Pengaruh Tegangan pada Reaktor Elektrokoagulasi Terhadap Pengolahan Effluent Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 KARAKTERISTIK DAN BAKU MUTU LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT

Limbah yang dihasilkan pada pabrik kelapa sawit (PKS) memiliki karakteristik tersendiri pada setiap tahapan proses, namun karakteristik yang ditinjau untuk masuk kedalam unit pengelolaan limbah cair adalah karakteristik limbah secara keseluruhan. Menurut Husni (2010), limbah cair PKS umumnya bersuhu tinggi, berwarna kecoklatan, mengandung padatan terlarut, dan tersuspesi berupa koloid dan residu minyak dengan kandungan Biological Oxygen Demand (BOD) yang tinggi [3].Karakteristik limbah yang dihasilkan dari PT. PP London Sumatera PKS Bagerpang dapat dilihat pada Tabel 2.1 :

Tabel 2.1 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit PKS Bagerpang [6]. No Parameter Mutu Raw Effluent Outlet Anaerobic Pond

1. Dissolved Oxygen (mg/L) 5,0 6,3

2. COD (mg/L) 81.600 3.480

3. BOD (mg/L) 44.800 1.900

4. TS (mg/L) 70.530 12.810

5. TSS (mg/L) 41.390 5.220

6. Total Volatile Solid (mg/L) 11.380 7.550

7. Volatile Suspended Solid(mg/L) 4.890 1.970

8. P Alkalinity (mg/L) - 245

9. Total Alkalinity (mg/L) - 6.564

10. VFA (mg/L) 1.972 890

11. Oil & Grease(mg/L) 5.685 49

12. Total N (mg/L) 1.188 342

13. NH3-N (mg/L) 54 280

14. pH 4,77 8,29

parameter utama yang dijadikan pedoman baku mutu limbah cair pabrik kelapa sawit.

Tabel 2.2 Baku Mutu Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit [7].

No Parameter Kadar Paling

Tinggi (mg/L)

8. Debit Limbah Paling Tinggi 2,5 m2 per ton produk minyak sawit (CPO) * TS diambil dari KepMenLH No.51 tahun 2005.

2.2 PENGOLAHAN LCPKS DENGAN KOLAM ANAEROBIK

LCPKS adalah air limbah yang dikeluarkan oleh pabrik kelapa sawit (PKS) yang umumnya terdiri dari kondensat rebusan, buangan hydrocyclonedan separator sludge. Sekitar 2.9–3.5 m3 LCPKS dihasilkan setiap ton CPO yang dihasilkan. LCPKS kaya akan senyawa karbon organik dengan kandungan chemical oxygen demand (COD) lebih dari 40 g/L dan kandungan nitrogen sekitar 0.2 and 0.5 g/L sebagai ammonia nitrogen dan total nitrogen. Selain itu, LCPKS adalah senyawa koloid dengan kandungan air sebesar 95–96%, minyak sebesar 0.6–0.7% dan total solid 4–5% termasuk 2–4% suspended solids[8].

Ada beberapa cara pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS), seperti sistem kolam stabilisasi biasa, proses biologis anaerobik aerasi, proses biologis anaerobik fakultatif,dan lain-lain. Akan tetapi proses yang ada sekarang ini membutuhkan biaya yang besar dan susah dalam perawatannya, maka dari itu dicari alternatif lain dalam pengolahan LCPKS salah satunya adalah proses pengolahan dengan kolam anaerobik.

Kolam anaerobik adalah salah satu sistem dalam pemanfaatan limbah yang dapat menghasilkan biogas yang dilakukan secara anaerobik dengan kecepatan tinggi dan sangat efisien [3].

pengolahan berikutnya seperti foaming, sedimentasi dan penyumbatan pipa

outletkolam karena adanya lumpur, lalu setelah terpisah, LCPKS dialirkan

kedalam kolam, dimana akan terbentuknya biogas yang bisa disimpan dalam tangki. LPCKS yang telah terdegradasi, dapat digunakan sebagai air irigasi untuk nutrisi bagi tanah, akan tetapi harus diolah lebih lanjut secara aerobik jika ingin dibuang ke sungai sesuai dengan baku mutu yang telah ditentukan [9].

Menurut Rahardjo (2009), Sistem pengolahan ini dibuat dengan skala besar. Kolam dengan panjang 50 m, lebar 100 m dan tinggi 7 m, yang berjumlah dua buah. Didalamnya terdapat unggun tetap yang menggunakan media pendukung berupa potongan-potongan pipa Poly Vinyl Chloride(PVC) dengan dinding bergelombang. Dalam proses pengolahannya, limbah cair dalam kolam

Fatpit mengalir ke dalam kolam anaerobik pertama dari bawah ke atas [10].

Untuk mengencerkan limbah cair yang baru masuk dan meningkatkan pHnya, sebagian effluent diresirkulasi, sedangkan sebagian besar effluent lagi dialirkan ke dalam kolam anaerobik kedua yang mempunyai arah aliran dari atas ke bawah. Effluent dari kolam anaerobik kedua yang sudah memenuhi ketentuan Baku Mutu Lingkungan (BML) dapat dibuang ke sungai. Gas yang dihasilkan dari proses anaerobik ini ditampung dengan menggunakan Gas Meter [10].

Keunggulan utama dari penggunaan kolam anaerobik untuk pengolahan LCPKS adalah :

• Kebutuhan energi yang rendah

• Mudah dalam pengoperasian

• Mudah dalam start up

• Kinerja yang tinggi [9]

sistem kolam anaerobik ini adalah COD terlarut berkisar antara 6 dan 8 kg/m3/hari dengan jumlah padatan tersuspensi tidak lebih dari 5000 mg/l[10].

2.3 ELEKTROKOAGULASI DAN ELEKTROLISIS

2.3.1 Definisi Elektrolisis

Elektrolisis adalah suatu proses penguraian molekul air (H2O) menjadi hidrogen (H2) dan oksigen (O2) dengan energi pemicu yaitu energi listrik. Proses ini dapat berlangsung ketika dua buah elektroda ditempatkan didalam air dan arus searah dialirkan melewati kedua elektroda tersebut. Hidrogen yang terbentuk akan melekat pada katoda dan oksigen akan melekat pada anoda. Selama ini, elektrolisis dikenal sebagai proses produksi hidrogen dari air yang paling efektif dengan tingkat kemurnian tinggi, yang hanya digunakan dalam skala kecil [11].

Pada proses elektrolisis, terjadi perpindahan ion ke elektroda, dimana jika dialiri arus listrik, reaksi yang terjadi pada elektroda dapat dilihat sebagai berikut :

o Reaksi oksidasi di anoda

• Al → Al 3+ + 3e E0=1,66 V

• 2 H2O → 4H+ + O2 + 4e E0= - 1,23 V o Reaksi reduksi di katoda

• 2 H2O + 2e → 2 OH- + H2 E0= - 0,83 V

• Al 3+ + 3e → Al E0= - 1,66 V [12]

2.3.2 Pengaruh Tegangan Listrik Terhadap Elektrokoagulasi

penurunan kadar dalam limbah, ini dikarenakan adanya perubahan arus listrik dan terbentuknya magnet listrik disekitar elektroda [14].

2.3.3 Definisi Elektrokoagulasi

Elektrokoagulasi merupakan suatu proses koagulasi dengan menggunakan arus listrik searah melalui peristiwa elektrokimia ,yaitu gejala dekomposisi elektrolit yang digunakan untuk mengolah air limbah [15].

Menurut Siringo-ringo, dkk (2013), elektrokoagulasi merupakan proses pengolahan limbah yang sederhana dan mudah diterapkan dengan kemampuan yang baik dalam menggumpalkan berbagai pengotor dan polutan, baik bahan organik maupun anorganik. Mollah dan Schennach (2001) menyatakan bahwa elektrokoagulasi adalah teknologi yang saat ini berkembang secara efektif yang diaplikasikan untuk mengolah air limbah. Secara umum, keuntungan dari penggunaan metode ini adalah efisiensi pemisahan yang tinggi, sederhana dan ramah lingkungan [13].

Menurut Butler, dkk (2011), elektrokoagulasi terdiri dari lempengan metal yang disebut elektroda, yang disusun secara berpasangan dengan anoda dan katoda. Dengan menggunakan prinsip elektrokimia, katoda dioksidasi, sedangkan larutan elektrolit direduksi. Dengan ini, limbah cair dapat diolah dengan baik [16].

2.3.4 Proses Elektrokoagulasi

2.3.5 Jenis Plat Elektroda

Ada beberapa jenis plat elektroda yang biasa digunakan dalam proses elektrokoagualasi, yaitu: aluminium (Al), platina (Pt), tembaga (Cu), karbon (C) dan lain-lain. Namun dari hasil penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, plat aluminium merupakan elektroda yang baik dalam proses elektrokoagulasi.

Adapun keunggulan dan kelemahan dari beberapa jenis plat tersebut adalah sebagai berikut :

A. Plat aluminium (Al) :

Keunggulan plat aluminium :

• Berperan sebagai koagulan.

• Tahan karat.

• Konduktor listrik dan panas yang baik, bahkan 2 kali lebih baik dari tembaga.

• Mudah di dapat

• Digunakan sebagai bahan pelapis untuk bahan mudah berkarat.

• Tidak bersifat racun.

• Jika dipadukan dengan logam lain, dapat menghasilkan logam kuat seperti duralium (campuran Al, Cu, Mg) yang dijadikan sebagai bahan pesawat.

• Mudah dibentuk kembali. Kelemahan dari plat aluminium :

• Tidak tahan terhadap asam.

• Harganya mahal [17].

B. Plat platina (Pt)

Keunggulan plat platina :

• Dapat berkinerja baik dalam larutan air garam pada tekanan dan suhu tinggi (~ 250ºC).

• Dalam elektrolit tertentu, modifikasi permukaan platina penting bagi stabilitas.

• Tidak mudah keropos.

• Histeresis rendah dan respon cepat.

• Platina dapat dimodifikasi dengan polimer berbasis nitrogen atau dimasukkan sebagai bagian dari perakitan biosensor.

Kelemahan dari plat platina :

• Harga sangat mahal, bahkan lebih mahal dari emas murni.

• Susah untuk teroksidasi [18].

C. Plat tembaga (Cu)

Keunggulan plat tembaga :

• Mudah direcovery kembali

• Konduktor listrik dan panas yang baik Kelemahan plat tembaga :

• Bersifat racun

• Dapat menyebabkan alergi dan iritasi [19].

Dari semua jenis plat elektroda yang ada, jenis plat yang paling baik adalah plat aluminium (Al).Pada proses elektrokoagulasi, digunakan elektroda yang terbuat dari aluminium (Al), karena logam ini mempunyai sifat sebagai koagulan yang baik. Aluminium berasal dari bahasa latin alumen, yang ditemukan oleh Hans Christian. Aluminium adalah logam bewarna keperakan, mempunyai berat atom = 26,98154, titik leleh = 660,37oC, titik didih = 2467 oC, densitas = 2,702 g/cm3 dan konduktivitas listrik = 0,377 x 106 /cm.Ω [20].

2.3.6 Keunggulan Teknik Elektrokoagulasi

Metode elektrokoagulasi memiliki beberapa keunggulan, yaitu metode yang sederhana dan efisien, baik digunakan untuk menghilangkan senyawa organik tanpa penggunaan bahan kimia sehingga mengurangi pembentukan residu (sludge) dan efektif untuk menghilangkan padatan tersuspensi [16].

2. Tidak menggunakan zat kimia tambahan.

3. Waktu retensi relatif lebih singkat jika dibandingkan dengan yang menggunakan kolam sedimentasi.

4. Lebih cepat dalam mereduksi partikel-partikel kecil.

5. Adanya gelembung-gelembung gas yang berupa gas hidrogen (H2) ,yang dihasilkan dari proses ini, yang bisa disimpan dan digunakan sebagai bahan bakar, dan juga dapat membantu proses pembentukan flotasi.

6. Efisiensi proses yang cukup tinggi [16].

2.3.7 Kelemahan Teknik Elektrokoagulasi

Metode elektrokoagulasi memiliki beberapa kelemahan, antara lain : 1. Tidak dapat digunakan untuk mengolah limbah yang mempunyai sifat

elektrolit yang cukup tinggi karena akan terjadi hubungan singkat antar elektroda.

2. Besarnya reduksi dari plat elektroda yang digunakan dipengaruhi oleh arus listrik yang mengalir melewatinya.

3. Penggunaan listrik yang cukup besar dan lama akan mengakibatkan beban biaya yang besar [16].

2.4 KOAGULASI DAN FLOKULASI

Koagulasi dan flokulasi merupakan dua proses yang umumnya terdapat dalam pengolahan limbah cair dan air bersih. Kedua proses ini merupakan satu paket yang terjadi berurutan pada satu tahap, yang dimulai dari koagulasi lalu flokulasi [20]. Kadang-kadang prosesnya terjadi secara bersamaan, yaitu flotasi. Jadi, ada 3 tahap yang terjadi, yaitu: proses koagulasi, flokulasi dan flotasi.

Flotasi adalah proses dimana terjadi interaksi antara gelembung udara dengan sebuah fasa terdispersi dimana kecepatan gaya dorong keatas sangat bergantung pada gaya gravitasi dan dispersi. Flotasi juga dipengaruhi oleh kosentrasi permukaan dari fasa terdispersi dan pemakaian bahan kimia sebagai penurunan tegangan antara solid [22].

Menurut Holt, dkk (2002), Flotasi merupakan aspek yang melekat pada reaktor batch elektrokoagulasi melalui produksi gas elektrolit. Dalam reaktor, pemisahan polutan terjadi secara in situ, baik secara pengapungan atau settling. Dari profil kosentrasi diekstrak, ekspresi kinetik asli dirumuskan untuk mengukur proses penghapusan. Semakin meningkatnya arus, settling dan laju tingkat flotasi semakin meningkat karena adanya regenerasi koagulan tambahan. Penghilangan cepat ini diimbangi dengan penurunan efisiensi koagulan. Akibatnya ada perbedaan di antara waktu penghapusan dan efisiensi koagulan yang dapat dievaluasi secara ekonomi [23].

2.5 PARAMETER UTAMA YANG DIAMATI

Limbah pada setiap pabrik berbeda-beda sehingga parameter yang akan diamati dalam penentuan kualitas suatu limbah berbeda pula, sesuai dengan kriteria limbah yang ingin diolah. Terdapat beberapa parameter yang selalu terdapat dalam baku mutu yaitu : Chemical Oxygen Demand (COD), turbiditas,

Total Suspended Solid (TSS), dan warna.

2.5.1. Chemical Oxygen Demand (COD)

COD atau kebutuhan oksigen kimia adalah jumlah oksigen yang diperlukan agar limbah organik yang ada di dalam air dapat teroksidasi melalui reaksi kimia. Salah satu kandungan bahan organik yang terdapat dalam limbah cair adalah sulfat (SO42-), dimana sulfat akan bereaksi dengan Al pada proses elektrokoagulasi dan menghasilkan senyawa tawas (Al2[SO4]3) dengan persamaan reaksi sebagai berikut:

Setelah terbentuknya Al2[SO4]3, tawas bereaksi kembali dengan air yang terkandung didalam limbah cair dan menghasilkan Al(OH)3 (endapan putih) dengan persamaan reaksi sebagai berikut :

Al2[SO4]3+ H2O Al(OH)3 (s) + H+ + SO42- [24]

Endapan Al(OH)3 yang terbentuk akan terkoagulasi dengan zat organik pada limbah sehingga kandungan zat organik yang terkandung akan turun, akibatnya kandungan COD juga mengalami penurunan [24].

2.5.2. Total Solid (TS)

TS adalah keseluruhan bahan yang tersuspensi, koloid, dan padatan yang terlarut didalam air. Dimana termasuk garam yang terlarut seperti sodium

chloride, NaCL dan partikel solid seperti endapan lumpur dan plankton. Banyak

faktor yang dapat termasuk ke dalam total soliddi dalam air, seperti erosi tanah, dimana peningkatan aliran air atau penurunan vegetasi sungai yang dapat mempercepat proses erosi tanah dan memberikan kontribusi pada naiknya partikel tersuspensi seperti tanah liat dan lumpur. Secara alami batu atau mineral dalam tanah seperti karang, NaCl, atau batu kapur, CaCO3 dapat terlarut kedalam air. TS juga bisa berasal dari berbagai jenis buangan. Buangan limbah pertanian sering mengandung pupuk dan partikel tanah yang tersuspensi dan juga sumber-sumber lain termasuk limbah industri dan limbah dari pabrik pengolahan air [25].

2.5.3. Total Suspended Solid (TSS)

TSS adalah bahan-bahan tersuspensi (diameter >1 μm) yang tertahan pada saringan miliopore dengan diameter pori 0,45 μm. TSS terdiri dari lumpur dan pasir halus serta jasad-jasad renik. Konsentrasi TSS yang terlalu tinggi akan menghambat penetrasi cahaya ke dalam air dan mengakibatan terganggunya proses fotosintesis [26].

2.6 TEKNIK SAMPLING

2.6.1 Tujuan Pengambilan Sampel

mewakili semua yang terdapat didalam aliran tersebut selama lebih dari 24 jam lamanya [27].

2.6.2 Tempat Pengambilan Sampel Bahan Baku

Pada pengambilan sampel bahan baku, ada banyak tempat yang bisa dijadikan sebagai acuan dan sebagai perwakilan, diantaranya :

1. Proses limbah, pengolahan sekunder ,dan pengolahan primer. 2. Tempat pengolahan lanjut.

3. Bypass effluent[27].

4. Outlet tangki.

5. Manhole.

6. Aliran pembuangan. 7. Tangki overflow. 8. Pencucian limbah [28].

2.6.3 Perlengkapan Pengambilan Sampel

Dalam pengambilan sampel, selalu disertakan kertas effluent laboratoriun yang berisikan data tempat pengambilan pada masing-masing tempat effluent. Dimana setiap pengambilan sampel juga disertakan perlengkapan keamanan, yaitu :

1. Botol sampling. 2. Tali, tiang ,dan ember. 3. Sarung tangan.

4. Termometer. 5. Bak es. 6. P3K.

7. Kamera [28].

2.7 ANALISIS EKONOMI

anaerobik membutuhkan lahan yang luas dan juga dalam. Akan tetapi, penggunaan kolam anaerobik tidak efisien dari segi waktu dan biaya, hal ini dikarenakan untuk mengolah limbah agar dapat mencapai baku mutu yang ditetapkan oleh pemerintah sebelum dibuang ke sungai diperlukan beberapa kolam yang memerlukan biaya investasi awal yang besar dan memakan waktu untuk menguraikan maupun menurunkan sampai sesuai standar, dimana waktu retensi per kolam mencapai 30 hari. Hal ini juga dipertimbangkan karena dapat menimbulkan efek rumah kaca akibat timbulnya gas karbon dioksida (CO2) dan gas metan (CH4) yang dapat disimpan dan dijadikan sebagai biogas.

Reaktor elektrokoagulasi merupakan salah satu alternatif dalam pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit, dimana penggunaan reaktor ini lebih efisien dari segi waktu dan biaya investasi awal yang hampir sama bahkan lebih murah dari pada menggunakan kolam anaerobik. Untuk waktu retensi pada reaktor elektrokoagulasi jika dibandingkan dengan kolam anaerobik dipastikan lebih cepat dalam mengolah limbah. Hal ini dikarenakan reaktor elektrokoagulasi menggunakan daya supplai listrik dan menggunakan plat elektroda aluminium, dimana jika plat aluminium ketika berada didalam limbah dialiri oleh listrik dapat membentuk tawas dan membentuk flok yang dapat mengendapkan sedimen pada limbah. Penggunaan reaktor elektrokoagulasi ini dapat digunakan secara tertutup, jadi gas hidrogen yang terbentuk pada saat reaksi berlangsung dapat disimpan dan dapat digunakan sebagai biogas dan tidak menimbulkan efek rumah kaca.