Jurnal

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 : [email protected]
Abstrak
Pendahuluan
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
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. Parameterparameter 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,
Vol. 01 No. 01 Mei 2017 124
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
dapat diatur sesuai dengan
Vol. 01 No. 01 Mei 2017 125
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
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.
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.
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
menyeluruh dari penerapan sistem
Vol. 01 No. 01 Mei 2017 126
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
Gambar 2 Membran berbentuk Hollow berkaitan
dengan strategi
dan
Fiber
kompetisi. Penerapan ISO 14001
juga memberikan banyak manfaat
2.3.1
Kelebihan
Teknologi bagi perusahaan. beberapa manfaat
Membran
yang penting yaitu meningkatkan
Jika dibandingkan dengan
kinerja
lingkungan,
mengurangi
teknologi pemisahan lainnya,
biaya dan meningkatkan akses
keunggulan dari teknologi membran
pasar.
ISO
14001:2004
antara lain adalah :
memiliki
banyak
manfaat
- Proses pemisahan dapat
diantaranya:
dilaksanakan secara
berkesinambungan (continuous)
menurunkan potensi dampak
- Konsumsi energi umumnya rendah
terhadap lingkungan
- Dapat dengan mudah dipadukan
meningkatkan
kinerja
dengan
lingkungan
teknologi pemisahan lainnya (hybrid)
memperbaiki
tingkat
- Umumnya dioperasikan dalam
pemenuhan
(compliance)
kondisi sedang
peraturan
(bukan pada tekanan dan
mengurangi dan
mengatasi
temperatur
resiko
lingkungan
yang
tinggi) dan sifat membran mudah
mungkin timbul.
untuk
dapat
menekan
biaya
dimodifikasi
produksi
- Mudah untuk melakukan up-scaling
dapat mengurangi kecelakaan
- Tidak memerlukan aditif
kerja
dapat memelihara hubungan
2.4 Sistem
Manajemen
baik
dengan
masyarakat,
Lingkungan ISO
pemerintah dan pihak-pihak
14001:2004
yang
peduli
terhadap
Sistem Manajemen Lingkungan
lingkungan.
merupakan
bagian
integral
dari
sistem
manajemen
perusahaan
secara keseluruhan yang terdiri dari
satu
set
pengaturan-pengaturan
dengan pola aliran cross-flow yaitu
secara sistematis
cairan merembes melewati pori
membran
sedangkan
padatan
Metodologi Penelitian
biomassa
tertahan
dipermukaan
Vol. 01 No. 01 Mei 2017 127
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
Gas
Holder
Limbah Cair
Tangki
Equalisasi
Bioreaktor
Anaerob
Boiler
Sedimentasi
Membran
Air Hasil
Olahan
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.
Vol. 01 No. 01 Mei 2017 128
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
Vol. 01 No. 01 Mei 2017 129
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)
Gambar 4 Spesifikasi bioreaktor
anaerob
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 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 Gambar 8 Grafik Perbandingan
pada bioreaktor maka semakin tinggi Waktu Tinggal Cairan Vs Effisiensi
juga effisiensinya hal ini di sebabkan Penyisihan BOD
karena mikroorganisme dalam reaktor
Vol. 01 No. 01 Mei 2017 130
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)
350
Membran 0,05 mm
Membran 0,10 mm
Membran 0,15 mm
F
luks (L/ m2.ja
m)
300
250
200
150
100
50
0
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
5 15 30 50 70 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380
Saran
Waktu(menit)
Perusahaan harus lebih efektif
dalam mengolah limbah cairnya dan
memantau limbah cair sebelum di di
lepaskan ke perairan dan melakukan
Gambar 9 Grafik Perbandingan Waktu
Vs Fluks membran selama proses
Vol. 01 No. 01 Mei 2017 131
pengolahan
inovasi pengolahan limbah cair
bekerja sama dengan instansi terkait
Berdasarkan
hasil
analisa
fluks dan perguruan tinggi.
membran dengan ketebalan 0,05 mm
pada tekanan 0,7 bar di mulai pada
Daftar Pustaka
2
318 L/m .jam kemudian dengan
menaikkan tekanan 1,4 bar fluks
1. Ahmad, A. dan Wenten, I. G.
2
cairan mencapai 222 L/m .jam dan
1999. “Membran Bioreaktor
pada saat tekanan di naikkan lagi
anaerob Untuk Pengolahan
menjadi 2,1 bar fluks cairan menjadi
Limbah Cair Industri Minyak
171 L/m2.jam. penurunan nilai ini
Kelapa
sawit“,
Proceding
disebabkan oleh adanya peristiwa
Seminar Tekonologi Proses
fouling
yang
menyebabkan
Kimia
I.
FT.
Universitas
penurunan seiring dengan waktu
Indonesia. Jakarta.
penyaringan. Peristiwa fouling ini
2. ASME Boiler and Pressure
disebabkan oleh kotoran – kotoran
Vessel Code, Section VIII
yang masih terkandung dalam feed
Division -1 edition 2010, Rules
dan terdorong oleh tekanan sehingga
for Construction of Pressure
dapat menyebabkan tertutupnya pori
Vessels July 1,2010
pada membran dan menyebabkan
3. John
W.Dufour,
William
penurunan
fluks.Peristiwa
fouling
E.Nelson , “Centrifugal Pump
yang terjadi pada membran dengan
Sourcebook”, Mc Graw-Hill,
ketebalan 0,05 mm juga terjadi pada
Inc, 1992
penyaringan
membran
dengan
4. Peter, M.S and Timmerhaus,
ketebalan 0,10 mm dan membran
K.D 1968. “Plant Design and
dengan ketebalan 0,15 mm. hasil
Economic
for
Chemical
analisa
keragaman
menunjukkan
Engineers” 2 ed. Mc Graw Hill
bahwa ketebalan membran tidak
Bok Company, inc. New York
memberikan pengaruh nyata pada
fluks cairan
Vol. 01 No. 01 Mei 2017 132