BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang
Indonesia merupakan negara agraris yang mayoritas penduduknya menggantungkan diri pada sektor pertanian. Seiring dengan meningkatnya hasil pertanian guna memenuhi kebutuhan pangan masyarakat, maka kebutuhan akan tersedia pupuk yang berkualitas dengan harga yang terjangkau sangatlah mutlak diperlukan. Pupuk memegang peranan penting dalam peningkatan kualitas produksi hasil pertanian. Salah satu jenis pupuk yang banyak digunakan oleh petani adalah pupuk urea, yang berfungsi sebagai sumber nitrogen bagi tanaman. Dalam peternakan, urea merupakan nutrisi makanan ternak yang dapat meningkatkan produksi susu dan daging. Selain itu, pupuk urea memiliki prospek yang cukup besar dalam bidang industri, antara lain sebagai bahan dalam pembuatan resin, produk-produk cetak, pelapis, perekat, bahan anti kusut dam membantu dalam pencelupan di pabrik tekstil. Dengan demikian, kebutuhan pupuk urea setiap tahun semakin bertambah besar.Urea adalah suatu senyawa berbentuk kristal putih, bersifat basa, yang dihasilkan dari reaksi dehidrasi ammonium carbamat, sedangkan ammonium carbamat sendiri dihasilkan dari reaksi ammoniak dengan carbon dioksida pada suhu dan tekanan yang tinggi. Ammonium tersebut dapat diperoleh dari gas alam yang sebagian besar mengandung metana, sedangkan CO2 yang digunakan sebagai pereaksi dalam pembuatan urea diperoleh dari hasil samping dari pembuatan ammoniak.
2NH3 + CO2 NH2COONH4 HN2CONH2 + H2O
Pupuk urea adalah pupuk buatan yang merupakan pupuk tunggal, mengandung unsur hara utama nitrogen, berbentuk butiran (prill) atau grintilan (granular). Urea memiliki rumus kimia CO(NH2)2.
Adapun fungsi dari pupuk urea adalah sebagai berikut :
1. Urea digunakan sebagai pupuk yang merupakan sumber nitrogen yang sangat dibutuhkan oleh tumbuhan.
2. Urea dengan asam nitrat digunakan sebagai stabilisator (mencegah terjadinya ledakan) pada nitro selulosa* yang disimpan.
3. Urea dengan formaldehid digunakan dalam pembuatan resin.
4. Kadar urea apabila dicampur dengan kadar urine untruk menentukan kadar protein dari hasil metabolisme dalam badan
5. Urea dapat digunakan dalam berbagai industri, diantaranya p;ada indusrti kayu lapis untuk pembuatan lem.
*) Nitroselulosa adalah suatu senyawa yang sangat mudah terbakar yang terbentuk oleh nitrating selulosa yang terhubung dengan asam nitrat atau agen nitrating kuat lainnya.
BAB II PEMBAHASAN
A. Proses Pembuatan Pupuk Urea
Pupuk urea merupakan reaksi antara karbon dioksida (CO2) dan ammonia (NH3). Kedua senyawa ini berasal dari bahan gas bumi, air dan udara. Ketiga bahan baku tersebut meruapakan kekayaan alam yang terdapat di Sumatera Selatan. Pada proses pembuatan amoniak dengan tekanan rendah dalam reaktor (150 atmosfir) yaitu dengan reaksi reforming merubah CO menjadi CO2, penyerapan CO2 dan metanasi. Reaksi reforming ini dilakukan dalam 2 tingkatan yaitu :
Tingkat Pertama :
Gas bumi dan uap air direaksikan dengan katalis melalui pipa-pipa vertikal dalam dapur reforming pertama dan secara umum reaksi yang terjadi sebagai berikut:
CH4 + H2O → CO + 3H2
Tingkat Kedua :
Udara dialirkan dan bercampur dengan arus gas dari reformer pertama di dalam reformer kedua, hal ini dimaksudkan untuk menyempurnakan reaksi reforming dan untuk memperoleh campuran gas yang mengandung nitrogen. CH4 + O2 → CO2 + 2H2O
2CO + 4H2O → CO + H2
Lalu campuran gas sesudah reforming, direaksikan dengan H2O di dalam converter
CO untuk mengubah CO menjadi CO2
CO + H2O → CO2 + H2
CO2 yang terjadi dalam campuran gas diserap dengan K2CO3
larutan KHCO3 dipanaskan guna mendapatkan CO2 sebagai bahan baku pembuatan
urea. Setelah CO2 dipisahkan, maka sisa-sisa CO, CO2 dalam campuran gas harus
dihilangkan yaitu dengan cara mengubah zat-zat itu menjadi CH4 kembali
CO + 3H2 ---> CH4 + H2O
CO2 + 4H2 ---> CH4 + 2H2O
Lalu kita mensitesa nitrogen dengan hidrogen dalam suatu campuran ganda pada tekanan 150 atmosfir dan kemudian dialirkan ke dalam converter amoniak.
N2 + 3H2 ---> 2NH3
Setelah didapatkan CO2 (gas) dan NH3 (cair), kedua senyawa ini direaksikan dalam reaktor urea dengan tekanan 200-250 atmosfer.
2NH3 + CO2 → NH2COONH4 + Q
amoniak karbon dioksidaammonium karbamat NH2COONH4 → NH2CONH2 + H2O + Q
Reaksi ini berlangsung tanpa katalisator dalam waktu 25 menit. Proses selanjutnya adalah memisahkan urea dari produk lain dengan memanaskan hasil reaksi (urea,biuret, ammonium karbamat, air dan amoniak kelebihan) dengan penurunan tekanan, dan temperatur 120-165 oC, sehingga ammonium karbamat akan terurai menjadi NH3 dan CO2, dan kita akan mendapatkan urea berkonsentrasi 70-75%.
B. Dampak limbah cair industri pupuk urea 1. Menurunkan kualitas lingkungan
Limbah cair yang dihasilkan oleh proses produksi dari industri pupuk urea dapat menimbulkan adanya rasa dan bau yang tidak sedap pada penyediaan air bersih, akibat adanya amoniak dalam limbah cair tersebut
2. Berdampak pada kesehatan makluk hidup
Bahan beracun yang terkandung dalam limbah cair industri pupuk mampu merusak sel hewan terutama pada classis mamalia termasuk manusia, akibat adanya amoniak. Apabila senyawa amoniak dalam konsentrasi yang tinggi
masuk dalam perairan dapat membahayakan kehidupan hewan, biota air, maupun manusia disekitarnya. Misalnya dampak amoniak pada ikan dapat menyebabkan kerusakan pada insang, sehingga konsekuensi respirasi ikan akan terganggu. insang penting untuk keseimbangan asam-basa dalam pengaturan pH darah ikan serta untuk pertukaran ion seperti natrium dan klorida dalam darah. Oleh karena itu, kerusakan insang akan mengganggu terjadinya sejumlah proses penting dalam metabolisme ikan. Amoniak juga menyebabkan kerusakan kulit, sirip, dan usus. Paparan amoniak yang lebih kronis menyebabkan terhambatnya pertumbuhan, mematiakan sistem kekebalan serta merusak sistem syaraf.
C. Pengelolahan limbah cair industri pupuk urea 1. Equalisasi
Yaitu pengolahan air limbah yang berfungsi untuk meratakan beban pencemar air limbah (mencampur untuk menjadi lebih homogen) serta untuk mengurangi atau mengendalikan variasi karakteristik air limbah agar tercapai kondisi optimum untuk proses lebih lanjut.
2. Netralisasi
Yaitu suatu proses pengolahan air limbah yang digunakan untuk menetralkan asam atau basa karena beberapa limbah industri umumnya bersifat asam atau basa, sehingga memerlukan netralisasi sebelum dialirkan ke proses lebih lanjut atau dibuang ke badan air penerima.
3. Pengelolaan fisik / pengendapan
Yaitu suatu proses pengolahan air limbah untuk mengurangi padatan tersuspensi. Pada proses pengendapan ini partikel padat dibiarkan mengendap
ke dasar tangki yang biasanya untuk mempercepat proses sedimentasi ditambahkan bahan kimia.
4. Pengolahan biologi
Yaitu suatu proses pengelolaan air limbah yang bertujuan untuk mengurangi zat organik melalui mekanisme oksidasi biologis. Pengolahan secara biologi terdiri dari:
a) Kolam aerasi
Yaitu kolam yang diberikan perlakuan aerator sehingga akan mampu untuk meningkatkan oksigen terlarut dalam air limbah tersebut sehingga dapat mencukupi kebutuhan mikroba
b) Nitrifikasi dan Denitrifikasi
Yaitu pengolahan air limbah dengan cara menghilangkan nitrat melalui proses biologis
c) Lumpur aktif
Yaitu melibatkan sejumlah mikroorganisme yang merupakan biomasa aktif yang mampu mereduksi substrat dan memiliki permukaan yang dapat menyerap.
d) Trickling filter
Yaitu kumpulan benda padat yang berbentuk silinder, pada tempat tersebut di berikan kerikil, pasir dan substrat untuk menyaring air limbah yang akan disemprotkan dari atas silinder tersebut. Pada kerikil dan pasir tersebut akan
membentuk lapisan biofilm sehingga mampu untuk mendegradasi bahan organik yang berada pada air limbah tersebut
Pengelolaan Limbah Pupuk urea secara biologis
Meskipun (NH2)2CO dan NH3-N tidak termasuk senyawa B3, limbah cair
pabrik pupuk urea dapat menimbulkan kerusakan ekosistem air yang sangat serius. Sampai saat ini, pengolahan limbah cair pabrik pupuk urea dilakukan dengan proses nitrifikasi-denitrifikasi heterotrofik dalam kolam-kolam terbuka. Karena kadar COD limbah cair ini rendah, proses nitrifikasi-denitrifikasi heterotrofik tersebut memerlukan banyak masukan sumber karbon, dalam hal ini adalah metanol. Selain itu, kinerja proses tidak terkendali ketika terjadi fluktuasi karakteristik limbah yang ekstrim. Teknologi yang diterapkan berbasis pada penggabungan activated microalgae dan nitrifikasi-denitrifikasi autotrofik untuk menguraikan limbah cair urea kadar tinggi dan ammonia kadar tinggi. Microalgae merupakan mikroba autotrof yang mampu memanfaatkan (NH2)2CO dan NH3-N sebagai sumber nitrogen (sumber N)
dan gas karbon dioksida (CO2) sebagai sumber karbon (sumber C). Dalam skala besar
mikroalgae selalu berasosiasi dengan bakteria/mikroba lain. Pada dasarnya, interaksi bakterialgae mampu memurnikan air sungai.
Aktivitas metabolisme bakteri heterotropik-aerobik menghasilkan CO2,
NH4+, NO3-, PO43- dan sebagainya. Mikroalgae menyerap senyawa-senyawa tersebut
dan menghasilkan bahan organik, O2, dan H2O. Oksigen yang diproduksi mikroalgae
digunakan oleh bakteri aerobik-heterotrofik diantaranya untuk reaksi nitrifikasi dan bakteri anaerobik-denitrifikasi. Melalui proses fotosintesis, microalgae menggunakan CO2 dari bakteri aerob dan amonia untuk membentuk protoplasma sel
dan melepaskan molekul oksigen.
Faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan (fotosintesis) microalgae adalah intensitas cahaya, suhu air, pH, makro dan mikronutrien. Walaupun mengandung unsur karbon, karbon pada urea tidak bisa digunakan.
sebagai sumber hara, karena karbon dalam bentuk teroksidasi dan selama hidrolisis terlepas sebagai CO2 dalam reaksi sebagai berikut:
(NH2)2CO + 2 H2O → (NH)2 CO3 → 2NH3 + CO2 + H2O
Sumber nitrogen utama yang dapat digunakan oleh microalgae adalah nitrat dan amonia-N, sedangkan penggunaan nitrit dibatasi oleh toksisitasnya. Bila nitrat dan N terdapat bersama, maka nitrat tidak akan diabsorpsi sampai semua amonia-N habis terserap. Hampir semua microalgae memiliki enzim urease sebagaimana halnya tumbuhan tingkat tinggi [Barr, 2002]. Urea digunakan sebagai sumber N dalam pertumbuhan berbagai jenis microalgae, bahkan juga oleh microalgae yang tidak mempunyai urease [Syrett, 1962 dalam Morris, 1974]. Bakteri memanfaatkan bahan organik yang dihasilkan oleh microalgae atau berasal dari microalgae mati sebagai sumber karbon untuk mensintesa sel baru dan untuk kebutuhan energi membentuk produk akhir seperti CO2, NH4+, pada proses respirasi dan sintesis,
Microalgae memanfaatkan CO2 sebagai sumber karbon untuk fotosintesis. Respirasi
12,2 O2 + C11H29O7N → 0,25 C5,7H9,8O2,3N + 9,6 CO2 + 11,8 H2O + 0,75 NH4+ Fotosintesis
11,4 CO2 + 2 NH4+ + 6,8 H2O → 2C5,7H9,8O2,3N + O2 + 2 H+
Defisiensi CO2 dipenuhi dari alkalinitas alami yang ada di air dan dari pemasukan
CO2 gas dengan bantuan sparger, yang sekaligus berfungsi sebagai pengaduk. Proses
konvensional untuk menghilangkan ammonium pada umumnya melalui 2 tahap, nitrifikasi aerobik dan denitrifikasi anaerobik. Kajian yang dilangsungkan pada dekade terakhir menemukan bahwa konversi NH4+ menjadi gas N2 secara autotrofik
meliputi 2 tahap:
1. nitrifikasi aerobik NH4+ menjadi NO2 atau NO3 dengan O2 sebagai penerima
2. denitrifikasi anoksik NO2 atau NO3menjadi gas N2 dengan NH4+ sebagai
donor elektron [Anderson & Levine,1986].
Pada dasarnya pembuatan lumpur aktif nitrifying relatif mudah [Gernaey et al,1997]. Tetapi bila lumpur itu kemudian dapat diinduksi untuk mengkonversi NH4+ menjadi N2 tanpa bantuan sumber karbon organik, maka sebuah langkah penting
dalam pengolahan limbah akan mugkin dilakukan.Secara garis besar, tata cara pengelolaan limbah cair pupu urea adalah sebagai berikut:
Alat yang digunakan antara lain bak Nitrifikasi 160 liter, bak Sedimentasi, tandon Feed 200 liter, constant feed tank, submersible water pump, timbangan Reagen, kompressor dan Air Diffuser. Bahan yang digunakan adalah urea sintesis (sebagai limbah), microalgae dan lumpur aktif yang telah diaklimatisasi. Prosedur percobaan diawali dengan pembuatan larutan urea sintesis sebanyak 200 L, larutan urea sintesis ini kemudian dialirkan ke dalam reaktor fotosintesis yang berisi microalgae, setelah itu dialirkan lagi ke bak nitrifikasi yang berisi lumpur aktif, dari bak nitrifikasi effluent ditampung di bak sedimentasi sehingga lumpur yang terbawa pada aliran umpan bisa diendapkan untuk direcycle kembali ke bak nitrifikasi. Berikut adalah gambar rangkaian alat:
Dari effluent respon yang akan diamati adalah persen penurunan kadar NH3-N
dan kadar NO2-NO3 yang terbentuk. Analisa NH3-N dilakukan dengan metode
kjeldahl. Sedangkan untuk analisa kadar NO2-NO3 hal yang dilakukan adalah
mereduksi effluent dengan cara melewatkannya ke kolom reduktor untuk kemudian dianalisa secara spektrofotometri.
BAB III PENUTUP A. KESIMPULAN
Pupuk urea merupakan reaksi antara karbon dioksida (CO2) dan ammonia
(NH3). Kedua senyawa ini berasal dari bahan gas bumi, air dan udara. Meskipun
(NH2)2CO dan NH3-N tidak termasuk senyawa B3, limbah cair pabrik pupuk urea
dapat menimbulkan kerusakan ekosistem badan air yang sangat serius. Sampai saat ini, pengolahan limbah cair pabrik pupuk urea dilakukan dengan proses nitrifikasidenitrifikasi heterotrofik dalam kolam-kolam terbuka.
B. SARAN
Diharapkan agar para industri khusunya industi pupuk urea agar dapat mengelolah limbah yang dihasilkannya dengan baik sehingga dapat menjaga ekosistem badan air.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2010. Proses Pembuatan Pupuk Urea.Online (www.pusri.co.id). Diakses pada tanggal 13-oktober 2010.
Dian k. Wardhany, fitry ayunintiyas. 2008. Pengolahan limbah cair pabrik pupuk
urea dengan menggunakan proses gabungan nitrifikasi dinitrifikasi dan microalgae. Online (www.cheundip.com). Diakses pada tanggal 13-oktober 2010.
Ea kosman anwar dan husein suganda. 2002. Pupuk limbah industry. Online (www.bloger.kebumen.info.com).
Sumarnianti usman. 2008. Verifikasi metode pengujian NH3 pada sampel udara
