WASHER PULPER
7.3.1. Analisis Limbah Cair Proses Pengolahan Kopi Modifikasi Olah Basah
Proses pengolahan yang mengubah buah kopi menjadi biji kopi disebut pengolahan kopi primer. Output yang dihasilkan dari proses pengolahan primer yang menggunakan modifikasi teknologi olah basah adalah biji kopi HS bersih dengan kadar air 12%, limbah cair dan limbah padat. Perlakuan minimisasi air pada proses pengolahan kopi dengan modifikasi olah basah terbukti mampu meningkatkan mutu biji sekaligus meminimumkan volume limbah cair yang dihasilkan. Rentang minimum air proses pengolahan yang dapat diterapkan adalah
2,987 - 3,345 m3/ton buah kopi yang meliputi ± 0,731 – 0,784 m3/ton untuk proses pengupasan dan ± 2,256 – 2,561 m3/ton buah kopi untuk proses pencucian. Nilai ini mampu mengurangi limbah cair ke lingkungan hingga 67% dari total volume air proses yang biasa dilakukan.
Rendemen hasil pengolahan kopi untuk mendapatkan biji kopi siap ekspor rata-rata sebesar 18 – 19%. Nilai ini tidak jauh berbeda dengan hasil penelitian Braham dan Bressani (1979), biji kopi yang diperoleh dari proses pengolahan basah sebesar 191 gram dari 1000 gram buah kopi. Mulato et al. (2006), menyatakan rendemen hasil pengolahan kopi Arabika berkisar antara 16 – 20% sedangkan kopi Robusta dapat mencapai 20 – 22%.
Pada pengolahan basah, proses pengupasan dapat dilakukan dengan minimal air terutama karena dilakukan pada buah kopi merah. Bagian-bagian yang membentuk buah kopi terutama adalah kulit buah (skin), daging buah (pulp), kulit tanduk (parchment), kulit ari (silverskin) dan biji (bean) (Gambar 63). Daging buah kopi merah yang telah masak mengandung lendir dan senyawa gula yang rasanya manis. Lapisan lendir ini pada buah muda sangat sedikit dan bertambah hingga buah masak kemudian berkurang apabila buah telah lewat masak (Yusianto dan Mulato, 2002). Komposisi kimia daging buah kopi masak disajikan pada Tabel 19.
(Kulit luar) (Daging buah) (Cangkang) (Biji kopi) (Kulit ari) (Kulit tanduk) (Tangkai buah)
Gambar 63 Penampang membujur buah kopi
Buah kopi merah merupakan buah masak, mengandung air buah dan lendir yang cukup untuk berlangsungnya proses pengupasan. Air pada proses pengupasan terutama dibutuhkan sebagai pembawa buah kopi menuju silinder mesin pengupas. Limbah cair proses pengupasan diperkirakan mengandung komponen-komponen kimia yang berasal dari kulit, daging buah dan lendir.
Meskipun tidak seluruh lendir dapat dilepas dan masih melekat pada lapisan kulit biji kopi. Proses pencucian menghilangkan lendir yang telah terdegradasi selama fermentasi dan menghasilkan biji kopi yang masih berkulit tanduk (parchment coffee = biji kopi HS).
Tabel 19 Komposisi kimia daging buah kopi masak
No Komponen Jumlah (%) 1. Air 42,66 2. Serat 27,44 3. Gula 9,46 4. Tannin 8,56 5. Mineral 3,77
6. Lemak dan resin 1,18
7. Minyak volatil 0,11
8. Lain-lain 6,82
Sumber: Yusianto dan Mulato (2002)
Perlakuan minimisasi air pada proses pengolahan kopi bertujuan untuk meminimumkan volume limbah cair yang dihasilkan. Akan tetapi diperkirakan mempengaruhi tingkat konsentrasi limbah cair yang dihasilkan. Analisis kualitas limbah cair hasil perlakuan minimisasi air diperlukan untuk menentukan penanganan yang tepat agar limbah tidak mencemari lingkungan. Limbah cair proses pengolahan kopi terutama dihasilkan dari proses pengupasan dan pencucian. Adapun aliran limbah cair kopi tersebut tidak konstan dengan beban pencemaran cenderung seragam. Proses pengolahan kopi yang kontinyu tergantung pada aliran air proses pengupasan (pulping) dan pencucian (washing). Hasil analisis parameter limbah cair disajikan pada Tabel 20.
Tabel 20 Hasil analisis limbah cair perlakuan minimisasi air pengolahan kopi
No Parameter Proses Pengupasan Proses Pencucian Satuan
1 pH 4,00 - 5,50 3,84 - 4,28 - 2 BOD 6000 - 13000 4000 - 11000 mg/L O2 3 COD 14000 - 26000 7000 - 21000 mg/L O2 4 BOD/COD 0,5 – 0,6 0,4 – 0,6 5 TSS 400 - 23000 8600 - 25000 mg/L 6 TDS 1200 - 1500 800 - 2100 mg/L 7 Fosfat 17 - 33 14 - 24 mg/L PO4-P 8 Nitrat 55 - 64 3,82 - 88,35 mg/L NO3-N 79 Total N 300 - 400 170 - 630 mg/L NH3-N 10 Total Karbon 8000 - 10000 4000 - 10000 mg/L 11 Total VSS 13000 - 17000 6400 - 18000 mg/L
Limbah cair proses pengupasan dan pencucian memiliki karakteristik yang tidak jauh berbeda, terutama mengandung padatan tersuspensi yang berasal dari komponen organik dan anorganik. Limbah cair proses pengupasan terutama mengandung gula fermentasi, sedangkan limbah cair proses pencucian lebih kental karena kandungan lendir. Kandungan lendir yang terdegradasi selama fermentasi ini menyebabkan nilai pH limbah cair pencucian lebih asam dibandingkan tahap pengupasan.
Karakteristik limbah cair proses pengolahan kopi di berbagai tempat menunjukkan hasil yang tidak jauh berbeda meskipun berasal dari proses pengolahan basah maupun semi basah (Tabel 21 dan Tabel 22). Air limbah yang cenderung asam, kandungan bahan organik tinggi serta tingkat padatan yang besar berasal dari kandungan lendir dan pulpa kopi selama proses pengupasan dan pencucian. Karakteristik inilah yang akan menentukan upaya penanganan yang dapat diterapkan.
Tabel 21 Perbandingan hasil analisis limbah cair pengolahan kopi di India
No Parameter Pulper (a) Washer (semi
washed) (a)
Pulper (b) Washer (semi washed) (b) 1 pH 4 - 7 4 - 6 3,9 – 6,9 4 – 6,3 2 Total Solid (mg/L) 4000 – 10000 1200 – 44000 3100 - 30800 16400 – 70000 3 COD (mg/L) 1500 - 9000 1200 – 41700 2600 - 25800 15500 – 65000 4 BOD/COD 0,5 – 0,86 0,5 – 0,9 0,37 – 0,97 0,5 – 0,9 5 Total gula (mg/L) 800 - 6000 1000 - 36700 2300 - 23000 14300 – 53000 6 Gula pereduksi (mg/L) 50 - 1800 200 - 22200 800 - 6000 5300 – 30000 7 Asiditas (mg/L) 100 - 800 70 - 1300 100 - 1600 200 - 1900
Sumber: Astra 2002 diacu dalam Chanakya dan de Alwis 2004
a: perkebunan dengan penanganan anaerobik parsial dan pengontrolan penggunaan air b: perkebunan dengan bioreaktor dan pengontrolan air dalam pengolahan basah
Menurut Mburu et al. (1994); Von Enden dan Calvert (2002), limbah cair proses pengupasan mengandung konsentrasi pencemar yang tinggi karena kandungan bahan-bahan organik hasil proses pengupasan daging buah (saat mesocarp dikupas) dan lendir. Pulpa dan lendir ini terdiri atas sejumlah protein, gula dan lendir dalam bentuk pektin seperti karbohidrat polisakarida. Selvamurugan et al. (2010), menjelaskan kandungan gula yang tinggi ini menyebabkan air proses pengupasan akan cepat terfermentasi oleh kerja enzim
bakteri yang terdapat pada buah kopi. Adapun komponen lain dari air proses pengupasan adalah asam dan kimia toksik seperti polifenol (tannin dan kafein).
Tabel 22 Perbandingan karakteristik limbah cair proses pengolahan kopi
No Parameter Mendoza &
Rivera (1998) (semi wet)
Bruno & Oliveira (2008) (wet process) Selvamurugan et al., (2010) (wet process) 1 pH 5,4 4,2 3,88 – 4,21 2 BOD 1443 mg/L 3100 – 14340 mg/L 3800 – 4780 mg/L 3 COD 2480 mg/L 5000 – 35000 mg/L 6420 - 8480 mg/L 4 TSS -- 2978 – 3590 mg/L 2390 – 2820 mg/L 5 TDS 50-90% -- 1130 – 1380 mg/L 6 Fosfat -- -- -- 7 Total N -- -- 125,8 – 173,2 mg/L 8 Total VSS -- 1488 mg/L --
Penghilangan lendir pada biji kopi dilakukan sepanjang proses fermentasi selama 14 – 18 jam hingga lendir terdegradasi dan dapat dihilangkan dengan mudah oleh air melalui proses pencucian. Air limbah yang berasal dari perlakuan minimisasi air cenderung kental karena tingginya kandungan pektin yang berasal dari lendir, protein dan gula yang terlarut. Proses fermentasi gula menjadi etanol dan CO2 menyebabkan kondisi asam pada air. Hal ini dikarenakan etanol
dikonversi menjadi asam asetat saat bereaksi dengan oksigen. Proses asidifikasi ini menyebabkan pH larutan menjadi asam, mencapai nilai 4 bahkan kurang.
C6H12O6 2 CH3CH2OH + 2 CO2
Gula etanol karbondioksida
2 CH3CH2OH + O2 2 CH3COOH
Etanol oksigen asam asetat
Keasaman yang tinggi akan mempengaruhi efisiensi penanganan limbah cair dan merusak kehidupan akuatik jika dibuang ke badan air. Lendir yang terkonversi setelah proses pencucian (Tabel 23) akan membentuk lapisan tebal (padatan tersuspensi) pada permukaan limbah cair, hitam di atas dan jingga coklat di dasar (Gambar 64). Lapisan tebal ini akan menutup jalan air pada saluran dan menyebabkan kondisi anaerobik saat dibuang ke badan air.
Substansi lain yang dapat ditemukan pada limbah cair kopi adalah bahan kimia toksik seperti tannin, alkaloid (kafein), dan polifenol. Komponen-
komponen ini apabila dibuang ke lingkungan akan menyebabkan proses degradasi bahan organik sulit didegradasi secara biologis (Selvamurugan et al. 2010).
Tabel 23 Beberapa perbandingan komposisi lendir
Komponen Komposisi (%)
Murthy et al.(2004) Braham & Bressani (1979)
Air 84,20
Protein 8,00
Gula
- Glukosa (pereduksi) - Sukrosa (non pereduksi
2,50 1,60 30,0 20,0 Pektin 1,00 35,8 Abu 0,70 17,0
Limbah cair proses pengolahan kopi berwarna coklat terutama berasal dari komponen flavonoid kulit buah pada saat pengupasan (Lampiran 1.). Limbah cair kopi selain berbau tidak sedap, juga akan berubah warna menjadi hitam beberapa saat kemudian. Flavonoid umum ditemui pada buah-buahan berwarna lainnya seperti anggur. Menurut Selvamurugan et al. (2010), warna buah ini sebenarnya merupakan prekursor bagi terbentuknya warna coklat humus seperti air rawa yang tidak berbahaya bagi spesies akuatik karena tidak menyebabkan peningkatan nilai BOD ataupun COD. Akan tetapi warna coklat yang gelap ini dapat berdampak negatif terhadap proses fotosintesis dan transformasi nutrien pada tanaman air selain menurunkan nilai estetika.
Gambar 64 Lapisan padatan limbah cair pengolahan kopi
Tingginya nilai COD dan BOD pada limbah cair pengolahan kopi terutama pada limbah cair perlakuan minimisasi menunjukkan besarnya jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk menguraikan bahan organik pada kondisi aerobik, temperatur dan waktu inkubasi yang terstandar. Pengaruh perlakuan minimisasi
air pada proses pengolahan kopi disajikan pada Gambar 65, Gambar 66, dan
Gambar 67.
Gambar 65 Hubungan minimisasi air pengupasan dengan bahan organik dan pH pada limbah cair
Gambar 66 Hubungan minimisasi air pencucian dengan bahan organik dan pH pada limbah cair
Konsentrasi bahan organik limbah cair (BOD, COD dan TSS) menunjukkan kecenderungan menurun seiring bertambahnya volume air yang digunakan pada tahap pengupasan dan pencucian buah kopi. Nilai pH limbah cair proses pengolahan kopi secara umum berkisar antara 3,80 – 5.50. Tidak ada perbedaan yang signifikan antara perlakuan minimisasi air terhadap pH. Nilai padatan tersuspensi (TSS) pada proses pencucian cenderung lebih tinggi daripada proses pengupasan. Hal ini disebabkan karena bagian terbesar bahan organik berupa lendir setelah proses fermentasi terbawa air proses pencucian.
Gambar 67 Zone segitiga untuk BOD/COD
Rasio BOD/COD pada limbah cair proses pengolahan kopi berada di antara 0,4 – 0,6 yang menunjukkan tingkat biodegradabilitas bahan organik untuk dilepas ke lingkungan. Menurut Samudro dan Mangkoedihardjo (2010), apabila rasio BOD/COD berada di antara 0,1 dan 1,0 maka limbah cair termasuk kategori biodegradable. Rasio BOD/COD biodegradable menunjukkan kemampuan substansi bahan organik dalam limbah cair untuk diuraikan menjadi komponen yang lebih sederhana oleh bakteri atau mikroorganisme. Batasan tersebut dapat digunakan sebagai tolak ukur untuk menentukan sistem penanganan yang sesuai bagi limbah cair.
Analisis total padatan dan total karbon pada limbah cair proses pengolahan kopi membantu menentukan upaya penanganan limbah yang sesuai (Gambar 67). Parameter total padatan (TDS, TSS dan VSS) dan total karbon menunjukkan penurunan konsentrasi seiring kenaikan volume air. Pola ini serupa dengan penurunan konsentrasi BOD maupun COD pada Gambar 66. Secara umum padatan tersuspensi merupakan indikator besarnya kandungan bahan organik dalam limbah yang menyumbang 60% nilai BOD. Padatan tersuspensi yang mudah menguap (VSS) merupakan pendekatan jumlah kandungan bahan organik. Bahan organik tersebut dapat terdekomposisi menjadi air, karbondioksida dan amonia yang bersifat mudah menguap saat dianalisis pada suhu 550oC.
Gambar 68 Hubungan minimisasi air pencucian dengan total padatan dan karbon pada limbah cair
Analisis total karbon menunjukkan jumlah karbon yang terikat dalam komponen organik dan anorganik. Melalui analisis VSS dapat diketahui potensi bahan organik (komponen karbon) yang teroksidasi menjadi komponen lebih sederhana dan mudah menguap. Nilai VSS yang lebih tinggi daripada nilai total karbon merupakan indikator bahwa komponen karbon yang ada pada limbah cair adalah komponen organik (Droste 1997).
Beban pencemaran limbah cair proses pengolahan kopi mencapai 75% dengan kandungan organik tinggi dan padatan terpresipitasi sebagai lendir yang dapat meningkatkan COD dan menurunkan nilai pH. Kombinasi keasaman yang tinggi, BOD dan COD yang tinggi akan menurunkan kemampuan suplai oksigen jika dibuang ke badan air, sehingga dapat menimbulkan permasalahan lingkungan yang harus ditangani. Akan tetapi limbah cair kopi yang kaya akan kandungan gula dan pektin dapat cepat terdegradasi. Didukung oleh rasio BOD/COD yang tinggi menunjukkan kelayakannya untuk ditangani melalui proses biologi. Untuk mengoptimalkan proses penanganan limbah cair, pH sebaiknya diusahakan berada pada kisaran netral (6,5 – 7,5).