## IDENTIFIKASI LIMBAH PALM OIL MILL EFFLUENT (POME) MENGGUNAKAN BIOSENSOR BERBASIS ALGA
Dina Maryani, Lazuardi Umar *
1 Program Studi S1 Fisika FMIPA Universitas Riau, Jl. Prof. Muchtar Luthfi Pekanbaru, 28293, Indonesia
* e-mail: lazuardi@unri.ac.id

## ABSTRAK
Palm  Oil  Mill  Effluent  (POME)  merupakan  limbah  minyak  kelapa  sawit  yang  memiliki  kadar  Chemical  Oxygen  Demand  (COD)  dan Biochemical Oxygen Demand (BOD) yang tinggi sehingga merusak ekosistem perairan serta menurunkan kadar oksigen terlarut (dissolved oxygen, DO). Berdasarkan hal tersebut dilakukan identifikasi POME yang jatuh kebadan air mempergunakan biosensor amperometris tipe Biochip-G denganalga Chlorella sp. sebagai bioreseptor.Biosensor mengukurperubahan arus akibat metabolismesel alga melaluimekanisme fotosintesis  yang  akan  menghasilkan  potensial  keluaran.  Potensial  ini  proporsional  dengan  kadar  DOdari  Chlorella  sp.  pada  proses fotosintesis ketika POME berada pada lingkungan alga. Identifikasi POME dilakukan dengan memberikan alga cahaya artifisial LED putih 380-780 nm dengan tingkat variasi konsentrasi POME sebanyak 10%, 20%, dan 30%. Berdasarkan pengukuran kadar oksigen terlarut (DO) menghasilkan nilai DO sebesar 174.15%, 154.66%, dan 138.98% serta nilai sensitivitas sebesar 4mV/% POME.
Kata Kunci : Biosensor; Palm Oil Mill Effluent; Alga; Oksigen terlarut

## ABSTRACT
[Title: IdentificationPalm Oil MillEffluent (POME) Using Biosensor Based Algae] Palm Oil Mill Effluent (POME) is a palm oil wastethat has high levels of Chemical OxygenDemand (COD) and Biochemical Oxygen Demand (BOD) which damages aquatic ecosystems and reduces dissolved oxygen (DO) levels. However, POME has nutrients for algae cells to produce oxygen. Based on this, it is necessary  to  identify    POME    that  falls  into  water  bodies  based  on  photosynthesis  of  Chlorella  sp.using  biosensors.  Biosensors  have  been widely  developed  in  environmental  applications  by  looking  at  dissolved  oxygen  levels  as  water  quality.  This  study  uses  a  biosensor  with anamperometric  sensor  principletype  Biochip-G.  The  amperometric  sensor  measured  the  change  in  current  of  the  reduction  andoxidation reactions and produced a measurable output potential. The measured output potential waste dissolve doxygen level from the addition of POME  to  Chlorella  sp.when  photosynthesis  occurs.  Identification  of    POME  based  on  the  photosynthesis  process  of  Chlorella  sp.using artificial  white  LED  light  380-780  nm  with  varying  levels  of  POME  concentration  as  much  as  10%,  20%,  and  30%.  Based  on  the measurement of dissolved oxygen (DO) levels, the DO values were 174.15%, 154.66%, 138.98% and the sensitivity values were 4mV/% POME.
Keywords : Biosensors; Palm Oil Mill Effluent; Algae; Dissolved oxygen

## PENDAHULUAN
Palm  Oil  Mill  Effluent (POME)  merupakan limbah  sawit  yang  dibuang  ke  sungai  dengan karakteristik  berwarna  kecoklatanyang  memiliki kekeruhanyang  tinggi  akibat  kandungan  bahan organik dan padatan tersuspensi (A. L. Ahmad et al., 2006) . Produksi  untuk  satu  ton  minyak  sawit membutuhkan 5.0-7.5 ton air dan menghasilkan 50% limbah  POME  (Vijayaraghavan  &  Ahmad,  2006). Limbah  POME  memiliki  kandungan Chemical  Oxygen Demand (COD) dan Biochemical Oxygen Demand (BOD) yang  tinggi  serta  terdapat  kandungan  mineral  seperti karbon  (C),  nitrogen  (N),  dan  fosfor  (P)  yang menyebabkan  pencemaran  lingkungan  pada  badan
air. Kandungan mineral pada POME dapat digunakan sebagai  nutrisi  budidaya  sel  alga  dan  dapat membersihkan air limbah (A. Ahmad et al., 2016).
Sel alga adalah organisme yang paling cocok dan  efisien  untuk  pengolahan  biologis  pada  air limbah, karena dapat tumbuh di air limbah sehingga mengurangi  polutan  didalamnya  (Altunoz  et  al., 2020). Alga Chlorella sp. merupakan organisme yang memanfaatkan  cahaya  matahari  untuk  mengubah karbondioksida  (CO 2 )  menjadi  karbohidrat  dan oksigen  (O 2 ),  serta  dapat  menyerap  banyak  senyawa organik  dari  limbah  cair  seperti  karbon,  nitrogen dan fosfor sehingga mampu menjernihkan air limbah
POME  (Kamarudin  et  al.,  2015).  Penelitian Emparan  (2020)  memanfaatkan  limbah  POME sebagai  medium  kultur Nannochloropsis sp.,  namun penelitian  ini  tidak  melihat  kadar  oksigen  terlarut dari  metabolisme  sel  alga.  Berdasarkan  pemaparan diatas  maka  padapenelitian  ini  diteliti  pengaruh penambahan  POME  menggunakan  biosensoryang mendeteksi  berdasarkan  vitalitas  alga  yang dinyatakan sebagai tingkat oksigen terlarut ( Dissolved Oxygen , DO).
Biosensor  merupakan  sensor  yang  terdiri  dari bioreseptor dan perangkat transduser yang terintegrasi secara independen dan mampu memberikan informasi analitik  secara real-time (Karunakaran  et  al., 2015).Penelitian biosensor menggunakan metabolisme  sel  alga  berbasis  sensor  amperometris telah dilakukan oleh Umar (2015) untuk memantau pencemaran air menggunakan Crude Palm Oil (CPO) berdasarkan  metabolisme  sel  alga  danAjab  (2019) memantau  lingkungan  perairan  dengan  sensor  yang dimodifikasi  dengan  selulosa  dan  hidroksiapatit  untuk mendeteksi ion timbal pada limbah POME. Namun, pada  penelitian  ini  tidak  melihat  perubahan  kadar oksigen terlarut  yang dihasilkan dari vitalitas alga.
Penelitian  ini  menggunakan  biosensor oksigen tipe Clark dengan biochip tipe G yang dibeli dari cellasys GmbH  (Cellasys,  2014).  Biochip  ini dapat  mengukur  kadar  oksigen  terlarut  dengan teknik  pengukuran  yang  mudah  serta  operasional yang  stabil  dimana  sel  alga Chlorella sp.  berperan sebagai  bioreseptor  dan  limbah  POME  sebagai analit.  Sumber  cahaya  artifisial  yang  digunakan adalah  LED  putih  dengan  panjang  gelombang  380- 780 nm. Alga yang diimobilisasi diamati menggunakan elektroda sensor yang terintegrasi dengan elektroda pengukur ukuran mikro.

## METODE
Alga Chlorella sp. dan Kultivasi Penelitian ini menggunakan alga Chlorella sp. yang  didapatkan  dari  Fakultas  Perikanan  dan Kelautan, Universitas Riau. Chlorella sp . diklasifikasikan  ke  dalam  kategori  alga  hijau  bersel satu.Alga Chlorella sp . dapat  tumbuh  pada  salinitas 0-35  ppt  dan  masih  dapat  bertahan  hidup  pada  suhu 40 ° C,  tetapi  tidak  tumbuh.  Keberadaan Chlorella sp. dalam  air  limbah  sangat  penting,  karena  dapat menjernihkan air limbah dengan menggunakan logam berat  dan  nutrisi  untuk  produksi  oksigen (O 2 )(Randrianarison  &  Ashraf,  2018).  Sel Chlorella sp. ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1 . Alga Chlorella sp. Pembuatan  medium  alga  dilakukan  dengan penambahan  1.87  gram Algae  Culture  Broth (ACB) dari Sigma  Aldrich SKU-17124ke  dalam  1000  mL akuades(HiMedia  Laboratories,  2015).  Campuran medium sel alga dihomogenkan menggunakan shaker inkubator dengan  kecepatan  150  rpm  selama  15 menit  dan  diautoklaf  selama  2  jam  dengan  suhu 121ºC. Medium sel alga yang telah dibuat dikultivasi dengan menambahkan Chlorella sp. sebanyak 5 mL. Kultivasi sel Chlorella sp. diberi pencahayaan selama 12 jam ON dan 12 jam OFF dengan bantuan cahaya lampu  TL  21  Watt.  Setelah  10  hari  kultivasi,  sel alga  dapat  dijadikan  sampel  pengukuran  kadar oksigen  terlarut  jika  telah  terjadi  peningkatan. Pemanenan  alga  dilakukan  ketika  sel  alga  selesai dikultivasi  dan  dapat  disimpan  untuk  kultivasi  alga selanjutnya.  Jumlah  densitas  sel  alga  dihitung menggunakan Hemocytometer dan  dilihat  menggunakan Mikroskop Optik XSP-12.
Kalibrasi Biochip-G

## a. Biochip-G
Biochip-G  merupakan  perangkat  analitis  yang diproduksi  dari  perusahaan cellasys GmbH.  Sensor Biochip-G  terdiri  dari  tiga  elektroda  yaitu Working Electrode (WE), Reference Electrode (RE), dan Auxiliary Electrode (AE).  Spesifikasi  dari  Biochip-G  dapat dilihat pada Gambar 2 dan Tabel 1.
Tabel 1 . Spesifikasi Biochip-G
(Cellasys, 2014) Material Kaca Elektroda DO ~ 3 mm 2 Ukuran Linear 0 to 120 %DO Sensitivitas 1nA/pDO ±10 % Gambar 2 . Struktur Biochip-G (Wiest et al., 2005)
Dimensi  dari  Biochip-G  yaitu  sebesar 33,8 ´ 24,0 ´ 0,5  mm 3 dengan  suhu  operasi  0 ° C sampai +80 ° C. Elektroda pada Biochip-G memiliki 4 komponen yang dapat digunakan untuk mengukur parameter  fisis  diantaranya  yaitu  sensor  oksigen amperometris, sensor pH, sensor suhu Pt 1000, dan sensor impedansi (Wiest et al., 2005). Penelitian ini
menggunakan  sensor  oksigen  amperometris    untuk mengukur  tingkat  oksigen  terlarut  (DO)  dan sebelum  pengukuran  berlangsung,  dilakukan kalibrasi  sensor  terlebih  dahulu  untuk  menguji elektroda-elektroda  sensor  agar  sesuai  dengan  standar pengukuran.
b. Kalibrasi Cal0 dan Cal100 Sensor
Kalibrasi  sensor  oksigen  dilakukan  untuk menyesuaikan  alat  ukur  agar  sesuai  dengan  standar pengukuran  yang  ditentukan.  Tahap  kalibrasi dilakukan dengan dua cara yaitu pembuatan larutan Cal0  dan  Cal100.  Cal0  merupakan  larutan  bebas oksigen yang dibuat dengan menggunakan Natrium Sulfit (Na 2 SO 3 ) sebanyak 0.05 gram dan dilarutkan kedalam  10  mL  akuades  agar  air  menjadi  bebas oksigen.  Cal100  merupakan  larutan  dengan  jenuh oksigen  yang  dibuat  menggunakan  akuades  yang diaerasi agar dalam keadaan saturasi oksigen.

## Persiapan Sampel Analit POME
Sampel  analit  yang  dipergunakan  adalah limbah Pabrik Kelapa Sawit dari PTPN V Sei Pagar. Persiapan  dilakukan  dengan  mengencerkan  POME menggunakan  akuades  sebanyak  50  mL,  dimana sebelum dilakukan pengenceran, dilakukan pengecekkan  terlebih  dahulu  konsentrasi Chemical Oxygen  Demand (COD)  menggunakan  metode dikromatometri.  Pengenceran  POME  dilakukan dengan  pengambilan  volume  total  50  ml  dan dicampur larutan Akuades dengan rasio 10%, 20%, dan  30%  seperti  pada  Gambar  3.  Pengecekkan  pH juga  dilakukan  setelah  pengenceran  menggunakan Indikator pH paper Merck .
Gambar  3. Pengenceran  limbah  POME  dengan  3 variasi konsentrasi

## Vitalitas alga pada penambahan POME
Sel  alga Chlorella sp.  dipergunakan  pada penelitian ini sebagai bioreseptor dimana metabolisme sel  diamati  didalam chamber reaksi  dari  Biochip- G.Sampel  alga  dengan  jumlah  populasi  26 × 10 6 sel/mL  diimmobilisasi  sebanyak  200 µ L  ke  dalam chamber .  Pengaruh  sampel  analit  diamati  dengan memberikan larutan POME ke dalam chamber sebanyak 50 µ L menggunakan pipet Eppendorf.
Eksperimen Vitalitas Alga Terhadap Penambahan POME
Set up pengukuran tingkat DO mempergunakan modul  biosensor  dan  komputer  dapat  dilihat  pada Gambar  4.  Penelitian  ini  mempergunakan  cahaya artifisial  dari  LED  putih  dengan  panjang gelombang 380-780 nm,  daya  maksimum  sebesar 3 Watt  dan  akan  memberikan  daya  photon  sebesar 252  photon/m 2 s.  IdentifikasiPOME  pada  sel  alga dilakukan  untuk  melihat  tingkat  oksigen  terlarut dengan  3  variasi  konsentrasi  yaitu  10%,  20%,  dan 30%.  Tujuan  konsentrasi  yang  berbeda  untuk melihat  respon  sel  alga  terhadap  zat  asing  (POME) yang  mempengaruhi  metabolisme  sel  yang dinyatakan sebagai  tingkat oksigen terlarut sel alga. Identifikasi  dilakukan  dengan  pemberian  cahaya LED  ON  dan  OFF  selama  500s  pada  sel  alga  dan ketika  LED  ON  atau  saat  sel  alga  sedang berfotosintesis  diberikan  limbah  POME  pada masing-masing  konsentrasi.  Hasil  dari  pengukuran ini  akan  ditampilkan  dalam  bentuk  grafik  potensial terhadap waktu pada komputer.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Kalibrasi  Cal0  dan  Cal100  dilakukan  untuk mencari nilai oksigen terlarut (DO). Hasil kalibrasi Cal0  dan  Cal100  ditunjukkan  pada  Gambar  5 menghasilkan  potensial  keluaran  maksimum  dan minimum sebesar 2010 mV dan 1774 mV.
Gambar 4. Set up pengukuran limbah POME
Kalibrasi Cal0 dan Cal100 digunakan sebagai konversi  nilai  potensial  menjadi  DO%  pada metabolisme  sel  dimana  dari  kurva  pada  Gambar  5 dimodelkan menjadi Persamaan 1 dan 2.
Gambar 5 . Kalibrasi Cal0 dan Cal100
% 36 . 2 2010 DO U = (1) 36 . 2 2010 % U DO = (2)
Berdasarkan  Persamaan  2  dapat  diketahui nilai  DO  dalam  bentuk  persentase  (%)  dari pengukuran  oksigen  terlarut  pada  fotosintesis Chlorella sp.  ketika  diberi  penambahan  variasi konsentrasi POME.
Pengujian  vitalitas  sel  alga  sebelum  diberi penambahan  POME  diberi  pencahayaan  LED  ON dan OFF selama 500s untuk melihat respon sel alga ketika diberi pencahayaan. Hasil dari uji fotosintesis alga seperti pada Gambar 6 menunjukkan perubahan potensial  pada  LED  OFF  dan  ON.  Ketika    LED OFF,  terjadi  kenaikan  potensial  akibat  proses respirasi  dari  sel  alga  mengkonsumsi  oksigen  (O 2 ) dan  saat  LED  ON  terjadi  penurunan  potensial dikarenakan  proses  fotosintesis  dari  sel  alga memproduksi oksigen.
Gambar  6 .  Kurva  respirasi  dan  fotosintesis  alga Chlorella sp.
Hasil  analisa  pengujian  limbah  POME menghasilkan  nilai  COD  sebesar  3.500  mg/L  dan pH  =  4.  Kadar  COD  ini  masih  dalam  keadaan tinggi,  dimana  semakin  tinggi  nilai  COD  terdapat tingkat  kepekatan  senyawa  organik  seperti ammonium, nitrogen, fosfor, karbon, dan senyawa organik  lainnya  menyebabkan  kadar  oksigen  dalam limbah  POME  semakin  rendah  (Kamarudin et  al ., 2015).  Hasil  pengukuran  oksigen  terlarut ditunjukkan pada Gambar 7 dan Tabel 2.
Gambar  7. Hasil  pengukuran  DO  dengan  variasi konsentrasi
Tabel 2. Pengukuran DO dengan Variasi Konsentrasi Konsentrasi POME(%) Potensial (mV) DO (%) 10 1599.83 ± 0.98 174.15 20 1645.33 ± 0.51 154.66 30 1682.8 ± 0.83 138.98
Berdasarkan  Gambar  7  dan  Tabel  2 menunjukkan bahwa sel alga dapat merespon tingkat konsentrasi  dari  limbah  POME  yang  ditambahkan. Pertumbuhan  dan  produktivitas  sel  alga  dapat terjadi dengan syarat tercukupinya penyediaan unsur hara  seperti  karbon,  nitrogen,  dan  fosfordimana nutrisi  ini  terdapat  pada  limbah  POME  (Hariz  & Takriff, 2017).
Hasil  yang  didapatkan  dari  pengukuran  DO dengan  variasi  konsentrasi  POME  menunjukkan semakin  tinggi  tingkat  konsentrasi  POME,  maka potensial  keluaran  akan  semakin  meningkat. Kenaikan  potensial  keluaran  yang  dihasilkan menunjukkan  rendahnya  oksigen  terlarut  pada pengukuran.  Ada  beberapa  syarat  penyebab  dari penurunan  nilai  oksigen  terlarut  yang  dihasilkan. Selain  sel  alga  membutuhkan  nutrisi  yang  cukup, dalam  memproduksi  oksigen  terlarut  juga diperlukan  pencahayaan  yang  cukup.  Pemberian cahaya  yang  cukup  ketika  proses  fotosintesis mempengaruhi  konversi  cahaya  menjadi  sumber energi  dan  oksigen  yang  dihasilkan.  Tingkat kekeruhan konsentrasi POME yang gelap berwarna cokelat  membatasi  cahaya  yang  masuk  ke  dalam sampel(Levine  et  al.,  2011).  Kekeruhan  limbah POME  menyebabkan  cahaya  tidak  terdistribusi secara  merata  sehingga  sel  alga  tidak  dapat berfotosintesis  dengan  baik  dalam  memproduksi oksigen  yang  menyebabkan  nilai  potensialnya semakin  naik  dan  kadar  oksigen  terlarut  semakin turun.
Gambar  8. Kurva  konsentrasi  POME  terhadap potensial Berdasarkan  Gambar  8  dapat  dilihat  kurva sensitivitas  yang  menghasilkan  nilai  sensitivitas
sebesar  4mV/%  POME.  Nilai  sensitivitas  yang dihasilkan  menunjukkan  bahwa  Biochip-G  dapat merespon  setiap  kenaikan  1%  konsentrasi  POME sebesar 4 mV.

## SIMPULAN DAN SARAN
Identifikasi  tingkat  konsentrasi  limbah POME terhadap sel Chlorella sp. menghasilkan nilai DO%  pada  variasi  10%,  20%,  dan  30%  berturut- turut  sebesar  174.15%,  154.66%,  dan  138.98%. Tingkat konsentrasi POME mempengaruhi metabolisme  sel  alga  pada  proses  pengukuran, dimana  semakin  tinggi  konsentrasi  POME, menyebabkan  sel  alga  tidak  dapat  berfotosintesis akibat  kekeruhan  dari  limbah  POME  yang membatasi  cahaya  masuk.  Sensitivitas  dari  Biochip- G pada tingkat konsentrasi POME sebesar 4mV/% POME.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  sensor amperometris  berbasis  Biochip-G  dengan  bioreseptor Chlorella sp. mampu mendeteksi dan mengidentifikasi tingkat  konsentrasi  POME.  Hasil  penelitian  ini diharapkan  dapat  diaplikasikan  untuk  bidang lingkungan  dalam  mendeteksi  pencemaran  limbah pada perairan.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penelitian  ini  didukung  oleh  Proyek  Aksi ADB UNRI yang telah memberikan dana penelitian melalui Program Hibah Penelitian Mahasiswa Tahun Anggaran 2021.

## DAFTAR PUSTAKA
Ahmad,  A.,  Buang,  A.,  &  Bhat,  A.  H.  (2016). Renewable  and  sustainable  bioenergy production  from  microalgal  co-cultivation with  palm  oil  mill  effluent  (POME):  A review. Renewable  and  Sustainable  Energy Reviews , 65 , 214–234.
Ahmad, A. L., Chong, M. F., Bhatia, S., & Ismail, S.  (2006).  Drinking  water  reclamation  from palm  oil  mill  effluent  (POME)  using membrane  technology. Desalination , 191 (1– 3), 35–44.
Ajab, H., Ali Khan, A. A., Nazir, M. S., Yaqub, A., &  Abdullah,  M.  A.  (2019).  Cellulose- hydroxyapatite  carbon  electrode  composite for trace plumbum ions detection in aqueous and  palm  oil  mill  effluent:  Interference, optimization and validation studies.
Environmental Research , 176 (June), 108563. Altunoz, M., Allesina, G., Pedrazzi, S., & Guidetti, E.  (2020).  Integration  of  biological  waste conversion  and  wastewater  treatment  plants by microalgae cultivation. Process Biochemistry ,
91 , 158–164.
Cellasys. (2014). BioChip-G (Order No. 08502) . 1–7. Hariz, H. B., & Takriff, M. S. (2017). Palm oil mill effluent  treatment  and  CO 2 sequestration  by using  microalgaesustainable  strategies  for environmental  protection. Environmental Science and Pollution Research , 24 (25), 20209–
20240.
HiMedia  Laboratories.  (2015). Algae  Culture  Broth . 2166.
Kamarudin, K. F., Tao, D. G., Yaakob, Z., Takriff, M.  S.,  Rahaman,  M.  S.  A.,  &  Salihon,  J. (2015).  A  review  on  wastewater  treatment and microalgal by-product production with a prospect  of  palm  oil  mill  effluent  (POME) utilization for algae. Der Pharma Chemica , 7 (7), 73–89.
Karunakaran,  C.,  Bhargava,  K.,  &  Benjamin,  R.
(2015). Biosensors and bioelectronics . Elsevier. Levine,  R.  B.,  Costanza-Robinson,  M.  S.,  & Spatafora,  G.  A.  (2011).  Neochloris oleoabundans  grown  on  anaerobically  digested dairy manure for concomitant nutrient removal
and  biodiesel  feedstock  production. Biomass and Bioenergy , 35 (1), 40–49.
Randrianarison,  G.,  &  Ashraf,  M.  A.  (2018). Microalgae  plant  ( Chlorella sp.)  for wastewater treatment and energy production. Ekoloji , 27 (106), 1455–1465.
Umar,  L.,  Alexander,  F.  A.,  &  Wiest,  J.  (2015). Application of algae-biosensor for environmental  monitoring. Proceedings  of  the Annual  International  Conference  of  the  IEEE Engineering  in  Medicine  and  Biology  Society, EMBS , 2015 - Novem , 7099–7102.
Vijayaraghavan,  K.,  &  Ahmad,  D.  (2006). Biohydrogen  generation  from  palm  oil  mill effluent  using  anaerobic  contact  filter. International  Journal  of  Hydrogen  Energy ,
31 (10), 1284–1291.
Wiest,  J.,  Brischwein,  M.,  Ressler,  J.,  Otto,  A. M., Grothe, H., & Wolf, B. (2005). Cellular assays  with  multiparametric  bioelectronic sensor chips. Chimia , 59 (5), 243–246.