Bab III Bahan, Alat dan Metode Kerja
III.1. Bahan Penelitian Penelitian ini menggunakan limbah pulp kakao yang berasal dari perkebunan coklat PT IGE di updelling Cipatat sebagai media atau substrat untuk proses asidogenesis, gas N2, dan bahan-bahan untuk analisis kimia. Persiapan awal
Perakitan reaktor
Persiapan limbah pulp kakao
Uji Karakteristik
Penyaringan
CBR - Anaerob
Sistem Batch
Perbandingan volume kultur mikroorganisme:substrat adalah 20 : 80 Seeding dan aklimatisasi mikroorganisme
Bertahap dari perbandingan volume Larutan gula : Limbah 100:0 s.d. 0:100 Pengambilan sampel untuk analisis COD dan VSS setiap 24 jam selama 20 hari Reaktor A Tanpa flushing N2
Pengoperasian reaktor CBR-anaerob
Percobaan I tujuan: melihat pengaruh kehadiran O2 dalam reaktor
ReaktorB flushing N2 selama 10 menit di awal operasi
Reaktor A Tanpa flushing N2 Analisis data
Penyusunan Laporan
Percobaan II tujuan: melihat pengaruh kehadiran H2 dalam reaktor
Reaktor B flushing N2 selama operasi (20 hari)
Gambar III.1. Tahapan Penelitian
44
Pengambilan sampel setiap 24 jam untuk analisis COD, VSS, turbiditas, Alkohol, TAV, Asam Asetat & pH dan komposisi gas pada periode waktu tertentu selama 20 hari
III.2. Alat Penelitian Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain adalah reaktor yang terbuat dari flexyglass dengan kapasitas 6 L yang dilengkapi dengan leher angsa, aerator, dan selang plastik, alat-alat gelas seperti gelas ukur, Erlenmeyer, gelas piala, pipet ukur, dan alat gelas lainnya, tabung COD dan COD reaktor, alat sentrifugasi, penangas, perangkat destilasi, piknometer untuk mengukur berat jenis alkohol, timbangan analitik, binder, furnace, desikator, dan suntikan (syringe) 1 mL untuk pengambilan sampel gas (Lampiran I).
III.3. Metode Kerja Penelitian daur ulang limbah pulp kakao ini dilakukan di Laboratorium Penelitian Departemen Teknik Lingkungan. Tahapan dalam melakukan penelitian dapat dilihat pada Gambar III.1. Merujuk pada bagan alir penelitian maka rincian langkah penelitian dapat dijelaskan sebagai berikut:
III.3.1. Persiapan Awal Pada tahap persiapan awal ini dilakukan persiapan alat dan bahan seperti yang telah disebutkan dalam sub bab sebelumnya. Limbah pulp kakao sebagai media fermentasi diperoleh dari perkebunan cokelat pada tahap pengupasan. Sebelum dilakukan fermentasi, limbah dibersihkan dari kotoran-kotoran terlebih dahulu dengan penyaringan kemudian dapat dilanjutkan ke tahap selanjutnya.
III.3.1.1. Uji Karakteristik Limbah Cair Pulp Kakao Sebagai tahap awal dilakukan karakterisasi limbah yang meliputi karakteristik fisika dan kimia dari limbah, diantaranya yaitu pengukuran suhu/temperatur, pH, TSS, VSS, COD, BOD, DO, yang dilakukan di Laboratorium Air, Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan ITB serta pengukuran konsentrasi glukosa menggunakan metode Somogyi-Nelson, asam asetat dan asam laktat menggunakan titrasi asam-basa yang dilakukan di Balai Penelitian Tanaman dan Sayuran, Lembang, Kabupaten Bandung. Hasil uji karakteristik limbah tersebut dapat dilihat dalam Tabel III.1 di bawah ini
45
Tabel III.1. Karakteristik Limbah Cair Pulp Kakao No.
Parameter Analisa A.
1. 2. 3.
Hasil Analisa
Fisika o
Temperatur TSS VSS B.
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Satuan C mg/L mg/L
25 2.844 2.610
mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
4,41 19.100 109.190,4 0,1 – 22,1 17.510 12.310 8.200
Kimia
pH BOD COD DO Glukosa Asam Laktat Asam Asetat
III.3.1.2. Persiapan Reaktor Leher Angsa
Aerator
Sampling Port Selang resirkulasi udara
Piringan Berlubang
Gambar III.2. Circulating Bed Reaktor Reaktor yang digunakan dalam penelitian ini adalah Circulating Bed Reaktor (CBR) dengan kapasitas 6 L terbuat dari flexyglass. Dalam CBR ini udara diresirkulasi melalui piringan flexyglass berbentuk lingkaran yang telah dilubangi pada setengah area luas lingkaran tersebut dan diletakkan di dasar reaktor. Reaktor CBR dapat dilihat pada Gambar III.2.
46
III.3.2. Seeding dan Aklimatisasi Seeding bertujuan untuk mengembangbiakkan mikroorganisme yang akan digunakan dalam proses pembentukan asam asetat sedangkan aklimatisasi dilakukan untuk mengadaptasikan mikroorganisme agar mamiliki kemampuan untuk mengolah limbah cair pulp kakao menjadi asam asetat. Inokulum/kultur atau bibit biomassa bakteri yang digunakan untuk seeding dan aklimatisasi berasal dari limbah pulp kakao itu sendiri, diharapkan mikroorganisme yang terdapat di dalamnya sudah terbiasa dengan kondisi limbah. Namun demikian tetap diperlukan proses seeding untuk menumbuhkan biomassa mikroorganisme tersebut agar mampu mengolah limbah dalam jumlah yang banyak. Konsentrasi biomassa yang digunakan dalam proses pengolahan dinyatakan dengan Volatile Suspended Solid (VSS). Perbandingan volume bibit mikroorganisme yang digunakan dengan substrat adalah 20 : 80. Seeding dan aklimatisasi dilakukan secara bertahap dari volume limbah 0% hingga 100% dengan perbandingan volume beban limbah cair yang dinyatakan sebagai COD antara larutan gula:limbah mulai dari 100:0, 70:30, 50:50, hingga 0:100. Reaktor dioperasikan secara batch dan dilakukan pengambilan sampel untuk analisa VSS dan COD hingga mencapai kondisi tunak atau steady state. Kondisi anaerob dijaga dengan mengalirkan gas nitrogen ke dalam sistem. Setelah diperoleh kondisi tunak, maka dilakukan percobaan utama untuk pengambilan data.
III.3.3. Pengoperasian Circulating Bed Reaktor (CBR) – Anaerob Dari hasil seeding dan aklimatisasi, akan diperolah mikroorganisme yang telah aktif dan teradaptasi pada limbah pulp kakao dalam jumlah yang relatif lebih banyak. Pengolahan limbah pulp kakao dilakukan sebanyak dua kali percobaan dengan kondisi operasional yang berbeda.
III.3.3.1. Pengaruh Kehadiran O2 dalam Reaktor Pada percobaan yang pertama ini dilakukan menggunakan dua buah reaktor CBR kapasitas 6 L yang masing-masing diisi 4,5 L campuran yang terdiri dari
47
inokulum mikroorganisme mix culture sebanyak 900 mL (20%) dan limbah pulp kakao sebanyak 3600 mL (80%). Campuran tersebut telah dikondisikan memiliki kandungan organik yang dinyatakan dalam COD sebesar 100.000 mg/L. Salah satu reaktor (reaktor B) diberi perlakuan dengan memberikan asupan gas nitrogen (flushing gas nitrogen) di awal percobaan selama 10 menit dan tidak dilakukan pemberian flushing nitrogen pada reaktor A, hanya diberi aerator untuk mengalirkan gas dari headspace gas. Setelah di-flushing dengan gas nitrogen, kedua reaktor diberi aerator untuk meresirkulasikan udara di dalam reaktor sehingga terjadi pengadukan yang sempurna. Waktu penelitian ini adalah selama 20 hari, selama waktu pengamatan dilakukan pengambilan sampel untuk analisa COD, VSS, turbiditas, konsentrasi alkohol, konsentrasi asam asetat, TAV, pH, dan komposisi gas pada periode waktu tertentu. III.3.3.2. Pengaruh Kehadiran H2 dalam Reaktor Pada percobaan kedua ini dilakukan dengan menggunakan dua buah reaktor CBR masing-masing diisi dengan campuran kultur dan limbah sebanyak 4,5 L (dengan perbandingan volume kultur bakteri hasil seeding dengan limbah pulp kakao adalah 20:80) dengan perlakuan yang berbeda, pada salah satu reaktor (reaktor B) dilakukan flushing gas nitrogen secara terus-menerus, sedangkan pada reaktor yang lain (reaktor A) tidak dilakukan flushing gas nitrogen melainkan hanya meresirkulasikan udara dengan aerator. Waktu pengamatan selama 20 hari dan dilakukan pengambilan sampel setiap hari untuk pengukuran COD, VSS, turbiditas, konsentrasi alkohol, konsentrasi asam asetat, TAV, pH, asam laktat (pada hari ke- 0, 10 dan 20), dan komposisi gas (pada periode waktu tertentu).
III.3.4. Parameter yang dianalisa Seperti telah disebutkan pada sub bab di atas bahwa beberapa parameter yang dianalisis pada penelitian ini baik pada percobaan pertama maupun kedua adalah COD, VSS, turbiditas, konsentrasi alkohol, konsentrasi asam asetat, TAV, pH, dan komposisi gas. Penjelasan mengenai parameter pengujian dan metoda yang digunakan dapat dilihat pada Tabel III.2.
48
Tabel III.2. Parameter Pengujian pada Percobaan CBR – Anaerob No. 1
Parameter Pengujian COD
2
VSS
3
Konsentrasi Alkohol TAV
4 5
Konsentrasi asam asetat
6
pH
7
Turbiditas
8
Komposisi Gas Identifikasi Bakteri
9
Tujuan
Metoda
Mengetahui laju penurunan COD limbah cair pulp kakao Mengetahui pertumbuhan biomassa Mengetahui persentase alkohol yang terdapat pada limbah Mengetahui konsentrasi asamasam volatil yang terbentuk di dalam reaktor Mengetahui konsentrasi asam asetat yang terbentuk selama proses berlangsung Mengetahui derajat keasaman limbah sebagai kontrol bahwa terjadi pembentukan asam selama proses berlangsung Mengetahui terjadinya penguraian pada senyawa yang tersuspensi pada limbah cair dengan melihat tingkat kekeruhannya Mengetahui pembentukan gasgas selama proses berlangsung Mengetahui jenis mikroorganisme yang terdapat pada kultur campuran yang digunakan dalam penelitian
COD kromat dari Standart Methods 5220 C Gravimetri yang terdapat pada Standart Methods 2540 E Specific gravity (Howrits et al., 1975) Standart Methods 5560 C Titrasi asam-basa Pearson
Cox
dan
Menggunakan pH meter
Menggunakan turbidimeter
Menggunakan Gas Cromatography Dilakukan pada akhir running CBR, sampel dikirimkan ke PT. Biofarma.
III.3.4.1. Chemical Oxygen Demand (COD) COD merupakan parameter yang digunakan untuk menggambarkan kualitas air buangan. Parameter COD yang diukur adalah berupa COD terlarut, dengan menggunakan metode COD kromat dari Standart Methods 5220 C. Adapun prinsip pengukurannya adalah senyawa organik dioksidasi dengan larutan kromat (K2Cr2O7) 0,025 N berlebih dalam suasana asam dilanjutkan dengan pemanasan selama 2 jam. Sisa kalium dikromat setelah pemanasan dititrasi dengan Ferro Ammonium Sulfat (FAS) dengan menggunakan indikator feroin.
49
III.3.4.2. Volatile Suspended Solid (VSS) VSS menunjukkan jumlah padatan organik tersuspensi dalam air buangan yang dapat menguap pada suhu 600 C. Pengukuran VSS dilakukan untuk mengetahui pertumbuhan
mikroorganisme
dalam
penelitian
ini.
Pengukuran
VSS
menggunakan metode gravimetri yang terdapat pada Standart Methods 2540 E.
III.3.4.3. Alkohol atau Etanol Kadar alkohol dapat dihitung dengan menggunakan metode specific gravity (Howrits et al., 1975 dalam Farmakope Indonesia, 2000). Penentuan kadar alkohol dilakukan dengan membandingkan berat jenis alkohol dalam sampel dengan berat jenis akuades.
III.3.4.4. Total Asam Volatil (TAV) Asam volatil yang dapat terbentuk selama proses asidogenesis diantaranya asam format, asetat, butirat, dan propionat. TAV diukur sebagai asam asetat dengan metode pengukuran sesuai dengan Standart Methods 5560 C yaitu dengan destilasi dan titrasi.
III.3.4.5. Asam Asetat Penentuan kadar asam asetat dapat dilakukan dengan menggunakan titrasi asambasa Cox dan Pearson (Irdawati, 1999). Metode titrasi ini sebenarnya dilakukan untuk mengukur kadar asam total dalam sampel, namun karena pada vinegar asam asetat merupakan produk yang dominan sehingga kadarnya paling tinggi, maka total asam dalam sampel dianggap sebagai total asam asetat.
III.3.4.6. Komposisi Gas Pengukuran komposisi gas dilakukan dengan menggunakan gas cromathography. Spesifikasi alat yang digunakan adalah detektor TCD (Thermal Conductivity Detector), kolom mulsive 5A dan Prapak Q. Gas yang keluar dari reaktor diambil dengan menggunakan jarum suntik (syringe) dari selang silikon yang diletakkan pada puncak reaktor. Jarum yang digunakan
50
sebanyak dua buah, berukuran 1 ml. Sampel langsung dikirim ke Jurusan Teknik Kimia ITB untuk diperiksa.
III.3.4.7. pH dan Temperatur pH dan temperatur merupakan parameter yang mempengaruhi pertumbuhan biomassa karena pertumbuhan optimum suatu mikroorganisme berada pada pH dan temperatur yang spesifik. Pada penelitian ini dilakukan di dalam suhu ruang yaitu sekitar 25° C
III.3.4.8. Identifikasi Bakteri Identifikasi bakteri yang berperan di dalam reaktor dilakukan dengan pengujian ke laboratorium Bio Farma.
III.3.5. Analisis Data Data mentah yang diperoleh dari hasil penelitian kemudian diolah untuk mendapatkan nilai parameter yang akan dianalisis. Data hasil penelitian disajikan dalam bentuk tabel dan grafik. Data dan pembahasan mencakup proses pembenihan (seeding) dan aklimatisasi serta pengoperasian sistem yang telah direncanakan.
III.3.6. Penyusunan Laporan Laporan tesis disusun berdasarkan hasil yang diperoleh dari penelitian dan dibandingkan dengan literatur yang mendukung penelitian ini. Laporan ini terbagi dalam 5 (lima) Bab yang mencakup Bab I Pendahuluan, Bab II Tinjauan Pustaka, Bab III Bahan, Alat dan Metode Kerja, Bab IV Data dan Hasil Pembahasan, dan Bab V Kesimpulan dan Saran.
51
