1
DEGRADASI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT DENGAN KATALIS MANGAN OKSIDA MELALUI TAHAP ADSORPSI
MENGGUNAKAN FLY ASH TERAKTIVASI MICROWAVE
Indri Nopriyani, Amir Awaluddin, Emrizal Mahidin Tamboesai
Mahasiswa Program Studi S1 Kimia Bidang Kimia Anorganik Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Kampus Binawidya Pekanbaru, 28293, Indonesia
*indri.nopriyani0651@student.unri.ac.id
ABSTRACT
Palm oil mill effluent (POME) was considered to be harmful as it contains high COD. It requires immediate treatments before it discharges into the environment. The existing treatment systems are time-consuming (100-120 days), obsolete and needs large pond areas. In this study, a Fenton-based advanced oxidation process was introduced and studied, along with the pre-treatment process via adsorption using activated fly ash. The ash was prepared from fly ash produced from the burning process of oil palm shells and was activated using a home-made microwave. The Fenton process was realized using a Birnessite-type manganese oxide heterogeneous catalyst. The composition ash was determined by XRF. The results of XRF showed that fly ash contained SiO2 compounds of 40.78% and increased after activation to 62.85%. .The POME quality following the treatment process was monitored with the measurement of COD. The result showed that the maximum reduction in COD concentration in this tandem process was 68.89%
obtained at 25 mg of the adsorbent, diluted waste POME concentration (10:90, v/v), and H2O2 concentration of 17,000 mg/L in 60 minutes.
Keywords: catalyst, fly ash, POME
ABSTRAK
Limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) dianggap berbahaya karena mengandung COD yang tinggi. Oleh karena itu dibutuhkan perlakuan sebelum dibuang ke sungai.
Sistem pengolahan yang ada memakan waktu (100-120 hari) dan membutuhkan area lahan yang luas sekitar 7 ha. Pada penelitian ini, proses oksidasi lanjutan berbasis Fenton digunakan dan dipelajari, serta proses perlakuan awal melalui adsorpsi menggunakan abu layang yang diaktivasi. Abu tersebut berasal dari abu layang yang dihasilkan dari proses pembakaran cangkang kelapa sawit dan diaktivasi menggunakan microwave. Proses Fenton dilakukan menggunakan katalis heterogen oksida mangan tipe birnessite. Komposisi abu layang ditentukan dengan XRF. Hasil dari XRF
2 menunjukkan bahwa abu layang mengandung senyawa SiO2 sebesar 40,78% dan meningkat setelah diaktivasi menjadi 62,85%. Kualitas LCPKS setelah proses pengolahan ditunjukkan dengan penurunan konsentrasi COD. Hasil penelitian menunjukkan penurunan konsentrasi COD maksimum pada proses ini sebesar 68,89%
yang diperoleh dengan dosis adsorben 25 mg, konsentrasi LPCKS (10:90, v/v), dan konsentrasi H2O2 sebesar 17.000 mg/L dalam 60 menit.
Kata Kunci: katalis, abu layang, limbah cair pabrik kelapa sawit PENDAHULUAN
Perkebunan kelapa sawit merupakan sektor industri terbesar di Indonesia dengan produk utamanya Crude Palm Oil (CPO). Pabrik kelapa sawit ini menghasilkan limbah padat dan limbah cair. Limbah cair pabrik kelapa sawit (LPCKS) memiliki kandungan zat organik yang tinggi sehingga menyebabkan nilai Chemical Oxygen Demand (COD) yang masih tinggi yaitu
± 68.000 mg/L (Nursanti, 2013). Hal ini akan menganggu ekosistem lingkungan jika langsung dibuang tanpa pengolahan
Proses pengolahan limbah cair kelapa sawit umumnya dilakukan dengan sistem kolam terbuka dengan proses anaerob. Cara ini akan mendegradasikan bahan organik untuk menghasilkan biogas (Bantacut dkk, 2019). Namun, pengolahan ini memiliki waktu yang cukup lama dan lahan yang luas (Pulungan, 2017). Oleh karena itu perlu dikembangkan metode lain untuk pengolahan LCPKS. Metode adsorpsi dan Fenton merupakan alternatif yang dapat digunakan. Adsorpsi merupakan proses penyerapan molekul pada permukaan oleh suatu adsorben. Fenton merupakan spesies yang menghasilkan agen pengoksidasi yang dapat menyerang dan mendegradasi senyawa organik pada medium cair.
Adsorpsi banyak digunakan untuk menghilangkan polutan pada limbah. Siregar, dkk (2015) dapat menurunkan COD limbah cair pabrik
kelapa sawit sebesar 73,28%
menggunakan arang aktif biji kapuk.
Sedangkan Chaerani (2018) melaporkan bahwa degradasi LCPKS menggunakan katalis mangan oksida tipe birnessite dengan metode Fenton dapat menurunkan COD sebesar 60,92%.
Namun, penurunan konsentrasi COD yang dihasilkan belum memenuhi baku mutu yang ditetapkan oleh PerMenLH No 5 Tahun 2014. Oleh karena itu perlu dilakukan kajian perlakuan awal sebelum degradasi.
Tujuan penelitian ini adalah mengolah LCPKS dengan dua tahap.
Tahap pertama adalah adsorpsi dengan fly ash kelapa sawit yang diaktivasi microwave dan dilanjutkan dengan tahap kedua yaitu degradasi dengan menggunakan katalis mangan oksida.
Hasil dari kedua proses ini ditentukan dengan mengukur perubahan nilai COD.
METODE PENELITIAN a. Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah timbangan analitik (KERN ABJ-NM/ABS-N),pengaduk magnet (Spinbar), hotplate ( Arec, VELP Scientifice), oven (Memmert), X-ray Fluorescence Spectroscopy (XRF), microwave (P70H50P) dan seperangkat alat-alat gelas yang biasa digunakan dalam penelitian kimia.
3 Bahan-bahan yang digunakan
dalam penelitian ini adalah abu layang kelapa sawit dari PT X, Limbah PKS dari IPAL PT. X, katalis mangan oksida tipe birnessite reduktor asam sitrat, bahan-bahan kimia label Merck yaitu Hidrogen Peroksida 30% (H2O2), Asam Sulfat (H2SO4), Merkuri (II) Sulfat (HgSO4), Indikator Ferroin, Ferro
Amonium Sulfat 0,05 N
((NH4)2Fe(SO4)2), Kalium Dikromat (K2Cr2O7), Perak sulfat (Ag2SO4), kertas saring Whatman No. 42, kertas saring Whatman 934 AH dan akua DM.
b. Prosedur Kerja
1. Aktivasi Abu Layang Kelapa Sawit Abu layang yang telah diayak dengan ayakan ukuran 200 mesh ditimbang sebanyak 100 gram. Sampel dicuci dengan akua DM untuk menetralkan pH.
Sampel di keringkan dalam oven selama 24 jam pada suhu 105 oC. Sampel yang sudah bersih dan dikeringkan kemudian diberikan pemanasan dengan gelombang mikro dengan daya 140 W selama 3 menit. Sampel abu layang yang telah diaktivasi disimpan didalam plastik kedap udara dan disimpan didalam desikator.
2. Proses Adsorpsi dan Degradasi Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Larutan LCPKS sebanyak 100 mL dengan konsentrasi 10:90 ditambahkan dengan abu layang teraktivasi microwave. Larutan diaduk untuk melakukan proses adsorpsi. Larutan yang telah diadsorpsi didiamkan hingga adsorben mengendap, kemudian diambil sebanyak 20 mL dan dimasukkan ke dalam gelas beaker 100 mL. Katalis mangan oksida ditambahkan ke dalam
larutan dan diaduk selama 30 menit.
Hidrogen peroksida ditambahkan dan diaduk selama 60 menit pada kecepatan 360 rpm. Larutan diambil dan diencerkan pada interval waktu 15, 30, 45 dan 60 menit. Larutan pada setiap waktu pengambilan dianalisis untuk menentukan nilai COD.
HASIL DAN PEMBAHASAN a. Aktivasi Abu Layang
Abu layang yang digunakan pada penelitian ini berasal dari PT. X di Taluk Kuantan. Abu layang terlebih dahulu dikeringanginkan untuk menghilangkan kelembapan yang tedapat pada abu layang. Hasil dari pengeringan adalah warna berubah dari hitam pekat menjadi sedikit pudar. Abu layang diayak menggunakan ayakan ukuran 200 mesh untuk menyeragamkan ukuran partikel.
Abu layang yang telah dipreparasi kemudian diaktivasi menggunakan gelombang mikro.
Hasil penelitian Hamzah, dkk (2019) menunjukan abu layang yang diaktivasi menggunakan gelombang mikro memliki kemampuan yang efektif pada waktu 3 menit dan daya yang rendah. Pada penelitian ini dilakukan aktivasi berdasarkan kondisi optimum yang didapat Hamzah, dkk (2019) yaitu pada 3 menit dan daya iradiasi 140 W.
Aktivasi dilakukan untuk menghilangkan zat pengotor yang terdapat pada adsorben serta dapat meningkatkan luas permukaannya.
Gelombang mikro digunakan karena berbeda dengan pemanasan konvensional. Gelombang mikro akan menimbulkan panas akibat dari rotasi dipol dan konduksi ionik (Basta dkk, 2019).
4 b. Karakterisasi Abu Layang
Abu layang hasil aktivasi dengan microwave kemudian dikarakterisasi dengan XRF untuk mengetahui komposisi kimia yang terkandung didalamnya. Berdasarkan pada Tabel 1 oksida yang terdapat dalam abu layang yang telah diaktivasi maupun yang belum diaktivasi adalah SiO2, Al2O3,
CaO, K2O, P2O5, MgO, dan Fe2O3. Hasil tersebut menunjukan bahwa kandungan silika abu layang sebelum dan sesudah aktivasi memiliki persentase terbesar.
Kandungan silika tersebut setelah diaktivasi mengalami peningkatan yaitu dari dari 40,78% menjadi 62,85%. Hal
ini disebabkan karena adanya perlakuan aktivasi dengan iradiasi gelombang mikro menyebabkan terjadinya peregangan ikatan pada abu layang sehingga terbentuk rongga. Selain itu persentase Al2O3 juga mengalami kenaikan dari 0,873% menjadi 1,28%.
Persentase silika yang besar menyatakan bertambahnya situs aktif pada abu layang sehingga kemampuan penjerapannya akan meningkat.
Kenaikan persentase silika menyebabkan beberapa kandungan lainnya mengalami penurunan yaitu CaO dari 23,73%
menjadi 12,17%.
Tabel 1. Karakterisai XRF dari Abu Layang
Senyawa oksida Tanpa aktivasi (%) Aktivasi microwave (%)
SiO2 40,785 62,852
Al2O3 0,873 1,280
CaO 23,743 12,174
K2O 12,938 5,467
P2O5 11,591 9,887
MgO 5,512 5,621
Fe2O3 3,666 2,053
c. Adsorpsi Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
Adsorpsi limbah cair pabrik kelapa sawit dilakukan pada konsentrasi limbah 10:90 sebanyak 100 mL dengan waktu kontak 60 menit dan kecepatan putar sebesar 360 rpm. Massa adsorben yang digunakan adalah 25 mg (0,25 g/L).
Berdasarkan data pada Gambar 1 dapat diketahui bahwa adsorpsi limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) meningkat dengan penggunaan adsorben sebanyak 25 mg. Hal ini terjadi karena semakin banyak massa adsorben yang digunakan maka limbah yang terserap akan semakin banyak.
5 Gambar 1. Efesiensi penurunan kadar COD
Massa adsorben yang digunakan pada 25 mg akan meningkatkan jumlah permukaan kontak adsorben sehingga penyerapan menjadi lebih baik. Waktu optimum yang didapatkan dari grafik tersebut adalah pada menit ke 45. Hal ini dikarenakan penurunan COD sebesar 50%. Berdasarkan waktu optimum disimpulkan bahwa COD yang dapat diserap semakin banyak pada waktu 45 menit dengan perubahan konsentrasi COD dari 2.370,37 mg/L menjadi 1.111,11 mg/L.
d. Degradasi Limbah Cair Pabrik Kelapa sawit
Peranan katalis sangat penting dalam proses penurunan konsentrasi COD pada limbah cair pabrik kelapa sawit. Hal ini dikarenakan tanpa adanya katalis kekuatan oksidasi H2O2 tidak cukup untuk mendegradasi senyawa organik (Siregar dan Awaluddin, 2017).
Katalis yang digunakan untuk mendekomposisi H2O2 menjadi OH radikal yang memiliki potensial oksidasi yang lebih tinggi. Setiap katalis memiliki aktivitas katalitik yang berbeda tentunya.
Gambar 2. Efesiensi penurunan kadar COD
0 20 40 60 80 100
0 15 30 45 60
Adsorpsi (%)
t (menit)
0 20 40 60 80 100
0 15 30 45 60
Degradasi (%)
t (menit)
6 Tabel 2. Perubahan konsentrasi COD
t (menit)
COD Awal (mg/L)
COD setelah Adsorpsi (mg/L)
COD setelah degradasi (mg/L)
15 2.370,37 1.111,11 493,83
30 2.370,37 1.111,11 419,75
45 2.370,37 1.111,11 395,06
60 2.370,37 1.111,11 345,68
Tahap awal sebelum dilakukannya degradasi adalah adsorpsi menggunakan abu layang teraktivasi microwave sebanyak 25 mg dalam 100 mL limbah.
Adapun konsentrasi limbah yang digunakan adalah 10:90. Pada penelitian ini COD awal didapatkan sebesar 2.370,37 mg/L. Setelah diadsorpsi berkurang menjadi 1.111,11 mg/L.
Massa katalis dan volume H2O2 yang digunakan berdasarkan COD dari adsorpsi dengan perbandingan menggunakan hasil penelitian Chaerani (2018).
Hasil penelitian dapat dilihat pada Gambar 2, katalis mangan oksida tipe Birnessite ditambahkan pada limbah cair pabrik kelapa sawit setelah melalui proses adsorpsi, nilai COD mengalami penurunan sebesar 68,89% setelah 60 menit reaksi. Hal ini karena pada katalis mangan oksida tipe birnessite terdapat ion K+yang lebih banyak sehingga dapat dapat menyebabkan deffect pada Mn.
Perubahan COD LCPKS dari waktu ke waktu dapat dilihat pada Tabel 2.
Penelitian yang dilakukan oleh Chaerani (2018), degradasi LCPKS dengan metode Fenton dapat menurunkan konsentrasi COD sebesar 60,92% atau menurunkan dari 5.1225,07 mg/L menjadi 2.0018,99 mg/L. Namun, hasil tersebut belum mencapai baku mutu yang ditetapkan oleh Peraturan Menteri Lingkungan Hidup No.5 Tahun
2014, yang mana untuk COD memiliki baku mutu 350 mg/L. Pada penelitian ini, menunjukkan degradasi LCPKS dengan katalis mangan oksida melaui tahap adsorpsi menggunakan abu layang teraktivasi microwave telah mencapai baku mutu yang ditetapkan PerMen LH No. 5 Tahun 2014. Hal ini terjadi pada proses degradasi dibantu dengan proses adsorpsi yang menyebabkan degradasi berjalan lebih cepat. Berdasarkan hasil penelitian, pengolahan LCPKS melalui dua tahap, yaitu tahap adsorpsi dan dilanjutkan dengan tahap degradasi telah memenuhi standar baku butu untuk nilai COD.
KESIMPULAN
Abu layang kelapa sawit diaktivasi secara fisika menggunakan iradiasi gelombang mikro. Hasil karakterisasi menunjukan adanya silika oksida yang meningkat yang memberikan pengaruh terhadap proses penyerapan limbah cair pabrik kelapa sawit. Selain itu, membantu proses degradasi menjadi lebih cepat. Hasil degradasi setelah melalui tahap adsorpsi menjadi 68,89%.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Universitas Riau melalui DRPM
7 (Direktur Riset dan Pengabdian
Masyarakat) Deputi Bidang Penguatan Riset dan Teknologi/ Badan Riset dan Inovasi Nasional Tahun 2020 yang telah membiayai penelitian dengan skema PDUPT (Penelitian Dasar Unggulan Perguruan Tinggi) atas nama Prof.Dr.
Amir Awaluddin, M.Sc. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Prof.Dr. Amir Awaluddin, M.Sc sebagai dosen pembimbing pertama dan Bapak Dr. Emrizal M.Tamboesai, M.Si., M.H selaku pembimbing kedua yang telah membimbing serta membantu penelitian dan penulisan karya ilmiah ini.
DAFTAR PUSTAKA
Bantacut, T. dan Fittriani, A. Y. 2019.
Keseimbangan biomassa dan pemanenan energi pada pengolahan limbah cair kelapa sawit. Jurnal Teknologi Lingkungan. 20 (1): 83-92.
Chaerani, W. 2018. Sintesis Katalis Birnessite dari Kalium Permanganat dan Asam Sitrat Menggunakan Metode Keramik untuk Penurunan COD, BOD dan Minyak/Lemak pada Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit.
Skirpsi. Pekanbaru: Universitas Riau
Hamzah, M.H., Asri, M.F., Man, H.C., Mohammed, A. 2019.
Prospective application of palm oil mill boiler ash as a biosorbent: Effect of microwave irradiation and palm oil mill effluent decolorization by adsorption. International Journal of Environmental Reseaarch and Public Health. 16 (3453): 1-18.
Nursanti, I. 2013. Karakteristik limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) pada proses pengolahan anaerob dan aerob.
Jurnal Ilmiah Universitas Batanghari Jambi. 13(4): 67-73.
Pulungan, A.A. 2017. Analisis Pengelolaan Limbah Cair Kelapa Sawit di Pabtik PT. X Tahun 2017. Skripsi. Medan: USU.
Siregar, R.D., Zaharah, T.A., Wahyuni, N. 2015. Penurunan kadar COD (Chemical Oxygen Demand) limbah cair industri kelapa sawit menggunakan arang aktif biji kapuk (Ceiba Petandra). JKK. 4 (2). 62-66
Siregar, S.S. and Awaluddin, A. 2017.
Synthesis and Catalytic Activity of Birnessite-Type Manganese Oxide Synthesis by Solvent-free Method. IOP Conference Series:
Materials Science and Engineering. 345 (012005): 1-9
