Purifikasi
Reject Pulp
Sebagai Media Filtrasi Dalam
Pengolahan Air Limbah Pulp Dan Kertas
Nurul Ajeng Susilo 1*, Wahyu Rizaldi1, Rachmawati Apriani1, Ni Njoman Manik1, dan Gina Maulia1 1Teknologi Pengolahan Pulp dan Kertas , Institut Teknologi Sains Bandung, Indonesia
*Email korespondensi: nurulajeng20@gmail.com
Abstrak. Penelitian ini merupakan salah satu langkah untuk meminimalkan terjadinya penumpukan limbah padat di area landfill industri pulp dan kertas yaitu melakukan suatu inovasi dan pengembangan teknologi berupa pemanfaatan limbah padat reject pulp yang dimodifikasi menjadi suatu media filtrasi. Hal tersebut dilakukan mengetahui bahwa kandungan alfa selulosa dalam reject pulp masih cukup tinggi sehingga dengan metode purifikasi (pemurnian) dan modifikasi penambahan bahan kimia, reject pulp berpotensi digunakan sebagai media filtrasi. Yang mana media filtrasi termodifikasi ini melalui pengujian terhadap propertiesnya sifat fisik maupun sifat optik dapat mampu mengolah air limbah pulp dan kertas menjadi air bersih dengan kualitas yang memenuhi standar PerMenLH No.5 tahun 2014. Proses purifikasi (pemurnian) reject pulp dilakukan melalui dua metode yaitu pembilasan secara berulang menggunakan air panas dan melakukan perendaman menggunakan peroksida (bleaching) untuk menghilangkan lignin yang masih tersisa pada reject pulp. Hasil penelitian menunjukan bahwa proses pemurnian (purifikasi pulp) yang lebih optimal adalah menggunakan perendaman menggunakan hydrogen peroksida 20% pada pH 9 dengan waktu kontak 3 jam diperoleh derajat putih mendekati 63,3% ISO. Air hasil olahan menggunakan media filtrasi termodifikasi ini secara visual dapat memenuhi standar untuk klasifikasi air bersih yang dapat digunakan kembali pada proses produksi.
1. PENDAHULUAN
Jurnal ini merupakan tahap pertama dalam pembuatan reject pulp menjadi media filtrasi limbah cair, dalam pembuatan dibagi menjadi tiga tahap yaitu, tahap persiapan bahan baku (pemurnian reject pulp), pembuatan selulosa asetat, dan terakhi pembuatan media filtrasi.
Pada proses produksi di industri pulp dan kertas selain dihasilkan suatu produk terdapat juga hasil samping berupa limbah. Limbah yang dihasilkan berupa limbah padat, cair dan gas. Salah satu jenis limbah padat yang dihasilkan yaitu reject pulp, Reject pulp merupakan pulp yang tidak sempurna dimasak pada proses pengolahan potongan kayu (chip) menjadi bubur kertas (pulp) (Chairul M. 2018). Berdasarkan data yang diperoleh dari Ameliah, Reni; dkk (2013) bahwa dalam produksi sebesar 7000 ton pulp per hari dihasilkan juga sebanyak 160 ton reject pulp. Reject pulp biasanya dapat dilakukan pemasakan ulang atau repulping, jika secara tradisional reject pulp ini dibuang ke landfill, hanya saja terdapat kesulitan dalam ketersediaan tempat-tempat landfill tersebut. Sehingga akan terjadi penumpukan limbah padat tersebut tanpa adanya
penanganan, penelitian lainnya terkait tentang
reject pulp dilakukan Irman; dkk (2014) yaitu
pirolisis reject pulp menjadi bio-oil.
Pembuatan membran filtrasi dari bahan baku reject pulp merupakan salah satu langkah pemanfaatan limbah padat di industri pulp dan kertas. Kandungan alfa selulosa yang cukup tinggi dalam reject pulp yang menyebabkan reject pulp ini berpotensi dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan membran filtrasi. Pada penelitian Ameliah, dkk (2013) melaporkan bahwa Komposisi utama dalam reject pulp adalah alfa selulosa sebesar 86,738%, hemiselulosa sebesar 8,342%, lignin sebesar 3,17%, dan ekstraktif sebesar 1,75%. Alfa selulosa > 92% dapat digunakan sebagai bahan baku propelan, sedangkan kandungan alfa selulosa < 92% digunakan sebagai bahan baku pada industri kertas, kain, plastic, cat, perekat dan selulosa asetat (bahan pembuat media filter air). Dengan kandungan alfa selulosa sebesar 86,738% maka perlu dilakukan permurnian terlebih dahulu sebelum reject pulp dapat dimanfaatkan lebih lanjut.
Pada penelitian ini akan dilakukan pemurnian reject pulp dengan menggunakan hydrogen peroksida sebagai bahan pendegradasi lignin.
Hidrogen peroksida termasuk zat oksidator yang bisa digunakan sebagai pemutih pulp yang ramah lingkungan. Di samping itu, hydrogen peroksida juga mempunyai beberapa kelebihan antara lain pulp yang diputihkan mempunyai ketahanan yang tinggi serta penurunan kekuatan serat sangat kecil. Pada kondisi asam, hidrogen peroksida sangat stabil, pada kondisi basa mudah terurai. Peruraian hidrogen peroksida juga dipercepat oleh naiknya suhu. Zat reaktif dalam sistem pemutihan dengan hidrogen peroksida dalam suasana basa adalah perhydroxyl anion (HOO-) (Dence and Reeve, 1996).
Anion ini terbentuk dari penambahan alkali terhadap hidrogen peroksida sebagaimana persamaan (1) (Lachenal, 1996):
HOOH+ HOˉ ↔ HOOˉ + H2O (1)
Ion HOOˉ ini yang mempunyai peran aktif di dalam proses pemutihan, peruraian hidrogen peroksida sebagaimana persamaan (1) dikenal dengan deprotonation. Dengan adanya logam-logam transisi seperti Fe, Mn, dan Cu, dekomposisi dari hydrogen peroksida dalam larutan basa dianggap berlangsung sebagaimana reaksi ionik berikut:
H
2O2 + HO2 → H2O + O2 + HO (2)
Logam-logam transisi bertindak sebagai katalis yang mengarahkan dekomposisi H
2O2 mengikuti
persamaan reaksi (2) (Duke, Haas 1961). Pada kondisi basa, dengan adanya katalisator, hasil-hasil dekomposisi hidrogen peroksida antara lain radikal-radikal anion hidroksil dan superoksid sebagai zat intermadiate sebagaimana persamaan (2) (Agnemo et al, 1979). Pada pemutihan dengan hidrogen peroksida diharapkan yang terjadi adalah persamaan reaksi (1), sedang reaksi dekomposisi yang disebabkan dari pengaruh katalis ion-ion logam transisi harus dicegah, karena tidak memberikan dampak yang efektif pada proses pemutihan (Brelid, 1998).
2. BAHAN DAN METODE
Bahan Percobaan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini berupa reject pulp dari industri pulp dan kertas di Riau,diambil dari keluaran tertiary screen dengan ukuran partikel ± 3 mm. bahan terlebih dahulu dikeringkan hingga mencapai kadar air sekitar 33% lalu dipidahkan dari bahan pengotor.
Bahan kimia yang digunakan dalam penelitian ini berupa hydrogen peroksida (H₂O₂) dengan konsentrasi larutan 50% yang digunakan sebagai bahan pelarut lignin dan bahan pemasak didalam
Bahan kimia pengujian kadar lignin menggunakan Na₂S₂O₃, H2SO4, KI, dan ammonium molybdate
Alat Percobaan
Alat yang digunakan sebuah waterbath, thermometer, dan stopwatch
Metode Percobaan
Sebanyak 40 gram pulp kering dicampur dengan 600 ml aquadest dimasukkan dalam kantung plastik dipanaskan dalam waterbath. Setelah suhu mencapai 63°C, kantung plastik diambil kemudian ditambah hidrogen peroksida sebanyak 4% dari pulp kering dan aquadest sehingga mencapai konsistensi 5%, dicampur hingga sempurna kemudian dimasukkan kedalam waterbath. Kondisi pemutihan dengan H
2O2
umumnya dilakukan pada kisaran suhu antara 600C hingga 800C selama 30 menit hingga 180 menit (Dence and Reeve, 1996).
Pada penelitian ini proses pemutihan dijalankan pada suhu 700C selama 2 jam. Hal yang sama dilakukan pada berbagai kadar hidrogen peroksida (8%, 12%, 16%, dan 20%) serta waktu (3 jam, 4 jam, dan 5 jam) dan pH 9. Pada akhir proses, pulp dicuci dengan aquadest, kemudian dihitung konsentrasi hidrogen peroksida yang tersisa.
Analisa Hasil
Pengukuran derajat putih dan kekuatan serat dilakukan di Pabrik kertas Blabak Muntilan Jawa Tengah dengan cara membuat lembaran kertas kemudian diukur derajat putihnya dengan alat fotometer, Analisa sisa hidrogen peroksida dilakukan dengan titrasi menggunakan Na₂S₂O₃. Aquades (30 ml) dimasukkan dalam Erlenmeyer bersama-sama dengan 10 ml H
2SO4 (20%), 10 ml sampel, 10 ml
larutan KI (50 g/L) serta beberapa tetes larutan ammonium molybdate jenuh (sebagai catalyst). Jika dalam sampel terdapat hidrogen peroksida, maka akan terbentuk iodine. Jumlah dari I
2 dalam larutan
ditentukan dengan titrasi menggunakan 0.1 molar Na
2S2O3. Konsentrasi H2O2 dalam sampel dapat
ditentukan dengan:
𝐻!𝑂!"#= [𝑆!𝑂$] ∗%∗$'(∗! (1)
Pulp (antara 0.5 g hingga 3 g, tergantung pada perkiraan bilangan kappa) dimasukkan dalam glass beaker bersama-sama dengan 230 ml aquadest. Campuran ini diblender untuk memisahkan serat-serat pulp, kemudian ditambahkan 25 ml KMnO
4 (0.1
N) dan 25 ml H
2SO4 (2 M). Reaksi dijalankan pada t
25oC. Setelah 10 menit, reaksi dihentikan dengan menambahkan6 ml KI 1 M. Iodine yang terbentuk dititrasi dengan 0.1 M Na
2S2O3. Bilangan kappa dapat
dihitung dengan:
𝐾𝑎𝑝𝑝𝑎 = (*+,)∗./ (2)
dengan, x=volume (ml) Na
2S2O3 0,1 N yang
dibutuhkan untuk titrasi blanko, y=volume (ml) Na
2S2O3 0,1 N yang dibutuhkan untuk titrasi sampel,
m= berat pulp kering (gram) d = factor koreksi, yang nilainya: = 100,00093(α/0,3-50
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Data Hasil Karakterisasi Reject Pulp
Tabel 1. Hasil pengujian karakteristik reject pulp
Berdasarkan data pada Tabel 1, menunjukkan bahwa reject pulp yang dihasilkan memiliki panjang serat dan diameter serat yang berada pada rentang morfologi serat yang berasal dari jenis kayu hardwood. Selain itu, dari table menyatakan bahwa kandungan lignin yang terdapat dalam reject pulp masih cukup tinggi yang ditandai dengan parameter kappa number.
Hal tersebut perlu adanya tahap atau proses pemurnian (purifikasi) reject pulp menggunakan metode bleaching untuk menghilangkan kandungan lignin yang tersisa. Jika kandungan lignin yang terdapat pada reject pulp masih cukup tinggi, maka dapat menghambat penetrasi bahan kimia yang akan ditambahkan yaitu filler (CaCO3) dan wet strength
No Parameter Satuan
Hasil Uji (1574)
Metoda
1 Panjang serat mm 1,14 SNI
01-1840-1990 2 Diameter serat µm 19,34 SNI ISO 302:2014 3 Kappa number % 64,56 SNI ISO 5351:2012 4 Derajat polimerisasi % - - b = volume Na2S2O3 (ml) a = volume sampel (ml) konsentrasi S2O3 = 0.1 M
sebagai bahan kimia tambahan dalam modifikasi reject pulp menjadi media filtrasi yang dapat memfilter air limbah industri pulp dan kertas sehingga kualitas air tersebut dapat termasuk klasifikasi air bersih sesuai standar baku mutu.
Gambar 1a. Reject pulp awal
Gambar 1b. Reject pulp pengukuran panjang serat dan diameter serat
Hasil pengujian karakteristik reject pulp yang digunakan dalam penelitian ini diperoleh bahwa panjang serat reject pulp berada pada 1,14 mm dan diameter serat 19,34 µm. Hal tersebut menunjukan bahwa sampel reject pulp yang dianalisis termasuk ke dalam kategori pulp dengan serat panjang dan memiliki tingkat kekuatan ikatan antar seratnya cukup tinggi, maka memiliki potensi sebagai bahan baku atau material media filtrasi air limbah di industri pulp dan kertas.
Purifikasi Reject Pulp Menggunakan
Hidrogen Peroksida (H2O2)
Hasil purifikasi (pemurnian) reject pulp yang diperoleh disajikan pada Tabel 2. Pemurnian reject pulp ini dilakukan pada kondisi pH 9 karena pada kondisi tersebut termasuk kondisi optimum senyawa pengotor seperti lignin dapat mudah terlepas dari serat, sehingga dapat memudahkan proses pemurnian selulosa serat dari pengotornya. Penggunaan pH 9
sebagai pH optimum berdasarkan referensi hasil penelitian Fuadi, Ahmad M dan Hari Sulistya (2008).
Gambar 2.. Hubungan antara Brightness (%) dengan waktu pemanasan (jam)
Gambar 3. Hubungan antara Bilangan Kappa dengan waktu pemanasan (jam)
Pada Gambar 2. Menunjukan bahwa semakin meningkatnya penggunakan dosis H2O2 yaitu 20%
dengan semakin lama waktu pemanasan 5 jam maka diperoleh nilai kecerahan pulp (brightness) tertinggi sebesar 63.6 % ISO. Hal lain terlihat pada Gambar 3 yang menunjukan bahwa semakin menurun nilai bilangan kappa jika dilakukan dosis H2O2 yang tinggi
dan waktu pemanasan pada 5 jam yaitu diperoleh bilangan kappa sebesar 6.3%. Penurunan bilangan kappa terjadi cukup signifikan dari kondisi awal reject pulp memiliki bilangan kappa sebesar 64.56 setelah melalui proses purifikasi terjadi penurunan bilangan kappa sebesar 90,24%.
30 35 40 45 50 55 60 65 0 2 4 6 Br ig h tn es s (% ) IS O Waktu (jam) H2O2 4% H2O2 8% H2O2 12% H2O2 16% H2O2 20% 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 2 3 4 5 Bi la ng a n Ka ppa Waktu (jam) H2O2 4% H2O2 8% H2O2 12% H2O2 16% H2O2 20%
Gambar 4. Hubungan antara Pemakaian H2O2 (gram)
dengan waktu pemanasan (jam)
Terjadinya penurunan bilangan kappa menunjukan bahwa lignin (pengotor) yang terkandung dalam
reject pulp sudah berkurang, atau sisa lignin yang terikat pada serat selulosa sudah < 10% maka dapat dikatakan proses pemurnian reject pulp ini sudah memenuhi standar.
Hubungan antara pemakaian H2O2 dalam proses
pemurnian selulosa serat ini dengan waktu terlihat pada Gambar 4. Waktu reaksi yang lebih lama (5 jam) dengan penggunaan dosis hidrogen peroksida yang tinggi yaitu 20% maka pemakaian H2O2 dalam
hal ini juga akan mengalami peningkatan. Jumlah H2O2 yang terpakai pada penambahan H2O2 4%
sebanyak 1.23 gram sedangkan pada H2O2 20%
sebanyak 6.20 gram. Ketidak efektifan pemakaian H2O2 di sini disebabkan oleh adanya beberapa ion
logam yang terkandung di dalam pulp (Fe,Mn, Cu) yang bertindak sebagai katalisator.
4. KESIMPULAN
Peningkatan derajat putih pada berbagai penambahan bleaching agent (H₂O₂) tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan. Hal ini dikarenakan adanya pengaruh kandungan ion logam yang terkandung dalam pulp yang mempengaruhi keefektifan kinerja H₂O₂ sebagai pemutih. Oleh karena itu untuk meningkatkan ability hidrogen peroksida perlu dilakukan pre-treatment untuk melepaskan ion logam tersebut menggunakan penambahan NaOH. Namun perlu dipertimbangkan kembali jika kondisi pH terlalu tinggi > 11 akan terjadi dekomposisi pada H2O2 sehingga tidak dapat meningkatkan derajat putih reject pulp.
Kondisi optimum pada hasil purifikasi reject pulp di anghka pengunaan H₂O₂ dengan dosis 20% pH 9 waktu pemanasan 3 jam dengan brightnest yang didapat 63,3% akan akan dugunakan menjadi bahan baku pembuatan tahap selanjutnya (pembuatan
selulosa asetat). Kemudian akan dilakukan pengujian pada parameter porositas, tensile strength, dan daya retensi air (flux) terhadap media filtrasi hasil pemurnian reject pulp.
5. DAFTAR PUSTAKA
Agnemo, R., Gellerstedt, G., and Lindfors, E.L., (1979), Acta Chem.Scand, B. 33:2,154
Ameliah, Reni Irza; Padil; Yelminda. (2013). Proses Pemurnian Reject Pulp Menggunakan Enzim Xilanase dengan Variasi Suhu dan Konsentrasi Enzim Xilanase. Pekanbaru: Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Riau.
Brelid, H., (1998), TCF Bleaching of Soft wood Kraft Pulp, Dissertation, Chalmers University of Technology Gotenberg, Sweden.
0 1 2 3 4 5 6 7 0 2 4 6 Pe m ak ai an H 2O 2 (g ra m ) waktu (jam) H2O2 4% H2O2 8% H2O2 12% H2O2 16% H2O2 20%
Dence, C.W., Douglas W. Reeve (ed). 1996.
Pulp Bleaching: Principles and Practice.
TAPPI Press Atlanta, Georgia, USA. Duke, F.R., and Haas, T.W., (1961), J. Phys.Chem.,
65:2, 304.
Fuadi, Ahmad H. ; Sulistya, Hari. (2008). Pemutihan Pulp dengan Hidrogen Peroksida. Yogyakarta : Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik UGM.
Hubbe, Martin A.; Metts, Jeremy R.; Hermosilla, Daphne; et al. (2016). Wastewater Treatment and Reclamation : a Review of Pulp and Paper Industry Practices and Opportunities. Canada.
Bioresources 11(3), 7953-8091.
Kennedy, M.D.; J. Kamanyi; S.G. Salinas Rodriguez; N.H. Lee; J.C. Schippers; and G. Amy. (2006).
Chapter 6: Water Treatment By Microfiltration And Ultrafiltration.
UNESCO-IHE Institute for water education, 2601 DA Delfi, The Netherlands.
Lachenal, D., (1996), in pulp bleaching, Dence, C.W., and Reeve, D.W., Eds., TAPPI PRESS, Atlanta, pp. 347-361.
Metcalf and Eddy. (2003). Wastewater Engineering Treatment and Reuse. Fourth Edition.
California: MC Graw Hill.
Mukiyat, Chairul. (2018). Pemanfaatan Selulosa
Reject Pulp Untuk Produksi Bioetanol Melalui Sakarifikasi dan Fermentasi Serentak dengan Enzim Sellulase dan Xylanase,pekanbaru; teknik kimia, Universitas Negeri Riau
Sunaryo dan Widyawidura, Wira. (2010).
Pengembangan Bahan Membran Keramik Untuk Peningkatan Kualitas Air Minum. Jakarta: Fisika FPMIPA Universitas Negeri Jakarta
