ISSN 2580-2801
JUS TEKNO
Jurnal Sains & Teknologi
PERANCANGAN BIOREAKTOR DAN MEMBRAN DENGAN PROSES ANAEROB DALAM PENGOLAHAN LIMBAH CAIR INDUSTRI MINYAK
KELAPA SAWIT
Rudi Rusdiyanto
Jurusan Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Duta Bangsa Email :rudirusdiyanto95@gmail.com
Abstrak
Permintaan akan minyak sawit Indonesia di pasar internasional semakin meningkat setiap tahunnya.
Laju permintaan konsumsi dan
ekspor kelapa sawit untuk
menghasilkan minyak sawit serta naik tingginya kebutuhan minyak sawit Indonesia mendorong pihak produsen untuk meningkatkan produksi industri minyak sawit seoptimal mungkin.
Pengembangan industri minyak
kelapa sawit ini menyerap banyak tenaga kerja, namun disisi lain
menimbulkan limbah cair yang
berbahaya bagi lingkungan
Pengolahan limbah tersebut di harapkan mendapatkan kualitas dari limbah cair pabrik kelapa sawit agar tidak berbahaya bagi lingkungan, limbah cair kelapa sawit ini dapat di manfaatkan sebagai sumber energi alternatif dan limbah yang di hasilkan dari kegiatan industri kelapa sawit ini dapat mempunyai nilai ekonomis. Pengolahan limbah juga menghasilkan biogas yang dapat diaplikasikan sebagai bahan bakar boiler, biogas ini memiliki keunggulan dimana laju alir biogas ini dapat di atur dengan mudah sehingga tekanan steam boiler
Pendahuluan
Dampak pencemaran limbah
cair sangat ditentukan oleh
kandungan senyawa kimia yang terkandung dalam limbah cair, seperti mikroba patogen, senyawa organik terurai, senyawa organik sulit terurai, senyawa nutrien, padatan tersuspensi sedimen, padatan tersuspensi koloid, senyawa terapung, senyawa logam berat, senyawa anorganik terlarut, dan senyawa asam/basa. Ada beberapa parameter yang menjadi indikator dalam pengolahan limbah, yang dapat digunakan untuk menentukan apakah limbah tersebut memenuhi spesifikasi yang ditetapkan oleh pemerintah atau tidak, sebelum dibuang ke lingkungan. Parameter-parameter tersebut antara lain pH,
COD, BOD, kandungan logam, dan
lain-lain.
Sistem pengolahan limbah yang telah dilakukan selama ini
dengan menggunakan sistem
pengolahan limbah secara fakultatif. Dalam pengoperasiannya proses pengolahan limbah secara fakultatif sangat mahal dan diperlukan luas area pengolahan yang cukup besar,
lebih terkendali selain itu pemanfaatan biogas sebagai bahan bakar boiler dapat mengurangi
pemakaian batubara dan solar
sehingga dapat memberikan nilai tambah bagi perusahaan
Kata Kunci : Limbah Cair, Proses Anaerob, Bioreaktor, Biogas, Nilai Ekonomis
Dasar Teori
2.1 Prinsip Dasar Proses Anaerob
Proses anaerob merupakan
proses yang kompleks dengan
melibatkan berbagai kelompok
bakteri. Keterlibatan antara kelompok ini saling menguntungkan satu sama lainnya karena tidak terjadi saling kompetisi antara kelompok dalam rangka pemanfaatan nutrien atau substrat. Masing-masing kelompok bakteri yang terlibat mempunyai substrat tertentu antara lain kelompok bakteri hidrolitik hanya
memanfaatkan substrat berupa
senyawa organik dengan molekul besar seperti karbohidrat, protein dan minyak-lemak, sedangkan kelompok
bakteri asidogen hanya dapat
memanfaatkan substrat yang lebih sederhana dengan molekul organik yang dihasilkan dari penguraian kelompok bakteri hidrolitik (misal glukosa, asam amino dan asam lemak bebas). Sementara itu, kelompok
bakteri asetogen hanya
memanfaatkan asam organik rantai sedang seperti asam propionat,
maka perlu diadakan suatu
penelitian tentang uji teknologi lain pada pengolahan limbah minyak kelapa sawit. Proses yang akan dilakukan adalah proses pengolahan limbah menggunakan teknologi bioreaktor membran anaerob.
2.2 Pemilihan bioreaktor
Pemilihan bioreaktor sangat ditentukan oleh jenis makhluk hidup yang digunakan, sifat media tumbuh makhluk hidup tersebut, parameter bioproses yang akan dicapai, dan faktor-faktor produksi.
Optimasi bioproses dalam
bioreaktor dapat dicapai dengan memasok:
• Sumber energi • Nutrisi
• Inokulum sel atau makhluk hidup
yang unggul
• Kondisi fisikokimiawi yang optimal
Fungsi utama bioreaktor adalah dapat memberi kondisi lingkungan optimal dan terkendali dengan baik bagi biokatalis. Dengan demikian ada beberapa hal yang dipertimbangkan dalam
perancangan bioreaktor, yaitu:
• Bentuk bioreaktor
mudah untuk
dioperasikan dan mudah pula dalam pemeliharaan. • Aerasi dan agitasi harus
butirat, laktat dan etanol. Selanjutnya produk akhir dari kelompok bakteri pembentuk asam berupa asam asetat akan dimanfaatkan oleh kelompok bakteri metanogen asetotrof untuk membentuk gas metan, sedangkan gas yang dihasilkan berupa gas CO2
dan H2 akan dimanfaatkan oleh
kelompok bakteri metanogen
hidrogenotrof untuk membentuk gas metan
Gambar 1. Proses penguraian limbah secara anaerob
2.3 Membran
Membran secara umum adalah sebuah penghalang selektif antara dua fasa. Definisi ini merupakan definisi makroskopik, bukan pada tingkat mikroskopik. Definisi ini tidak menceritakan sama sekali tentang struktur maupun fungsi membran. Membran memiliki ketebalan yang berbeda-beda, ada yang tebal dan ada juga yang tipis. Strukturnya juga
ada yang homogen maupun
heterogen. Perpindahan molekul yang
melewati membran dapat aktif
maupun pasif. Perpindahan pasif terjadi karena perbedaan konsentrasi,
tekanan maupun suhu.
kebutuhan biokatalis untuk
melakukan metabolisme
secara optimal.
• Pengendalian suhu,
pH, dan faktor fisika
kimia lain merupakan
bagian perlengkapan
bioreaktor.
• Fasilitas pengambilan
contoh sangat diperlukan
untuk pengukuran
parameter yang berguna dalam pemantauan kinerja bioreaktor.
• Bentuk geometri serupa
pada penggandaan skala,
karena umumnya
bioreaktor diuji terlebih dahulu dalam skala kecil.
yang meliputi struktur organisasi, tanggung jawab, prosedur, proses, serta sumber daya dalam upaya mewujudkan kebijakan lingkungan
yang telah digariskan oleh
perusahaan. Sistem manajemen lingkungan memberikan mekanisme untuk mencapai dan menunjukkan performasi lingkungan yang baik, melalui upaya pengendalian dampak lingkungan dari kegiatan, produk dan jasa. Sistem tersebut juga dapat digunakan untuk mengantisipasi
perkembangan tuntutan dan
peningkatan performasi lingkungan
dari konsumen, serta untuk
memenuhi persyaratan peraturan
lingkungan hidup dari
pemerintah.Tujuan secara
Gambar 2 Membran berbentuk Hollow
Fiber
2.3.1 Kelebihan Teknologi Membran
Jika dibandingkan dengan teknologi pemisahan lainnya,
keunggulan dari teknologi membran antara lain adalah :
- Proses pemisahan dapat dilaksanakan secara
berkesinambungan (continuous) - Konsumsi energi umumnya rendah - Dapat dengan mudah dipadukan dengan
teknologi pemisahan lainnya (hybrid) - Umumnya dioperasikan dalam
kondisi sedang
(bukan pada tekanan dan temperatur
tinggi) dan sifat membran mudah untuk
dimodifikasi
- Mudah untuk melakukan up-scaling - Tidak memerlukan aditif
2.4 Sistem Manajemen Lingkungan ISO
14001:2004
Sistem Manajemen Lingkungan merupakan bagian integral dari
sistem manajemen perusahaan
secara keseluruhan yang terdiri dari satu set pengaturan-pengaturan secara sistematis
Metodologi Penelitian
manajemen lingkungan (SML) ISO 14001 sebagai standar internasional
yaitu untuk mendukung
perlindungan lingkungan dan
pencegahan pencemaran yang
seimbang dengan kebutuhan sosial ekonomi. Manajemen lingkungan mencakup suatu rentang isu yang lengkap meliputi hal-hal yang berkaitan dengan strategi dan kompetisi. Penerapan ISO 14001 juga memberikan banyak manfaat bagi perusahaan. beberapa manfaat yang penting yaitu meningkatkan kinerja lingkungan, mengurangi biaya dan meningkatkan akses
pasar. ISO 14001:2004
memiliki banyak manfaat
diantaranya:
menurunkan potensi dampak terhadap lingkungan meningkatkan kinerja lingkungan memperbaiki tingkat pemenuhan (compliance) peraturan
mengurangi dan mengatasi
resiko lingkungan yang
mungkin timbul.
dapat menekan biaya
produksi
dapat mengurangi kecelakaan kerja
dapat memelihara hubungan baik dengan masyarakat, pemerintah dan pihak-pihak
yang peduli terhadap
lingkungan.
dengan pola aliran cross-flow yaitu cairan merembes melewati pori
membran sedangkan padatan
3.1 Rangkaian Alat Penelitian
Peralatan utama penelitian ini terdiri dari bioreaktor dan membran. Membran Hollow Fiber ini mempunyai diameter modul 5 cm, lebar modul 35 cm, ukuran pori 0,01- 0,1 mikron dan pH optimum membran ini yaitu: 7-7,5
Tangki
Equalisasi Bioreaktor Anaerob Sedimentasi Membran
Gas
Holder Boiler
Air Hasil Olahan Limbah Cair
Gambar 3 Konfigurasi proses bioreaktor membran anaerob
3.2 Prosedur Percobaan
Limbah cair dialirkan ketangki equalisasi untuk menetralisir temperatur dan kandungan kimia sebelum di masukkan ke bioreaktor
anaerob. Untuk mencegah
pengendapan, tangki equalisasi dilengkapi pengaduk. Selanjutnya, cairan dari bioreaktor anaerob yang berupa campuran lumpur biomassa atau limbah cair industri minyak sawit dialirkan menuju unit pemisah yaitu
sedimentasi melalui pompa
sentrifugal.sedangkan hasil
pengolahan pada bioraktor anaerob berupa gas di alirkan ke gas holder sebelum di gunakan pada boiler atau pembangkit listrik. pada unit sedimentasi limbah cair dipisahkan setelah itu limbah cair ini di saring
dengan menggunakan membran
membran dan akan terbawa aliran
kembali kedalam bioreaktor
anaerob. Cairan yang menembus pori membran disebut permeat dan padatan biomassa yang tertahan dan selanjutnya terbawa aliran ke bioreaktor disebut retentat.
3.3 Kondisi Optimum Bioreaktor Anaerob
Tahap penentuan kondisi
optimum bioreaktor anaerob
bertujuan untuk menentukan kondisi operasi bioreaktor anaerob dalam mengolah limbah cair industri
minyak sawit dan sekaligus
menentukan kondisi optimum
bioreaktor fasa asidogenesis. Tahap
penentuan kondisi optimum
bioreaktor anaerob dilakukan dengan variabel WTC 24, 48 dan 72 jam pada suhu 35oC.
Selama operasional, data-data yang selalu diamati nilai COD (chemical oxygen demand), pH, BOD (biochemical oxygen demand) dan persen effisiensi penyisihan limbah sebelum dan setelah di lewatkan membran
Hasil dan Pembahasan
4.1 Spesifikasi Bioreaktor Anaerob
Bioreaktor anaerob terbuat dari
bahan Stainless steel dan
dilengkapi dengan lubang inlet untuk memasukkan substrat, valve
untuk membuka dan menutup
lubang inlet, lubang untuk
memeriksa suhu dan pH, dua kran outlet yang digunakan untuk saluran pembuangan pada bagian dasar dan bagian atas.
Tekanan di membran terbaca pada alat pengukur tekanan sebelum dan
sesudah membran. Cairan akan
melewati membran
Tabel spesifikasi bioreaktor anaerob Tabel spesifikasi membran
Gambar 5 Foto Scanning Electron Microscope (SEM) luas penampang membran hollow fiber
4.2 Biogas Sebagai Alternatif Energi
Biomassa
Biogas merupakan bahan bakar gas dan bahan bakar yang dapat
Gambar 4 Spesifikasi bioreaktor anaerob
Gambar 6 Grafik Perbandingan Waktu Tinggal
Cairan Vs Effisiensi Penyisihan COD Berdasarkan analisis terhadap parameter COD dapat dilihat bahwa semakin lama waktu tinggal cairan atau limbah industri kelapa sawit pada bioreaktor maka semakin tinggi juga effisiensinya hal ini di sebabkan karena mikroorganisme dalam reaktor
diperbaharui (rewenable fuel) yang
dihasilkan secara anaerobic
digestion Kandungan utama biogas adalah gas metana (CH4) dengan
konsentrasi sebesar 50-80%
kandungan lain dalam biogas yaiu gas karbon monoksida (CO), gas hidrogen (H2), gas karbon dioksida
(CO2), gas nitrogen (N2) dan gas
hidrogen sulfida (H2S)
Berdasarkan analisis terhadap parameter pH dapat dilihat bahwa nilai pH mendekati konstan dan tidak dipengaruhi oleh peningkatan pembebanan organik. di dalam bioreaktor anaerob terjadi proses metanogenik yaitu penguraian asam asetat menjadi metan oleh bakteri metanogen. substrat utama untuk bakteri pembentuk metan adalah asam asetat yang berasal dari proses degradasi limbah indusrti kelapa sawit. bila penurunan nilai pH ini tidak dikontrol maka akan menyebabkan kegagalan proses.
Gambar 8 Grafik Perbandingan Waktu Tinggal Cairan Vs Effisiensi Penyisihan BOD
mempunyai waktu kontak yang lebih lama dalam mendegradasi senyawa organik yang ada di air limbah sehingga COD removal besar. Untuk waktu tinggal (Rt) 24 jam efisiensi pengurangan COD sebesar 78,66 % dan untuk waktu tinggal (Rt) 48 jam efisiensi pengurangan COD sebesar 82,88 % waktu tinggal (Rt) 72 jam efisiensi pengurangan COD sebesar 86,20 %
Gambar 7 Grafik Perbandingan Waktu Tinggal Cairan Vs Keasaman (pH)
0 50 100 150 200 250 300 350 5 15 30 50 70 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 F lu k s ( L / m 2 . ja m ) Waktu (menit) Membran 0,05 mm Membran 0,10 mm Membran 0,15 mm
Gambar 9 Grafik Perbandingan Waktu Vs Fluks membran selama proses
Berdasarkan hasil analisis terhadap parameter BOD dapat dilihat bahwa semakin lama waktu tinggal cairan atau limbah industri kelapa sawit pada bioreaktor maka semakin tinggi juga effisiensinya hal
ini di sebabkan karena
mikroorganisme dalam reaktor mempunyai waktu kontak yang lebih lama dalam mendegradasi senyawa organik yang ada di air limbah, sehingga BOD removal besar. Untuk waktu tinggal (Rt) 24 jam efisiensi pengurangan BOD sebesar 45,11 % dan untuk waktu tinggal (Rt) 48 jam efisiensi pengurangan BOD sebesar 48,69 % waktu tinggal (Rt) 72 jam efisiensi pengurangan BOD sebesar 64,74 %
Kesimpulan
1. Proses anaerob mempunyai banyak keunggulan bila di bandingkan dengan proses konvensional antara lain dapat mengolah bahan organik yang lebih tinggi dan lahan yang digunakan lebih sempit serta dapat menghasilkan biogas
yang dapat di gunakan
sebagai bahan bakar
2. Pengolahan air limbah
menggunakan kombinasi
proses anaerob-membran
menghasilkan effluent yang memenuhi persyaratan air
minum, tidak berwarna,
sehingga dapat di recycle lagi untuk proses produksi
Saran
Perusahaan harus lebih efektif dalam mengolah limbah cairnya dan memantau limbah cair sebelum di di lepaskan ke perairan dan melakukan
pengolahan
Berdasarkan hasil analisa fluks membran dengan ketebalan 0,05 mm pada tekanan 0,7 bar di mulai pada 318 L/m2.jam kemudian dengan
menaikkan tekanan 1,4 bar fluks cairan mencapai 222 L/m2.jam dan
pada saat tekanan di naikkan lagi menjadi 2,1 bar fluks cairan menjadi 171 L/m2.jam. penurunan nilai ini
disebabkan oleh adanya peristiwa
fouling yang menyebabkan
penurunan seiring dengan waktu penyaringan. Peristiwa fouling ini disebabkan oleh kotoran – kotoran yang masih terkandung dalam feed dan terdorong oleh tekanan sehingga dapat menyebabkan tertutupnya pori pada membran dan menyebabkan penurunan fluks.Peristiwa fouling yang terjadi pada membran dengan ketebalan 0,05 mm juga terjadi pada
penyaringan membran dengan
ketebalan 0,10 mm dan membran dengan ketebalan 0,15 mm. hasil analisa keragaman menunjukkan bahwa ketebalan membran tidak memberikan pengaruh nyata pada fluks cairan
inovasi pengolahan limbah cair bekerja sama dengan instansi terkait dan perguruan tinggi.
Daftar Pustaka
1. Ahmad, A. dan Wenten, I. G. 1999. “Membran Bioreaktor
anaerob Untuk Pengolahan Limbah Cair Industri Minyak
Kelapa sawit“, Proceding
Seminar Tekonologi Proses Kimia I. FT. Universitas Indonesia. Jakarta.
2. ASME Boiler and Pressure
Vessel Code, Section VIII
Division -1 edition 2010, Rules for Construction of Pressure Vessels July 1,2010
3. John W.Dufour, William
E.Nelson , “Centrifugal Pump
Sourcebook”, Mc Graw-Hill,
Inc, 1992
4. Peter, M.S and Timmerhaus, K.D 1968. “Plant Design and
Economic for Chemical
Engineers” 2 ed. Mc Graw Hill
