Bab I Pendahuluan I.1. Latar Belakang Kakao sebagai salah satu komoditas andalan perkebunan Indonesia menempati urutan ketiga setelah kelapa sawit dan karet. Pada tahun 2005, hasil ekspor produk primer kakao memberikan devisa bagi negara mencapai sebesar US$ 468 juta. Selama kurun waktu 38 tahun (1967 s.d. 2005) luas areal kakao mengalami peningkatan yang cukup signifikan yaitu dari luas areal semula 12.839 Ha menjadi 992.448 Ha, di samping itu lokasi penyebarannya semakin berkembang dari 8 provinsi menjadi 30 provinsi. Seiring dengan peningkatan luas areal, produksi kakao juga mengalami peningkatan, pada tahun 1967 produksi kakao hanya mencapai 1.233 ton namun pada tahun 2005 telah mencapai 652.396 ton (Ditjenbun, 2006). Perkembangan luas areal, produksi dan produktivitas kakao di Indonesia dari tahun 1980 sampai dengan 2005 dapat dilihat pada Tabel I.1 berikut ini: Tabel I.1. Perkembangan Luas Areal, Produksi dan Produktivitas Kakao di Indonesia No Tahun Luas Areal (Ha) Produksi (Ton) Produktivitas (Kg/Ha/Th) 1. 1980 37.082 10.284-2. 1990 357.490 142.347 811,59 3. 2000 749.917 421.142 872,16 4. 2001 821.449 536.804 791,01 5. 2002 914.051 571.155 760,11 5. 2003 964.223 698.816 920,19 6. 2004 992.191 650.878 878,58 7. 2005 992.448 652.396 897,27 Rata-rata pertumbuhan 15,20 % 19,43 % 1,8 % sumber: Statistik Ditjen Perkebunan (Ditjenbun, 2006) Peningkatan produksi kakao tentunya akan diiringi dengan peningkatan jumlah limbah yang dihasilkan. Dalam proses pengolahan buah kakao menjadi biji kakao kering (dapat dilihat pada Lampiran H) akan dihasilkan dua jenis limbah yaitu 1
limbah padat berupa kulit buah (cocoa pod) dari proses pemecahan buah kakao dan limbah cair pulp biji kakao (cocoa sweatings) yang sering diistilahkan sebagai pulp kakao. Menurut Tri Panji et al., (1995), setiap satu kilogram biji kakao kering menghasilkan 0,10 0,19 liter pulp biji kakao. Maka dengan total produksi biji kakao saat ini dapat diperkirakan total produksi pulp biji kakao di Indonesia mencapai lebih dari 60.000 kiloliter per tahun. Sampai saat ini pengolahan maupun pemanfaatan limbah tersebut masih sangat terbatas. Di pabrik pengolahan biji kakao pun seringkali limbah ini dibiarkan saja mengalir ke saluran pembuangan yang selanjutnya akan menuju ke perairan. Apabila limbah ini dibiarkan begitu saja tanpa pengolahan tentu akan menimbulkan dampak bagi lingkungan terutama tanah dan perairan yang dijadikan tempat pembuangan limbah tersebut. Limbah pulp kakao mengandung beberapa senyawa, seperti gula yang dapat dijadikan substrat untuk metabolisme beberapa mikroorganisme menghasilkan senyawa-senyawa alkohol, asam organik, senyawa ester, dan senyawa kimia lainnya. Menurut penelitian yang dilakukan oleh Sulam Taufik (1996), limbah cair pulp ini dapat digunakan untuk menghasilkan senyawa aroma. Limbah pulp kakao tersebut masih dapat dimanfaatkan untuk pembuatan asam cuka (asam asetat) yang dikenal dengan istilah vinegar dengan menggunakan mikroorganisme baik berupa kultur murni maupun kultur campuran (Prameswari, 2004). Vinegar adalah cairan asam hasil fermentasi yang dapat digunakan sebagai penimbul citarasa dan aroma sehingga dapat berperan sebagai bumbu penyedap masakan. Vinegar mempunyai ketajaman citarasa dan aroma yang khas karena mengandung berbagai senyawa ester dan asam asetat (Adams, 1985). Aroma dan citarasa inilah yang membedakannya dengan larutan cuka (asam asetat) yang dijual di pasaran. Larutan cuka yang umunya digunakan oleh masyarakat berupa cuka sintetik yang dihasilkan dengan cara mengoksidasi asetaldehida yang diperoleh dari hasil dehidrasi asetilen atau dehidrogenasi alkohol (Irdawati, 1999). Menurut Luthfiantho (1995), asam cuka sintetik ini dapat membahayakan 2
kesehatan manusia, karena dalam pembuatannya melibatkan beberapa jenis logam berat yang berfungsi sebagai katalisator. Beberapa logam berat yang terlibat dalam pembuatan asam asetat adalah Hg 2+, Mn 2+, dan Cu. Selain itu digunakan pula berbagai bahan kimia lain yang dapat terakumulasi di dalam tubuh. Daur ulang limbah pulp kakao menjadi vinegar secara mikrobiologis dapat dilakukan untuk memperoleh asam asetat dan merupakan salah satu alternatif dalam pengolahan limbah industri kakao. Umumnya pengolahan limbah buangan industri secara anaerob akan melalui 2 tahap yaitu asidogenesis dan methanogenesis. Tahap asidogenesis menghasilkan asam sedangkan methanogenesis menghasilkan methan dan CO 2. Dalam pengolahan limbah pulp kakao menjadi asam asetat hanya dilakukan sampai pada tahap asidogenesis. Penggunaan limbah pulp kakao sebagai substrat memberikan dua manfaat sekaligus, yang pertama adalah mengurangi buangan limbah pulp kakao ke tanah dan perairan dan yang kedua adalah diperolehnya asam asetat sebagai vinegar yang dapat memberikan keuntungan secara ekonomis. Pengolahan limbah di dalam penelitian ini dilakukan secara anaerob mengingat sampel limbah pulp kakao ini memiliki konsentrasi organik yang sangat tinggi. Menurut Metcalf dan Eddy (2003), untuk pengolahan limbah cair dengan konsentrasi organik yang tinggi dapat dilakukan dengan proses pertumbuhan tersuspensi pada reaktor anaerob. Selain itu pengolahan secara anerob memiliki beberapa keuntungan jika dibandingkan dengan pengolahan secara aerob. Menurut Lettinga et al., (1979) dalam Syafila (1997) keuntungan-keuntungan tersebut diantaranya adalah: - Pengolahan anaerob mampu untuk mengolah buangan dengan beban organik yang tinggi - Produksi kelebihan lumpur yang terstabilisasi rendah - Lumpur mempunyai karakteristik yang baik - Kebutuhan akan nutrien sedikit - Tidak diperlukan alat aerasi - Tidak sensitif terhadap senyawa-senyawa beracun 3
Suatu sistem selain memiliki keuntungan, pasti memiliki kelemahan, beberapa kelemahan dari proses anaerob ini diantaranya adalah: - Diperlukan waktu yang panjang yaitu sekitar 8 12 minggu - Belum banyak pengetahuan yang diperoleh mengenai proses anaerob Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan limbah pulp kakao sebagai substrat dengan kultur mikroorganisme yang berasal dari limbah itu sendiri menggunakan sistem Circulating Bed Reactor (CBR). Pada sistem CBR ini, gas yang dihasilkan dari proses biologis yang terjadi di dalam reaktor akan diresirkulasi sehingga terjadi pengadukan di dalam reaktor agar kontak antara air limbah dengan kultur biomassa mikroorganisme dapat berjalan dengan optimal. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini diharapkan dapat menjadi acuan bagi penelitian selanjutnya karena sampai saat ini penelitian mengenai limbah cair pulp kakao ini masih relatif sedikit jika dibandingkan dengan pengolahan limbah lain dari produksi cokelat. Penelitian mengenai limbah kakao yang banyak dilakukan sampai saat ini terutama meliputi kulit buah kakao yang dapat dijadikan pakan ternak maupun pupuk. Selain itu belum banyak dihasilkan penelitian untuk pengolahan limbah cair pulp kakao yang hanya menggunakan proses anaerob dan menggunakan kultur campuran yang berasal dari limbah pulp itu sendiri. Selama ini penelitian mengenai pengolahan limbah pulp kakao umumnya dilakukan menggunakan kultur murni bakteri atau ragi dengan fermentasi bertingkat (fermentasi etanol secara anaerob dilanjutkan dengan fermentasi asam asetat secara aerob). I.2. Maksud dan Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah mengkaji kemungkinan pengolahan limbah cair pulp kakao sebagai produk buangan fermentasi biji kakao melalui daur ulang menjadi asam asetat secara anaerob dengan kultur curah (batch) menggunakan Circulating Bed Reactor. 4
I.3. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dimulai pada bulan Februari 2007 sampai dengan bulan Agustus 2007 bertempat di Laboratorium Penelitian Kualitas Air Departemen Teknik Lingkungan Institut Teknologi Bandung. Limbah cair yang dijadikan objek penelitian berasal dari perkebunan PT. IGE di updelling Cipatat, Kabupaten Bandung. I.4. Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup penelitian yang akan dilakukan adalah sebagai berikut: a. Uji pendahuluan yaitu dengan melakukan karakterisasi awal limbah cair pulp kakao; b. Percobaan pembibitan (seeding) dan aklimatisasi mikroorganisme anaerob dengan menggunakan kultur mikroborganisme yang berasal dari limbah pulp kakao itu sendiri; c. Pengoperasian reaktor CBR anaerob dengan volume pengisian reaktor sebesar 4,5 L dan dioperasikan selama 20 hari dengan pemberian variasi lamanya waktu flushing gas nitrogen yang berbeda-beda; d. Pengambilan sampel pada waktu-waktu tertentu untuk analisa beberapa parameter sebagai berikut: - Chemical Oxygen Demand (COD) - Volatile Suspended Solid (VSS) - turbiditas - konsentrasi alkohol - konsentrasi asam asetat - Total Asam Volatil (TAV) - ph - komposisi gas - identifikasi bakteri I.5. Sistematika Penulisan Sistematika penulisan yang digunakan dalam penyusunan laporan penelitian ini adalah sebagai berikut : 5
Bab I Bab II Bab III Bab IV Bab V Pendahuluan Berisi latar belakang, maksud dan tujuan penelitian, waktu dan tempat penelitian, serta ruang lingkup penelitian dan sistematika penulisan Tinjauan Pustaka Berisi dasar-dasar teori yang mendukung dan / atau menunjang penelitian yang dilakukan baik berupa hasil-hasil penelitian terdahulu yang menggunakan limbah pulp kakao sebagai objek penelitian maupun berupa buku teks yang menunjang penelitian ini Metodologi Penelitian Berisi tahapan-tahapan penelitian yang dilakukan mulai dari pengambilan limbah cair pulp kakao di perkebunan kakao, uji karakteristik limbah cair, sampai dengan parameter-parameter yang diukur pada waktu pengoperasian reaktor Hasil Penelitian dan Pembahasan Berisi data-data hasil penelitian di laboratorium, pengolahan data serta analisis dan pembahasan hasil yang diperoleh sesuai dengan tujuan yang ingin dicapai. Kesimpulan dan Saran Berisi kesimpulan-kesimpulan yang didapat dari penelitian yang telah dilakukan dan saran-saran yang dibuat untuk memberikan masukan dan menunjang penelitian selanjutnya 6