Draft Bahan Ajar Mata Kuliah Limbah Industri dan Produksi Bersih

(1)

Draft Bahan Ajar Mata Kuliah Limbah Industri dan Produksi

Bersih

1. Tujuan Perkuliahan :

Mahasiswa akan dapat memecahkan masalah limbah dengan merancang system pengelolaan yang sesuai berdasarkan teknologi pengelolaan yang ada dan dapat mencoba menghasilkan inovasi-inovasi baru dalam pemanfaatan dan pendayagunaan limbah industri pertanian. 2. Pokok Bahasan

Isi perkuliahan berisi 8 topik pembahasan yang akan diajarkan oleh tim teaching mata kuliah Limbah Industri dan Produksi Bersih.

a. Pengertian, Klasifikasi, Karakteristik dan Kualitas Limbah (1 pertemuan)

b. Metode Pengukuran Kualitas Limbah (2 pertemuan)

c. Teknologi Pengolahan Limbah Cair, Padat dan Gas, serta B3 (3 pertemuan)

d. Perancangan Unit Pengolahan Limbah (2 pertemuan)

e. Pendekatan Produksi Bersih vs Pendekatan End of Pipe (2 pertemuan)

f. Tipe Sumber Pembangkit Limbah Industri (2 pertemuan) g. Strategi Pencegahan Limbah Industri (2 pertemuan)

h. Metodologi dan Prosedur Audit PB, Integrasi PB dalam EMS/ISO 14000 (2 pertemuan)

3. Rancangan perkuliahan

Minggu ke

Topik / sub Topik Bahasan

7 Menjelaskan cara merancang unit pengolahan limbah Pembagian Tugas 8 Presentasi tugas

11 menjelaskan tipe-tipe sumber pembangkitan limbah industri

Pembagian tugas 12 Presentasi tugas

(2)

4. Kegiatan Terstruktur

Tugas terstruktur yang wajib dikerjakan mahasiswa adalah : No Jenis

Tugas

Uraian Tugas Keterangan 1 Tugas

Kelompok I

Melalui kerja kelompok ( 1 kelompok berisi 5 orang) menggali informasi mengenai tipe pengolahan limbah cair di industri tahu. Kemudian dengan menggunakan metode SCL (everyone is teacher here) kelompok I

mempresentasikan di depan kelas, jika ada pertanyaan berasal dari kelompok lain misalnya kelompok 2, 3 dan 4. Kemudian yang menjawab adalah kelompok 5,6 dan 7 yang akhirnya akan di konfirmasi oleh kelompok 1. Dan dilengkapi oleh Dosen

Semua kelompok harus berpartisipasi baik dalam bentuk bertanya, menjawab, mempresentasikan. 2 Tugas Kelompok II

Melalui kerja kelompok kecil (satu kelompok paling banyak 5 mahasiswa, anggota kelompok harus BERBEDA dengan kelompok pada tugas I) menggali informasi mengenai tipe pengolahan limbah cair di industri minyak sawit.

Kemudian dengan menggunakan metode SCL (everyone is teacher here) kelompok I

Semua kelompok harus berpartisipasi baik dalam bentuk bertanya, menjawab, mempresentasikan. 3 Tugas Kelompok III

Melalui kerja kelompok kecil (satu kelompok paling banyak 5 mahasiswa, anggota kelompok harus BERBEDA dengan kelompok pada tugas I dan II) menggali informasi mengenai tipe pengolahan limbah cair di industri Karet. Kemudian dengan menggunakan metode SCL (everyone is teacher here) kelompok I

Semua kelompok harus berpartisipasi baik dalam bentuk bertanya, menjawab, mempresentasikan 4 Tugas Kelompok IV

Melalui kerja kelompok kecil (satu kelompok paling banyak 5 mahasiswa, anggota kelompok harus BERBEDA dengan kelompok pada tugas I, II, III) menggali informasi mengenai tipe pengolahan limbah cair di industri gula tebu. Kemudian dengan menggunakan metode SCL (everyone is teacher here) kelompok I

mempresentasikan di depan kelas, jika ada pertanyaan berasal dari kelompok lain misalnya kelompok 1, 3 dan 2. Kemudian yang menjawab adalah kelompok 5,6 dan 7 yang akhirnya akan

Semua kelompok harus berpartisipasi baik dalam bentuk bertanya,

menjawab, mempresentasikan

(3)

di konfirmasi oleh kelompok 4. Dan dilengkapi oleh Dosen

5 Tugas Kelompok

V

Melalui kerja kelompok kecil (satu kelompok paling banyak 5 mahasiswa, anggota kelompok harus BERBEDA dengan kelompok pada tugas I, II, III, IV) menggali informasi mengenai tipe pengolahan limbah cair di industri tapioka. Kemudian dengan menggunakan metode SCL (everyone is teacher here) kelompok I

Semua kelompok harus berpartisipasi baik dalam bentuk bertanya, menjawab, mempresentasikan 6 Tugas Kelompok VI

Melalui kerja kelompok kecil (satu kelompok paling banyak 5 mahasiswa, anggota kelompok harus BERBEDA dengan kelompok pada tugas I, II, III, IV, V) menggali informasi mengenai sumber pembangkit limbah industri pada kegiatan rumah tangga.

Semua kelompok harus berpartisipasi baik dalam bentuk bertanya, menjawab, mempresentasikan 7 Tugas kelompok VII

Melalui kerja kelompok kecil (satu kelompok paling banyak 5 mahasiswa, anggota kelompok harus BERBEDA dengan kelompok pada tugas I, II, III, IV, V, VI) menggali informasi mengenai tipe pembangkit limbah industri pada kegiatan medis/limbah infeksius

Semua kelompok harus berpartisipasi baik dalam bentuk bertanya,

menjawab, mempresentasikan

5. Penilaian hasil belajar a. Tugas, kuis b. keaktifan, sikap/attitude c. UTS d. UAS e. Praktikum f. Fieldwork

(4)

6. Bacaan

Pengolahan limbah industri khususnya Limbah Industri Kimia melibatkan banyak Unit Proses dan Unit Operasi Teknik Kimia yang menghasilkan Air bebas kontaminan

Beberapa istilah dalam instalasi pengolahan limbah

 Baku Mutu : batas maksimum limbah cair yang diperbolehkan untuk dibuang ke lingkungan

 Limbah cair : limbah dalam wujud cair yang dihasilkan kegiatan industri yang dibuang ke lingkungan dan diduga dapat mencemari lingkungan  Mutu limbah cair : keadaan limbah cair, dinyatakan dengan debit, kadar

dan bahan pencemar

 Debit maksimum : debit tertinggi yang dibolehkan dibuang ke

lingkungan (Kep.men Lingkungan Hidup Nomor :

Kep-51/MENLH/10/1995

contoh : debit limbah max untuk industri kostik soda : 10 m3 per ton produk kostik soda

Jenis Kegiatan yang menghasilkan limbah industri  Industri kostik soda

 Industri minyak sawit  Industri karet

 Industri gula tebu  Industri tapioka  Industri tekstil  Industri sabun  Industri tahu  Industri tempe

Limbah cair dibedakan menurut asal limbah cair :

a. Limbah cair dari rumah tangga : senyawa organik seperti sayur mayur, buah – buahan, dan senyawa organik seperti gelas, kaleng b. Limbah cair dari industri dengan nilai BOD tinggi, rendah padatan

terlarut, konsentrasi logam berat sangat tinggi, senyawa organik sangat tinggi dalam limbah cair

(5)

c. Limbah cair dari industri dengan nilai COD sangat tinggi namun nilai BOD rendah

Parameter Pengolahan Limbah :

 Influent (I) : Limbah cair masuk ke bioreaktor

 Proses (P) : Proses pengolahan limbah cair dalam bioreaktor  Effluent (E) : Limbah cair dibuang sesuai dengan peraturan

I – P = E

Jenis – jenis perlakuan limbah cair

(6)

1. Perlakuan Fisika

Proses fisika : pemisahan kontaminan dalam limbah cair seperti zat padat, lemak, sisa oli atau pelumas kendaraan, serta minyak a. Praperlakuan dengan saringan

Fungsi : untuk memindahkan senyawa organik dan anorganik berupa benda benda padat yang melayang misal : plastik, ranting daun, batang kayu, botol gelas, botol plastik dll

 Praperlakuan dengan saringan bar

Jarak antar saringan :

a. Untuk benda kasar : 50 mm – 150 mm b. Untuk benda medium : 20 – 50 mm c. Untuk benda halus : 10 mm

 Praperlakuan dengan saringan bergerak

Saringan bergerak diletakkan dibelakang saringan bar kasar dengan lubang bentuk empat persegi panjang dengan ukuran 0.9 – 1.25 cm untuk mencegah ranting daun, ikan mati dan sisa batang kayu

(7)

 Pra perlakuan saringan kasar

Fungsi : untuk menahan dan menyaring benda padat keras dengan ukuran lebih kecil yang mungkin lolos dari saringan bar.

Selain itu juga digunakan untuk menyaring pasir da kerikil agar tidak merusak pompa pada proses selanjutnya

Saringan kasar terdiri atas 2 saringan dan operasi pembersihan saringan kasar dilakukan secara manual.

Ukuran saringan kasar (panjang dan lebar saringan) : 1.25 cm x 1.25 cm

 Praperlakuan dengan saringan halus

Fungsi : untuk menyaring benda – benda padat halus yang mungkin masih terbawa oleh air dari saringan kasar.

Misal : pasir, batuan kecil, kerikil.

Saringan halus dibuat 2 lapis dan diatas saringan terdapat pintu besi untuk mengeluarkan limbah padat atau sampah dalam operasi pembersihan secara manual

Ukuran lubang saringan : 1.5 – 6 mm  Pra perlakuan dengan saringan mikro

“ saringan mikro dengan lubang saringan ukuran 0.001 sampai 0.3 mm”

 Praperlakuan dengan keranjang sampah

“keranjang sampah terbuat dari kawat stainless steel untuk menampung limbah padat”

 Praperlakuan saringan pasir dan kerikil

“ digunakan untuk mencegah limbah cair bebas pasir dan kerikil agar tidak mengganggu dan merusak bak penampung dan pompa limbah cair”

(8)

b. Praperlakuan dengan Bak Penampung

Untuk menampung limbah cair yang sudah disaring. Bak penampung dibuat dari beton bertulang dengan kapasitas disesuaikan dengan kebutuhan kapasitas limbah cair yang diinginkan

c. Praperlakuan dengan proses ekualisasi

Untuk meminimumkan dan mengendalikan fluktuasi aliran limbah cair baik kuantitas maupun kualitas yang berbeda dan menghomogenkan konsentrasi limbah cair dalam bak ekualisasi

Pada proses ekualisasi dilengkapi dengan proses aerasi dan pengadukan serta pisau – pisau yang menempel pada dinding untuk meningkatkan gaya vortex yang terjadi. Pengadukan digunakan agar partikel padat tidak mengendap

 Perlakuan fisika pada proses ekualisasi untuk memindahkan padatan tersuspensi atau zat padat dan cair berdasarkan perbedaan densitasnya.

 Waktu tinggal kecepatan aerasi dan pengadukan tergantung pada konsentrasi unsur – unsur dalam limbah cair

 Waktu tinggal lebih kurang 50 menit

 Tujuan aerasi ; untuk mengurangi rasa dan bau tak sedap dari limbah cair., untuk memindahkan komponen mudah menguap dan memindahkan kandungan gas CO2 dalam limbah cair

(9)

Praperlakuan dengan bak ekualisasi dilengkapi dengan aerasi

d. Praperlakuan dengan proses flotasi

proses daya apung untuk memisahkan partikel padatan tersuspensi dari limbah cair dan pemisahan lemak, pelumas dari industri olahan susu sapi dan juga untuk memisahkan partikel padat rendah densitas.

Proses ini banyak digunakan pada industri roti, olahan ikan, dan industri olahan unggas khususnya ayam untuk memisahkan protein dan lemak pada limbah.

Metode flotasi digunakan jika kecepatan pengendapan limbah minyak, lemak dan pelumas dalam limbah cair sangat lambat dan hal ini tidak mengendap di bak sedimentasi.

Lemak pada permukaan limbah cair dipindahkan dengan cara skimming penarik minyak dan lemak. Minyak yang lebih ringan mengapung dipermukaan cairan, kemudian ditampung dalam bak penampunganan.

e. Sedimentasi

Proses sedimentasi limbah cair untuk meisahkan zat padat dan zat cair digunakan prinsip pengendapan grafitasi

(10)

Clarifier atau dekanter

f. Filtrasi

Pemisahan endapan dan cairan dengan cara filtrasi didukung oleh media filtrasi

Media filtrasi :

1. Filter media tunggal : misal pasir dengan diameter 0.5 mm 2. Filter media ganda : misal pasir dengan antrasit

3. Filter dengan multimedia : misal tepung antrasit , pasir dan karbon aktif

g. Metode adsorpsi

Proses adsorpsi digunakan untuk memisahkan senyawa pencemar dalam limbah industri dengan memanfaatkan adsorben sebagai penyerap kontaminan pencemar. Adsorben yang sering digunakan adalah karbon aktif.

Karbon aktif dapat dibuat dari berbagai bahan seperti bahn kayu, batu bara, lignit, tempurung kelapa, tulang ternak dan sayur mayur. Bahan tersebut dibakar atau dipanaskan tanpa menggunakan oksigen pada suhu dibawah 600 0C sehingga akan terbentuk arang utuh.

Arang ini harus melalui proses aktivasi sebelum dapat digunakan sebagai adsorben. Proses aktivasi arang batok kelapa dilakukan dengan proses fisika dan proses kimia untuk menghilangkan kontaminan yang terdapat pada permukaan arang batok kelapa.

(11)

Arang ini diaktivasi dengan menggunakan oksidasi uap pada suhu 315 – 925 0C sehingga pencemar pada permukaan arang batok kelapa hilang dan diperoleh karob aktif. Selain uap, proses aktivasi dapat juga menggunakan gas CO2 atau asam fosfat.

Gambar. Mekanisme adsorpsi karbon aktif terhadap pencemar dalam limbah cair.

Karbon aktif digunakan untuk menghilangkan pencemar organik sintetik terlarut dalam limbah cair. Karbon aktif mampu mengadsorpsi pencemar organik dalam limbah cair melalui pori – pori dipermukaan karbon aktif. Karbon aktif juga mampu menyerap senyawa anorganik seperti merkuri dan senyawa toksik lainnya [Faus dan Aly, 1987 dalam droste, R. L., 1997]

(12)

2. Perlakuan secara kimia

a. Praperlakuan dengan proses netralisasi

Proses netralisasi adalah proses penambahan asam atau basa untuk memperoleh nilai pH limbah cair antara 6.5 – 8.5

Limbah cair yang besifat basa dinetralisasi dengan asam klorida, asam sulfat atau gas CO2. Reaksi kimia netralisasi berlangsung cepat, diperlukan pengadukan, dilengkapi dengan sensor nilai pH, dan alat pengendalian penambahan asam. Limbah cair yang bersifat asam dnetralisasi dengan air kapur Ca(OH)2, kostik soda

(NaOH), soda abu (Na2CO3).

Tujuan proses netralisasi adalah untuk memperoleh air limbah yang relatif bersih dan memisahkan pencemar berbentuk padat seperti padatan tersuspensi

Bak netralisasi dilengkapi dengan tangki asam dan bak pengaduk dan aliran gas CO2

b. Koagulasi dan flokulasi

Pengendapan adalah proses memindahkan padatan dalam limbah cair dengan penambahan bahan koagulan kedalam limbah cair kemudian dipisahkan secara filtrasi. Pengendapan dengan penambahan bahan koagulan dibagi menjadi pengendapan dengan cara koagulasi dan pengendapan cara flokulasi, yaitu :

 Koagulasi : proses destabilisasi partikel senyawa koloid dalam limbah cair. Proses pengendapan dengan menambahkan bahan

(13)

koagulan ke dalam limbah cair sehingga terjadi endapan pada dasar tangki pengendapan.

Gambar. koagulasi

 Flokulasi adalah proses pengendapan pencemar dalam limbah cair dengan penambahan bahan koagulan utama dan koagulan pendukung sehingga terjadi gumpalan sebelum mencapai dasar tangki pengendapan. Tangki flokulasi dilengkapi dengan pengaduk bentuk pedal dan baffle d idinding tangki flokulasi. Limbah cair yang diberi koagulan dengan dosis tertentu diaduk dalam tangki flokulasi dengan kecepatan sangat lambat kemudian pengaduk dimatikan dan didiamkan, maka akan terbentuk endapan di bagian bawah

Gambar. flokulasi

Nilai pH untuk koagulasi harus diperhatikan, disesuaikan dengan zat pembentuk koagulan.

Garam – garam besi bekerja pada nilai pH antara 4,5 s/d 5,5. Sedangakan garam aluminium bekerja pada nilai pH 5,5 s/d 6,3. Limbah cair pada perlakuan primer terdiri atas senyawa organik

(14)

terlarut kemudian mengalir masuk ke dalam tangki sedimentasi dan didiamkan selama 2 s/d 3 jam sehingga terbentuk air limbah relatif bersih dengan campuran padatan dan limbah cair atau lumpur primer.

Jenis bahan koagulan yang digunakan dalam proses pengendapan limbah cair adalah bahan koagulan utama dan koagulan pendukung. Bahan koagulan utama termasuk tawas, ferosulfat, ferisulfat, feriklorida dan bahan pendukung termasuk air kapur, soda abu dan polialuminium klorida [Brennan, J.G., 1977; Droste, D.L., 1997; Kiely, G., 1997]

3. Perlakuan secara biologi

Tujuan perlakuan secara biologi adalah untuk melakukan kontak perlakuan limbah cair dengan mikroba agar terjadi biodegradasi senyawa organik dalam limbah cair menjadi produk tanpa pencemar seperti air, karbondioksida dan biomassa (lumpur) sehingga dihasilkan limbah cair stabil dan tidak menghasilkan senyawa sebagai substrat oleh mikroba dalam proses aerobik air sungai atau badan air yang menerima limbah dan mengurangi nilai BOD limbah cair.

Perlakuan ini berlangsung dalam 3 tahap, yaitu :  Proses limbah cair dalam bioreaktor

 Proses lumpur aktif  Proses submerged bed

Pada proses limbah cair diperoleh hasil air untuk umpan pada trickling filter dengan menggunakan media batu kasar ukuran kurang lebih antara 40 mm s/d 80 mm dimana bakteri akan menempel pada batu batu ini dan hasil air dari trickling filter ini dialirkan ke bak klarifikasi sekunder.

(15)

Lumpur aktif

Lumpur aktif adalah kumpulan endapan sejumlah mikroba aktif yang mnyerupai lumpur.

Lumpur aktif dalam bak diaerasi permukaan dengan cara difusi gelembung udara diikuti dengan brushing dan aerasi dipermukaan limbah cair. Air yang keluar dikirim ke klarifikasi sekunder untuk memisahkan biomassa dan padatan tersuspensi dalam limbah cair.

Proses lumpur aktif menggunakan pendekatan teori fluidisasi, campuran mikroba yang di aerasi untuk menggunakan substrat senyawa organik dalam limbah cair sebagai sumber karbon untuk energi mikroba menjadi produk baru. Kecepatan aerasi adalah volume aliran udara per menit per volume substrat dengan lambang, (vvm).

Proses lumpur aktif

Aliran limbah cair (Q) dicampur dengan aliran lumpur (R) kemudian campuran ini dengan kadar antara 2000 mg/l sampai 4000 mg/l masuk kedalam bioreaktor. Dalam bioreaktor lumpur aktif mengadsorpsi senyawa organik padat tersuspendi selama 20 s/d 40 menit. Rasio laju recycle R/Q bergantung pada konsentrasi padatan tersuspensi cairan campuran.

Proses lumpur aktif

Contoh :

Misal indeks densitas lumpur = 10000 mg/l dan diinginkan konsentrasi padatan tersuspensi cairan campuran = 2500 mg/l maka neraca massa lumpur aktif proses influent dan recycle adalah :

(16)

Q(0) + R(10000) = (Q+R)(2500) maka diperoleh nilai R/Q adalah 2500/7500 x 100% = 33,34%

Jadi laju alir daur ulang recycle adalah 33,34% dari nilai laju alir limbah cair yang masuk ke bioreaktor

Proses anaerobik

Gambar. Bak anaerobik kontinyu untuk nilai BOD tinggi lebih dari 4000 mg/L

Manfaat proses anaerobik adalah prosesnya murah dengan inokulum yang diperoleh dari kotoran sapi atau kerbau dan sekaligus mereduksi nilai BOD. Perlakuan anaerobik sangat baik untuk limbah cair dengan nilai BOD tinggi namun biodegradasi tidak sempurna, karena itu limbah cair yang keluar dari bak anaerobik perlu diproses lebih lanjut. Pada umumnya, waktu tinggal ddi bak anaerobik adalah sekitar 14 hari, namun semuanya tergantung pada jenis limbah organik yang akan diproses. Nilai BOD lebih dari 4000 mg/L dalam limbah cair harus diterapkan sistem proses anaerobik. Produk dari anaerobik selanjutnya diporses secara aerobik, klarifikasi sekunder yang berisi senyawa biomassa, dan perlakuan karbon aktif. Efisiensi pengurangan nilai BOD pada proses anaerobik dari 70% s/d 95% dari nilai BOD awal khususnya industri gula tebu, industri tapioka, dan industri pangan olahan susu sapi dan industri pangan lainnya. Gas metana yang dihasilkan sangat berkaitan erat dengan nilai COD dan efisiensi perlakuan. Nilai COD berkaitan erat dengan nilai BOD. semakin kecil nilai BOD nilai COD semakin kecil juga. Nilai BOD dikonversi menjadi nilai COD atau nilai COD = 1,5 nilai BOD. Gas bio dapat digunakan sebagai bahan bakar pengganti gas LPG dan minyak tanah.

(17)

Daftar Pustaka

Suharto,Ign.,[2011]. Limbah Kimia dalam pencemaran udara dan air, Penerbit Andi, Yogyakarta.

7. Data diri Dosen Pengasuh

Nama : Gusni Sushanti, ST, MT

Email : [email protected]

No. Hp : 082392113747

Pendidikan :

S1 : Teknik Kimia Universitas Sriwijaya S2 : Teknik Kimia Universitas Sriwijaya Pekerjaan :

2009 – 2012 : Staff Pengajar di Prodi Teknik Kimia Akademi Teknologi Industri Padang dan Jurusan Teknik Kimia Universitas Bung Hatta Padang

2012 – 2014 : Staff of Research and Development Department Pindodeli Pulp and Paper Perawang Mill, Riau

2014 – sekarang : Dosen di Prodi Agroindustri Politeknik Pertanian Negeri Pangkep, Sulawesi Selatan