Pengaruh Jarak Antara Elektroda Pada Reaktor Elektrokoagulasi Terhadap Pengolahan Effluent Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT DI INDONESIA
Indonesia merupakan produsen dan pengekspor minyak kelapa sawit
mentah terbesar di dunia. Hal tersebut didukung besarnya area penanaman kelapa
sawit di Indonesia yang meningkat dua kali lipat dalam sepuluh tahun terakhir,
dimana luas tersebut memenuhi sekitar 5% dari total area penanaman di
Indonesia. Produksi minyak kelapa sawit mentah pada industri kelapa sawit juga
meningkat, dari perolehan yield yang stagnan sejak tahun 1970-an yaitu 3,8 ton
per ha meningkat menjadi 5 ton per ha [12]. Industri kelapa sawit ini cukup
memberikan kontribusi terhadap pertumbuhan ekonomi nasional, namun dari
proses produksi dalam skala besar oleh industri tersebut juga menghasilkan
limbah dalam jumlah yang besar [13].
Dari proses pengolahan kelapa sawit di pabrik kelapa sawit (PKS)
dihasilkan berupa limbah cair, yang disebut palm oil mill effluent (POME).
Limbah cair tersebut bersumber dari adanya sejumlah besar air dibutuhkan pada
proses ekstraksi minyak dari kelapa sawit, yaitu pada proses perebusan buah dan
proses pemurnian minyak [14]. Limbah cair tersebut sangat berpotensi mencemari
lingkungan, sehingga pabrik diharapkan mampu menangani dan memproses
limbah tersebut dengan peningkatan teknologi pengolahan [15].
2.2
BAKU MUTU DAN KARAKTERISTIK LIMBAH CAIR PABRIK
KELAPA SAWIT
Limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) memiliki parameter kandungan
dalam limbah seperti : biological oxygen demand (BOD5), chemical oxygen
demand (COD), total solid (TS), total suspended solid (TSS), minyak dan lemak
yang harus diperhatikan sebelum dibuang karena kandungan yang terlalu tinggi
berpotensi mencemari lingkungan. Parameter tersebut diwajibkan memenuhi
standar baku mutu yang ditetapkan berdasarkan Keputusan Menteri Lingkungan
Hidup Nomor 5 Tahun 2014 tentang baku mutu air limbah cair untuk industri
minyak sawit disajikan pada Tabel 2.1 berikut ini.
5
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Baku Mutu Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit [16, 17]
No
Parameter
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
BOD5
COD
TSS
TS
Minyak dan Lemak
Nitrogen Total
pH
Debit Limbah Paling Tinggi
Kadar Paling
Tinggi (mg/L)
100
350
250
100
25
50
Beban Pencemaran
Paling Tinggi (Kg/Ton)
0,25
0,88
0,63
0,063
0,125
6,0-9,0
2
2,5 m per ton produk minyak sawit crude
palm oil (CPO)
Karakteristik dari limbah cair pabrik kelapa sawit tergantung pada kualitas
bahan baku maupun proses produksi pada pabrik kelapa sawit [2]. Limbah cair
pabrik kelapa sawit merupakan campuran yang berasal dari buangan kondensat
sterilizer, sludge dari separator dan air buangan dari hydrocyclone, dengan
komposisinya terdiri dari air, minyak dan padatan yang tersuspensi membentuk
campuran koloid berwarna coklat. Temperaturnya cukup tinggi yaitu 80oC – 90oC,
dengan kandungan biochemical oxygen demand (BOD) yang tinggi [18].
Karakteristik limbah cair pabrik kelapa sawit yang berasal dari PT. PP London
Sumatra di Bagerpang disajikan pada tabel 2.2 berikut ini.
Tabel 2.2 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit PT. PP London Sumatra
di Bagerpang [19]
No
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Parameter Mutu
Dissolved Oxygen (mg/L)
COD (mg/L)
BOD (mg/L)
TS (mg/L)
TSS (mg/L)
Total Volatile Solid (mg/L)
Volatile Suspended Solid (mg/L)
P Alkalinity (mg/L)
Total Alakalinity (mg/L)
VFA (mg/L)
Oil & Grease (mg/L)
Total N (mg/L)
NH3-N (mg/L)
pH
Raw Effluent
5.0
81600
44800
70530
41390
11380
4890
1972
5685
1188
54
4.77
Outlet Anaerobic Pond
6.3
3480
1900
12810
5220
7550
1970
245
6564
890
49
342
280
8.29
6
Universitas Sumatera Utara
Limbah cair dengan komposisi seperti yang disajikan pada Tabel 2.2
tersebut tidak dapat langsung dibuang ke aliran sungai atau tanah karena dapat
menurunkani kualitas air. Maka perlu dilakukannya pengendalian dengan cara
mengolah terlebih dahulu limbah cair tersebut sebelum dibuang ke lingkungan.
2.3
PENGOLAHAN LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT
Dengan adanya kandungan COD dan BOD yang sangat tinggi, limbah cair
pabrik kelapa sawit menimbulkan ancaman besar terhadap kualitas lingkungan air
di sekitarnya. Dalam beberapa tahun terkahir ini, banyak metode yang telah
dikembangkan untuk mengontrol pencemaran oleh limbah cair pabrik kelapa
sawit, diantaranya digunakan sebagai irigasi tanaman, sebagai pakan ternak,
dilakukan dengan pengendapan dan pengeringan, penguapan,
skimming
sederhana, koagulasi, flotasi, adsorpsi, ultrafiltrasi, dan berbagai teknologi
biodegradasi [20].
Teknik-teknik konvensional yang banyak dipakai seperti pengolahan secara
biologis memiliki beberapa kekurangan yaitu biaya operasional yang tinggi,
waktu tinggal yang lama serta penggunaan kolam dengan luas yang cukup besar.
Salah satu alternatif pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit lainnya adalah
dengan proses elektrolisis dan elektrokoagulasi [10].
Elektrokoagulasi adalah sistem pengolahan air limbah yang sangat efektif
menghilangkan polutan dan menghasilkan gas hidrogen secara bersamaan sebagai
pendapatan untuk mengimbangi biaya operasional. Elektrokoagulasi telah diuji
positif untuk mengolah air limbah dari pembersih uap, mesin cuci, manufaktur
tekstil, plat logam, laundry komersial, operasi pertambangan, sistem pembersih
limbah kota dan limbah industri kelapa sawit [21].
2.4
ELEKTROLISIS DAN ELEKTROKOAGULASI
2.4.1 Elektrolisis
Elektrolisis merupakan metode yang digunakan untuk menghasilkan
hidrogen sebagai energi alternatif yang bersih dan bebas polutan dari sumber yang
dapat diperbaharui, yaitu air. Elektrolisis air merupakan teknologi yang matang
dengan tingkat efisiensi >70%. Hidrogen dihasilkan dengan memisahkan air
7
Universitas Sumatera Utara
menjadi komponen-komponen penyusunnya, yaitu hidrogen dan oksigen, dengan
mengalirkan arus listrik di antara dua elektroda di dalam air [22].
Elektrolisis juga dapat digunakan sebagai metode pengolahan pengolahan
limbah cair pabrik tekstil, makanan, petroleum, serat kimia dan lain-lain [23].
Penggunaan elektrosis dalam pretreatment limbah cair pabrik kelapa sawit yang
sekaligus menghasilkan gas hidrogen dapat meminimalisir biaya pemeliharaan,
sekaligus memberikan kontribusi dalam menejemen bahan bakar dan masalah
polusi [24].
Pada proses elektrolisis digunakan aluminium (Al) atau besi (Fe) sebagai
elektroda, dimana penggunaan elektroda aluminium lebih efisien daripada
elektroda besi. Reaksi dengan logam (M) pada anoda seperti berikut :
M(s) → M(aq)n+ + ne2H2O(l) → 4H+(aq) + O2(g) + 4eMaka reaksi pada katoda :
M(aq)n+ + ne- → M(s)
2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OHDari hasil elektrolisis tersebut dihasilkan ion hidroksil yang dikenal sebagai
salah satu cairan radikal paling reaktif, yang akan mengoksidasi komponenkomponen organik dalam limbah cair karena memiliki afinitas yang tinggi.
Dihasilkannya hidroksida akan menarik partikel-partikel yang tersuspensi
sehingga menyebabkan koagulasi. Gas yang dihasilkan juga membantu
pemindahan padatan yang tersuspensi [8, 10].
2.4.2 Elektrokoagulasi
Elektrokoagulasi adalah teknik yang digunakan untuk mengolah air limbah
untuk memulihkan zat-zat kimia yang masih bernilai. Keuntungan utama dari
elektrokoagulasi dibandingkan dengan teknik konvensional lainnya, seperti
koagulasi kimia atau adsorpsi, adalah adanya penghantaran agen reaktif tanpa
menghasilkan polusi sekunder, dan menggunakan peralatan yang ringkas [25].
8
Universitas Sumatera Utara
2.4.3 Prinsip Kerja Elektrokoagulasi
Elektrokoagulasi merupakan teknologi yang mengkombinasikan fungsi dan
keuntungan dari teknik konvensional seperti koagulasi, flotasi dan elektrokimia
dalam air pada pengolahan limbah cair [26]. Prinsip kerja elektrokoagulasi adalah
dengan menggunakan proses elektrolisis, yaitu proses yang melibatkan reaksi
oksidasi dan reduksi yang terjadi ketika aliran listrik diberikan dalam cairan
elektrolit [27]. Proses ini melibatkan penggunaan arus listrik yang dialirkan ke
elektroda di dalam tangki reaktor dimana akan dihasilkan agen koagulasi dan gas
gelembung. Selain itu, elektrokoagulasi adalah teknik yang melibatkan
penambahan elektrolit dari koagulan ion logam secara langsung dari elektroda.
Ion-ion ini akan berkoagulasi dengan polutan dalam cairan, mirip dengan
penambahan bahan kimia koagulan seperti tawas dan besi klorida, yang
dilanjutkan dengan sedimentasi dan flotasi [28].
Penggumpalan dan pemisahan polutan terjadi karena ketidakstabilan
partikel yang ditimbulkan selama proses elektrolisis dan elektrokoagulasi.
Destabilisasi partikel ini dicapai melalui dua mekanisme, yaitu yang pertama
adanya kation yang dihasilkan dari proses hidrolisis air yang akan menetralkan
partikel-partikel anion, dan yang kedua adalah penyapuan flokulasi dimana
partikel-partikel pengotor terjebak dan dipindahkan ke dalam endapan hidroksida
yang terbentuk. Selanjutnya gelembung-gelembung mikro (H2 dan O2) yang
dihasilkan di permukaan elektroda akan membawa gumpalan-gumpalan polutan
yang terbentuk menuju permukaan air [29].
2.4.4 Jenis Plat Elektrokoagulasi
Pada
proses
elektrokoagulasi
dalam
penanggulangan
air
limbah,
menggunakan elektroda yang dikorbankan (sacrificial elektrode) [30]. Beberapa
jenis material umum yang digunakan adalah aluminium (Al) dan besi (Fe). Dari
hasil yang diperoleh peneliti sebelumnya diperoleh informasi alumininium
merupakan material terbaik [31, 32].
Keunggulan dan kelemahan dari masing-masing material yang digunakan
sebagai plat pada proses elektrokoagulasi sebagai berikut :
9
Universitas Sumatera Utara
1. Aluminium
Keunggulannya adalah:
• Stabil
• Tidak mudah mengalami korosi
• Persentase penghilangan COD lebih besar dari besi
• Baik dalam penurunan turbiditas dan menghilangkan warna
Kelemahannya adalah:
• Sensistif terhadap perubahan temperatur
• Harganya mahal
2. Besi (Fe)
Keunggulannya adalah:
• Dapat menghilangkan sulfida
• Tidak sensitif dalam perubahan temperatur
• Harganya murah
Kelemahannya adalah:
• Mudah mengalami korosi [32, 33]
2.4.5 Pengaruh Jarak Antara Elektroda Pada Reaktor Elektrokoagulasi
Jarak antara elektroda berpengaruh pada penurunan konsentrasi TSS, COD
dan BOD. Semakin dekat jarak antara elektroda maka penurunan konsentrasi TSS
semakin besar disebabkan oleh jarak yang jauh maka lintasan perputaran arus
listrik semakin sedikit menyebabkan kurangnya efisiensi penurunan konsentrasi
TSS, efisiensi dari COD dan BOD juga berkurang karena transfer elektron yang
semakin lambat [34, 35].
2.4.6 Kelebihan Teknik Elektrokoagulasi
Berikut ini merupakan beberapa keunggulan dari teknik elektrokoagulasi
yaitu :
1. Menanggulangi berbagai kontaminan secara bersamaan hanya dengan
menggunakan satu teknologi saja.
2. Biaya modal dan biaya operasi secara signifikan lebih rendah dari pada
teknologi alternatif lainnya.
10
Universitas Sumatera Utara
3. Membutuhkan daya yang rendah.
4. Tidak membutuhkan tambahan zat kimia.
5. Mudah dalam perawatan (maintenance) serta tidak membutuhkan
perhatian lebih.
6. Menghilangkan padatan tersuspensi dan padatan koloid.
7. Merusak emulsi minyak dalam air, menghancurkan serta menghilangkan
bakteri dan virus.
8. Hasilnya konsisten dan terpercaya.
9. Meminimisasi lumpur (sludge) [36].
2.4.7 Kelemahan Teknik Elektrokoagulasi
Dari keunggulan yang dipaparkan sebelumnya, terdapat juga kelemahan
teknik elektrokoagulasi antara lain :
1. Jika menggunakan daya listrik yang besar dalam waktu lama akan
mengakibatkan beban biaya yang besar.
2. Besarnya reduksi dari plat elektroda yang digunakan dipengaruhi arus
listrik yang mengalir melewatinya.
3. Tidak dapat digunakan untuk mengolah limbah yang mempunyai sifat
elektrolit yang tinggi karena menyebabkan hubungan singkat antar
elektroda [31].
2.5
KOAGULASI DAN FLOKULASI
Koagulasi dan flokulasi merupakan proses yang digunakan untuk
menghilangkan partikel-partikel yang terlarut dan tersuspensi. Kebanyakan
partikel dalam air dan air limbah memiliki muatan negatif sehingga terjadi tolak
menolak satu sama lain jika saling kontak. Koagulasi dan flokulasi terjadi secara
berurutan dan menggunakan koagulan yang berfungsi untuk merusak kestabilan
partikel sehingga memungkinkan partiel untuk saling bertemu dan membentuk
gumpalan (flok). Tujuan utama dari proses koagulasi dan flokulasi untuk
menghilangkan turbiditas yang disebabkan oleh partikel-partikel yang terlarut dan
tersuspensi, menghilangkan bakteri dan COD serta merubah konduktifitas listrik
dari air limbah [37].
11
Universitas Sumatera Utara
2.6
PARAMETER UTAMA YANG DIAMATI
Dalam penelitian ini parameter utama yang diamati adalah chemical oxygen
demand (COD), total solid (TS) dan total suspended solid (TSS). Dimana
parameter tersebut diharapkan mampu memenuhi baku mutu yang ditetapkan
pemerintah.
2.6.1 Chemical Oxygen Demand (COD)
Chemical oxygen demand (COD) diukur untuk menentukan kekuatan polusi
yang ditimbulkan dari limbah cair domestik dan industri. Kebutuhan oksigen
merupakan parameter penting untuk menilai konsentrasi kontaminan organik di
sumber daya air. Karena degradasi senyawa organik membutuhkan oksigen,
konsentrasi mereka dapat diperkirakan dengan jumlah oksigen yang dibutuhkan.
Ketika oksidasi ini dilakukan secara kimiawi, maka nilai yang diperoleh disebut
chemical oxygen demand (COD) [38, 39].
2.6.2 Total Solid (TS)
Dalam analisis air limbah, jika dilakukan evaporasi air maka akan terdapat
padatan-padatan yang tertinggal. Padatan-padatan tersebut dapat didefinisikan
dalam beberapa arti seperti total solid (TS), total suspended solid (TSS), dissolved
solids, settleable solids, volatile solids, dan fixed solids. Dimana total padatan atau
total solid didefinisikan sebagai material yang tertinggal pada wadah saat seluruh
air telah menguap atau mengalami evaporasi, biasanya pada 103 oC – 105 oC.
Total padatan dapat direklasifikasi dengan cara mengubah prosedur pengujian.
Total padatan dapat dibagi menjadi total padatan tersuspensi atau TSS dan total
padatan terlarut atau total dissolved solids (TDS) [40].
2.6.3 Total Suspended Solid (TSS)
Total padatan tersuspensi atau TSS didefinisikan sebagai bagian dari
padatan yang tertahan pada glass fiber filter dengan ukuran 2 µm (atau lebih
kecil) termasuk zat organik dan nonorganik seperti alga, nutrien dan logam. Kadar
padatan tersuspensi yang terlalu tinggi akan menurunkan kejernihan air sehingga
menyebabkan sinar matahari terhalang masuk ke badan air dimana sinar matahari
12
Universitas Sumatera Utara
dibutuhkan oleh spesies dalam air. Hal ini menyebabkan menurunnya laju
fotosintesis dan laju pertumbuhan sehingga oksigen terlarut atau dissolved oxygen
(DO) berkurang. Dua jenis nutrien yang mempengaruhi kualitas air adalah
nitrogen dan fosfor. Dimana fosfor berhubungan dengan TSS karena molekul
fosfor cenderung terikat pada partikel tanah tergerus dan terangkut ke badan air,
sedangkan nitrogen lebih mudah larut dari fosfor dan biasanya dalam bentuk
larutan. Saat pengujian, padatan yang tertahan pada filter, dibilas kemudian
dikeringkan setelah kering dilakukan proses penimbangan. Pertambahan berat
yang diperoleh merupakan padatan tersuspensi [40, 41].
2.7
ANALISIS EKONOMI
Limbah cair pabrik kelapa sawit perlu diolah kembali agar memenuhi baku
mutu yang ditetapkan oleh pemerintah sebelum dibuang kebadan air. Salah satu
pengolahan limbah cair pada pabrik kelapa sawit adalah kolam anaerobik.
Pengolahan dengan metode tersebut kurang efisien dalam segi biaya dan waktu
karena memembutuhkan lahan yang luas dimana untuk sebuah bak memiliki
dimensi luas (20 x 40) m2 dan kedalaman 3 - 4 meter serta waktu tinggal selama
40 hari [7]. Pada pengolahan dengan metode kolam anaerobik dihasilkan gas
metan (CH4) yang dapat dimanfaatkan sebagai biogas namun terdapat juga gas
karbon dioksida (CO2) yang dapat menimbulkan efek rumah kaca oleh karena itu
perlu diperlukan alternatif lain.
Salah satu alternatif untuk mengolah limbah cair pabrik kelapa sawit yaitu
menggunakan reaktor elektrokoagulasi. Untuk skala laboratorium digunakan
reaktor berdimensi : panjang x lebar x tinggi sebesar 12 cm x 12cm x 36 cm dan
plat elektroda aluminium berdimensi : panjang x lebar x tebal sebesar 12 cm x 36
cm x 0,008 cm serta besar aliran listrik 10 volt dalam waktu reaksi selama 3 jam,
metode ini mampu menurunkan kadar COD, TS dan TSS lebih dari 50 %. Jika
reaktor elektrokoagulasi dilakukan secara tertutup, gas hidrogen yang terbentuk
dapat dimanfaatkan untuk pembuatan biogas. Metode ini juga tidak menimbulkan
efek rumah kaca.
Dari perbandingan tersebut jika ditinjau dari segi biaya dan waktu, metode
elektrokoagulasi lebih efisien dari pada kolam anaerobik.
13
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT DI INDONESIA
Indonesia merupakan produsen dan pengekspor minyak kelapa sawit
mentah terbesar di dunia. Hal tersebut didukung besarnya area penanaman kelapa
sawit di Indonesia yang meningkat dua kali lipat dalam sepuluh tahun terakhir,
dimana luas tersebut memenuhi sekitar 5% dari total area penanaman di
Indonesia. Produksi minyak kelapa sawit mentah pada industri kelapa sawit juga
meningkat, dari perolehan yield yang stagnan sejak tahun 1970-an yaitu 3,8 ton
per ha meningkat menjadi 5 ton per ha [12]. Industri kelapa sawit ini cukup
memberikan kontribusi terhadap pertumbuhan ekonomi nasional, namun dari
proses produksi dalam skala besar oleh industri tersebut juga menghasilkan
limbah dalam jumlah yang besar [13].
Dari proses pengolahan kelapa sawit di pabrik kelapa sawit (PKS)
dihasilkan berupa limbah cair, yang disebut palm oil mill effluent (POME).
Limbah cair tersebut bersumber dari adanya sejumlah besar air dibutuhkan pada
proses ekstraksi minyak dari kelapa sawit, yaitu pada proses perebusan buah dan
proses pemurnian minyak [14]. Limbah cair tersebut sangat berpotensi mencemari
lingkungan, sehingga pabrik diharapkan mampu menangani dan memproses
limbah tersebut dengan peningkatan teknologi pengolahan [15].
2.2
BAKU MUTU DAN KARAKTERISTIK LIMBAH CAIR PABRIK
KELAPA SAWIT
Limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) memiliki parameter kandungan
dalam limbah seperti : biological oxygen demand (BOD5), chemical oxygen
demand (COD), total solid (TS), total suspended solid (TSS), minyak dan lemak
yang harus diperhatikan sebelum dibuang karena kandungan yang terlalu tinggi
berpotensi mencemari lingkungan. Parameter tersebut diwajibkan memenuhi
standar baku mutu yang ditetapkan berdasarkan Keputusan Menteri Lingkungan
Hidup Nomor 5 Tahun 2014 tentang baku mutu air limbah cair untuk industri
minyak sawit disajikan pada Tabel 2.1 berikut ini.
5
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Baku Mutu Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit [16, 17]
No
Parameter
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
BOD5
COD
TSS
TS
Minyak dan Lemak
Nitrogen Total
pH
Debit Limbah Paling Tinggi
Kadar Paling
Tinggi (mg/L)
100
350
250
100
25
50
Beban Pencemaran
Paling Tinggi (Kg/Ton)
0,25
0,88
0,63
0,063
0,125
6,0-9,0
2
2,5 m per ton produk minyak sawit crude
palm oil (CPO)
Karakteristik dari limbah cair pabrik kelapa sawit tergantung pada kualitas
bahan baku maupun proses produksi pada pabrik kelapa sawit [2]. Limbah cair
pabrik kelapa sawit merupakan campuran yang berasal dari buangan kondensat
sterilizer, sludge dari separator dan air buangan dari hydrocyclone, dengan
komposisinya terdiri dari air, minyak dan padatan yang tersuspensi membentuk
campuran koloid berwarna coklat. Temperaturnya cukup tinggi yaitu 80oC – 90oC,
dengan kandungan biochemical oxygen demand (BOD) yang tinggi [18].
Karakteristik limbah cair pabrik kelapa sawit yang berasal dari PT. PP London
Sumatra di Bagerpang disajikan pada tabel 2.2 berikut ini.
Tabel 2.2 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit PT. PP London Sumatra
di Bagerpang [19]
No
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Parameter Mutu
Dissolved Oxygen (mg/L)
COD (mg/L)
BOD (mg/L)
TS (mg/L)
TSS (mg/L)
Total Volatile Solid (mg/L)
Volatile Suspended Solid (mg/L)
P Alkalinity (mg/L)
Total Alakalinity (mg/L)
VFA (mg/L)
Oil & Grease (mg/L)
Total N (mg/L)
NH3-N (mg/L)
pH
Raw Effluent
5.0
81600
44800
70530
41390
11380
4890
1972
5685
1188
54
4.77
Outlet Anaerobic Pond
6.3
3480
1900
12810
5220
7550
1970
245
6564
890
49
342
280
8.29
6
Universitas Sumatera Utara
Limbah cair dengan komposisi seperti yang disajikan pada Tabel 2.2
tersebut tidak dapat langsung dibuang ke aliran sungai atau tanah karena dapat
menurunkani kualitas air. Maka perlu dilakukannya pengendalian dengan cara
mengolah terlebih dahulu limbah cair tersebut sebelum dibuang ke lingkungan.
2.3
PENGOLAHAN LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT
Dengan adanya kandungan COD dan BOD yang sangat tinggi, limbah cair
pabrik kelapa sawit menimbulkan ancaman besar terhadap kualitas lingkungan air
di sekitarnya. Dalam beberapa tahun terkahir ini, banyak metode yang telah
dikembangkan untuk mengontrol pencemaran oleh limbah cair pabrik kelapa
sawit, diantaranya digunakan sebagai irigasi tanaman, sebagai pakan ternak,
dilakukan dengan pengendapan dan pengeringan, penguapan,
skimming
sederhana, koagulasi, flotasi, adsorpsi, ultrafiltrasi, dan berbagai teknologi
biodegradasi [20].
Teknik-teknik konvensional yang banyak dipakai seperti pengolahan secara
biologis memiliki beberapa kekurangan yaitu biaya operasional yang tinggi,
waktu tinggal yang lama serta penggunaan kolam dengan luas yang cukup besar.
Salah satu alternatif pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit lainnya adalah
dengan proses elektrolisis dan elektrokoagulasi [10].
Elektrokoagulasi adalah sistem pengolahan air limbah yang sangat efektif
menghilangkan polutan dan menghasilkan gas hidrogen secara bersamaan sebagai
pendapatan untuk mengimbangi biaya operasional. Elektrokoagulasi telah diuji
positif untuk mengolah air limbah dari pembersih uap, mesin cuci, manufaktur
tekstil, plat logam, laundry komersial, operasi pertambangan, sistem pembersih
limbah kota dan limbah industri kelapa sawit [21].
2.4
ELEKTROLISIS DAN ELEKTROKOAGULASI
2.4.1 Elektrolisis
Elektrolisis merupakan metode yang digunakan untuk menghasilkan
hidrogen sebagai energi alternatif yang bersih dan bebas polutan dari sumber yang
dapat diperbaharui, yaitu air. Elektrolisis air merupakan teknologi yang matang
dengan tingkat efisiensi >70%. Hidrogen dihasilkan dengan memisahkan air
7
Universitas Sumatera Utara
menjadi komponen-komponen penyusunnya, yaitu hidrogen dan oksigen, dengan
mengalirkan arus listrik di antara dua elektroda di dalam air [22].
Elektrolisis juga dapat digunakan sebagai metode pengolahan pengolahan
limbah cair pabrik tekstil, makanan, petroleum, serat kimia dan lain-lain [23].
Penggunaan elektrosis dalam pretreatment limbah cair pabrik kelapa sawit yang
sekaligus menghasilkan gas hidrogen dapat meminimalisir biaya pemeliharaan,
sekaligus memberikan kontribusi dalam menejemen bahan bakar dan masalah
polusi [24].
Pada proses elektrolisis digunakan aluminium (Al) atau besi (Fe) sebagai
elektroda, dimana penggunaan elektroda aluminium lebih efisien daripada
elektroda besi. Reaksi dengan logam (M) pada anoda seperti berikut :
M(s) → M(aq)n+ + ne2H2O(l) → 4H+(aq) + O2(g) + 4eMaka reaksi pada katoda :
M(aq)n+ + ne- → M(s)
2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OHDari hasil elektrolisis tersebut dihasilkan ion hidroksil yang dikenal sebagai
salah satu cairan radikal paling reaktif, yang akan mengoksidasi komponenkomponen organik dalam limbah cair karena memiliki afinitas yang tinggi.
Dihasilkannya hidroksida akan menarik partikel-partikel yang tersuspensi
sehingga menyebabkan koagulasi. Gas yang dihasilkan juga membantu
pemindahan padatan yang tersuspensi [8, 10].
2.4.2 Elektrokoagulasi
Elektrokoagulasi adalah teknik yang digunakan untuk mengolah air limbah
untuk memulihkan zat-zat kimia yang masih bernilai. Keuntungan utama dari
elektrokoagulasi dibandingkan dengan teknik konvensional lainnya, seperti
koagulasi kimia atau adsorpsi, adalah adanya penghantaran agen reaktif tanpa
menghasilkan polusi sekunder, dan menggunakan peralatan yang ringkas [25].
8
Universitas Sumatera Utara
2.4.3 Prinsip Kerja Elektrokoagulasi
Elektrokoagulasi merupakan teknologi yang mengkombinasikan fungsi dan
keuntungan dari teknik konvensional seperti koagulasi, flotasi dan elektrokimia
dalam air pada pengolahan limbah cair [26]. Prinsip kerja elektrokoagulasi adalah
dengan menggunakan proses elektrolisis, yaitu proses yang melibatkan reaksi
oksidasi dan reduksi yang terjadi ketika aliran listrik diberikan dalam cairan
elektrolit [27]. Proses ini melibatkan penggunaan arus listrik yang dialirkan ke
elektroda di dalam tangki reaktor dimana akan dihasilkan agen koagulasi dan gas
gelembung. Selain itu, elektrokoagulasi adalah teknik yang melibatkan
penambahan elektrolit dari koagulan ion logam secara langsung dari elektroda.
Ion-ion ini akan berkoagulasi dengan polutan dalam cairan, mirip dengan
penambahan bahan kimia koagulan seperti tawas dan besi klorida, yang
dilanjutkan dengan sedimentasi dan flotasi [28].
Penggumpalan dan pemisahan polutan terjadi karena ketidakstabilan
partikel yang ditimbulkan selama proses elektrolisis dan elektrokoagulasi.
Destabilisasi partikel ini dicapai melalui dua mekanisme, yaitu yang pertama
adanya kation yang dihasilkan dari proses hidrolisis air yang akan menetralkan
partikel-partikel anion, dan yang kedua adalah penyapuan flokulasi dimana
partikel-partikel pengotor terjebak dan dipindahkan ke dalam endapan hidroksida
yang terbentuk. Selanjutnya gelembung-gelembung mikro (H2 dan O2) yang
dihasilkan di permukaan elektroda akan membawa gumpalan-gumpalan polutan
yang terbentuk menuju permukaan air [29].
2.4.4 Jenis Plat Elektrokoagulasi
Pada
proses
elektrokoagulasi
dalam
penanggulangan
air
limbah,
menggunakan elektroda yang dikorbankan (sacrificial elektrode) [30]. Beberapa
jenis material umum yang digunakan adalah aluminium (Al) dan besi (Fe). Dari
hasil yang diperoleh peneliti sebelumnya diperoleh informasi alumininium
merupakan material terbaik [31, 32].
Keunggulan dan kelemahan dari masing-masing material yang digunakan
sebagai plat pada proses elektrokoagulasi sebagai berikut :
9
Universitas Sumatera Utara
1. Aluminium
Keunggulannya adalah:
• Stabil
• Tidak mudah mengalami korosi
• Persentase penghilangan COD lebih besar dari besi
• Baik dalam penurunan turbiditas dan menghilangkan warna
Kelemahannya adalah:
• Sensistif terhadap perubahan temperatur
• Harganya mahal
2. Besi (Fe)
Keunggulannya adalah:
• Dapat menghilangkan sulfida
• Tidak sensitif dalam perubahan temperatur
• Harganya murah
Kelemahannya adalah:
• Mudah mengalami korosi [32, 33]
2.4.5 Pengaruh Jarak Antara Elektroda Pada Reaktor Elektrokoagulasi
Jarak antara elektroda berpengaruh pada penurunan konsentrasi TSS, COD
dan BOD. Semakin dekat jarak antara elektroda maka penurunan konsentrasi TSS
semakin besar disebabkan oleh jarak yang jauh maka lintasan perputaran arus
listrik semakin sedikit menyebabkan kurangnya efisiensi penurunan konsentrasi
TSS, efisiensi dari COD dan BOD juga berkurang karena transfer elektron yang
semakin lambat [34, 35].
2.4.6 Kelebihan Teknik Elektrokoagulasi
Berikut ini merupakan beberapa keunggulan dari teknik elektrokoagulasi
yaitu :
1. Menanggulangi berbagai kontaminan secara bersamaan hanya dengan
menggunakan satu teknologi saja.
2. Biaya modal dan biaya operasi secara signifikan lebih rendah dari pada
teknologi alternatif lainnya.
10
Universitas Sumatera Utara
3. Membutuhkan daya yang rendah.
4. Tidak membutuhkan tambahan zat kimia.
5. Mudah dalam perawatan (maintenance) serta tidak membutuhkan
perhatian lebih.
6. Menghilangkan padatan tersuspensi dan padatan koloid.
7. Merusak emulsi minyak dalam air, menghancurkan serta menghilangkan
bakteri dan virus.
8. Hasilnya konsisten dan terpercaya.
9. Meminimisasi lumpur (sludge) [36].
2.4.7 Kelemahan Teknik Elektrokoagulasi
Dari keunggulan yang dipaparkan sebelumnya, terdapat juga kelemahan
teknik elektrokoagulasi antara lain :
1. Jika menggunakan daya listrik yang besar dalam waktu lama akan
mengakibatkan beban biaya yang besar.
2. Besarnya reduksi dari plat elektroda yang digunakan dipengaruhi arus
listrik yang mengalir melewatinya.
3. Tidak dapat digunakan untuk mengolah limbah yang mempunyai sifat
elektrolit yang tinggi karena menyebabkan hubungan singkat antar
elektroda [31].
2.5
KOAGULASI DAN FLOKULASI
Koagulasi dan flokulasi merupakan proses yang digunakan untuk
menghilangkan partikel-partikel yang terlarut dan tersuspensi. Kebanyakan
partikel dalam air dan air limbah memiliki muatan negatif sehingga terjadi tolak
menolak satu sama lain jika saling kontak. Koagulasi dan flokulasi terjadi secara
berurutan dan menggunakan koagulan yang berfungsi untuk merusak kestabilan
partikel sehingga memungkinkan partiel untuk saling bertemu dan membentuk
gumpalan (flok). Tujuan utama dari proses koagulasi dan flokulasi untuk
menghilangkan turbiditas yang disebabkan oleh partikel-partikel yang terlarut dan
tersuspensi, menghilangkan bakteri dan COD serta merubah konduktifitas listrik
dari air limbah [37].
11
Universitas Sumatera Utara
2.6
PARAMETER UTAMA YANG DIAMATI
Dalam penelitian ini parameter utama yang diamati adalah chemical oxygen
demand (COD), total solid (TS) dan total suspended solid (TSS). Dimana
parameter tersebut diharapkan mampu memenuhi baku mutu yang ditetapkan
pemerintah.
2.6.1 Chemical Oxygen Demand (COD)
Chemical oxygen demand (COD) diukur untuk menentukan kekuatan polusi
yang ditimbulkan dari limbah cair domestik dan industri. Kebutuhan oksigen
merupakan parameter penting untuk menilai konsentrasi kontaminan organik di
sumber daya air. Karena degradasi senyawa organik membutuhkan oksigen,
konsentrasi mereka dapat diperkirakan dengan jumlah oksigen yang dibutuhkan.
Ketika oksidasi ini dilakukan secara kimiawi, maka nilai yang diperoleh disebut
chemical oxygen demand (COD) [38, 39].
2.6.2 Total Solid (TS)
Dalam analisis air limbah, jika dilakukan evaporasi air maka akan terdapat
padatan-padatan yang tertinggal. Padatan-padatan tersebut dapat didefinisikan
dalam beberapa arti seperti total solid (TS), total suspended solid (TSS), dissolved
solids, settleable solids, volatile solids, dan fixed solids. Dimana total padatan atau
total solid didefinisikan sebagai material yang tertinggal pada wadah saat seluruh
air telah menguap atau mengalami evaporasi, biasanya pada 103 oC – 105 oC.
Total padatan dapat direklasifikasi dengan cara mengubah prosedur pengujian.
Total padatan dapat dibagi menjadi total padatan tersuspensi atau TSS dan total
padatan terlarut atau total dissolved solids (TDS) [40].
2.6.3 Total Suspended Solid (TSS)
Total padatan tersuspensi atau TSS didefinisikan sebagai bagian dari
padatan yang tertahan pada glass fiber filter dengan ukuran 2 µm (atau lebih
kecil) termasuk zat organik dan nonorganik seperti alga, nutrien dan logam. Kadar
padatan tersuspensi yang terlalu tinggi akan menurunkan kejernihan air sehingga
menyebabkan sinar matahari terhalang masuk ke badan air dimana sinar matahari
12
Universitas Sumatera Utara
dibutuhkan oleh spesies dalam air. Hal ini menyebabkan menurunnya laju
fotosintesis dan laju pertumbuhan sehingga oksigen terlarut atau dissolved oxygen
(DO) berkurang. Dua jenis nutrien yang mempengaruhi kualitas air adalah
nitrogen dan fosfor. Dimana fosfor berhubungan dengan TSS karena molekul
fosfor cenderung terikat pada partikel tanah tergerus dan terangkut ke badan air,
sedangkan nitrogen lebih mudah larut dari fosfor dan biasanya dalam bentuk
larutan. Saat pengujian, padatan yang tertahan pada filter, dibilas kemudian
dikeringkan setelah kering dilakukan proses penimbangan. Pertambahan berat
yang diperoleh merupakan padatan tersuspensi [40, 41].
2.7
ANALISIS EKONOMI
Limbah cair pabrik kelapa sawit perlu diolah kembali agar memenuhi baku
mutu yang ditetapkan oleh pemerintah sebelum dibuang kebadan air. Salah satu
pengolahan limbah cair pada pabrik kelapa sawit adalah kolam anaerobik.
Pengolahan dengan metode tersebut kurang efisien dalam segi biaya dan waktu
karena memembutuhkan lahan yang luas dimana untuk sebuah bak memiliki
dimensi luas (20 x 40) m2 dan kedalaman 3 - 4 meter serta waktu tinggal selama
40 hari [7]. Pada pengolahan dengan metode kolam anaerobik dihasilkan gas
metan (CH4) yang dapat dimanfaatkan sebagai biogas namun terdapat juga gas
karbon dioksida (CO2) yang dapat menimbulkan efek rumah kaca oleh karena itu
perlu diperlukan alternatif lain.
Salah satu alternatif untuk mengolah limbah cair pabrik kelapa sawit yaitu
menggunakan reaktor elektrokoagulasi. Untuk skala laboratorium digunakan
reaktor berdimensi : panjang x lebar x tinggi sebesar 12 cm x 12cm x 36 cm dan
plat elektroda aluminium berdimensi : panjang x lebar x tebal sebesar 12 cm x 36
cm x 0,008 cm serta besar aliran listrik 10 volt dalam waktu reaksi selama 3 jam,
metode ini mampu menurunkan kadar COD, TS dan TSS lebih dari 50 %. Jika
reaktor elektrokoagulasi dilakukan secara tertutup, gas hidrogen yang terbentuk
dapat dimanfaatkan untuk pembuatan biogas. Metode ini juga tidak menimbulkan
efek rumah kaca.
Dari perbandingan tersebut jika ditinjau dari segi biaya dan waktu, metode
elektrokoagulasi lebih efisien dari pada kolam anaerobik.
13
Universitas Sumatera Utara