PENGOLAHAN LIMBAH CAIR DRGANIK DENGAN MICROBIA FUEL CELL
Latar belakang penelitian
Microbial fuel cell (MFC) merupakan
teknologi yang dapat dikembangkan untuk
menyelesaikan permasalahan pencemaran
lingkungan sekaligus krisis energi di masa
depan. Kemampuan MFC mendegradasi
limbah dan menghasilkan listrik secara
simultan menjadikan teknologi ini sangat
berbeda dengan teknik pengolahan limbah
lainnya. Rata-rata volume limbah rumah
tangga yang dihasilkan oleh setiap orang
adalah 150 liter/hari dengan nilai BOD
antara 207 mg/L dan 247 mg/L (Said,
2008). Menurut Logan (2005), suatu kota
dengan populasi penduduk 100 ribu jiwa
dapat menghasilkan 16.400 m3
memiliki potensi menghasilkan 2,3 MW listrik
dengan menggunakan pembangkit MFC.
Sebagai teknologiyang baru berkembang MFC belum sampai
pada tahap ekonomis untuk dapat diapli-
kasikan sebagai sumber energi baru.
Beberapa hal yang menjadi tantangan bagi
para peneliti dalam mengembangkan MFC
adalah untuk meminimalkan tahanan
internal dan mendapatkan desain MFC yang
mampu menghasilkan output besar dengan
harga konstruksi yang ekonomis.
Penelitian ini menghasilkan prototipe reaktor
microbial fuel cell beraliran kontinyu tanpa
membran yang dibuat dari bahan-bahan
yang murah dan mudah diperoleh di
pasaran. Tujuan penelitian adalah untuk
mempelajari pengaruh waktu tinggal hidrolik
terhadap kinerja prototipe reaktor yang
diusulkan dalam hal penyisihan limbah cair
rumah tangga dan pembangkitan energi
listrik yang dihasilkan, serta profil
perubahannya terhadap waktu.
METODE
Reaktor MFC beraliran kontinyu seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 1 digunakan
dalam penelitian. Reaktor dibuat dari clean
out PVC 4”, socket PVC 4” dan pipa PVC 3⁄4”.
Reaktor yang dibuat memiliki volume ruang
anoda dan katoda sebesar 1286 ml dan
80,86 ml. Anoda untuk melekatkan mikroba
terbuat dari serat karbon dengan ukuran
masing-masing 15 cm x 11 cm, 15 cm x14,2 cm, 15 x 17,3 cm, 15 cm x 20,4 cm, 15
cm x 23,6 cm, 15 cm x 26,7 cm dan 15 cm x
30 cm dan dibentuk menjadi tabung dengan
diameter 3, 4, 5, 6, 7, 8, dan 9 cm
menggunakan kawat stainless steel ber-
diameter 1 mm. Katoda serat karbon yang
digunakan berukuran 2 cm x 20 cm dengan
salah satu sisinya dilapisi selotip kertas.
2.2 Sumber Mikroba
Larutan sumber mikroba dibuat dari larutan
Flotank yang diencerkan dengan per-
bandingan 1:10 dan ditambahkan 1 g
glukosa monohidrat. Larutan mikroba ini
disirkulasikan selama 21 hari agar mikroba
melekat pada permukaan serat karbon di
ruang anoda. Setiap 3 hari sekali ditambah-
kan 3 g glukosa monohidrat ke dalam
sediaan sumber mikroba.
2.3 Larutan Limbah
Limbah yang digunakan dalam penelitian
adalah limbah buatan dengan nilai COD 250
ppm dengan pH 7,6. Limbah ini dibuat dari
kristal glukosa monohidrat yang dilarutkan
ke dalam air. Limbah dialirkan kontinyu ke
dalam reaktor menggunakan pompa
peristaltik Watson Marflow dengan waktu
tinggal hidrolik limbah di dalam reaktor
divariasikan 0,5; 1; 1,5; dan 2 hari. Nilai
COD limbah keluar reaktor diukur pada hari
ke-2, 3, 4, dan 5.
2.4 Rangkaian Peralatan
Peralatan penelitian dirangkai seperti pada
Gambar 2. Anoda dan katoda dihubungkan dengan kabel listrik dan diberikan beban
sebesar 250 ohm yang dirangkai secara
paralel dengan dataloger DATAQ D710.
Dataloger akan merekam besar tegangan
yang dihasilkan oleh reaktor MFC pada
setiap waktu.
2.5 Aerasi Pasif
Sistem aerasi untuk mensuplai oksigen ke
ruang katoda dilakukan secara alamiah.
Bagian atas ruang katoda yang terbuka
memungkinkan berlangsungnya aerasi per-
mukaan larutan limbah di ruang katoda.
Pengaliran oksigen menggunakan aerator ke
ruang katoda dihindari karena dapat menye-
babkan hilangnya kondisi anaerobik di ruang
anoda.
2.6 Densitas Daya listrik
Data yang terekam pada data logger adalah
voltase (Ecell) yang dihasilkan oleh pasangan
elektroda. Pada rangkaian dipasang resistor
250 Ω sebagai tahanan eksternal (Rext).
Daya listrik yang dihasilkan dihitung dengan
persamaan
cell P=IEcell
Keterangan:
P : daya listrik (Watt)
I : arus listrik (Ampere)
Ecell : voltase (Volt)
Sesuai dengan hukum Ohm (Ecell = IRext)
R
Ecell²/RextP : daya listrik (Watt)
Ecell : voltase (Volt)
Rext : tahanan eksternal (Ohm)
Densitas daya menyatakan besar daya listrik
yang dihasilkan persatuan luas permukaan
elektroda. Densitas daya yang dinyatakan
terhadap luas permukaan katoda dihitung
dengan persamaan berikut:
Pkat = Ecell²/AkatRext
Keterangan:
Pkat : densitas daya listrik (Watt/m2
Ecell : voltase (Volt)
Akat : luas katoda (m2
Rext : tahanan eksternal (Ohm)
Daya volumetrik dihitung untuk mengetahui
jumlah daya yang dihasilkan persatuan
volume total reaktor.
PV = Ecell²/vRext
Keterangan:
Pkat : densitas daya listrik (Watt/m2
Ecell : voltase (Volt)
v : volume total reaktor (m3
Rext : tahanan eksternal (Ohm)
2.7 Penyisihan COD Limbah
Kemampuan Reaktor MFC menyisihkan
senyawa organik yang terdapat di dalam
limbah ditentukan dengan membandingkan
penurunan COD limbah setelah pengolahan
dengan nilai awal COD limbah.
Penyisihan COD = (CODawal-CODakhir)/CODawal x 100%
3. Hasil dan Pembahasan
Unjuk kerja prototipe reaktor MFC yang
diusulkan dalam penelitian didasarkan pada
rapat daya, daya volumetrik, dan penyisihan
COD. Secara umum, prototipe reaktor MFC
mampu melangsungkan penguraian kom-
ponen limbah dan pembangkitan arus listrik
secara simultan. Hanya saja, penurunan nilai
COD limbah belum mendekati proses-proses
pengolahan konvensional yang telah dijalan-
kan saat ini.
3.1 Pengaruh Waktu Tinggal terhadap
Rapat Daya dan Daya Volumetrik
Hasil penelitian menunjukkan bahwa waktu
tinggal hidrolik limbah di dalam reaktor mempengaruhi besar rapat daya dan daya
volumetrik yang dapat dihasilkan oleh
reaktor MFC. Semakin lama waktu tinggal
limbah di dalam reaktor, semakin tinggi nilai
rapat daya dan daya volumetrik yang
dihasilkan (Gambar 3 dan Gambar 4). Nilai
rata-rata rapat daya listrik yang dihasilkan
untuk waktu tinggal limbah 0,5; 1; 1,5; dan
2 hari berturut-turut adalah 38,02; 43,01;
45,35; dan 46,71 mW/m2
volumetrik yang dihasilkan adalah 111,25;
125,86; 132,71; dan 136,69 mW/m3
karena semakin lama waktu tinggal akan
menyebabkan semakin banyak senyawa
organik yang didegradasi menjadi H+ oleh
mikroba di dalam reaktor.
Pola lain yang terlihat adalah kecenderungan
bertambah besarnya energi listrik yang
dapat dihasilkan oleh reaktor dari hari ke
hari. Ini menunjukkan bahwa pada waktu
awal mikroba melakukan penyesuaian
kondisi terhadap perubahan laju alir limbah
ke dalam reaktor. Kecenderungan rapat
daya dan daya volumetrik yang terus
meningkat dari hari ke hari juga meng-
indikasikan bahwa reaktor belum mencapai
kondisi optimum dalam batasan waktu 5 hari
yang ditetapkan. Energi listrik yang
dihasilkan akan terus bertambah besar
sampai tercapainya kondisi steady, waktu
aklimatisasi ini biasanya kurang dari 10 hari
(Rodrigo dkk., 2007).
3.2 Penurunan Nilai COD
Kemampuan prototipe reaktor MFC untuk
menurunkan nilai COD limbah secara umum
masih belum begitu baik (Gambar 5).
Dengan berbagai variasi waktu tinggal yang
dilakukan hanya diperoleh persentase
maksimum penurunan COD limbah sebesar
32,36%, yang didapatkan pada waktu
tinggal hidrolik limbah 1,5 hari. Pada waktu
tinggal 0,5 hingga 1,5 hari, penurunan COD
yang dihasilkan cenderung meningkat, dari
rata-rata 17,99% menjadi 32,26%.
Sedangkan pada waktu tinggal 2 hari,
persentase penurunan COD limbah turun
menjadi 16,31%. Hal ini kemungkinan
disebabkan oleh tidak terdistribusinya
dengan baik limbah di dalam reaktor karena
laju alir limbah yang terlalu kecil. Sedangkan
pada waktu tinggal 0,5 hari dan 1 hari,
aliran limbah terlalu cepat mengalir melewati reaktor sehingga hanya sebagian kecil yang
dapat diurai oleh mikroorganisme. Menurut
Mahendra dan Mahavarkar (2013), rendah-
nya penyisihan COD pada sistem MFC juga
dapat disebabkan oleh rendahnya nilai COD
limbah.
4. Kesimpulan
Prototipe reaktor MFC yang diusulkan
mampu mengurai kontaminan di dalam
limbah dan membangkitkan arus listrik
secara simultan. Dengan variasi waktu
tinggal hidrolik limbah di dalam reaktor pada
0,5; 1; 1,5; dan 2 hari diperoleh nilai rata-
rata rapat daya listrik yang berturut-turut
sebesar 38,02; 43,01; 45,35; dan 46,71
, dan daya volumetrik sebesar
mW/m2
111,25; 125,86 132,71; dan 136,69
. Persentase penurunan COD limbah
mW/m3
paling besar diperoleh pada waktu tinggal
1,5 hari yaitu sebesar 32,36%, sedangkan
pada waktu tinggal 0,5; 1; dan 2 hari,
penurunan COD yang dihasilkan adalah
17,99%, 20,60% dan 16,31%. Perbaikan
terhadap rancangan reaktor MFC beraliran
kontinyu ini masih perlu dilakukan dan
dipelajari pengaruhnya. Sistem aerasi
permukaan yang dipilih dalam penelitian
membutuhkan luas penampang ruang katoda yang lebih besar sehingga aerasi
permukaan dapat berlangsung dengan lebih
baik.
PELUANG UNTUK PENELITIAN SELANJUTNYA
Menurut saya peluang untuk penelitian selanjutnya sangat mungkin terjadi. Hal ini karena kebutuhan energi di masa depan pasti akan mendesak dan kaum cendekiawan pasti akan membuat sebuah penelitian lanjutan entah tentang pemanfaatan limbah cair menggunakan microbia fuell atau dengan metode lain untuk mengatasi krisis energi yang sekaligus mengurangi dampak pencemaran lingkungan dengan bahan-bahan yang mudah didapat dan tidak mahal.
Jurnal ini diambil dari :
http://www.jurnal.unsyiah.ac.id/RKL/article/view/2425/2284
Mohon maaf jika ada kekurangan. hehe
Sekian dan terima kasih.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar