II. TINJAUAN PUSTAKA
2.3. Limbah Cair Industri Karet Remah
Pabrik pengolahan karet remah PTPN VII Unit Usaha Way Berulu memiliki kapasitas produksi sebanyak 30 ton karet kering/hari. Limbah cair yang dikeluarkan antara 240 m3/hari sampai dengan 312 m3/hari. Limbah cair
17 koagulasi, penggilingan, dan pencucian. Limbah cair dialirkan melalui parit yang akan diarahkan ke Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) (Kartika, 2010).
Limbah cair industri karet remah berwarna putih keruh, mengandung padatan tersuspensi, terlarut maupun mengendap. Limbah cair ini bersifat asam dengan nilai pH berkisar 4,2-6,3 dikarenakan penggunaan asam formiat pada proses koagulasi lateks (Wulan, 2015). Air limbah industri karet mengandung bahan organik yang cukup tinggi seperti senyawa nitrogen (N-NH3) berkisar 100-300 mg/L dan fosfor (P-PO4) berkisar 20-40 mg/L serta memiliki nilai kebutuhan oksigen kimia (COD) sebesar 3000-5000 mg/L yang dapat berpotensi mencemari lingkungan. Rasio COD:BOD dalam limbah cair industri karet remah berbahan baku lateks kebun sekitar 1,5 sehingga tergolong limbah yang mudah terurai secara biologis (Utomo dkk., 2012).
Pengolahan air limbah bertujuan untuk mengurangi BOD, partikel tercampur, serta membunuh organisme patogen, menghilangkan bahan nutrisi, komponen beracun, serta bahan yang tidak dapat didegradasikan agar konsentrasi yang menjadi lebih rendah, sehingga diperlukan pengolahan secara bertahap agar bahan-bahan di atas dapat dikurangi (Sugiharto, 1987). Pengolahan limbah cair industri karet remah dapat dilakukan dengan serangkaian kolam pangolahan yang dilakukan secara simultan yaitu dengan Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL). Kolam-kolam IPAL yang digunakan oleh PTPN VII Unit Usaha Way Berulu, yaitu Rubber trap I , Rubber trap II, Anaerobik I, Anaerobik II, Fakultatif I, Fakultatif II, Aerobik I, dan Aerobik II. Ilustrasi IPAL PTPN VII Unit Usaha Way Berulu dapat dilihat pada Gambar 8.
18
sungai
Gambar 8. Ilustrasi IPAL PTPN VII Unit Usaha Way Berulu (Kartika, 2010).
Pengolahan limbah cair di Pabrik Pengolahan Karet Remah Unit Usaha Way Berulu menggunakan sistem IPAL yang baik. Pengolahan limbah cair yang dilakukan yaitu dengan primary treatment dan secondary treatment. Pemisahan di rubber trap merupakan penanganan limbah cair awal atau primary treatment karena kegiatan ini merupakan kegiatan untuk menghilangkan zat padat pada limbah cair dengan cara pengapungan. Secondary treatment terdapat pada kolam Anaerobik I hingga kolam Aerobik II dengan sistem pendekatan lagoon system, karena kolam-kolam tersebut sebagai tempat degradasi bahan-bahan organik dalam air limbah dengan menggunakan bantuan mikroorganisme. Adapun data sarana pengolahan air limbah Standard Indonesian Rubber (SIR) di PTPN VII Unit Usaha Way Berulu disajikan pada Tabel 2.
Fakultatif I Aerob I Fakultatif II Anaerob II Rubber Trap II Rubber Trap I Aerob II Pabrik SIR Anaerob I Bak Recycling
19 Tabel 2. Data sarana pengolahan limbah
Nama Kolam Dimensi (m) Volume (m3) Retensi (hari)
Rubber Trap I 16 x 12 x 2,5 415 0,55 Rubber Trap II 24 x 12 x 2 526 0,70 Anaerobik I 30 x 70 x 5,5 11.550 15,4 Anaerobik II 30 x 70 x 5,5 11.550 15,4 Fakultatif I 40 x 75 x 3 9.000 12 Fakultatif II 40 x 75 x 3 9.000 12 Aerobik I 30 x 70 x 1,5 3.150 4,2 Aerobik II 50 x 100 x 1,5 7.500 10 Bak Recycle 5 x 10 x 2 100 0,13
Keterangan: m3air dari pengolahan SIR per ton KK adalah 25 m3dengan kapasitas pabrik sebesar 30 ton KK/hari (Kartika, 2010).
Pengendalian limbah cair yang dilakukan PTPN VII Unit Usaha Way Berulu adalah pengendalian pemakaian air di pabrik (in plant control) dan in house keeping yang baik. Upaya yang telah dilakukan untuk memenuhi baku mutu limbah cair karet adalah pemasangan turbo jet aerator, sprayer, dan sekat penangkap butiran karet di saluran air limbah sebelum masuk ke kolam rubber trap serta pengutipan karet di trap secara berkelanjutan (Kartika, 2010). Efluen limbah cair industri karet remah di PTPN VII Unit Usaha Way Berulu sudah memenuhi baku mutu limbah cair yang ditetapkan Kep-51/MENLH/10/1995. Parameter dan baku mutu efluen air limbah di PTPN VII Unit Usaha Way Berulu dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Parameter dan baku mutu efluen air limbah di PTPN VII Unit Usaha Way Berulu
Parameter Satuan Baku Mutu
Hasil Analisis Rata-rata Effluen
2010 2011 2012 2013 2014 s.d Juni pH - 6.0-9.0 7.67 7.79 7. 73 7.51 7.58 BOD mg/L Maks. 60 14,92 13.52 17.59 9.29 10.40 COD mg/L Maks. 200 32.21 32.79 86.92 64.84 67.62 NH3 mg/L 10 4.62 5.52 1.85 0.37 0.27 Ntotal mg/L Maks. 5 4.81 8.30 5.00 4.38 5.65
20 2.4. Limbah Cair Industri Karet Remah sebagai Media Kultivasi Mikroalga
Pemanfaatan limbah cair merupakan salah satu upaya untuk menghasilkan suatu produk industri melalui sistem produksi bersih (zero waste). Limbah cair industri karet sangat potensial digunakan sebagai media kultivasi mikroalga untuk
pengembangan biodiesel yaitu bahan bakar berbasis nabati (Wulan, 2015). Pada limbah cair karet banyak terdapat senyawa organik hal ini yang menyebabkan nilai BOD, COD, dan NH3masih relatif tinggi tetapi senyawa organik ini dapat digunakan oleh mikroalga sebagai sumber hara makro dan mikro (Yulita, 2014). Kandungan bahan organik pada kolam IPAL industri pengolahan karet remah PTPN VII Unit Usaha Way Berulu disajikan pada Tabel 4.
Tabel 4. Karakteristik limbah cair industri karet remah PTPN VII Unit Usaha Way Berulu
Parameter Satuan
Hasil Analisis Limbah
segar1)
Anaerobik Fakultatif Arobik
I1) II1) I1) II2) I2) II2) COD mg/L 2780 640 300 160 612 300 693 pH - 5,72 6,82 7,16 7,60 8,29 8,43 8,38 N-NH3 mg/L 266 244 284 169 3,896 4,125 4,545 N-NO3 mg/L 0.15 0,059 0,463 0,039 - - -Ntotal mg/L - - - - 5,078 4,343 5,336
Sumber:1)Utomo dan Suroso (2008);2)Komalasari (2015)
Penggunaan limbah cair sebagai media kultur mikroalga telah banyak dilakukan. Adanya kandungan unsur nitrogen (N), fosfor (P), besi (Fe), dan magnesium (Mg) yang terdapat dalam limbah cair karet, dapat menjadi sumber nutrisi bagi
pertumbuhan Chlorella sp. sehingga dapat memenuhi syarat sebagai media kultur mikroalga (Dedi dkk., 2010). Limbah cair karet dengan kandungan nitrogen lebih dari 4.000 ppm dan unsur lainnya merupakan modal dasar yang dapat dijadikan sebagai media kultur dan budidaya mikroalga. Nitrogen dalam bentuk NO3, NO2
21 ataupun amoniak (NH3) pada limbah dimanfaatkan oleh Nannochloropsis oculata untuk keperluan metabolisme sel seperti katabolisme maupun asimilasi khususnya biosintesis protein (Borowitzka and Borowitzka, 1988). Pada penelitian
Komalasari, (2015) kultivasi Nannochloropsis sp. pada limbah cair industri karet remah outlet kolam Fakultatif II mampu menghasilkan kepadatan sel sebesar 3,3 x 107sel/mL. Selain itu, pada penelitian Wulan (2015), limbah cair industri karet remah outlet kolam Fakultatif II juga dapat dijadikan media kultivasi mikroalga Botryococcus braunii dan Tetraselmis sp. dengan puncak kepadatan sel masing-masing mencapai 2668 x 104sel/mL dan 538 x 104sel/mL.
Pemanfaatan limbah cair karet sebagai media kultivasi mikroalga dapat dilakukan di sistem terbuka (open photobioreactors) atau tertutup (closed photobioreactors) dengan diiluminasi baik dengan cahaya buatan ataupun cahaya matahari dengan temparture 27-30oC dan pH 6.5-8. Kultivasi mikroalga dalam open pond sudah dilakukan beberapa tahun terakhir karena merupakan salah satu jenis bioreaktor yang termasuk paling murah. Hal ini dikarenakan jenis bioreaktor open pond hanya menggunakan sinar matahari sebagai sumber cahaya yang digunakan oleh mikroalga untuk fotosintesis (Chisti, 2007) disamping mudah untuk dikonstruksi. Sistem open pond memiliki beberapa kelemahan diantaranya evaporasi akut dan penggunaan karbon dioksida (CO2) menjadi tidak efisien. Produktivitas
mikroalga juga dibatasi oleh kontaminasi dari alga atau mikroorganisme yang tidak diinginkan. Selain itu, sistem open pond dengan volume kultur yang besar mengakibatkan sinar matahari tidak sepenuhnya diserap oleh mikroalga di dasar kolam (Ugwu et al., 2007) dan mixing atau pengadukan tidak maksimal sehingga mengakibatkan sedimentasi sel di dasar kolam reaktor.
22
Gambar 9. Bentuk reaktor open pond (Komalasari, 2015).
Dalam proses kultivasi mikroalga, sebelum diperoleh biomassa terdapat satu proses yang harus dilakukan terlebih dahulu, yaitu proses pemanenan atau
harvesting atau dewatering. Pemanenan adalah proses pemisahan antara medium dan mikroalga secara separasi padat-cair. Proses ini berfungsi untuk memisahkan biomassa mikroalga yang terdapat di dalam reaktor dengan mediumnya, sehingga diperoleh biomassa dengan sedikit kandungan air. Pemanenan mikroalga dapat dilakukan dengan beberapa metode separasi yaitu filtrasi, sedimentasi gravitasi, sentrifugasi, flotasi, dan flokulasi (Pratama, 2011).
Flokulasi adalah proses dimana partikel zat terlarut dalam larutan membentuk agregat yang disebut flok. Proses flokulasi terjadi saat partikel zat terlarut saling bertumbukan dan menempel satu sama lain. Bahan kimia yang biasa disebut flokulan ditambah kedalam sistem untuk membantu proses flokulasi. Pemanenan sel mikroalga dengan flokulasi dianggap lebih baik daripada metode konvensional seperti sentrifugasi atau filtrasi karena dapat menghasilkan biomassa yang lebih baik secara kuantitas (Febiana, 2015).
23 Flokulan yang umum digunakan dalam pemanenan mikroalga adalah NaOH. Berdasarkan penelitian Pratama (2011), pemanenan Chlorella vulgaris dengan NaOH memiliki efisiensi flokulasi terbaik sebesar 94,49% yang dicapai pada dosis 4 mL NaOH /100 mL sampel. Pada penelitian Febiana (2015), pemanenan Nannochloropsis sp. yang dikultivasikan pada limbah cair industri karet remah dengan NaOH dengan dosis 200 mg/L sampel memiliki efisiensi flokulasi sebesar 72,91% dan efisiensi flokulsi terbaik sebesar 94,55% dicapai dengan flokulan aluminium sulfat (Al2SO4)3dengan dosis 150 mg/L sampel.
2.5. Makronutrien
Salah satu faktor yang mempengaruhi pertumbuhan mikroalga adalah ketersediaan nutrien. Nutrien yang dibutuhkan mikroalga terdiri dari
makronutrien dan mikronutrien. Makronutrien yang diperlukan antara lain N (termasuk nitrat), P, Fe, Mg, S, dan K. Sedangkan mikronutrien yang diperlukan adalah Mn, Zn, Cu, Mo, dan Co dalam jumlah yang relatif sedikit. Unsur nutrisi yang diperlukan oleh mikroalga dalam jumlah terbanyak adalah karbon (C), nitrogen (N), dan phosphor (P) (Astuti, dan Sriwuryandari, 2010).
Kadar C biomassa mikroalga bervariasi tergantung kepada strain, nutrisi, dan kondisi kultivasi. Secara teoristis jumlah molekul CO2minimum yang harus difiksasi oleh sel mikroalga dan kebutuhan N dan P dapat dihitung berdasarkan rumus empiris molekul sel mikroalga (C1H1.83O0.48N0.11P0.01) dan target produksi yang diinginkan. Mengacu pada rumus empiris tersebut, maka dapat disimpulkan bahwa C merupakan unsur dominan di dalam sel mikroalga yaitu mencapai 51,59% sedangkan N dan P hanya sekitar 6,62% dan 1,33% (Chisti, 2007).
24 Tingkat fiksasi C oleh sel mikroalga sangat berpengaruh terhadap produksi
biomassa. Penyerapan C inorganik oleh mikroalga dipengaruhi oleh konsentrasi N (Giordano et al., 2005). Penelitian lain menunjukkan pertumbuhan alga di dalam medium tanpa N menjadi lambat (Xu et al., 2001) sehingga diperlukan tambahan N untuk meningkatkan laju pembentukan sel.
Menurut Becker (1994), selain nitrogen senyawa fosfor juga merupakan senyawa esensial bagi pertumbuhan mikroalga, serta merupakan bahan dasar pembentukan asam nukleat dan vitamin. Selain itu, fosfor juga berperan dalam transfer energi pada proses fotosintesis dan pembentukan klorofil pada proses selular. Fosfor merupakan unsur penyusun Adenosi Triphosphat (ATP) yang secara langsung berperan dalam proses penyimpanan dan transfer energi yang terkait dalam proses metabolisme oleh kerena itu fosfor sangat penting dalam pertumbuhan mikroalga. Total fosfor dalam perairan terdapat sebagai senyawa ortofosfat, polifosfat, dan fosfat organik. Menurut Efendi (2003), ortofosfat merupakan bentuk fosfor yang dapat dimanfaatkan secara langsung oleh mikroalga.
Ketersediaan P yang rendah akan menyebabkan pengaruh pada efek biokimia dan fisiologi mikroalga. Keterbatasan P yang tinggi menyebabkan mikroalga tidak mampu untuk mempoduksi asam nukleat dan akhirnya berakibat pada penurunan pembentukan protein, sehingga terganggunya pembentukan atau pembelahan sel. Selain itu keterbatasan P juga menyebabkan penurunan pemanfaatan sinar
matahari dan fiksasi karbondioksida (CO2) (Falkowski and Raven, 1997).
Menurut Wardhana (1994), kadar fosfor optimal untuk pertumbuhan fitoplankton berkisar antara 0,27-5,51 mg/L.
25 Nitrogen merupakan makronutrisi yang dapat mempengaruhi pertumbuhan
mikroalga dalam kegiatan metabolisme sel yaitu transportasi, katabolisme, asimilasi, dan khususnya biosintesis protein. Nitrogen juga berperan dalam sintesis klorofil dan enzim yang mengontrol seluruh metabolisme. Nitrogen merupakan bahan penting penyusun asam amino, nukleotida, dan nukleo protein, serta esensial untuk pembelahan sel sehingga nitrogen penting untuk pertumbuhan (Borowitzka and Borowitzka, 1988). Dengan demikian pada saat konsentrasi nitrogen pada media kultur optimal maka kegiatan metabolisme sel akan berjalan dengan baik, termasuk sintesis klorofil. Dengan adanya kandungan klorofil yang meningkat maka proses fotosintesis akan berjalan dengan baik sehingga
pertumbuhan mikroalga akan optimal (Ernest, 2012).
Nitrogen memiliki peranan penting dalam siklus organik sebagai penghasil asam amino penyusun protein. Di perairan, nitrogen berupa nitrogen organik dan nitrogen anorganik. Nitrogen organik berupa protein, asam amino, dan urea sedangkan nitrogen anorganik terdiri atas ammonia (NH3), ammonium (NH4), Nitrit (NO2), Nitrat (NO3), dan molekul nitrogen dalam bentuk gas (N) (Kusuma, 2014). Meskipun ditemukan dalam jumlah yang cukup banyak di atmosfer, nitrogen tidak dapat dimanfaatkan oleh makhluk hidup secara langsung (Dugan, 1972). Nitrogen harus mengalami fiksasi terlebih dahulu menjadi ammonia (NH3), ammonium (NH4), Nitrit (NO2), dan Nitrat (NO3) agar dapat diserap.
Senyawa nitrogen selain yang sudah menjadi ion NO3-dan NH4+harus dirubah terlebih dahulu menjadi ion tersebut agar mudah diserap. Ion yang biasanya paling mudah diserap adalah ion NH4+karena ion tersebut dapat berada pada
26 situasi lingkungan yang asam atau kekurangan oksigen (hipoksia) sedangan ion NO3-tidak terserap. Oleh karena itu, ion NO3-biasanya dirubah terlebih dahulu menjadi NH4+melalui proses reduksi nitrat dengan reaksi sebagai berikut:
NO3-+ 8 elektron + 10H4+ → NH4++ 3H2O
Pada reaksi tersebut, kondisi yang dibutuhkan adalah kondisi yang sangat asam. Kenaikan pH tersebut akan menggangu pertumbuhan sehingga perlu dilakukan cara lain. Cara yang baik adalah dengan mengubah nitrat menjadi nitrit terlebih dahulu dan selanjutnya dirubah menjadi ion ammonium. Reaksi perubahan nitrat menjadi nitrit sebagi berikut:
NO3-+ NADPH + H+ NR NO2-+ NAD++ H2O
Reaksi tersebut untuk mengubah nitrat menjadi nitrit. Padahal NADH sangat dibutuhkan untuk membentuk lipid, protein, dan klorofil pada proses respirasi sehingga semakin banyak yang dibutuhkan untuk proses reduksi nitrat menjadi nitrit maka semakin sedikit lipid, klorofil, dan protein yang terbentuk.
Selanjutnya nitrit akan dirubah menjadi ion ammonium dengan reaksi sebagai berikut:
NO2-+ 3H2O + 2H++ cahaya → NH4+ +1.5O2+ 2H2O
Berdasarkan reaksi tersebut, derajat keasaman yang dibutuhkan tidak seasam reaksi reduksi nitrat menjadi ion ammonium. Selanjutnya NH4+akan bereaksi dengan asam glutamat dan akan menghasilkan senyawa organik utama seperti asam amino, protein, dan klorofil. Namun NH4+yang berlebihan akan membuat pertumbuhan dari tumbuhan dan alga menurun karena gugus tersebut sangat beracun yang dapat menghambat pembentukan ATP di kloroplas maupun di mitokondria (Ernest, 2012).
27 2.6. Salinitas
Salinitas merupakan konsentrasi total dari semua ion yang larut dalam air, dan dinyatakan dalam bagian perseribu (ppt) yang setara dengan gram per liter (Boyd, 1990). Salinitas ditentukan berdasarkan banyaknya garam-garaman yang larut dalam air. Air laut mengandung berbagai senyawa garam dan masing-masing mengendap berdasarkan tingkat kelarutannya, mulai senyawa besi (ferri oksida), kalsium (gips), sodium (garam dapur), dan magesium (magnesium klorida dan sulfat). Diantara senyawa-senyawa garam yang terkandung di dalam air laut NaCl merupakan senyawa yang paling besar porsinya (Santosa, 2014). Kandungan garam-garaman dalam air laut disajikan pada Tabel 5.
Tabel 5. Kandungan garam-garaman dalam air laut
Jenis garam Kandungan garam (%)
NaCl 68,1 MgCl 14,4 CaCl 3,2 KCl 1,9 NaCO4 11,4 NaHCO4 0,6 KBr 0,3
Sumber: Lyman and Fleming (1940).
Menurut Hutabarat dan Evans (1985), salinitas penting artinya bagi kelangsungan hidup organisme, hampir semua organisme laut hanya dapat hidup pada daerah yang mempunyai perubahan salinitas yang kecil. Tetraselmis chuii tumbuh pada salinitas 0-35 ppt dengan kondisi salinitas optimal antara 30 sampai dengan 32 ppt (Fogg and Thake, 1987). Menurut Inansetyo dan Kurniastuty (1995) Tetraselmis chuii memiliki toleransi salinitas 15 ppt. Berdasarkan penelitian Wulan (2015), Tetraselmis sp. dapat tumbuh pada media limbah cair industri karet remah outlet
28 kolam Fakultatif II yang memiliki salinitas 0 ppt dengan kepadatan sel
optimumnya mencapai 538 x 104sel/mL.
Salinitas media pertumbuhan perlu diatur untuk mengoptimalkan pertumbuhan Tetraselmis sp.. Pujiono (2013) menggunakan media kultur berupa air laut pantai utara dengan salinitas 35 ppt yang kemudian diatur salinitasnya menjadi 30 ppt dengan cara mencampur 200 mL air laut dengan aquades 200 mL. Cahyaningsih dkk. (2010) menggunakan media dengan salinitas 30 ppt dalam kultur Tetraselmis chuii di Laboratorium Pakan Alami Balai Budidaya Air Payau Situbondo. Pada penelitian Harimurti dkk. (2013), pengkondisian salinitas media kultivasi Chlorella vulgaris dan Botryococcus braunii dilakukan dengan penambahan garam NaCl.
29