J. Tek. Ling Edisi Khusus Hal. 58-63 Jakarta Juli 2008 ISSN 1441-318X PENGOLAHAN LIMBAH CAIR INDUSTRI PERMEN Indriyati dan Joko Prayitno Susanto Peneliti di Pusat Teknologi Lingkungan Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Abstrak Konsentrasi bahan organik limbah cair industri permen mengandung bahan organik yang cukup tinggi. Oleh karena itu, salah satu alternative teknologi pengolahannya menggunakan sistem anerobic : menggunakan reaktor tipe Fixed bed.. Pada pengamatan ini dapat dilihat bahwa sistem ini dapat digunakan untuk mendegradasi bahan organik yang terkandung dengan melihat parameter proses pengoperasian antara lain ph, produksi biogas, kadar CH4 dan jumlah metan yang dihasilkan serta efisiensi reaktor.. Parameter parameter tersebut menunjukkan kestabilan jalannya reaktor dengan waktu tinggal 11, 7, 5, 3 hari. Berdasarkan kriteria parameter tersebut diatas, efisiensi COD terlarut yang dapat dicapai oleh sistem ini adalah sekitar 61,22 %, produksi biogas 5,33 Liter/hari, kandungan kadar metan 63 %, produksi CH4 3,36 Liter/hari. Keywords: limbah cair, permen 1. PENDAHULUAN Perkembangan industri dan teknologi di berbagai bidang kehidupan selain meningkatkan kualitas hidup manusia juga memberikan dampak lain terhadap kelangsungan lingkungan hidup yaitu berupa pencemaran. Untuk mencegah terjadinya pencemaran lingkungan yang tidak diinginkan, maka pemerintah mengeluarkan suatu standar baku mutu untuk buangan limbah, khususnya untuk limbah cair cukup ketat, sehingga mendorong pelaku-pelaku industri untuk mencari dan menggunakan teknologi pengolahan limbah yang ekonomis dan berdaya guna tinggi. Salah satu industri permen dengan berbagai rasa, menggunakan gula dan glukosa sebagai bahan baku utama, sehingga limbah yang dihasilkan mengandung bahan organik yang cukup tinggi berkisar antara 17.000 35.000 mg/l dan dalam pengolahannya menggunakan sistem anaerob dengan menngunakan reactor tipe Fixed Bed. Baku mutu limbah cair yang dikeluarkan oleh Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No. KEP- 51/MENKLH/10/1995 tanggal 23 Oktober 1995 untuk kegiatan industri, konsentrasi COD maksimum yang diperbolehkan untuk golongan I adalah 100 mg/l. Tujuan pengamatan ini adalah melakukan pemantauan terhadap nilai yang dicapai oleh parameter-parameter proses pengolahan limbah cair pabrik permen dengan reaktor tipe Fixed Bed, sehingga dapat memenuhi baku mutu limbah cair untuk golongan I. Pengamatan ini dilakukan selama 3 (tiga) bulan dengan memperhatikan parameter proses limbah cair yang masuk kepengolahan (inlet) dan limbah cair yang keluar dari pengolahan (efluen). 58 Indriyati dan J, P. Susanto. 2008
2. TINJAUAN PUSTAKA Teknologi pengolahan limbah cair dapat diklasifikasikan ke dalam tiga metode yaitu pengolahan fisik, kimia dan biologi. Penerapan masing-masing metode tergantung pada kualitas air baku dan kondisi fasilitas yang tersedia 1) Prinsip pengolahan biologis adalah menyisihkan senyawa organik terlarut, yang melibatkan mikroba aktif untuk kontak dengan air limbah agar mikroba tersebut dapat mengkonsumsi impuritas (pencemar) sebagai makanannya 2) Teknologi pengolahan limbah secara anaerobik dapat dikelompokkan berdasar sistem pertumbuhan mikroorganismenya terbagi tiga antara lain : Pertumbuhan tersuspensi, hybrid dan pertumbuhan melekat. Pertumbuhan tersusupensi terdiri dari digester teraduk sempurna dan kontak anaerob. Hibrid terdiri dari UASB, Upflow Sludge Blanked/Fix dan lagoon anaerobik. Pertumbuhan terlekat terdiri dari Fixed bed dan Extended Fluidized bed. Reaktor anaerobik dengan media tetap diperkenalkan pada tahun 1967 5). Bioreaktor ini adalah reaktor yang terdiri dari tangki berisi bahan pembantu berupa material penyangga tetap atau media. Fungsi dari material penyangga/media ini adalah sebagai tempat menempel atau rumah mikroorganisme, sehingga mikroorganisme tidak ikut terbawa cairan sisa buangan atau effluen yang keluar dari reaktor. Proses yang terjadi pada reaktor anaerobik tipe Fixed Bed adalah: air buangan yang akan diolah dialirkan ke dalam reaktor melewati media. Pada reaktor ini dicapai waktu tinggal yang pendek dan beban organik yang tinggi, akibat pertumbuhan biofilm pada permukaan media. Tidak semua bakteri melekat pada media. Bakteri yang melekat pada media berada pada ruang-ruang diantara media sehingga kecepatan aliran harus dijaga agar tidak terlalu cepat karena akan mengakibatkan bakteri-bakteri tersebut terlepas dari media dan terbawa keluar. Material penyangga tetap dapat dibuat dari berbagai macam bahan tidak terdegradasi, misalnya: plastik, keramik, tanah liat, batu apung atau bahan alam lainnya. Ukuran dan bentuk material penyangga tetap yang digunakan dapat berbentuk tidak beraturan, yang dibuat dari sejenis plastik dengan bentuk geometri tertentu dan potongan bambu dengan ukuran tertentu. Material penyangga tetap dalam bioreaktor dapat berfungsi memperbanyak jumlah bakteri didalam reaktor 2). Pertumbuhan mikroorganisme yang aktif didalam reaktor dipengaruhi oleh efektifitas material penyangga tetap. Efektifitas tersebut bergantung kepada : Luas permukaan area material penyangga tetap yang dinyatakan dalam m 2 /m 3. Rasio luas permukaan berpengaruh terhadap jumlah mikroorganisme yang menempel sebagai biofilm per unit volume reaktor. Kekasaran permukaan material penyangga tetap memegang peranan penting dalam periode inokulasi. Bentuk dan ukuran material penyangga tetap, menentukan dalam pengadukan dan cara pengaliran di dalam reaktor. Porositas reaktor, yaitu perbandingan total volume kerja reaktor setelah diisi material penyangga tetap dengan total volume reaktor sebelum diisi material penyangga tetap, dinyatakan dalam persen (%). Porositas besar akan semakin baik karena tidak akan menyebabkan penyumbatan dalam proses, apabila limbah yang akan diolah mempunyai konsentrasi partikulat yang tinggi. Proses biologi sendiri dapat dibagi dalam dua kategori lingkungan yaitu aerob dan anaerob. Proses aerob memerlukan oksigen sebagai faktor utama bagi proses yang berlangsung didalamnya, sedangkan dalam proses anaerob: proses berjalan tanpa oksigen atau terbatas. Keuntungan Pengolahan Limbah Cair... J. Tek. Ling. Edisi Khusus 58-63 59
pengolahan secara anerob adalah menghasilkan energi dalam bentuk biogas, lumpur yang dihasilkan sedikit, tidak memerlukan lahan yang besar dan tidak membutuhkan energi untuk aerasi. Kekurangannya adalah pertumbuhan mikroorganisme lambat dibandingkan pertumbuhan mikroorganisme pada proses aerob. Degradasi senyawa organik secara anaerobik terlihat pada Gambar 1 Pada proses anaerob, penguraian senyawa organik berlangsung secara bertahap dan pada setiap tahapan ada aktivitas jenis bakteri tertentu yang dominan, dan setiap jenis bakteri mempunyai kondisi lingkungan optimum yang menjadi salah satu parameter penting 1). Tahapan-tahapan yang terjadi dalam proses degradasi anaerobik seperti pada Gambar 1. dibawah adalah sebagai berikut: Aktivitas terjadi karena bahan organik tidak larut sepeti polisakarida, lemak, protein dan karbohidrat akan dikonsumsi bakteri Saprofilik, dimana enzim ekstraseluler akan mengubahnya menjadi bahan organik yang larut dalam air. 2.2 Proses Asidogenesis Pada proses ini, bahan organik terlarut akan diubah menjadi asam organik rantai pendek seperti asam butirat, asam propionat, asam amino, asam asetat dan asam-asam lainnya oleh bakteri Asidogenik. Salah satu bakteri yang hidup dalam kelompok Asidogenik adalah bakteri pembentukan asam asetat yaitu bakteri Asetogenik, bakteri ini yang berperan dalam tahap perombakan asam propionat, asam amino, asam butirat, maupun asam rantai panjang lainnya menjadi asam organik yang mudah menguap/volatil seperti asam asetat. 2.3 Proses Metanogenesis Proses Metanogenesis adalah proses dimana bakteri Metanogenik akan mengkonversi asam organik volatil menjadi gas metan (CH 4 ) dan karbondioksida (CO 2 ). Pada proses pengolahan dengan proses anaerob, banyak faktor yang mempengaruhi stabilitas reaktor, diantaranya adalah 3) : a. Waktu tinggal organik; Waktu tinggal dengan satuan hari, dipengaruhi dengan volume reaktor dan berbanding terbalik dengan debit substrat. b. Laju pembebanan organik Gambar 1. Degradasi Anaerobik Organik 1). 2.1 Proses Hidrolisis Proses Hidrolisis adalah proses dimana aktivitas kelompok bakteri Saprofilik menguraikan bahan organik kompleks. Laju pembebanan oraganik adalah besaran yang menyatakan jumlah material organik dalam air buangan yang diuraikan oleh mikroorganisme dalam reakto per unit volume per hari. 60 Indriyati dan J, P. Susanto. 2008
c. ph Pada proses anaerobik, ph adalah salah satu parameter penting karena bakteri metan sangat sensitif terhadap perubahan sehingga ph harus selalu dikondisikan pada rentang 6,5-7,5 akan tetapi proses masih dapat berjalan pada rentang ph 6,0-8,0. d. Alkalinitas Alkalinitas pada proses anaerob diperlukan untuk mempertahankan ph agar tetap dalam rentang yang optimum sehingga bakteri metan dapat tumbuh dengan baik dan dapat menghasilkan biogas dengan perbandingan 55-75% gas metan dan 25-45% gas karbondioksida. e. Temperatur Temperatur optimum untuk pertumbuhan bakteri mesofilik adalah pada temperatur 35 o C. f. Nutrisi Kebutuhan nutrisi bakteri anaerobik khususnya N dan P yang dibutuhkan untuk memproduksi enzim untuk mencerna karbon. Rasio perbandingan C : N : P berkisar 400 : 7 : 1 dan 1000 : 7 :1 tergantung pada tinggi rendahnya beban yang akan diolah 4). g. Senyawa racun atau penghambat. Senyawa penghambat dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu penghambat fisik dan penghambat kimia. Penghambat fisik adalah temperatur, sedangkan penghambat kimia adalah logam berat, antibiotik dan volatile fatty acid (asam lemak volatil). 3. METODE PENELITIAN Pelaksanaan penelitian dilakukan dalam beberapa tahap yaitu persiapan, seeding, aklimatisasi dan penelitian inti dengan variasi waktu tinggal Gambar 2. Titik sampling pada reaktor anaerobik lekat diam terendam Pelaksanaan penelitian dilakukan dalam beberapa tahap yaitu persiapan, seeding, aklimatisasi dan penelitian inti dengan variasi waktu tinggal.11, 7, 4 da 3 hari. Tahap persiapan dilakukan instalasi alat dan penyiapan reagen kimia, pada tahap inokulasi, bibit mikroorganisme yang berasal dari cairan isi rumen dan cairan kotoran sapi disirkulasikan ke dalam reaktor. Tahap aklimatisasi merupakan tahap dimana mikroorganisme menempel, tumbuh dan berkembang biak diadaptasikan dengan limbah cair permen sebagai limbah yang akan diolah pada penelitian inti. Penelitian inti yaitu pengoperasian reaktor dengan waktu tinggal tertentu, bilamana degradasi bahan organik (COD terlarut) telah mencapai nilai lebih dari 80 % dan juga reaktor telah menunjukkan keadaan stabil yaitu berkisar 6, 5 7, 5 dan suhu yang stabil. Hal lain yang menjadi parameter bahwa keadaan reaktor sudah stabil yaitu presentasi produksi gas metan (CH4) sekitar 70 % atau lebih. Pada percobaan ini digunakan satu buah reaktor dengan satu jenis media yaitu.media cincin keramik dengan waktu tinggal 11, 7, 5 dan 3 hari. Pengolahan Limbah Cair... J. Tek. Ling. Edisi Khusus 58-63 61
Titik sampling dan analisa parameter pada penelitian ini dilakukan pada 2 titik yaitu titik influen dan efluen untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 2. pengambilan sampling dilakukan setiap dua hari sekali, Pada pengamatan ini data yang dipakai adalah pada saat penelitian inti, pengukuran dilakukan secara duplo. Selain itu dilakukan pula pengukuran gas, volume gas yang terjadi diukur dengan membaca angka pada gas flowmeter pada waktu tertentu dan dihitung dalam liter per hari. Kandungan gas metan diukur dengan methane tester dengan membaca skala persen gas CH4. Nilai ph diukur dengan menggunakan ph meter. dengan waktu tinggal 7 hari dan selanjutnya terjadi peningkatan biogas dan gas metan akan tetapi kemudian terjadi penurunan produksi gas metan. 4. HASIL PENELITIAN DAN PEM BAHASAN Pada penelitian pendahuluan, dilakukan pengukuran volume total reaktor dan volume kerja reaktor. Berdasarkan hasil pengukuran untuk reaktor dengan media cicin keramik mempunyai porositas 87,30 % dan luas area permukaan cincin keramik adalah 108 m2/m3 Tahap awal penelitian yaitu seeding dan aklimatisasi dilakukan dengan melakukan resirkulasi bibit mikroorganisme anaerob dan dilanjutkan dengan melakukan adaptasi mikroorganisme yang sudah tumbuh serta melekat pada media cicin keramik dengan limbah cair industri permen. Berdasarkan pengamatan pada waktu penelitian inti yaitu 11, 7. 5 dan 3 dapat dilihat pada Gambar 3. Perubahan volume produksi biogas dan gas metan berdasarkan waktu tinggal; Gambar 4. Perubahan efisiensi COD terlarut dan kandungan kadar CH4 berdasarkan waktu tinggal dan Gambar 5. Perubahan ph effluen berdasarkan waktu tinggal. Hasil pada Gambar 3. memperlihatkan waktu tinggal yang semakin menurun akan berpengaruh terhadap jumlah debit influen yang semakin meningkat dan hal tersebut juga berpengaruh terhadap produksi biogas per hari serta konsentrasi gas metan yang dihasilkan. Pada gambar terlihat pula bahwa Gambar 3. Pengaruh Waktu Tinggal terhadap Produksi Biogas dan Gas Metan Gambar 4. Pengaruh waktu tinggal terhadap Perubahan Efisiensi COD Terlarut dan Kandungan CH4 62 Indriyati dan J, P. Susanto. 2008
6. DAFTAR PUSTAKA Gambar 5. Pengaruh waktu tinggal terhadap Perubahan ph influen dan Efluen Nilai ph pada waktu 11 hari lebih stabil daripada tahap lainnya (Gambar 5 ). Nilai ph 7,33 dalam rentang ph optimum yaitu 6,5 7,5 4) 1. Benefield, L.D and randall. CW, 1980. Biological Process Desain For Wastewater. Prentice Hall.Inc, Englewood Cliffs. 2. Bitton, Gabriel. 1994. Waste Water Microbiology. Florida : John Wiley and Sons. 3. Degremont. 1991. Wastewater Treatment Handbook, 6 th edition. Paris : Lavoisier Publishing. 4. Droste, Ronald R. 1997. Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment. Toronto: John Willey and Sons. 5. Indriyati, 1997. Optimasi Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kecap Secara biologi Menggunakan reactor tipe Fixed Bed. Jakarta: Universitas Indonesia. 5. KESIMPULAN Penelitian menggunakan reaktor tipe Fixed Bed dengan media cincin keramik, terhadap ;imbah cair pabrik permen dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Kondisi terbaik yang dicapai pada waktu pengoperasian yaitu dengan waktu tinggal 11 hari dengan efisiensi COD sebesar 56,25 %, produksi biogas 5,33 L/hari, kandungan CH4 63 %, produksi metan 3,36 L/hari dan ph efluen 7,33. 2. Media cincin keramik dengan luas permukaan efektif 108 m2/m3 dan porositas 81 % tidak cukup efektif dalam mengolah limbah cair pabrik permen. Pengolahan Limbah Cair... J. Tek. Ling. Edisi Khusus 58-63 63