Analisis Pengaruh Plasma Dielectric Barrier Discharge (DBD) Pada Pengolahan Limbah Cair Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Tegangan Tinggi AC.
TUGAS AKHIR
Analisis Pengaruh Plasma Dielectric Barrier Discharge (DBD) Pada
Pengolahan Limbah Cair Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Tegangan
Tinggi AC
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Jenjang Pendidikan Strata-1
Di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas
OLEH :
FEBBY TRIYANI
1010952024
DOSEN PEMBIMBING :
ARIADI HAZMI, Dr. Eng
NIP : 19750314 199903 1 003
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2014
Abstract
Indonesia was called as the second largest palm oil producer in South East Asia
after Malaysia that can be proven by average of producing of crude palm oil that
rising to 23,5 million tons per year. Palm mill oil effluent increased with
increasing of total production. Palm mill oil effluent should be treated as
appropriate with standard quality of environment before it was flowed to rivers
because it contained an organic compound that could damage ecosystem in
rivers. Plasma is an ionized gas that can be generated by Dielectric Barrier
Discharge method by facing electrodes which connected to AC high voltage
source at plasma reactor. Research about plasma technology has been
implemented in latest some decades. According to those researches, plasma
technology was adequate effective to separate and degrade an organic that
contamined a liquid. By using plasma technology with these DBD method by
varying voltage, it produced partial discharge which equal with range of applied
voltage and time. The result of this research has shown that BOD and COD
concentrate has decreased to standard quality of environment at 19 kV voltage
precious for 120 minutes that can be seen by total of partial discharge formed.
Key words
: Palm Oil Mill Effluent, Plasma, Dielectric Barrier Discharge,
Partial Discharge, AC High Voltage, BOD, COD.
Abstrak
Indonesia disebut sebagai penghasil minyak kelapa sawit terbesar urutan ke-2 di
kawasan Asia Tenggara setelah Malaysia yang dibuktikan dengan produksi bahan
mentah minyak goreng (Crude Palm Oil/CPO) rata-rata mencapai 23.5 juta ton
per tahun. Limbah cair yang dihasilkan meningkat seiring dengan menigkatnya
jumlah produksi. Limbah cair harus diolah sesuai dengan standar baku mutu
limbah sebelum dialirkan ke perairan karena mengandung senyawa organik yang
dapat mengganggu ekosistem di perairan. Plasma merupakan gas terionisasi yang
yang dapat dibangkitkan dengan metode Dielectric Barrier Discharge yaitu
dengan menghadapkan elektroda yang terhubung dengan sumber tegangan tinggi
AC pada reaktor plasma. Penelitian tentang teknologi plasma sudah dilakukan
dalam beberapa dekade terakhir. Berdasarkan penelitian-penelitian tersebut, dapat
dikatakan bahwa teknologi plasma ini cukup efektif untuk memisahkan dan
menguraikan bahan-bahan organik yang mengkontaminasi suatu cairan. Dengan
menggunakan teknologi plasma metode DBD melalui penerapan tegangan yang
bervariasi menghasilkan jumlah partial discharge yang sebanding dengan nilai
tegangan dan lama rentang waktu terapan. Pada penelitian terhadap pengolahan
limbah cair sawit ini telah didapatkan hasil bahwa kandungan BOD dan COD
yang terdapat pada limbah cair dapat berkurang hingga mencapai standar baku
mutu limbah pada tegangan terapan sebesar 19 kV dengan rentang waktu terapan
selama 120 menit yang juga dapat dilihat melalui banyaknya jumlah partial
discharge yang terjadi.
Kata kunci : Limbah cair kelapa sawit, Plasma, Dielectric Barrier Discharge,
Partial Discharge,Tegangan Tinggi AC,BOD,COD.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Semakin meningkatnya produksi minyak kelapa sawit di Indonesia sehingga
Indonesia disebut sebagai penghasil minyak kelapa sawit terbesar pada urutan
ke-2 di kawasan Asia Tenggara setelah Malaysia. Ini dibuktikan dari
Produksi komoditas kelapa sawit Indonesia yang merupakan bahan mentah
minyak goreng (Crude Palm Oil/CPO) rata-rata mencapai 23,5 juta ton per
tahun. Dengan meningkatnya jumlah produksi minyak kelapa sawit ini, maka
jumlah limbah yang dihasilkan dari produksi ini juga akan semakin
meningkat dikarenakan kelapa sawit yang diolah, tidak 100 % menghasilkan
bahan mentah minyak goreng (Crude Palm Oil). Hanya beberapa persen dari
bagian kelapa sawit yang bisa diolah, sedangkan sisanya berupa limbah padat,
cair dan gas.
Adapun limbah cair yang dihasilkan berupa Palm Oil Mill Effluent (POME)
air buangan kondensat (8-12%) dan air hasil pengolahan (13-23%). Bahkan
saat ini limbah cair hasil pengolahan kelapa sawit di Indonesia mencapai 28,7
juta ton limbah/tahun. Ketersediaan limbah itu merupakan potensi yang
sangat besar jika dikelola dan dimanfaatkan dengan baik. Namun sebaliknya
akan
menimbulkan
kerusakan
bagi
lingkungan
dan
manusia
jika
pengelolaannya tidak dilakukan dengan baik.
Limbah cair kelapa sawit mengandung konsentrasi bahan organik dan
anorganik yang cukup tinggi (Yulastri, 2013). Secara alamiah senyawa ini
dapat mengalami penguraian oleh mikroorganisme menjadi senyawa yang
lebih sederhana. Limbah cair kelapa sawit umumnya berwarna kecoklatan
dan mengandung padatan terlarut dan tersuspensi berupa koloid serta residu
minyak dengan kandungan Biochemichal Oxygen Demand (BOD) yang
tinggi.
Limbah cair yang dihasilkan ini nantinya akan dialirkan ke perairan, yang
nantinya akan berpotensi mencemari lingkungan karena akan mengurangi
biota dan mikroorganisme perairan dan dapat menyebabkan keracunan,
sehingga harus diolah sebelum dialirkan ke perairan. Limbah yang akan
dialirkan tersebut harus memenuhi standar baku mutu limbah kelapa sawit
CPO yang telah ditetapkan oleh Menteri Lingkungan hidup pada Keputusan
Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor : Kep-51/Menlh/10/1995 Tentang
Baku Mutu Limbah Cair Bagi Kegiatan Industri, maka karakteristik limbah
yang dihasilkan PMKS dan baku mutu limbah disajikan pada tabel 1.1 di
bawah ini.
Tabel 1.1 Baku Mutu Limbah Cair Untuk Industri Minyak Sawit
Parameter
Baku Mutu
Limbah
Ph
6–9
BOD (mg/L)
250
COD (mg/L)
500
TSS (mg/L)
300
Kandungan Nitrogen Total (mg/L)
20
Minyak Lemak (mg/L)
30
(Sumber : Keputusan Menteri Negara dan Lingkungan Hidup ,Nomor:
KEP- 51/MENKLH/10/1995, Lampiran A.IV tentang Baku Mutu Limbah
Cair Bagi Kegiatan Industri ,Tanggal 23 Oktober 1995)
Untuk mencapai nilai parameter limbah cair agar sesuai dengan standar yang
telah ditetapkan, dilakukan pengolahan dengan beberapa pengolahan yang
sudah dilakukan diantaranya yaitu dengan metoda konvensional dan metoda
flotasi. Kedua metoda tersebut masing masing memiliki kelebihan dan
kekurangan. Pada metoda konvensional yaitu dengan
proses anaerobik,
memiliki kelebihan limbah yang dihasilkan berupa limbah cair yang jernih
tanpa padatan tersuspensi (Reni D, 2001). Namun kekurangannya adalah
sistem konvensional ini membutuhkan lahan yang sangat luas, serta
membuang gas metana yang dihasilkan dan terlalu banyak akumulasi lumpur
sehingga memerlukan biaya tinggi untuk pembuangannya. (Rahardijo, P.N,
2009).
Pada metoda flotasi (metoda pengapungan) ini mampu menurunkan kadar
Total Suspended Solid (TSS) lebih besar dalam limbah cair namun
kekurangannya pada metoda flotasi ini dibutuhkan tekanan dan perputaran
yang sangat tinggi dalam prosesnya agar nilai penurunan TSS dapat
dipertahankan. (Wu,T.Y.dkk, 2010)
Penelitian tentang teknologi plasma sudah dilakukan dalam beberapa dekade
terakhir. Berdasarkan penelitian-penelitian tersebut, dapat dikatakan bahwa
teknologi plasma ini cukup efektif untuk memisahkan dan menguraikan
bahan-bahan organik yang mengkontaminasi suatu cairan. (Masayuki, Sato.
2005)
Dilihat dari keefektifan teknologi plasma dalam memisahkan dan
menguraikan senyawa organik dalam suatu cairan, maka dari itu penulis akan
melakukan penelitian dengan memanfaatkan teknologi plasma metode
Dielectric Barrier Discharge (DBD) dan menganalisa pengaruh plasma
selama pengolahan limbah cair kelapa sawit hingga tercapainya standar baku
mutu limbah yang telah ditetapkan oleh pemerintah. Proses teknis plasma ini
adalah dengan memanfaatkan sumber listrik pulsa tegangan tinggi AC
(frekuensi = 50 Hz) dan reaktor plasma berupa reaktor kaca dan
menggunakan elektroda berupa elektroda jarum-plat.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang memunculkan permasalahan tentang limbah
sawit ini maka dapat dirumuskan langkah yang akan dilakukan untuk mencari
solusi penyelesaiannya. Perumusan masalahnya dapat dituliskan sebagai
berikut:
1. Pengujian ini dilakukan dengan membangkitkan tegangan tinggi AC
(frekuensi = 50 Hz).
2. Apa yang terjadi setelah limbah diberikan tegangan tinggi dengan
menggunakan elektroda jarum pada variasi waktu yang ditentukan?
3. Saat variasi waktu dan tegangan berapa, plasma bisa mendegradasi senyawa
organik pada limbah agar mencapai standar baku mutu limbah?
1.3 Batasan Masalah
Dengan mengacu terhadap rumusan masalah diatas, maka penelitian dibatasi
pada :
1. Penerapan rentang waktu dan tegangan agar plasma dengan metoda DBD
mampu mendegradasi senyawa organik yang terkandung pada limbah hingga
tercapainya standar baku mutu limbah.
2. Dipelajari kombinasi filtrasi dan plasma DBD guna mempercepat proses
penghilangan senyawa organik yang terkandung dalam limbah cair sawit.
3. Sampel yang digunakan hanya satu jenis sampel limbah cair kelapa sawit dan
nilai konsentrasi dibatasi sesuai dengan nilai konsentrasi parameter limbah
cair yang terukur dari sampel yang digunakan.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Menentukan pengaruh plasma yang dibangkitkan melalui variasi tegangan
dan waktu yang diterapkan, terhadap jumlah partial discharge yang terjadi
pada reaktor plasma.
2. Menentukan pengaruh partial discharge terhadap parameter limbah cair sawit
(pH, BOD, COD, minyak lemak) hingga tercapainya standar baku mutu
limbah.
1.5 Manfaat Penelitian
Dari hasil penelitian ini diharapkan teknologi plasma dengan metode DBD
dapat dijadikan alternatif lain dalam pengolahan limbah cair kelapa sawit
disamping sudah adanya pengolahan limbah cair berupa pengolahan dengan
metoda konvensional dan metoda flotasi.
Analisis Pengaruh Plasma Dielectric Barrier Discharge (DBD) Pada
Pengolahan Limbah Cair Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Tegangan
Tinggi AC
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Jenjang Pendidikan Strata-1
Di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas
OLEH :
FEBBY TRIYANI
1010952024
DOSEN PEMBIMBING :
ARIADI HAZMI, Dr. Eng
NIP : 19750314 199903 1 003
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2014
Abstract
Indonesia was called as the second largest palm oil producer in South East Asia
after Malaysia that can be proven by average of producing of crude palm oil that
rising to 23,5 million tons per year. Palm mill oil effluent increased with
increasing of total production. Palm mill oil effluent should be treated as
appropriate with standard quality of environment before it was flowed to rivers
because it contained an organic compound that could damage ecosystem in
rivers. Plasma is an ionized gas that can be generated by Dielectric Barrier
Discharge method by facing electrodes which connected to AC high voltage
source at plasma reactor. Research about plasma technology has been
implemented in latest some decades. According to those researches, plasma
technology was adequate effective to separate and degrade an organic that
contamined a liquid. By using plasma technology with these DBD method by
varying voltage, it produced partial discharge which equal with range of applied
voltage and time. The result of this research has shown that BOD and COD
concentrate has decreased to standard quality of environment at 19 kV voltage
precious for 120 minutes that can be seen by total of partial discharge formed.
Key words
: Palm Oil Mill Effluent, Plasma, Dielectric Barrier Discharge,
Partial Discharge, AC High Voltage, BOD, COD.
Abstrak
Indonesia disebut sebagai penghasil minyak kelapa sawit terbesar urutan ke-2 di
kawasan Asia Tenggara setelah Malaysia yang dibuktikan dengan produksi bahan
mentah minyak goreng (Crude Palm Oil/CPO) rata-rata mencapai 23.5 juta ton
per tahun. Limbah cair yang dihasilkan meningkat seiring dengan menigkatnya
jumlah produksi. Limbah cair harus diolah sesuai dengan standar baku mutu
limbah sebelum dialirkan ke perairan karena mengandung senyawa organik yang
dapat mengganggu ekosistem di perairan. Plasma merupakan gas terionisasi yang
yang dapat dibangkitkan dengan metode Dielectric Barrier Discharge yaitu
dengan menghadapkan elektroda yang terhubung dengan sumber tegangan tinggi
AC pada reaktor plasma. Penelitian tentang teknologi plasma sudah dilakukan
dalam beberapa dekade terakhir. Berdasarkan penelitian-penelitian tersebut, dapat
dikatakan bahwa teknologi plasma ini cukup efektif untuk memisahkan dan
menguraikan bahan-bahan organik yang mengkontaminasi suatu cairan. Dengan
menggunakan teknologi plasma metode DBD melalui penerapan tegangan yang
bervariasi menghasilkan jumlah partial discharge yang sebanding dengan nilai
tegangan dan lama rentang waktu terapan. Pada penelitian terhadap pengolahan
limbah cair sawit ini telah didapatkan hasil bahwa kandungan BOD dan COD
yang terdapat pada limbah cair dapat berkurang hingga mencapai standar baku
mutu limbah pada tegangan terapan sebesar 19 kV dengan rentang waktu terapan
selama 120 menit yang juga dapat dilihat melalui banyaknya jumlah partial
discharge yang terjadi.
Kata kunci : Limbah cair kelapa sawit, Plasma, Dielectric Barrier Discharge,
Partial Discharge,Tegangan Tinggi AC,BOD,COD.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Semakin meningkatnya produksi minyak kelapa sawit di Indonesia sehingga
Indonesia disebut sebagai penghasil minyak kelapa sawit terbesar pada urutan
ke-2 di kawasan Asia Tenggara setelah Malaysia. Ini dibuktikan dari
Produksi komoditas kelapa sawit Indonesia yang merupakan bahan mentah
minyak goreng (Crude Palm Oil/CPO) rata-rata mencapai 23,5 juta ton per
tahun. Dengan meningkatnya jumlah produksi minyak kelapa sawit ini, maka
jumlah limbah yang dihasilkan dari produksi ini juga akan semakin
meningkat dikarenakan kelapa sawit yang diolah, tidak 100 % menghasilkan
bahan mentah minyak goreng (Crude Palm Oil). Hanya beberapa persen dari
bagian kelapa sawit yang bisa diolah, sedangkan sisanya berupa limbah padat,
cair dan gas.
Adapun limbah cair yang dihasilkan berupa Palm Oil Mill Effluent (POME)
air buangan kondensat (8-12%) dan air hasil pengolahan (13-23%). Bahkan
saat ini limbah cair hasil pengolahan kelapa sawit di Indonesia mencapai 28,7
juta ton limbah/tahun. Ketersediaan limbah itu merupakan potensi yang
sangat besar jika dikelola dan dimanfaatkan dengan baik. Namun sebaliknya
akan
menimbulkan
kerusakan
bagi
lingkungan
dan
manusia
jika
pengelolaannya tidak dilakukan dengan baik.
Limbah cair kelapa sawit mengandung konsentrasi bahan organik dan
anorganik yang cukup tinggi (Yulastri, 2013). Secara alamiah senyawa ini
dapat mengalami penguraian oleh mikroorganisme menjadi senyawa yang
lebih sederhana. Limbah cair kelapa sawit umumnya berwarna kecoklatan
dan mengandung padatan terlarut dan tersuspensi berupa koloid serta residu
minyak dengan kandungan Biochemichal Oxygen Demand (BOD) yang
tinggi.
Limbah cair yang dihasilkan ini nantinya akan dialirkan ke perairan, yang
nantinya akan berpotensi mencemari lingkungan karena akan mengurangi
biota dan mikroorganisme perairan dan dapat menyebabkan keracunan,
sehingga harus diolah sebelum dialirkan ke perairan. Limbah yang akan
dialirkan tersebut harus memenuhi standar baku mutu limbah kelapa sawit
CPO yang telah ditetapkan oleh Menteri Lingkungan hidup pada Keputusan
Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor : Kep-51/Menlh/10/1995 Tentang
Baku Mutu Limbah Cair Bagi Kegiatan Industri, maka karakteristik limbah
yang dihasilkan PMKS dan baku mutu limbah disajikan pada tabel 1.1 di
bawah ini.
Tabel 1.1 Baku Mutu Limbah Cair Untuk Industri Minyak Sawit
Parameter
Baku Mutu
Limbah
Ph
6–9
BOD (mg/L)
250
COD (mg/L)
500
TSS (mg/L)
300
Kandungan Nitrogen Total (mg/L)
20
Minyak Lemak (mg/L)
30
(Sumber : Keputusan Menteri Negara dan Lingkungan Hidup ,Nomor:
KEP- 51/MENKLH/10/1995, Lampiran A.IV tentang Baku Mutu Limbah
Cair Bagi Kegiatan Industri ,Tanggal 23 Oktober 1995)
Untuk mencapai nilai parameter limbah cair agar sesuai dengan standar yang
telah ditetapkan, dilakukan pengolahan dengan beberapa pengolahan yang
sudah dilakukan diantaranya yaitu dengan metoda konvensional dan metoda
flotasi. Kedua metoda tersebut masing masing memiliki kelebihan dan
kekurangan. Pada metoda konvensional yaitu dengan
proses anaerobik,
memiliki kelebihan limbah yang dihasilkan berupa limbah cair yang jernih
tanpa padatan tersuspensi (Reni D, 2001). Namun kekurangannya adalah
sistem konvensional ini membutuhkan lahan yang sangat luas, serta
membuang gas metana yang dihasilkan dan terlalu banyak akumulasi lumpur
sehingga memerlukan biaya tinggi untuk pembuangannya. (Rahardijo, P.N,
2009).
Pada metoda flotasi (metoda pengapungan) ini mampu menurunkan kadar
Total Suspended Solid (TSS) lebih besar dalam limbah cair namun
kekurangannya pada metoda flotasi ini dibutuhkan tekanan dan perputaran
yang sangat tinggi dalam prosesnya agar nilai penurunan TSS dapat
dipertahankan. (Wu,T.Y.dkk, 2010)
Penelitian tentang teknologi plasma sudah dilakukan dalam beberapa dekade
terakhir. Berdasarkan penelitian-penelitian tersebut, dapat dikatakan bahwa
teknologi plasma ini cukup efektif untuk memisahkan dan menguraikan
bahan-bahan organik yang mengkontaminasi suatu cairan. (Masayuki, Sato.
2005)
Dilihat dari keefektifan teknologi plasma dalam memisahkan dan
menguraikan senyawa organik dalam suatu cairan, maka dari itu penulis akan
melakukan penelitian dengan memanfaatkan teknologi plasma metode
Dielectric Barrier Discharge (DBD) dan menganalisa pengaruh plasma
selama pengolahan limbah cair kelapa sawit hingga tercapainya standar baku
mutu limbah yang telah ditetapkan oleh pemerintah. Proses teknis plasma ini
adalah dengan memanfaatkan sumber listrik pulsa tegangan tinggi AC
(frekuensi = 50 Hz) dan reaktor plasma berupa reaktor kaca dan
menggunakan elektroda berupa elektroda jarum-plat.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang memunculkan permasalahan tentang limbah
sawit ini maka dapat dirumuskan langkah yang akan dilakukan untuk mencari
solusi penyelesaiannya. Perumusan masalahnya dapat dituliskan sebagai
berikut:
1. Pengujian ini dilakukan dengan membangkitkan tegangan tinggi AC
(frekuensi = 50 Hz).
2. Apa yang terjadi setelah limbah diberikan tegangan tinggi dengan
menggunakan elektroda jarum pada variasi waktu yang ditentukan?
3. Saat variasi waktu dan tegangan berapa, plasma bisa mendegradasi senyawa
organik pada limbah agar mencapai standar baku mutu limbah?
1.3 Batasan Masalah
Dengan mengacu terhadap rumusan masalah diatas, maka penelitian dibatasi
pada :
1. Penerapan rentang waktu dan tegangan agar plasma dengan metoda DBD
mampu mendegradasi senyawa organik yang terkandung pada limbah hingga
tercapainya standar baku mutu limbah.
2. Dipelajari kombinasi filtrasi dan plasma DBD guna mempercepat proses
penghilangan senyawa organik yang terkandung dalam limbah cair sawit.
3. Sampel yang digunakan hanya satu jenis sampel limbah cair kelapa sawit dan
nilai konsentrasi dibatasi sesuai dengan nilai konsentrasi parameter limbah
cair yang terukur dari sampel yang digunakan.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Menentukan pengaruh plasma yang dibangkitkan melalui variasi tegangan
dan waktu yang diterapkan, terhadap jumlah partial discharge yang terjadi
pada reaktor plasma.
2. Menentukan pengaruh partial discharge terhadap parameter limbah cair sawit
(pH, BOD, COD, minyak lemak) hingga tercapainya standar baku mutu
limbah.
1.5 Manfaat Penelitian
Dari hasil penelitian ini diharapkan teknologi plasma dengan metode DBD
dapat dijadikan alternatif lain dalam pengolahan limbah cair kelapa sawit
disamping sudah adanya pengolahan limbah cair berupa pengolahan dengan
metoda konvensional dan metoda flotasi.