DALAM RANGKA PENGOLAHAN PERBAIKAN KUALITAS AIR …

DALAM RANGKA PENGOLAHAN PERBAIKAN KUALITAS AIR SUNGAI

PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN JURUSAN KETEKNIKAN PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVESITAS BRAWIJAYA

MODUL PEMANFAATAN MIKROALGA DAN RANCANG BANGUN PROTOTYPE TWIN LAYER UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH CAIR

Novia Lusiana, Made Dewi Suastini, Nadhil Satria, Pradigda, Fauzi

1

1. ALGA

Menurut Ferial dan Muhtadin (2016), alga atau ganggang

termasuk kedalam tumbuhan air eukariotik (organisme yang selnya

mengandung inti dan organel lainnya yang tertutup dalam membran)

dan hidup secara autotrof. Alga termasuk kedalam filum Thallophyta

atau tumbuhan bertalus. Disebut dengan tumbuhan bertalus karena

alga ini tidak memiliki akar, batang, dan daun sejati. Secara garis

besar, alga bereproduksi dengan dua cara yaitu seksual dan

aseksual. Reproduksi secara aseksual yaitu dengan cara pembelahan

sel, fragmentasi, dan pembentukan spora, sedangkan reproduksi

secara seksual terjadi melalui isogami dan oogami. Berdasarkan

ukurannya, alga dibagi menjadi dua yaitu alga makroskopis dan

mikroskopis.

Tabel 1. Gambar Alga Berdasarkan Ukurannya

Gambar 1. Alga Avrainvillea lacerate Harvey ex J Agardh dan

Mikroalga Class Cyanophyceae Sumber: Meriem et al, 2016 Sumber: Lukitasari, dkk (2015)

2. MIKROALGA

Mikroalga dapat dikategorikan menjadi tumbuhan air yang

berukuran seluler yang umumnya dikenal dengan sebutan nama

fitoplankton. Mikroalga dikembangkan dalam produksinya untuk

mendapatkan manfaat dalam hal kemampuan mikroalga mengubah



2

CO2 menjadi bahan fotosintesis. Selain itu juga, mikroalga dapat

tumbuh didalam kondisi lingkungan anorganik (Ferial dan Muhtadin,

2016).

Penggunaan mikroalga dalam pengolahan limbah cair industri

memiliki keuntungan yaitu prinsip proses pengolahannya berjalan

alami seperti prinsip ekosistem alam sehingga sangat ramah

lingkungan dan tidak menghasilkan limbah sekunder. Chlorella sp

dipilih sebagai sarana penanganan limbah cair karena alga ini dapat

berkembangbiak dengan cepat pada kondisi tumbuhnya, mudah

dalam membudidayakan, menghasilkan oksigen melalui proses

fotosintesis, mengandung protein yang tinggi dengan komponen

utama asam amino (Arifin, 2012). Ketersediaan oksigen sangat

penting dalam menguraikan bahan organic didalam limbah cair.

3. SYARAT-SYARAT PENGOLAHAN LIMBAH

MENGGUNAKAN MIKROALGA

Syarat utama dalam proses penyerapan zat polutan seperti CO2 oleh mikroalga adalah menumbuhkan mikroalga dengan baik melalui pemberian nutrisi, sehingga terjadi proses fotosistesis dimana cahaya dan CO2 sangat berperan. Dengan demikian nutrisi dan CO2 adalah faktor pembatas dalam pertumbuhan mikroalga. Kedua faktor tersebut harus terpenuhi dalam proses penelitian ini, maka mikroalga mampu tumbuh dengan baik (Mulyanto, 2015). Secara garis besarnya dalam pengolahan limbah menggunakan mikroalga melingkupi persyaratan seperti memenuhi kondisi optimal pertumbuhan mikroalga melalui penyesuaian faktor-faktor pertumbuhan mikroalga.

3. BIOREMEDIASI

Bioremediasi adalah salah satu teknologi alternatif untuk mengatasi masalah lingkungan dengan memanfaatkan



3

bantuan mikroorganisme. Mikroorganisme yang dimaksud adalah khamir, fungi (mycoremediasi), yeast, alga dan bakteri yang berfungsi sebagai agen bioremediator. Tujuan dari bioremediasi adalah untuk memecah atau mendegradasi zat pencemar menjadi bahan yang kurang beracun atau tidak beracun (karbon dioksida dan air) atau dengan kata lain mengontrol atau mereduksi bahan pencemar dari lingkungan. Bioremediasi telah memberikan manfaat yang luar biasa pada berbagai penanganan masalah lingkungan. Proses utama pada bioremediasi adalah biodegradasi, biotransformasi dan biokatalis (Lumbanraja, 2014).

Menurut Iye (2015), bioremediasi dalam mekanismenya

menggunakan bahan biologi (biomassa) dalam mengurangi atau

menyikirkan bahan yang bersifat toksik seperti logam berat secara

lebih efektif dari segi materi maupun lingkungan jika dibandingkan

dengan kaedah konvensional. Beberapa agen (biomassa) yang biasa

digunakan dalam bioremediasi antara lain bakteri, fungi, dan

mikroalga. Teknologi bioremediasi terdapat dua jenis, yaitu ex-situ

dan in situ. Ex-situ adalah pengelolaan dimana prosesnya dilakukan

dengan cara memindahkan bahan-bahan yang terkontaminasi secara

fisik ke suatu lokasi untuk penanganan lebih lanjut. Sedangkan

teknologi in-situ adalah pengelolaan secara langsung yang dilakukan

pada bahan-bahan yang terkontaminasi di lokasi tercemar (Hardiani,

2011 dalam Vidali, 2011).

4. FOTOBIOREAKTOR TWIN LAYER (PBR-TL)

Sistem Twin-Layer dikembangkan untuk budidaya mikroalga. Fitur utamanya adalah pemisahan mikroalga dari sebagian besar media kultur oleh bahan berpori berbentuk lembaran (misalnya membran, kertas, dan lain-lain.). Ini memungkinkan pasokan alga yang diimobilisasi dengan air dan nutrisi tanpa kebocoran sel alga menjadi suspensi. Twin-Layer PBR dioperasikan dengan tiga modul seluas 1,0 x 1,0 m2 yang dipasang secara vertikal di rak logam (modul berorientasi sepanjang sumbu Utara-Selatan dengan jarak antar modul sekitar 50 cm). Berlawanan dengan lembar kerja filter nilon



4

yang digunakan sebagai substrat lapisan membawa mikroalga yang diimobilisasi. Volume yang dibutuhkan V (mL) suspensi alga diimobilisasi ke area permukaan S dihitung sebagai V (mL) = (M × S) / D dengan M sebagai kerapatan biomassa kering kering awal (gm.m-

2). Suspensi alga yang terkonsentrasi adalah diimobilisasi oleh sikat halus ke lapisan substrat pada 0,05 dan 0,5 m2 TL-PSBRs per masing-masingnya (Shi et al, 2013).

Fotobioreaktor dibutuhkan sebagai tempat hidup dari

mikroorganisme. Fotobioreaktor terbagi dalam dua sistem, yaitu

sistem terbuka (open system) dan sistem tertutup (closed system).

Sistem terbuka bisa berupa air alami (danau, lagoon (danau di pinggir

laut), kolam) dan danau buatan. Untuk fotobioreaktor sistem tertutup

terdiri dari fotobioreaktor tubular dengan tabung dalam berbagai

bentuk, ukuran, dan panjang yang disesuaikan dengan material yang

digunakan. Pada masa yang akan datang, sistem kolam terbuka

digunakan untuk memproduksi mikroorganisme dalam skala besar.

Ada beberapa karakteristik dari fotobioreaktor yaitu yang pertama energi cahaya. Cahaya sebagai sumber energi untuk kehidupan fotoautotropik merupakan faktor pembatas yang mendasar dalam fotobioteknologi. Selanjutnya adalah temperatur. Temperatur dapat mempengaruhi respirasi dan fotorespirasi secara lebih kuat dibanding dengan fotosintesis. Ketika CO2 atau cahaya menjadi terbatas untuk proses fotosintesis, pengaruh temperatur menjadi tidak signifikan. Dengan penambahan temperatur, respirasi akan meningkat secara signifikan. Jadi, efisiensi fotosintesis akan menurun dengan kenaikan temperatur tinggi. Efek ini dapat memperburuk kultur suspensi pada kondisi penurunan CO2 dan kelarutan O2 pada kenaikan temperatur. Lalu ada nutrien dan nilai pH. Suplai nutrien yang cukup untuk mikroalga adalah pre-kondisi untuk fotosintesis yang optimal. Defisiensi nutrien akan menyebabkan gangguan (Isnaeni, 2009).

5. TAHAPAN PEMBUATAN PROTOTYPE

Twin-Layer Photobioreactor (PBR) dioperasikan dengan tiga

modul dengan luas 50 x 50 cm2 yang dipasang secara vertikal pada



5

rak logam (modul dipasang dengan arah di sepanjang sumbu Utara-

Selatan dengan jarak antar modul sekitar 50 cm). Lembar kerja nilon

digunakan sebagai lapisan substrat melekatnya mikroalga Chlorella

sp.. Jaring serat kaca yang diperkuat jala (Tipe IG VP 271/540,

ketebalan jala 3-4 mm, menyokong lapisan substrat, yang

diaplikasikan pada kedua sisi, dengan fungsi mendistribusikan cairan

(jala serat kaca merupakan lapisan utama). Dengan perangkaian

tersebut, permukaan pertumbuhan vertikal mempunyai luas total 2,5

m2 telah terangkai untuk mikroalga Chlorella sp. di Twin-Layer PBR.

Gambar 2. Sketsa Propotype Twin Layer

Fungsi dari bagian-bagian prototipe di atas adalah sebagai berikut: a. Jala serat kaca berfungsi sebagai penyokong media substrat

dimana berperan sebagai lapisan utama di prototipe. b. Lapisan (Layer), yang diterapkan di kedua sisi, dan

mendistribusikan cairan (serat gelas jala merupakan lapisan sumber).

c. Membran nilon berfungsi sebagai tempat kontak air limbah dari saluran dengan mikroalga Chlorella sp.

d. Filter catridge berfungsi untuk menghilangkan partikel yang lebih besar (ukuran pori nominal 10 lm, Millipori)



6

e. Pompa membran untuk memompa air limbah dari wadar air menuju ke saluran fotobioreaktor Twin-Layer untuk dikontakkan dengan mikroalga Chlorella sp.

f. Wadar air limbah berfungsi untuk menampung air limbah selama eksperimen.



7

Video operasional prototype dapat dilihat di link berikut: https://drive.google.com/drive/folders/1UXu35tqZlog9U_ArpCW_g2VUrxJ8kM-G

Gambar 3. Gambar Riil Prototype

https://drive.google.com/drive/folders/1UXu35tqZlog9U_ArpCW_g2VUrxJ8kM-G

https://drive.google.com/drive/folders/1UXu35tqZlog9U_ArpCW_g2VUrxJ8kM-G



8

DAFTAR PUSTAKA

Arifin, F. 2012. Uji kemampuan Chlorella spsebagai bioremidiator limbah cair tahu. Skripsi. Jurusan Biologi. Fakultas Sains dan Teknologi. Universitas Islam Negri. Malang.

Ferial, E.W., dan M.A. Salam. 2016. Fikologi. Erlangga. Jakarta.

Hardiani, H., T. Kardiansyah, dan S. Sugesty. 2011. Bioremediasi Logam Timbal (Pb) Dalam Tanah Terkontaminasi Limbah Sludge Industri Kertas Proses Deinking. Dalam Vidali, M.. An overview. Pure Appl. Chem., Vol. 73, pp. 1163-1172.

Isnaeni. 2009. Peningkatan Produksi Biomassa Chlorella Vulgaris Buitenzorg dalam Fotobioreaktor Kolom Gelembung Skala Menengah dengan Pengaturan Kecepatan Superfisial Udara. Jakarta: Universitas Indonesia.

Iye, O.J. 2015. Bioremediation Of Heavy Metal Polluted Water Using Immobilized Freshwater Green Mikroalga, Botryococcus Sp.. Thesis of Master. University Tun Hussein Onn. Malaysia.

Lumbanraja, Parlindungan. 2014. Mikroorganisma dalam Bioremediasi. Medan: Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.

Shi, Jing, Björn Podola, Michael Melkonian. 2014. Application of a prototype-scale Twin-Layer photobioreactor for effective N and P removal from different process stages of municipal wastewater by immobilized microalgae. Journal of Bioresource Technology 154 (2014) 260–266.

Documents

DALAM RANGKA PENGOLAHAN PERBAIKAN KUALITAS AIR …