pemanfaatan microbial fuel cell sebagai penghasil …repository.ppns.ac.id/2220/1/1015040011 - suci...
Post on 16-Dec-2020
32 Views
Preview:
TRANSCRIPT
i
PROPOSAL TUGAS AKHIR (613423A)
PEMANFAATAN MICROBIAL FUEL CELL SEBAGAI
PENGHASIL ENERGI LISTRIK ALTERNATIF DAN
PENGOLAHAN LIMBAH CAIR IPLT KEPUTIH, SURABAYA \\
SUCI WULANDARI
NRP. 1015040011
DOSEN PEMBIMBING:
ADHI SETIAWAN, S.T., M.T.
TANTI UTAMI DEWI, S.Si., M.Sc.
PROGRAM STUDI D4 TEKNIK PENGOLAHAN LIMBAH
JURUSAN TEKNIK PERMESINAN KAPAL
POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA
SURABAYA
2019
i
TUGAS AKHIR (613423A)
PEMANFAATAN MICROBIAL FUEL CELL SEBAGAI PENGHASIL ENERGI LISTRIK ALTERNATIF DAN PENGOLAHAN LIMBAH CAIR IPLT KEPUTIH, SURABAYA
Suci Wulandari NRP. 1015040011
DOSEN PEMBIMBING: ADHI SETIAWAN, S.T., M.T. TANTI UTAMI DEWI, S.Si., M.Sc.
PROGRAM STUDI D4 TEKNIK PENGOLAHAN LIMBAH JURUSAN TEKNIK PERMESINAN KAPAL POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA SURABAYA 2019
iii
LEMBAR PENGESAHAN
iv
“Halaman Ini Sengaja Dikosongkan”
v
PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT
vi
“Halaman Ini Sengaja Dikosongkan”
vii
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur, penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT yang telah
memberikan kelimpahan rahmat, hidayah, serta kenikmatan yang tidak terhingga
nilainya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul
“Pemanfaatan Microbial Fuel Cell sebagai Penghasil Energi Listrik Alternatif dan
Pengolahan Limbah Cair IPLT Keputih, Surabaya”. Penulisan tugas akhir ini
diajukan untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan pada Program Studi
Diploma IV Teknik Pengolahan Limbah di Politeknik Perkapalan Negeri
Surabaya.
Penulis juga menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini tidak akan
berhasil tanpa bantuan dari berbagai pihak, baik berupa bimbingan, pengarahan
dan motivasi sehingga telah memberikan semangat dalam proses penyusunan
laporan ini. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan
terimakasih yang dalam kepada:
1. Kedua orang tua tercinta (Juli Hartono dan Anis Safa’ati) yang selalu
memberikan rasa sayang, nasihat, dukungan, motivasi, serta do’a yang tiada
hentinya yang beliau panjatkan untuk segala kemudahan selama menjalani
proses dari awal hingga akhir.
2. Bapak Ir. Eko Julianto, M.Sc. MRINA selaku Direktur Politeknik Perkapalan
Negeri Surabaya.
3. Bapak George Endri Kusuma, S.T., M.Sc.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik
Permesinan Kapal.
4. Bapak Denny Dermawan, S.T., M.T selaku Koordinator Program Studi
Teknik Pengolahan Limbah PPNS.
5. Bapak Adhi Setiawan, S.T., M.T selaku dosen pembimbing I yang telah
membantu dan mengarahkan penulis selama mengerjakan tugas akhir ini,
serta meluangkan waktu selama proses bimbingan tugas akhir.
6. Ibu Tanti Utami Dewi, S.Si., M.Sc selaku dosen pembimbing II yang telah
membantu dan mengarahkan penulis selama mengerjakan tugas akhir ini,
serta meluangkan waktu selama proses bimbingan tugas akhir.
viii
7. Pak Farizi Rachman, S.Si., M.Si selaku dosen pengampu statistika yang telah
banyak membantu penulis dalam analisis statistika pada tugas akhir ini.
8. Ibu Tanti Utami Dewi, S.Si., M.Sc selaku Koordinator Tugas Akhir Program
Studi Teknik Pengolahan Limbah sekaligus Dosen Wali yang seringkali
bersedia mendengar keluh kesah kami dalam proses pengerjaan tugas akhir.
9. Bapak Ibu Dosen Teknik Pengolahan Limbah yang telah mendoakan kami
serta memberikan ilmu yang bermanfaat.
10. Muh Rifqi Rizqullah yang telah memberi dukungan, semangat, motivasi,
bantuan tenaga dan waktu serta do’a untuk penulis selama proses pengerjaan
tugas akhir.
11. Emeralda, Citra, Bagas, Nadya, Isti, Nedya dan Dinda Ayu yang turut
menemani penulis sekaligus membantu penulis dalam proses running alat.
12. Teman-teman seperjuangan PL 2015 yang saling mendo’akan dan
memberikan semangat kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa banyak kekurangan dalam penyusunan Tugas
Akhir ini. Oleh karena itu penulis mengharapkan adanya saran dan kritik dari
berbagai pihak dalam penyempurnaannya. Semoga laporan ini dapat menambah
ilmu pengetahuan dan wawasan dalam perkuliahan dan dunia industri bagi penulis
khususnya serta pembaca pada umumnya.
Surabaya, 27 Juni 2019
Penulis
ix
PEMANFAATAN MICROBIAL FUEL CELL SEBAGAI
PENGHASIL ENERGI LISTRIK ALTERNATIF DAN
PENGOLAHAN LIMBAH CAIR IPLT KEPUTIH, SURABAYA
Suci Wulandari
ABSTRAK
Kebutuhan energi listrik yang terus meningkat telah memicu dilakukannya
berbagai riset ke arah teknologi inovatif yang lebih efektif, efisien dan ramah
lingkungan untuk memproduksi energi listrik. Salah satu teknologi alternatif yang
bisa dikembangkan adalah Microbial Fuel Cell (MFC) yang berbasis
bioelektrokimia dengan memanfaatkan mikroorganisme untuk memecah substrat
sehingga menghasilkan energi listrik. Penelitian kali ini difokuskan pada
pemanfaatan limbah cair dari Instalasi Pengolahan Limbah Tinja sebagai substrat
pada sistem MFC dual-chamber yang dilengkapi membran penukar proton
(Nafion 117). Variasi yang digunakan dalam penelitian ini meliputi waktu operasi
dan kombinasi elektroda. Waktu operasi yang digunakan adalah 15 hari.
Kombinasi elektroda yang digunakan adalah Zn/Cu dan Al/Cu. Penelitian ini juga
menganalisis konsentrasi COD, BOD5, TSS dan perubahan pH. Nilai produksi
tegangan tertinggi dihasilkan kombinasi elektroda Zn/Cu pada hari pertama
sebesar 984,955 mV dan kuat arus 9,845 mA. Efisiensi removal terbesar terjadi
pada hari kelima belas dan pada kombinasi elektroda Zn/Cu. Efisiensi removal
terbesar COD sebesar 72,439%, BOD5 sebesar 67,467%, TSS mengalami
kenaikan dan pH 6,96. Berdasarkan pengujian Two Way ANOVA dinyatakan
bahwa waktu operasi dan kombinasi elektroda berpengaruh terhadap tegangan,
arus, daya, power density dan penurunan konsentrasi COD. Waktu operasi dan
kombinasi elektroda tidak berpengaruh terhadap penurunan konsentrasi BOD5,
TSS dan perubahan pH.
Kata kunci: MFC, waktu operasi, kombinasi elektroda, ANOVA.
x
“Halaman Ini Sengaja Dikosongkan”
xi
UTILIZATION OF MICROBIAL FUEL CELL AS AN
ALTERNATIVE ELECTRICITY PRODUCER AND WASTE
WATER TREATMENT ON IPLT KEPUTIH, SURABAYA
Suci Wulandari
ABSTRACT
The increasing requirement for electrical energy has triggered a variety of
research towards the more effective, efficient and sustainable technology to
produce electricity. One of alternative technology that can be developed is a
bioelectrochemical based on Microbial Fuel Cell (MFC) by utilizing
microorganisms to break the substrate to produce electrical energy. The research
focused on the utilization of liquid waste from the Fecal Waste Treatment Plant as
a substrate in a dual-chamber MFC system equipped with a proton exchange
membrane (Nafion 117). Variations in this research are operating time and
combination of electrodes. The operating time is 15 days. The combination of
electrodes are Zn / Cu and Al / Cu. This research also analyze the concentrations
of COD, BOD5, TSS and the changing of pH. The highest production value of the
combination of Zn / Cu electrodes on the first day is 984,955 mV and the current
strength is 9,845 mA. The biggest removal efficiency is occurred on the fifteenth
day and on the combination of Zn / Cu electrodes. The biggest COD removal
efficiency is 72.439%, BOD5 is 67.467%, TSS has increased and pH is 6.96.
Based on the Two Way ANOVA test, it was stated that the operating time and
electrode combination had an effect on voltage, current, power, power density
and decreased COD concentration. The operating time and combination of
electrodes have no effect in decreasing of BOD5, TSS concentration and the
changing of pH.
Keywords : MFC, operating time, electrode combination, ANOVA.
xii
“Halaman Sengaja Dikosongkan”
xiii
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL............................................................................................i
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. iii
PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT ................................................................... v
KATA PENGANTAR ......................................................................................... vii
ABSTRAK ............................................................................................................ ix
ABSTRACT ........................................................................................................... xi
DAFTAR ISI ....................................................................................................... xiii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xvii
DAFTAR TABEL .............................................................................................. xix
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xxi
BAB 1 PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 3
1.3 Tujuan ....................................................................................................... 3
1.4 Manfaat Tugas Akhir ................................................................................ 4
1.5 Batasan Masalah ....................................................................................... 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 5
2.1 Microbial Fuel Cell .................................................................................. 5
2.1.1 Prinsip Kerja Microbial Fuel Cell..................................................... 5
2.1.2 Macam-macam Microbial Fuel Cell ................................................. 6
2.1.3 Faktor Operasional pada Kinerja MFC ............................................. 9
2.1.4 Aplikasi dari Microbial Fuel Cell ................................................... 13
2.1.5 Mikroorganisme pada sistem MFC ................................................. 14
2.2 Konsep Air Limbah menjadi Listrik ...................................................... 15
2.3 Air Limbah Tinja .................................................................................... 17
2.4 Parameter COD (Chemical Oxygen Demand) ........................................ 18
2.5 Parameter BOD (Biochemical Oxygen Demand) ................................... 19
2.6 Parameter TSS (Total Suspended Solid) ................................................ 20
2.7 Parameter pH (Potential Hidrogen) ....................................................... 20
xiv
2.8 Analisis Varians Dua-Arah (Two-Way ANOVA)................................... 21
2.9 Penelitian Terdahulu ............................................................................... 23
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ............................................................ 25
3.1 Rancangan Penelitian .............................................................................. 25
3.1.1 Studi Literatur .................................................................................. 27
3.1.2 Perumusan Masalah dan Penetapan Tujuan .................................... 27
3.1.3 Pengumpulan Data ........................................................................... 27
3.1.4 Metode Penelitian ............................................................................ 28
3.1.5 Waktu dan Lokasi Penelitian ........................................................... 28
3.1.7 Jumlah Sampel Penelitian ................................................................ 30
3.1.8 Pelaksanaan Penelitian .................................................................... 31
3.1.9 Eksperimen MFC ............................................................................. 34
3.1.10 Analisis Data ................................................................................... 35
3.1.11 Uji Statistika Two-Way ANOVA .................................................... 36
3.1.12 Kesimpulan dan Saran ..................................................................... 36
3.2 Alat dan Bahan ........................................................................................ 37
3.2.1 Peralatan .......................................................................................... 37
3.2.2 Bahan ............................................................................................... 37
3.3 Jadwal Penelitian .................................................................................... 38
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... 39
4.1 Desain Microbial Fuel Cell .................................................................... 39
4.2 Karakteristik Limbah IPLT Keputih ....................................................... 41
4.3 Hasil Analisis Mikroorganisme .............................................................. 43
4.4 Hasil Pengukuran Energi Listrik ............................................................. 46
4.5 Analisis Kualitas Air Limbah ................................................................. 51
4.6 Statistika .................................................................................................. 59
4.6.1 Tegangan ......................................................................................... 59
4.6.2 Arus ................................................................................................. 62
4.6.3 Daya ................................................................................................. 64
4.6.4 Power Density ................................................................................. 70
4.6.5 COD ................................................................................................. 75
xv
4.6.6 BOD ................................................................................................ 78
4.6.7 TSS .................................................................................................. 80
4.6.8 pH .................................................................................................... 81
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 85
5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 85
5.2 Saran ....................................................................................................... 86
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 87
xvi
“Halaman Ini Sengaja Dikosongkan”
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 2 Macam-macam double chamber MFC ............................................... 7
Gambar 2. 3 Macam-macam single chamber MFC ................................................ 8
Gambar 2. 5 Deret sel volta.................................................................................. 10
Gambar 2. 6 Konsep air limbah menjadi listrik dengan dual chamber MFC ....... 15
Gambar 2. 7 Kandungan mikroorganisme pada tinja............................................ 17
Gambar 2. 8 Kurva Histogram .............................................................................. 22
Gambar 3. 1 Diagram alir penelitian Microbial Fuel Cell .................................... 25
Gambar 3. 2 Diagram Alir Penelitian (Lanjutan).................................................. 26
Gambar 3. 3 Diagram alir pelaksanaan penelitian ................................................ 26
Gambar 3. 4 Reaktor tampak depan ...................................................................... 32
Gambar 3. 5 Reaktor tampak samping .................................................................. 32
Gambar 3. 6 Reaktor MFC .................................................................................... 32
Gambar 3. 7 Diagram Alir Preparasi Membran Penukar Ion................................ 33
Gambar 4. 1 Skema desain MFC Double-Chamber ............................................. 40
Gambar 4. 2 Rangkaian sistem MFC .................................................................... 41
Gambar 4. 3 hasil analisis bakteri (a) E. coli (b) Shalmonella sp ........................ 45
Gambar 4. 4 Grafik hubungan antara kombinasi elektroda dengan waktu operasi
terhadap tegangan.................................................................................................. 47
Gambar 4. 8 Grafik hubungan antara kombinasi elektroda dan waktu operasi
terhadap konsentrasi COD .................................................................................... 52
Gambar 4. 10 Grafik hubungan antara kombinasi elektroda dan waktu operasi
terhadap konsentrasi BOD .................................................................................... 54
Gambar 4. 12 Grafik hubungan antara kombinasi elektroda dan waktu operasi
terhadap konsentrasi Total Suspended Solid (TSS) .............................................. 56
Gambar 4. 13 Grafik hubungan antara kombinasi elektroda dan waktu operasi
terhadap konsentrasi perubahan nilai .................................................................... 58
Gambar 4. 14 Pengujian Normalitas Tegangan .................................................... 59
Gambar 4. 15 Pengujian Homogenitas Tegangan vs Kombinasi Elektroda ......... 60
Gambar 4. 16 Pengujian Two Way ANOVA Tegangan ........................................ 61
xviii
Gambar 4. 17 Pengujian Normalitas Arus ............................................................. 62
Gambar 4. 18 Pengujian Homogenitas Arus vs Kombinasi Elektroda.................. 63
Gambar 4. 19 Pengujian Two Way ANOVA Arus ................................................ 64
Gambar 4. 20 Pengujian Normalitas Daya ............................................................ 65
Gambar 4. 21 Histogram Daya .............................................................................. 66
Gambar 4. 22 Pengujian Normalitas Daya dari Data yang Telah Ditransformasi 67
Gambar 4. 23 Pengujian Homogenitas Daya vs Kombinasi Elektroda ................. 68
Gambar 4. 24 Pengujian Two Way ANOVA Daya ............................................... 69
Gambar 4. 25 Pengujian Normalitas Power Density ............................................. 70
Gambar 4. 26 Histogram Power Density ............................................................... 71
Gambar 4. 27 Pengujian Normalitas Power Density dari Data ............................ 72
Gambar 4. 28 Pengujian Homogenitas Power Density vs Kombinasi Elektroda .. 73
Gambar 4. 29 Pengujian Two Way ANOVA Power Density ................................ 74
Gambar 4. 30 Pengujian Normalitas COD ............................................................ 75
Gambar 4. 31 Pengujian Homogenitas COD vs Kombinasi Elektroda ................. 76
Gambar 4. 32 Pengujian Two Way ANOVA perubahan nilai COD ...................... 77
Gambar 4. 33 Pengujian Normalitas BOD ............................................................ 78
Gambar 4. 34 Pengujian Homogenitas BOD vs Kombinasi Elektroda ................. 79
Gambar 4. 35 Pengujian Two Way ANOVA perubahan nilai BOD ...................... 80
Gambar 4. 36 Pengujian Normalitas pH ................................................................ 81
Gambar 4. 37 Pengujian Homogenitas pH vs Kombinasi Elektroda .................... 82
Gambar 4. 38 Pengujian Two Way ANOVA perubahan nilai Ph .......................... 83
Gambar C. 1 Reaktor MFC.................................................................................. 113
Gambar C. 2 Pretreatment Membran .................................................................. 113
Gambar C. 3 Analisis BOD5 ................................................................................ 113
Gambar C. 4 Analisis COD ................................................................................. 113
Gambar C. 5 Analisis Mikroorganisme ............................................................... 113
Gambar C. 6 Analisis Minyak dan Lemak .......................................................... 113
xix
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Karakteristik lumpur tinja .................................................................... 18
Tabel 2. 2 Baku mutu air limbah domestik ........................................................... 18
Tabel 2. 3 Rumus Transformasi Data ................................................................... 23
Tabel 3. 1 Definisi operasional variabel penelitian ............................................... 29
Tabel 3. 2 Sampel analisis kualitas air limbah ...................................................... 31
Tabel 3. 3 Jadwal pelaksanaan penelitian ............................................................. 38
Tabel 4. 1 Karakteristik awal air limbah domestik ............................................... 42
Tabel 4. 2 Hasil Analisis Kelimpahan Bakteri ...................................................... 46
Tabel 4. 3 Transformasi Data Daya ...................................................................... 66
Tabel 4. 4 Transformasi Data Power Density ....................................................... 71
Tabel B. 1 Tegangan dari masing-masing reaktor .............................................. 107
Tabel B. 2 Arus dari masing-masing reaktor ...................................................... 107
Tabel B. 3 Daya dari masing-masing reaktor...................................................... 109
Tabel B. 4 Power Density dari masing-masing reaktor ...................................... 109
xx
“Halaman Ini Sengaja Dikosongkan”
xxi
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A Data Hasil Analisis ..................................................................... 91
LAMPIRAN B Tabel Tegangan, Kuat Arus, Daya ........................................... 105
LAMPIRAN C Dokumentasi Penelitian ............................................................. 111
LAMPIRAN D Jadwal Penelitian ....................................................................... 115
LAMPIRAN E Gambar Desain Mfc ................................................................... 119
xxii
“Halaman Ini Sengaja Dikosongkan”
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Ketersediaan energi merupakan suatu kebutuhan yang esensial bagi
kehidupan manusia. Penghasil energi yang selama ini di dominasi
menggunakan batubara, minyak bumi dan gas alam. Energi yang dihasilkan
dari batubara, minyak bumi dan gas alam menghasilkan emisi CO2 yang akan
menimbulkan efek rumah kaca. Sekarang ini sedang memfokuskan mencari
sumber energi alternatif terbarukan dan ramah lingkungan, hal ini bertujuan
untuk mengurangi emisi CO2 yang dapat menimbulkan efek rumah kaca.
Salah satu teknologi terbarukan dan ramah lingkungan yang dapat
diterapkan untuk masa depan adalah Microbial Fuel Cell (MFC). MFC ini
merupakan sebuah alat yang dapat menghasilkan energi listrik dari energi
kimia melalui reaksi katalitik menggunakan mikroorganisme. MFC ini
memanfaatkan metabolisme dari mikroorganisme untuk menghasilkan arus
listrik dari berbagai substrat organik (Akbar dkk, 2017). Metabolisme
mikroorganisme yang dimaksud adalah dengan mendegradasi media organik
menjadi ion proton dan elektron. Ion-ion inilah yang dapat menghasilkan
listrik karena adanya perbedaan potensial. Sistem MFC ini juga dapat
digunakan sebagai pengolahan limbah cair untuk menurunkan kadar
kontaminan Chemical Oxygen Demand (COD) dan Biological Oxygen
Demand (BOD).
Penelitian pendahuluan telah dilakukan oleh Akbar dkk (2017), dengan
memvariasikan elektroda yang diapakai yaitu alumunium, seng dan tembaga.
MFC ini menggunakan substrat lumpur sawah serta memakai double
chamber MFC. Penelitian ini tidak menganalisis kandungan organik dalam
substrat lumpur sawah. Penelitian lain juga telah dilakukan oleh Ibrahim dkk
(2017) dengan memvariasikan jenis elektroda yaitu aluminium, besi dan
karbon grafit. MFC ini menggunakan limbah cair industri perikanan serta
memakai single chamber MFC. Penelitian ini dilakukan analisis kandungan
2
organik pada substrat yang digunakan. Penelitian yang akan dilakukan ini
menggunakan sistem MFC double chamber dengan memvariasikan
kombinasi elektroda. Kombinasi elektroda yang dipakai yaitu
aluminium,seng dan tembaga. Substart yang digunakan adalah limbah cair
domestik IPLT Keputih, Surabaya dan dilakukan analisis kandungan COD,
BOD, Total Suspended Solid (TSS) serta perubahan pH.
Salah satu limbah cair yang memiliki kandungan organik terbanyak
adalah limbah cair domestik (Metcalf dan Eddy, 2014). Limbah cair domestik
ini perlu dilakukan pengolahan terlebih dahulu agar sesuai dengan baku mutu
jika akan dibuang ke badan air. Limbah cair domestik ini dapat diolah
dengan menggunakan sistem MFC untuk menurunkan kontaminan COD dan
BOD karena bahan organik inilah yang didegradasi oleh mikroorganisme
menjadi listrik. Dibutuhkan konsentrasi COD yang besar agar proses
terjadinya degradasi semakin lama, sehingga ion proton (H+) dan elektron (e
-)
akan semakin meningkat pada kompartemen anoda (Haslett, 2012).
Salah satu limbah cair domestik ini adalah black water yang nantinya
akan masuk ke septic tank masing-masing rumah. Black water yang telah
masuk ke septic tank akan dibawa oleh truk tinja menuju ke Instalasi
Pengolahan Lumpur Tinja (IPLT). IPLT merupakan instalasi yang dirancang
untuk menerima dan mengolah lumpur tinja. Penelitian ini menggunakan
substrat dari IPLT Keputih, Surabaya. Hasil analisis awal dalam penelitian
untuk balancing tank menunjukkan bahwa kandungan COD sebesar 2189,795
mg/L serta kandungan BOD 768,24 mg/L. Kandungan COD yang cukup
tinggi memerlukan pengolahan dengan biaya yang cukup besar juga, karena
penggunaan energi yang dipakai cukup besar. Sistem MFC ini memberikan
keuntungan lain yaitu dapat menurunkan beban pencemar organik .
Penelitian menggunakan limbah IPLT Keputih sebagai substrat yang
terdapat diruang anoda, sedangkan pada ruang katoda akan diberikan
aquadest dengan suplai udara dari aerator. Penelitian ini menggunakan
variasi kombinasi elektroda logam yaitu aluminium (Al), seng (Zn) dan
tembaga (Cu). Penelitian dilakukan kombinasi elektroda Al/Cu dan Zn/Cu,
dengan tunjuan pengkombinasian untuk mengetahui kombinasi elektroda
3
yang dapat menghasilkan energi listrik paling tinggi. Variasi lain yaitu waktu
operasi agar dapat diketahui pada waktu yang paling optimum untuk
penurunan kontaminan COD, BOD, TSS dan perubahan pH. Pemanfaatan
limbah IPLT sebagai substrat dalam sistem MFC, diharapkan dapat menjadi
salah satu alternatif dalam penghasil sumber energi yang lebih murah dan
terbarukan. MFC ini memberikan nilai lebih karena dalam satu sistem
menawarkan dua keuntungan, yaitu menghasilkan listrik serta dapat
menurunkan kontaminan organik.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan sebelumnya, maka
dapat dirumuskan permasalah yang ada sebagai berikut :
1. Bagaimana karakteristik dari limbah cair balancing tank IPLT Keputih,
Surabaya?
2. Bagaimana pengaruh kombinasi elektroda dan waktu operasi terhadap
energi listrik yang dihasilkan ?
3. Bagaimana pengaruh kombinasi elektroda dan waktu operasi terhadap
penurunan konsentrasi dari COD, BOD, TSS dan perubahan pH ?
1.3 Tujuan
Tujuan dari penelitian ini diantaranya adalah :
1. Mengidentifikasi karakteristik dari limbah cair balancing tank IPLT
Keputih, Surabaya.
2. Mengidentifikasi pengaruh dari kombinasi elektroda dan waktu operasi
terhadap energi listrik yang dihasilkan.
3. Mengidentifikasi pengaruh kombinasi elektroda dan waktu operasi
terhadap penurunan konsentrasi dari COD, BOD, TSS dan perubahan pH.
4
1.4 Manfaat Tugas Akhir
Adapun manfaat dari penelitian ini diantaranya adalah :
Bagi Mahasiswa
Mampu memberikan rekomendasi energi terbarukan yang dapat
dijadikan sebagai penghasil energi listrik alternatif serta dapat mengolah
limbah cair dalam satu sistem MFC.
Bagi Institusi
Sebagai bahan literatur atau referensi bagi mahasiswa dalam penelitian
sistem MFC lebih lanjut.
1.5 Batasan Masalah
Batasan masalah yang diambil untuk penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Limbah cair domestik yang dipakai diambil dari Balancing Tank
Instalasi Pengolahan Limbah Tinja, Keputih, Surabaya.
2. Reaktor yang digunakan dalam penelitian ini adalah reaktor double
chamber.
3. Tidak membahas besaran gas metan yang dihasilkan serta proses
biologis pada mikroorganisme dalam substrat yang digunakan.
4. Elektroda yang digunakan adalah Al/Cu dan Zn/Cu.
5. Penelitian dilakukan selama 15 hari dengan waktu pengamatan
kandungan COD, BOD dan TSS setiap 5 hari sekali. Sedangkan untuk
energi listrik serta perubahan pH dilakukan pengamatan setiap satu
menit (data real time).
6. Analisis dilakukan secara duplo, namun hanya untuk analisis COD,
BOD dan TSS.
5
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Microbial Fuel Cell
Microbial Fuel Cell adalah suatu reaktor yang dapat menghasilkan
listrik dari energi kimia melalui reaksi katalitik menggunakan
mikroorganisme. Mikroorganisme ini memanfaatkan bahan organik yang
terkandung dalam suatu larutan untuk di uraikan menjadi ion proton dan ion
elektron, dengan kata lain dapat dikatakan bahwa MFC ini memanfaatkan
metabolisme dari mikroorganisme.
2.1.1 Prinsip Kerja Microbial Fuel Cell
Pada sistem MFC umumnya terdapat ruang anoda, katoda,
membran penukar ion dan sirkuit listrik. Mikroorganisme yang hidup
pada ruang anoda akan menguraikan substrat yang terdapat di ruang
anoda menjadi ion proton, elektron dan CO2. Pada MFC ini
menggunakan kondisi anaerobik, dimana mikroorganisme ini
menggunakan anoda sebagai aseptor insoluble, berbeda dengan pada
kondisi aerob yang mana aseptor elektronnya menggunakan oksigen
atau nitrat untuk membentuk air. Menurut Kristin (2012) bahwa dari
metabolisme mikroorganisme dapat menghasilkan elektron pada
anoda yang kemudian di transfer dengan menggunakan membran
penukar elektron dan dikumpulkan pada MFC. Elektron ini kemudian
mengalir ke katoda melalui sirkuit listrik yang bermuatan. Daya
dihasilkan dengan beda potensial antara anoda dan katoda bersama
aliran elektron.
Menurut Bose et al., (2018a) bahwa didalam MFC,
mikroorganisme inilah yang berperan sebagai katalitik dan
mengoksidasi bahan organik yang terdapat di air limbah. Dari proses
inilah mikroorganisme tersebut dapat menghasilkan listrik. Dalam
sistem MFC ini terdapat elektroda yang terdapat di anoda dan katoda.
Mikroorganisme ini dapat tumbuh pada satu elektroda dan
6
menguraikan bahan organik menjadi ion proton dan ion elektron.
Perbedaan potensial yang dihasilkan saat mikroorganisme
menguraikan ion-ion tersebut sekitar 0,5 V. Memberikan resistor
dapat digunakan untuk menghitung arus listrik dengan menggunakan
hukum Ohm (V = I.R). Daya yang dihasilkan juga dapat dihitung
dengan mengalikan antara arus listrik dan tegangan (P = V.I).
Pemberian resistor/hambatan bertujuan untuk mengatur atau
mengendalikan tegangan dan arus listrik dalam sebuah ragkaian
listrik.
2.1.2 Macam-macam Microbial Fuel Cell
Menurut Haslett (2012) terdapat perbedaan fisik untuk dapat
mengkarakterisasikan Microbial Fuel Cell. Terdapat empat macam
Microbial Fuel Cell yang dapat dibedakan menurut fisiknya, yaitu :
1. Poised Potential MFC
Poised Potential MFC yaitu MFC dengan ditambahkannya
beban eksternal sebagai penyeimbang potensial yang diinginkan
yang disebut potentiostat. Potensial dapat dihasilkan oleh
elektroda pada chamber yang sama ataupun dihasilkan oleh
elektroda yang berbeda chamber yang dihubungkan dengan
membran penukar ion atau dapat juga dengan jembatan garam.
Poised Potential MFC mengendalikan potensial antara anoda dan
katoda. Potensial dapat dikontrol dalam satu kompartemen atau
melintasi kompartemen yang terhubung (proton / membran
penukar kation atau jembatan garam).
Gambar 2. 1 Macam-macam Poised Potential MFC
(Sumber : Haslett, 2012)
7
2. Double Chamber MFC
Double chamber MFC terdiri dari dua ruang, yaitu ruang
anoda dan katoda. Ruang anoda ini merupakan tempat terjadinya
penguraian substrat oleh mikroorganisme menjadi proton dan
elektron. Elektron yang dihasilkan ini dialirkan melalui sirkuit
eksternal yang kemudian dialirkan ke ruang katoda. Anoda dan
katoda ini sama-sama memiliki peran dalam setengah reaksi yaitu
pada anoda terjadi oksidasi dan pada katoda terjadi reduksi.
Ruang anoda dan katoda ini dipisahkan oleh membran penukar
proton/elektron atau jembatan garam. Double chamber MFC
dapat beroperasi secara batch maupun continuous serta dapat juga
diberi beban ekternal ataupun tidak.
Double Chamber MFC dapat memiliki mikroorganisme
dalam anoda dan atau katoda, serta memiliki produk fermentasi
pertumbuhan mikroba yang dipompa masuk. Anoda dan atau
katoda dapat dioperasikan dalam kondisi batch atau kontinu.
Double chamber MFC dapat dioperasikan di bawah beban
eksternal dan dengan membran penukar proton/kation atau
jembatan garam.
Gambar 2. 2 Macam-macam double chamber MFC
(Sumber : Haslett, 2012)
3. Single Chamber MFC
Single chamber MFC terdiri dari satu ruang yang mana
didalamnya terdapat dua elektroda yaitu anoda dan katoda. Anoda
merupakan komponen yang harus ada di dalam MFC, sedangkan
untuk katoda bisa diletakkan didalam MFC maupun diluar MFC.
Katoda ini dapat melekat pada membran penukar ion atau dapat
8
dipisah. MFC jenis ini sama seperti double chamber, yaitu dapat
beroperasi secara batch maupun continuous dan dapat diberi
beban eksternal maupun tidak. Single chamber MFC dapat
menggunakan anoda dan katoda di dalam ruang yang sama atau
memiliki katoda yang melekat pada membran penukar proton /
kation yang menghadap udara ambien. Single chamber MFC
dapat beroperasi dengan mikroorganisme di dalam ruang atau
dengan produk fermentasi dari pertumbuhannya. Mereka juga
dapat dioperasikan dengan dan tanpa beban eksternal.
Gambar 2. 3 Macam-macam single chamber MFC
(Sumber : Haslett, 2012)
4. Enviromental MFC
Enviromental MFC ini merupakan MFC yang mengambil
keuntungan dari kondisi lingkungan. Terdapat dua macam
enviromental MFC, yaitu tipe pertama adalah MFC dengan dua
elektroda. Anoda diletakkan didalam sedimen yang kondisisnya
anaerobik dan katoda diletakkan diatas sedimen dengan kondisi
aerobik. Mikroorganisme yang dimanfaatkan merupakan
mikroorganisme yang murni terdapat pada lingkungan. Tipe
kedua yaitu MFC dengan memanfaatkan mikroorganisme
fotosintetik untuk memanen cahaya.
Enviromental MFC terdiri dari anoda yang terkubur di
lingkungan anaerob (samudera atau sedimen sungai), dan
katoda yang tergantung di air beroksigen di atas, atau
menggunakan mikroorganisme fotosintesis untuk memanen
cahaya dalam pembangkitan listriknya.
9
Gambar 2. 4 Macam-macam enviromental MFC
(Sumber : Haslett, 2012)
2.1.3 Faktor Operasional pada Kinerja MFC
Terdapat beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kinerja dari
MFC yaitu material elektroda, pemakaian membran penukar ion,
substrat, pH, temperatur dan waktu operasi.
a. Material Elektroda
Material elektroda yang dipakai harus memiliki fungsi dasar
seperti elektroda yang dapat menghasilkan listrik yang maksimal,
memberikan nilai ekonomis, dan yang dapat meningkatkan
efisiensi coulombic. Pemakaian material elektroda harus
menghindari pori yang berukuran kecil karena ini dapat
menimbulkan penyumbatan dan gampang terisi (Bose, Dhawan,
Kandpal, Vijay, & Gopinath, 2018b). Selain itu pemilihan
elektroda sangat penting untuk menentukan keluaran energi listrik
(Ashoka et al., 2012). Energi listrik yang dapat dihasilkan secara
terus-menerus juga dipengaruhi oleh elektroda yang dipakai
dalam sistem MFC, elektroda harus memiliki permukaan yang
luas, non-korosif, biokompatibel, stabil secara kimiawi dan
mekanik, konduktivitas listrik yang baik dan resistivitas yang
rendah (Akbar dkk, 2017).
Penggunaan elektroda logam mengacu pada perhitungan sel
volta, yaitu sel elektrokimia yang dapat menghasilkan energi
listrik dari reaksi redoks secara spontan (Harahap, 2017). Reaksi
redoks merupakan reaksi gabungan antara reaksi reduksi dan
oksidasi. Reaksi reduksi merupakan reaksi penangkapan elektron
( Eᵒ sel negatif) dan reaksi oksidasi merupakan reaksi pelepasan
10
elektron (Eᵒ sel positif) (Harahap, 2017). Perhitungan sel volta
dirumuskan sebagai berikut :
Eᵒ sel = Eᵒ katoda (positif) - Eᵒ anoda (negatif) ........... (2.1)
Perhitungan untuk sel volta ini mengikuti kaidah dari deret
volta. Deret volta dituliskan sebagai berikut :
Gambar 2. 5 Deret sel volta
(Sumber : Kemdikbud, 2015)
Jika hasil dalam perhitungan Eᵒ sel tinggi, maka akan didapatkan
energi listrik yang tinggi pula.
b. Membran Penukar Ion
Double chamber digunakan membran sebagai pemisah
anatara ruang anoda dan ruang katoda, agar larutan yang terdapat
di masing-masing ruang tidak memcampuri larutan lainnya.
Namun, fungsi utama dari membran ini yaitu dapat melewatkan
proton yang dihasilkan dari ruang anoda menuju ke ruang katoda
namun memakai membran memiliki kerugian saat dipakai dalam
jangka waktu lama karena fouling akan menghambat kinerja dari
sistem MFC (Bose et al., 2018b).
Membran nafion sudah banyak digunakan dalam beberapa
eksperimen sistem MFC, khususnya Nafion-117. Namun, banyak
juga penelitian yang menggunakan jembatan garam sebagai
alternatif penggantian membran penukar ion. Menggunakan
jembatan garam memberikan keuntungan dari segi harga, karena
pembuatannya lebih mudah dan tidak membutuhkan biaya yang
besar. Namun, dalam penggunaan jembatan garam ini memiliki
11
kekurangan yaitu pada listrik yang dihasilkan lebih sedikit karena
memiliki ketahanan internal yang tinggi (Zain, Ching, Jusoh, &
Yunus, 2015).
c. Substrat
Substrat merupakan salah satu kunci keberhasilan dari
sistem MFC ini. Material yang digunakan sebagai substrat harus
mengandung material organik sederhana sampai material
campuran kompleks, namun substrat dengan material organik
sederhana lebih baik untuk digunakan dalam waktu singkat
(Kristin, 2012). Substrat yang digunakan bermacam-macam
sesuai dengan peruntukan penggunaan sistem MFC ini, yang pasti
substrat harus mengandung bahan organik.
Subsrat ini dapat diartikan larutan atau material yang
terdapat dalam ruang anoda, namun dapat juga diartikan material
yang terdapat di ruang anoda dan ruang katoda. Substrat yang
diletakkan dalam ruang anoda sudah jelas harus mengandung
material organik yang nantinya akan diuraikan menjadi ion positif
(proton) dan ion negatif (elektron). Subtrat yang digunakan dalam
ruang katoda merupakan material yang dapat mengikat elektron
yang telah mencapai katoda dan bergabung dengan protein,
oksigen merupakan penangkap elektron yang baik dan
menghasilkan produk akhir berupa air (Bose et al., 2018b).
Namun, belakangan ini telah digunakan bahan kimia untuk dapat
mengikat elektron, yaitu seperti ferricyanide.
Selain menggunakan jenis larutan ferrisianida sebagai
electron acceptor, dapat juga menggunakan oksigen sebagai
electron acceptor. Oksigen merupakan electron acceptor yang
cocok digunakan pada sistem MFC, keuntungannya adalah
memiliki potensi oksidasi yang tinggi, dapat didapatkan secara
gratis, ketersediaannya melimpah, berkelanjutan, produk
terakhirnya menjadi air jadi dapat mengurangi penggunaan
12
pemakaian bahan kimia. Ferrisianida dan oksigen adalah molekul
katoda yang sering digunakan (Haslett, 2012).
d. pH
Sistem MFC ini menggunakan mikroorganisme, jadi pH
merupakan faktor yang sangat kritis yang perlu dipertimbangkan.
pH tidak hanya mempengaruhi metabolisme dan pertumbuhan
dari mikroorganisme, namun dalam sistem MFC juga dapat
menghambat performa dari MFC seperti transfer proton dan
reaksi pada katoda (Kristin, 2012). pH yang cocok untuk
pertumbuhan mikroorganisme dan pembentukan biofilm dalam
sistem MFC adalah berkisar antara 6-9. Pengaruh pH sangat
dipertimbangkan jika menggunakan sistem MFC single chamber
(Bose et al., 2018b).
Penambahan bahan kimia seperti fosfat dan bikarbonat
untuk tetap mempertahankan pH yang sesuai dengan hidup
mikroorganisme memiliki kelemahan, yaitu tidak praktis selain
itu akan menginvestasikan pencemaran lingkungan. Buffer
phosphate jika tidak dilakukan pengolahan yang sesuai akan
menimbulkan eutrofikasi (Bose et al., 2018b).
e. Temperatur
Temperatur merupakan parameter yang penting dalam
penghilangan COD dan penghasilan energi listrik.. Setiap
mikroorganisme memiliki rentang suhu berbeda untuk fase
hidupnya. Pemanfaatan substrat oleh mikroorganisme dapat
ditentukan dari sistem kinematika. Temperatur yang sudah
digunakan pada penelitian sebelumnya adalah 30-45ᵒC (Bose et
al., 2018b).
f. Waktu operasi
Waktu operasi ini sama dengan waktu operasi pada sistem
MFC. Secara ideal, energi listrik yang dihasilkan bergantung pada
konsentrasi COD/BOD yang mana juga mempengaruhi waktu
operasi dari sistem MFC (Kristin, 2012).
13
Pada penelitian Bose et al., (2018a) tentang penggunaan
sistem MFC dengan substrat limbah dari instalasi pengolahan
tinja dengan double chamber. Dari penelitian ini didapatkan
tegangan maksimum dengan waktu operasi selama 2 minggu.
2.1.4 Aplikasi dari Microbial Fuel Cell
Terdapat beberapa fungsi dari Microbial Fuel Cell, yaitu
penghasil energi listrik dan pengolahan air limbah.
a. Penghasil Energi Listrik
Lingkungan
Pada kategori microbial fuel cell ini terdapat dua
tipe, yang pertama memanfaatkan sedimen dan air yang
beroksigen serta fotosintesis dari alga untuk menghasilkan
listrik dari cahaya (Haslett, 2012).
Bidang Medis
Microbial Fuel Cell ini memanfaatkan kondisi
didalam tubuh untuk memberikan kekuatan medis. Tipe dari
MFC ini menggunakan darah sebagai substrat di anoda dan
oksigen di katoda (Haslett, 2012).
b. Pengolahan Air Limbah
Fermentasi
Fermentasi oleh sistem MFC, dibutuhkan
mikroorganisme terlebih dahulu di inokulasi. Produk dari
fermentasi meliputi etanol, metanol, hidrogen dan metan
(Haslett, 2012).
Pembangkit Listrik Skala Kecil (Simultan)
Pada ruang yang sama, pada waktu yang sama
energi listrik dihasilkan saat air limbah di uraikan oleh
mikroorganisme (Haslett, 2012).
14
2.1.5 Mikroorganisme pada sistem MFC
Penggunaan mikroorganisme pada sistem MFC ini terdapat
dua pilihan, dapat menggunakan kultur murni atau menggunakan
mikroorganisme yang heterogen.
a. Kultur Murni
Aerobik
Mikroorganisme dengan fase hidup secara aerobik
mengusahakan menggunakan anoda sebagai akseptor elektron
terakhir sebagai ganti oksigen (Haslett, 2012).
Anaerobik
Mikroorganisme dengan fase hidup secara anaerobik
memanfaatkan kemampuannya untuk menggunakan anoda
sebagai akseptor elektron terakhir (Haslett, 2012).
Fermentatif
Sistem MFC ini memanfaatkan mikroorganisme dalam
memfermentasikan substrat dan menghasilkan energi listrik
dari mengurangi produk dari fermentasi (Haslett, 2012).
Self Mediating
Sistem MFC yang menggunakan mikroorganisme self
mediating ini mengandalkan mikroorganisme untuk
menghasilkan senyawa yang mampu bereaksi dengan elektroda
(Haslett, 2012).
b. Mikroorganisme Heterogen
Enriched (diperkaya)
Mikroorganisme yang heterogen biasanya bersumber dari
lingkungan. Mikroorganisme diperkaya adalah
mikroorganisme yang telah melekat pada elektroda dari sampel
lingkungan yang akan digunakan kembali (Haslett, 2012).
15
Lingkungan
Mikroorganisme yang digunakan tidak hanya berada pada
ruang anoda, melainkan pada ruang katoda. Pada ruang anoda
digunakan mikroorganisme anaerobik dengan mengubah jarak
pelekatan mikroorganisme dengan anoda sedangkan pada
ruang katoda terdapat media pertumbuhan biofilm yang
melekat untuk mereduksi oksigen terlarut oleh elektroda.
Sebagian besar sistem MFC ini menggunakan prokariotik dari
lingkungan (Haslett, 2012).
2.2 Konsep Air Limbah menjadi Listrik
Konsep air limbah yang diubah menjadi listrik dengan sistem MFC dapat
diilustrasikan pada Gambar 2.6.
Gambar 2. 6 Konsep air limbah menjadi listrik dengan dual chamber MFC
(Sumber : Bose et al., 2018b)
Gambar 2.6, sistem MFC untuk ruang anoda diisi dengan air limbah yang
mengandung material organik serta mikroorganisme yang nantinya berperan
dalam mengoksidasi material organik tersebut. Dalam reaksi pengoksidasian
ini terbentuk CO2, elektron dan proton. Proton ini akan menuju ke ruang
katoda dengan bantuan membran penukar ion agar proton dapat dilewatkan
16
dan dapat berada diruang katoda yang berisi larutan yang dapat menangkap
elekktron. Pada Gambar 2.6, pada ruang katoda terdapat oksigen sebagai
penangkap elektron dan menghasilkan air sebagai produk akhirnya. Elektron
yang terbentuk akan mengalir melalui sirkuit listrik yang telah dirangkai
sebagaimana mestinya. Aliran elektron inilah yang dapat menghasilkan energi
listrik. Reaksi yang terjadi pada masing-masing ruang dapat dijabarkan
seperti dibawah ini :
Anoda : molekul biodegradable + H2O + Mikroorganisme CO2 + e- + H
+
Katoda : O2 + 4e- + 4H
+ 2H2O
Reaksi yang terjadi dalam masing-masing kompartemen tidak hanya
reaksi secara biologis, namun terdapat reaksi redoks. Reaksi redoks ini terjadi
karena prinsip utama dari sistem MFC ini adalah menggunakan sel galvani
(sel volta). Secara umum pada ruang anoda akan mengalami reaksi oksidasi
dan pada ruang katoda akan mengalami reaksi reduksi. Reaksi oksida yaitu
reaksi pelepasan elektron, sedangkan reaksi reduksi yaitu reaksi penambahan
elektron.
Energi listrik yang dihasilkan ini dapat diukur menggunakan multimeter,
sehingga dapat diketahui tegangan serta kuat arus yang dihasilkan. Sehingga
dari tegangan dan kuat arus yang di dapatkan dari multimeter, dapat
dihitungan daya listrik yang dihasilkan serta power density.
Daya (P) = V (tegangan) x I (kuat arus) ................................... (2.1)
Power Density =
................................................. (2.2)
Keterangan :
P = Daya (Watt)
V = Tegangan (Volt)
I = Kuat arus (Ampere)
Pd = Power density (Watt/m2)
A = Luas permukaan anoda (m2)
17
2.3 Air Limbah Tinja
Limbah domestik adalah limbah yang dihasilkan dalam kehidupan
sehari-hari dari sisa kegiatan rumah tangga. Salah satu limbah domestik yang
perlu dilakukan pengolahan terlebih dahulu adalah limbah tinja. Sumber
utama pencemaran badan air di perkotaan berasal dari air limbah rumah
tangga, sekitar 76,2% beban cemaran organik di sungai dan sekitar 84%
sampel air tanah telah tercemar oleh tinja (Pamekas dkk, 2007). Secara umum
kandungan mikroba dalam tinja dalam tinja dapat dilihat pada Gambar 2.7
dibawah ini.
Gambar 2. 7 Kandungan mikroorganisme pada tinja
(Toze, 1997)
Dari kandungan tinja ini dapat pula diartikan bahwa air limbah tinja
domina mengandung bakteri patogen Escherichia coli dan biasanya disebut
coliform fecal. Coliform fecal ini merupakan bakteri yang dihasilkan dari tinja
manusia, meliki karakteristik sebagai bakteri gram negatif, berbentuk batang,
bersifat anaerob fakultatif dan tidak membentuk spora (Kolwzan, Adamiak,
Grabas, & Pawelczyk, 2006). Secara umum karakteristik dari lumpur tinja diapat
dilihat pada Tabel 2.1.
18
Tabel 2. 1 Karakteristik lumpur tinja
No Parameter Satuan Konsentrasi
1. Total Solid (TS) mg/l 40.000
2. Total Volatile Solid (TVS) mg/l 25.000
3. Total Suspended Solid (TSS) mg/l 15.000
4. Volatile Suspended Solid (VSS) mg/l 10.000
5. BOD5 mg/l 7.000
6. COD mg/l 15.000
7. Total N mg/l 700
8. NH3-N mg/l 150
9. Total P mg/l 250
10. Alkalinitas mg/l 1.000
11. Lemak mg/l 8.000
12. pH - 6
13. Nitrit – N mg/l 1
14. Nitrat – N mg/l 4
15. Total Coliform MPN/100 ml 50.000.000
16. Fecal Coliform MPN/100 ml 20.000.000
(Sumber : Metcalf dan Eddy, 1991 dalam Sunarya dkk, 2009)
Limbah tinja ini diolah di Instalasi Pengolahan Lumpur Tinja (IPLT)
yang merupakan salah satu pengolahan lumpur tinja sebagai lanjutan dari
pengolahan yang berasal dari septic tank. IPLT ini dibangun untuk melakukan
pengolahan terhadap limbah rumah tangga agar saat dibuang di badan air sudah
memenuhi baku mutu sehingga tidak mencemari lingkungan dan tidak
membahayakan kesehatan. Secara umum baku mutu yang digunakan setiap IPLT
adalah Peraturan Gubernur Jawa Timur Nomor 72 Tahun 2013 tentang Baku
Mutu Air Limbah bagi Industri dan/atau Kegiatan Usaha Lainnya.
Tabel 2. 2 Baku mutu air limbah domestik
BAKU MUTU AIR LIMBAH DOMESTIK
Volume Limbah Cair Maximum 120 L/(orang.hari)
Parameter Kadar Maksimum (mg/l)
BOD5 30
COD 50
TSS 50
Minyak dan Lemak 10
pH 6-9
(Sumber : PERGUB JATIM No. 72 Thn 2013 Lamp 3)
2.4 Parameter COD (Chemical Oxygen Demand)
COD adalah jumlah oksigen terlarut yang digunakan untuk
mengoksidasi bahan-bahan organik yang terdapat dalam air limbah secara
kimiawi. Prinsip dari pengukuran COD yaitu dengan penambahan sejumlah
tertentu kalium bikromat (K2Cr2O7) sebagai oksidator pada sampel yang telah
ditambahkan dengan asam pekat dan katalis perak sulfat, kemudian
19
dipanaskan selama beberapa waktu (Agustira dkk, 2013). Nilai COD
merupakan ukuran dari pencemaran air yang disebabkan dari bahan organik
(Nurhasanah, 2009). Prinsip reaksi dari pengujian COD sebagai berikut :
H⁺(g) + CxHyOz(g) + Cr2O72-
(l) katalis CO2(g) + H2O(g) + Cr3+
Pada umumnya, nilai COD akan lebih besar dibandingkan dengan nilai BOD
karena COD merupakan kandungan total organik baik yang mudah
terdegradasi maupun susah terdegradasi yang ada pada air limbah (Istighfari,
2018).
Nilai COD dapat diukur dengan menggunakan SNI 6989.73:2009
Tentang Cara Uji COD dengan Cara Refluks Tertutup Secara Titrimetri.
Jumlah oksigen yang dibutuhkan dinyatakan dalam ekuivalen oksigen (O2
mg/liter). Nilai COD yang dinyatakan sebagai mg/liter O2 dapat dihitung
dengan persamaan 2.3.
COD (mg/liter O2) =
...................................................... (2.3)
Dimana :
A : Volume larutan Ferro Amonium Sulfat (FAS) yang dibutuhkan untuk
blanko, dinyatakan dalam mL
B : Volume larutan Ferro Amonium Sulfat (FAS) yang dibutuhkan untuk
contoh uji, dinyatakan dalam mL
M : Molaritas larutan FAS
8000 : berat miliequivalent oksigenn x 1000 mL/liter
2.5 Parameter BOD (Biochemical Oxygen Demand)
BOD merupakan jumlah oksigen terlarut yang digunakan oleh
mikroorganisme untuk mndegradasi bahan organik yang ada pada air limbah.
BOD merupakan parameter yang sering digunakan untuk menentukan derajat
pencemaran air. Prinsip dasar pengukuran BOD adalah dengan mengukur
kandungan oksigen terlarut awal (DOi) kemudian mengukur oksigen terlarut
dari sampel yang telah di inkubasi selama 5 hari pada suhu 20ᵒC dan kondisi
gelap (DO5). Selisih antara DOi dengan DO5 merupakan nilai BOD dalam
satuan miligram oksigen per liter (mg/L) (Agustira dkk, 2013). Menurut
20
Istighfari (2018) jika suatu badan air tercemar oleh zat-zat organik, oksigen
terlarut yang berada pada badan air akan dihabiskan oleh mikroorganisme
selama proses oksidasi tersebut bisa mengakibatkan kematian biota air dan
keadaan menjadi anerobik yang ditandai dengan adanya bau busuk pada air
tersebut. Pengukuran BOD ini menggunakan SNI 6989.72:2009.
2.6 Parameter TSS (Total Suspended Solid)
TSS merupakan total padatan tersuspensi yang berada didalam air
berupa bahan organik maupun anorganik yang dapat disaring dengan
menggunakan kertas saring berpori-pori 0,45 μm (Agustira dkk, 2013). Bahan
yang tersuspensi ini memiliki dampak terhadap lingkungan, menjadi air
semakin keruh sehingga sinar matahari tidak dapat menembus ke dalam
badan air yang dapat menyebabkan gangguan pertumbuhan bagi organisme
produsen.
Berdasarkan SNI 06-6989.3-2004 uji TSS dengan menggunakan
metode gravimetri. Prinsip dari pengujian ini adalah contoh uji yang telah di
homogenkan di saring dengan menggunakan kertas saring yang sebelumnya
sudah ditimbang. Residu yang tertahan pada kertas saring dikeringkan dengan
cara di oven pada suhu 103-105ᵒC. Nilai TSS dihitung dari perbedaan antara
padatan terlarut total dan padatan total. Nilai TSS dapat dihitung dengan
persamaan 2.4.
Mg TSS per liter =
............................................. (2.4)
Dimana :
A : Berat kertas saring + residu kering, dinyatakan dalam mg
B : berat kertas saring, dinyatakan dalam mg
2.7 Parameter pH (Potential Hidrogen)
pH merupakan ukuran kualitas dari air maupun air limbah (Agustira
dkk, 2013). Kadar yang baik untuk kehidupan mikroorganisme yaitu kadar
dimana masih memungkinkan kehidupan biologis di dalam air berjalan
21
dengan baik. Air limbah dengan kualitas air limbah yang tidak netral akan
menyulitkan proses biolis yang dapat mengganggu proses penjernihan.
Pengukuran pH ini menggunakan SNI 06-6989.11-2004 dengan
menggunakan pH meter yang dicelupkan ke dalam larutan uji sampai pH
meter menunjukkan pembacaan yang tetap.
2.8 Analisis Varians Dua-Arah (Two-Way ANOVA)
Analisis varians (ANOVA) adalah kumpulan dari model statistik yang
digunakan untuk menganalisis perbedaan rata-rata antara kelompok dan
prosedur terkait (Binus University, 2015). ANOVA ini digunakan untuk
menganalisis pengaruh variabel bebas terhadap variabel terikat (Istighfari,
2018). Two-Way ANOVA merupakan pengembangan dari One-Way
ANOVA, namun bedanya untuk Two-Way ANOVA untuk mengetahui dan
mengidentifikasi adanya dua faktor yang mungkin menyebabkan perbedaan
dalam variabel terikat. Oleh karena itu, dilakukan analisis varians dua-arah.
Dalam analisis dua-arah, harus mengukur setiap kombinasi dua faktor dari
variabel terikat yang sedang dikaji (Sugiharto, 2009).
Analisis Two Way ANOVA ini memiliki prasyarat untuk dapat
melanjutkan ke analisis Two Way ANOVA, yaitu uji normalitas dan uji
homogenitas. Kedua uji ini harus memenuhi syarat terlebih dahulu kemudian
dapat dilanjutkan di Two Way ANOVA.
a. Uji Normalitas
Pengujian ini digunakan untuk mengetahui apakah data yang dimiliki
berdistribusi/tersebar normal. Ketentuan yang berlaku untuk uji normalitas
ini adalah :
Hipotesis
H0 : Data berdistribusi normal
H1 : Data tidak berdistribusi normal
P-value > nilai α, maka H0 diterima. P-value < nilai α, maka H0 ditolak
Jika data tidak berdistribusi secara normal (P-value < nilai α ) maka
akan dilakukan alternatif untuk mendapatkan nilai normalitas.
22
Alternatif yang dapat dilakukan adalah membuang ouliers,
transformasi data dan mengubah menjadi analisis non-parametrik.
Transformasi Data
Transformasi data ini dilakukan untuk mengubah data agar
dapat dioleh dan dapat memenuhi syarat data harus berdistribusi
normal. Langkah pertama yaitu melihat bentuk histogram terhadap
respon, kemudian disesuaikan dengan bentuk histogram yang telah
ditentukan. Bentuk histogram yang telah ditentukan dapat dilihat
pada Gambar 2.8.
Gambar 2. 8 Kurva Histogram
(Sumber : Gio dan Rosmaini, 2009)
Gambar 2.8 digunakan untuk menentukan menggunakan
rumus yang mana untuk melakukan transformasi data. Rumus yang
digunakan untuk mentransformasi data dapat dilihat pada Tabel
2.3.
23
Tabel 2. 3 Rumus Transformasi Data
Bentuk Grafik Histogram Bentuk Transformasi Data
Moderate Positive Skewness SQRT (x)
Substansial Positive Skewness LG10 (x)
Severe Positive Skewness 1/x
Moderate Negative Skewness SQRT (k-x)
Substansial Negative Skewness LG10 (k-x)
Severe Negative Skewness 1/(k-x)
Sumber : Gio & Rosmaini, 2009)
Tabel 2.3 digunakan untuk menentukan rumus transformasi
data yang digunakan. Data yang telah dimasukkan kedalam
software analisis diubah berdasarkan rumus yang digunakan untuk
transformasi data. Langkah terakhir yaitu melakukan uji normalitas
lagi untuk mengetahui data transformasi berdistribusi normal.
b. Uji Homogenitas
Variabel dependen harus memiliki varian yang sama dalam setiap
kategori variabel independen. Pengujian homogenitas ini dibentuk oleh
variabel independen kategorikal (Dastiana dan Mudiantono, 2013).
Asumsi yang harus dipenuhi dalam pengujian ini adalah :
Hipotesis
H0 : Data homogen
H1 : Data tidak homogen
P-value > nilai α, maka H0 diterima. P-value < nilai α, maka H0 ditolak
2.9 Penelitian Terdahulu
Sebelum penelitian ini dilakukan terdapat beberapa penelitian yang
telah dilakukan yang dijadikan sebagai acuan dan pedoman dalam penelitian
yang akan dilakukan untuk Tugas Akhir ini, diantaranya adalah sebagai
berikut :
1) Penelitian ini dilakukan oleh Debajyoti Bose, Himanshi Dhawan,
Vaibhaw Kandpal, P. Vijay dan M. Gopinath pada tahun 2018. Penelitian
ini menggunakan substrat limbah cair domestik. Penelitian dilakukan
secara batch dengan dual chamber MFC serta volume substrat yang
24
digunakan 250 mL dengan suhu 25±3ᵒC. Elektroda yang dipakai adalah
karbon dengan membran Nafion 117. Pada ruang anoda diisi dengan
substrat 250 mL dan pada ruang katoda diisi dengan larutan buffer
phosphate 250 mL. Kandungan COD awal 820±30 mg/L menjadi 170
mg/L. Tegangan maksimum yang dihasilkan 1,45 V dengan rata-rata
750-850 V. Dioperasikan selama 2 minggu.
2) Penelitian ini dilakukan oleh T. Nuzul Akbar, M. Ramdan Kirom dan
Reza Fauzi Iskandar pada tahun 2017. Penelitian ini menggunakan
substrat lumpur sawah. Penelitian dilakukan secara batch dengan dual
chamber MFC serta volume substrat yang digunakan 400 mL dengan
variasi elektroda yaitu aluminium (Al), seng (Zn) dan tembaga (Cu) serta
dikombinasikan. Pada ruang katoda diberi aquadest dengan suplai udara
dari pompa akuarium serta menggunakan jembatan garam sebagai
pengalir proton. Variasi elektroda ini Al/Al,Al/Cu, Al/Zn, Cu/Al, Cu/Cu,
Cu/Zn, Zn/Zn, Zn/Al, Zn/Cu. Tegangan yang maksimum dihasilkan dari
kombinasi Zn/Cu dan Cu/Zn. Sistem MFC dioperasikan selama 3 jam
dan tanpa melakukan analisis kandungan organik.
25
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Rancangan Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Limbah Prodi Teknik
Pengolahan Limbah Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya dan di IPLT
Keputih, Surabaya. Diagram alir penelitian Microbial Fuel Cell
ditunjukkan pada Gambar 3.1 di bawah ini :
Gambar 3. 1 Diagram alir penelitian Microbial Fuel Cell
(Sumber : Analisis Penulis, 2019)
26
Gambar 3. 2 Diagram Alir Penelitian (Lanjutan)
(Sumber : Analisis Penulis, 2019)
Sedangkan untuk diagram pelaksanaan penelitian ditunjukkan pada
Gambar 3.3 dibawah ini :
Gambar 3. 3 Diagram alir pelaksanaan penelitian
(Sumber : Analisis Penulis, 2019)
27
3.1.1 Studi Literatur
Tahap awal dari penelitian ini adalah dengan melakukan studi
literatur dengan mempelajari jurnal publikasi nasional maupun
internasional, internet, buku-buku dan lain sebagainya yang
berkaitan dengan microbial fuel cell dan bioelectricity serta yang
memuat informasi untuk menunjang topik penelitian. Sebagai
pertimbangan dilakukan studi terhadap penelitian-penelitian
sebelumnya yang relevan dengan topik penelitian. Prosedur serta
peralatan yang digunakan merupakan alat skala yang telah
digunakan dalam penelitian sebelumnya.
3.1.2 Perumusan Masalah dan Penetapan Tujuan
Perumusan masalah dan penetapan tujuan terhadap topik
yang diangkat dalam penelitian. Masalah yang diangkat dalam
penelitian adalah energi listrik yang dapat dihasilkan dari sistem
MFC. Kemudian kombinasi elektroda manakah yang dapat
menghasilkan energi listrik tertinggi serta efisiensi removal terhadap
kontaminan organik, TSS dan perubahan pH dalam limbah cair
dengan menggunakan sistem MFC.
3.1.3 Pengumpulan Data
Pengumpulan data ini berdasarkan dua sumber, yaitu :
a. Data Primer
Pengumpulan data primer didapatkan secara langsung,
yaitu melalui sampling influent dari IPLT Keputih. Selanjutnya,
sampel ini di analisis kandungan COD, BOD, TSS dan pH.
Analisis sebelum pengoperasian sistem MFC ini untuk
mengetahui efisiensi removal yang dapat dilakukan oleh sistem
MFC.
b. Data Sekunder
Data sekunder yang didapatkan dari pihak IPLT Keputih
tentang kandungan COD, BOD, TSS dan pH pada influent
merupakan data pendukung. Data sekunder ini digunakan
28
sebagai langkah awal untuk memperkirakan kandungan COD,
BOD, TSS dan pH pada influent IPLT Keputih.
3.1.4 Metode Penelitian
Metode penelitian ini menggunakan reaktor Microbial Fuel
Cell (MFC) dengan sistem batch, sehingga semua sampel harus di
operasikan pada waktu yang bersamaan dengan kandungan influent
yang sama untuk setiap reaktor MFC. Penelitian ini mengacu pada
jurnal-jurnal publikasi internasional maupun nasional. Metode ini
menggunakan reaktor skala laboratorium dengan variasi kombinasi
elektroda dan waktu operasi.
3.1.5 Waktu dan Lokasi Penelitian
Waktu yang dibutuhkan untuk penelitian ini memiliki
jangka waktu pelaksanaa penelitian. Selain itu, lokasi penelitian ini
dilakukan di beberapa tempat untuk menunjang kemudahan dalam
melakukan penelitian ini.
a. Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Januari 2019 sampai
bulan Juni 2019.
b. Lokasi Penelitian
Penelitian ini akan dilakukan dibeberapa tempat, yaitu :
1. Laboratorium Limbah PPNS
2. Laboratorium Pengujian Balai Riset dan Standardisasi
Industri Surabaya
3. Laboratorium Kimia PPNS
4. IPLT Keputih, Surabaya
3.1.6 Variabel Penelitian
Variabel yang dilakukan dalam penelitian ini terdiri dari dua
variabel, yaitu variabel bebas dan variabel terikat.
29
a. Variabel Bebas
Variabel yang dibuat bervariasi dengan besar nilai tertentu.
Variabel bebas dalam penelitian ini adalah jenis kombinasi
elektroda Al/Cu dan Zn/Cu serta waktu operasi.
b. Variabel Terikat
Variabel terikat merupakan variabel yang terjadi akibat
variabel bebas. Variabel terikat dalam penelitian ini adalah kuat
arus, tegangan, daya dan power density yang dihasilkan oleh
sistem MFC serta efisiensi removal oleh sistem MFC untuk
parameter COD, BOD, TSS serta perubahan pH.
c. Variabel Kontrol
Variabel kontrol merupakan variabel yang dibuat konstan.
Variabel kontrol ini adalah elektroda tembaga (Cu).
Tabel 3. 1 Definisi operasional variabel penelitian No. Variabel Definisi
Operasional
Satuan dan
Kategori
Alat ukur /
Metode
Skala
1. Jenis elektroda
(kombinasi
elektroda Al/Cu
dan Zn/Cu) (X1)
Jenis elektroda
menyatakan
penggunaan
elektroda untuk
sistem MFC
Cm2 - Nominal
2. Waktu operasi
pada tahap
operasi (X2)
Waktu yang
digunakan selama
operasi sistem
MFC. Untuk
kategori energi
listrik diambil
setiap 6 jam sekali
sedangkan
kategori kualitas
limbah dianalisis
setiap 5 hari
sekali. Waktu
operasi ini
berjalan selama
15 hari.
Hari Timer Rasio
3. BOD (Y1) Parameter air
limbah untuk
menentukan
umlah oksigen
terlarut yang
digunakan
mikroorganisme
untuk
menguraikan zat-
zat organik
Ppm
(mg/L)
Titrasi
Winkler
Rasio
30
4. COD (Y2) Parameter air
limbah untuk
menentukan
jumlah oksigen
yang dibutuhkan
untuk
mengoksidasi
bahan organik
secara kimiawi
Ppm
(mg/L)
Refluks
tertututp
Rasio
5. TSS (Y3) Parameter air
limbah yaitu
padatan
tersuspensi
didalam air
berupa bahan
organik maupun
anorganik yang
dapat disaring
menggunakan
kertas saring
Ppm
(mg/L)
Gravimetri Rasio
6. pH (Y4) Derajat keasaman
untuk menyatakan
tingkat keasaman
atau kebasaan
yang dimiliki oleh
limbah cair
- pH meter Rasio
7. Tegangan (Y5) Perbedaan
potensial yang
dapat dihasilkan
dari dua titik
dalam rangkaian
listrik
Volt Multimeter Rasio
8. Kuat Arus (Y6) Banyaknya
muatan listrik
yang mengalir
dalam suatu
penghantar listrik
Ampere Multimeter Rasio
(Sumber : Analisis Penulis, 2019)
3.1.7 Jumlah Sampel Penelitian
Dalam penelitian ini, jumlah sampel untuk sistem MFC yang
digunakan untuk pengujian tegangan dan kuat arus membutuhkan
sebanyak 2 sampel dengan kombinasi elektroda Al/Cu dengan
Zn/Cu. Sedangkan jumlah sampel untuk COD, BOD, TSS dan pH
sebanyak 7 sampel dengan rincian pada Tabel 3.2.
31
Tabel 3. 2 Sampel analisis kualitas air limbah
Percobaan 1 : Kombinasi elektroda Al/Cu
Percobaan 2 : Kombinasi elektroda Zn/Cu
Percobaan Jenis
Elektroda
Waktu operasi (Hari)
0 5 10 15
Percobaan 1 Al/Cu
Sampel
1
Sampel 2 Sampel 3 Sampel
4
Percobaan 2 Zn/Cu Sampel 5 Sampel 6 Sampel
7
Jumlah sampel 7 x 2 (duplo) = 14 sampel
(Sumber : Analisis Penulis, 2019)
3.1.8 Pelaksanaan Penelitian
Pelaksaan penelitian ini terdiri dari pembuatan reaktor MFC,
preparasi membrane, preparasi elektroda serta analisis data.
1. Pembuatan Reaktor MFC
Pembuatan reaktor Microbial Fuel Cell untuk penelitian ini
adalah reaktor Microbial Fuel cell dengan tipe double chamber
MFC. Reaktor ini terbuat dari bahan akrilik dengan ukuran 11
cm x 15 cm x 15 cm. Luas membran yang terkena kontak 9,62
cm2. Luas permukaan elektroda yang tercelup adalah 138,8 cm
2.
Pembuatan reaktor ini sesuai dengan prinsip sel elektrolisis yang
mana terdapat ruang anoda dan katoda yang dipisahkan
menggunakan membran penukar ion, dalam penelitian ini
menggunakan membran jenis Nafion 117. Selanjutnya, di setiap
masing-masing ruang diletakkan elektroda. Elektroda yang
dipakai dalam sistem MFC ini merupakan kombinasi elektroda,
yaitu Al/Cu dengan Zn/Cu. Setiap elektroda ini akan
disambungkan dengan menggunakan kawat tembaga oleh
penjepit buaya kemudian penjepit buaya ini disambungkan
dengan multimeter untuk menunjukkan tegangan dan kuat arus
yang dihasilkan.
32
Gambar 3. 4 Reaktor tampak depan
(Sumber : Analisis Penulis, 2019)
Gambar 3. 5 Reaktor tampak samping
(Sumber : Analisis Penulis, 2019)
Gambar 3. 6 Reaktor MFC
(Sumber : Analisis Penulis, 2019)
33
2. Preparasi Membrane
Membran penukar ion yang digunakan yaitu membran
Nafion 117. Membran ini terlebih dahulu di preparasi yang
bertujuan untuk mengaktivasi dan serta membersihkan membran
dari impurities. Membran di aktivasi dengan langkah-langkah
yang dijelaskan dalam Gambar 3.7.
Gambar 3. 7 Diagram Alir Preparasi Membran Penukar Ion
(Sumber : Analisis Penulis, 2019)
Membran ini pertama harus dididihkan dengan H2O2 3%
selama 1 jam dengan suhu 80ᵒC lalu dibilas dengan
menggunakan aquadest. Selanjutnya membran dididihkan
kembali dengan menggunakan H2SO4 1 M selama 1,5 jam
dengan suhu 80ᵒC kemudian dibilas dengan menggunakan
aquadest. Membran kemudian disimpan dengan cara
merendamnya dengan aquadest sampai akan digunakan. Jika
akan digunakan dikeringkan dengan cara diangin-anginkan.
34
3. Preparasi Elektroda
Elektroda yang dipakai adalah aluminium (Al), seng (Zn)
dan tembaga (Cu). Elektroda ini juga harus dibersihkan dari
kotoran maupun biofilm yang menempel pada elektroda. Cara
membersihkan kotoran serta biofilm ini dengan menggunakan
amplas, jadi elektroda ini diamplas sampai bersih.
3.1.9 Eksperimen MFC
Pada penelitian dengan sistem MFC ini dilaksanakan dengan
menggunakan variasi penggunaan kombinasi elektroda yaitu Al/Cu
dengan Zn/Cu. Kemudian dilakukan variasi terhadap waktu operasi.
a. Variasi Kombinasi Elektroda
Eksperimen ini terdapat dua reaktor, anoda dan katoda yang
masing-masing reaktor diisi dengan elektroda. Percobaan
pertama variasi kombinasi elektroda ini menggunakan Al pada
ruang anoda dan Cu pada ruang katoda (Al/Cu). Percobaan
kedua menggunakan Zn pada ruang anoda dan Cu pada ruang
katoda (Zn/Cu). Ruang anoda akan diisi dengan limbah cair
domestik dari IPLT Keputih, tepatnya pada Unit balancing tank
sebanyak 2000 mL dan ruang katoda akan diisi dengan aquadest
2000 mL dengan diberi suplai udara dari aerator sebagai
penangkap ion.
b. Variasi lama waktu opearasi
Variasi lama waktu operasi ini dimaksudkan agar dapat
mengetahui pada hari keberapa energi listrik yang dihasilkan
mencapai maksimum dan efisiensi removal terbesar. Variasi
waktu operasi ini mengacu pada penelitian Bose et al., (2018a)
yang telah melakukan penelitian selama 15 hari menggunakan
sistem MFC double chamber dan dengan menggunakan limbah
tinja sebagai substrat. Pada penelitian sebelumnya didapatkan
titik puncak atau tegangan maksimum pada hari ke 10 dan pada
35
hari selanjutnya mengalami penurunan, sehingga digunakan
waktu operasi selama 15 hari.
3.1.10 Analisis Data
Analisis pada eksperimen ini yaitu penghasilan listrik dan
penurunan kandungan COD, BOD, TSS dan perubahan pH pada
limbah cair domestik IPLT, Keputih.
a. Pengukuran Energi Listrik
Pada sistem MFC ini yang akan diukur adalah beda
potensial (tegangan) dan arus listrik. Pengukuran ini dilakukan
menggunakan sistem pembacaan arduino. Sistem MFC ini
dirangkai dengan menggunakan sistem arduino sebagai
pembacaan tegangan yang dihasilkan serta menggunakan
raspberry-pi sebagai alat pencatat data yang telah dibaca. Pada
sistem ini telah terpasang tegangan sebesar 100 Ω. Pembacaan
sistem oleh arduino merupakan rata-rata nilai yang dibaca
selama satu menit, jadi nilai yang di tampilkan pada layar LCD
dan di catat oleh raspberry-pi merupakan hasil pembacaan
rata-rata dalam satu menit. Elektroda yang terpasang pada
masing-masing ruang di sambungkan dengan menggunakan
rangkaian kabel pada alat multimeter. Nilai yang tertera pada
multimeter diamati hingga nilai yang muncul pada layar stabil
dan dicatat. Pengambilan data ini dilakukan setiap satu menit
selama 15 hari penelitian sistem MFC, dengan mencatat nilai
kuat arus dan tegangan yang tertera pada multimeter,
kemudian data ini dicari rata-ratanya setiap satu hari kemudian
dapat menghitung daya rata-rata serta power density yang
dapat dihasilkan dari sistem MFC yang digunakan.
b. Analisis Limbah Cair Domestik
Analisis limbah cair domestik dilakukan untuk mengetahui
efisiensi removal yang terdapat pada sistem MFC. Analisis ini
dilakukan 5 hari sekali untuk mengetahui penurunan
kandungan COD, BOD dan TSS diakibatkan oleh sistem MFC.
36
Namun, untuk perubahan pH dilakukan pengambilan data
setiap satu menit bersamaan dengan pengambilan data untuk
tegangan dan kuat arus listrik. Analisis dilakukan secara duplo
untuk kualitas air limbah, yaitu duplo analisis untuk COD,
BOD dan TSS. Rincian penjelasannya sebagai berikut :
1. Analisis COD dilakukan setiap 5 hari sekali dengan
pengambilan sampel pada siang hari. Prosedur penelitian
mengacu pada SNI 6989.73:2009.
2. Analisis BOD dilakukan setiap 5 hari sekali dengan
pengambilan sampel pada siang hari. Prosedur penelitian
mengacu pada SNI 6989.72:2009.
3. Analisis TSS dilakukan setiap 5 hari sekali dengan
pengambilan sampel pada siang hari. Prosedur penelitian
mengacu pada SNI 06-6989.3-2004.
4. Analisis pH dilakukan setiap 5 hari sekali dengan
pengukuran pH dilakukan pada siang hari. Prosedur
penelitian mengacu pada SNI 06-6989.11-2004.
3.1.11 Uji Statistika Two-Way ANOVA
Uji statistika ini bertujuan untuk mengetahui apakah variabel
bebas yang digunakan mempengaruhi secara signifikan terhadap
penghasilan tegangan, kuat arus, daya dan power density serta
digunakan untuk mengetahui seberapa pengaruhnya variabel bebas
terhadap efisiensi removal COD, BOD, TSS dan perubahan pH. Uji
statistika dari penelitian ini menggunakan Two Way ANOVA
dengan menggunakan ssoftware Minitab 18.
3.1.12 Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan diperoleh dari data hasil penelitian yaitu dengan
mengolah data dan analisis data, sehingga mampu menjawab
permasalahan dan tujuan dari penelitian yang dilakukan. Hasil dari
eksperimen sistem MFC skala laboratorium untuk mendapatkan
37
kesimpulan berpengaruh atau tidak bnerpengaruhnya kombinasi
elektroda dan waktu operasi terhadap energi listrik serta penurunan
kualitas limbah. Saran ditunjukkan untuk penelitian selanjutnya
untuk lebih memperbanyak variasi agar dapat mengetahui variabel
bebas lainnya yang memiliki pengaruh yang signifikan terhadap
energi listrik serta penurunan konsentrasi kualitas air limbah pada
sistem MFC.
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1 Peralatan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian Microbial Fuel
Cell adalah sebagai berikut :
1. Reaktor MFC
2. Sistem pembacaan arduino
3. Kabel dan Penjepit buaya
4. Beaker Glass
5. Gelas ukur
6. Aerator
7. Rotameter
3.2.2 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian Microbial
Fuel Cell adalah sebagai berikut :
1. Membran Nafion 117
2. Elektroda (Al, Zn dan Cu)
3. Aquadest
4. NaOH 1 M
5. H2O2 3%
6. H2SO4
7. Aluminium foil
8. Amplas
9. Kawat tembaga
10. Limbah IPLT, Keputih
38
3.3 Jadwal Penelitian
Rencana pelaksanaan penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 3.6
dibawah ini :
Tabel 3. 3 Jadwal pelaksanaan penelitian
No. Kegiatan Bulan
I II III IV V VI 1. Studi Literatur 2. Perumusan masalah dan
penetapan tujuan
3. Penentuan variabel 4. Pengumpulan data 5. Pelaksanaan penelitian 6. Analisis data 7. Kesimpulan dan saran 8. Penyusunan laporan
(Sumber : Analisis Penulis, 2019)
39
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian ini dilakukan untuk mengidentifikasi pengaruh kombinasi
elektroda dan waktu operasi terhadap energi listrik yang dihasilkan oleh sistem
MFC dan juga efisiensi penyisihan terhadap BOD, COD, TSS dan perubahan pH.
Sistem MFC ini dioperasikan selama 15 hari dengan kombinasi elektroda seng
(Zn) dan aluminium (Al) pada anoda sedangkan katoda menggunakan tembaga
(Cu). Substrat yang digunakan dalam penelitian ini adalah air limbah dari
balancing tank IPLT Keputih, Surabaya. Desain dari sistem MFC ini
menggunakan double-chamber.
4.1 Desain Microbial Fuel Cell
Desain dari alat MFC ini merupakan penerapan sel elektrokimia dengan
sistem double-chamber yang mana sistem ini terdiri dari dua kompartemen,
yaitu kompartemen katoda dan kompartemen anoda. Sistem MFC dengan
double-chamber ini sering digunakan sebagai sistem MFC untuk menguji
pengaruh dari berbagai kondisi operasional (Lorenzo, Curtis, Head, & Scott,
2009). Sistem MFC ini pada masing-masing kompartemen dapat menampung
volume yang sama yaitu 2000 mL. Kedua kompartemen ini dipisahkan oleh
sebuah membran yaitu Proton Exchange Membrane (PEM) dengan jenis
membran Nafion 117, Lyntech, USA. Membran dengan jenis ini sering
digunakan dalam penelitian MFC sebagai membran penukar elektron.
Membran Nafion 117 ini digunakan untuk memisahkan kompartemen
anoda dan kompartemen katoda, selain itu membran ini digunakan sebagai
jalur bagi H⁺ untuk dapat berpindah dari kompartemen anoda menuju
kompartemen katoda. Luas membran yang terkena kontak yaitu 9,62 cm2.
Membran ini di preparasi terlebih dahulu sebelum dipakai untuk
meningkatkan area pertukaran serta memaksimalkan porositas dari membran.
Membran ini diletakkan di tengah antara kompartemen anoda dan
kompartemen katoda dan digunakan vaselin sebagai perekat antar reaktor
40
anoda dan reaktor katoda. Berikut skema dari desain MFC yang digunakan
dalam penelitian ini, dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Gambar 4. 1 Skema desain MFC Double-Chamber
Keterangan :
1. Sistem pembacaan arduino
2. Aerator
3. Kawat tembaga
4. Elektroda
5. Membran Nafion 117
Sistem MFC ini menggunakan variasi elektroda, yang pertama
menggunakan elektroda seng (Zn) pada kompartemen anoda dan elektroda
tembaga (Cu) pada kompartemen katoda, sedangkan yang kedua
menggunakan elektroda alumunium (Al) pada kompartemen anoda dan
tembaga (Cu) pada kompartemen katoda. Luas permukaan elektroda yang
terkena kontak untuk masing-masing elektroda yaitu 13,268 x 10-3
m2 dengan
panjang elektroda 6 cm, lebar elektroda 2 mm dan tinggi elektroda 11 cm.
Jarak antar elektroda yaitu 2 cm. Elektroda yang digunakan merupakan
elektroda baru dan harus diamplas terlebih dahulu untuk membersihakan
kotoran-kotoran yang menempel pada elektroda. Kabel tembaga yang muncul
di atas reaktor digunakan untuk menghubungkan elektroda dengan alat
pembacaan tegangan dan arus, dalam penelitian ini digunakan sistem arduino
41
sebagai alat baca dan sistem raspberry untuk mencatat data tegangan dan arus
yang dilakukan setiap satu menit sekali.
Sistem MFC ini dijalankan dengan sistem anaerobik, oleh karena itu
reaktor harus dalam keadaan tertutup saat dijalankan. Kompartemen anoda ini
diisi dengan limbah domestik yang diambil dari balancing tank Instalasi
Pengolahan Limbah Tinja (IPLT) Keputih, Surabaya sedangkan pada
kompartemen katoda diisi dengan aquadest serta diberi suplai udara. Suplai
udara ini dari aerator sebesar 3 L/menit dari pembacaan melalui rotameter.
Rangkaian sistem MFC yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat
pada Gambar 4.2.
Gambar 4. 2 Rangkaian sistem MFC
4.2 Karakteristik Limbah IPLT Keputih
IPLT adalah instalasi yang dirancang untuk menerima dan mengolah
lumpur tinja yang diangkut melalui truk tinja yang diambil dari tangki septik
domestik. Air limbah yang dihasilkan dari IPLT merupakan limbah domestik.
Air limbah domestik biasanya memiliki kandungan polutan organik yang
42
cukup tinggi dan dapat diolah dengan menggunakan pengolahan secara
biologis.
Penelitian ini menggunakan substrat yang diambil dari balancing tank.
Balancing tank ini berfungsi untuk meratakan beban supernatan, baik beban
organik maupun hidrolik. Balancing tank ini merupakan pengolahan kedua,
yaitu setelah Solid Separation Chamber (SSC) yang merupakan pengolahan
pertama. Karakteristik air limbah yang digunakan sebagai substrat dalam
penelitian ini ditunjukkan pada Tabel 4.1
Tabel 4. 1 Karakteristik awal air limbah domestik
Hasil analisis kimia dari substrat yang dipakai untuk penelitian ini
didapatkan hasil yang menunjukkan bahwa air limbah ini mengandung
polutan organik yang tinggi, yaitu konsentrasi COD sebesar 2189,795 mg/L.
Five-day Biochemical Oxygen Demand (BOD5) menunjukkan jumlah bahan
organik yang ada di dalam limbah untuk menstabilkan limbah secara biologis
selama periode lima hari. Hasil analisis untuk BOD5 menunjukkan nilai
768,24 mg/L, yang berarti air limbah dari balancing tank ini memiliki jumlah
pencemar organik yang tinggi.
Chemical Oxygen demand (COD) merupakan jumlah oksigen total
yang dibutuhkan untuk mengoksidasi bahan organik secara kimiawi, dan
lebih tepatnya COD ini banyak digunakan sebagai parameter untuk
mengetahui banyaknya bahan organik dalam suatu air limbah. COD juga
merupakan salah satu parameter pencemar di dalam air atau limbah yang di
sebabkan oleh bahan organik. Konsentrasi COD yang tinggi menyebabkan
kandungan oksigen terlarut di dalam air atau limbah menjadi rendah bahkan
habis, akibatnya oksigen sebagai sumber kehidupan bagi makhluk air ataupun
Parameter Uji Satuan Hasil Uji Metode Uji
BOD5 Mg/L 768,24 Titrasi Winkler
COD Mg/L 2189,795 Refluks Tertutup-
Spektrofotometri
TSS Mg/L 6270 Gravimetri
Minyak dan Lemak Mg/L 365,8 Gravimetri
pH - 6,97 pH meter
43
kebutuhan mikroorganisme untuk menguraikan bahan organik tidak dapat
terpenuhi sehingga dapat mengakibatkan kematian (Suoth dan Nazir, 2016).
Hasil analisis untuk COD menunjukkan nilai 2189,795 mg/L yang berarti air
limbah dari balancing tank ini memiliki jumlah polutan organik yang tinggi.
Total Suspended Solid (TSS) merupakan bahan-bahan tersuspensi
yang bertahan pada saringan milipore dengan diameter pori 0,45 μm. Hasil
analisis menunjukkan nilai 6270 mg/L. Konsentrasi minyak dan lemak pada
limbah domestik ini menunjukkan nilai 365,8 mg/L. Kandungan minyak dan
lemak yang cukup tinggi pada air limbah domestik dapat mempengaruhi
aktifitas dari mikroorganisme dalam mendegradasi limbah (Supriyadi dan
Karnaningroem, 2014). Hasil analisis pH bernilai 6,97 yang menunjukkan air
limbah domestik masih dalam rentang pH normal.
Tujuan diadakannya analisis awal air limbah (substrat) yang
digunakan adalah untuk mengetahui konsentrasi awal dari air limbah.
Konsentrasi awal dari limbah ini akan dijadikan acuan, karena akan dilakukan
analisa air limbah untuk setiap 5 hari. Analisis karakteristik awal dan setiap 5
hari akan mengetahui efisiensi penyisihan dari konsentrasi COD, BOD, TSS
dan perubahan nilai pH pada air limbah. Konsentrasi awal ini juga digunakan
sebagai acuan awal penelitian, karena berdasarkan teori jika semakin tinggi
nilai konsentrasi COD maka akan semakin tinggi pula nilai tegangan yang
akan dihasilkan.
4.3 Hasil Analisis Mikroorganisme
Menurut Toze (1997) bahwa mikroorganisme khususnya bakteri yang
dominan terdapat pada tinja adalah Escherichia coli, Salmonella sp, Shigella
sp dan Vibrio cholerae. Penelitian ini menggunakan subtrat yang berasal dari
Instalasi Pengolahan Limbah Tinja, maka akan dilakukan analisis untuk
mengetahui keberadaan bakteri yang terdapat pada limbah tinja.
Analisis untuk bakteri E. coli menggunakan media Eosin Methylene Blue
(EMB). Media ini digunakan untuk mendeteksi keberadaan bakteri E. coli
yang akan ditandai dengan adanya warna hijau metalik pada media EMB.
Analisis bakteri Salmonella sp dan Shigela sp menggunakan media yang
44
sama, yaitu Salmonella Shigella Agar (SSA). Media ini digunakan untuk
mendeteksi keberadaan Salmonella sp dan Shigela sp yang akan terbedakan
dari bakteri yang tumbuh. Keberadaan bakteri Salmonella sp ditandai dengan
adanya pertumbuhan mikrobanya berwarna hitam atau merah (Sari dkk,
2018). Warna hitam yang ditunjukkan oleh pertumbuhan Salmonella sp
dikarenakan sebagai hasil produksi gas H2S (Sari dkk, 2018). Analisis bakteri
Shigella sp ditandai dengan pertumbuhan koloni mikroba kecil, halus dan
tidak berwarna (Sari dkk, 2018). Analisis untuk bakteri Vibrio cholerae
menggunakan media Thiosulfate Citrate Bile Salt Sucrose (TCBS). Media ini
digunakan untuk mendeteksi keberadaan bakteri Vibrio cholerae dengan
ditandai dengan adanya pertumbuhan mikroba kuning, orange, hijau dan hijau
kebiruan (Ihsan & Retnaningrum, 2017).
Analisis kelimpahan mikroorganisme ini bertujuan untuk mengetahui jenis
mikroorganisme serta kelimpahannya. Menurut Prayogo dkk (2017)
mengatakan bahwa semakin banyak koloni bakteri yang terdapat dalam
substrat maka akan semakin banyak mengoksidasi senyawa organik dan
menghasilkan elektron yang akan di transfer ke elektroda. Semakin banyak
elektron yang ditansfer maka akan semakin tinggi pula tegangan yang
dihasilkan. Hasil analisis dari limbah tinja yang digunakan sebagai subtrat
menunjukkan adanya keberadaan bakteri Escherichia coli, Salmonella sp, dan
Shigella sp sedangkan untuk bakteri Vibrio cholerae tidak menunjukkan
adanya pertumbuhan yang berarti tidak adanya bakteri Vibrio cholerae dalam
limbah tinja yang digunakan. Keberadaan bakteri Vibrio cholerae yang
negatif ini dikarenakan habibat dari Vibrio cholerae merupakan di air yang
memiliki tingkat garam yang tinggi (Ananta dkk, 2013). Hasil analisis dari
dari mikroorganisme ini dapat dilihat pada Gambar 4.3.
45
(a)
(b)
(c)
Gambar 4. 3 hasil analisis bakteri (a) E. coli (b) Shalmonella sp dan Shigella sp
(c) Vibrio cholerae
Gambar 4.3 menunjukkan hasil analisis dari bakteri Escherichia coli,
Salmonella sp, Shigella sp dan Vibrio cholerae. Hasil analisis menunjukkan
bahwa bakteri yang di identifikasi terdapat pada kelimpahan 10-1
. Semakin
besar nilai pengenceran maka akan semakin sedikit pula jumlah koloni
bakteri yang terdapat dalam cawan petri. Menurut Waluyo (2010) cawan yang
46
dipilih dan dihitung adalah yang mengandung jumlah koloni antara 30-300.
Hasil analisis menunjukkan bahwa pada kelimpahan yang memenuhi syarat
adalah pada pengenceran 10-1
. Hasil analisa dari kelimpahan dapat dilihat
masing-masing bakteri dapat dilihat pada Tabel 4.2.
Tabel 4. 2 Hasil Analisis Kelimpahan Bakteri
No Bakteri Kelimpahan
1 E. coli 5,2 x 103
2 Salmonella sp 1,2 x 103
3 Shigella sp 1,96 x 103
4 Vibrio cholerae Tidak ada
4.4 Hasil Pengukuran Energi Listrik
Penelitian dengan menggunakan sistem MFC ini dilakukan dengan
menggunakan substrat limbah dari balancing tank IPLT Keputih, Surabaya
dengan volume 2000 mL. Kompartemen anoda diisi dengan substrat air
limbah dengan volume 2000 mL dan dioperasikan tanpa menggunakan
mediator (mediator-less), dimana elektron yang dihasilkan dari hasil degdrasi
senyawa organik secara langsung di transfer menuju elektroda tanpa bantuan
zat kimia tambahan. Tegangan dan kuat arus yang dihasilkan diukur dengan
menggunakan sistem batch. Penelitian ini menggunakan resistor sebagai
hambatan listrik eksternal. Nilai resistror yang dipakai adalah 100 Ohm.
Penelitian ini menggunakan variasi jenis elektroda yang dipasang secara
kombinasi yaitu Anoda/Katoda, dengan reaktor pertama menggunakan
pasangan elektroda seng dan tembaga (Zn/Cu) dan pada reaktor kedua
menggunakan pasangan elektroda aluminium dan tembaga (Al/Cu). Sistem
MFC pada penelitian ini menggunakan waktu operasi selama 15 hari.
Tegangan dan kuat arus yang dihasilkan dari sistem MFC dapat dilihat pada
Gambar 4.4.
47
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Zn/Cu
Al/Cu
Te
ga
ng
an
(mV
)
Hari Ke-
Gambar 4. 4 Grafik hubungan antara kombinasi elektroda dengan waktu operasi terhadap
tegangan
Gambar 4.4 menunjukkan hasil pengukuran tegangan yang dihasilkan oleh
sistem MFC selama waktu operasi 15 hari. Hasil pengukuran tegangan yang
ditunjukkan pada Gambar 4.4, nilai tegangan yang maksimal atau yang paling
tinggi dihasilkan pada hari pertama yaitu untuk kombinasi Zn/Cu sebesar
984,955 mV dan untuk kombinasi Al/Cu sebesar 983,495 mV, sedangkan
untuk hari-hari selanjutnya selama 15 hari mengalami penurunan nilai
tegangan. Hari ke-15 menunjukkan nilai paling minimum dari kedua
kombinasi, yaitu 378,943 mV dan 235,489 mV.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa dari hari pertama sampai hari
kelima belas tegangan yang dihasilkan mengalami penurunan setiap harinya.
Jika nilai tegangan yang dihasilkan mengalami penurunan, maka nila kuat
arus, daya dan power density juga akan mengalami penurunan. Nilai tegangan
mengalami penurunan dikarenakan kandungan senyawa organik yang
terdapat pada air limbah terus berkurang karena didegradasi oleh
mikroorganisme, dan juga pada penelitian ini yang dititik beratkan adalah
pada kandungan total senyawa organik atau COD. Seperti pada teori awal,
semakin tinggi nilai COD maka akan semakin tinggi pula tegangan yang
48
dihasilkan. Semakin sedikit kandungan organik dalam suatu limbah maka
akan semakin sedikit pula tegangan yang dihasilkan. Hasil ini juga didukung
dengan reaksi yang terjadi pada substrat, yaitu :
Anoda : molekul biodegradable + H2O + Mikroorganisme CO2 + e- + H
+
Katoda : O2 + 4e- + 4H
+ 2H2O
Limbah domestik yang digunakan sebagai substrat memiliki kandungan
total organik sebesar 2198,795 mg/L. Hari-hari berikutnya mengalami
penurunan kandungan organik. Hari kelima belas kandungan organik total
menjadi 603,525 mg/L untuk kombinasi elektroda Zn/Cu dan 687,21 untuk
kombinasi elektroda Al/Cu. Hal inilah yang menyebabkan nilai tegangan
yang dihasilkan selama 15 hari mengalami penurunan.
Nilai tegangan yang dihasilkan antara kombinasi elektroda Zn/Cu dan
Al/Cu memiliki nilai maksimum yang hampir sama, namun tetap yang
memiliki nilai tegangan maksimum adalah kombinasi elektroda Zn/Cu serta
nilai tegangan yang dihasilkan pada hari-hari berikutnya lebih tinggi
kombinasi elektroda Zn/Cu daripada Al/Cu. Penelitian Çek (2017)
menyebutkan bahwa terdapat keuntungan menggunakan zinc sebagai
elektroda pada sistem MFC. Salah satu keuntungan tersebut yaitu zinc adalah
bahan yang biocompatible dengan bakteri. Pernyataan ini diperkuat dengan
adanya penelitian Radi dan Al-Fetlawi (2016) tentang pengaruh karakteristik
elektroda pada sistem MFC. Penelitian tersebut menggunakan kombinasi
logam Al, Cu dan Zn, kemudian didapatkan kombinasi elektroda Zn/Cu yang
menghasilkan tegangan paling tinggi, hal ini dikarenakan Zn merupakan
anoda yang baik sebagai tempat melekatnya bakteri dan mudah dalam
membentuk biofilm sehingga menunjukkan kinerja yang baik dalam sistem
MFC. Peran Zn untuk mikroorganisme juga berpengaruh terhadap penghasil
energi. Menurut Yuliani (2010) Zn memiliki fungsi untuk melakukan sintesis
protein serta pembelahan sel. Fungsi Zn lainnya adalah berperan dalam
metabolisme, sehingga mikroorganisme ini mudah melekat pada elektroda
Zn.
Nilai kuat arus didapatkan dari sistem MFC dengan menggunakan beban
100 Ohm. Nilai kuat arus dapat dilihat pada Gambar 4.5.
49
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Ku
at A
rus
(mA
)
Hari Ke-
Zn/Cu
Al/Cu
Gambar 4. 5 Grafik hubungan anatara kombinasi elektroda dan waktu operasi terhadap kuat
arus
Hasil pengukuran kuat arus yang ditunjukkan oleh Gambar 4.5. Hasil
pengukuran yang ditunjukkan oleh Gambar 4.5 memiliki trend yang sama
dengan hasil pengukuran tegangan hanya yang membedakan adalah nilainya.
Hal ini dikarenakan mengikuti kaidah hukum ohm yaitu V = I x R, jadi untuk
mendapatkan nilai kuat arus nilai tegangan yang dihasilkan dibagi dengan
hambatan yang terdapat pada sistem pembacaan arduino. Semakin besar nilai
hambatan yang digunakan maka akan semakin kecil pula kuat arus yang
dihasilkan. Nilai maksimum pada penelitian ini terdapat pada hari pertama,
untuk kombinasi Zn/Cu dan Al/Cu nilai kuat arus yang dihasilkan sebesar
9,845 mA dan 9,837 mA. Hari-hari selanjutnya mengalami penurunan sama
dengan nilai tegangan karena nilai arus yang terbaca dipengaruhi oleh nilai
tegangan yang dihasilkan. Oleh karena itu, jika tegangan mengalami
penurunan maka kuat arus juga mengalami penurunan. Nilai minimum pada
masing-masing reaktor 1 dan reaktor 2 pada hari ke-15 yaitu 3,793 mA dan
2,356 mA.
50
Data tegangan serta kuat arus yang telah di dapatkan dapat diolah untuk
mendapatkan nilai daya dengan menggunakan Persamaan 2.1. Nilai daya
yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 4.6.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Da
ya
(mW
)
Hari Ke-
Zn/Cu
Al/Cu
Gambar 4. 6 Grafik hubungan kombinasi elektroda dan waktu operasi terhadap daya
Penelitian ini juga menghitung daya (P) yang dapat dihasilkan dari sistem
MFC. Perhitungan daya dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.1
yang mana nilai tegangan dikalikan dengan kuat arus. Daya yang dihasilkan
paling tinggi terdapat pada hari pertama, karena tegangan dan kuat arus yang
dihasilkan yang paling maksimum dihasilkan pada hari pertama. Hasil
penelitian untuk daya maksimum untuk masing-masing reaktor yaitu 9,697
mW untuk kombinasi Zn/Cu dan 9,675 mW untuk kombinasi Al/Cu dan
untuk nilai minimum daya pada hari ke-15 dalam penelitian ini yaitu sebesar
1,437 mW dan 0,555 mW. Penurunan nilai daya ini disebabkan oleh nilai
tegangan dan kuat arus yang menurun karena kandungan organik pada
substrat semakin menurun.
Data nilai daya yang telah di dapatkan dapat diolah untuk mendapatkan
nilai power density dengan menggunakan Persamaan 2.2. Nilai power density
yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 4.7.
51
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
0,0
1,0x10-2
2,0x10-2
3,0x10-2
4,0x10-2
5,0x10-2
6,0x10-2
7,0x10-2
8,0x10-2
Po
we
r D
en
sity
(mW
/cm
2)
Hari Ke-
Zn/Cu
Al/Cu
Gambar 4. 7 Grafik hubungan antara kombinasi elektroda dan waktu operasi terhadap
PowerDensity
Penelitian ini juga menghitung power density (kerapatan daya) yang mana
daya yang dihasilkan dibagikan dengan luas permukaan elektroda yang
terkena kontak dengan substrat. Hasil nilai dari power density untuk nilai
maksimumnya pada hari pertama dengan nilai 7,31 x 10-2
mW/cm2 untuk
kombinasi Zn/Cu dan 7,29 x 10-2
mW/cm2 untuk kombinasi Al/Cu. Nilai
minimum yang dihasilkan pada hari ke-15 adalah sebesar 1,08 x 10-2
mW/cm2 dan 4,18 x 10
-3 mW/cm
2. Nilai daya dan power density sama-sama
dipengaruhi oleh tegangan dan kuat arus. Nilai tegangan dan kuat arus
menurun, makan daya dan power density juga akan mengalami penurunan
nilai.
4.5 Analisis Kualitas Air Limbah
Analisis kualitas air limbah ini meliputi analisis COD, BOD, TSS dan pH.
Paramater yang dipilih untuk analisis kualitas air limbah mengacu pada
Peraturan Gubernur Jawa Timur No. 72 Tahun 2013 tentang Baku Mutu Air
Limbah Domestik. Analisis kualitas limbah dilakukan setiap 5 hari sekali
dengan waktu operasi selama 15 hari. Analisis kualitas air limbah ini
52
diperlukan karena sistem MFC ini dapat menurunkan beban polutan organik
pada air limbah. Penelitian Bose et al (2018a) menyebutkan bahwa selain
dapat menghasilkan listrik, sistem MFC ini dapat juga menurunkan beban
organik dalam limbah. Menurut Haslett (2012) bahwa semakin tinggi
konsentrasi COD pada suatu air limbah maka akan dihasilkan beda potensial
yang semakin besar pula. Analisis kualitas air limbah ini juga disertai dengan
analisis kualitas air limbah kontrol bertujuan sebagai pembanding anatara
menggunakan sistem MFC dan yang tidak menggunakan sistem MFC.
Konsentrasi awal dari substrat yang digunakan dalam penelitian dapat
dilihat pada Tabel 4.1. Analisis konsentrasi COD yang diambil setiap 5 hari
sekali selama 15 hari dapat dilihat pada Gambar 4.8. Efisiensi removal COD
dapat dilihat pada Gambar 4.9.
0 5 10 15
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
CO
D (
mg
/L)
Hari Ke-
Zn/Cu
Al/Cu
Kontrol
Gambar 4. 8 Grafik hubungan antara kombinasi elektroda dan waktu operasi terhadap konsentrasi
COD
53
0 5 10 15
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
Efisie
nsi R
em
ova
l (%
)
Hari Ke-
Zn/Cu
Al/Cu
Kontrol
Gambar 4. 9 Presentase removal COD
Gambar 4.8 menunjukkan konsentrasi COD untuk setiap masing-masing
reaktor selama 15 hari yang dianalisis setiap 5 hari sekali. Reaktor 1 dengan
kombinasi elektroda Zn/Cu. Reaktor 2 dengan kombinasi elektroda Al/Cu.
Reaktor kontrol dengan tidak diberikan perlakuan sama sekali. Pada Gambar 4.8
menunjukkan bahwa konsentrasi COD dari awal penelitian sampai selesai
penelitian mengalami penurunan, tidak terkecuali pada reaktor kontrol.
Konsentrasi COD awal sebesar 2189,795 mg/L. Reaktor 1 pada hari ke-5
memiliki konsentrasi COD sebesar 773,73 mg/L. Hari ke-10 konsnetrasi COD
sebesar 678,06 mg/L. Hari ke-15 konsentrasi COD sebesar 603,525 mg/L.
Penelitian ini sejalan dengan penelitian Bose et al (2018a) yang menyebutkan
bahwa semakin lama waktu operasi maka kandungan organik pada substrat akan
terus menurun. Sama halnya dengan penelitian yang dilakukan, semakin lama
waktu operasi maka konsentrasi COD semakin menurun. Persentase removal
terbesar pada reaktor 1 terjadi pada hari ke-15 yaitu sebesar 72,439%.
Konsentrasi awal dari semua reaktor adalah sama, yaitu 2189,795 mg/L.
Reaktor 2 pada hari ke-5 memiliki konsentrasi COD sebesar 888,51 mg/L. Hari
ke-10 konsnetrasi COD sebesar 777,555 mg/L. Hari ke-15 konsentrasi COD
54
sebesar 696,81 mg/L. Persentase removal terbesar pada reaktor 2 terjadi pada hari
ke-15 yaitu sebesar 68,179%. Reaktor kontrol pada hari ke-5 memiliki konsentrasi
COD sebesar 1244,385 mg/L. Hari ke-10 konsentrasi COD sebesar 980,37 mg/L.
Hari ke-15 konsentrasi COD sebesar 939,48 mg/L. Persentase removal terbesar
pada reaktor kontrol terjadi pada hari ke-15 yaitu sebesar 57,097%. Reaktor
kontrol meskipun tidak diberikan perlakuan apapun tetap saja akan mengalami
penurunan konsnetrasi COD. Hal ini dikarenakan di dalam substrat yang tidak
diberikan perlakuan apapun akan tetap terjadi metabolisme dari mikroorganisme.
Pada penelitian Huggins et al (2014) menyebutkan perbedaan penguraian antara
suspended growth dan attached growth, lebih efektif menggunakann attached
growth untuk menguraikan beban organik.
0 5 10 15
100
200
300
400
500
600
700
800
BO
D5
(m
g/L
)
Hari Ke-
Zn/Cu
Al/Cu
Kontrol
Gambar 4. 10 Grafik hubungan antara kombinasi elektroda dan waktu operasi terhadap konsentrasi
BOD
55
0 5 10 15
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
Efis
ien
si R
em
ova
l (%
)
Hari Ke-
Zn/Cu
Al/Cu
Kontrol
Gambar 4. 11 Persentase removal BOD
Gambar 4.10 menunjukkan konsentrasi BOD untuk setiap masing-masing
reaktor selama 15 hari yang dianalisis setiap 5 hari sekali. Reaktor 1 dengan
kombinasi elektroda Zn/Cu. Reaktor 2 dengan kombinasi elektroda Al/Cu.
Reaktor kontrol dengan tidak diberikan perlakuan sama sekali. Pada Gambar 4.10
menunjukkan bahwa konsentrasi BOD dari awal penelitian sampai selesai
penelitian mengalami penurunan, tidak terkecuali pada reaktor kontrol.
Konsentrasi BOD awal sebesar 768,24 mg/L. Reaktor 1 pada hari ke-5 memiliki
konsentrasi BOD sebesar 484,23 mg/L. Hari ke-10 konsnetrasi BOD sebesar
294,06 mg/L. Hari ke-15 konsentrasi BOD sebesar 249,93 mg/L. Penelitian ini
sejalan dengan penelitian Bose et al (2018a) yang menyebutkan bahwa semakin
lama waktu operasi maka kandungan organik pada substrat akan terus menurun.
Sama halnya dengan penelitian yang dilakukan, semakin lama waktu operasi
maka konsentrasi COD semakin menurun. BOD ini merupakan bagian dari COD,
jadi jika konsentrasi COD turun makan konsnetrasi BOD juga kemungkinan akan
turun. Persentase removal terbesar pada reaktor 1 terjadi pada hari ke-15 yaitu
sebesar 67,467%.
Konsentrasi awal dari semua reaktor adalah sama, yaitu 768,24 mg/L.
Reaktor 2 pada hari ke-5 memiliki konsentrasi BOD sebesar 518,61 mg/L. Hari
56
ke-10 konsnetrasi BOD sebesar 322,695 mg/L. Hari ke-15 konsentrasi BOD
sebesar 288,225 mg/L. Persentase removal terbesar pada reaktor 2 terjadi pada
hari ke-15 yaitu sebesar 62,482%. Reaktor kontrol pada hari ke-5 memiliki
konsentrasi BOD sebesar 559,275 mg/L. Hari ke-10 konsentrasi BOD sebesar
376,71 mg/L. Hari ke-15 konsentrasi BOD sebesar 327,975 mg/L. Persentase
removal terbesar pada reaktor kontrol terjadi pada hari ke-15 yaitu sebesar
57,308%. Persentase removal untuk setiap pengambilan 5 hari sekali untuk
masing-masing reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.11.
0 5 10 15
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
13000
To
tal S
usp
en
de
d S
olid
(m
g/L
)
Hari Ke-
Zn/Cu
Al/Cu
Kontrol
Gambar 4. 12 Grafik hubungan antara kombinasi elektroda dan waktu operasi terhadap konsentrasi
Total Suspended Solid (TSS)
Gambar 4.12 menunjukkan konsentrasi TSS untuk setiap masing-masing
reaktor selama 15 hari yang dianalisis setiap 5 hari sekali. Gambar 4.12
menunjukkan bahwa konsentrasi TSS dari awal penelitian sampai selesai
penelitian mengalami kenaikan konsentrasi. Kenaikan konsentrasi paling besar
terjadi pada hari ke-5, kemudian untuk harik ke-10 dan ke-15 mengalami
penurunan namun konsentrasinya lebih tinggi dibandingkan konsentrasi awal.
Konsentrasi TSS awal sebesar 6270 mg/L. Reaktor 1 pada hari ke-5 memiliki
konsentrasi TSS sebesar 12090 mg/L. Hari ke-10 konsnetrasi TSS sebesar 8940
mg/L. Hari ke-15 konsentrasi TSS sebesar 8330 mg/L. Kenaikan Konsnetrasi TSS
57
pada hari kelima dikarenakan terjadi proses dekomposisi bahan organik yang
menyebabkan konsentrasi TSS mengalami kenaikan. Hal ini juga dikarenakan
terdapat biofilm yang akan mengikat kotoran-kotoran di sekitarnya dan bakteri
untuk melekat, sehingga gumpalan tersebut akan menyumbangkan konsentrasi
TSS. Alasan lain adalah dari segi membran yang pada penelitian Sethuraman et al
(2009) mengatakan bahwa membran Nafion 117 memiliki permeabilitas terhadap
oksigen. Permeabilitas terhadap oksigen inilah yang membuat oksigen pada ruang
katoda dapat berpindah ke ruang anoda. Berpindahnya oksigen dari ruang katoda
menuju ruang anoda akan membuat limbah yang berada pada ruang anoda akan
teraerasi. Limbah yang akan teraerasi akan menimbulkan kenaikan konsentrasi
TSS seperti penelitian yang dilakukan oleh Huggins et al (2014).
Penelitian yang dilakukan sejalan dengan penelitian Ray et al (2016) yang
membahas kombinasi MFC dengan menggunakan membran bioreactor. Penelitian
Ray et al (2016) menunjukkan effluent TSS pada sistem MFC mengalami
kenaikan, oleh karena itu di kombinasikan dengan membran bioreaktor agar
menjadi unit yang efektif dalam menurunkan konsentrasi COD dan TSS. Analisis
TSS pada hari ke-10 mengalami penurunan, hal ini dikarenakan terjadi
ketersediaan bahan organik dalam substrat semakin sedikit dan mengakibatkan
terjadi persaingan antar mikroorganisme, atau dapat dikatakan akan terjadi reaksi
endogenus (Prasad, Sridevi, Lakshmi, & Swathi, 2015).
58
0 5 10 15
6,960
6,962
6,964
6,966
6,968
6,970
6,972
6,974
6,976
6,978
6,980
p
H
Hari Ke-
Zn/Cu
Al/Cu
Kontrol
Gambar 4. 13 Grafik hubungan antara kombinasi elektroda dan waktu operasi terhadap konsentrasi
perubahan nilai
Gambar 4.14 menunjukkan perubahan nilai pH untuk setiap masing-
masing reaktor selama 15 hari yang dianalisis setiap 5 hari sekali. Gambar
4.14 menunjukkan bahwa perubahan nilai pH dari awal penelitian sampai
selesai penelitian menunjukkan nilai yang stabil, yaitu masih pada range pH
normal. Nilai pH awal sebesar 6,97. Reaktor 1 pada hari ke-5 memiliki nilai
pH sebesar 6,96. Hari ke-10 memiliki nilai pH sebesar 6,96. Hari ke-15
memiliki nilai pH sebesar 6,96. Reaktor 2 pada hari ke-5 memiliki nilai pH
sebesar 6,97. Hari ke-10 memiliki nilai pH sebesar 6,97. Hari ke-15 memiliki
nilai pH sebesar 6,98. Reaktor kontrol pada pengukuran nilai pH memiliki
nilai yang sama dari awal penelitian sampai akhir penelitian, yaitu 6,97.
Penelitian ini sejalan dengan penelitian Ma et al (2019) yang menyebutkan
bahwa kenaikan nilai pH dipengaruhi oleh kenaikan temperatur. Penelitian
yang dialakukan oleh Ma (2019) didapatkan grafik hubungan antara pH dan
temperatur, yang mana didapatkan bahwa pH akan mengalami kenaikan jika
temperatur mengalami kenaikan. Penelitian yang dilakukan didapatkan nilai
pH yang stabil karena temperatur yang didapatkan dari awal penelitian
59
sampai akhir penelitian untuk reaktor 1, reaktor 2 dan reaktor kontrol adalah
27⁰C ± 0,5.
4.6 Statistika
Penelitian yang dilakukan memerlukan analisis statistika untuk dapat
menarik kesimpulan. Analisis statistika yang digunakan dalam penelitian ini
menggunakan metode Two Way Anova dengan tingkat signifikansi (α)
sebesar 0,05 (5%) dengan menggunakan software Minitab 18. Hasil dari uji
statistika ini untuk mengetahui seberapa signifikan waktu operasi dan
kombinasi elektroda terhadap energi listrik dan penurunan konsentrasi dari
kualitas air limbah. Prasyarat untuk dapat melakukan uji Two Way Anova
adalah data harus berdistribusi secara normal dan homogen, oleh karena itu
harus dilakukan uji normalitas dan uji homogenitas.
4.6.1 Tegangan
a. Uji Normalitas
Hipotesis dalam pengujian normalitas,
H0 : Data berdistribusi secara normal
H1 : Data berdistribusi secara tidak normal
Gambar 4. 14 Pengujian Normalitas Tegangan
60
Gambar 4.15 menunjukkan hasil dari uji normalitas
terhadap tegangan dengan pengaruh waktu operasi dan kombinasi
elektroda. Gambar 4.15 menunjukkan terdapat 30 nilai dari
tegangan dengan nilai rata-rata 596, standar deviasi 240 dan nilai
statistika dari kolmogrov-Smirnov (KS) sebesar 0,134 P-value >
0,150 lebih dari α 0,05. Nilai P-value > 0,05 maka H0 diterima dan
H1 ditolak, sehingga data dinyatakan berdistribusi normal. Menurut
Efendy dan Muin (2018) bahwa data dikatakan normal dapat
dilihat dari persebaran datanya, jika membentuk garis lurus atau
hampir lurus, maka dapat dikatakan berdistribusi normal.
b. Uji Homogenitas
Hipotesis dalam pengujian homogenitas,
H0 : Data homogen
H1 : Data tidak homogen
Gambar 4. 15 Pengujian Homogenitas Tegangan vs Kombinasi Elektroda
P-value pada pengujian homogenitas dengan menggunakan
metode lavene memiliki nilai sebesar 0,563. Nilai P-value > 0,05
maka H0 diterima dan H1 ditolak. Gambar 4.16 menunjukkan tidak
terdapat data yang kosong dan saling beririsan, maka data dapat
2
1
350300250200150
P-Value 0,365
P-Value 0,563
Multiple Comparisons
Levene’s Test
KO
MB
INA
SI
Test for Equal Variances: TEGANGAN vs KOMBINASIMultiple comparison intervals for the standard deviation, α = 0,05
If intervals do not overlap, the corresponding stdevs are significantly different.
61
dikatakan homogen. Pengujian homogenitas ini hanya berlaku
untuk data yang bersifat kategorik, jadi pada pengujian
homogenitas yang diuji hanya data kombinasi elektroda terhadap
tegangan. Waktu operasi dalam penelitian ini merupakan data yang
bersifat numerik.
Pengujian normalitas dan pengujian homogenitas sudah
memenuhi prasyarat untuk melanjutkan ke uji statistika Two Way
Anova.
c. Uji Two Way Anova
Hipotesis dalam pengujian Two Way Anova,
H0 : Tidak ada perbedaan
H1 : Terdapat perbedaan pengaruh
Gambar 4. 16 Pengujian Two Way ANOVA Tegangan
Pengujian Two Way ANOVA ini digunakan untuk
mengetahui pengaruh waktu operasi dan kombinasi elektroda
terhadap tegangan. Pengujian ini memiliki nilai P-value (0,000) <
α (0,05). Hasil P-value dapat menginterpretasikan bahwa waktu
62
operasi dan kombinasi elektroda memiliki pengaruh yang
signifikan pada tingkat signifikansi 0,05 terhadap nilai tegangan
yang dihasilkan. Tingkat kepercayaan atau kebaikan model dari uji
anova ini dapat dilihat dari nilai R-square yaitu sebesar 90,14%.
4.6.2 Arus
a. Uji Normalitas
Hipotesis dalam pengujian normalitas,
H0 : Data berdistribusi secara normal
H1 : Data berdistribusi secara tidak normal
Gambar 4. 17 Pengujian Normalitas Arus
Gambar 4.18 menunjukkan hasil dari uji normalitas
terhadap arus dengan pengaruh waktu operasi dan kombinasi
elektroda. Gambar 4.18 menunjukkan terdapat 30 nilai dari arus
dengan nilai rata-rata 5,957, standar deviasi 2,403 dan nilai
statistika dari kolmogrov-Smirnov (KS) sebesar 0,140 P-value
0,136 lebih dari α 0,05. Nilai P-value > 0,05 maka H0 diterima dan
H1 ditolak, sehingga data dinyatakan berdistribusi normal. Menurut
Efendy dan Muin (2018) bahwa data dikatakan normal dapat
dilihat dari persebaran datanya, jika membentuk garis lurus atau
hampir lurus, maka dapat dikatakan berdistribusi normal.
63
b. Uji Homogenitas
Hipotesis dalam pengujian homogenitas,
H0 : Data homogen
H1 : Data tidak homogen
Gambar 4. 18 Pengujian Homogenitas Arus vs Kombinasi Elektroda
P-value pada pengujian homogenitas dengan menggunakan
metode lavene memiliki nilai sebesar 0,600. Nilai P-value (0,600)
> 0,05 maka H0 diterima dan H1 ditolak. Gambar 4.19
menunjukkan tidak terdapat data yang kosong dan saling beririsan,
maka data dapat dikatakan homogen. Pengujian homogenitas ini
hanya berlaku untuk data yang bersifat kategorik, jadi pada
pengujian homogenitas yang diuji hanya data kombinasi elektroda
terhadap arus. Waktu operasi dalam penelitian ini merupakan data
yang bersifat numerik.
Pengujian normalitas dan pengujian homogenitas sudah
memenuhi prasyarat yaitu nilai P-value > nilai α untuk melanjutkan
ke uji statistika Two Way Anova.
c. Uji Two Way Anova
Hipotesis dalam pengujian Two Way Anova,
2
1
3,53,02,52,01,5
P-Value 0,391
P-Value 0,600
Multiple Comparisons
Levene’s Test
KO
MB
INA
SI
Test for Equal Variances: ARUS vs KOMBINASIMultiple comparison intervals for the standard deviation, α = 0,05
If intervals do not overlap, the corresponding stdevs are significantly different.
64
H0 : Tidak ada perbedaan
H1 : Terdapat perbedaan pengaruh
Gambar 4. 19 Pengujian Two Way ANOVA Arus
Pengujian Two Way ANOVA ini digunakan untuk
mengetahui pengaruh waktu operasi dan kombinasi elektroda
terhadap tegangan. Pengujian ini memiliki nilai P-value (0,000) <
α (0,05). Hasil P-value dapat menginterpretasikan bahwa waktu
operasi dan kombinasi elektroda memiliki pengaruh yang
signifikan pada tingkat signifikansi 0,05 terhadap nilai arus yang
dihasilkan. Tingkat kepercayaan atau kebaikan model dari uji
anova ini dapat dilihat dari nilai R-square yaitu sebesar 90,21%.
4.6.3 Daya
a. Uji Normalitas
Hipotesis dalam pengujian normalitas,
H0 : Data berdistribusi secara normal
H1 : Data berdistribusi secara tidak normal
65
Gambar 4. 20 Pengujian Normalitas Daya
Gambar 4.21 menunjukkan hasil dari uji normalitas
terhadap daya dengan pengaruh waktu operasi dan kombinasi
elektroda. Gambar 4.21 menunjukkan terdapat 30 nilai dari daya
dengan nilai rata-rata 4,108, standar deviasi 2,903 dan nilai
statistika dari kolmogrov-Smirnov (KS) sebesar 0,169 P-value
0,037 lebih kecil dari α (0,05). Nilai P-value < 0,05 maka H0
ditolak dan H1 diterima, sehingga data dinyatakan tidak
berdistribusi normal.
Data yang tidak berdistribusi normal harus ditransformasi
terlebih dahulu, agar memenuhi prasyarat data berdistribusi
normal. Langkah awal adalah dengan melihat histogram dari data
daya. Histogram data daya dapat dilihat pada Gambar 4.22.
66
Gambar 4. 21 Histogram Daya
Histogram pada Gambar 4.22 menunjukkan bahwa data
daya merupakan data yang yang berbentuk Moderate Positive
Skewness. Transformasi data menggunakan Moderate Positive
Skewness dengan mengubah data menggunakan rumus SQRT(x).
Tabel transformasi data dapat dilihat pada Tabel 4.3.
Tabel 4. 3 Transformasi Data Daya
HARI KOMBINASI DAYA
1 1 3,113956
1 1,414214 3,110459
1,414214 1 2,84625
1,414214 1,414214 2,57763
1,732051 1 2,705827
1,732051 1,414214 2,359385
2 1 2,683516
2 1,414214 2,265566
2,236068 1 2,683881
2,236068 1,414214 1,595825
2,44949 1 2,616085
2,44949 1,414214 1,355839
2,645751 1 2,529917
2,645751 1,414214 1,326323
2,828427 1 2,441913
2,828427 1,414214 1,131056
108642
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
DAYA
Fre
qu
en
cy
Histogram of DAYA
67
HARI KOMBINASI DAYA
3 1 2,396377
3 1,414214 1,063461
3,162278 1 2,15192
3,162278 1,414214 1,054901
3,316625 1 1,941787
3,316625 1,414214 0,948044
3,464102 1 1,860962
3,464102 1,414214 0,94604
3,605551 1 1,693768
3,605551 1,414214 0,911424
3,741657 1 1,405595
3,741657 1,414214 0,866531
3,872983 1 1,19893
3,872983 1,414214 0,744905
Tabel 4.3 menunjukkan hasil yang data yang telah di
transformasi. Data-data transformasi inilah yang digunakan untuk
uji normalitas. Hasil dari pengujian normalitas dapat dilihat pada
Gambar 4.23.
Gambar 4. 22 Pengujian Normalitas Daya dari Data yang Telah Ditransformasi
Gambar 4.23 menunjukkan hasil dari uji normalitas
terhadap daya yang telah ditransformasi dengan pengaruh waktu
operasi dan kombinasi elektroda. Gambar 4.23 menunjukkan
68
terdapat 30 nilai dari daya dengan nilai rata-rata 1,844, standar
deviasi 0,7594 dan nilai statistika dari kolmogrov-Smirnov (KS)
sebesar 0,136 dan P-value > 0,150 lebih dari α 0,05. Nilai P-value
> 0,05 maka H0 diterima dan H1 ditolak, sehingga data dinyatakan
berdistribusi normal.
b. Uji Homogenitas
Hipotesis dalam pengujian homogenitas,
H0 : Data homogen
H1 : Data tidak homogen
Gambar 4. 23 Pengujian Homogenitas Daya vs Kombinasi Elektroda
P-value pada pengujian homogenitas dengan menggunakan
metode lavene memiliki nilai sebesar 0,581. Nilai P-value (0,581)
> 0,05 maka H0 diterima dan H1 ditolak. Gambar 4.24
menunjukkan tidak terdapat data yang kosong dan saling beririsan,
maka data dapat dikatakan homogen. Pengujian homogenitas ini
hanya berlaku untuk data yang bersifat kategorik, jadi pada
pengujian homogenitas yang diuji hanya data kombinasi elektroda
1,41421
1,00000
1,11,00,90,80,70,60,50,4
P-Value 0,378
P-Value 0,581
Multiple Comparisons
Levene’s Test
t-K
OM
BIN
AS
I
Test for Equal Variances: t-DAYA vs t-KOMBINASIMultiple comparison intervals for the standard deviation, α = 0,05
If intervals do not overlap, the corresponding stdevs are significantly different.
69
terhadap daya. Waktu operasi dalam penelitian ini merupakan data
yang bersifat numerik.
Pengujian normalitas dan pengujian homogenitas sudah
memenuhi prasyarat yaitu nilai P-value > nilai α (0,05) untuk
melanjutkan ke uji statistika Two Way Anova.
c. Uji Two Way Anova
Hipotesis dalam pengujian Two Way Anova,
H0 : Tidak ada perbedaan
H1 : Terdapat perbedaan pengaruh
Gambar 4. 24 Pengujian Two Way ANOVA Daya
Pengujian Two Way ANOVA ini digunakan untuk
mengetahui pengaruh waktu operasi dan kombinasi elektroda
terhadap daya. Pengujian ini memiliki nilai P-value (0,000) < α
(0,05). Hasil P-value dapat menginterpretasikan bahwa waktu
operasi dan kombinasi elektroda memiliki pengaruh yang
signifikan pada tingkat signifikansi 0,05 terhadap nilai daya yang
70
dihasilkan. Tingkat kepercayaan atau kebaikan model dari uji
anova ini dapat dilihat dari nilai R-square yaitu sebesar 91,67%.
4.6.4 Power Density
a. Uji Normalitas
Hipotesis dalam pengujian normalitas,
H0 : Data berdistribusi secara normal
H1 : Data berdistribusi secara tidak normal
Gambar 4. 25 Pengujian Normalitas Power Density
Gambar 4.26 menunjukkan hasil dari uji normalitas
terhadap power density dengan pengaruh waktu operasi dan
kombinasi elektroda. Gambar 4.26 menunjukkan terdapat 30 nilai
dari power density dengan nilai rata-rata 0,03096, standar deviasi
0,02188 dan nilai statistika dari kolmogrov-Smirnov (KS) sebesar
0,169 serta P-value 0,037 lebih kecil dari α (0,05). Nilai P-value <
0,05 maka H0 ditolak dan H1 diterima, sehingga data dinyatakan
tidak berdistribusi normal.
Data yang tidak berdistribusi normal harus ditransformasi
terlebih dahulu, agar memenuhi prasyarat data berdistribusi
normal. Langkah awal adalah dengan melihat histogram dari data
71
power density. Histogram data power density dapat dilihat pada
Gambar 4.27.
Gambar 4. 26 Histogram Power Density
Histogram pada Gambar 4.27 menunjukkan bahwa data
power density merupakan data yang yang berbentuk Moderate
Positive Skewness. Transformasi data menggunakan Moderate
Positive Skewness dengan mengubah data menggunakan rumus
SQRT(x). Tabel transformasi data dapat dilihat pada Tabel 4.4.
Tabel 4. 4 Transformasi Data Power Density
WAKTU KOMBINASI POWER
DENSITY
1 1 0,270339623
1 1,41421356 0,27003607
1,414213562 1 0,247098604
1,414213562 1,41421356 0,22377824
1,732050808 1 0,234907696
1,732050808 1,41421356 0,204831199
2 1 0,232970789
2 1,41421356 0,196686224
2,236067977 1 0,233002447
2,236067977 1,41421356 0,138542313
2,449489743 1 0,227116684
2,449489743 1,41421356 0,117707853
2,645751311 1 0,219636017
0,070,060,050,040,030,020,010,00
12
10
8
6
4
2
0
POWER_DENSITY
Fre
qu
en
cy
Histogram of POWER_DENSITY
72
WAKTU KOMBINASI POWER
DENSITY
2,645751311 1,41421356 0,115145352
2,828427125 1 0,2119959
2,828427125 1,41421356 0,098193161
3 1 0,208042695
3 1,41421356 0,092324881
3,16227766 1 0,186819993
3,16227766 1,41421356 0,091581792
3,31662479 1 0,168577221
3,31662479 1,41421356 0,082304922
3,464101615 1 0,161560329
3,464101615 1,41421356 0,082130969
3,605551275 1 0,147045356
3,605551275 1,41421356 0,079125768
3,741657387 1 0,122027453
3,741657387 1,41421356 0,075228278
3,872983346 1 0,104085723
3,872983346 1,41421356 0,064669332
Tabel 4.4 menunjukkan hasil yang data yang telah di
transformasi. Data-data transformasi inilah yang digunakan untuk
uji normalitas. Hasil dari pengujian normalitas dapat dilihat pada
Gambar 4.28.
Gambar 4. 27 Pengujian Normalitas Power Density dari Data yang Telah Ditransformasi
73
Gambar 4.28 menunjukkan hasil dari uji normalitas
terhadap powe density yang telah ditransformasi dengan pengaruh
waktu operasi dan kombinasi elektroda. Gambar 4.28
menunjukkan terdapat 30 nilai dari power density dengan nilai
rata-rata 0,1636, standar deviasi 0,06592 dan nilai statistika dari
kolmogrov-Smirnov (KS) sebesar 0,136 dan P-value > 0,150 lebih
dari α 0,05. Nilai P-value > 0,05 maka H0 diterima dan H1 ditolak,
sehingga data dinyatakan berdistribusi normal.
b. Uji Homogenitas
Hipotesis dalam pengujian homogenitas,
H0 : Data homogen
H1 : Data tidak homogen
Gambar 4. 28 Pengujian Homogenitas Power Density vs Kombinasi Elektroda
P-value pada pengujian homogenitas dengan menggunakan
metode lavene memiliki nilai sebesar 0,581. Nilai P-value (0,581)
> 0,05 maka H0 diterima dan H1 ditolak. Gambar 4.29
menunjukkan tidak terdapat data yang kosong dan saling beririsan,
maka data dapat dikatakan homogen. Pengujian homogenitas ini
hanya berlaku untuk data yang bersifat kategorik, jadi pada
1,41421
1,00000
0,100,090,080,070,060,050,040,03
P-Value 0,378
P-Value 0,581
Multiple Comparisons
Levene’s Test
t-K
OM
BIN
AS
I
Test for Equal Variances: t-POWER DENSITY vs t-KOMBINASIMultiple comparison intervals for the standard deviation, α = 0,05
If intervals do not overlap, the corresponding stdevs are significantly different.
74
pengujian homogenitas yang diuji hanya data kombinasi elektroda
terhadap power density. Waktu operasi dalam penelitian ini
merupakan data yang bersifat numerik.
Pengujian normalitas dan pengujian homogenitas sudah
memenuhi prasyarat yaitu nilai P-value > nilai α (0,05) untuk
melanjutkan ke uji statistika Two Way Anova.
c. Uji Two Way Anova
Hipotesis dalam pengujian Two Way Anova,
H0 : Tidak ada perbedaan
H1 : Terdapat perbedaan pengaruh
Gambar 4. 29 Pengujian Two Way ANOVA Power Density
Pengujian Two Way ANOVA ini digunakan untuk
mengetahui pengaruh waktu operasi dan kombinasi elektroda
terhadap power density. Pengujian ini memiliki nilai P-value
(0,000) < α (0,05). Hasil P-value dapat menginterpretasikan bahwa
waktu operasi dan kombinasi elektroda memiliki pengaruh yang
75
signifikan pada tingkat signifikansi 0,05 terhadap nilai power
density yang dihasilkan. Tingkat kepercayaan atau kebaikan model
dari uji anova ini dapat dilihat dari nilai R-square yaitu sebesar
91,67%.
4.6.5 COD
a. Uji Normalitas
Hipotesis dalam pengujian normalitas,
H0 : Data berdistribusi secara normal
H1 : Data berdistribusi secara tidak normal
Gambar 4. 30 Pengujian Normalitas COD
Gambar 4.31 menunjukkan hasil dari uji normalitas
terhadap perubahan konsentrasi COD dengan pengaruh waktu
operasi dan kombinasi elektroda. Gambar 4.31 menunjukkan
terdapat 6 nilai dari tegangan dengan nilai rata-rata 736,4, standar
deviasi 98,84 dan nilai statistika dari kolmogrov-Smirnov (KS)
sebesar 0,172 dan P-value > 0,150 lebih dari α 0,05. Nilai P-value
> 0,05 maka H0 diterima dan H1 ditolak, sehingga data dinyatakan
berdistribusi normal. Menurut Efendy dan Muin (2018) bahwa data
dikatakan normal dapat dilihat dari persebaran datanya, jika
76
membentuk garis lurus atau hampir lurus, maka dapat dikatakan
berdistribusi normal.
b. Uji Homogenitas
Hipotesis dalam pengujian homogenitas,
H0 : Data homogen
H1 : Data tidak homogen
Gambar 4. 31 Pengujian Homogenitas COD vs Kombinasi Elektroda
P-value pada pengujian homogenitas dengan menggunakan
metode lavene memiliki nilai sebesar 0,879. Nilai P-value (0,879)
> 0,05 maka H0 diterima dan H1 ditolak. Gambar 4.32
menunjukkan tidak terdapat data yang kosong dan saling beririsan,
maka data dapat dikatakan homogen. Pengujian homogenitas ini
hanya berlaku untuk data yang bersifat kategorik, jadi pada
pengujian homogenitas yang diuji hanya data kombinasi elektroda
terhadap COD. Waktu operasi dalam penelitian ini merupakan data
yang bersifat numerik.
Pengujian normalitas dan pengujian homogenitas sudah
memenuhi prasyarat yaitu nilai P-value > nilai α (0,05) untuk
melanjutkan ke uji statistika Two Way Anova.
2
1
300250200150100
P-Value 0,845
P-Value 0,879
Multiple Comparisons
Levene’s Test
KO
MB
INA
SI
Test for Equal Variances: COD vs KOMBINASIMultiple comparison intervals for the standard deviation, α = 0,05
If intervals do not overlap, the corresponding stdevs are significantly different.
77
c. Uji Two Way Anova
Hipotesis dalam pengujian Two Way Anova,
H0 : Tidak ada perbedaan
H1 : Terdapat perbedaan pengaruh
Gambar 4. 32 Pengujian Two Way ANOVA perubahan nilai COD
Pengujian Two Way ANOVA ini digunakan untuk
mengetahui pengaruh waktu operasi dan kombinasi elektroda
terhadap perubahan nilai COD. Pengujian ini memiliki nilai P-
value (0,000) untuk hari dan P-value (0,001) untuk kombinasi
elektroda. Kedua nilai P-value ini < α (0,05). Hasil P-value dapat
menginterpretasikan bahwa waktu operasi dan kombinasi elektroda
memiliki pengaruh yang signifikan pada tingkat signifikansi 0,05
terhadap nilai power density yang dihasilkan. Tingkat kepercayaan
atau kebaikan model dari uji anova ini dapat dilihat dari nilai R-
square yaitu sebesar 99,30%.
78
4.6.6 BOD
a. Uji Normalitas
Hipotesis dalam pengujian normalitas,
H0 : Data berdistribusi secara normal
H1 : Data berdistribusi secara tidak normal
Gambar 4. 33 Pengujian Normalitas BOD
Gambar 4.34 menunjukkan hasil dari uji normalitas
terhadap perubahan konsentrasi BOD dengan pengaruh waktu
operasi dan kombinasi elektroda. Gambar 4.34 menunjukkan
terdapat 6 nilai dari BOD dengan nilai rata-rata 359,6, standar
deviasi 112,8 dan nilai statistika dari kolmogrov-Smirnov (KS)
sebesar 0,295 dan P-value 0,098 lebih dari α 0,05. Nilai P-value >
0,05 maka H0 diterima dan H1 ditolak, sehingga data dinyatakan
berdistribusi normal.
b. Uji Homogenitas
Hipotesis dalam pengujian homogenitas,
H0 : Data homogen
H1 : Data tidak homogen
79
Gambar 4. 34 Pengujian Homogenitas BOD vs Kombinasi Elektroda
P-value pada pengujian homogenitas dengan menggunakan
metode lavene memiliki nilai sebesar 0,988. Nilai P-value (0,988)
> 0,05 maka H0 diterima dan H1 ditolak. Gambar 4.35
menunjukkan tidak terdapat data yang kosong dan saling beririsan,
maka data dapat dikatakan homogen. Pengujian homogenitas ini
hanya berlaku untuk data yang bersifat kategorik, jadi pada
pengujian homogenitas yang diuji hanya data kombinasi elektroda
terhadap BOD. Waktu operasi dalam penelitian ini merupakan data
yang bersifat numerik.
Pengujian normalitas dan pengujian homogenitas sudah
memenuhi prasyarat yaitu nilai P-value > nilai α (0,05) untuk
melanjutkan ke uji statistika Two Way Anova.
c. Uji Two Way Anova
Hipotesis dalam pengujian Two Way Anova,
H0 : Tidak ada perbedaan
H1 : Terdapat perbedaan pengaruh
2
1
400350300250200150100
P-Value 0,997
P-Value 0,988
Multiple Comparisons
Levene’s TestK
OM
BIN
AS
I
Test for Equal Variances: BOD vs KOMBINASIMultiple comparison intervals for the standard deviation, α = 0,05
If intervals do not overlap, the corresponding stdevs are significantly different.
80
Gambar 4. 35 Pengujian Two Way ANOVA perubahan nilai BOD
Pengujian Two Way ANOVA ini digunakan untuk
mengetahui pengaruh waktu operasi dan kombinasi elektroda
terhadap perubahan nilai BOD. Pengujian ini memiliki nilai P-
value (0,020) untuk hari dan P-value (0,479) untuk kombinasi
elektroda. Nilai P-value dari hari < α (0,05). Nilai P-value dari
kombinasi elektroda > α (0,05). Kedua nilai P-value ini dapat
menginterpretasikan bahwa waktu operasi dan kombinasi elektroda
tidak memiliki pengaruh yang signifikan terhadap penurunan nilai
BOD pada tingkat signifikansi 0,05. Tingkat kepercayaan atau
kebaikan model dari uji anova ini dapat dilihat dari nilai R-square
yaitu sebesar 87,57%.
4.6.7 TSS
Pengujian statistika terhadap TSS tidak diperlukan, karena pada
penelitian ini tidak terdapat penurunan konsnetrasi TSS. Jadi, dapat
81
dikatakan waktu operasi dan kombinasi elektroda tidak berpengaruh
terhadap penurunan konsentrasi TSS.
4.6.8 pH
a. Uji Normalitas
Hipotesis dalam pengujian normalitas,
H0 : Data berdistribusi secara normal
H1 : Data berdistribusi secara tidak normal
Gambar 4. 36 Pengujian Normalitas pH
Gambar 4.37 menunjukkan hasil dari uji normalitas
terhadap perubahan konsentrasi BOD dengan pengaruh waktu
operasi dan kombinasi elektroda. Gambar 4.37 menunjukkan
terdapat 6 nilai dari tegangan dengan nilai rata-rata 6,968, standar
deviasi 0,007583 dan nilai statistika dari kolmogrov-Smirnov (KS)
sebesar 0,204 dan P-value > 0,150 lebih dari α 0,05. Nilai P-value
> 0,05 maka H0 diterima dan H1 ditolak, sehingga data dinyatakan
berdistribusi normal.
b. Uji Homogenitas
Hipotesis dalam pengujian homogenitas,
H0 : Data homogen
82
H1 : Data tidak homogen
Gambar 4. 37 Pengujian Homogenitas pH vs Kombinasi Elektroda
P-value pada pengujian homogenitas dengan menggunakan
metode lavene memiliki nilai sebesar 0,678. Nilai P-value (0,678)
> 0,05 maka H0 diterima dan H1 ditolak. Gambar 4.38
menunjukkan tidak terdapat data yang kosong dan saling beririsan,
maka data dapat dikatakan homogen. Pengujian homogenitas ini
hanya berlaku untuk data yang bersifat kategorik, jadi pada
pengujian homogenitas yang diuji hanya data kombinasi elektroda
terhadap pH. Waktu operasi dalam penelitian ini merupakan data
yang bersifat numerik.
Pengujian normalitas dan pengujian homogenitas sudah
memenuhi prasyarat yaitu nilai P-value > nilai α (0,05) untuk
melanjutkan ke uji statistika Two Way Anova.
c. Uji Two Way Anova
Hipotesis dalam pengujian Two Way Anova,
H0 : Tidak ada perbedaan
H1 : Terdapat perbedaan pengaruh
2
1
0,0200,0150,0100,0050,000
P-Value 0,332
P-Value 0,678
Multiple Comparisons
Levene’s Test
KO
MB
INA
SI
Test for Equal Variances: pH vs KOMBINASIMultiple comparison intervals for the standard deviation, α = 0,05
If intervals do not overlap, the corresponding stdevs are significantly different.
83
Gambar 4. 38 Pengujian Two Way ANOVA perubahan nilai Ph
Pengujian Two Way ANOVA ini digunakan untuk
mengetahui pengaruh waktu operasi dan kombinasi elektroda
terhadap perubahan nilai pH. Pengujian ini memiliki nilai P-value
(0,339) untuk hari dan P-value (0,048) untuk kombinasi elektroda.
Nilai P-value dari hari > α (0,05). Nilai P-value dari kombinasi
elektroda < α (0,05). Kedua nilai P-value ini dapat
menginterpretasikan bahwa waktu operasi dan kombinasi elektroda
tidak memiliki pengaruh yang signifikan terhadap penurunan nilai
pH pada tingkat signifikansi 0,05. Tingkat kepercayaan atau
kebaikan model dari uji anova ini dapat dilihat dari nilai R-square
yaitu sebesar 79,71%.
84
“Halaman Ini Sengaja Dikosongkan”
85
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang di dapat dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Karakteristik air limbah dari Balancing Tank memiliki konsentrasi
COD sebesar 2189,795 mg/L, BOD5 sebesar 768,24 mg/L, TSS sebesar
6270 mg/L, minyak dan lemak sebanyak 365,8 mg/L dan berada pada
pH 6,97.
2. Variabel waktu operasi dan kombinasi elektroda berpengaruh secara
signifikan untuk menghasilkan tegangan, arus, daya dan power density.
Hal ini dibuktikan dengan menggunakan analisis statistika dengan
metode Two Way ANOVA dengan tingkat signifikansi (α) 0,05.
3. Variabel waktu operasi dan kombinasi elektroda berpengaruh secara
signifikan terhadap penurunan konsentrasi COD. Hal ini dibuktikan
dengan menggunakan analisis statistika dengan metode Two Way
ANOVA dengan tingkat signifikansi (α) 0,05. Pengaruh terhadap
penurunan konsentrasi BOD dan perubahan nilai pH tidak memiliki
pengaruh yang signifikan. Hal ini disebabkan secara deskriptif nilai
yang didapat untuk ketiga parameter tersebut tidak memiliki selisih
nilai yang ekstrim. Waktu operasi dan kombinasi elektroda juga tidak
memiliki pengaruh terhdapa penurunan konsentrasi TSS, karena pada
penelitian ini konsentrasi TSS mengalami kenaikan.
Efisiensi penyisihan terbesar untuk COD pada masing-masing
reaktor 1, reaktor 2 dan reaktor kontrol yaitu 72,439%, 68,179%
dan 57,097%.
Efisiensi penyisihan terbesar untuk BOD pada masing-masing
reaktor 1, reaktor 2 dan reaktor kontrol yaitu 67,467%, 62,482%
dan 57,308%.
Konsentrasi TSS mengalami kenaikan serta pH memiliki nilai yang
stabil tidak mengalami perubahan nilai.
86
5.2 Saran
1. Melakukan penelitian dengan menggunakan sistem continuous untuk
dapat membandingkan energi listrik dan kualitas air limbah yang dapat
diolah oleh sistem MFC.
2. Melakukan penelitian dengan menggunakan dua metode chamber yang
digunakan, seperti membandingkan efektivitas single chamber dengan
double chamber.
87
DAFTAR PUSTAKA
Agustira, R., Lubis, K. S., dan Jamilah. (2013). Kajian Karakteristik Kimia Air,
Fisika Air dan Debit Sungai pada Kawasan DAS Padang Akibat
Pembuangan Limbah Tapioka. Jurnal Online Agroteknologi, 1(3),
Universitas Sumatra Utara, Medan.
Akbar, T. N., Kirom, M. R., dan Iskandar, R. F. (2017). Analisis Pengaruh
Material Logam Sebagai Elektroda Microbial Fuel Cell Terhadap Produksi
Energi Listrik Analysis of the Effect of Metals As an Electrode in Microbial
Fuel Cell To the Electrical Energy Production. E-Proceeding of
Engineering, 4(2), 2123–2138, Bandung.
Ananta, I. P., P, W. I., Dhinarananta, I., Yuniadi, A., dan Hendrayana, A. M.
(2013). Identifikasi Serotipe bamteri Vibrio cholerae Terisolasi dari Es
Bahan Pengawet Ikan yang Digunakan oleh Pedagang Hasil Laut Pasar
Modern dan Pasar Tradisional di Kota Denpasar, 1–15.
Ashoka, H., R, S., dan Bhat, P. (2012). Comparative Studies On Electrodes For
The Construction Of Microbial Fuel Cell. International Journal of
Advanced Biotechnology and Research, 3(4), 785–789.
Bose, D., Dhawan, H., Kandpal, V., Vijay, P., dan Gopinath, M. (2018a).
Bioelectricity Generation From Sewage And Wastewater Treatment Using
Two-Chambered Microbial Fuel Cell. International Journal of Energy
Research, 42(14), 4335–4344.
Bose, D., Dhawan, H., Kandpal, V., Vijay, P., dan Gopinath, M. (2018b).
Sustainable Power Generation From Sewage And Energy Recovery From
Wastewater With Variable Resistance Using Microbial Fuel Cell, Enzyme
And Microbial Technology, 118, 92–101.
Çek, N. (2017). Examination of Zinc Electrode Performance in Microbial Fuel
Cells. Journal of Science, 30(4), 395–402.
Dastiana, C., dan Mudiantono. (2013). Analisis Perbedaan Respon Sikap
Audience Atas Strategi Promosi Product Placement Dalam Film Habibie &
Ainun. Diponegoro Journal of Management, 2, 1–9.
Gio, P. U., dan Rosmaini, E. (2009). Belajar Olah Data Dengan SPSS, Minitab,
R, Microsoft Excel, Eviews, Lisrel, Amos dan Smartpls. USU Press,
Universitas Sumatera Utara, Medan.
88
Harahap, M. R. (2017). Sel Elektrokimia : Karakteristik dan Aplikasi. Circuit,
2(1).
Haslett, N. D. (2012). Development of a eukaryotic microbial fuel cell using
Arxula adeninivorans. Ph.D's Thesis of University of Lincoln, New
Zealand.
Huggins, T., Fallgren, P. H., Jin, S., dan Ren, Z. J. (2014). Energy and
Performance Comparison of Microbial Fuel Cell and Conventional Aeration
Treating of Wastewater. Journal of Microbial & Biochemical Technology.
Ibrahim, B., Suptijah, P., dan Adjani, Z. N. (2017). Kinerja Microbial Fuel Cell
Penghasil Biolistrik Dengan Perbedaan Jenis Elektroda Pada Limbah Cair
Industri Perikanan. JPHPI 2017, 20(2).
Ihsan, B., & Retnaningrum, E. (2017). Isolasi Dan Identifikasi Bakteri Vibrio Sp.
Pada Kerang Kapah (Meretrix Meretrix) Di Kabupaten Trenggalek. Jurnal
Harpodon Borneo, 10(1), 23–27.
Istighfari, S. (2018). Aplikasi Enceng Gondok ( Eichhornia Crassipes ) Dan Kayu
Apu ( Pistia Stratiotes ) Dalam Menurunkan Kadar Bod , Cod , Dan Phospat
Pada Air Limbah Laundry. Skripsi, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya,
Surabaya.
Kolwzan, B., Adamiak, W., Grabas, K., dan Pawelczyk, A. (2006). Introduction
to Enviromental Microbiology. Oficyna Wydawnicza Politechniki
Wroclawskiej, Wroclaw.
Kristin, E. (2012). Produksi Energi Listrik Melalui Microbial Fuel Cell
Menggunakan Limbah Industri Tempe. Skripsi, Universitas Indonesi,
Depok.
Lorenzo, M. Di, Curtis, T. P., Head, I. M., dan Scott, K. (2009). A single-chamber
microbial fuel cell as a biosensor for wastewaters. Water Research, 43(13),
3145–3154.
Ma, F., Yin, Y., dan Li, M. (2019). Start-Up Process Modelling of Sediment
Microbial Fuel Cells Based on Data Driven. Mathematical Problems in
Engineering, 1–10.
Metcalf and Eddy. (2014). Waste Water Engineering Treatment and Resource
Recovery 5th
. McGraw-Hill, Inc., Newyork.
Nurhasanah. (2009). Penentuan Kadar COD (chemical oxygen demand) pada
Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit, Pabrik Karet dan Domestik. Skripsi,
Universitas Sumatera Utara, Medan.
89
Pamekas, Lay, B. W., Sutjahjo, S. H., Hutagaol, P. M., dan Hardjomidjojo, H. H.
(2007). Model For Urban Conservation Of Urban Environmental ( Case
Study Of Town Of Majalaya At The Catchment Area Of Citarum Hulu ). 1(7).
Peraturan Gubernur Jawa Timur Nomor 72 tahun 2013 tentang Baku Mutu Air
Limbah Bagi Industridan/atau Kegiatan Usaha Lainnya.
Prasad, M. P. D., Sridevi, V., Lakshmi, P. K., dan Swathi, A. (2015). Treatment of
Pharmaceutical Industrial Effluent By Microbial Fuel Cell (MFC). IJIRST-
International Journal for Innovative Research in Science & Technology|,
2(01), 241–247.
Prayogo, F. A., Suprihadi, A., dan Raharjo, B. (2017). Subtilis Dengan Substrat
Limbah Septic Tank Serta. Jurnal Biologi, 6(2).
Pusat Teknologi Informasi dan Komunikasi Pendidikan dan Kebudayaan.
Radi, M. H., dan Al-Fetlawi, H. A.-Z. (2016). Influence Of Electrodes
Characteristics On A Microbial Fuel Cell Performance. Journal of Babylon
University/Engineering Science, 25(4), 1328–1338.
Ray, S. G., Bhowmick, G. D., Ghangrekar, M. M., dan Mitra, A. (2016).
Advances In Wastewater Treatment By Combined Microbial Fuel Cell-
Membrane Bioreactor. 13th IWA Specialized Conference on Small Water
and Wastewater Systems, 1–9.
Sari, N., Erina, Abrar, M., Wardani, E., Fakhrurrazi, dan Daud, R. (2018). Isolasi
dan Identifikasi Salmonella sp dan Shigella sp pada Feses Kuda bendi di
Bukittinggi Sumatera Barat. JIMVET, 2(3), 402–410.
Sethuraman, V. A., Khan, S., Jur, J. S., Haug, A. T., dan Weidner, J. W. (2009).
Measuring Oxygen, Carbon Monoxide And Hydrogen Sulfide Diffusion
Coefficient And Solubility In Nafion Membranes. Electrochimica Acta,
54(27), 6850–6860.
SNI 6989.73:2009 tentang Air dan air limbah-Bagian 72 : cara uji kebutuhan
oksigen kimiawi (Chemical Oxygen Demand/COD) dengan refluks
tertutup secara titrimetri
SNI 6989.72:2009 tentang air dan air limbah-bagian 72 : cara uji kebutuhan
oksigen biokimia (Biochemical Oxygen Demand/BOD)
SNI 06-6989.3-2004 tentang air dan air limbah-bagian 3 : cara uji padatan
tersuspensi total (Total Suspended Solid/TSS) secara gravimetri
90
SNI 06-6989.11-2004 tentang air dan air limbah-bagian 11 : cara uji derajat
keasaman (pH) dengan menggunakan pH meter.
Sugiharto, T. (2009). Analisis varians. Universitas Gunadarma, 1–9.
Sunarya, S., Pradiko, H., dan Wahyuni, S. (2009). Perencanaan Instalasi
Pengolahan Lumpur Tinja di Kabupaten Cirebon. 13–63.
Suoth, A. E., dan Nazir, E. (2016). Karakteristik Air Limbah Rumah Tangga (
Grey Water ) Pada Salah Satu Perumahan Menengah Keatas Yang Berada
Di Characteristic Of Domestic Waste Water ( Grey Water ) In One
Kelurahan Kademangan Kota Tangerang. Ecolab, 10(2), 80–88.
Supriyadi, D. B., dan Karnaningroem, N. (2014). Kinerja Sistem Instalasi
Pengolahan Air Limbah dengan Seri Unit Anaerobic Baffled Reactor (ABR)
dan Anerobicbiofilter pada Rusunawa. Proceeding Seminar Nasional
Teknologi Praktis Dalam Upaya Konservasi Air Dan Energi,
Banjarmasin.
Toze, S. (1997). Microbial Pathogens In Wastewater. CSIRO Land and Water
Technical Report, (1).
Yuliani, U. (2010). Kandungan Mineral dan Logam Berat Lintah Laut
(Discodoris sp.) dari Perairan Kepulauan Belitung, 13(3), 576. Skripsi,
Institut Pertanian Bogor, Bogor.
Zain, S. M., Ching, N. L., Jusoh, S., dan Yunus, S. Y. (2015). Different Types Of
Microbial Fuel Cell (MFC) Systems For Simultaneous Electricity Generation
And Pollutant Removal. Jurnal Teknologi, 74(3), 13–19.
91
LAMPIRAN A
DATA HASIL ANALISIS
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
LAMPIRAN B
TABEL TEGANGAN, KUAT ARUS, DAYA DAN POWER
DENSITY
106
107
Tabel B. 1 Tegangan dari masing-masing reaktor
TEGANGAN
HARI Zn/Cu (mV) Al/Cu (mV)
1 984,955 983,495
2 900,411 815,357
3 855,830 746,035
4 848,713 722,395
5 848,573 504,574
6 827,380 428,764
7 800,066 419,388
8 760,809 357,590
9 757,788 335,205
10 682,601 333,060
11 613,888 300,051
12 591,593 299,095
13 538,810 288,231
14 447,897 273,995
15 378,943 235,489
Tabel B. 2 Arus dari masing-masing reaktor
ARUS
HARI Zn/Cu (mA) Al/Cu (mA)
1 9,845 9,837
2 8,997 8,149
3 8,555 7,462
4 8,485 7,105
5 8,489 5,047
6 8,272 4,287
7 8,000 4,195
8 7,838 3,578
9 7,578 3,374
10 6,784 3,341
11 6,142 2,995
12 5,854 2,992
13 5,324 2,882
14 4,411 2,740
15 3,793 2,356
108
109
Tabel B. 3 Daya dari masing-masing reaktor
DAYA
HARI Zn/Cu (mW) Al/Cu (mW)
1 9,697 9,675
2 8,101 6,644
3 7,321 5,567
4 7,201 5,133
5 7,203 2,547
6 6,844 1,838
7 6,400 1,759
8 5,963 1,279
9 5,743 1,131
10 4,631 1,113
11 3,771 0,899
12 3,463 0,895
13 2,869 0,831
14 1,976 0,751
15 1,437 0,555
Tabel B. 4 Power Density dari masing-masing reaktor
POWER DENSITY
HARI Zn/Cu (mW/cm2) Al/Cu (mW/cm2)
1 7,31E-02 7,29E-02
2 6,11E-02 5,01E-02
3 5,52E-02 4,20E-02
4 5,43E-02 3,87E-02
5 5,43E-02 1,92E-02
6 5,16E-02 1,39E-02
7 4,82E-02 1,33E-02
8 4,49E-02 9,64E-03
9 4,33E-02 8,52E-03
10 3,49E-02 8,39E-03
11 2,84E-02 6,77E-03
12 2,61E-02 6,75E-03
13 2,16E-02 6,26E-03
14 1,49E-02 5,66E-03
15 1,08E-02 4,18E-03
110
111
LAMPIRAN C
DOKUMENTASI PENELITIAN
112
113
10
Gambar C. 2 Pretreatment Membran
Gambar C. 1 Reaktor MFC
Gambar C. 4 Analisis COD Gambar C. 3 Analisis BOD5
Gambar C. 6 Analisis Minyak dan Lemak Gambar C. 5 Analisis Mikroorganisme
114
115
LAMPIRAN D
JADWAL PENELITIAN
116
117
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Mengidentifikasi
limbah cair
COD, BOD,
TSS, pH, Minyak
dan Lemak 1
Memilih limbah
sebagai substrat
Limbah cair
domestik (IPLT
Keputih) 1 1
Pengumpulan data
kualitas air limbah
Data analisa
kualitas air limbah
3 bulanan dari
IPLT Keputih 2 2
3 82 2 2 2
Pembuatan
Reaktor 2 2
Pembelian bahan-
bahan tambahan 1 1
Membuat
rangkaian sistem
pembacaan 3 3
Merangkai reaktor
MFC 3 3
Trial and Error
Percobaan
penggunaan
reaktor 5 5
Penelitian sistem
MFC 5 5
pengambilan data
tegangan dan
kkuat arus 2 2
3 3
2 2 2 2 2 2 2
5
6 6
3 3
7 2 1 1
8 10
2 2 2 2 2
100 4 5 4 3 1 0 5 8 3 5 8 12 9 2 2 2 2 2 5 2 5 5 3 3
4 9 13 16 17 17 22 30 33 38 46 58 67 69 71 73 75 77 82 84 89 94 97 100
5 Menganalisis kandungan COD, BOD,
TSS dan pH setiap 5 hari sekali
Penyusunan Laporan Tugas Akhir
Menganalisis mikroorganisme pada air
limbah
Melakukan Uji statistika
Menganalisis karakteristik awal air
limbah
Penarikan Kesimpulan
Analisis Data
Penyusunan Proposal Tugas Akhir
1
2
4
Proses penelitian
Jun'19Kegiatan
Studi Lapangan dan Literatur
Pengumpulan data
Progress Pada
Jan'19 Feb'19 Mar'19 Apr'19 Mei'19Bobot
3
4
No.
40
27
Jumlah Kumulatit
Progress Tugas Akhir
Mempersiapkan
reaktor MFC
Pelaksanaan Penelitian
118
119
LAMPIRAN E
GAMBAR DESAIN MFC
120
121
top related