III-1 3. BAB III BAB III METODOLOGI PENELITIAN Proses yang dilakukan dalam penelitian ini diawali dengan proses pengambilan sampel lumpur tinja di tangki septik. Terdapat 3 (tiga) lokasi sampling tangki septik sehingga diharapkan sampel yang diambil menjadi lebih representatif. Adapun metodologi yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.1. Gambar 3.1 Tahapan Penelitian Pengambilan sampel (3 lokasi ) Pencampuran dan karakterisasi Variasi I (Kadar air pencampur ) Variasi II (Co - -Substrat) Reduksi 10% Tambah 0% Tambah 10% Tambah 20% 5% glukosa 10% glukosa 20% glukosa 25% glukosa Proses Laktofermentasi ProsesLaktofermentasi Kadar Air Optimum Co - substrat optimum Analisis parameter fisik. kimia, biologi Analisis datadan laporan akhir III-2 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian Lokasi pengambilan sampel lumpur tinja dilakukan di tangki septik sekitar kampus ITB, dan lokasi penelitian adalah di Laboratorium Kualitas Air Teknik Lingkungan Institut Teknologi Bandung (ITB). Pengambilan sampel lumpur tinja dilakukan pada tanggal 26 September 2013 dan 19 Desember 2013. Pengoperasian reaktor dilakukan pada Bulan Oktober 2013 untuk variasi kadar air pencampur dan Bulan Januari 2014 untuk variasi substrat pendamping. 3.2 Alat Penelitian Reaktor yang digunakan pada penelitian ini sebanyak empat buah yang terbuat dari bahan flexiglass, masing-masing memiliki kapasitas volume 2,5 liter dengan diameter inlet 15 cm, diameter outlet 3cm, dan tinggi 30 cm. Reaktor ini terdiri dari dua bagian yaitu bagian atas yang berbentuk silinder dan bagian bawah yang berbentuk kerucut. Titik sampling outlet berada di dasar bagian kerucut. Selain itu reaktor ini juga dilengkapi dengan batang pengaduk, sehingga pada saat sampling diharapkan lebih representatif. Gambar skematik dapat dilihat pada Gambar 3.2. Gambar 3.2 Skematik Reaktor Batch Anaerob Flushing nitrogen dilakukan sebelum operasi reaktor yang bertujuan mengusir keberadaan oksigen. EFFLUEN b a cm 15 cm 10 cm 4 cm 3 d a INFLUEN 15 cm a : blade b : batang pengaduk c : penyangga reaktor d : termometer e : titik sampling c III-3 Gambar 3.3 Reaktor yang Digunakan pada Penelitian 3.3 Bahan Penelitian Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah berupa sampel lumpur tinja yang berasal dari tangki septik sebagai limbah yang akan diolah, air ledeng PDAM sebagai air pencampur, glukosa sebagai substrat untuk aktivitas sel bakteri, serta bakteri kultur campuran jenis Effective Microorganism (EM) 4 sebagai sumber bakteri yang digunakan. (1) Sumber Sampel Lumpur Tinja Sumber sampel tinja segar yang digunakan pada penelitian ini berasal dari tangki septik di sekitar kampus ITB. Jumlah sampel tangki septik yang diambil di sebanyak tiga (3) lokasi sehingga diharapkan hasil lebih representatif. (2) Sumber Air Pencampur Sumber air pencampur yang digunakan pada penelitian ini adalah air ledeng PDAM yang berada di Laboratorium Kualitas Air Teknik Lingkungan ITB. (3) Substrat Pendamping Pada penelitian ini digunakan substrat tambahan berupa glukosa sebanyak 10% dari volume reaktor untuk variasi kadar air pencampur, lalu selanjutnya kadar substrat akan divariasikan untuk mencari kadar substrat optimum. III-4 (4) Sumber Bakteri Bakteri yang digunakan pada penelitian ini berasal dari kultur campuran jenis Effective Microorganism (EM) 4. Inokulan bakteri digunakan sebanyak 500 mL atau 20% dari volume operasi reaktor. Kultur campuran dalam EM 4 terdiri atas bakteri asam laktat (Lactobacillus), bakteri fotosintesis, bakteri pendegradasi phospat, actinomycetes, dan ragi (Febriana et al., 2012). Digunakannya EM 4 sebagai sumber inokulum dikarenakan proses spesifik yang diharapkan adalah proses laktofermentasi yang menggunakan bakteri yang terdapat pada kultur campuran EM 4 ini. 3.4 Pemeriksaan Karakteristik Awal Sampel Parameter yang diukur antara lain adalah kadar air, kadar volatil, unsur karbon organik, Nitrogen Total Kjedhal (NTK), dan total phosphat. Parameter tersebut dianalisa untuk mengetahui karakteristik awal sampel lumpur tinja sehingga dapat diamati proses penyisihan dan efisiensi penyisihan senyawa organik pada sampel lumpur tinja yang diolah tersebut. 3.5 Pencampuran Sampel Segar dengan Air Pencampur Untuk pencampuran sampel segar dengan air pencampur dilakukan variasi pada running 1 yaitu variasi kadar air pencampur. Dengan reduksi 10% air sampel dan penambahan 0%, 10%, dan 20% air pencampur. Hasil yang paling optimum dijadikan dasar untuk variasi kedua yaitu variasi substrat pendamping. 3.6 Analisa Laboratorium Metode sampling yang digunakan pada penelitian ini adalah sampel sesaat (grab sample) dimana sampel diambil langsung pada saat tertentu dari satu titik, yaitu pada titik outlet. Adapun parameter dan metode analisis yang dilakukan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 3.1. III-5 Tabel 3.1 Metode dan Frekuensi Analisis Jenis Parameter Metode Analisis Alat Frekuensi (/minggu) Kadar Air SNI 07-3119:1992 Cawan pijar, centrifuge merk Hettich EBA 12, vacum pump, oven 105 o C 3 kali Volatil Solid SMEWW-5560 Cawan pijar, centrifuge merk Hettich EBA 12, vacum pump, furnace 600 o C merk Thermolyne 30400 3 kali pH SNI 06-6989.11- 2004 pH meter merk WTW series 270 3 kali Total Karbon Organik SMEWW-2540-C Toray Automatic TOC Analyzer Model TOC-100 3 kali NH4 SNI 19-7117.6- 2005 Alat destilasi, buret, statif 3 kali Nitrogen Total SMEWW-4500- NO org-B Labu kjeldahl, alat destilasi, buret, statif 3 kali Total Fosfor (P) SMEWW-4500-P- B-D Spektrofotometer merk Genesys 20 3 kali H2S SNI 19-7117.7- 2005 Spektrofotometer merk Genesys 20 3 kali Asam Volatil (asetat) Metode Titrasi Alat destilasi, buret, statif 3 kali Asam Laktat Metode Titrasi buret, statif akhir penelitian Indikator Biologi SNI 2354.5:2011 - awal dan akhir penelitian III-6 3.7 Metode Pengumpulan Data Tabel 3.2 Data Primer pada Penelitian Jenis Data Kegunaan Data (utama/pendukung) Variabel Banyaknya data Alat yang digunakan Data karakterisasi awal lumpur tinja Utama sebagai informasi awal dalam melakukan penelitian pH, Kadar Air, Kadar Volatil, TOC, NTK, Total Phospat Setiap data dilakukan secara duplo pH meter, gelas kimia, spektrofotometer, cawan, alat destilasi, labu kjedahl dan alat Lab lainnya. Data kualitas lumpur tinja influen reaktor Utama, untuk mengetahui konsentrasi substrat yang masuk ke reaktor pH, Kadar Air, Kadar Volatil, TOC, NTK, Total Phospat Setiap data dilakukan secara duplo pH meter, gelas kimia, spektrofotometer, cawan, alat destilasi, labu kjedahl dan alat Lab lainnya Data kualitas substrat cair effluent dari reaktor Utama, untuk mengetahui besar penyisihan yang terjadi atau efisiensi yang terjadi pH, Kadar Air, Kadar Volatil, TOC, NTK, Total Phospat Setiap data dilakukan secara duplo. Sampling 2 hari sekali pH meter, gelas kimia, spektrofotometer, , cawan, alat destilasi, labu kjedahl dan alat Lab lainnya. Data kualitas substrat cair pada akhir variasi HRT Utama, untuk mengetahui penyisihan N dan P selain parameter harian lainnya pH, Kadar Air, Kadar Volatil, TOC, NTK, Total Phospat, H 2 S, dan asam laktat. Indikator biologi yang digunakan adalah total coli, Salmonella sp., dan Shigella sp. Setiap data dilakukan secara duplo. pH meter, gelas kimia, spektrofotometer, , cawan, alat destilasi, labu kjedahl, cawan petri, agar dan alat Lab lainnya. III-7 Tabel 3.3 Data Sekunder pada Penelitian Variabel Kegunaan Data Jenis Data Sumber Data Hasil penelitian sejenis sebelumnya Data pendukung Perbandingan hasil yang ada Kualitatif, laporan Penelitian sebelumnya, Perpustakan, Jurnal- jurnal Data karakteristik lumpur tinja di Indonesia Data pendukung Kualitatif dan kuantitatif Laporan pemerintahan dan penelitian sebelumnya. 3.8 Teknik Sampling Sampling pada penelitian ini dilakukan untuk dua proses yaitu sampling awal untuk mendapatkan lumpur tinja tangki septik yang representative dan sampling dari effluent reaktor untuk analisa harian. Tabel 3.4 Detail Teknik Sampling No Cara Sampling Variabel (Jumlah Data) Waktu Lokasi 1 Sampling lumpur tinja Sampling dilakukan pada 3 lokasi yang berbeda karena output pada penelitian ini penerapan pada IPLT yang berasal dari berbagai macam septik tank pH, Kadar Air, Kadar Volatil, TOC, NTK, Total Phospat Untuk sampling ± 1 hari Septik tank di sekitar kampus ITB 2. Sampling saat awal dan akhir reaksi pH, Kadar Air, Kadar Volatil, TOC, NTK, Total Phospat, H2S, dan asam laktat. Indikator biologi yang digunakan adalah total coli, Salmonella sp., dan Shigella sp. Awal dan akhir reaksi Titik efluen dari reaktor 3. Sampling saat running reaktor Untuk sampling reaktor dilakukan di satu titik sampling. pH, Kadar Air, Kadar Volatil, TOC, NTK, Total Phospat, H2S, dan asam laktat. 2 hari sekali (Running reaktor) Titik efluen dari reaktor III-8 3.9 Pengoperasian Reaktor Reaktor dioperasikan secara anaerob fakultatif selama 21 hari dan pada suhu ruang. Variasi yang dilakukan adalah variasi kadar air pencampur dan substrat pendamping. Dimana hasil optimum yang didapat pada variasi kadar air pencampur menjadi dasar bagi variasi substrat pendamping. Adapun variasi yang dilakukan dapat dilihat pada Tabel 3.5. Tabel 3.5 Pengoperasian Reaktor Variasi Komponen Reaktor A Reaktor B Reaktor C Reaktor D Kadar Air Pencampur Lumpur 1,5 L = 1500 ml EM4 500 ml Substrat 250 ml Kadar Air Pencampur - Dikurangi 10% dari total sampel Ditambah 10% dari total sampel Ditambah 20% dari total sampel Substrat Pendamping (Glukosa) Lumpur 1,5 L = 1500 ml EM4 500 ml Substrat 5% 10% 20% 25% Kadar Air Pencampur Kadar air optimum dari variasi kadar air pencampur 3.10 Analisa Data Metode yang digunakan dalam pengolahan data hasil penelitian ini adalah metoda statistik. Metoda statistik deskriptif yaitu suatu metode untuk mengumpulkan, mengolah, dan menyajikan data dalam bentuk tabel dan grafik. Metoda statistik deskriptif ini digunakan untuk mengolah data yang diperoleh dari analisa laboratorium dengan menggunakan metode rata-rata hitung. Kinetika pertumbuhan dan penggunaan substrat pada fermentasi asam laktat oleh inokulan kultur campuran EM 4 ditentukan melalui model kinetika Monod. Persamaan kinetika yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Persamaan 2.1 - 2.12..