11
3 METODE 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Juli sampai Agustus 2012 bertempat di Laboratorium Biokimia Hasil Perikanan, Laboratorium Bagian Industri Hasil Perairan, Laboratorium Preservasi dan Diversifikasi Hasil Perikanan Departemen Teknologi Hasil Perairan, dan Laboratorium Lingkungan Perairan, Departemen Budidaya Perairan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor.
3.2 Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini antara lain lumpur aktif, limbah ikan berupa kulit dan sisa daging, akuades, K2Cr2O7 0,025 N, H2SO4 pekat, indikator ferroin, ferrous ammonium sulfat [Fe(NH4)2(SO4)2] 0,2 N, NaOH pekat, asam borat (H3BO3) 4%, indikator bromcherosol green dan methyl red, HCl, asam hypochlorous, reagen phenate, dan kertas saring Whatman 42. Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini antara lain, kaca acrylic, elektroda karbon grafit berbentuk batang, kabel, multimeter digital tipe DT 830B, timbangan digital (Tanita KD 160), Kjeldahl (Labentech), botol Erlenmeyer, buret, pipet, botol DO, DO meter (Lutron DO5510), aerator, spektrofotometer (Optima SP-300), oven (Yamato Drying Oven DV 41), tanur (Yamato Muffle Furnace FM 38), cawan porselen, kompor listrik dan desikator.
3.3 Metode Penelitian Penelitian ini terdiri dari 3 tahap. Tahap pertama yaitu persiapan MFC satu bejana mengacu pada Moqsud dan Omine (2010) dengan memodifikasi letak elektroda, tahap kedua adalah pembuatan limbah cair buatan (Ibrahim 2007) dan tahap terakhir adalah pengukuran listrik dari MFC satu bejana mengacu pada Suyanto et al. (2010) serta analisis kualitas limbah cair yang terdiri dari analisis BOD, COD, total nitrogen, nitrogen-amonia, mixed liquor suspended solids (MLSS), dan mixed liquor volatile suspended solids (MLVSS). Alur tahapan penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.
12
Persiapan bahan dan alat penelitian
Persiapan alat MFC satu bejana
Pembuatan limbah cair buatan
Karakterisasi limbah cair perikanan buatan (Total nitrogen, nitrogen-amonia, BOD dan COD)
Penempatan limbah cair buatan ke dalam alat MFC satu bejana
Pengukuran listrik selama 5 hari (120 jam)
Pengukuran beban limbah cair (Total nitrogen, nitrogen-amonia, BOD, COD, MLSS dan MLVSS) hari ke-0, ke-3 dan ke-6
Gambar 3 Diagram alir tahapan penelitian. 3.3.1 Persiapan alat MFC satu bejana Desain sistem MFC yang digunakan adalah MFC satu bejana mengacu pada Moqsud dan Omine (2010) dengan memodifikasi letak elektroda. Bejana yang digunakan terbuat dari bahan acrylic dengan dimensi 10x7x10 cm. Volume limbah cair yang digunakan adalah 600 ml. Elektroda yang digunakan adalah karbon grafit berbentuk batang dengan ukuran 7x1x1 cm. Sistem MFC yang digunakan merupakan sistem MFC satu bejana tanpa membran mengacu pada penelitian Liu dan Logan (2004). Desain MFC satu bejana tanpa membran yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 4. Perlakuan yang diberikan pada penelitian ini adalah penambahan lumpur aktif ke dalam bejana yang berisi limbah cair perikanan dengan perbandingan antara lumpur aktif dan limbah cair yaitu 1:10 mengacu pada Patil et al. (2009). Jumlah MFC yang dibuat sebanyak 6 buah untuk 3 kali ulangan.
13
Gambar 4 Desain MFC satu bejana. 3.3.2 Pembuatan limbah cair buatan Limbah cair buatan dibuat menggunakan sisa hasil pengolahan ikan (isi perut, kulit, dan daging). Pembuatan limbah cair dilakukan menurut cara Ibrahim (2007) yakni: limbah potongan daging dan kulit ikan yang diperoleh dicincang, selanjutnya direbus pada air mendidih selama 10 menit dengan rasio berat ikan (kg) dan volume air (liter) adalah 1:5. Air rebusan disaring untuk memisahkannya dari padatan dan ampas ikan. Setelah air rebusan yang disaring menjadi dingin, siap digunakan untuk percobaan. Kemudian dilakukan analisis karakteristik limbah cair buatan meliputi BOD, COD, total nitrogen, dan nitrogen-amonia. 3.3.3 Pengukuran listrik dan beban limbah cair. Masing-masing elektroda dihubungkan dengan kabel lalu bejana ditutup rapat. Kedua kabel dihubungkan oleh multimeter. Multimeter diatur untuk pengukuran tegangan listrik pada skala terkecil terlebih dahulu kemudian nilai tegangan yang tertera pada layar multimeter diamati setiap jam selama 5 hari (Suyanto et al. 2010). Pada hari ke 0 (awal), 3 (tengah), dan 6 (akhir) dilakukan analisis beban limbah cair yang terdiri dari analisis BOD, COD, total nitrogen, dan nitrogen-amonia. Khusus untuk perlakuan penambahan lumpur aktif dilakukan juga analisis MLSS dan MLVSS. Setiap analisis dilakukan 3 kali ulangan.
14
3.4 Prosedur Analisis Analisis beban limbah yang dilakukan pada penelitian yaitu chemical oxygen demand (COD), biological oxygen demand (BOD), total nitrogen, nitrogen-amonia, mixed liquor suspended solids (MLSS), dan mixed liquor volatile suspended solids (MLVSS). 3.4.1 COD (Chemical Oxygen Demand) (American Public Health Association (APHA) 1975) Prosedur penentuan parameter COD adalah sampel sebanyak 10 mL dimasukkan ke dalam erlenmeyer dan ditambahkan 5 mL K2Cr2O7 0,025 N. Selanjutnya ditambahkan H2SO4 pekat sebanyak 7,5 mL dan didiamkan selama kurang lebih 15 menit di dalam ruang asam. Setelah itu ditambahkan 3 tetes indikator ferroin dan dititrasi dengan menggunakan larutan ferrous ammonium sulfat [Fe(NH4)2(SO4)2] 0,2 N. Titrasi dilakukan sampai terjadi perubahan warna dari hijau terang menjadi merah terang. Selain itu dilakukan juga titrasi terhadap blanko. Penentuan COD dilakukan dengan menggunakan rumus:
Keterangan:
B= Volume titrasi balnko (mL) S= Volume tittasi sampel (mL) N= Normalitas Fe(NH4)2(SO4)2 V= Volume sampel yang digunakan (mL)
3.4.2 BOD (Biological Oxygen Demand) (APHA 1975) Sampel diambil sebanyak 10 mL kemudian dimasukkan ke dalam erlenmeyer dan diencerkan menggunakan akuades dengan faktor pengenceran 15 dan 20 kali. Setelah itu sampel tersebut diaerasi selama 10 menit. Setelah 10 menit, pisahkan sampel pada dua botol BOD, satu untuk inkubasi dan botol lainnya untuk mengukur DO pada larutan sampel. Sampel yang diinkubasi menggunakan botol BOD tidak boleh terdapat gelembung udara dalam botol BOD tersebut. Sampel kemudian diinkubasi selama lima hari di tempat gelap pada suhu 20 C. Setelah lima hari dilakukan pengukuran DO pada sampel yang telah diinkubasi. Nilai BOD dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
15
Keterangan:
D1= Nilai DO sampel sebelum inkubasi D2= Nilai DO sampel setelah inkubasi P = Volume pengenceran
3.4.3 Total nitrogen (Association of Official Analitycal of Chemist (AOAC) 2005) Tahap-tahap yang dilakukan dalam analisis total nitrogen dengan metode Kjeldahl terdiri dari tiga tahap yaitu destruksi, destilasi, dan titrasi. Sampel dipipet sebanyak 10 mL kemudian dimasukkan ke dalam tabung kjeldahl, lalu ditambahkan setengah butir kjeltab dan 10 mL H2SO4 pekat secara perlahan ke dalam tabung kemudian dimasukkan ke dalam alat pemanas dengan suhu 410 C selama kurang lebih 2 jam atau sampai cairan berwarna hijau bening, kemudian didinginkan. Selanjutnya sampel dari tabung kjeldahl dipindahkan ke labu takar 100 mL untuk dilakukan pengenceran dengan akuades. Sampel tersebut kemudian dimasukkan ke dalam alat destilasi dan ditambahkan 10 mL NaOH 40% lalu dilakukan destilasi. Hasil destilasi ditampung dalam Erlenmeyer 125 mL yang berisi 10 mL asam borat (H3BO3) 4%. Destilasi dilakukan sampai larutan asam borat yang berwarna merah menjadi warna biru dalam waktu ±15 menit. Hasil destilasi dititrasi dengan HCl sampai terjadi perubahan warna merah muda yang pertama kalinya. Perhitungan total nitrogen dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
Keterangan:
A = Volume titrasi sampel (mL) B = Volume titrasi blanko (mL) C = mL contoh Fp = Faktor pengenceran
3.4.4 Kadar N-NH3 (Nitrogen-amonia) (APHA 1975) Sampel yang telah didestilasi diambil sebanyak 10 mL lalu dimasukkan ke dalam tabung reaksi. Kemudian MnSO4 ditambahkan sebanyak 1 tetes ke dalam tabung reaksi tersebut. Setelah itu ditambahkan asam hypochlorous sebanyak 0,5 mL dan reagen phenate sebanyak 0,6 mL. Setelah ditambahkan reagen tersebut dilakukan pengocokkan. Perubahan warna pada larutan sampel akan terjadi karena adanya penambahan reagen tersebut. Perubahan warna ini akan stabil pada larutan sampel setelah 10 menit sejak reagen ditambahkan ke larutan sampel. Larutan blanko dan larutan standar dibuat selama pengukuran ini. Nilai
16
absorban diukur pada larutan blanko menggunakan spektrofotometer. Atur panjang gelombang spektrofotometer pada 630 nm dan nilai total amonia nitrogen sampel akan keluar pada display alat tersebut. 3.4.5 MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids) (APHA 1975) Mixed Liquor Suspended Solids (MLSS) merupakan jumlah total suspended solid yang berasal dari sistem MFC satu bejana. Total Suspended Solid (TSS) merupakan jumlah berat kering dalam mg/L lumpur yang ada dalam air limbah setelah mengalami penyaringan (Sugiharto 1987). Kertas saring Whatman 42 dikeringkan dalam oven selama 1 jam pada suhu 100–105 C dan selanjutnya didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Kemudian diambil sampel sebanyak 50 mL dengan diaduk terlebih dahulu dan disaring dengan kertas saring Whatman 42 yang telah disiapkan sebelumnya. Setelah itu kertas saring tersebut dikeringkan dalam oven pada suhu 100–105 C selama 2 jam. Setelah itu kertas saring didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Konsentrasi MLSS dalam sampel dapat dihitung dengan menggunakan rumus: 6
Keterangan:
A= Berat akhir kertas saring (gr) B= Berat awal kertas saring (gr) V= Volume sampel (mL)
3.4.6 MLVSS (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids) (APHA 1975) Mixed Liquor Volatile Suspended Solids (MLVSS) merupakan MLSS yang telah dipanaskan pada suhu 600 C sehingga benda volatilnya menguap (Sugiharto 1987). Prosedur penentuan parameter MLVSS adalah cawan porselin yang akan digunakan dikeringkan dalam tanur selama 10 menit pada suhu 550 C dan selanjutnya didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Kertas saring dari uji MLSS dimasukkan ke dalam cawan porselin dan diletakkan dalam tanur selama 2 jam pada suhu 550 C. Kemudian cawan didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Bila perlu
lakukan pengulangan proses pengeringan
untuk
mendapatkan berat yang konstan. Konsentrasi MLVSS dapat dihitung dengan rumus: 6
17
Keterangan:
C= Berat awal cawan (gr) D= Berat akhir cawan (gr) V= Volume sampel (mL)
3.5 Rancangan Percobaan (Mattjik dan Jaya 2006) Penelitian ini menggunakan rancangan acak lengkap dalam waktu (RAL intime) dengan satu faktor, yaitu penambahan sumber mikroorganisme berupa lumpur aktif. Waktu dianggap sebagai pengamatan berulang sehingga akan terlihat perkembangan respon selama penelitian berjalan. Perlakuan yang dilakukan terdiri dari limbah cair tanpa lumpur aktif dan limbah cair dengan penambahan lumpur aktif. Apabila ada perbedaan nyata antar perlakuan dan waktu pengamatan dilanjutkan dengan uji Duncan pada selang kepercayaan 95%. Data diolah dengan software SAS 9.1.3. Model rancangan percobaan yang digunakan adalah Yijk = µ + αi + δij + ωk + γjk + αωik + εijk Keterangan: Yijk = nilai respon faktor A taraf ke-i, ulangan ke-j, waktu pengamatan ke-k µ = rataan umum αi = pengaruh faktor ke A taraf ke-i δij = komponen acak perlakuan ωk = pengaruh waktu pengamatan ke-k γjk = komponen acak waktu pengamatan αωik = pengaruh interaksi waktu dengan faktor A εijk = komponen acak dari interaksi waktu dengan perlakuan
