Pengolahan limbah kelapa sawit

  • Published on
    24-Nov-2015

  • View
    113

  • Download
    15

Embed Size (px)

DESCRIPTION

dengan menggunakan UASB

Transcript

  • Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008

    Universitas Lampung, 17-18 November 2008

    ISBN : 978-979-1165-74-7 III-521

    PENENTUAN PARAMETER KINETIKA PROSES ANAEROBIK CAMPURAN

    LIMBAH CAIR INDUSTRI MENGGUNAKAN REAKTOR UPFLOW ANAEROBIC SLUDGE BLANKET (UASB)

    Panca Nugrahini, T.M.Rizki Habibi dan Anita Dwi Safitri

    Jurusan Teknik Kimia Universitas Lampung Jl. Sumantri Brojonegoro No. 1 Bandar Lampung 35145

    ABSTRAK

    Studi Kinetika proses anaerob campuran limbah cair agro industri ( industri sawit, gula, tapioka ) merupakan dasar penting dalam desain bioreaktor Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) dengan menggunakan lumpur aktif anaerobik (anaerobic activated sludge) sebagai starter mikroorganisme pendegradasi limbah cair tersebut. Limbah cair industri gula berasal dari PTPN VII. Bunga Mayang, limbah cair tapioka berasal dari Industri Tepung Tapioka Rakyat (Ittara) di Desa Bumima Kec. Batanghari Lampung Timur dan limbah cair sawit dari PTPN VII. Rejosari. Pelaksanan penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan konsentrasi COD umpan dan waktu tinggal cairan ( HRT ). COD umpan diatur 5000, 10000, 15000, 20000 mg/L , HRT diatur pada 12, 10, 8, 6 jam. Efisiensi reduksi COD limbah cair campuran yang dihasilkan cukup baik, hingga mencapai rentang 63,20% -82,90 %. Akumulasi gas rata-rata yang dihasilkan tiap eksperimen besar mencapai rentang 155-306,66 mL/hari . Pada penelitian ini juga telah berhasil dieksplorasi data parameter kinetika pada proses biodegradasi anaerobik campuran limbah cair agro industri antara lain Konstanta setengah jenuh ( Ks ), laju pertumbuhan spesifik maksimum ( m ), Perolehan biomassa (Y), Konstanta laju kematian mikroorganisme ( kd ) dan konstanta pemanfaatan substrat maksimum ( k ) , yaitu berturut-turut 33,1719 g/l., 5,533 hari-1, 0,4416gVSS/gCOD , 1,7341 hari-1, 12,53 hari-1. Dengan diketahuinya parameter kinetika ini, diharapkan penerapan dan perancangan sistem bioreaktor UASB dengan teknologi sel terimmobilisasi ini dapat direalisasikan, sehingga upaya untuk mewujudkan suatu teknologi yang dapat digunakan untuk mengolah campuran limbah secara terpadu, efektif dan efisien suatu saat dapat diterapkan. Kata kunci : Parameter Kinetika, Anaerobik, reaktor UASB, limbah cair campuran. 1. PENDAHULUAN

    Industri gula tebu, industri tepung tapioka dan Industri kelapa sawit merupakan industri

    yang menghasilkan limbah cair dalam jumlah yang besar dengan konsentrasi karbon masing-

    masing 8000-10000 mg COD/L ( PT. Bunga Mayang ), 30.000 mg COD/L ( PTPN VII

    Rejosari ) dan Tapioka rakyat .Ketiga industri ini sangat berpotensi mencemari lingkungan

    jika tidak dilakukan pengolahan terlebih dahulu.

    Langkah yang telah ditempuh oleh ketiga industri tersebut dalam menangani masalah

    limbah tersebut adalah dengan sistem pengolaan limbah cair lagoon / pond anarobik terbuka

    dimana sistem tersebut akan merombak kandungan polutan karbon dan nitrogen menjadi gas

  • Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008

    Universitas Lampung, 17-18 November 2008

    ISBN : 978-979-1165-74-7 III-522

    metan, karbon dioksida , dan senyawa lainnya oleh mikroorganisme anaerobik. Gas-gas tersebut

    kemudian terdispersi ke atmosfir/ udara terbuka secara alami. Namun pengolahan dengan cara

    tersebut membutuhkan kolam yang banyak dan besar sehingga memerlukan lahan yang besar,

    selain itu gas yang dihasilkan berpotensi menimbulkan pemanasan global dan meningkatkan

    polusi tetapi gas metan yang dihasilkan dari proses pengolahan limbah cair tersebut dapat

    dijadikan sebagai sumber bahan bakar alternatif karena dapat menghasilkan biogas yang dapat

    diperbaharui dari sistem anaerobik sehingga limbah cair dipandang sebagai salah satu bahan

    yang dapat menyediakan sumber energi terbarukan.

    Perombakan sistem pengolahan konvensional yang mengemisi gas metan dapat dilakukan

    dengan penerapan sistem aerobik (full aerobic), tetapi proses tersebut butuh aerasi dan

    menghasilkan lumpur dalam jumlah yang besar yang juga harus diolah lebih lanjut, sehingga

    pembiayaan proses relatif tinggi. Alternatif lain adalah mengadopsi teknologi CIGAR (covered

    in ground anaerobic reactor) dengan mengisolasi kolam anaerobik dengan plastik, sehingga gas

    metan dapat diakumulasi .Tetapi proses CIGAR masih sangat baru. Proses evaporasi telah

    dikembangkan untuk pengolahan limbah cair pengolahan CPO ,tetapi teknologi tersebut

    mengkonsumsi energi yang besar .Demikian juga dengan teknologi membran yang cenderung

    mahal.

    Alternatif lain yang dapat dilaksanakan adalah dengan mengolah ketiga jenis limbah cair

    tersebut dalam suatu unit IPAL khusus menggunakan teknologi proses sel terimobilisasi.

    Dengan cara tersebut, pihak industri hanya diwajibkan mengirim limbah ke komplek IPAL

    khusus, sehingga pabrik tidak akan terbebani biaya dan pengoperasian IPAL. Keuntungan yang

    akan diperoleh pihak pabrik adalah pembiayaan proses produksi pabrik dapat berkurang,

    sehingga harga jual produk pabrik ke masyarakat dapat diturunkan.

    Penelitian tentang pengolahan limbah cair campuran dari tiga jenis industri tersebut

    dengan menggunakan teknologi proses anaerobik UASB telah dilakukan dan berjalan dengan

    baik (Pratama dkk, 2007). Pada penelitian tersebut, telah berhasil dieksplorasi kondisi operasi

    untuk pengolahan limbah cair gabungan. Reduksi COD limbah cair berada pada rentang yang

    baik, yaitu sekitar 67,07%-82,52% (rata-rata) dengan laju beban organik sebesar 6-36 kg

    COD/m3/hari, sehingga proses degradasi limbah cair yang berasal dari campuran limbah cair

    industri menggunakan bioreaktor UASB merupakan alternatif yang baik. Dalam riset tersebut

    juga didapatkan bahwa pada kondisi pH-nutrisi alami dengan nilai pH 5,5-6,5 proses degradasi

    COD limbah cair campuran berjalan lebih maksimal.

    Proses biodegradasi limbah cair campuran dengan menggunakan reaktor UASB telah

    dilakukan dan bekerja dengan baik, namun proyeksi skala besar pengembangan bioreaktor

    UASB belum dapat dilakukan karena nilai parameter kinetika pada kondisi yang terbaik belum

    dikalkulasi. Maka berdasarkan uraian tersebut, adalah penting untuk mengkaji lebih lanjut

  • Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008

    Universitas Lampung, 17-18 November 2008

    ISBN : 978-979-1165-74-7 III-523

    pengembangan sistem IPAL khusus dengan teknologi sel terimobilisasi UASB lewat nilai

    parameter kinetika pertumbuhan biologi agar estimasi kelayakan finansial proses UASB

    pengolah campuran limbah cair industri tersebut dapat diaplikasikan di lapangan, sehingga

    upaya untuk mewujudkan suatu industri dengan prinsip wastewater treatment, energy

    generation and water preparation suatu saat dapat diterapkan

    2. METODE PENELITIAN

    2.1 BAHAN

    Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah cair tapioka yang

    diambil dari industri tepung tapioka rakyat desa Sumber Agung 50 Batang hari, Metro,dan

    limbah cair gula diambil dari PTPN VII Unit Pengolahan Gula Bunga Mayang, sedangkan

    limbah cair industri minyak kelapa sawit diambil dari PTPN VII Unit Pengolahan Sawit

    Bekrie. Bahan baku yang lainnya yaitu lumpur anaerobik dan air suling

    2.2 VARIABEL PROSES

    Variabel proses yang digunakan adalah konsentrasi COD umpan 5000,

    10000,15000,20000 mg/l dan dengan waktu tinggal hidraulik 12,10,8,6 jam. Parameter yang

    diamati antara lain : Reduksi COD, Konsentrasi Biomassa sebagai VSS dan biogas. Metode

    analisa sesuai dengan metoda metode standar ( APHA ) , sedangkan volume gas dengan gas

    metering unit.

    3. HASIL DAN PEMBAHASAN

    Nilai rata-rata dari setiap faktor yang diobservasi pada setiap kondisi percobaan dapat

    dilihat pada Tabel 1. Dari Tabel dapat diketahui bahwa nilai reduksi kandungan COD limbah

    cair berada pada rentang 63,20 % - 82,90 %, kandungan TSS adalah sekitar 142 - 320 mg/L ,

    turbiditas pada nilai 156 - 562 FAU , produksi gas 155,00 306,66 dan konsentrasi

    mikroorganisme berada pada 1,5442 5,3013 mg/L

  • Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008

    Universitas Lampung, 17-18 November 2008

    ISBN : 978-979-1165-74-7 III-524

    Tabel 1. Nilai faktor pada setiap run (perlakuan)

    Nilai Akhir Tiap Pengamatan Nilai Rerata Run

    Reduksi COD Turbiditas TSS pH Produksi Gas VSS

    1 79.00 % 210 160 6,94 245,00 1,6485

    2 80.86 % 156 142 5,86 211,67 1,5442

    3 73.40 % 236 245 5,81 185,83 2,0167

    4 82.90 % 171 145 6,3 306,66 3,8500

    5 75.26 % 326 253 5,81 208,33 3,3117

    6 63.20 % 560 320 5,63 266,25 4,9513

    7 69.90 % 562 287 6,5 155,00 5,3013

    3.1 Profil Reduksi COD Terhadap COD Umpan seluruh run

    COD merupakan variabel terpenting yang menunjukkan berhasil atau tidaknya proses

    degradasi. Hubungan COD keluaran dengan persen reduksi COD seluruh run digambarkan pada

    gambar 1

    0

    5000

    10000

    15000

    20000

    25000

    14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58

    Waktu Oprsi (hari)

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    COD Efluen

    COD Influen

    ReduksiCOD (%)

    Kad

    ar C

    OD

    (mg/

    L)

    Red

    uksi

    CO

    D (%

    )

    VIIII III IV V VI I

    Gambar 1 Hubungan waktu terhadap Reduksi COD seluruh Run

    Pada Grafik terlihat, bahwa persentase reduksi COD terbesar terdapat pada run keempat

    pada konsentrasi COD umpan sebesar 10000 mg/L dengan persentase sebesar 82,9 %.

    Sedangkan persentase reduksi COD terkecil terdapat pada run keenam dan ketujuh yaitu

    sebesar 63,2 % dan 69,9 %. Reduksi COD terkecil terdapat pada run keenam karena bakteri

    pendegradasi telah berkurang banyak, hal ini disebabkan karena adanya lumpur aktif yang

    terbawa oleh effluent.

  • Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008

    Universitas Lampung, 17-18 November 2008

    ISBN : 978-979-1165-74-7 III-525

    Reduksi COD terbesar terdapat pada run keempat karena bakteri pendegradasi limbah

    cair dapat bekerja secara optimal pada tahap ini. Hal ini disebabkan karena waktu tinggal (HRT)

    yang cukup lama untuk memberi kesempatan kontak lebih lama antara lumpur anaerobik

    dengan limbah cair, sehingga proses degradasi menjadi lebih baik dibandingkan dengan run VI

    dan VII yang HRT nya hanya 6 jam sehingga penyisihan COD nya lebih kecil. Hal ini

    disebabkan karena besarnya OLR yang mempunyai pengaruh langsung terhadap reduksi COD,

    dan laju pembentukan gas.

    Pada run kedua, ketiga dan kelima, degradasi anaerobik dapat berlangsung dengan cukup

    baik dengan persentase rata-rata reduksi COD berturut-turut adalah 80,8 %, 73,4 % dan 75,26

    %.

    3.2 Hubungan Reduksi COD Terhadap Akumulasi Gas

    Gas yang terbentuk dalam penelitian merupakan hasil dari proses degradasi COD

    campuran limbah oleh mikroba dalam lumpur anerobik yang merupakan media utama

    pendegradasi dalam sistem UASB ini. Selama penelitian dilaksanakan, jumlah akumulasi gas

    yang didapatkan sangat fluktuatif, seperti diilustrasikan dalam Gambar 2 berikut

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58

    Waktu Oprasi (Hari)

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    450

    Reduksi CODAkumulasi Gas A

    kum

    ulas

    i Gas

    (ml/H

    ari)

    Red

    uksi

    CO

    D (%

    )

    VIII III IV V VII

    Gambar 2 Hubungan Reduksi COD terhadap Akumulasi Gas

    Dari gambar dapat diamati bahwa jumlah gas yang terakumulasi sebanding dengan tingkat

    COD campuran limbah cair yang diumpankan. Tingkat reduksi yang tinggi akan menghasilkan

    jumlah akumulasi gas yang besar dan begitu juga sebaliknya. Jumlah gas yang diakumulasi

    pada penelitian ini berada pada rentang rata-rata 155-370 mL/hari dimana akumulasi terendah

    berada pada run VII, sedangkan yang paling tinggi berada pada run IV. Namun jumlah

    akumulasi gas selama penelitian ini tidak menunjukkan jumlah total gas yang dihasikan oleh

    proses biodegradasi. Hal ini dikarenakan ketidak akuratan gas metering unit yang digunakan.

  • Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008

    Universitas Lampung, 17-18 November 2008

    ISBN : 978-979-1165-74-7 III-526

    Selain itu adanya pengaruh aliran gas yang ikut terbawa bersama effluen menuju ke tangki

    settler (kebocoran gas) juga masih terjadi seperti penelitian sebelumnya (Pratama,dkk.2007).

    3.3 Konsentrasi Biomassa dan Parameter Kinetika 1. Konsentrasi Biomassa

    Konsentrasi Biomassa didalam reaktor diukur sebagai padatan tersuspensi menguap (

    VSS ) yang terdapat didalam bioreaktor dan cairan substrat. Data hasil Pengukuran Konsentrasi

    Biomassa disajikan dalam tabel. 2

    ( jam )

    Konsentrasi COD umpan

    ( mg/L )

    Konsentrasi Biomassa ( VSS )

    ( mg/L)

    12 5000 1,6485

    10 5000 1,5442

    10 10000 2,0167

    8 10000 3,85

    8 15000 3,3117

    6 15000 4,9513

    6 20000 5,3013

    Tabel. 2. Konsentrasi Biomassa setiap run

    Dari data yang diperoleh diketahui bahwa penurunan waktu tinggal hidraulik ( HRT )

    atau peningkatan laju pembebanan COD menimbulkan peningkatan konsentrasi biomassa di

    dalam reaktor. Peningkatan konsentrasi biomasa berkaitan dengan banyaknya nutrisi yang ada

    dalam sistim, walaupun dalam penelitian ini dengan nutrisi alami tetapi konsentrasi biomassa

    nya tinggi. Dengan peningkatan pembebanan organik berarti meningkatnya pasokan makanan

    yang diperlukan oleh bakteri anaerob dengan sendirinya kebutuhan nutrisi untuk pertumbuhan

    bakteri dapat dicukupi sehingga pertumbuhan bakteri anaerob lebih baik dibandingkan dengan

    pasokan makanan yang rendah.

    2. Perhitungan Parameter Kinetika ( ks, k,y,kd, ) Konsentrasi setengah jenuh ( Ks ) dinyatakan sebagai konsentrasi substrat pada waktu

    separuh pertumbuhan maksimum (konstanta setengah jenuh), sedangkan k didefinisikan sebagai

    laju pemanfaatan substrat maksimum terhadap jumlah massa mikroorganisme yang

    berkembang.

    Dari data Konsentrasi Biomassa dan konsentrasi bahan organik ( COD ) pada reaktor

    dapat dihitung ks dan k pada sistem anaerobik dalam bioreaktor UASB.

    Data-data yang digunakan dalam perhitungan ks dan k dapat dilihat pada tabel 3 dibawah ini:

  • Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008

    Universitas Lampung, 17-18 November 2008

    ISBN : 978-979-1165-74-7 III-527

    ( hari )

    X

    ( g/L )

    So

    ( g/L )

    Se

    ( g/L )

    1/Se .X/So-Se

    0,5 1,6485 5 3,95 0,253 0,785

    0,4167 1,5442 5 4,043 0,247 0,6724

    0,4167 2,0167 10 7,34 0,136 0,3159

    0,3333 3,8500 10 8,29 0,1206 0,7497

    0,333 3,3117 15 11,29 0,0885 0,2973

    0,25 4,9513 15 9,48 0,1055 0,242

    0,25 5,3013 20 13,98 0,0715 0,202

    Tabel. 3. Data-data perhitungan menghitung ks dan k

    Persamaan yang digunakan untuk menghitung ks dan k adalah persamaan dibawah ini:

    {(k S)/(Ks+S)} = (So-S)/X ..................................... ( 4.3 ) Dari persamaan 4.3 diatas bila dialurkan .X/So-Se dengan 1/Se diperoleh kemiringan ( slope )

    = Ks/k dan intersep = 1/k . Penentuan parameter kinetika Ks dan k diperlihatkan pada gambar

    grafik 4.22

    y = 2.6474x + 0.0798R2 = 0.5841

    0.00E+00

    1.00E-01

    2.00E-01

    3.00E-01

    4.00E-01

    5.00E-01

    6.00E-01

    7.00E-01

    8.00E-01

    9.00E-01

    0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

    1/Se ( L/gCOD )

    X.O

    /So-

    Se (

    gCO

    D/gV

    SS.h

    ari)

    ks dan kLinear (ks dan k)

    Gambar. 3 Menentukan Parameter Kinetika Ks dan k

    Dari gambar 3 diperoleh intersep = 0,0798 = 1/k = 0,0798...