BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Definisi Dan Pembagian Limbah Secara Umum Limbah adalah sisa suatu usaha atau kegiatan, yang mengandung bahan berbahaya atau beracun yang karena sifat, konsentrasi, atau jumlahnya, baik secara langsung atau tidak langsung akan dapat membahayakan lingkungan, kesehatan, kelangsungan hidup manusia atau makhluk hidup lainnya (Mahida,1984). Setiap limbah perlu dikarakteristik terlebih dahulu sebelum rancangan proses dimulai. Sifat limbah cair yang perlu diketahui adalah volume aliran, konsentrasi organic, karakteristik dan toksisitas. Tingkat bahaya keracunan yang disebabkan oleh limbah juga bergantung pada jenis dan karakteristik limbah. Berdasarkan sumber atau asal limbah, maka limbah dapat dibagi kedalam beberapa golongan yaitu : 1) Limbah domestic, yaitu semua limbah yang berasal dari kamar mandi, dapur, tempat cuci pakaian, dan lain sebagainya, yang secara kuantitatif limbah tadi terdiri atas zat organik baik padat maupun cair, bahan berbahaya dan beracun (B-3), garam terlarut, lemak. 2) Limbah nondomestic, yaitu limbah yang berasal dari pabrik, industri, pertanian, peternakan, perikanan, dan transportasi serta sumber-sumber lainnya. Limbah pertanian biasanya terdiri atas pestisida, bahan pupuk dan lainnya (Kristianto,2002) 10
2.2. Tujuan Pengolahan Limbah Tujuan pengolahan limbah adalah menurunkan kandungan bahan organic dan bahan lainnya di dalam limbah, baik dalam bentuk cair maupun gas sehingga diperoleh konsentrasi yang aman untuk dibuang. Teknologi pengolahan maupun pemanfaatan limbah telah berkembang sehingga pihak perkebunan mempunyai beberapa pilihan untuk pengolahan limbahnya. Pemilihan teknologi tersebut bergantung pada jenis dan potensi industri di sekitar lokasi perkebunan kelapa sawit. 2.3 Limbah Kelapa Sawit Limbah kelapa sawit adalah sisa hasil tanaman kelapa sawit yang tidak termasuk dalam product utama yang merupakan hasil ikutan pada proses pengolahan kelapa sawit. Berdasarkan tempat pembentukannya, limbah kelapa sawit dapat digolongkan menjadi dua jenis, yaitu limbah perkebunan kelapa sawit dan limbah industri kelapa sawit. 2.3.1 Limbah Perkebunan Kelapa Sawit Limbah perkebunan kelapa sawit adalah limbah yang berasal dari sisa tanaman yang tertinggal pada saat pembukaan areal perkebunan serta peremajaan saat panen kelapa sawit. Jenis limbah ini antara lain kayu, pelepah daun, dan gulma. Dalam satu tahun setiap satu hektar perkebunan kelapa sawit rata-rata menghasilkan limbah pelepah daun sebanyak 10,4 ton bobot kering. 11
2.3.2 Limbah Industri Kelapa Sawit Limbah industri kelapa sawit adalah limbah yang dihasilkan pada saat proses pengolahan kelapa sawit. Limbah ini digolongkan dalam tiga jenis yaitu limbah padat, limbah cair, dan gas. a) Limbah padat Salah satu jenis limbah padat industri kelapa sawit adalah tandan kosong kelapa sawit (TKKS). Limbah padat mempunyai ciri khas pada komposisinya. Komponen terbesar dalam limbah padat tersebut adalah selulosa, disamping komponen lain meskipun lebih kecil seperti abu, hemiselulosa dan liqnin. b) Limbah cair Limbah cair juga dihasilkan pada proses pengolahan kelapa sawit terutama dari centrifuge waste dan claybath waste. Limbah cair ini apabila dibuang keperairan akan mengakibatkan perubahan sifat fisika, kimia, dan biologi perairan sehingga akan merusak lingkungan. Oleh karena itu industri kelapa sawit melakukan suatu perlakuan terhadap limbah cairnya sebelum dibuang kebadan air sehingga mengurangi pencemaran limbah cair PKS pada badan air. c) Limbah gas Industri kelapa sawit selain menghasilkan limbah padat dan cair, juga menghasilkan limbah bahan gas. Limbah bahan gas ini antara lain dari gas buangan uap air pada saat perebusan. 12
2.4. Karakteristik Fisik Dan Kimia Limbah Cair Kelapa Sawit Sifat fisik dan kimiawi limbah cair penting diketahui untuk keperluan penangannan, pengolahan maupun teknik manajemen lingkungan. Sifat-sifat tersebut juga dapat diterapkan dalam analisis limbah cair dari industri kelapa sawit (Tobing,1997). Karakteristik fisik dan kimiawi limbah cair yang berasal dari setiap unit proses tersebut tidak sama karena peralatan yang digunakan, jumlah dan volume air pada setiap proses berbeda. Reduksi limbah pada sumbernya merupakan upaya pertama yang dilakukan dalam pengolahan limbah, karena bersifat mencegah atau mengurangi terjadinya limbah yang keluar dari proses produksi. Di Indonesia, lebih dari 95% pabrik kelapa sawit mengolah limbah cair tanpa melakukan reduksi pada sumbernya terlebih dahulu (Poeloengan,2000). 2.4.1. Aplikasi Karakteristik Fisis Berdasarkan sifat fisika suatu limbah mudah untuk diukur atau dianalisa. Oleh karena itu, yang termasuk karakteristik fisika yang akan di observasi adalah sebagai berikut : a) Total solid Total solid adalah total padatan yang merupakan indikator daya serap limbah cair terhadap udara (oksigen). Kandungan padatan yang terdapat di dalam limbah disebabkan oleh senyawa-senyawa organik maupun anorganik. Pemisahan padatan dari suspensi karena pengendapan akibat gravitasi disebut sebagai sedimentasi (Lubis,1992) 13
b) Bau Limbah cair PKS mengeluarkan bau yang sangat tajam akibat pembusukan bahan organik yang dikandungnya. Bau yang berasal dari asam-asam yang mudah menguap merupakan gas-gas hasil fermentasi yang memberikan aroma spesifik, seperti hidrogen sulfida yang diuraikan oleh bakteri anaerobik kemudian bakteri anaerobik tersebut mereduksi sulfat menjadi sulfit. Bau ini dapat menyebabkan rasa tidak nyaman serta mengganggu suasana lingkungan. Bau juga merupakan petunjuk adanya pencemaran udara. Untuk menghindari terjadinya bau ini dapat dilakukan dengan pengawasan ph limbah cair antara 7.2-7.4, dengan demikian dapat dikurangi akumulasi asam-asam dan pembusukan bahan organik lainnya (Tobing,1997). c) Suhu Kenaikan suhu akan mempengaruhi kalarutan oksigen dalam air yang berakibat fatal bagi beberapa jenis ikan. Meskipun ikan dapat beradaptasi terhadap perubahan suhu, namun perubahan yang cepat dan terjadi secara tiba-tiba menyebabkan ikan tersebut akan mati. Suhu merupakan suatu indikator adanya polutan yang memiliki temperatur tinggi, namun tidak bisa berdiri sendiri sebagai parameter karena harus berkaitan dengan kondisi lain. Sebagai contoh, misalnya suhu perairan yang dinaikkan dari 11 0 C menjadi 22 0 C mengakibatkan konsentrasi oksigen terlarut turun daari 11,7 mg/l menjadi 0,7 mg/l (Mahida,1984). 14
d) Warna Warna merupakan ciri kualitatif yang dapat dipakai untuk mengkaji kondisi umum limbah cair. Air normal tidak berwarna, sehingga tampak bersih, bening, dan jernih. Bila air tersebut warnanya berubah maka hal ini merupakan salah satu indikasi bahwa air telah tercemar. 2.4.2. Aplikasi Karakteristik Kimiawi Bahan kimia yang terdapat dalam air akan menentukan sifat air baik dalam tingkat keracunan maupun bahaya yang ditimbulkan. Semakin besar konsentrasi bahan pencemar dalam air maka semakin terbatas penggunaan air tersebut. Karakteristik kimia terdiri dari kimia anorganik dan kimia organik. Secara umum sifat air dipengaruhi oleh kedua kandungan bahan kimia tersebut. Beberapa karakteristik kimia suatu limbah cair pabrik kelapa sawit adalah sebagai berikut: a. Keasaman Air (ph) Keasaman air diukur dengan ph meter. Keasaman ditetapkan berdasarkan tinggi rendahnya konsentrasi ion hidrogen dalam air. Air buangan yang mempunyai ph tinggi atau rendah dapat membunuh mikroorganisme air yang diperlukan. Air yang mempunyai ph rendah membuat air bersifat korosit terhadap bahan kotruksi seperti besi. Ditetapkannya parameter ph 6-9 bertujuan agar mikroorganisme dan biota yang terdapat pada badan yang menerima tidak terganggu, serta diharapkan dengan ph yang alkalis dapat menaikan ph badan penerima seperti sungai yang umumnya digunakan sebagai tempat pembuangan. Oleh karena itu, keasaman limbah segar yang ph 4 dinaikkan dengan penambahan alkali (Tobing,1997). b. Alkalinitas 15
Tinggi rendahnya alkalinitas air ditentukan oleh senyawa karbonat, bikarbonat, garam hidroksida, kalium, magnesium dan natrium dalam air. Semakin tinggi kesadahan suatu air maka air tersebut semakin sulit membuih. Penggunaan air ketel selalu diupayakan agar air yang dimaksud mempunyai kesadahan rendah. Jika air mengandung zat tersebut dalam konsentrasi tinggi, hal ini dapat menimbulkan terjadinya kerak pada dinding delam ketel maupun pada pipa pendingin. Oleh sebab itu, untuk menurunkan kesadahan air dilakukan pelunakan air. Pengukuran alkalinitas air adalah pengukuran kandungan ion CaCO 3, ion Ca, ion Mg, bikarbonat, karbonat dan lain-lain. c. Biochemical Oxygen Demand (BOD) Zat organik yang terdapat dalam air buangan terdiri dari unsur karbon, hidrogen dan oksigen dengan unsur tambahan seperti nitrogen, belerang dan lainlain yang cenderung menyerap oksigen. Oksigen tersebut dipergunakan untuk menguraikan senyawa organik. (Tobing,1997) d. Chemical Oxygen Demand (COD) Jumlah bahan organik di dalam limbah dapat diketahui lebih cepat dari uji COD, yaitu berdasarkan reaksi kimia dari suatu bahan oksidan. Uji ini disebut dengan uji COD, yaitu suatu uji yang menentukan jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh bahan oksidan, misalnya kalium dikromat, untuk mengoksidasi bahan-bahan organik yang terdapat didalam air (Poeloengan,2000). 16
2.5 Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Pengolahan limbah di perkebunan pada dasarnya terdiri dari dua aspek, yaitu penanganan dan pemamfaatan limbah cair. Penanganan limbah cair ditujukan untuk mengurangi daya cemar limbah, sedangkan pemamfaatan limbah cair ditujukan untuk mendapatkan nilai tambah dari limbah cair yang akan dibuang. Dalam hal ini peranan pusat-pusat penelitian perkebunan menjadi amat penting dalam hal penyediaan teknologi pengolahan limbah yang muktahir. Di Indonesia, pengolahan perkebunan kelapa sawit dan karet menghasilkan limbah yang jauh lebih besar dibandingkan dengan komuditas perkebunan lainnya seperti kakao, kopi atau teh. Oleh karena itu, pengolahan limbah untuk komoditas ini perlu mendapatkan perhatian yang lebih besar. Proses pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit ini terdiri dari perlakuan awal dan pengendalian pengutipan minyak (fat-pit). Penurunan suhu limbah dari 70 0 C-80 0 C menjadi 40 0 C-45 0 C melalui menara atau bak pendingin. Hampir seluruh buangan pabrik kelapa sawit mengandung bahan organik yang dapat terdegradasi. Oleh karenanya pemilihan proses biologis harus sesuai dengan karakteristik fisik dan kimia limbah yang akan diolah. Proses biologis dapat mengurangi konsentrasi BOD limbah sampai 90%. Dekomposisi anaerobik meliputi penguraian bahan organik majemuk menjadi asam-asam organik dan selanjutnya diuraikan menjadi gas-gas dan air. Selanjutnya limbah cair dialirkan ke kolam pengasaman. Air limbah di dalam kolam ini akan mengalami asidifikasi, yaitu terjadinya kenaikan konsentrasi asam-asam mudah menguap (volatile fatty acid) dari 1000 mg/l menjadi 5000 mg/l sehingga air limbah yang mengandung bahan organik lebih mudah mengalami biodegradasi dalam suasana anaerobik. Sebelum diolah di unit 17
pengolahan limbah (UPL) anaerobik, limbah dinetralkan terlebih dahulu dengan penambahan kapur tohor hingga mencapai ph antara 7,0-7,5 (Naibaho,1998) Tahapan pengolahan limbah cair meliputi hal-hal berikut : a) Pendinginan Limbah cair yang telah dikutip minyaknya pada sludge pit mempunyai karakteristik, yaitu bersifat asam dengan ph 4,0-4,5 dan memiliki suhu 70 0 C- 80 0 C. sebelum limbah dialirkan ke kolam pengasaman, suhunya perlu diturunkan menjadi 40 0 C-45 0 C agar bakteri mesophilik dapat berkembang dengan baik. b) Pengasaman Limbah akan mengalir ke kolam pengasaman setelah dari kolam pendingin yang lebih berfungsi sebagai pra-kondisi bagi limbah sebelum masuk ke dalam kolam anaerobik. Pada kolam ini limbah akan dirombak menjadi VFA (volatile fatty acid) c) Resirkulasi Resirkulasi dilakukan dengan cara mengalirkan cairan dari kolam anaerobik masuk ke kolam pengasaman yang bertujuan untuk menaikkan ph, menambah nutrisi bakteri, dan membantu pendinginan. d) Pembiakan Bakteri Bakteri yang digunakan dalam proses anaerobik pada awalnya dipelihara dalam suatu tempat yang bertujuan untuk memulai pembiakan bakteri. Di dalam pembiakan awal perlu ditambahkan nutrisi yang akan dimamfaatkan sebagai sumber energi dalam metabolisme bakteri seperti urea, pospat, dan limbah yang telah diencerkan. Setelah bakteri menunjukkan perkembangan dengan indikasi timbulnya gelembung-gelembung gas (biasanya 2-4 hari), bakteri tersebut dimasukkan ke kolam pembiakan yang sebelumnya telah diisi dengan limbah dan selanjutnya dialirkan ke kolam anaerobik. 18
e) Proses Anaerobik Limbah akan mengalir ke kolam anaerobik setelah mengalami beberapa proses dari kolam pengasaman. Karena ph kolam pengasaman masih rendah, maka limbah harus dinetralkan dengan cara mencampurkannya dengan limbah kaluaran dari kolam anaerobik dengan cara resirkulasi pada parit masukan kolam anaerobik, bersamaan dengan ini bakteri dari kolam pembiakkan dialirkan ke kolam anaerobik. Dalam kolam anaerobik, bakteri anaerobik yang aktif akan membentuk asam organik dan CO 2 selanjutnya, bakteri methane (methanogenic bacterial) akan mengubah asam organik menjadi methane dan CO 2. Proses fermentasi metana pada limbah cair dapat menghasilkan komponen organik yang sangat beragam yang dapat dioksidasi oleh bakteri, karena bakteri metana yang aktif juga sangat beragam dan saling berinteraksi. Asam volatil akan dipecah menjadi asam lainnya dengan berat molekul yang lebih kecil dan asam tersebut bertindak sebagai prekusor pembentukan metana. Tahapan reaksi yang penting dalam fermentasi adalah reaksi asam asetat yang juga dapat digunakan oleh bakteri metana. Reaksi selengkapnya adalah sebagai berikut ini : Bahan Organik + nutrisi bakteri asam volatil + alkohol + H 2 + CO 2 Asam volatil + alkohol + H2 + CO 2 + Nutrisi CH 4 + CO 2 f) Proses Fakultatif Proses yang terjadi pada kolam ini adalah proses penonaktifan bakteri anaerobik dan prakondisi aerobik. Aktifitas ini dapat diketahui dengan indikasi pada permukaan kolam tidak dijumpai scum (buih) dan cairan tampak kehijauhijauan. Limbah dipisahkan menjadi tiga lapisan, yaitu lapisan teratas sebagai 19
daerah aerobik, lapisan tengah sebagai daerah fakultatif, dan lapisan bawah sebagai daerah anaerobik. Pada kedalaman 1-2 m terjadi proses fotosintesis oleh algae, reaksinya sebagai berikut : CO 2 + H 2 O O 2 + karbohidrat Di dalam kolam ini proses perombakan anaerobik masih tetap berjalan, yaitu menyelesaikan proses-proses yang belum diselesaikan pada kolam anaerobik. Pada bagian hulu kolam masih menunjukkan adanya gelembung-gelembung udara yang keluar dari dalam air limbah sedangkan pada bagian hilir kolam hampir tidak ada. g) Proses Aerobik Pada kolam ini telah tumbuh algae dan mikroba heterotrop yang membentuk floks. Hal ini merupakan proses penyediaan oksigen yang dibutuhkan oleh mikroba dalam kolam. Metoda pengadaan oksigen dapat dilakukan secara alami dan atau menggunakan aerator. Dalam proses aerasi untuk menambahakan oksigen ke dalam air limbah ada beberapa alat bantu yang digunakan seperti kompresor, nozzle, fan dan menara ( Erningpraja dan Fauzan,2005). 2.6 Beberapa Parameter Analisa Limbah Cair a. Derajat Keasaman (ph) Derajat keasaman mencirikan konsentrasi ion hidrogen dalam larutan. Adanya karbonat, hidroksida dan bikarbonat menaikkan kebasaan limbah. Sementara adanya asam-asam mineral bebas dan asam karbonat dapat menaikkan derajat keasaman limbah. Derajat keasaman limbah cair dapat mempengaruhi jenis dan susunan zat dalam perairan. Ditetapkannya parameter ph 6-9, memiliki 20
tujuan agar mikroorganisme dan biota yang terdapat pada badan penerima tidak terganggu (Naibaho,1998). b. Total Alkalinitas Kapasitas air untuk menerika proton disebut alkalinitas. Alkalinitas air tergantung pada konsentrasi HCO 3 -, CO 3 -, dan OH - yang terdapat dalam air limbah. Alkalinitas sangat penting dalam air limbah untuk menahan perubahan ph - dengan reaksi dapar yang disebabkan oleh HCO 3. Total alkalinitas dapat ditentukan dengan cara mengetahui kapasitas air untuk menetralkan tambahan asam tanpa penurunan nilai ph larutan. Sama halnya dengan larutan buffer, alkalinitas merupakan buffer terhadap pengasaman (Anonim,2005). c. Volatile Fatty Acid (VF A) Volatile fatty acid adalah asam-asam yang mudah menguap pada suhu air mendidih. Suatu kesulitan serius yang biasanya dialami dalam pembusukan anaerobik adalah dihasilkannya asam-asam yang mudah menguap secara cepat dan tiba-tiba. Bertambahnya asam-asam yang mudah menguap sebanyak beberapa ratus ppm dapat berlangsung dalam waktu kurang dari 24 jam. Prinsip yang dipakai dalam analisa penetapan volatile fatty acid adalah memisahkan asam-asam yang mudah menguap melalui metode destilasi yang kemudian direaksikan dengan larutan kalium hidroksida (Mahida,1984). d. Kadar N-Total Nitrogen adalah nutrien penting dalam sistem biologik. Dalam limbah cair, nitrogen akan terdapat sebagai nitrogen organik dan nitrogen ammonia, proporsinya tergantung pada degradasi bahan organik yang berlangsung. Dalam sistem biologik, senyawa nitrogen organik dapat ditransformasi menjadi nitrogen amonium dan dioksidasi menjadi nitrogen nitrit dan nitrat. 21
N organik N amonium N nitrit N nitrat Oksidasi amonia menjadi nitrit dan nitrat disebut nitrifikasi dan berlangsung di bawah kondisi aerobik. Definisi nitrifikasi yang lebih dasar adalah konversi biologik senyawa nitrogen anorganik atau organik dari bentuk tereduksi menjadi bentuk yang teroksidasi. Kadar nitrogen harus selalu terkendali atau dibatasi jumlahnya pada limbah karena akan mempengaruhi ketersediaan oksigen dalam suatu limbah terutama pada limbah cair. Pada limbah cair yang belum diolah, nitrogen dijumpai dalam bentuk nitogen organik dan komponen ammonium. Nitrogen organik tersebut akan diubah oleh aktivitas mikroba menjadi ion ammonium. Bila kondisi lingkungan mendukung maka mikroba nitrifikasi akan mampu mengoksidasi ammonia (Jenie dan Rahayu,1990). e. Kadar Nitrogen Amoniakal Pada umumnya limbah cair dari PKS terdiri dari suatu senyawa kompleks. Hal ini menyebabkan produk akhir yang dapat dihasilkannya pun merupakan beberapa jenis senyawa sederhana seperti amonia. Sistem penanganan limbah juga diharapkan untuk penghilangan nitrogen dalam bentuk amonia. Hal ini disebabkan karena amonia dapat menyebabkan keadaan kekurangan oksigen pada air karena pada konversi amonia menjadi nitrat membutuhkan 4,5 bagian oksigen untuk setiap bagian amonia. Dengan keadaan tersebut yaitu bila terjadi perubahan amonia menjadi nitrat maka kadar oksigen terlarut dalam cairan akan turun sehingga menyebabkan makhluk hidup, misalnya ikan tidak dapat hidup. 22
Amonia akan mampu dioksidasi oleh mikroba melalui proses nitrifikasi, mikroba tersebut bersifat autotropik yaitu mendapatkan energinya melalui proses oksidasi dari ion ammonium menjadi nitrit. Reaksinya adalah sebagai berikut : 2NH 4 + + 3 O 2 bakteri 4H + + 2NO - 2 + 2H 2 O Reaksi ini membutuhkan 3,43 gram molekul oksigen untuk setiap gram molekul amonia yang akan teroksidasi menjadi nitrit. Bakteri yang paling dikenal dan paling penting dalam proses oksidasi amonia menjadi nitrit adalah Nitrosomonas. Sedangkan nitrit dapat dioksidasi menjadi nitrat dengan reaksi sebagai berikut : 2NO2 - + 3 O 2 bakteri 2NO 3 - Reaksi ini membutuhkan 1,14 gram molekul oksigen untuk setiap gram nitrit yang dioksidasi menjadi nitrat. Bakteri yang paling penting pada proses oksidasi nitrit menjadi nitrat adalah nitrobacter. Dan kedua reaksi tersebut dapat disimpulkan bahwa untuk mengoksidasi 1 gram amonia menjadi nitrat dibutuhkan oksigen sebanyak 4,57 gram. Pada bentuk cairan, amonia terdapat dalam dua bentuk yaitu amonia bebas atau tidak terionisasi (NH 3 ) dan dalam bentuk ion amonia ( NH + 4 ). (Jenie dan Rahayu,1990) 23