J. Tek. Ling Edisi Khusus Hal Jakarta Juli 2008 ISSN X

Transkripsi

1 J. Tek. Ling Edisi Khusus Hal Jakarta Juli 2008 ISSN X PENGOLAHAN LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT DENGAN BIOREAKTOR ANAEROBIK BIAKAN MELEKAT DALAM SKALA LABORATORIUM PENGAMATAN PENGURANGAN BOD, COD DAN TSS DENGAN VARIABEL WAKTU TINGGAL Petrus Nugro Rahardjo Peneliti di Pusat Teknologi Lingkungan Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Abstract Nowadays as CPO producer Indonesia has become the secondly biggest country in the world. Enormous CPO factories are spread out in Sumatra, Java, Kalimantan and Sulawesi, but the amount of the wastewater produced become a very difficult problem. In coping with this case, a research on anaerobic treatment process by using biofilter attached culture was done in laboratorium scale. Acidity of the process was maintained on ph 6.8 to 7.4. The detention time was varried from 4 to 6 days. The results show that BOD can be reduced until 83.5%, COD 86.83% and TSS 9.35% for 6 day-detention time. Many experiments have been done by the more institutions in Indonesia, but the conclusion says that the complete treatment system suitable for handling the wastewater produced by CPO factories should use a combination of anaerobic and aerobic process. Key Words: Anaerobic wastewater treatment, Crude Palm Oil Factory 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam sepuluh tahun terakhir ini di Indonesia telah terjadi perkembangan jumlah industri kelapa sawit yang cukup besar. Saat ini komoditi minyak mentah kelapa sawit (Crude Palm Oil/CPO) merupakan hasil industri andalan Pemerintah Indonesia. Sekarang Indonesia sudah menjadi penghasil CPO terbesar kedua setelah negara tetangga, Malaysia. Namun sejalan dengan bertumbuh-kembangnya Pabrik Kelapa Sawit (PKS), sudah tentu jumlah limbah yang dihasilkannya juga meningkat tajam. Diketahui bahwa secara kualitas karakteristik limbah cair PKS memiliki kandungan beban bahan-bahan pencemar yang sangat tinggi. Hal itu ditunjukkan dari beban BOD (Biochemical Oxygen Demand) yang rata-rata berkisar antara mg/l sampai mg/l, sementara beban COD (Chemical Oxygen Demand) rata-rata antara mg/l sampai dengan mg/l. Kandungan TSS (Total Suspended Solid) berkisar antara mg/l sampai mg/ l. Secara kuantitas jumlah limbah cair yang dihasilkan oleh satu PKS rata-rata sebesar 60% dari kapasitas pengolahannya. Sebagai contoh ialah PKS PT. Kertajaya di PT Perkebunan Nasional VIII, Pandeglang, yang mempunyai kapasitas pengolahan sebesar 30 ton TBS (Tandan Buah Segar) per jamnya, ternyata memproduksi limbah cair sebesar 18 m 3 /jam. Pada 48 Rahardjo, P. N. 2008

2 pengoperasian puncak, yaitu PKS beroperasi selama 24 jam penuh, maka jumlah limbah cair yang dihasilkan sebesar 432 m 3 /jam. Jumlah limbah tersebut sudah tergolong cukup besar. Dalam mengelola limbah cair, umumnya PKS yang berada di Indonesia menggunakan cara ekstensifikasi, yaitu setelah pemisahan lemak dalam unit Fatpit, kemudian air limbah dialirkan ke kolamkolam anaerobik dengan ukuran luas yang sangat besar. Dari kolam anaerobik lalu dilanjutkan dalam kolam-kolam aerobik. Ukuran luas kolam-kolam ini minimal sebesar 20 m x 40 m. Kolam-kolam Anaerobik (Anaerob ponds) biasanya mempunyai waktu tinggal sekitar 30 hari lebih, sementara untuk kolam Aerobik waktu tinggalnya bahkan ada yang sampai 60 hari. Alasan yang ada adalah karena areal perkebunan mempunyai lahan yang sangat luas, misalnya minimum Ha. Dengan demikian kebutuhan lahan yang luas untuk pengelolaan dan pengolahan limbah cair suatu PKS bukan menjadi masalah yang berarti. Namun masalah yang timbul adalah pada pengoperasian proses pengolahan limbah cair dan perawatan unit-unit prosesnya yang ternyata tidak dijalankan dengan benar, sehingga hasil pengolahannya pun menjadi tidak optimal. Karena masalah tersebut, maka banyak intitusi atau badan litbang melakukan risetnya masing-masing untuk mencari dan memperoleh suatu sistem pengolahan limbah cair PKS yang berdasarkan pada cara intensifikasi. Berbagai paduan jenis proses pengolahan, bahkan sampai ke perancangan unit-unit teknis perangkat pemrosesnya telah banyak dilakukan, namun baru pada skala-skala yang terbatas, misalnya skala laboratorium atau Bench Scale atau sampai Pilot Plant. 1.2 Tujuan Tujuan penelitian ini adalah mencari suatu kondisi proses yang optimal dengan sistem anaerobikmenggunakan media biofilter biakan melekat parameter, yaitu BOD, COD dan TSS. 2. METODOLOGI 2.1. Ruang Lingkup Ruang lingkup penelitian ini adalah : Proses pengolahan anaerobik dengan menggunakan media biofilter biakan melekat dan dilaksanakan dalam unit berskala laboratorium. Pengamatan hanya ditujukan untuk memperoleh kondisi optimum untuk Td (Detention Time) dengan dasar presentasi penyisihan terhadap 3 parameter, yaitu BOD, COD dan TSS. Limbah cair PKS diambil dari PTP Nasional VIII, PKS PT. Kertajaya di Kabupaten Pandeglang, Propinsi Banten. Demikian pula untuk proses pembenihan mikrobanya yang menggunakan lumpur aktif dari PKS tersebut Tahap-tahap Pengolahan Tahap Persiapan Pada tahapan ini dilakukan perancangan sistem pemroses dengan dasar studi literatur. Setelah itu dilakukan pembuatan perangkat pemroses dengan dasar desain tersebut dan dilanjutkan dengan melakukan proses seeding dan aklimatisasi. Hasil pelaksanaan tahapan persiapan ini dapat dilihat pada tabel berikut Tahap Running Setelah tahapan aklimatisasi berjalan dengan baik yang ditandai oleh stabilnya proses pengolahan dengan prosentasi penyisihan BOD dan COD mencapai 80% lebih, maka tahap pengoperasian sistem perangkat pemroses secara kontinyu dapat dilaksanakan. Running atau pengoperasian seluruh proses anaerobik dilakukan selama dua bulan penuh dengan memvariasikan 3 waktu tinggal, yaitu 4, 5 dan 6 hari. Setiap dua hari sekali dilakukan pengambilan sampel dari 4 titik pengamatan, yaitu pada Pengolahan Limbah Cair... J. Tek. Ling. Edisi Khusus

3 umpan limbah cair awal (Bak Sedimentasi I), influent unit anaerobik, effluent unit anaerobik dan effluent bak sedimentasi II (lihat Gambar 1). Apabila dirasa perlu frekuensi pengambilan sampel dapat ditambah. Pelaksanaan ujicoba proses pengolahan dengan skala laboratorium ini dilakukan di laboratorium proses pada Balai Teknologi Lingkungan, Serpong. Tabel 1. Spesifikasi unit-unit sistem pemroses Tabel 2. Spesifikasi media biofilter Tabel 3. Perangkat pendukung. anaerobik. 50 Rahardjo, P. N. 2008

4 Gambar 1 : Sistem pengolahan dengan reaktor anaerobik media biofilter biakan melekat Gambar 2 : Photo sistem pengolahan anaerobik di laboratorium Analisa Laboratorium Sampel air limbah selama proses pengolahan langsung dianalisa untuk parameter COD dan TSS, sedangkan analisa contoh limbah cair untuk parameter BOD harus dilakukan pengeraman selama 5 hari Waktu dan tujuan Percobaan dilakukan pada tahun anggaran 2005/2006 di laboratorium proses Balai Teknologi Lingkungan Serpong. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Hasil Pengoprasian Proses Pengolahan Dalam pengoperasian seluruh proses pengolahan sistem anaerobik secara kontinyu, kondisi proses harus terus dijaga agar stabil dan tidak terlalu berfluktuasi. Limbah cair segar yang berasal dari PKS PT. Kertajaya rata-rata mengandung BOD maksimal mg/l, COD maksimal mg/l dan TSS maksimal mg/ Pengolahan Limbah Cair... J. Tek. Ling. Edisi Khusus

5 l, serta kondisi keasaman yang sangat rendah, yaitu ph 3,8. Limbah cair yang ditempatkan dalam drum-drum bervolume 20 liter disimpan dalam lemari pendingin, dengan maksud agar tidak terjadi proses pengolahan atau degradasi oleh mikroba. Temperatur lemari pendingin dikontrol di bawah 5 C 3). Dengan temperatur serendah itu dan kondisi keasaman yang sangat rendah, maka dianggap tidak terjadi proses degradasi oleh mikroba. Limbah cair segar dari tempat penyimpanan terlebih dahulu dinaikkan ke temperatur ruangan secara cepat, kemudian dialirkan secara gravitasi sedikit demi sedikit ke bak sedimentasi I. Dalam bak sedimentasi pertama ini diambil sampel pertama. Dari bak Sedimentasi kemudian dipompa ke bak Netralisasi dan dibubuhkan larutan NaOH 2M untuk menaikkan ph sampai sekitar 7. Pembubuhan NaOH berjalan secara automatis, yaitu dengan menggunakan ph kontrol. Diinginkan ph operasi berkisar dari 6,8 sampai 7,4. Jadi bila ph telah mencapai 7,4, maka pompa dosing NaOH akan berhenti dan sebaliknya bila ph turun sampai lebih rendah dari 6,8, maka pompa dosing NaOH akan automatis hidup bekerja kembali dan seterusnya. Laju alir pemompaan umpan ke dalam bak Netralisasi diatur agar mempunyai waktu tinggal selama 4 hari berada di dalam Reaktor Anaerobik. Dalam bak Netralisasi dilakukan pengadukan dengan menggunakan pengaduk magnet. Pengadukan dilakukan dengan maksud agar umpan yang masuk ke dalam reaktor anaerobik betul-betul homogen. Dari bak Netralisasi, limbah cair yang sudah netral tersebut mengalir secara gravitasi ke dalam Reaktor Anaerobik. Pengambilan sampel kedua dilakukan tepat pada saluran inlet Reaktor Anaerobik. Dalam Reaktor ini waktu tinggal limbah cair selama 4 hari. Effluent yang keluar dari unit Reaktor Anaerobik juga langsung diambil sampelnya sebagai sampel ketiga. Kemudian effluent dari Reaktor mengalir ke unit Sedimentasi II. Effluent dari bak Sedimentasi II ini juga diambil sedikit sebagai sampel terakhir (keempat), sementara lumpur yang mengendap pada bagian dasar bak Sedimentasi II disirkulasikan ke dalam Reaktor Anaerobik kembali. Pengoperasian ini terus dijalankan sampai diperoleh data yang cukup. Setelah pengoperasian dengan waktu tinggal 4 hari selesai, kemudian laju alir pompa diperlambat lagi hingga sesuai dengan waktu tinggal 5 hari untuk unit Reaktor Anaerobik. Demikian seterusnya pengoperasian proses pengolahan dilakukan secara kontinyu dan untuk rangkaian proses terakhir waktu tinggalnya adalah 6 hari Pengurangan parameter BOD Hasil analisa laboratorium untuk parameter BOD ditunjukkan pada Tabel berikut. Penghitungan efisiensi pengurangan beban BOD dilihat dari selisih nilai BOD pada sampel ke 2 dan sampel ke 3. Tabel 4 : Hasil analisa BOD untuk Waktu Tinggal 4 hari di Unit Anaerobik 52 Rahardjo, P. N. 2008

6 Tabel 5. Hasil analisa BOD untuk Waktu Tinggal 5 hari di Unit Anaerobik. Tabel 6. Hasil analisa BOD untuk Waktu Tinggal 6 hari di Unit Anaerobik Pengurangan Parameter COD Hasil analisa laboratorium untuk parameter COD ditunjukkan pada Tabel berikut: Tabel 7. Hasil analisa COD untuk Waktu Tinggal 4 hari di Unit Anaerobik Tabel 8. Hasil analisa COD untuk Waktu Tinggal 5 hari di Unit Anaerobik Tabel 9. Hasil analisa COD untuk Waktu Tinggal 6 hari di Unit Anaerobik Pengolahan Limbah Cair... J. Tek. Ling. Edisi Khusus

7 3.1.4 Pengurangan TSS Hasil analisa laboratorium untuk parameter TSS ditunjukkan pada tabel berikut. Tabel 10. Hasil analisa TSS untuk Waktu Tinggal 4 hari di Unit Anaerobik Tabel 11. Hasil analisa TSS untuk Waktu Tinggal 5 hari di Unit Anaerobik. Tabel 12. Hasil analisa TSS untuk Waktu Tinggal 6 hari di Unit Anaerobik Gambar 3. Hubungan Efisiensi Pengurangan Beban Pencemar dengan Waktu Tinggal. 54 Rahardjo, P. N. 2008

8 3.2. Pembahasan Dari hasil analisa laboratorium untuk ketiga parameter (BOD, COD dan TSS) dapat dilihat korelasinya dengan perubahan Waktu Tinggal, yaitu bahwa hasil pengolahan limbah cair PKS dengan menggunakan sistem anaerobik dan dengan media biofilter biakan melekat menunjukkan efisiensi pengurangan terbaik untuk ketiga parameter tersebut diperoleh pada Waktu Tinggal 6 hari. Dengan menghubungkan nilai rata-rata efisiensi pengurangan beban bahan pencemar dengan Waktu Tinggal dapat diperoleh kurva seperti berikut ini Perubahan Kualitas Limbah Cair Baku Diketahui bahwa kualitas limbah cair PKS PT. Kertajaya mengandung BOD ratarata maksimum sebesar mg/l, COD mg/l dan TSS mg/l. Namun pada saat percobaan dimulai ternyata limbah cair baku segar yang berada di bak Sedimentasi pertama mempunyai kandungan BOD s/d mg/l, COD s/d mg/l dan TSS antara sampai mg/l. Terjadinya perubahan kualitas limbah cair segar tersebut diperkirakan karena adanya proses pengolahan biologis selama perjalanan pengangkutan dari lokasi PKS di Pandeglang sampai ke laboratorium Balai Teknologi Lingkungan di Serpong yang membutuhkan waktu tempuh selama 4 jam. Limbah cair segar yang baru diambil langsung dari pabrik tersebut dikemas dalam jerigen plastik yang bervolume 20 literan dan dalam kondisi tertutup rapat, sehingga proses pengolahan biologis yang terjadi berlangsung secara anaerobik. Hal ini ditandai pula oleh menggelembungnya jerigen-jerigen limbah cair PKS tersebut. Adanya proses pengolahan biologis itu, menyebabkan terjadi degradasi bahanbahan pencemar yang terkandung dalam limbah cair segar tersebut. Dengan demikian, maka kandungan bahan pencemar baik BOD maupun COD telah berkurang secara berarti (pengurangan >80%). Namun untuk parameter TSS nilai pengurangannya hanya 9,35% Waktu Tinggal Optimal Berdasarkan Tomo dkk. 1), proses pengolahan limbah cair PKS yang paling baik adalah proses yang berlangsung anaerobik dan dalam kondisi thermopilik, yaitu proses yang berlangsung pada temperatur tinggi C dan optimal pada temperatur C. Namun variabel Waktu Tinggal (Detention Time) masih dapat diteliti lebih lanjut, walaupun menurut Tomo dkk. Waktu Tinggal optimal adalah 4 hari. Dari hasil penelitian yang telah dilakukan (lihat Gambar 3), memang dengan meningkatnya Waktu Tinggal, maka meningkat pula Efisiensi Pengurangan bahan pencemar (BOD, COD & TSS). Tentu saja bila Waktu Tinggal terus ditingkatkan, maka hasil pengolahannya pun pasti makin baik. Namun yang dicari adalah hasil pengolahan yang telah memenuhi baku mutu lingkungan sesuai dengan peraturan yang berlaku (misalnya BOD < 100 mg/l) Kondisi Yang Tidak Ideal Dalam Penelitian Pada pelaksanaan operasi di Laboratorium banyak dijumpai kondisi sistem yang tidak ideal. Ketidak-idealan tersebut antara lain: Seperti yang telah diuraikan tentang adanya perubahan kualitas limbah cair segar yang digunakan, kandungan BOD dalam limbah cair baku yang masuk ke dalam unit Sedimentasi I ternyata jauh di bawah ppm. Dengan nilai BOD yang rata-rata di bawah ppm menyebabkan beban pengolahan menjadi lebih ringan dari yang sebenarnya di lapangan. Terbentuknya scum atau gumpalangumpalan kecil yang terflotasi pada permukaan unit anaerobik, menyebabkan saluran outlet sering tersumbat, sehingga alirannya Pengolahan Limbah Cair... J. Tek. Ling. Edisi Khusus

9 menjadi kecil dan terhambat. Untuk mengatasi masalah tersebut terpaksa dilakukan penghisapan scum pada bagian permukaan unit anaerobik. Dengan adanya penghilangan skum yang terflotasi, maka telah terjadi pengurangan bahan pencemar dalam limbah cair yang sedang diolah 2). Bila pembentukan biofilm pada permukaan biofilter anaerobik sudah mulai menyumbat saluran-saluran yang tersedia, maka akan terjadi chanelling sehingga jalannya air limbah yang sedang diolah kemungkinan tidak mengalir dalam perioda waktu yang cukup sesuai waktu tinggal yang diharapkan. Disamping itu dengan bertambahnya volume biofilm, maka volume air limbah yang mengalir di dalam unit anaerobik juga akan berkurang, sehingga perioda waktu tinggalnya juga relatif lebih singkat. Untuk mengantisipasi masalah ini perlu dilakukan modifikasi jalannya kondisi operasi, yaitu dengan memperlambat laju alir masuk umpan air limbah baku Produksi Gas Methan Dalam Proses Anaerobik Dalam pengoperasian proses anaerobik dipastikan akan terbentuk gas Methan sebagai hasil reaksi dari proses degradasi bahan-bahan pencemar tersebut. Berdasarkan pengamatan selama proses percobaan di laboratorium, ternyata laju alir produksi gas Methan cukup berarti, yaitu sekitar 0,1 sampai 0,3 ml per 24 menit. Jadi ternyata potensi gas Methan cukup besar bila akan dimanfaatkan untuk keperluan pembangkitan energi. 4. KESIMPULAN DAN SARAN 4.1 Kesimpulan a. Waktu tinggal optimum berdasarkan penelitian pengolahan limbah cair PKS melalui proses anaerobik dengan biofilter biakan melekat ini adalah 6 hari. Dengan waktu tinggal selama 6 hari tersebut BOD dapat diturunkan hingga rata-rata 83,50%, COD 86,83% dan TSS hanya 9,35%. b. Produk gas Methan dalam pengoperasian proses pengolahan limbah cair PKS secara anaerobik dengan biofilter biakan melekat merupakan potensi yang sangat baik untuk dimanfaatkan nilai kandungan energinya. c. Dalam pelaksanaan pengoperasian sistem pengolahan limbah cair PKS pada skala laboratorium ini masih banyak dijumpai ketidak-idealan yang terjadi, misalnya adanya penyumbatanpenyumbatan pada saluran atau selang aliran limbah cair. Karena itu untuk menjaga kontinuitas pengoperasian dibutuhkan modifikasi cara pelaksanaan penelitian ini, misalnya dengan mengurangi secara perlahan laju alir limbah cair baku. 4.2 Saran a. Untuk lebih meningkatkan efisiensi proses pengolahan limbah cair PKS dengan sistem anaerobik ini, patut dilakukan percobaan dengan kondisi thermopilik. b. Gas Methan sebagai hasil samping dalam pengoperasian proses pengolahan limbah cair PKS secara anaerobik sebaiknya dioptimalkan dan dimanfaatkan untuk keperluan kebutuhan energi dalam pengoperasian jalannya proses pengolahan limbah itu sendiri. 56 Rahardjo, P. N. 2008

10 c. Untuk mengatasi permasalahan ketidakidealan sistem pemroses yang ada pada skala laboratorium hendaknya dilakukan scale up, yang berarti menambah besar ukuran unit-unit sistem pemroses, sampai pada besar ukuran perpipaan yang digunakan. DAFTAR PUSTAKA Metode Pengapungan (Flotasi), Fak. Teknik Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh, Wisnuprapto dan Nurwandi, Pengaruh Waktu Stabilisasi Terhadap Penyisihan COD Dengan Reaktor Kontak Stabilisasi Dalam Pengolahan Air Buangan Minyak Kelapa Sawit, ITB, Bandung, Tomo HS. dkk., Pengolahan Limbah Cair Minyak Kelapa Sawit Dengan Sistem Anaerobik Aerobik, BPPT, Jakarta, Zuhra Syaifulah, Pengolah Limbah Cair Minyak Kelapa Sawit Dengan Pengolahan Limbah Cair... J. Tek. Ling. Edisi Khusus