Surabaya Juli 2011
ISSN 1411-3465
ISSN 1411-3465
JURNAL PURIFlKASI Terbit 2 ka1i setahun pada bulan Ju1i dan Desember. Memuat artike1 tekno1ogi dan manajemen di bidang i1mu Teknik Lingkungan dan ilmu lain yang terkait dengan bidang Teknik Lingkungan. ISSN 1411-3465
Ketua Penyunting Prof. Dr. Yu1inah Trihadiningrum, MAppSc
Penyunting Pelaksana Prof. Dr. Ir. Wahyono Hadi, MSc Prof. Ir. Joni Hermana, MScEs, PhD Prof. Dr. Ir. Sarwoko Mangkoedihardjo, MScES I. D. A. A. Warmadewanthi, ST, MT, PhD Welly Herumurti, ST, MEng Mitra Bestari: Prof. Dr. Ir. Djatmiko Ichsani, MEng (Jurusan Teknik Mesin, FfI-ITS), Dr. Ir. Puji Lestari, MSc (Jurusan Teknik Lingkungan, FfSL-ITB), Ir. Mohammad Razif, MM (Jurusan Teknik Lingkungan, FTSP-ITS), Prof. Dr. Ir. Udisubakti Ciptomulyono, MEngSc (Jurusan Teknik Industri, FTI-ITS), I D A A Warmadewanthi, ST, MT, Ph.D (Jurusan Teknik Lingkungan, FTSP-ITS), Dr. Ali Masduqi, ST, MT (Jurusan Teknik Lingkungan, FTSPITS), Dr. Ir. Nieke Karnaningroem, MSc (Jurusan Teknik Lingkungan, FTSP-ITS), Prof. Dr. R. Y. Perry Burhan, MSc (Jurusan Teknik Kimia, FfI-ITS), Dr. A. A. Masroeri, M Eng (Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, FTK-ITS), Prof. Ir. Renanto Handogo, MS, PhD (Jurusan Teknik Kimia, FTI-ITS), Dr. Maya Shovitri (Jurusan Biologi, FMIPA-ITS), Dr. Ing. Drs. Mohammad Isa Irawan, MT (Matematika, FMIPA-ITS).
Administrasi dan Sirkulasi: Yuli Triastuti, ST, Sujito, Masupar.
Alamat Penyunting: Ruang Divisi Juma1 Purifikasi Jurusan Teknik Lingkungan Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111 Te1epon: (031) 5948886 Faksimil: (031) 5928387 Website: http://purifikasLorg/ dan e-mail:
[email protected] Jurnal Purifikasi diterbitkan sejak Januari 2000 oleh Divisi Jumal Purifikasi Terakreditasi B berdasarkan Keputusan Direktur Jendera1 Pendidikan Tinggi No. 261DIKTIIKep/2005, 30 Mei 2005 dan No. 431DIKTIIKep/2008, 8 Juli 2008 Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Tekno1ogi Sepuluh Nopember Surabaya Bekerja sarna dengan Ikatan Ahli Teknik Penyehatan dan Teknik Lingkungan Indonesia (IATPI) Jawa Timur Penyunting menerima sumbangan tulisan yang belum pemah diterbitkan dalam media lain. Naskah diketik di kertas HVS ukuran A4 spasi ganda sepanjang kurang 1ebih 15 halarnan, dengan format seperti tercantum pada halarnan kulit dalam-belakang ("Pedoman Penulisan"). Naskah yang masuk dievaluasi dan disunting untuk keseragarnan format, istilah, dan tata cara 1ainnya.
ISSN 1411-3465
JURNAL PURIFlKASI Volume 12 Nomor 1 Juli 2011
Daftar lsi Kata Pengantar 1. Optimasi Distribusi Air Minum PDAM Menggunakan Pendekatan Fuzzy Integer Transportation Problem Imam Suprayogi dan Sri Kusumadewi.......................................................... 2.
3.
4.
Pemanfaatan Algae Spirogyra Sebagai Bahan Baku Bioetanol"Dengan Penambahan Enzim a-Amilase Sulfahri, Siti Muslihah, Renia S. Utami, dan Eko Sunarto .................. ........ . Efisiensi Pemisahan Mikroalga Dari Media Tumbuh Limbah Cair Agroindustri Dengan Menggunakan Koagulasi/Flokulasi Suprihatin, Muhammad Romli, dan Andes Ismayana ............ ...................... .
Hal.
1-8
9 - 16
17 - 28
Bioremediasi Lahan Tercemar Minyak Tanah Dengan Metoda Biopile Novirina Hendrasarie dan Novi Eka .................................... .... .................. ..
29 - 38
Kajian Kepmen LH No. 48 Tahun 1996 Dari Hasil Pengukuran Kebisingan Lingkungan Tahun 2009 Dodi R. Tatang Endi dan Maharani Palupi ........................................ ~ ...... ..
39 - 46
Penurunan Emisi Gas Buang Motor Diesel Kapal Dengan Elektrolisis Air Laut I Made Ariana........................................................................................... .....
47 - 52
Kajian Eksperimental Pengaruh Penggunaan Bahan Bakar Campuran Bioetanol-Bensin Terhadap Kinerja dan Emisi Gas Buang Motor Bensin Standar 4 Langkah Tipe 4 K loko Sarseyiyanto, Mahirul Mursid, dan Nur Husodo.................................
53 - 60
Kinerja Bentonit Terinterkalasi HDTMA dan Komposit Bentonit Kitosan Sebagai Adsorben Untuk Fenol dan Metilen Biru Yunus Fransiscus, Emma Savitri, Agustinus Yuriko, dan Burhan Uray.......
61 - 70
Pemilihan Teknologi Pengomposan Sampah Kota Dengan Pendekatan Analytic Hierarchy Process Mochammad Chaerul dan Adi Susangka .................................................... :.
71 - 78
10. Higienisasi dan Aplikasi Urin Manusia Sebagai Pupuk Mineral Pada Tanaman Sawi Hijau (Brassica rapa) Maria Prihandrijanti dan Tuani Lidiawati...................................................
79 - 84
5.
6.
7.
8.
9.
Indeks Pengarang dan Judul Artikel Indeks Keywords Pedoman Penulisan Formulir Berlangganan
EFISIENSI PEMISAHAN MIKROALGA DARI MEDIA TUMBUH LIMBAH CAIR AGROINDUSTRI DENGAN MENGGUNAKAN KOAGULASIIFLOKULASI )logi .ikan ldral illtar 3titut
EFFICIENCY OF COAGULATIONIFLOCCULATION PROCESS FOR MICROALGAL SEPARATION FROM AGROINDUSTRIAL WASTEWATER Suprihatin*, Muhammad Romli, dan Andes Ismayana Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB JI. Raya Darmaga Kampus IPB Darmaga Bogor 16680 *e-mail:
[email protected]
Sari tferr)
lakan ,khir. tya. Latar nnya.
fikasi an u;OPSIS
)1. 7,
Abstrak emanenan mikroalga merupakan faktor penting dalam produksi alga karen a menentukan biaya produksi. enelitian ini mengevaluasi efisiensi pemisahan mikroalga dari air limbah agroindustri oleh koagulasi ·aJflokulasi. Efisiensi penggunaan alumuniumtrisulphate (tawas) dan polyaluminiumchloride (PAC) ruk koagulasiJflokulasi proses dievaluasi dalam serangkaian jartest untuk pemisahan mikroalga tumbuh di :mah buatan dan air limbah. Hasil penelitian menunjukkan bahwa mikroalga dapat dipisahkan dari air bah secara efisien dengan metode flokulasi/koagulasi. Efisiensi pemisahan bergantung pada jenis dan -' koagulan dan karakteristik media di mana mikroalga ditumbuhkan. Sekitar 400 gIL tawas atau 200 ,-,_ PAC dapat menghasilkan pemisahan optimum mikroalga yang tumbuh di rumah jagal pada air limbah. - dangkan untuk pemisahan mikroalga tumbuh dalam air limbah buatan diperlukan dosis tawas relatif lebih . ggi dari dosis 600 mg I L atau PAC dari 400 mg I L. Nilai-nilai kekeruhan, warna, dan total padatan -a-su pensi dalam efluen sangat rendah. Hal ini menyebabkan kemungkinan daur ulang limbah untuk . gunakan kembali.
stable ::esses
States Cliffs.
DnOll11
lersity
g dan LUwan. ung. 19aruh Kulit
)myces ~tano1.
l). 68E. G. lentasi. l Pusat Institut
kunci: pemanenan mikroalga, air limbah rumah potong, koagulasi, flokulasi, tawas, PAC Abstract _ ' croalgae harvesting is a crucial factor in algal production because it influences the production cost. This 'fk evaluated the efficiency of microalgae separation from agroindustrial wastewater by chemical gulation/flocculation. The efficiency of alumuniumtrisulphate (alum) and polyalurniniumchloride JAC) applications for coagulation/flocculation process was evaluated in a series of jar test for aration of microalgae in artificial and slaughterhouse wastewater. The xperimental results showed that croalgae could be separated efficiently from the wastewater by flocculation/coagulation method. The _ aration efficiency depended on the type and dose of coagulant and characteristics, where microalgae was _ wn. Dosing of approxinlately 400 gIL alum or 200 mgIL PAC resulted in optimum separation of croalgae in slaughterhouse wastewater, whereas separation of microalgae in the artificial wastewater _ . ed relatively higher alum dose of 600 mg/L, or PAC dose of 400 mg/L. Turbidity, color, and total spended solids values in the effluent were very low. This lead to the possibility of effluent recycling for _..::se. ~_
,vords: microalgae harvesting, slaughterhouse wastewater, coagulation, flocculation, alum, PAC
18
Jurnal Purifikasi, Vol. 12, No. 1, Juli 2011: 17 - 28
1. PENDAHULUAN Mikroalga merupakan jasad renik jenis tanaman dan mampu membentuk triacyglycerols (TAGs) dari karbondioksida dan air melalui fotosintesis menggunakan energi matahari. Bahan yang terbentuk ini dapat digunakan untuk menghasilkan berbagai bahan kimia, seperti Fatty Acid Methyl Ester (FAMES) yang dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan biodiesel. Mikroalga pada saat ini menjadi salah satu altematif sumber energi terbarukan yang menjanjikan. Mikroalga memiliki berbagai keunggulan dibandingkan dengan jenis tanaman lainnya (A vagyan, 2008; Chisti, 2007), yaitu: (1) produktivitas tinggi karena waktu generasi hanya dalam satuan jam atau hari, (2) tidak .memerlukan lahan subur sehingga tidak berkompetisi dengan tanaman pangan, (3) dapat dikombinasikan untuk pengelolaan lingkungan (daur ulang nutrien, konservasi air, dan biofiksasi karbon dioksidalreduksi emisi gas rumah kaca) , (4) efisien dalam penyerapan energi surya, dan (5) biomassa mengandung bahan-bahan bemilai tinggi seperti protein, minyak/lemak, vitamin, mineral, pigmen, ~-karotin, bahan aktif, dan serat, yang dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan (Pedroni dan Banemann, 2003; Suprihatin, 1989; Garcea et ai., 2000; Shelef and Ozoz, 2000) . Kondisi iklim dan geografis Indonesia, seperti: intensitas sinar matahari sepanjang tahun, temperatur udara relatif tinggi, dan ketersedian lahan juga mendukung aplikasi sistem ini. Oleh karena dapat dipanen dalam Tabell. Perbandingan Produktivitas Minyak D(lri No. 1 2 3 4 5 6 7
Jenis tanaman Jagung Kedele Kanola Jatrofa (j arak pagar) Kelapa Kelapa sawit Mikroalga: - Kadar minyak 70% - Kadar minyak 30%
kurun waktu satuan hari, produktivitas mikroalga jauh lebih tinggi dibandingkan dengan jenis tanaman penghasil minyak lainnya. Tabel 1 menunjukkan perbandingan produktivitas minyak dari berbagai sumber biodiesel dari tanaman. Dalam konteks pengelolaan lingkungan, produksi mikroalga dengan medium limbah cair merupakan metode untuk memperoleh kembali nutrien karen a mikroalga menggunakan bahan tersebut untuk sintesis sel dengan menggunakan energi matahari dalam suatu proses fotosintesis. Eliminasi nutrien dari limbah cair oleh mikroalga dapat mencegah terjadinya eutrofikasi di badan air penerima. Di sisi lain, oksigen yang dihasilkan selama proses fotosintesis dapat mendukung pertumbuhan bakteri aerobik. Dengan demikian, penggunaan mikroalga dalam pengolahan limbah cair memberikan manfaat lingkungan dan manfaat ekonomi (biomassa mikroalga). Sistem produksi mikroalga pada dasamya terdiri atas proses kultivasi mikroalga dan proses pemisahanipemanenan biomass a mikroalga. Proses kultivasi mikroalga merupakan proses biologis (pertumbuhan biomassa, pengambilan unsur hara, laju degradasi polutan). Sedangkan pemisahan pemisahan biomassa mikroalga merupakan proses fisika. Oleh karena kinerja sistem ini secat"a keseluruhan ditentukan oleh kedua tahap tersebut, optimasi sistem produksi mikroalga perlu dilakukan pada kedua subsistem tersebut. Berbagai Sumber Biodiesel
Produktivitas minyak (L/ha) 172 446 1.190 1. 892 2.689 5.950
Sumber: Modifikasi dari Chisti (2007) dan Gheynst (2008)
136.900 58.700
Kebutuhan laban relatif 342 132 50 31 22 10 0,4 1
Suprihatin, Efisiensi Pemisahan Mikroalga Dari Media Tumbuh Limbah Cair
ktivitas lingkan minyak ldingan sumber
:ungan, limbah peroleh laoalga esis sel dalam len dari ncegah lilla. Di selama :lukung )engan dalam nanfaat omassa
lsarnya ~a dan omassa laoalga nbuhan laju llsahan upakan em 1m kedua roduksi a sub-
if
342 132 50 31 22
10 0,4
1
Teknik pemisahan mikroalga hingga saat im .;nasih menjadi tantangan utama dalam likasi produksi mikroalga dan menjadi rioritas dalam berbagai program penelitian pengembangan (Van Harmelen dan Oonk, 2006; Heubeck dan Craggs, 2007; Banemann, 2003). Hal ini karena biaya untuk ~mis ahan mikroalga merupakan porsi yang signifikan dalam sistem produksi mikroalga Chisti, 2007). _~
a
berbagai alasan teknik pemisahan oalga masih menjadi masalah dalam ~ uksi mikroalga. Di antara alas an tersebut ah: kultur mikroalga umurnnya sangat .,. er Uarang lebih dari 500 mglL) , densitas iomassa mikroalga mendekati mlai densitas . dan bervariasi, sel mikroalga berukuran -ecil (biasanya kurang dari 20 ~m, kadang- dang kurang dari 5 ~m, dan beberapa jenis scI mikroalga bersifat motil (Heubeck dan eggs, 2007). Kondisi tersebut menyebabkan mi ahan mikroalga sulit dilakukan dengan erode yang sederhana, seperti sedimentasi. entrifugasi merupakan metode pemisahan oalga yang telah banyak dikenal. Operasi . - dapat memisahkan hingga lebih dari 95 % - oalga. Akan tetapi, metode 1m engkomsumsi energi dalam jurnJah besar Heubeck dan Craggs, 2007; Schenk et al., _00 ). Pemisahan mikroalga juga dapat . akukan dengan menggunakan membran . 0dan ultrafiltrasi. Hasil penelitian Suprihatin, RornJi, dan Ismayana, 2003) enunjukkan bahwa mikroalga dapat -pisahkan secara sempuma (100%) dengan enggunakan membran mikrodan aflitrasi. Membran mikrofiltrasi mampu enghasilkan permeat dengan wama dan -ekeruhan masing-masing 19 PtCo dan 3 ~TU , sedangkan membran ultrafiltrasi .;nampu menghasilkan permeat dengan warna kekeruhan masing-masing 2 PtCo dan 1,6 ~lu. Permeat yang dihasilkan .bebas dari artikel (termasuk mikroalga dan bakteri) ehingga memungkinkan untuk didaur-ulang. Kelemahan teknik membran adalah masih •
r
19
terbatasanya, ketersediaan membran dengan harga yang terjangkau untuk pemisahan mikroalga. Koagulasilflokulasi merupakan altematif metode mikroalga yang relatif sederhana. Proses ini dapat mendorong terbentuknya agregat mikroalga berukuran lebih besar sehingga dapat dipisahkan secara mudah dengan pengendapan. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji efektivitas metode koagulasilflokulasi untuk pemisahan mikroalga dari medium tumbuh limbah cair agroindustri. Meskipun metode koagulasilflokulasi telah lama dikenal, tetapi laporan tentang kinerj a metode koagulasilflokulasi untuk pemisahan mikroalga dari medium limbah cair agroindustri (limbah cair rumah potong) yang disertai dengan aspek biaya belum banyak dilaporkan. Oleh karena itu, informasi yang diperoleh dari penelitian im dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan dalam kajian atau aplikasi proses produksi mikroalga secara komersial. 2. METODA
Bahan dan Alat Bahan yang digunakan untuk penelitian ini adalah suspensi mikroalga yang ditumbuhkan dalam limbah cair rumah pemotongan hew an (RPH), limbah cair s-intetik, koaglilan alum dan PAC, serta bahan untuk analisis laboratorium. Limbah cair sintetik disiapkan dari air bersih yang ditambahkan dengan pupuk NPK hingga kadar fosfor mendekati kadar fosfor limbah cair RPH. Alat utama untuk penelitian ini adalah jar test, dan spektrofotometer HAtH model DR 2000. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilakukan pada bulan OktoberNovember 2009 di Laboratorium Teknik dan Manajemen Lingkungan Industri, Departemen . Teknologi Industri Pertaman, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertaillan Bogor.
20
Jurnal Puritlkasi, Vol. 12, No.1, Jull 2011: 17 - 28
Metode Flokulasifkoagulasi suspensi mikroalga dilakukan dengan metode standar jar test menggunakan koagulan alum dan PAC. Sampel dimasukkan ke dalam 5 buah gelas piala 1000 mL, masing-masing sebanyak 500 mL. Gelas piaia berisi sampel tersebut diletakkan ke dalam wahana . jar test, kemudian impeller dimasukkan secara pedahan ke dalam gelas klmia dalam posisi terendam oleh sampel. Setelah itu disiapkan sebanyak 5 seri dosis koagulan (alum atau PAC) pada wadah lain, kemudian dimasukkan secara bersama-sama ke dalam masing-masing gelas kimia berisi sampel. Penelitian koagulasi terdiri atas tahapan (1 menit) untuk pengadukan awal menghomogenkan sampel di dalam gel as kimia, penambahan koagulan dan pengadukan cepat (120 rpm, 5 menit) untuk pencampuran merata antara koagulan dan suspensi mikroalga, pengadukan lambat (30 rpm, 15 menit) untuk membentuk flok berukuran lebih besar, dan pengendapan (0 rpm, 30 menit) untuk memberikan kesempatan flok yang terbentuk mengendap. Supernatan hasil flokulasi/koagulasi kemudian diambil dan dilakukan perneriksaan terhadap parameter Total Supended Solids (TSS), kekeruhan, serta warna. Pengukuran ketiga parameter tersebut dilakukan dengan spektrofotometer HACH model DR 2000. Parameter TSS digunakan untuk merepresentasikan konsentrasi biomassa mikroalga.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian pendahuluan pemisahan mikroalga dengan sedimentasi memberikan hasil bahwa biomassa mikroalga tidak mengendap meskipun dibiarkan dalam jangka waktu cukup lama (hiugga 24 jam). Proses penggumpalan dan pengendapan secara spontan (bioflokulasi) tidak teramati pada percobaan tersebut. Hal ini disebabkan oleh karena suspensi partikel mikroalga bersifat stabil, ukuran sel mikroalga sangat kecil dan
perbedaan densitas antara biornassa rnikroalga dan dens it as air tidak cukup besar untuk memungkinkan terjadinya pengendapan sel rnikroalga. Agar teIjadi proses pengendapan ukuran biomassa dan perbedaan densitas biomassa mikroalga dan densitas air harus ditingkatkan. Hal ini dapat dilakukan dengan cara penambahan koagulanalum ataupun PAC.
Gambar 1. Hasil Percobaan Pemisahan . Metode Mikroalga Dengan Skala Koagulan/Flokulasi Laboratorium Gambar 1 menunjukkan hasil percobaan pemisahan mikroalga dengan koagulan skala laboratorium. Dari gambar tersebut terlihat bahwa pemisahan rnikroalga dapat . berlangsung setelah penambahan sejumlah . tertentu koagulan. Evaluao;i lebih lanjut kiuerja proses pernisahan rnikroalga dilakukan dengan variasi jenis dan dosis koagulan untuk dua jenis/karakteristik medium yang berbeda. Pada penelitian iui diuji dua jenis koagulan (alum, dan PAC padat) untuk dua jenis medium tumbuh mikroalga (medium limbah RPH dan medium sintetik).
Pengaruh Jenis dan Dosis Koagulan Hasil penelitian pemisahan rnikroaiga dari media tumbuh limbah cair RPH disajikan pada Gambar 2 dan Gambar 3. Tingkat pemisahan biomass a mikroalga dipengaruhi oleh dosis alum yang diberikan. Konsentrasi
Suprihatin, Etisiensi Pemisahan Mikroalga Dari Media Tumbuh Limbah Cair
kroalga untuk Jan sel ndapan iensitas harus dengan ltaupun
mikroalga (dinyatakan dalam TSS) sekitar 200 mgIL dapat diturunkan hingga sekitar 1 mgIL. Selain biomassa mikroalga, kekeruhan dan wama, air juga mengalami penurunan secara signifikan akibat proses koagulasilflokulasi, sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 2 dan 3. Kekeruhan mengalami penurunan dari sekitar 360 menjadi 5 flU
21
(setara dengan penurunan 98,5 %), sedangkan warna air menurun dari lebih dari 550 menjadi 38 PtCo unit (setara dengan penurunan 93 %). Berdasarkan kreteria penurunan ketiga parameter tersebut, dosis optimum alum untuk pemisahan mikroalga dari media limbah eair RPH adalah sekitar 400 mgIL. .
600
;:::l
E-o
~ '-"
=
~ .-..
..c
:u... 0
....... TSS
450
....... Kekmlhan
~
..!<:Q.. ~
"'-'
~
~ c "
~ Wam .
300
...
.-..~
:::~ b.() E
,
150
I
'"
'-"
...
.' ~
CI.l CI.l
E-
O
0
:1isahan Metode Skala
cobaan n skala terlihat dapat jumlah lanjut u oalga dosis teristik ian ini 1 PAC umbuh ledium
200
400
600
800
Dosis Alum (mgIL)
Gambar 2. Pengaruh Dosis Alum pada Konsentrasi Biomassa Mikroalga, Kekeruhan dan Warna pada Media Limbah Cair RPH
r.: ..c
~
100
...
:l
0
~
80
'; ~
60
~
- 6 - Removal T SS
> '"
-0- Removal Kekeruhan
~ I) ~
-tr- Removal Wama
o
8 ~
I)
...'"«I
U
'"0...
Q.,
E 40 20 0 0
200
400
600
800
Dosis Alu m (mgIL) ~ dari . ajikan fingkat igaruhi :.entrasi
Gambar 3. Presentase Removal Biomassa Mikroalga, Kekeruhan, dan Warna pada Media Limbah CairRPH
22
Jurnal Purifikasi; Vol. 12, No.1, Juli 2011: 17 - 28
Selain konsentrasi, jenis koagulan juga berpengaruh terhadap · efisiensi pemisahan . mikroalga dari -media tumbuh limbah cair RPH sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 4, 5, dan 6. Gambar tersebut menunjukkan hubungan antara dosis koagulan dan konsentrasi biomassa mikroalga (TSS), kekeruhan dan warna pada media limbah cair RPH. Untuk kedua jenis koagulan tersebut diperlukan dosis berbeda untuk mencapai penurunan konsentrasi biomassa mikroalga, kekeruhan dan warna. Perbedaan efektivitas koagulan berkaitan dengan kadar Al3+ di dalam kedua jenis koagulan tersebut. Ion ini yang berperan dalam proses koagulasilflokulasi partikel mikroalga di dalam media tumbuh. Selain itu, kebutuhan koagulan juga dipengaruhi oleh keberadaan ligan-ligan yang dapat bereaksi dengan koagulan, seperti fosfat dan sulfat. Berdasarkan pada penurunan ketiga parameter .tersebut, dosis optimum PAC untuk pemisahan mikroalga dari media limbah cair RPH adalah sekitar 200 mg/L. Secara umum koagulan PAC memberikan efek kecepatan koagulasil flokulasi yang lebih
baik daripada koagulan alum. Ukuran partikel (jari-jari atau diameter), selisih densitas partikel mikroalga dengan densitas media tumbuh (air), dan viskositas medium mempengaruhi kecepatan sedimentasi (vs) sebagaimana dinyatakan oleh Hukum Stokes:
dengan vs adalah kecepatan pergerakan partikel (rn/s) (arah ke bawah jika Pp > Pf, dan arah ke atas jika Pp < Pf), g percepatan grafitasi (m S-2), r jari-jari partikel, Yf viskositas cairan (k~ m-I S-1), Pp densitas massa rartike1 (kg m- ), dan Pf densitas cairan (kg m- ). Terlihat jelas dari persamaan di atas bahwa kecepatan pengendapan berbanding kuadratik dengan ukuran (jari-jari) partikel. Peningkatan laju pengendapan atau percepatan pemisahan, dapat dilakukan dengan meningkatkan ukuran partikel atau flok yang terbentuk, rnisalnya dengan penambahan flokulan organik.
550 500 450 400 ,.-.,
~
00
E '-" IZl IZl
E-
-o-Alum ___ PAC
350 300 250 200 150 100 50 0 0
200
400
600
800
Dosis (mgIL)
Gambar 4.
Pengaruh Jenis dan Dosis Koagulan pada Penurunan Konsentrasi Mikroalga pada Media Limbah Cair RPH
Suprihatin, Eflsiensi Pemisahan Mikroalga Dari Media Tumbuh Limbah.Cair '
>artikel ensitas media ledium ;i (v s) tokes:
erakan Pf; dan 'epatan tel, 1] ensitas cairan di atas anding utikel. percelengan ( yang m flo-
Pengaruh Jenis Media Tumbuh Mikroalga Kebutuhan koagulan untuk pemisahan mikroalga juga dipengaruhi oleh jenis atau karakateristik m~dia tumbuh mikroalga sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 3. Pada gambar tersebut disajikan pengaruh dosis koagulan terhadap penurunan konsentrasi mikroalga, kekeruhan dan warna pada proses ilokulasi/koagulasi dengan alum dan 'PAC untuk media tumbuh limbah cair RPH dan limbah cair sintetik. Terlihat bahwa karakteristik media tumbuh mikroalga menentukan jumlah kebutuhan koagulan untuk mencapai tingkat pemisahan tertentu. Untuk pemisahan mikroalga . yang ditumbuhkan dalam media lirnbah cair sintetik diperlukan dosis alum maupun PAC lebih
,
,
23
tinggi dibandingkan dengan dosis alum atau PAC untuk pemisahan mikroalga yang ditumbuhkan dalam limbah cair RPH. Hal .ini berkaitan dengan tingkat · stabilitas partikel mikroalga di dalam media tumbuh tersebut. Semakin stabil kondisi suspensilkoloid, semakin banyak kebutuhan dosis koagulan. Tergantung pada jenis dan dosis koagulan serta karakteristik medium, kekeruhan medium dapat direduksi hingga 0-8 FfU, wama dapat diturunkan menjadi 0-62 PtCo dan TSS hingga 1-17 mgIL. Effluen ini berpotensi untuk didaur-ulang untuk keperluan tertentu. Dosis optimum untuk pemisahan mikroalga dati media tumbuh limbah artifisial sekitar 600 mgIL alum atau 400 mgIL PAC, dan pada media limbah cair
550 500 450
5
~
a
..c
2
~
~
400
-o-Alwn
350 300 250 200 150 [00 50
___ PAC
0
0
200
400
600
800
Dosis (mg/L)
Gambar 5.
Pengaruh Jenis dan Dosis Koagulan pada Penurunan Konsentrasi Kekeruhan pada Media Lirnbah Cair RPH 550 500 450
0- 400 ':l 350 e::. 300 ~ 250 3: 200 150 100 50
-o-Alum
--PAC
~
0
0
200
400
600
800
Dosis (mg/L)
la pada
Gambar 6.
Pengaruh Jenis dan Dosis Koagulan pada Penurunan Konsentrasi ' Wama pada Media Limbah Cair RPH
24
Jurnal Puriflkasi, Vol. 12, No.1, Juli 2011: 17 - 28
warna dengan dosis tersebut disajikan pada Tabel2.
RPH sekitar 400 mglL alum atau 200 mglL PAC. Tingkat removal TSS, kekeruhan dan
Tabel 2. Dosis optimum alum dan PAC untuk pemisahan mikroalga dan tingkat removal beberapa parameter kualitas supematan Jenis koagulan
Jenis Medium Limbah cair artifisial Limbah cair RPH
Alum PAC Alum PAC
Dosis optimum (roglL) 600 400 400 200
Tingkat Removal, dari -7 ke (% removal) Warna TSS (mglL) (PtCo) (FTU) 138 -7 1 (99%) 370 -7 8 (98%) 53 -79 (83%) 52 -7 0(100%) 310 -7 0(100%) 50 -7 17 (65%) 360 -7 8 (98%) 200 -7 1 (99%) > 550 -7 55 (0::90%) 273 -7 12 (96%) 154 -713 (91%) > 550 -7 62 (",96%) Kekeruban
550
550
500
500
450
i
400
_a_ Lirrlm O!ir RPH
350 300
-0-- IiIfm O!ir Siiftik
450 400 350
_a_l.irrhIh Cair RPH -0-- I.in:bah Cair Simtt.
j300
,,-,,250
'-' 250
~ :m
~:m
150 100 50
150 100 50 0
0 0
200
400
400
0
fu;is Ab.rn (ny'L)
This PAC (~)
Gambar 7. Pengaruh dosis koagulan terhadap Penurunan Konsentrasi Mikroalga pada Proses FlokulasilKoagulasi dengan alum dan PAC untuk media tumbuh limbah cair RPH dan limbah cair sintetik 550 500
55
450 400
450
500
~:
_a_ I.irmh Cair RPH
400
-0-- UnhiJ Cair Sirtftik
350 300
1~
~
I
~ 150 100 50
_a_ I.in:bah O!ir RPH -0-- I.in:bah O!ir Sirtftik
250 200
150 100 50 0
200
400 D:lsis Ahm(rrg'L)
(ill
0
200
400 IlJsis PAC (~)
Gambar 8. Pengaruh dosis koagulan terhadap Penurunan Konsentrasi Kekeruhan pada Proses Flokulasi/Koagulasi dengan alum dan PAC untuk media tumbuh limbah cair RPH dan limbah cair sintetik
Suprihatin, Efisiensi Pemisahan Mikroalga Dari Media Tumbuh Limbah Cair
tn
pada
eberapa
5SO
550
500
500
450 400
450
Lin:bah Cair RPH -0- Lin:bah Cair Sir1etik -+-
~: ~250
~:m
1%) 5%) 9%) >1%)
25
400
g
350
J
250
300 200
150
150
lCO
100
50 0
50
0
0
:m
400 Thsis AhDn (rrgIL)
0
200
400
600
800
DJSis PH:. (1llI'L)
Gambar 9. Pengaruh dosis koagulan terhadap Penurunan Konsentrasi Kekeruhan pada Proses FlokulasiIKoagulasi dengan alum dan PAC untuk media tumbuh limbah cair RPH dan limbah cair sintetik
o 00
Proses tPH dan
l
00
l Proses tPH dan
Kimia proses koagulasilflokulasi dalam cairan merupakan proses yang kompleks. Ionion dalam koagulan (dalam hal ini Ae+) bereaksi dengan ligan-ligan seperti OK, so/-,pol- membentuk produk-produk reaksi baik yang terlarut maupun tak terlarut. Jenis dan konsentrasi ligan serta jenis dan konsentrasi produk reaksi ini mempengaruhi kuantitas atau dosis koagulan yang diperlukan untuk mencapai tingkat destabilisasi partikel tertentu. Ion Ae+ dapat bereaksi dengan ion hidroksil (OH-) membentuk senyawa yang dapat bereaksi lebih lanjut dengan permukaan partikel atau ligan lain. Hal ini menjelaskan mengapa dosis optimum koagulan dipengaruhi oleh karakter medium dan partikel (Montgomery, 1985). Proses koagulasilflokulasi dapat dideskripsikan dengan bantuan model umum agregasi partikel, sebagaimana dikemukakan oleh Montgomery (1985) dan Rott (1992). Selama proses koagulasi/flokulasi, mula-mula distribusi partikel bersifat stabil yang terdiri atas partikel-partikel yang bennuatan negatif dan saling tolak menolak. Dengan penambahan koagulan (ion Al 3+) stabilitas partikel tersebut terganggu yang mengakibatkan pembentukan mikroflok yang bersifat tidak stabil. Agregasi dan pembesaran lebih lanjut ukuran flok-flok terjadi akibat mekanisme transport. Selama transport tersebut, flok-flok
terkena gaya gesek yang tidak seragam besamya yang dapat berakibat terjadinya erosi atau gangguan sebagian agregat flok (floc breakup). Pada akhir proses koagulasi dicapai kondisitunak (stady state) dimana laju pembentukan flok dan laju pemecahan flok dalam keadaan seimbang. Laju pencapaian kondisi tunak dan bentuk distribusi ukuran partikel tergantung dipengaruhi oleh sifat hidrodinamik sistem dan karakter kimia interaksi koagulan dan partikel. Analisis Biaya Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa dosis optimum PAC Iebih rendah dibanding-kan dosis optimum alum untuk pemisahan mikroalga. Akan tetapi, seleksi jenis koaguIan harus melibatkan aspek biaya karena harga PAC relatif lebih mahal dibandingkan dengan alum (perbandingan harga PAC terhadap harga alum sekitar 5,8: 1. Tabel 3 menunjukkan hasil analisis biaya bahan kimia pada pemisahan mikroalga dengan metode koagulasilflokulasi. Perhitungan biaya didasarkan pada harga alum Rp 1.100,-/kg dan PAC padat Rp 6.380,-/kg. Biaya dimaksud hanya menyangkut biaya bahan kimia (koaguIan), karena biaya ini merupakan komponen utama dalam pemisahan mikroalga dengan koagulasilflokulasi.
26
Jurnal Purifikasi, Vol. 12, No.1, Jull 2011: 17 - 28
Tabel 3. Biaya Bahan Kimia Pemisahan Mikroalga Dengan Metode Koagulan/Flokulasi Jenis Limbah Cair Limbah sintetik Limbah cair RPH
Jenis koagulan Alum PAC Al um PAC
Dosis Optimum (mgIL)
600 400 400
200
Biaya dimaksud hanya rnenyangkut biaya bahan kimia (koagulan), karena biaya ini merupakan komponen utama dalam pemisahan mikroalga dengan koagulasilflokulasi. Dari tabel tersebut terlihat bahwa biaya pemisahan mikroalga dengan alum lebih rendah dibandingkan dengan menggunakan PAC, yaitu banya sekitar sepertiganya. Biaya pemisahan mikroalga alum, misalnya dari media limbah cair RPH, sekitar Rp 440,- per m3 media. Biaya pemisahan tersebut masih relatif mahal dalam proses produksi mikroalga. Inforrnasi ini memberikan gambaran kuantitatif tentang biaya pemisahan mikroalga dengan menggunakan metode koagulasilflokulasi. Hasil penelitian ini juga mengindikasikan masi4 diperlukannya pengembangan teknik pemisahan mikroalga yang lebih efektif dari sisi biaya. Dalam konteks ini, us aha pengembangan teknik pemisahan mikroalga dapat dilakukan melalui pemilihan jenis mikroalga tertentu yang mudah dipisahkan, misalnya Spirullina yang berbentuk spiral panjang dan mudah disaring. Beberapa spesies mikroalga juga dapat mengalami flokulasi secara spontan (tanpa penambahan bahan kimia), meskipun membutuhkan waktu yang lama sehingga membutuhkan area luas (Schenk et ai., 2008). Oleh karen a biaya pemisahan dengan koagulasilflokulasi terutama diakibatkan oleh pemakaian bahan kimia, maka teknik pemisahan mikroalga yang tidak membutuhkan baban kimia menarik untuk dikaji, misalnya dengan metode elektro koagulasilflokulasi, atau eksplorasi altematif koaguIan yang lebih efektif dari sisi biaya.
Barga Koagulan (Rp/kg) 1.100 6.380 1.100 6.380
Biaya Bahan Kimia (Rp/m3) 660
Perbandingan Biaya (Alum:PAC) 0 ,26
2.552 440 1.276
0,34
4. KESIMPULAN Pemisaban mikroalga merupakan tahapall yang penting dalam produksi mikroalga karena tahapan ini menentukan biaya produksi dan kualitas hasil. Pemisahan mikroalga dari media tumbuh limbah carr RPH dan limbah cair sintetik dapat dilakukan secara efektif dengan metode koagu-Iasilflokulasi. Efisiensi pemisahan mikroalga sangat ditentukan oleh jenis dan dosis koagulan serta jenis dan karakteristik media tumbuhnya. Dosis optimum untuk pemisaban mikroalga dari media tumbuh limbah sintetik sekitar 600 mg/L alum atau 400 mg/L PAC, dan pad a media limbah cair RPH sekitar 400 mg/L alum atau 200 mgIL PAC. Bergantung pada jenis dan dosis koagulan serta jenis dan karakteristik media turnbuh mikroalga, kadar TSS dapat diturunkan hingga 1-17 mg/l, kekeruhan dan wama medium direduksi hingga 0-8 FTU dan 0-62 unit PtCo. Secara umum dosis alum yang diperlukan lebih tinggi dibandingkan dengan dosis PAC. Akan tetapi, karena harga alum relatif lebib murah, pemisahan mikroalga dengan alum menjadi lebih murah dibandingkan dengan PAC (dengan nisbah biaya sekitar 0,3). Biaya bahan kimia untuk pemisahan mikroalga dengan metode ini masih relatif mahal dan memberi indikasi masih perlunya pengembangan teknik pemisaban mikroalga yang lebib efektif dari sisi biaya. Kualitas efluen cukup baik dilihat dari parameter kekeruhan, wama, dan TSS, serta memungkinkan untuk didaur-ulang untuk keperluan tertentu. Pemanfaatan kembali air hasil olahan dapat
Suprihatin, Efisiensi Pemisahan Mikroalga Dad Media Tumbuh Limbah Cair
27
New Zealand. National Institute of Water & Atmospheric Research Ltd., Hamilton, New Zealand.
berkontribusi dalam usaha konservasi sumberdaya air dan mengurangi biaya produksi mikroalga. .aya
UCAPAN TERIMA KASm
tahapan 19a kareproduksi llga dari 1 limbah 1 efektif Efisiensi {an oleh :n,is dan Dosis 19a dari itar 600 .an pada '0 mgIL .ng pada ollis dan ;a, kadar 7 mg/l, [ireduksi
:>erlukan ,is PAC. :tif Iebih lU alum dengan O. Biaya ikroalga thaI dan pengem~a yang s efluen (eiuhan, In untuk liID. Pes tIl dapat
Artikel ini merupakan bagian dari hasil penelitian Hibah Kompetitif Penelitian Sesuai Prioritas Nasional Batch II TA 2009-2010 yang dibiayai oleh Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional. Terima kasih disampaikan juga kepada Sdr. Rachmad Danausubram atas bantuannya dalam pelaksanaan pekeIjaan laboratorium.
DAFTARPUSTAKA Avagyan, A. (2008). Global Prospects for Microalgae Production for Biofuels and for the Preservation of Nature. Global Fuels Magazine, February 2008, p. 2227. . " Banemann, J. (2003). Biofixation of C02 and Greenhouse Gas Abatement With Microalgae--Technology Roadmap. Project report. US Department of Energy. . Chisti, Y. (2007). Biodiesel from microalgae. Biotechnology Advances 25, p. 294-30. , Garcea, J., Nemeddine, A. and Hamouri, B.E. (2000). Wastewater Treatment by Pond System: Experiences in Catalonia, Spain. J. Water Sci. and Technol., 41(10-11), p. 35-42. Gheynst, J.V. (2008). Future of Microalgae in Clean Technology. Biological and Agricultural Engineering, Davis University of California. Artikel online:www.ucop.edulottlindustry/docu mentsNanderGheynst-CleanTech.pdf. Heubeck, S. and Craggs, R. (2007). Resource Assessment of Algae Biomass for Potential Bio-Energy Production in
Montgomery, I.M. (1985). Water treatment principles and Desaign. John Wiley & Sons, New York. Pedroni, P. and Banemann, J. (2003). Microalgae for Greenhouse Gas Abatement: An International R&D Opportunity. Ambiente TPoint 112003, p.24-28. Rott,
U. (1993). Wasserautbereitung 1. Institut Fuer Siedlungswasserbau, Wasserguete- und Abfallwirtschaft. Universitaet Stuttgart.
Schenk, P.M., Thomas-Hall, S.R., Stephens, E., Marx, u.c. Mussgnug, J.H., Posten, C., Kruse, O. and Ben Hankamer, B. (2008). Second Generation Biofuels: High-Efficiency .Microalgae for Biodiesel Production. Bioenerg. Res . (2008) 1, p. 20-43. Shelef, G. and Azov, Y. (2000). Meeting Stringent Environmental and Reuse Requirements With an Integrated Pond System for the Twenty-First Century. Water Sci. and Technol, 42(10-11), pp. 299-305. Suprihatin, Romli, M. and Ismayana, A. (2003). Application of Crossflow Membrane Separation for Algal Removal of Treated Agroindustrial Effluent for Reuse Purpose. Paper on the Indonesia Toray Foundation Seminar. Jakarta February 3-4, 2003. Suprihatin. (1989). Kajian Daya Dukung Alga Terhadap Proses Dekomposisi Mikrobiologik Limbah Cair Industri Tapioka. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor, Bogor.
28
JurnaI Purlf"ikasi, Vol. 12, No.1, Juli 2011: 17 - 28
Van Harmelen, T. and DonIe, H. (2006). Microalgae Biofixation Process: Application and Potential Contributions to
Green House Gas Mitigation Options. TNO, The Netherlands.
