Veny Luvita1, Inaz Imtiyaz2, Arya Rezagama2 1
Pusat Penelitian Metrologi LIPI
Kompleks PUSPIPTEK Gedung 420, Setu, Tangerang Selatan, 15314 2
Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Kampus Tembalang, Jalan Prof. Sudarto SH, Semarang
veny.susanto@gmail.com
INTISARI
Pengolahan limbah monosodium glutamate (MSG) menggunakan teknologi Advanced Oxidation
Process (AOPs) yang dikombinasi dengan ozon (O3) dan peroksida (H2O2) telah dilakukan. Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium dengan memvariasikan banyaknya H2O2 pada kombinasi O3/H2O2 selama waktu proses 240 menit. Sampel hasil proses dianalisa parameter
Biological Oxygen Demand (BOD) berdasarkan SNI 6989.72:2009, parameter Chemical Oxygen Demand (COD) menggunakan spektrofotometer, parameter Total Solid Suspended (TSS)
menggunakan metoda gravimetri, parameter pH menggunakan alat Water Quality Meter.
Nilai parameter BOD dari sampel sebelum proses meningkat sesudah proses AOPs dengan O3/H2O2, dari 10900 mg/L menjadi 34013 mg/L dengan konsentrasi O3 sebesar 24 ppm dan volume H2O2sebesar 300 mL. Hasil analisa COD terbaik pada proses kombinasi AOPs dengan O3/H2O2 sebesar 23.08% dengan konsentrasi O3 sebesar 24 ppm dan volume H2O2 sebesar 300 mL. Nilai efisiensi parameter TSS menunjukkan efisiensi terbaik adalah 98.82 % dengan konsentrasi O3sebesar 24 ppm dan volume H2O2sebesar 200 mL. Sedangkan nilai pH terbesar adalah 3.38 dengan konsentrasi O3sebesar 24 ppm dan volume H2O2sebesar 300 mL.
Dari hasil proses dan analisa tersebut dibandingkan dengan baku mutu air limbah layak dibuang dapat disimpulkan bahwa pengolahan limbah industry MSG dengan teknologi AOPs kombinasi O3/H2O2bekerja cukup efektif.
Kata Kunci: limbah monosodium glutamat, Advanced Oxidation Process, O3/H2O2.
ABSTRACT
Waste treatment of monosodium glutamate (MSG) using Advanced Oxidation Process (AOPs) combined with ozone (O3) and hydrogen peroxide (H2O2) has been done. The study was
conducted in laboratory scale by varying the amount of H2O2 in combination O3/H2O2 with
runtime 240 minutes. Samples were analyzed according on parameters of Biological Oxygen Demand (BOD) based on ISO 6989.72: 2009, Chemical Oxygen Demand (COD) using spectrophotometer, Total Solid Suspended (TSS) using gravimetric method, pH using Water Quality Meter.
BOD value of the sample before the process increased after processed with AOPs and O3/ H2O2,
from 10900 mg / L to 34013 mg / L with a concentration of O324 ppm and H2O2300 mL. The
best COD result of the process was 23:08% with concentration of O3 24 ppm and volume of
H2O2 300 mL. The efficiency value of TSS showed the best efficiency was 98.82% with
concentration O3 of 24 ppm and volume of H2O2 200 mL. While the biggest pH was 3.38 with
concentration of O324 ppm and volume of H2O2300 mL.
From the results of the analysis process and compared with quality standard of waste water can be concluded that industry waste processing of MSG with combination AOPs and O3/H2O2
worked effectively.
Keywords: waste of monosodium glutamate, Advanced Oxidation Process, O3/H2O2. LATAR BELAKANG
Monosodium Glutamat (MSG) merupakan bahan penyedap rasa pada makanan yang banyak digunakan di seluruh dunia, termasuk Indonesia. Produksi MSG di Indonesia mencapai 16.375 ton/tahun pada tahun 1989. Konsumsi MSG pada tahun 1978 mencapai 200.000 ton di seluruh dunia serta akan terus mengalami kenaikan.Untuk mencukupi konsumsi MSG setiap tahunnya maka produksi MSG akan semakin bertambah[7].. Salah satu dampak dari produksi MSG adalah menghasilkan limbah cair yang dapat berpengaruh terhadap lingkungan.
Limbah insudtri MSG akan mempengaruhi kualitas air jika tidak diolah terlebih dahulu terutama pada parameter BOD dan COD pH limbah. Uji BOD terhadap limbah cair adalah untuk menentukan apakah limbah diijinkan untuk dibuang ke lingkungan. Uji COD digunakan untuk mengukur kadar materi organik air limbah. pH normal juga dibutuhkan agar limbah dapat dibuang ke lingkungan secara aman [4].
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan Yang Qingxiang et al., 2004 limbah cair yang dihasilkan oleh industri MSG mempunyai kandungan nilai COD yang tinggi yaitu sekitar 5.000 sampai 25.000 mg/L, sedangkan untuk nilai BOD memiliki kandungan sebesar 3.500-18.500 mg/L dan dengan pH 0,5-2,5. Berdasarkan Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 5 Tahun 2014 tentang Baku Mutu Air Limbah dan Peraturan Gubernur Jawa Timur No.52 Tahun 2014 tentang Baku Mutu Air Limbah Bagi Industri dan atau Kegiatan Usaha Lainnya, kandungan COD, BOD dan pH yang diperbolehkan bagi industri MSG masing-masing adalah sebesar 150 mg/L, 80 mg/L, dan 6-9. Oleh karena itu, dibutuhkan teknologi ramah lingkungan untuk pengolahan BOD, COD, TSS dan pH pada limbah cair hingga sesuai dengan baku mutu air limbah. Pengolahan limbah cair secara konvensional memiliki beberapa kelemahan seperti waktu
proses pengolahan berlangsung lama, membutuhkan area pengolahan yang luas atau bahkan banyak senyawa yang tidak terproses dengan baik (Sugiarto, dalam Supriyatin, 2007).Seiring dengan perkembangan teknologi pengolahan air limbah, dewasa ini dikenal teknologi Advanced Oxidation Processes (AOPs).
Advanced Oxidation Processes (AOPs) adalah suatu atau kombinasi dari beberapa proses seperti ozone, hydrogen peroxide, ultraviolet light, titanium oxide, photo catalyst, sonolysis, electron beam, electrical discharges serta beberapa proses lainnya untuk menghasilkan hidroksil radikal. Hidroksil radikal sangat mudah bereaksi dengan berbagai senyawa organik tanpa terkecuali, terutama senyawa-senyawa organik yang selama ini tidak dapat diuraikan dengan metode biologi (Sugiarto, dalam Supriyatin, 2007). Radikal-radikal hidroksil yang terbentuk mampu mendetoksifikasi atau melemahkan daya racun dari kontaminan[3]AOPs merupakan teknologi alternatif yang sangat menarik untuk dipelajari dalam penghancuran kontaminan-kontaminan organik yang berbahaya [5].
AOPs dengan metode kombinasi O3/H2O2 memiliki kelebihan proses yang terjadi
sangat cepat dan effisien dalam meningkatkan degradasi (Yasar, dkk. dalam Krisnawati, 2014) serta berpotensi menurunkan tingkat toksisitas dan kemungkinan mengalami mineralisasi lengkap terhadap zat organik yang terolah, tidak menghasilkan lumpur, mudah dikontrol dan membutuhkan sedikit lahan (Sharman, dkk. dalam Krisnawati 2014). Sedangkan metode AOPs kombinasi Fe/H2O2 atau disebut dengan metode
Fentonsudah terbukti efektivitasnya serta keekonomisannya sebagai teknologi AOPs untuk detoksifikasi dan degradasi berbagai senyawa organik [3]. Untuk itu kedua metode AOPs yaitu kombinasi O3/H2O2 dan kombinasi Fe/H2O2 akan digunakan dalam
penelitian ini.
MSG (Monosodium Glutamate) merupakan bahan penguat cita rasa pada makanan dan salah satu asam amino non-esensial paling berlimpah yang terbentuk secara alami. MSG berupa serbuk kristal berwarna putih dan tidak berbau yang dalam larutan terpisah menjadi glutamat dan natrium [8]. MSG adalah garam sodium dari asam glutamat yang merupakan salah satu komponen protein yang dibutuhkan oleh tubuh (Bakrie, dalam Tryastuti, 2005). Perbedaan struktur kimia MSG dengan asam glutamat hanya terletak
pada salah satu gugus karboksil asam glutamate yang mengandung hidrogen diganti dengan natrium sehingga membentuk monosodium glutamte(C5H8NNaO4), seperti
stuktur kimia pada gambar 2.1 [7]
Gambar 1. Struktur MSG[8]
Di Indonesia, MSG merupakan suatu produk yang dibuat menggunakan bahan baku dari tetes tebu (molasses) melalui proses peragian atau fermentasi. Tetes tebu adalah hasil sampingan dari penggilingan tebu di pabrik gula [7]. Industri MSG akan menghasilkan limbah atau buangan yang apabila tidak diolah akan menimbulkan berbagai masalah pada lingkungkan (Simbolon, 2010).
Kelebihan metode AOPs Fenton dibandingkan dengan metode pengolahan kimia lain
yaitu efisiensi tinggi, meningkatkan kemampuan biodegradasi, operasi yang sederhana, kemampuan pengolahan berbagai zat (Benatti, Lopez, dalam Amiri, 2014). Metode Fenton sudah terbukti efektivitasnya serta keekonomisannya sebagai teknologi AOPs untuk detoksifikasi dan degradasi (penyisihan) berbagai senyawa organik. Namun terdapat kekurangan pada metode AOPs Fenton yaitu dapat menghasilkan endapan lumpur [3].
Kondisi optimum pada proses Fenton bergantung pada pH larutan terutama karena faktor Fe(II) dan hidrogen peroksida. pH optimum untuk reaksi Fenton yaitusekitar pH 3, tanpa memperhatikan target substrat. Pada pH dibawah 3 dapat menurunkan efisiensi degradasi karena terdapat senyawa besi kompleks yang dapat bereaksi lebih lambat dengan hidrogen peroksida daripada senyawa lainnya serta dapat menghasilkan ion oxonium yang membuat hidrogen peroksida lebih stabil dan mengakibatkan reaktifitas dengan ion Fe(II) berkurang. Potensial oksidasi radikal hidroksil juga dapat menurun dengan bertambahnya pH [2]. Pada pH 5-9 proses Fenton tidak efektif dilakukan untuk limbah cair karena pada pH basa tersebut akan semakin
banyak terbentuk endapan/lumur (Fe3+) yang dapat mengganggu efisiensi penyisihan warna [6].
Laju peningkatan degradasi dapat ditentukan dengan konsentrasi ion Fe(II). Namun peningkatan jumlah ion garam besi yang tidak digunakan akan memberikan kontribusi bagi total padatan terlarut dalam limbah. Penelitian dalam skala laboratorium diperlukan untuk menetapkan kadar optimal ion besi. Konsentrasi hidrogen peroksida memainkan peran paling penting dalam keseluruhan efisiensi degradasi proses. Peningkatan persen degradasi dari polutan meningkat dengan semakin bertambahnya dosis H2O2. Hidrogen peroksida yang tidak terpakai dan jumlah yang berlebih selama
proses Fenton tidak dianjurkan. H2O2berlebih berbahaya bagi banyak organisme dan
akan mempengaruhi efisiensi degradasi keseluruhan secara signifikan. Efek negatif lain adalah timbulnya Hydroxyl Radical Scavenging pada jumlah besar H2O2. Dosis hidrogen
peroksida harus disesuaikan berdasarkan penelitian skala laboratorium [2]
Pada proses Fenton dapat terjadi Hydroxyl Radical Scavanger (OH Scavanger) yaitu proses dimana OH yang sudah terbentuk dari reaksi Hidrogen Peroksida (H2O2)
dapat bereaksi kembali dengan konsentrasi H2O2 yang berlebih sehingga membentuk
oksidator lain yaitu HO2 (hidroperoxy radical). HO2 ini memiliki sifat yang kurang
reaktif sehingga tidak dapat bereaksi cepat dengan senyawa organik atau komponen-komponen lain [6].
Reaksi dalam larutan yang mengandung senyawa organik, reaksi kompleks redoks dapat terjadi sebagai berikut [1]:
RH+OH H2O+ R (2.27)
R +H2O2 ROH + OH (2.28)
R +O2 ROO (2.29)
Radikal hidroksil dapat bereaksi dengan radikal organik yang dihasilkan dari keadaan organik pada air limbah, radikal tersebut bereaksi dengan ion ferro dan ferri seperti persamaan berikut [2]:
2R RR (2.30)
R +Fe2+ R-+ Fe3+ (2.31)
R +Fe3+ R++ Fe2+ (2.32)
Laju reaksi reagen Fenton umumnya dibatasi oleh laju pembentukan HO , dimana sangat tergantung pada konsentrasi katalis besi dan spesifik air limbah yang akan diolah[10]. Sangat sulit untuk mengetahui mekanisme radikalhidroksil yang terjadi karena radikal hidroksil mempunyai life time yang sangat pendek. Oleh karena itu mekanisme reaksi fenton yang terjadi biasanya hanya dapatditentukan melalui eksperimen skala laboratorium (Schwarzenbach, dalam Elfiana, 2013).
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium. Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium dengan menggunakan metode AOPs kombinasi O3/H2O2. Limbah
industri MSG menjadi obyek dalam penelitian ini. Penelitian ini digunakan untuk mengetahui hasil dan efisiensi pengolahan BOD, COD, TSS dan pH dengan teknologi AOPs kombinasi O3/H2O2. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode batch
untuk mengetahui unjuk kerja proses AOPs kombinasi O3/H2O2.
Penelitian dilakukan skala laboratorium dimulai dengan tahap persiapan, tahap pelaksanaan, dan analisis data. Adanya tahapan ini bertujuan untuk mendapatkan gambaran sehingga memudahkan dalam penelitian dan efisiensi waktu penelitian.
Pelaksanaan pengolahan pada limbah industri MSG menggunakan teknologi AOPs skala laboratorium dengan parameter uji BOD, COD, TSS dan pH. Pengolahan kombinasi O3/H2O2 dengan waktu pengolahan 60, 120, 180 dan 240 menit serta variasi H2O2
sebanyak 100 ml, 200 ml dan 300 ml. Metode pengumpulan data meliputi pengumpulan data primer dan data sekunder. Data yang diperlukan adalah data penunjang dan data pendukung untuk pengolahan limbah industri MSG dengan metode AOPs kombinasi O3/H2O2. Skema pengolahan dengan AOPs kombinasi O3/H2O2 seperti pada gambar 2.
Ozon + Oxygen Generator Sampel Limbah Panel Box Stabillizer Analisis Parameter H2O2 Outlet
Gambar 2. Skema Pengolahan AOPs Kombinasi O3/H2O2 Skala Laboratorium 4.
Berdasarkan hasil uji karakteristik awal limbah MSG dengan batasan parameter yang digunakan yaitu Peraturan Gubernur Jawa Timur No.52 tahun 2014 tentang Baku Mutu Air Limbah Industri dan Kegiatan Usaha Lainnya didapatkan data seperti pada grafik 4 berikut :
Gambar 3. Karakteristik Awal Limbah MSG
Parameter yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah BOD, COD, TSS dan pH. Karakteristik awal limbah MSG dari keempat parameter tersebut tidak memenuhi baku mutu yang menandakan terdapat kontaminan sehingga dibutuhkan pengolahan secara tepat. Tingginya nilai COD dan BOD menunjukkan kandungan utama dalam limbah industri MSG adalah berupa senyawa organik. Menurut studi Stasinakis, 2008 berbagai senyawa organik dalam limbah industri dapat diubah menjadi senyawa yang mudah diuraikan dengan teknologi AOPs (Advanced Oxidation Processes), sekalipun dalam jumlah yang besar.
Tabel 1. Data Hasil Pengolahan dengan Kombinasi O3/H2O2 pada Sampel Limbah MSG
Ph
Beltran dalam Rezagama (2012) menyebutkan tipikal umum dari penurunan COD limbah dapat dibagi menjadi dua tahap. Pertama, fase penurunan cepat dimana terjadi penurunan dengan kecepatan tinggi, setelah itu tahap kedua terjadi titik balik dimana kecepatan reaksi menurun akibat terbentuknya karbon organik sebagai hasil sementara proses.
Senyawa organik yang terkandung dalam limbah berasal dari bahan baku pembuatnya yaitu tetes tebu yang didalamnya terdapat kandungan glukosa. Glukosa dalam limbah menyebabkan nilai COD meningkat. Senyawa organik tersebut akan dioksidasi dalam AOPs kombinasi O3/H2O2, seperti persamaan berikut (Ahn et al dalam Argun 2008) :
RH + OH H2O+ R
R + H2O2 ROH + OH
R + O2 ROO
Senyawa produk yang dihasilkan dari reaksi diatas merupakan radikal senyawa organik yang dapat bereaksi kembali dengan senyawa lainnya pada limbah. Reaksi yang terjadi akan terus berlanjut pada proses AOPs kombinasi O3/H2O2 ini yang
mengakibatkan penurunan parameter COD. Suplai ozon yang dilakukan secara terus menerus pada penelitian ini mengakibatkan turunnya parameter COD.
4.
Kesimpulan dari hasil penelitian ini adalah :
1. Karakteristik awal limbah industri MSG yang akan diolah mempunyai nilai BOD, COD, TSS yang sangat tinggi dan bersifat asam dengan pH rendah.
2. Perlu dilakukan pengujian FTIR untuk mengetahui perbedaan spektrum setelah proses pengolahan AOPs untuk mengetahui perbedaan spektrum setelah proses pengolahan AOPs Fenton. Adanya gugus fungsi gugus ikatan O-H bebas menandakan adanya hidroksil radikal yang terbentuk dan gugus fungsi C-O alkohol, O-H alkohol yang menandakan senyawa glukosa telah terurai.
5. UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kepada tim peneliti dari Laboratorium Teknologi Pengolahan Air dan Teknik Lingkungan Universitas Diponegoro yang telah membantu penelitian ini.
6. DAFTAR PUSTAKA
[1] Argun, Mehmet Emin et al. 2008. Activation of Pine Cone Using Fenton Oxidation for Cd(II) and Pb(II) Removal. Selcuk University : Turkey.
[2] Babuponnusami, A and Karrupan. 2013. A Review on Fenton and Improvements to the Fenton Process for Wastewater Treatment. Adhiparasakthi Engineering Collage : India.
[3] Bismo, Setijo. 2006. Teknologi Radiasi Sinar Ultra-Ungu (UV) dalam Rancang Bangun Proses Oksidasi Lanjut untuk Pencegahan Pencemaran Air dan Fasa Gas. Universitas Indonesia : Depok.
[4] Isyuniarto, dkk. 2006. Aplikasi Ozon Hasil Lucutan Plasma untuk Menurunkan
Nilai pH, COD, BOD dan Jumlah Bakteri Limbah Cair Rumah Sakit. BATAN : Serpong.
[5] Luvita, Veny. 2012. Rancang Bangun dan Uji Kinerja Reaktor Hibrida
Ozon-Plasma Dingin untuk Pengolahan Limbah Fenolik Cair. Universitas Indonesia : Depok.
[6] Mukaromah, Ana Hidayati, Yusrin, Endah Mubiarti, 2012. Degradasi Zat Warna Rhodamin B secara Advanced Oxidation Processes Metode Fenton
Berdasarkan Variasi Konsentrasi H2O2.Seminar Hasil Penelitian, LPPM
UNIMUS. ISBN : 978-602-18809-0-6.
[7] Murdiana, Elsa. 2012. Analisis Penggunaan Monosodium Glutamate (MSG) Pada Ibu Rumah Tangga di Perkotaan dan Perdesaan Bogor.Institut Pertanian Bogor : Bogor.
[8] Novianti, Heny Yunita. 2013. Pengaruh Variasi Konsentrasi Zat Aditif Monosodium Glutamate (MSG) Terhadap Karakter Membran Cellulose Acetate (CA).Universitas Jember : Jember.
[9] Rezagama, Arya. 2012. Studi Degradasi Senyawa Organik Air Lindi Tempat Pembuangan Akhir Sarimukti Menggunakan Ozon. ITB : Bandung.
[10] Rodriguez, Miguel. 2003. Fenton and UV-vis Based Advanced Oxidation Processes in Wastewater Treatment : Degradation, Mineralization and Biodegradability Enhancement. Universitat De Barcelona : Bacelona.
[11] Tchobanoglous, G., Burton, F.L., Stensel, H, D. 2003. Wastewater Engineering
Treatment and Reuse, 4thedition.Mc Graw Hill :New York.
[12] Wibowo, Ary. 2001. Studi Sistem Distribusi 3,3 KV, 25 MVA di PT. Sasa Inti, Gending, Probolinggo. Universitas Kristen Petra : Surabaya.
HASIL DISKUSI
