PENGUJIAN ALAT PEMANENAN MIKROALGA Chlorella

vulgaris MENGGUNAKAN MEMBRAN ULTRAFILTRASI

BERBASIS AERASI SEBAGAI ANTIFOULING

SKRIPSI

Oleh:

PRADINI DIS ARYANI

135100601111011

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI BIOPROSES

JURUSAN KETEKNIKAN PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2018

PENGUJIAN ALAT PEMANENAN MIKROALGA Chlorella

vulgaris MENGGUNAKAN MEMBRAN ULTRAFILTRASI

BERBASIS AERASI SEBAGAI ANTIFOULING

Oleh:

PRADINI DIS ARYANI

135100601111011

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknologi Pertanian

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI BIOPROSES

JURUSAN KETEKNIKAN PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2018

iii

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di kota Surabaya pada

tanggal 10 Desember 1994 dari Ayah yang

bernama Sunaryo,S.pd dan ibu yang

bernama Dra. Sri Wahyuni.

Penulis menyelesaikan pendidikan taman

kanak-kanak di TK Hang Tuah 12 di Perak,

Kota Surabaya dan lulus pada tahun 2000.

Kemudian melanjukan Sekolah Dasar di SD Hang Tuah 12

sampai pada kelas 5, dan melanjutkan sekolah kembali di SDN

Kalipecabean no.55 Kecamatan Candi Kabupaten Sidoarjo dan

lulus pada tahun 2006. Selanjutnya melanjutkan ke Sekolah

Menengah pertama di SMP Hang Tuah 5 Candi – Sidoarjo dan

lulus pada tahun 2009. Selama menempuh pendidikan di SMP,

penulis pernah mengikuti lomba dibidang gerakan pramuka dan

juga cheerleader. Penulis menyelesaikan Sekolah Menengah

Atas di SMA Negeri 4 Sidoarjo dan lulus pada tahun 2013.

Pada tahun yang sama melanjutkan ke Perguruan Tinggi

Progran Studi Teknologi Bioptoses Jurusan Keteknikan Pertanian

Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Brawijaya Malang.

Selama menempuh pendidikan di Universitas Brawijaya, penulis

pernah menjadi staff HIMATETA sebagai pengurus Internal

(2016) serta mengikuti kepanitian devisi kesehatan pada kegiatan

PK2MABA jurusan yang diselenggarakan HIMATETA (2014).

iv

Alhamdulillahirobbil’alamin…..

Dengan mengucap syukur kepada Allah

yang selalu memberi petunjuk terbaik

atas jalan hidupku…

Memberi kebahagian, kasih sayang

lewat mereka yang ada disekelilingku…

Semoga dengan ridho-Nya dan ridho Orangtua

selalu menuntunku untuk menuju jalan

kebaikan dan kesuksesan dari semua perjuanganku…

karya kecil ini aku persembahkan kepada

Ayah, Ibuk, adik dan seluruh keluarga

serta sahabat yang selalu mendoakan dan

memberi dukungan selama ini

vi

Pradini Dis Aryani. 135100601111011. Pengujian Alat Pemanenan

Mikroalga Chlorella vulgaris menggunakan Membran Ultrafiltrasi

Berbasis Aerasi sebagai Antifouling. Skripsi. Dosen Pembimbing I:

Yusuf Wibisono,STP.,M.Sc.,Ph.D. Dosen pembimbing II : Dewi Maya

Maharani, STP, M.Sc

RINGKASAN

Mikroalga merupakan kelompok tumbuhan berukuran renik

yang termasuk dalam kelas alga, memiliki diameter antara 3-30

μm, baik sel tunggal maupun koloni yang hidup di seluruh wilayah

perairan tawar maupun laut. Pemanenan mikroalga salah satu

bagian terpenting dalam menghasilkan biomassa. Pemanenan

mikroalga memiliki beberapa syarat, yaitu dilihat dari besar

kecilnya ukuran mikroalga yang digunakan, densitas mikroalga

yang menyerupai air dan kosentrasi mikroalga dalam medium

perkembangbiakannya. Oleh karena itu dalam pemanenan

mikroalga membutuhkan energi input yang sangat besar dan

pemberian aerasi dalam pemanenannya. Pada saat pemanenan

mikroalga dengan proses akhir menggunakan sistem backwash,

masih terdapat fouling dan terjadi adanya penyumbatan pada

membran. Menyebabkan permeat ang dihasilkan sedikit.

Metode penelitian yang digunakan adalah metode deskriptif

experimental dengan melakukan pengulangan 3x pada setiap

pengujiannya. Dengan variasi tekanan operasi 0.5 bar, 0.75 bar,

dan 1 bar selain itu diameter aerasi 0.7 mm dan 1 mm. Penelitian

yang dilakukan pada pemanenan mikroalga ini menggunakan

backwash dan pada sistem backwash dilakukan setiap 6 kali

filtrasi. Sedangkan yang menggunakan aerasi dibantu dengan

menggunakan aerator dan pipa yang telah dilubangi sesuai

diameter.

vii

Pemanenan mikroalga menggunakan sistem aerasi pada

nilai fluks tiap variasi tekanan dan diameter hampir sama, yaitu

±7000 hingga 9000 L/m2jam. Sehingga dapat disimpulkan

semakin besar diameter aerasi maka nilai flux yang dihasilkan

semakin besar. Karena permukaan membran terkena gelembung

aerasi dan dapat mengurangi fouling yang ada.

Kata kunci : Chlorella vulgaris, Flat sheet, Pemanenan Mikroalga,

Polietersulfon (PES)

viii

Pradini Dis Aryani. 135100601111011. Testing Harvesting’s

Tool of Microalgae Chlorella vulgaris Ultrafiltration Based

Membrane Aeration as Antifouling. Supervisor I: Yusuf

Wibisono,STP.,M.Sc.,Ph.D. Supervisor II : Dewi Maya

Maharani, STP, M.Sc

SUMARRY

Mikroalga is a group of miniscule size plants that fall within a

class of algae, has a diameter between 3-30 μm, either single cells

or colonies that live in freshwater throughout the region as well as

the sea. Harvesting of microalgae is one of the most important

parts in producing biomass. Harvesting microalgae has several

conditions, namely seen from the size of the microalga used, the

water-like microalgae density and the concentration of microalgae

in the breeding medium. Therefore, in harvesting microalgae

require enormous input energy and aeration in harvesting. At the

time of harvesting the microalgae with the final process using a

backwash system, there is still fouling and there is a blockage in

the membrane. Causes the resulting permeate slightly.

The reaserch method used is descriptive method with 3x

repetition on each test. With variation of operating pressure 0.5

bar, 0.75 bar, and 1 bar besides aeration diameter 0.7 mm and 1

mm. Research conducted on harvesting this microalga using

backwash and on backwash system is done every 6 times

filtration. While using aeration assisted by using aerator and pipe

that have been perforated according to diameter. Harvesting

microalgae using aeration system at flux value of each variation of

pressure and diameter is almost the same,that is ± 7000 until 9000

L/m2 h.

ix

So it can be concluded that the larger aeration diameter can

reduce the existing fouling, because the bubbles generated from

the aeration bubble can clear the membrane surface fouling.

Keywords : Chlorella vulgaris, Flat sheet, Harvesting of

Microalgae, Polietersulfon (PES)

x

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, segala puji dan syukur saya panjakan kepada

allah yang telah melimpahkan rahmat dan anugerah-Nya, sehingga

penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan Judul “Pengujian

Alat Pemanenan Mikroalga Chlorella vulgaris Menggunakan

Membran Ultrafiltrasi Berbasis Aerasi sebagai Antifouling” dengan

baik. Skripsi ini disusun sebagai salah satu gelar Sarjana Teknologi

Pertanian Universitas Brawijaya Malang.

Selama proses penelitian dan penulisan Tugas akhir ini, penulis

banyak dibantu oleh berbagi pihak. Oleh karena itu, dalam

kesempatan kali ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Yusuf Wibisono, STP., M.Sc., PhD sebagai dosen

pembimbing I dan Ibu Dewi Maya Maharani, STP, M.Sc sebagai

dosen pembimbing II selaku dosen pembimbing terbaik yang telah

memberikan bimbingan dan arahan selama proses penyusunan

dan penyelesaiian Tugas Akhir.

2. Ibu La Choviya Hawa, STP.MP.PhD selaku Ketua Jurusan

Keteknikan Pertanian Universitas Brawijaya.

3. Ibu Dr. Eng. Evi Kurniati, MT selaku Sekertaris Jurusan

Keteknikan Pertanian Universitas Brawijaya dan selaku dosen

penguji saya yang telah memberikan saran dan bimbingan selama

penyusunan dan penyelesaiian Tugas Akhir ini.

4. Ayah, ibu, adek, mama (tante) dan seluruh keluarga yang selalu

memberikan dukungan dan doa baik secara moril maupun materil

demi terselesaikannya Tugas Akhir ini.

xi

5. Sahabat-sahabat yang selalu ada di kondisi apapun (Mitha, Hilda,

May,Arum, Tsalis) yang selalu mendukung dan selalu mendengar

keluh kesah selama ini, yang selalu dapat meluangkan waktu

untuk membantu, memberi semangat selama kuliah dan

penelitian.

6. Semua teman- teman kos ex - Watu Mujur (Mbak Ira, Mbak Ercy,

Mbak Evi, Mbak Sita, Mbak Dea, Mbak Raras, Nisa dan

semuanya) terima kasih yang selama ini telah memberikan

dukungannya dan yang selalu mendengar keluh kesah selama ini,

dan orang-orang pertama yang aku kenal di malang.

7. Bang Fadly yang selalu mendukung, meluangkan waktu, dan

memberikan saran selama ini.

8. Mas Naryo, yang sudah sangat membantu dalam merangkai alat

sehingga Tugas akhir ini dapat terselesaikan.

9. Neysha teman selama penelitian dan membantu selama proses

penelitian. Teman-teman TBP angkatan 2013 yang telah

memberikan semangat selama pembuatan Tugas Akhir ini.

10. Semua pihak yang telah banyak membantu dalam

memberi fasilitas baik alat dan sebagainya.

Malang, 30 November 2017

Penulis

xii

DAFTAR ISI

LEMBAR PERSETUJUAN ………………………………………...i LEMBAR PENGESAHAN …………………………………………ii RIWAYAT HIDUP …………………………………………………..iii HALAMAN PERUNTUKAN ……………………………………….iv PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ……………………………v RINGKASAN ………………………………………………………..vi SUMMARY …………………………………………………………viii KATA PENGANTAR ………………………………………………x DAFTAR ISI ………………………………………………………...xii DAFTAR TABEL …………………………………………………...xv DAFTAR GAMBAR ……………………………………………….xvi DAFTAR LAMPIRAN ……………………………………………xviii

BAB I PENDAHULUAN …………………………………………....1

1.1Latar Belakang ………………………………………………..1

1.2 Rumusan Masalah …………………………………………..4

1.3 Tujuan Penelitian ……………………………………………4

1.4 Manfaat Penelitian …………………………………………..5

1.5 Batasan Masalah ……………………………………………5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA …………………………………….7

2.1 Mikroalga ……………………………………………………..7

2.1.1 Fase Pertumbuhan Mikroalga ………………………….8

2.1.2 Chlorella Vulgaris ……………………………………….11

2.1.3 Kandungan dari Chlorella Vulgaris …………………….12

2.2 Kultivasi Mikroalga ………………………………………….13

2.2.1 Open Ponds ……………………………………………..14

2.2.2 Photobioreactor………………………………………….14

2.3 Pemanenan Mikroalga………………………………………15

2.3.1 Sentrifugasi………………………………………………15

2.3.2 Flokulasi…………………………………………………..16

2.3.3 Filtrasi……………………………………………………..16

xiii

2.4 Teknologi Filtrasi Menggunakan Membran……………….16

2.5 Membran Ultrafiltrasi………………………………………...18

2.6 Membran Berbahan Polietersulfon………………………...19

2.7 Aerasi / Aerator………………………………………………20

2.8 Penelitian Terdahulu………………………………………...22

BAB III. METODE PENELITIAN…………………………………..25

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian………………………………25

3.2 Alat dan Bahan……………………………………………….25

3.2.1 Alat………………………………………………………..25

3.2.2 Bahan……………………………………………………..27

3.3 Metode Penelitian…………………………………………...28

3.3.1 Desain Alat……………………………………………….29

3.4 Prosedur Penelitian………………………………………….33

3.4.1 Rangkaian Alat…………………………………………33

3.4.2 Pengujian Alat………………………………………….33

3.4.3 Pemanenan Mikroalga………………………………...34

3.4.4 Pencucian Membran…………………………………..35

3.4.5 Pengamatan dan Analisa Data……………………….36

Bab IV. HASIL DAN PEMBAHASAN……………………………39

4.1 Deskripsi Perancangan Alat Filtrasi Mikroalga…………..39

4.2 Kultivasi Mikroalga Chlorella vulgaris……………………..41

4.2.1 Kepadatan Sel Mikroalga Chlorella vulgaris………...42

4.3 Filrasi Mikroalga Chlorella vulgaris………………………...44

4.3.1 Pengaruh Pemberian Backwash Terhadap

Nilai Flux………………………………………………..44

4.3.2 Pengaruh Pemberian Aerasi Terhadap Nilai Flux…..47

4.3.3 Perbedaan Penggunaan Aerasi Antara Diameter 0.7

mm dan Diameter 1mm……………………………….51

4.3.4 Perbedaan Penggunaan Backwash Dengan Aerasi

Diameter 0.7 mm………………………………………52

xiv

4.3.5 Perbedaan Penggunaan Backwash Dengan Aerasi

Diameter 1 mm…………………………………………54

4.4 Densitas Mikroalga Chlorella vulgaris……………………..55

4.4.1 Hasil Densitas Pada Perlakuan Kontrol……………..55

4.4.2 Hasil Densitas Pada Perlakuan Aerasi Berdiameter

0.7 mm……………………………………………………57

4.4.3 Hasil Densitas Pada Perlakuan Aerasi Berdiameter

1 mm…………………………………………………….58

4.5 Pengaruh Ukuran Gelembung Terhadap Fouling………..61

4.6 Membandingkan Hasil Peneliian yang Telah Dilakukan

Dengan Hasil Penelitian Terdahulu……………………….66

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN…………………………...…71

5.1 Kesimpulan…………………………………………………..71

5.2 Saran………………………………………………………….71

DAFTAR PUSTAKA………………………………………………..73

LAMPIRAN…………………………………………………………..75

xv

DAFTAR TABEL

Nomer Teks Halaman

Tabel 2.1 Kandungan dari Chlorella vulgaris…………………….12

Tabel 2.2 Penelitian Terdahulu…………………………………….22

Tabel 3.1 Perlakuan Selama Proses Filtrasi……………………..29

Tabel 4.1 Perbandingan Hasil Penelitian yang Telah Dilakukan

Dengan Hasil Penelitian Terdahulu……………………67

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Fase Pertumbuhan Mikroalga………………………8

Gambar2.2 Grafik pola pertumbuhan fitoplankton

Chlorella vulgaris…………………………………….10

Gambar 2.4 Skema pemisahan dua fasa oleh membran……….18

Gambar 3.1 Desain Alat Pemanenan Mikroalga………………...29

Gambar 3.2 Kultivasi Mikroalga……………………………………31

Gambar 3.3 Pemanenan Mikroalga……………………………….32

Gambar 4.1 Desain Alat Filtrasi Mikroalga……………………….39

Gambar 4.2 Kultivasi Chlorella vulgaris Skala Laboratorium…..42

Gambar 4.3 Grafik Pertumbuhan Kepadatan Sel Chlorella

vulgaris………………………………………………..43

Gambar4.4 Pengaruh Pemberian Backwash pada Nilai Akumulasi

Permeat……………………………………………….45

Gambar4.5 Pengaruh Pemberian Aerasi dengan Diameter 0.7mm

Terhadap Nilai Akumulasi Permeat………………….48

Gambar 4.6 Pengaruh Pemberian Aerasi dengan Diameter 1

mm Terhadap Nilai Akumulasi Permeat…………..50

Gambar 4.7 Perbedaan Penggunaan Aerasi Antara Diameter 0.7

mm dan Diameter 1 mm…………………………….51

Gambar 4.8 Perbedaan Penggunaan Backwash Dengan Aerasi

Diameter 0.7mm……………………………………..53

Gambar 4.9 Perbedaan Penggunaan Backwash Dengan Aerasi

Diameter 1 mm………………………………………54

xvii

Gambar 4.10 Densitas Mikroalga Chlorella vulgaris……………56

Gambar 4.11 Hasil Densitas Mikroalga Perlakuan Aerasi

Berdiameter 0.7 mm……………………………….57

Gambar 4.12 Hasil Densitas Mikroalga Perlakuan Aerasi

Berdiameter 1 mm…………………………………59

Gambar 4.13 Gambar Penampakan Fisik Gelembung Aerasi...63

Gambar 4.14 Diagram Persentase Luasan penampakan

Gelembung Aerasi dengan menggunakan Aplikasi

ImageJ………………………………………………65

xviii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Desain Alat Filtrasi Mikroalga………………………75

Lampiran 2. Kultivasi Mikroalga Chlorella vulgaris Skala

Laboratorium…………………………………………76

Lampiran 3. Membran yang Digunakan Saat Filtrasi…………..77

Lampiran 4. Kepadatan Sel Mikroalga Chlorella vulgaris……...78

Lampiran 5. Pengaruh Pemberian Backwash Terhadap Nilai

Flux……………………………………………………79

Lampiran 6. Pengaruh Pemberian Aerasi diameter 0.7 mm

Terhadap Nilai Flux………………………………….81

Lampiran 7. Pengaruh Pemberian Aerasi diameter 1 mm

Terhadap Nilai Flux………………………………….82

Lamiran 8. Perbedaan Penggunaan Aerasi Antara Diameter 0.7

mm dan Diameter 1 mm Pada Tekanan 1 bar……..83

Lampiran 9. Perbedaan Penggunaan Backwash Dengan Aerasi

Diameter 0.7 mm Pada Tekanan 0.75 bar………..84

Lampiran 10. Perbedaan Penggunaan Backwash Dengan

Aerasi Diameter 1 mm Pada Tekanan 1 bar……85

Lampiran 11. Densitas Mikroalga Chlorella vulgaris…………...86

Lampiran 12. Pengaruh Ukuran Gelembung Terhadap

Fouling………………………………………………89

Lampiran 13. Data Hasil Pengaruh Ukuran Gelembung

Terhadap fouling…………………………………...90