Jurnal Kimia Indonesia

Jurnal Kimia Indonesia Vol. 2 (1), 2007, h. 1-5 Proses Ozonisasi pada Limbah Cair Industri Gula Isyuniarto, Widdi Usada, Suryadi dan Agus Purwadi Pusat Teknologi Akselerator dan Bahan - BATAN Jogjakarta Abstrak. Telah dilakukan proses ozonisasi pada limbah cair industri gula. Sebagai cuplikan diambil limbah cair hasil proses PG Pesantren Baru, Kediri. Sebelum diproses lebih lanjut, limbah awal disaring terlebih dahulu dengan lapisan pasir, untuk menghilangkan kotoran-kotoran yang ada dalam limbah. Kemudian ph awal limbah dibuat 8 dengan penambahan susu kapur. Setelah itu diperlakukan memakai tawas dan zeolit dengan konsentrasi divariasi dari 0,6 ; 0,8 ; 1,0 dan 1,2 % (% berat). Setiap perlakuan diozonisasi 45 menit. Sedangkan untuk penambahan kapur, ph limbah tidak dibuat 8, karena dengan penambahan kapur ph limbah sudah tinggi (>11). Hasil proses dilakukan analisis Biologycal Oxygen Demand (BOD) dan Chemical Oxygen Demand (COD). Dari hasil penelitian dapat diambil kesimpulan bahwa pemakaian bahan-bahan koagulan dan absorben tawas, zeolit dan kapur yang dikombinasikan dengan proses ozonisasi dapat menurunkan nilai BOD dan COD limbah cair industri gula sampai memenuhi baku mutu.. Kata kunci: ozonisasi, Biologycal Oxygen Demand, Chemical Oxygen Demand, limbah, gula Pendahuluan Dengan semakin pesat perkembangan industri di Indonesia, tidak dapat dipungkiri bahwa masalah pencemaran lingkungan akibat limbah industri sudah sangat mendesak untuk diwaspadai. Pembangunan industri di Indonesia diharapkan dapat meningkatkan kesejahteraan masyarakat, bila dalam perumusan kebijaksanaan pembangunan industri tidak memasukkan unsur-unsur pertimbangan yang berorientasi pada komponen lingkungan air, udara dan tanah maka akan mengalami penurunan kualitas yang mungkin substansial sebagai pencemar oleh limbah industri. 1 Berbagai industri saat ini, termasuk industri gula, banyak membuang limbah ke sungai tanpa ada pengolahan terlebih dahulu atau sudah dilakukan pengolahan tetapi masih belum memenuhi baku mutu limbah cair yang sudah ditetapkan oleh pemerintah, dengan demikian limbah tersebut dapat menganggu lingkungan sekitarnya. Dalam proses produksi gula dari tanaman tebu yang diproses sampai menjadi gula kasar atau gula murni hingga mempunyai nilai jual yang tinggi, memiliki hasil samping produk berupa limbah. Limbah yang dihasilkan berupa limbah padat yaitu ampas tebu dari proses penggilingan dan penyaringan kotoran setelah dari proses pemerasan tebu, juga limbah cair yang berasal dari air pendingin kondensor baromatik, air pendingin, air proses dari pencucian pada penghilangan warna, pencucian endapan saringan tekan, dan air cuci peralatan pabrik. 2 Dalam penelitian ini yang akan diproses adalah limbah cair. Sumber utama air limbah adalah air pendingin pada kondensor barometik, air proses dari pencucian pada penghilangan warna, pencucian endapan saringan tekan, dan air cuci lantai dan alat, mempunyai laju alir lebih rendah tetapi mempunyai nilai BOD yang tinggi (sampai 5000 mg/l) dan padatan tersuspensi yang kadar organiknya relatif rendah. Air limbah yang terkumpul mempunyai BOD yang berkisar dari 300 sampai 2000 mg/l dan TSS dari 200 sampai 800 mg/l, tergantung pada faktor proses produksi yang terjadi di dalam pabrik khususnya pada proses pemurnian gula. Limbah cair pabrik gula pada umumnya tidak mengandung limbah berbahaya atau beracun. Operasi pemurnian yang hanya menghasilkan gula cair membangkitkan laju alir separuhnya, akan tetapi kadar BOD dua kali pabrik gula kristal. Di Indonesia produksi gula bersifat musiman, yaitu 5 sampai 6 bulan dalam setahun. Adapun parameter utama untuk pabrik penggilingan tebu dan pemurnian gula, adalah BOD dan COD. Parameter sekunder adalah TSS, dan ph, temperatur, nitrogen, minyak dan lemak, sulfida dan padatan keseluruhan. Khusus untuk Dapat dibaca di www.kimiawan.org/journal/jki

penelitian kali ini yang akan diamati adalah besaran BOD dan COD, karena keterbatasan waktu yang tersedia di PG Pesantren Baru, Kediri Jawa Timur. Analisis Biological Oxygen Demand (BOD) atau kebutuhan oksigen biologis adalah suatu analisa empiris yang mencoba mendekati secara global proses-proses mikrobiologis yang terjadi didalam air. Angka BOD adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh bakteri untuk mendegradasi hampir semua zat organik yang terlarut termasuk zat organik yang tersuspensi didalam air. Reaksi oksidasi yang dapat terjadi dituliskan sebagai berikut : C n H a O b N c + (n+a/4 b/2 3c/4) O 2 nco 2 + (a/2 3c/2)H 2 O + cnh 3... (1) Reaksi tersebut memerlukan kira-kira 2 hari untuk 50% reaksi tercapai, 5 hari untuk 75% reaksi dan 20 hari untuk 100% reaksi. Untuk pemeriksaan angka BOD dilakukan pengukuran oksigen terlarut dalam sampel air sebelum inkubasi dan setelah 5 hari inkubasi pada suhu konstan 20 C sebagai taksiran jumlah beban pencemar yang dikandung dalam air. BOD dihasilkan dari tumpahan tetes tebu dari proses pemurnian gula. Chemical Oxygen Demand (COD) atau kebutuhan oksigen kimia adalah jumlah oksigen (mg O 2 ) yang dibutuhkan untuk mengoksidasi zatzat organis yang ada dalam 1 liter sampel air, dimana pengoksidasian K 2 Cr 2 O 7 digunakan sebagai sumber oksigen (Oxidizing agent). Angka COD merupakan ukuran bagi pencemar air oleh zat-zat organis secara alamiah dapat dioksidasi melalui proses mikrobiologis, dan mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut di dalam air. COD dihasilkan dari penambahan senyawa kimia dalam proses sulfitasi atau pemurnian gula. Langkah yang harus dilakukan untuk mengurangi pencemaran, khususnya pencemaran air adalah dengan mengolah air buangan tersebut sebelum di buang ke badan sungai, salah satu langkah yang dapat dilakukan untuk mengurangi tingkat pencemaran yaitu dengan penyerapan (adsorbsi) menggunakan zeolit maupun bahan pengendap (koagulan) tawas dan perlakuan menggunakan ozon (O 3 ). Zeolit digunakan untuk mengikat koloid-koloid dalam limbah, tawas berfungsi mengendapkan koloid dan ozon untuk mereduksi senyawa organik, bau, warna dan menurunkan COD dan BOD. Sebelum dimanfaatkan sebagai adsorben, dilakukan proses aktivasi terhadap zeolit alam yang akan dipakai. Aktivasi terhadap zeolit dapat dilakukan dengan dua cara yaitu secara fisis dan secara kimiawi. 3 Aktivasi secara fisis berupa pemanasan zeolit pada suhu dan waktu tertentu dengan tujuan untuk menguapkan air yang terperangkap dalam pori-pori kristal zeolit sehingga luas permukaan pori-pori bertambah, dan untuk mengaktifkan kembali zeolit yang sudah dipakai beberapa kali dapat pula dilakukan dengan mencuci zeolit dengan menggunakan HCl 0,1 N. Sedangkan aktivasi secara kimia dilakukan dengan larutan asam (H 2 SO 4 ) atau dengan basa (NaOH), dengan tujuan untuk membersihkan permukaan pori-pori, membuang senyawa pengotor, dan menyusun kembali letak atom yang akan dipertukarkan. Untuk penelitian ini yang dipilih adalah perlakuan secara fisis, yaitu zeolit dipanaskan pada suhu 300ºC selama 4-5 jam. Untuk ikut berperan aktif memecahkan problem nasional sesuai dengan kemampuan iptek yang dimiliki dalam pembuatan generator ozon dan aplikasinya 4, maka BATAN Yogyakarta bekerjasama dengan PTPN X Jawa Timur dan P3GI Pasuruan ikut berpartisipasi menyumbangkan kemampuannya dalam memecahkan problem daerah khususnya dalam teknologi pengolahan limbah cair pabrik gula, untuk disosialisasikan kepada masyarakat luas pada umumnya dan pada industri gula pada khususnya. Dalam hal ini teknologi pembuatan ozon yang digunakan adalah dengan metoda plasma lucutan terhalang dielektrik (dielectric barrier discharge) 5,6 atau karena lucutannya yang nyaris tak terdengar maka metode ini sering dikatakan metode plasma lucutan senyap. Untuk mendukung penyempurnaan aplikasi, dengan metode ini akan dirancang bangun ozonizer dengan keluaran daya 1.000 1.500 watt. Keunggulan teknologi lucutan senyap dibanding dengan teknologi sinar UV adalah efisiensi ozon yang dihasilkan lebih besar. Tata Kerja Bahan dan peralatan. Bahan yang digunakan adalah tawas, zeolit, kapur, dan cuplikan limbah industri gula dari PG Pesantren Baru Kediri, Jawa Timur. Peralatan yang digunakan adalah timbangan, alat penggerus, alat-alat gelas, ph meter, dan alat ozonizer. Cara kerja. Volume limbah cair setiap perlakuan adalah 1 liter, dengan ph awal dibuat 8 2 Jurnal Kimia Indonesia Vol. 2(1), 2007

Proses Ozonisasi pada Limbah Cair Industri Gula dengan penambahan susu kapur. Kemudian limbah diperlakukan memakai tawas dengan variasi berat: 0,6 ; 0,8 ; 1,0 dan 1,2 % (% berat). Setelah itu diozonisasi 45 menit. Kemudian hasil perlakuan dianalisis BOD dan COD-nya. Pekerjaan ini diulang dengan mengganti tawas dengan zeolit dan kapur. Sedangkan untuk penambahan kapur, ph limbah tidak dibuat 8, karena dengan penambahan kapur ph limbah sudah tinggi (>11). Analisis BOD dan COD dilakukan di Laboratorium Fakultas Pertanian Universitas Brawijaya, Malang. Hasil dan Pembahasan Limbah cair yang dijadikan sampel adalah limbah cair keluaran proses kristalisasi gula dan keluaran unit pendingin. Proses yang dilakukan selama ini adalah limbah dienapkan dalam kolam dan dilakukan aerasi, setelah satu hari mengendap kemudian beningannya disirkulasi kembali lagi ke dalam pabrik untuk keperluan proses. Dari perlakuan semacam ini dimungkinkan BOD dan COD dalam air limbah semakin tinggi. Sehingga kurang efektif untuk digunakan dan juga dapat merusak alat-alat proses. Oleh karena itu diperlukan suatu tindakan untuk menurunkan nilai BOD dan COD, sehingga apabila air limbah tersebut digunakan kembali untuk tujuan proses akan menjadi lebih aman. Lebih-lebih lagi bila air limbah tersebut langsung dibuang ke sungai. Pengaruh penambahan zeolit, tawas dan kapur terhadap nilai BOD dapat dilihat pada Gambar 1. Tawas merupakan bahan koagulan yang sering digunakan di pengolahan air minum ataupun pada air buangan domestik dan industri, ini disebabkan bahwa tawas dapat mengurangi konsentrasi warna, bau, kekeruhan. Sehingga nantinya diinginkan hasil akhir pengolahan air limbah yang cukup jernih. Dalam perlakuan limbah yang pertama ini digunakan koagulan tawas yang telah dihaluskan, sehingga dalam proses ozonisasi nantinya didapatkan hasil yang optimal karena semakin kecil ukuran butiran tawas maka daya penyerapannya semakin tinggi. Demikian juga untuk zeolit, dimaksudkan untuk menyerap koloidkoloid yang ada dalam limbah, akan tetapi harga zeolit lebih mahal dibandingkan harga tawas. Sedangkan pemakaian kapur tujuan utamanya adalah menaikkan ph limbah >8,0. Hal ini dikarenakan ozon lebih efektif bekerja pada ph >7,0 (ke arah basa) 5, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Sehingga bila ph limbah dibuat >7 akan mempercepat degradasi organik, yang pada akhirnya BOD limbah menjadi turun. 800 700 600 BOD ( ppm ) 500 400 300 200 100 0 Kontrol 0 Limbah+O3 2 0,6% 4 0,8% 6 1,0% 8 1,2% 10 12 Penambahan Bahan ( % berat ) Tawas Zeolit Kapur Gambar 1. Pengaruh penambahan tawas, zeolit dan kapur terhadap nilai BOD pada limbah, dengan waktu ozonisasi 45 menit. 3

100 7,6 62 40 8,5 % ozon sisa 25 16 10 6,2 4,4 8,85 9,2 9,89 10,2 10,4 0 3 6 9 12 15 18 Gambar 2. Hubungan antara umur ozon (menit) dengan ph larutan 5 Dari Gambar 1 terlihat bahwa ozon memiliki peran besar dalam menurunkan BOD, karena ozon merupakan oksidator yang kuat yaitu dengan adanya unsur oksigen yang tidak stabil, sehingga sangat reaktif. Hal ini dapat diterangkan dalam reaksi berikut ini : O 2 + radisi UV O *..... (2) O * + O 2 O 3........ (3) Gambar 3. Reaksi pembentukan ozon (O 3 ) O * ini bersifat radikal sehingga apabila bertumbukan dengan air akan membentuk ion hidroksil (OH - ), membentuk OH - radikal, yang kemudian pada gilirannya akan berperan dalam merombak ikatan-ikatan dari persenyawaan kimia, baik organik maupun anorganik yang terdapat dalam limbah, sehingga mikroorganisme akan mengalami kekurangan bahan atau nitrisi yang akan diurai, dengan demikian akan mengurangi jumlah oksigen yang terkandung didalam limbah tersebut. Hal ini terlihat dengan menurunnya BOD seperti terlihat pada Gambar 1, dimana BOD adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme untuk memecah atau mengoksidasi bahan-bahan organik yang ada dalam air limbah. Penurunan nilai BOD ini cukup signifikan yaitu dari 324 ppm menjadi 19 ppm. Sedangkan pengaruh penambahan tawas, zeolit dan kapur terhadap nilai COD, dapat dilihat pada Gambar 4. COD atau kebutuhan oksigen kimia adalah jumlah oksigen (mg O 2 ) yang dibutuhkan untuk mengoksidasi zat-zat organis yang ada dalam 1 liter sampel air, dimana pengoksidasian K 2 Cr 2 O 7 digunakan sebagai sumber oksigen (Oxidizing agent). Angka COD merupakan ukuran bagi pencemar air oleh zat-zat organis secara alamiah dapat dioksidasi melalui proses mikrobiologis, dan mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut di dalam air. Nilai COD yang tinggi dihasilkan dari penambahan senyawa kimia dalam proses sulfitasi atau pemurnian pada pabrik gula. Tetapi mengingat ozon merupakan oksidator yang sangat kuat, maka senyawa organik yang ada dalam limbah pabrik gula dapat dioksidasi menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana. Sehingga nilai COD dalam limbah menjadi turun. 4 Jurnal Kimia Indonesia Vol. 2(1), 2007

COD ( ppm ) 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Kontrol 0 Limbah+O3 2 0,6% 4 0,8% 6 1,0% 8 1,2% 10 12 Penambahan Bahan ( % berat ) Tawas Zeolit Kapur Gambar 4. Pengaruh penambahan tawas, zeolit dan kapur terhadap nilai COD pada limbah, dengan waktu ozonisasi 45 menit. Penambahan bahan-bahan pembantu, seperti tawas, zeolit maupun kapur, sangat membantu kerja ozon. Karena tawas dan zeolit merupakan bahan koagulan dan absorben yang sangat efektif dan harganya murah, sehingga koloid-koloid yang ada dalam limbah diserap oleh bahan-bahan tersebut kemudian senyawa yang lain dioksidasi oleh ozon. Sedangkan kapur berfungsi menaikkan ph limbah menjadi lebih basa. Karena pada kondisi basa kerja ozon sangat efisien. Sehingga pada penambahan kapur nilai COD dapat turun sangat signifikan, yaitu dari 660 ppm menjadi 40 ppm. Menurut Surat Keputusan Gubenur DIY, No:281/KPTS/1998 7, seperti yang tercantum dalam Tabel 1 berikut ini, hasil penelitian yang telah dilakukan sudah memenuhi persyaratan yang diminta, baik untuk BOD maupun COD. Tabel 1. Baku mutu limbah cair untuk industri gula Parameter Kadar Maksimum (mg/l) Beban Pencemar Maksimum (kg/ton) BOD 60 0,30 COD 100 0,50 TSS 50 0,25 Sulfida (H 2 S) 0,5 0,0025 Minyak 5 0,025 PH 6,0-9,0 Volume limbah maksimum 5 m 3 /ton produk gula (Sumber: Keputusan Gubenur DIY, No :281/KPTS/1998) 7 Apabila perlakuan ozon ini dilakukan bertingkat, diharapkan BOD dan COD yang ada dalam limbah dapat ditekan lebih rendah lagi. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian yang telah dikemukakan dimuka, maka dapat diambil kesimpulan bahwa pemakaian bahan-bahan koagulan dan absorben tawas, zeolit dan kapur yang dikombinasikan dengan proses ozonisasi dapat menurunkan nilai BOD dan COD limbah cair industri gula dengan sangat signifikan, yaitu BOD dari 324 ppm menjadi 19 ppm dan COD dari 660 ppm menjadi 40 ppm. Sehingga dapat memenuhi baku mutu limbah yang dipersyaratkan. Pustaka 1. Tyoso, B.W. Penanggulangan Pencemaran Industri Ditinjau dari Aspek Teknik. Makalah Seminar Nasional Senat Fakultas Teknik Kimia UPN Veteran Yogyakarta, 1988. 2. Cliffton, P. Limbah Cair Berbagai Industri di Indonesia, Sumber Pengendalian dan Baku Mutu, Environmental Management Development in Indonesia, Jakarta, 1994. 3. Purnami, A.; Sidauruk, M. Netralisasi Limbah Cair Industri Kulit dengan Menggunakan Zeolit dan Teknik Lucutan Plasma. Skripsi Institut Sains & Teknologi AKPRIND, Yogyakarta, 2004. (Tidak dipublikasikan) 4. Agus Purwadi, dkk. Studi dan Pembuatan Generator Ozon Menggunakan Lucutan Listrik. Jurnal Nusantara Kimia, 2001,VIII (1). 5. Kogelshatz, U.; Eliasson, B.; Hirth, M. Ozone Generation From Oxygen And Air: Discharge Jurnal Kimia Indonesia Vol. 2(1), 2007 2

Physics And Reaction Mechanism. Ozone Science & Engineering, 1988, 10, 367-368. 6. Kogelschatz, U. Industrial Ozone Production, Presented in International Ozone Symposium, Anniversary of Christian Friedrich Schonbein The Discoverer of Ozone, Basel, Switzerland, October 21 and 22, 1999 7. Surat Keputusan Gubenur Daerah Istimewa Yogyakarta, Nomor: 281/KPTS/1998, tentang Baku Mutu Limbah Cair Bagi Kegiatan Industri di Propinsi Daerah Istimewa Yogyakarta, Yogyakarta, 1998. 6 Jurnal Kimia Indonesia Vol. 2(1), 2007