ya ng langkah pcnting da n nyata bagi kcmajuan kllat dialllara pcmangku kepcntin gan Tcknik Pcndidikan Tcknik Kimia Indoncsia. Kimia dan mcndllkung peningkatan kualitas pendidikan Teknik Kim ia, pcnc litian dan Depok, 20 Se ptember 2012 akhirnya dapat mcningkatkan pcrkcrnbangan Prof. \-Vidodo \-V. Pun't'ant o indust!"i ki llli" 1I11S10 1131. Ketua APTEKINDO
ii Didukung oloh:
20~2 The Challenge of Chemical Engineering Institutions in Product Innovation for a Sustainable Future BN 978-979-98300-2-9
Seminar Nasiolial TeJmjk Kimia Indonesia IV dan Musyawarah Nasional APTEKINDO
Ketua Pelaksana
Sukimo Sebngai upaya lunJl bcrpcran aktif Illcmbangun landasan ilm u pengclah uan dan tekno logi yang kokoh dan yang mencitrakan pengolahan sumbcr daya alnm nasional , Asosiasi I'cndidikan Tinggi Tck lli k Kimia Ind onesia (APTE KIN DO), menyc lenggarakan Semin ar Nasio na l Tckn ik Kimi:1 Indonesia (SNTKI) sccara pcriod ik seliap 3 lahul! sekali sejak lahun 2003 . SNTKI yang diciptakan scndiri , schi ngga scmaki n mcrupakan simbiosis dari Seminar Tcknik Kirnia marnptr didalarn mcmpolakan dan mcngarahkan Soe hadi Rcksowardojo (ITB), Se minar Nas iona l perkembangan sistcm tekno logi dan indu stri Rekayasa Kimia dan Proses (U ndip), Sem inar dalam negcri .
Nasional Fu ndamenta l dan Ap li kasi Tcknik Ki mia (ITS), Seminar Nasiona l Tcknologi Proscs Dokumcn ini mcnarnpung kumpulan maka lah Kimia (UI), Seminar Teknik Kimia anggota yang diprcscntasikan dalam SNTK I 20 12 yang APTEKINDO. Pc laksanaa n SNTKI tnt bcrisi hasil pcnel itian, pcngetahuan dan Illerupakan sa lah sallt upaya untuk pcnga larnan dalarn bidang*bidang: rckaY:lsa dan sistim proses ki mi:l ; reknyasll bioproses; mcndescminasi karya*karya pcncli lian yang reactor. kinctika dIm k:Halisis; cncrgi dun dihasilkan olch pcrguruan tinggi, IClllbaga lingkun gan; termodin amik:1 dan pcristiwa pene litian, dan uniHlIlit pcnelitian indu stri di pcrpindahan; proses separ:lsi; m:lIcrial dan tall ah air. Scm in ar ini di samping sebagai wahana llano tcknologi ; studi kasll s illtlustri dan bagi pene liti ulltuk bcrkonlribusi dalam pcndid ik:m tcknik kimia. Dokumcn ini mClIluat men gcmban gka n d.a n mcmpcrkaya khazanah 178 rnaka lah yang ditulis olch leb ih dari 300 pengctahllan, juga dimaksw.lkan sc bagai media penulis. Sernua makalah yang dik iri mkan ke yang dapat Illcrticmbatani kolaborasi lebih Imtiut SNTK I 20 12 te lah ditinjau olch panitia. di alltara peneliti, industriawan , pClllcrintah, dan penggulla lainllya. Panitia berharap bahwa buku inl dapat rnembcrikan sebuah platform dan barometer Pada laitun ini, SNTK I 2012 disel enggarakan di untuk mern prolTlosikan kCllllgggulan hasi l·llas il Fakultas Teknik Univcrsitas Indones ia, Dcpok pcncli tian kita dan lllcnjadi scbuah lokotllotif rtlcndorong pcmbclltukan JCJarrng dan Illengusllllg terna " Th e Challellge of untuk Ch emical Ellgineering ill!ilililliolls ill Prot/IICI kerjasarna penclit ian yang dapat mcngaksclarasi llJlWl'lltioll for S ustail/abie Future". Tema ini kcmajuan ban gsa. dipi lih unluk mcrnbcrikan wahana bagi pClle liti unluk mcngc llmkakan pcrkcmbangan tcrbanr Panitia rncnyarnpaikan aprcsrasr yang tinggi hasi l*hasil penelitiannya, terutallla karya inovas i kcpada scluruh pcny.tii makalah li san, rnakal:th poster, pc::;erta se minar, sponso:-, dan pihak·pihak yang dapat di!erapkan untuk kemajuan yang ikut mcrnbantlr kc lancaran kcgiatan in i. lllasyarakat nya secara berkcsinarnbu ngan. Diharapkan karya inovasi tcrscbut dapat rncngilhami pCllcli!i lainnya dalarn lllcmban gun Depok, 20 September 2012 laboratorilllll yang kuat dan bcrkesinambungan Or. Sukirno untuk mcnghasilkan karya yang makin Kctu n P,mitia Peh,ks:ma SNTKI 20 12 berk ual itas dnn j ugn mak in tingg i kadnr tck nologi
ii i Didulrung olen:
Seminar Nasional Teknik Kimia Indonesia IV dan Musyawarah Nasional APTEKINDO 2012 The Challenge of Chemical Engineering Institutions in Product Innovation (or a Sustainable Future BN 978-979-9 8300-2-9
Susunan Panitia P:tniti:l Jlcnganl h
P:lIliti:1 Pclaksllll:i
Prof. Dr. Ir. Widodo Wahyu Purwanto, DEA. (Kelun APTEKINDO)
\Vaki l Kcpala Bidang SNTKJIl Tania Dcsc la, ST.
Ir. Nanang UnIti ng (Ke llin BKKPII) Ir. Hidayat Nyakman, M.Sc. (Kctua FIKJ )
Kelun Program Studi Tcknik Kimia ITB Kelun Jurusnn Teknik Kimia ITS
\Vakil Kcpala Bidang SNTK IIIJ Muhammad Sae ruddin KcpaJa Bidang Munas APTE KJNDO Dr. Ir. Asep I-Jandaya Saputra, M.Eng.
Kelun Jurusan Tcknik Kimia UGM Kelun Ju rllsan Tcknik Kim ia UNO IP Kelun Jurusa n Teknik Kimia UNS RI Kelun Departcmen Tcknik Kim ia UI Kellin Jurusan Tcknik Kimia Univ. Rial! Kelun Jurusan Tckn ik Kimia Uni\'. Surabayn KClUa [)cpartclllcn Tcknik Kimia USU Kelun Jurusan Tekllik Kimia VII Kelun Jurusa n Teknik Kimia UNS Prof. Dr. Ir. Mocharnad Nas ikin, M.Eng. Dr. Ir. Mahmud Sudibandriyo, M.Sc. Kamarza Mulia, Ph.D.
KcpaJa Bidang Munas APTEKINDO I Ir. Dewi Trislantini , MT., PhD. Kepala Bidang Munns APTEKINDO II Hasbi Priadi KcpaJa Bidang ChemEng Award Dr.rer.nat. Ir. Yuswa n Mu haram , MT. Wakil Kcpala Bidang ChemEllg Award I Dr. Ing. Donni Adinata, ST., M.Eng.Sc.
i':mitia Pclak.'l:ln:l
\Vak il Kcpa la Bidang ChemEllg Award II Frll nsiska Mi laniat i Pratiwi
Kclua I Dr.lr. Sukimo, M.Eng.
KcpaJa Bidang Sponsor/Pcncianaa n Dr. Heri Hermansyah. ST.. M.Eng.
Ketun II Tara Vcrgita
\Vak il KcpaJa 13 idan g Sponsor/Pcndana:lIl I Dr. lng. Ir. Misri Gozan, M.Tcch
\Vak il Kclua I Dr. Ir. Praswast i PDK Wu lan , MT.
\Vaki l Kepa!a Bidang Sponsor/Pcndanaan l1 Rizka Izdihar
\Vak il Ketua II Fe li ta
Kcpalll Bidang IT dan Dokumcnlas i Ir. Abdul \Vahid, MT.
Bendahara I Dr. Eny Kusr in i, S.Si.
\Vakil Kepa!a 8idang IT dan Dokumcntasi I Bambang Hcru Susanlo, ST.. MT.
Bendahara I I Nafian Awa lludin
\Vakil Kepala Bidang IT dan Dokllll1cntasi II Reza Tirsad i Librawan
Sckrctnri s I Dr. Tania Surya Utarni , ST., MT.
Kcpaa la Bidang Prosiding dan Poster Dr. Ir. Sc tindi , M. Eng.
Sekretaris II Eka Nuri n Sharfina Iri anto
\Vakil Kepala Bidang Prosiding dan Poster I Ra hrna Mlilhia, ST.
Kepa la Sidang SNTK I Dr. Ir. Nc lson Saksono, MT.
\V"ki! Kepala Bidang Pros iding dan Poster II Muhammad Fakri Pirdau s
\Vakil Kepala Bidan g SNTKI I Dr. Mu harnad Snhlan
iv
~~;m;~~!~~::'li~,ng~9~i
J;
I.
_
Didukung oloh:
Sustainable Future
Th e Challenge of
978-979-98300-2-9
Daftar lsi Rektor Universitas Indonesia Kdua APTEKlNDO Ketua Pelllk.s:nm Susunan Panita Dnftar lsi
ii iii
;,
,
Plenllry S peaker Energi dan Lingkunglln (EL) Material dan Nano Tek.o o logi (l\1N) Reka yaslI Prod uk dan Sistcrn Proses Kirnia (PP) I) roses Separllsi (PS) Rekayasa Bi oproses (RD) Reakto r, Kinetika dan Katalisis (RK) Studi Kasus Industri (5 1) Pendidik..1n Teknik Kimia (TK) Termodinamika dan Fenomena Perpindahan (TP)
12
158 253
446 549 723
927
966 990
v Dldukung oleh:
PS-06
Pemisahan Mikroalga dengan Teknik Elektrokoagulasi Suprihatinl,*, ~l-!ha_mmad Romli\ lya Ag ustina 2, Nova Afriyantil 1
Depa rtemen Teknologi Indus tri Perta ni a n, Fakultas Teknologi Perta ni a n I PB J Bogar
1
Progra m Stud i Teknol ogi Indu s tri Perla ni a n, Univers i ta s La mbung Mangkurat. Ba nja rmas in
·E-mai l :
[email protected]
ABSTRAK Tahap pemanenan rnikroalga hingga saat ini masih menjadi kendala dalam pengembangan proses produksi mikroalga. Salah satu alternatif pemisahan mikroalga dari media tumbuhnya ada lah dengan teknik elektrokoagulasi. Elektrokoagulasi pada prinsipnya mirip dengan koagulasi kimia, akan tetapi elektrokoagu lasi menawarkan berbagai keunggulan
antara lain sederhana dalam operasi dan pemetiharaan, efektif, dan t idak membutuhkan penambahan bahan kimia. Penelitian i ni mengkaji kemungkinan pemisahan mikroa lga menggunakan teknik elektrokoagu lasi dengan tujuan untuk mengevaluasi efisiensi pemisahan, kualitas dan biaya pemisahannya. Penelitian dilakukan pad a ska la laboratorium menggunakan mikroalga yang ditumbuhkan da lam media limbah cair agro in dustri. Faktor yang dikaji d:31am penelitian ini meliputi tegangan li st rik, waktu kontak dan jenis me di a t umbuh mikroalga. Optimas i proses dilakukan dengan menggunakan metode re spo ns permukaan (response sUrface method). Hasil penelitia n menunjukkan bahwa teknik elektrokoagu lasi dapat digunakan secara efektif untuk memisahkan mikroa lga hingga sekitar 80 persen, tergantung pada tegangan dan lama waktu ko ntak yang diberikan, serta jenis media tumbuh mikroalga. Se lain biomasa mikroa lga, ni lai beberapa parameter pencemar sepe rti keke ruhan, warna, dan fosfat juga dapat direduksi seca ra signifikan.
Kata kunci: pemisahan mikroalga, elektrokoagulas i, limbah cair agroi ndustri
1. Pendahuluan Mikroalga mem ili ki berbagai keunggulan dibandingkan dengan jenis tanaman lainnya, yaitu: i) produktiv ita s tinggi karena waktu generasi hanya dalam satuan jam atau hari, ii) tidak memerlukan lahan su bur seh ingga tidak berkompetisi dengan tanaman pangan, iii) dapat dikombinasikan untuk pengelolaan lingkungan (perolehan kembal i nutrien, konservasi air, dan biofiksasi karbon dioksida / reduksi emis i gas rumah kaca), iv) efisien da lam penyerapan energi surya, dan v) biomasa mengandung bahan-baha n bernilai tinggi seperti protein, minyak/lemak, vitamin, minera l, pigmen, [3-karoten, bahan aktif, dan serat, yang dapat dim anfaatkan untuk
berbagai keperluan, termasuk untuk bahan baku pembuatan biodiese l [1], [2], [3]. Hingga saat ini pem isahan (pemanenan) mikroalga dari media tumbuhnya masih kendala. Penggunaan teknik menghadapi sedime ntasi tidak dapat diterapka n karena perbedaan densitas mikroa lga dan ai r relatif kedl, sehingga memb utuhkan waktu yailg sangat lama. Mikroalga sebenarnya dapat dipisahkan seca ra efektifdengan dengan penambahan bahan kimia (seperti Alum (Ah(S04h)dan PAC(Poly Aluminium Chloride), akan tetap i teknik ini membutuhkan bahan kimia cukup yang banyak. Salah satu alternatif pemisahan mikroalga adalah dengan teknik elektrokoagulas i.
459 e
Didukung o!eh:
Seminar Naslonal Te~nlKKimla lijdonesla dan Musyawarah Nasional APTEKIND0 2bl2 The Challenge of ChemIcal Engineering nslitutions In Prriducllnnov8tion for
a Sustainable Future
BN 978-979-98300-2-9
Elekt rokoagulasi pad a prinsipnya mirip dengan koagulasi kimia, akan tetapi e lektrokoagu lasi menawarkan berbagai keunggu lan antara lain sederha na dalam operasi dan pemeliharaan, efektif pada dosis katian relatif rendah, dan lebih ekonomis karena tidak membutuhkan bahan kimia tambahan. Dalam proses elektrokoagulasi , katoda mengalami reaksi reduksi, sedangkan anoda mengalami reaksi ok sidasi. Mekanisme e lektrokoagulasi sangat tergantung pada sifat kimia cairan, terutama konduktivitannya, sesuai dengan persamaan reaksi berikut [4].]5]: Reaksi di Anoda (Positif) Fe Fe1o(aq) + 3e ' Fe1o(aq) + 3 Hl O • Fe(OHh + 3H'(aq) Reaksi di Katoda (Negatif) 2H 1 0 + 2e'
pengolahan air l imbah industri kertas {7], eliminasi nitrat dari air dan ai r limba h [8], penyisi han warna [9], pengolahan lind i (10], dan elimi nasi fosfat dari air limbah [11]. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji kemungkinan pemisahan mikroalga dari media tumbuh limbah cair agroindustri (Iimbah cai r peternakan. dan limbah cair RPH) dengan menggunakan teknik elektrokoagu lasi untuk mengeval uasi efi sie nsi proses, kua l it as efluen (supernatant), dan kebutuhan energinya.
2. Metode Pen eliti an 2.1. Tem pat penelitian Pene litian i ni dirakukan di Laboratoriurn Teknikdan Manajemen Ungkungan , Oepartemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian, Bogor.
H, (g)+ 2 OH"
Ion Fe l • yang terbentuk akan bereaksi secara spontan membentuk hidroksida dan/atau polihidroksida, yang dapat berbentuk ion·ion monomer, Fe{OHh dan kompleks hidroksida polimerik, yaitu Fe(H 1 0) 61 ', Fe(OH) ~(OH) l ', Fe(H10),(OH)zO, Fe( H10), (OHh", atau Fez(Hl O) 6(OH)/' tergantung pad a pH medium hidroksida/polihidroksida/ cair. Senyawa pol ih idroksida meta li k terse but mem iliki afin itas kuat untuk part ikel-part ikel tersuspensi dan ion penyebab koagu lasi. Gas hi drogen yang terbentuk dapat bergabung dengan bahan organ ik atau atau padatan te rsuspe nsi me lalui proses fl otas i (6]. Hasi l reaksi reduksi -oksidasi mempe ngaruhi kestabilan sistem suspensi limbah sehingga zat yang te rsuspensi, padatan dalam cairan terse but juga mengalami destabi lisasi yang dapat menyebabkan mikroa lga terkoagulasi dan membentuk fl ok, se hingga merniliki ukuran dan densitas lebih besar dan menjadi lebih mudah Partikel -partikel mikroalga mengendap. menempel pad a gas Hz yang terbentuk dari proses reduksi-oksidasi dan mengalami flotasi (5]. Atas dasar keunggulan elektrokoagulasi, teknik ini telah dikaji untuk pengolahan l imbah cair, misalnya untuk pe ngolahan air limbah indu st ri kurit [6),
2.2. Bahan dan Alat Bahan yang digu naka n adalah limbah cair RPH (UPTO RPH Bubulak, bogor ) dan l imbah cair peternakan sa pi (diperoleh dari peternakan di daerah Sindang Barang, Bogor) yang digunakan sebaga i media tumbuh mikroalga, inokulum mikroalga alamiah yang berasal dari Oanau LSI Kampus IPB Oarmaga Bogar, serta bahan-bahan kimia lainnya yang digunakan untuk ana li sis Kadar fosfat. nitrat, amon ium, COO dan TSS li mbah cair, seperti NaOH 0,6 N, laruta n H 2S0~ 0,02%, larutan amonium molybdat, larutan SnCl l. gli sero l, aquades, laruta n KZCr Z0 7, pereaksi asam COD Hl S04 , ind ik ator ferroin, larutan Ferro Alumin ium Su lfat (FAS) 0, 1 M, polyvinyl alkoho l dan pe reaksi Nessler. Alat yang digunakan meliputi elektroda besi, adaptor pasokan listrik, serta instrumen dan pera latan anal isis laborato rium , yaitu spekt rofotom ete r, wadah -wadah plastik, pH mete r, reaktor COD, serta berbagai alat gelas seperti tabung reaksi, ge las ukur, pipet mohr, pipet tetes, pipet volumetrik, buret dan gelas. Diagram skematik susunan peralatan untuk percobaan disajikan pada Gambar 1.
460 Dldukung oleh;
.'
lollone!sia. dan "lusyawara~ Nasiona 1 1\PTEK I NDO'~oi2 ~::"~:':'~~;';~:':~~(2~C!I,.mical Engineering Institutions In Product Innovation for a SUstainable Future
PowersupplV
Suspensi mikroalga
Gambar 1. Diagram skematik peralatan untuk proses elektrokoagulasi
2.3. Metode Pe nelitian Suspensi mikroalga disiapkan dengan menumbuhkan inokulum mikroalga da lam med ia limb ah cair RPH dan peternakan menggunakan bak kultivasi yang terbuat dari kaca dengan
ukuran 50 em x 30 em )( 35 em. lim ba h ca ir sebanya k 22,S L dan in oku lum mikroalga se banyak 7,5 l dimasukkan keda lam bak ku ltivasi, seh ingga perbandingan med ia dan ino kulum 75% : 25 %. Suspensi mikroa lga yang di guna ka n untuk penelitian berumur se ki ta r 12 hari. Karakteristik suspens i mikroalga ya ng digunakan untuk percobaan disajikan pada Tabe ll.
Tabe ll. Karakteristik suspe nsi mikroalga yang digunakan pad a percobaan
Parameter
TSS
SalUan
myl
Medi a tj mbah Cair Pelernakan
Media Umbah Cair
324
367 390
RPH
Kekeru han
FrU
379
Warna
PICo
800
720
COD
myl
86,4
75,2
Fosfal
myl
10,02
4,21
6.7
7,3
pH
Faktor yang dite l it i pada penelitian ini listrik dan waktu adalah tegangan elektrokoagulasi. Se lang perlaku an tegangan
listrik ya ng diteliti be rki sa r anta ra 10-20 Vol t, dengan waktu kontak antara 30-50 menit d enga n vo lume suspensi mikroalga seba nyak satu li te r. Ad a enam parameter yang diamati dalam penelitian ini , yaitu TSS (Tota l Suspended Solid), ke keruhan, wa rna, COD, fosfat, dan pH. Pa ramete r TSS digunakan untuk me rep resentasi kan biomasa mikroalga. Pengukuran TSS, kekeruhan, dan warna di lakuka n dengan m enggu naka n spektrofoto-meter OR 20CXJ msing- masing dengan panjang ge lombang 810 nm, 750 nm, dan 455 nm . Analisis laboratorium paramete r COD dan fosfat di lakukan sesuai dengan prosedu r APHA [121. Sebanyak satu liter sampel suspe nsi mik roal ga dimasukkan ke dalam gelas pi ala. Kedalam suspe nsi m ik roa lga terse but dice lup ka n dua elektroda besi da n masi ng-mas ing dialiri arus li strik . Kedua elektroda tersebut be r(ungsi se bagai anoda (+) dan ka toda to). Setelah proses berlangsung selama waktu yang diingink an, aliran li strik dimatikan da n sat uan percobaan didiamkan se lama 30 menit. Sete lah itu, sam pe l cai ran se banyak 100 mL diambil dan dilakukan ana lisis terhadap parameterTSS, kekeruhan, warna, COD, fosfat dan pH. Optimasi proses pemisahan mik roa lga dilakukan denga n desain model komposit te rpusat (central composite design) menggunakan m etode pe rmu kaan respo n (response surface method). Rancanga n ini telah diterapkan untuk berbagai optim asi proses 1131. [14]. [151. Penetapan titik pusa t (central paint) yang digunakan sebagai data awal untuk mendapatkan satuan percobaan be rdasarkan hasil penelitian diten tukan sebelumnya, yaitu pad a tegangan listri k 15 volt dan waktu kontak 40 men it un tu k mempe roleh efisie nsi pemisahan tertinggi. Berdasarkan data terse but, taraf untuk faktor tegangan li stri k (Xd dipili h -1 (10 vo lt) dan +1 (20 vol t ), dan taraf untuk faktor waktu (X21 dipilih -1 (30 men it) dan +1 (50 menit). Masing-masi ng peubah terdiri atas ti ga tarat sepert i disajikan pada Tabel2. Dalam studi in i digunakan t iga ulangan pada titik pusat seh ingga memenuhi m odel kuadratik [131 . Dengan mode l in i, maka diperlukan sebelas sa tuan pe rcobaan, dengan kombinasi perl akukan seperti disajikan pada Tabel
4" Didukung oleh:
...
"'"-
Seminar Naslonal Teknik Kiniia Indonesia dan Musyawarah Nasional>APTEKINoo 2012 The Challenge of Chemical Engineering mslifutrons In Product Innovation for a SU5tainabfe Future BN 978-97 9-98300-2-9
3. Pad a tabel tersebutdisajikan sa tuan percobaan pada optimasi proses dalam unit da n nOai asli. Dengan dua peubah te rsebu t, maka model kuadratik berbentuk:
Yi=b o + b1X II + b1 X21 + b1X11 + b ll X111 + b 12 X1 / + b! 2XII + E
dengan Y = respon dari masing- masing perlakukan, X perlakuan; dim ana XI = teganga n listrik (volt), dan X2 = lama wak tu proses (menit), b koefisien parameter, dan I;: = ga lat percobaan.
=
=
Tabel 2.
Tarat peubah pada optima si proses pemisahan mik roalga
Perlakukan
Tegangan
Nilai
Nilai
Nilai
Rendah
Tcngah
Tinggi
(-1) 10
10) 15
1+1)
20
listri k (volt)
Waktu
40
30
I (menit)
50
Tabel 3. Matriks satuan percobaan pada optimasi proses dalam rancangan percobaan No
X,
X,
1 2 3 4 5 6 7 8
-1 -1
-1 +l
"
-1 +1
9
'0 11
+l
a a a
1,414 · 1,414
a a
Teganga n l i Slri k (volt)
10 10 20 20 15 15 15
lam, waktu proses (menit)
a a a a a
22,07 7,98
30 50 30 50 40 40 40 40 40
1,414 -1,414
15 15
54, 14 25,86
Data yang diperoleh diolah den ga n menggunakan program Oesign·Expert OX 8.0.11 (trial version), yang dipe ro leh dari www.statease.com yaitu program Oes ign·Expert OX 8.0.11 (trial version). 3. Hasi l dan Pembah asa n
3.1. Karakteristik Hasil Olahan Tabel 4 menunjukkan kadar TSS dalam cairan hasil percobaan elektrokogulasi pad a media limbah cair peternakan dan limbah cair RPH. Terlihat dari tabel tersebut, nilai parameter TSS mengalami penurunan dibandingkan dengan nilai parameteryangsama pad a cairan sebelum diolah (Tabel 1). Hal ini terjadi ka rena sebagian TSS mengalami pemi sa han (mengendap atau mengapung) aki bat proses elektrokoagulasi. Tabe l 4. Sisa TSS hasil proses elektrokogulasi pada berbagai kondisi
Kondisi Proses
Medi a l umbuh mikroalga
Tegangan I istrik (volt)
Waktu (menit)
Umba h cair peternakan
Umbah cair RPH
10
30
178
141
10
50
180
218
20
30
186
23 1
20
50
163
154
15
40
76
158
15
40
77
157
15
40
78
220
22 ,07
40
177
106
7,98
40
185
174
15
54 ,14
174
130
15
25,86
175
141
Sisa TSS dalam cairan hasil o lahan dipengaruhi oleh tegangan li strik dan lama waktu proses elektrokoagu lasi. Sebagaimana disajikan pada Tab el 4, sisa TSS dalam cairan berkisar antara 76-186 mg/l untuk mikroalga dengan media limbah cair peternaka n dan 106·231 mg/l untuk mi kroalga dengan media limbah cair RPH. Proses pemisahan mikroalga terse but dapat umum dij elaskan dengan mekani sme elektrokoagulasi sebagaimana dideskripsikan dalam lietaratur 16], dimana ion koagulan diproduksi in situ dan mel i batkan dalam tiga tahapan proses, yaltu pembentukan ion koag ul an melal ui re aksi oksidasi elektrik elek troda,
4" Dklukung oleh:
nar Naslonal Tekn]Mimia Indonesia dan Musyawarah Nasional AP'feitlNID'O The Challenge of Chemical Engineering Instifutions In Product Innovation for a Sustainable Future 978-979·98300·2·9
warna yang diperoleh yaltu 1(}-55% dan 12· 56% untuk kedua jenis media tumbuh te rse but. Efisiensi penurunan COD menunjukkan nilai ya ng relatif rendah yaitu hanya 12-23% untuk media limbah cai r RPH dan 8- 19% untuk media limbah cai r peternakan. Fosfat mengalami penurunan secara drastis ya itu mencapai 79% untuk media tumbuh limbah cair RPH dan 85% media tumbuh limbah cair peternakan . Nilai efisiensi pemisahan mikroalga yang diperoleh pad a penelitian relatif rendah yaitu maksimum 80% dibandingkan dengan hasil penelitian serupa menggunakan elektroda aluminium yang mampu memisahkan mik roalga dari media efluen industri hingga 99,5% {16]. Perbedaan hasi l ini kemungkinan disebabkan oleh perbedaan karakteristik media tumbuh mikroalga yang digunakan untuk percobaan.
destabilisasi padatan tersuspensi, dan agregasi fase tak-stabil membentuk flok. 3.2. Efisiensi Pe mi sa han Tabel 5 menunjukkan tingkat efisiensi penurunan nilai parameter TSS, kekeruhan, warna, COD dan fosfat. Efisiensi penurunan parameter TSS berkisar antara SG-8O% untuk mikroalga dengan media tumbuh lim bah cair RPH, dan 28·67% untuk mikroalga dengan media tumbuh l imbah cair peternakan, tergantung pada
tegangan listrik dan lama waktu proses elektrokoagulasi . Terlihat dad Tabel 5 tersebut, se lain parameterTSS, nilai parameter kekeruhan, warna, COD dan fosfat juga mengalami penurunan dibandingkan dengan nilai parameter yang sama pada cairan sebe lum diolah (Tabel 1). Ef isiensi penyisihan penurunan parameterT55, kekeruhan, warna, COD dan fosfat bervariasi tergantung pada tingkat tegangan listrik dan lama waktu proses elektrokoagulasi yang diterapkan. Tingkat efisiensi penurunan kekeruhan berki sa r 45·64% untuk media limbah ca ir RPH dan 37·69% untuk media limbah cair peternakan. Efisiensi penurunan
3.3. Optimasi Proses Hasi! optimum proses untuk mendapatkan sisaT55 minimum pada pemisahan mikroalga da ri media limbah cair peternakan diketahui pad a tegangan listrik 15 volt se lama 40 menit, ses uai dengan persamaan l inear:
Tabel 5. Efisiensi penurunan parameter T55, kekeruhan, warna, COD dan fosfat (dalam persen)
Kondlsl Proses
Tegangan IIstrik (volt)
Waktu (menit)
10
30
10
M~dI3TurnbuhMlkro~ l g"
Umbah Cair RPH
Keke · ruhan
W3ma
COD
Fosfat
51,5
57,4
30,6
21,3
24,0
50
51.0
5<1,1
9,7
18,1
20
30
49,3
<19,2
19,4
20
50
55,6
45,9
15
40
79,3
15
40
79,0
m
Media Turnbuh Mikr031 ga Umbah Calr Pelernakan
Kekeruhan
Wama
COD
Fosfal
60,8
68.9
54,4
8,3
13,2
19,2
56,S
55,9
52,3
12,0
21.2
11,7
15,0
32,7
<18,6
15,0
19,4
40,3
33,3
20, 2
85,0
28,7
36,7
12,5
15,7
66,7
62,6
55,6
23,4
76,S
52,S
58,0
48,0
11,1
77,6
63,9
52,8
21,3
76,7
51,2
60,2
<17,6
13,9
78,S
47,9
13,0
76,9
m
15
40
78,8
6<1,4
52,8
23,4
76,S
51,S
57,8
22,07
40
51,8
51,S
30,6
21,3
34,0
32,1
42,2
25,0
16,7
56,9
7,98
4.
49,6
55,4
9,7
24,S
27,3
67,3
68,3
56,3
16,7
17,4
15
54, 14
52,6
<18,7
33,3
17,0
39,9
46,3
49,6
45,1
13,0
20,6
15
25,86
52,3
54,1
31,9
19,2
17,6
59,9
61,0
51,8
14,8
23,0
:~~
'1J
rtf\1t.-
463 Didukung olel1:
olell:
AsosIasi Pendidikan linggi "
,
t .......... _ ... _:"
~
Naslonal TeRn!tl!
Y = -243,99 + 15,70X , + 10,14 Xl + 0,03X IX2 - 0,56 1 XI -0, 13X /
Y= -7,8544 + 8,SSS5X 1 + 1,l1S3X2 denga n Y = sisa TSS dalam cairan supernatan (mg/l), Xl = tegangan li strik (volt) dan X2 lama
=
waktu elektrokoagu lasi. Pad a kondisi tersebut didapatkan karakteristik cai ran supernata n sebagai berikut: TSS = 165 mg/L, kekeruhan 169,8 FlU, warna = 468,5 ptea, COD = 74 mg/ l,
=
konsentra si fosfat = 2,24 mg/l dan pH =7,6. Hasi l optimum proses untuk mendapatkan sisa TSS t erendah pad a pemisahan mikroalga da ri media limbah cai r RPH diketahu i pada tega ngan listri k 20 volt se lama 30 menit, sesuai de ngan persamaa n kuadratik :
Y = 1262,5748
,
-
,
57,6078X , -
37,2052X 2
"
(,)
-
O,l2SX IX1 + 2,07 XI + O,485X}
Pada kondisi terse but didapatka n ka rakteristik cai ran supe rn atan sebagai berikut: TSS = 184 mg/l, keke ru han 191 FTU, wa rn a 56,5 PtCo, COD = 64 mg/l, konsentrasi fosfa t : 3,73 mg/l dan pH : 7,6. Hubungan an tara nilai TSS te rsisa de ngan tegangan listrik (Xd dan waktu (X , ) untuk keduaje ni s media terse bu t disa jikan pada Gambar
=
••
=
,• e
•• "
Xl Iro!:U ('0011)
2. Optimasi juga dapat didasarkan pada tingkat efisiensi pemisahan TSS tertingg i. Berdasa rkan kriteria ini, pada m ed ia pertumbuhan mikroa lga li mbah ca ir peternakan, kondi si optimum diperoleh pada teganga n l istrik 15 vo lt, dan lama waktu elektrokoagulas i = 40 menit, dengan ti ngkat pemisaha n T5S = 49,05 %. Respon t ingkat pemi sa han TSS dapat dinyatakan de ngan persamaan:
=
Y= 102,42 - 2,64 XI - 0,34X, Pada kondisi !e rse but dipe roleh ti ngka t efisiens i penyisihan keke ruhan = 55,19%, wa rna = 41,43 %, COD = 14,06 %, dan fosfat : 77,68 %. Pada media limbah cair RPH, kondisi optimum dipero leh pad a tegangan li st rik = 15 volt, waktu : 40 menit, dan TSS 79,02%. Respon t ingkat pemisahan TSS dapat dinyatakan dengan pe rsamaa n:
=
(b) Gam bar 2.
Respon sisa TSS supe rn atan te rh adap tegangan listri k dan lama waktu proses elekt rokoagu lasi untuk (a) media tumbuh limbah cai r peternakan, dan (b) m ed ia t u mbuh limbah cair RP H
Pada kondisi terse but dipero leh tingkat efis iensi penyisih an keke ruhan = 63,59 %, warna = 53,71%, COD = 22,69 %, dan fosfat = 76,56 % Hubungan antara nilai penyisihan TSS denga n tegangan li strik (Xd dan waktu (Xl ) untuk kedua media pertumbuhan mikroa lga tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.
'64 Didulwng oleh:
Se,ninar Naslonal TeknJk Kiml. IndonesIa (lan Musyawarah Nasional APTEKINDO 2012 The Challenge of Chemical Engineering Institutions In Product Innovation for a Sustainable Future ~6 B'
978-979-98300-2-9
biaya untu k energi li strik . Konsu m si energi listrik yang dibutuhkan daJ am pemisahan mikroa lga untuksetiapvol ume tertentu suspensi mikroalga dapat di perkirakan dengan persam aan:
•-
,· <
·
E= U.I/I 1OOO.QI
w
=
e
denga n = konsumsi energi (kWh/ ml), I al iran listrik (Ampere), Q = [aj u al ir sus pens; mirkoalga (ml/jam). Untuk sistem curah, konsumsi ene rgi dapat diperki ra kan dengan persa maan:
lal
E = U.I.t/1 1OOO.VI
•
dengan E = konsumsi energi (k Wh/ m l ), I = a lira n listri k (Ampe re) , V = volume suspe nsi mirkoalga (m 3 ) , dan t = lama waktu proses (jam ). Biaya li stri k juga dapat dinyatakan dalam satuan rup iah per sa tuan bobot bi omasa yang dipisahkan. Biaya pemisahan 1 kg biomasa mikroalga (dinyatakan dalam TSS) dapa t diperkirakan de ngan persamaan:
-
· · <
.!
w
"
KI: Input (VIllI)
BP =IE.H "",;.I.1000/ I ~. TSS;,1
Ibl Gambar 3.
Respo n ti ngka t pemi sa han TSS terhadap tegangan l istrik dan lama waktu proses elektro -koagulasi untuk (a) m edia tumbuh limba h cai r peternakan , dan (bl med ia tumbuh limbah ca ir RP H
3.4. Kebutuhan Energi dan Biaya Kompone n bi aya utama untuk pemisahan mikroalgadenga n teknik etektrokoagu lasi adatah
dengan E = kon sum si energi list rik (kWh/m l ), H ~.uk = harga l ist rik (Rp/kWh), 11 = efisiensi pemisahan m ikroalga, dan TSS", konse ntrasi biomasa mikroalga data m influen (mg/l) . Tabel 6 men unjukkan rangkum an kond isi proses, ef isiensi pem isahan, kebutu han energi dan biaya pemisahan mikroalga . Biaya pem i sa han terse but masih relatif tinggi, yaitu Rp lS.778, -/kg TSS untuk mikroalga dari limbah peternakan, dan Rp lO.283,-/kg TSS untuk mikroalga dari li mbah
=
Tabe l 6. Rangk uman kondisi proses, efis iensi pemisahan, kebutuhan energi dan biaya pemisahan mikroal ga Media Tumbuh Mik roalga
Kondisi Proses Efi siensi pen",sihan TSS ('Yo )
Voltase (vol t)
Waktu (menlt)
TSS Input (mg/l)
limbah calr peternakan
15
'0
324
"
lImbah calr
15
'0
367
7.
Kebutuhan Energi
Biaya
l (Rp/m )
(Rp/kg TSS)
3,75
(kWh/kg TSS) 23,6
2.981
18.778
3,75
12.9
2.981
10.283
(kWh/m))
.PH
'65 Didukung oleh:
Seminar NaslonahTe~nlJsJSlmla Indonesia dan M~syal'/arah Nasional APTEKINDO 2012 The Challenge of Chemical Engineering lnstiwfions In Product Innovation (or a Sustainable Future 978-979-98300-2-9
peternakan . Tingginya biaya ke mungkin an disebabkan oleh skala penelitian yang relatif keci l (yaitu hanya satu liter) dan kadar TSS da lam infl uen yang rel atif rendah ya itu sekitar 320-370 mg/l. Peningkatan ska la dan optimasi proses lebih lanjut diharapkan dapat menin gkatkan efisiensi penggunaan energi listrik, yang seca ra langsung akan menurunkan biaya pemisahan mikroalga. 4. Kesimpulan Proses elektrokoagu lasi dapat menjadi alternatif sebagai perl aku an pendahuluan dalam pemi saha n mikroalga dengan metode sedimentasi atau fi otasi. Selain memi sa hkan biomasa mikroalga, proses elektrokoagu lasi juga menurunkan bebera pa parameter pence mar pada limbah cair yaitu kekeruhan, wa rn a, fosfat, dan
[5]
localise d wate r treatment tech nology. [6)
[7)
{8)
COD.
Berdasarkan tingkat pem isahan biomasa mikroalga, kondisi optimum diperoleh pad a tegangan listrik IS volt dalam waktu 40 menit untuk kedua jenis media tersebut. Efisiensi pemisahan biomasa mencapai 49% untuk media limbah cair peternakan dan 79% untuk media limbah cair RPH. Pada tingkat pemi sahan terse but, biaya pemisahan diperkirakan masingmasing Rp 18.778,-/kg TSS dan Rp 10.283,-/kg TSS. Peningkatan skala dan optimasi proses lebih lanjut diharapkan dapat meningkatkan efisiensi penggunaan energi li strik, yang seca ra langsung aka n menurunkan biaya pemi sa han mikroalga. Dattar Pustaka [11 Pedroni , P. and Banemann, J. 2003. Microalgae for greenhouse gas abatement: An interna tional R&D opportun ity. Ambiente TPoint 1/2003, p. 24-28 12] Chisti, Y. 2007. Biodie sel from microalgae. Biotechnology Advances 25 (2007), pp. 294-306 (31 Avagya n, A. 2008. Globa l prospect s for microalgae production for biofuels and for the preservation of nature. Global Fuels Magazine February 2008, pp. 22-27 (41 Ba rkeley, N.P., Farrel, c., and Williams, T. . Emerging : Electro-Pure ,Gurrentl Electrocoagu lation. US
~C;rc('nDat i
Ho lt PK, Barto n GW, Mitchell CA. 2002. The future for electrocoagu latio n as a
19}
1101
(111
[12J
[13J
{14J
Chemosphere 59: 355·367. Babu, K.R" Bhadrinarayana, N.S., Bagurn, M.M.S, and Anantherama n, N. 2()()7. Treatme nt of tannery wastewater by electrocoagu lation. J. of the Chemichal
and Technology and Metall urgy, 42 (2), p. 201-206 Pe rng, Y.-S., Wang, E. - i. -C., Yu, S.-T., Chang, A.-Y., and Sh ih, C. -v. 2007. Pilot treatment of aCC- based mill wastewater treatment using pulsed electrocoagu lation. Watar Qual. Re. J. Canada. Vol. 4211), p. 63-71 Ghafari, S., Hasan, M, Aroua, MK. 2008. Bio-electrochem ica l remova l of nitrate from water and wastewater - Review. Bioresource Technology 99, p. 3965-3974 Cha roenlarp, K. and Choyphan, W. 2(X)9. Reuse of dye wastewate r through co lour removal wi t h electrocoagu lation process. As. J. Energy Env. 10(04). p. 250-260 IIham, F., Kurt, U., Apaydin, D., and Gonu llu, M.T. 2008. Treatment of leachate by electrocoaculation using alum inum and iron electrodes. J. Hazardous Materials 1S4, p. 381-389 Ba rash, A., Oze r, K., and Adin, A, Milstein, D. and Gasith, A. 2(X)9. Electrocoagul alion-construct ed wetl and hybrid for improved phosphate removal in effluent res use. 41h SWITCH Scientific Meeting. Delh, Netherlands, 41h _ 1" Octobe r 2009 APHA . 200S. Sta nd ard Methods for the Examination of Water and Wastewater. lh 20 , ed . America n Public Health Association (APHA), Washi!"'lgton OC Suresh, B., Viruthagiri, T. and Sasi kumar, E. 2009. Optimization of process variables using Re sponse Surface Methodology (RSM) in the so lid -state fermentative production of pectinase by Aspergillus owomori. As. J. Food Ag-Ind, 2(03). 302314 Chowdhury, Z.Z., Zain, S.M, Khan, R.A., and Ahmad, A.A. and Khalid , K. 2012. Applica tion of Response Su rface 466 Didukung oleh:
The Challenge of Chemical
~~~~~~~~~;~~~;):~:~!
.,jS"N 978·979-96300·2·9
[15)
Methodology (RSM) for optimi zi ng production condition for removal of Pb (II) and Cu (II) onto kenaf fi ber based activated ca rbon. Re sea rch Journal of Appl ied Scie nces Engineering and Technology 4[5): 458-465 Sh ichang, L, Zhaoyang, Z., Shaobi n, G., Hongxia, L, and Dongdong, W. 2011. Application of response surface methodology (RSM) for optimization of high-yielding L-Iactic acid strai ns selected by low-e nergy ion i mpla ntation. African Journal of Food Science and Technology, Vol. 2[6), pp. 120-131
[16)
Azarian GH, Mesdaghini AR, Vaezi F, Nabjzadeh R, Nematol lahi 0.2007. Algae removal by electro-coagulation process, appl ication for treatment of the e ffluent from an industrial wastewate r treatment pl ant. J. Publ. Health 36: 57-64
Oidukung oleh:""
