bab ii tinjauan pustaka 2.1. definisi dan pembagian limbah...

10

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Definisi Dan Pembagian Limbah Secara Umum

Limbah adalah sisa suatu usaha atau kegiatan, yang mengandung bahan

berbahaya atau beracun yang karena sifat, konsentrasi, atau jumlahnya, baik

secara langsung atau tidak langsung akan dapat membahayakan lingkungan,

kesehatan, kelangsungan hidup manusia atau makhluk hidup lainnya

(Mahida,1984).

Setiap limbah perlu dikarakteristik terlebih dahulu sebelum rancangan

proses dimulai. Sifat limbah cair yang perlu diketahui adalah volume aliran,

konsentrasi organic, karakteristik dan toksisitas. Tingkat bahaya keracunan yang

disebabkan oleh limbah juga bergantung pada jenis dan karakteristik limbah.

Berdasarkan sumber atau asal limbah, maka limbah dapat dibagi kedalam

beberapa golongan yaitu :

1) Limbah domestic, yaitu semua limbah yang berasal dari kamar mandi, dapur,

tempat cuci pakaian, dan lain sebagainya, yang secara kuantitatif limbah tadi

terdiri atas zat organik baik padat maupun cair, bahan berbahaya dan beracun

(B-3), garam terlarut, lemak.

2) Limbah nondomestic, yaitu limbah yang berasal dari pabrik, industri,

pertanian, peternakan, perikanan, dan transportasi serta sumber-sumber

lainnya. Limbah pertanian biasanya terdiri atas pestisida, bahan pupuk dan

lainnya (Kristianto,2002)

Universitas Sumatera Utara

11

2.2. Tujuan Pengolahan Limbah

Tujuan pengolahan limbah adalah menurunkan kandungan bahan organic

dan bahan lainnya di dalam limbah, baik dalam bentuk cair maupun gas sehingga

diperoleh konsentrasi yang aman untuk dibuang. Teknologi pengolahan maupun

pemanfaatan limbah telah berkembang sehingga pihak perkebunan mempunyai

beberapa pilihan untuk pengolahan limbahnya. Pemilihan teknologi tersebut

bergantung pada jenis dan potensi industri di sekitar lokasi perkebunan kelapa

sawit.

2.3 Limbah Kelapa Sawit

Limbah kelapa sawit adalah sisa hasil tanaman kelapa sawit yang tidak

termasuk dalam product utama yang merupakan hasil ikutan pada proses

pengolahan kelapa sawit. Berdasarkan tempat pembentukannya, limbah kelapa

sawit dapat digolongkan menjadi dua jenis, yaitu limbah perkebunan kelapa sawit

dan limbah industri kelapa sawit.

2.3.1 Limbah Perkebunan Kelapa Sawit

Limbah perkebunan kelapa sawit adalah limbah yang berasal dari sisa

tanaman yang tertinggal pada saat pembukaan areal perkebunan serta peremajaan

saat panen kelapa sawit. Jenis limbah ini antara lain kayu, pelepah daun, dan

gulma. Dalam satu tahun setiap satu hektar perkebunan kelapa sawit rata-rata

menghasilkan limbah pelepah daun sebanyak 10,4 ton bobot kering.


12

2.3.2 Limbah Industri Kelapa Sawit

Limbah industri kelapa sawit adalah limbah yang dihasilkan pada saat

proses pengolahan kelapa sawit. Limbah ini digolongkan dalam tiga jenis yaitu

limbah padat, limbah cair, dan gas.

a) Limbah padat

Salah satu jenis limbah padat industri kelapa sawit adalah tandan kosong

kelapa sawit (TKKS). Limbah padat mempunyai ciri khas pada komposisinya.

Komponen terbesar dalam limbah padat tersebut adalah selulosa, disamping

komponen lain meskipun lebih kecil seperti abu, hemiselulosa dan liqnin.

b) Limbah cair

Limbah cair juga dihasilkan pada proses pengolahan kelapa sawit terutama

dari centrifuge waste dan claybath waste. Limbah cair ini apabila dibuang

keperairan akan mengakibatkan perubahan sifat fisika, kimia, dan biologi

perairan sehingga akan merusak lingkungan. Oleh karena itu industri kelapa

sawit melakukan suatu perlakuan terhadap limbah cairnya sebelum dibuang

kebadan air sehingga mengurangi pencemaran limbah cair PKS pada badan

air.

c) Limbah gas

Industri kelapa sawit selain menghasilkan limbah padat dan cair, juga

menghasilkan limbah bahan gas. Limbah bahan gas ini antara lain dari gas

buangan uap air pada saat perebusan.


13

2.4. Karakteristik Fisik Dan Kimia Limbah Cair Kelapa Sawit

Sifat fisik dan kimiawi limbah cair penting diketahui untuk keperluan

penangannan, pengolahan maupun teknik manajemen lingkungan. Sifat-sifat

tersebut juga dapat diterapkan dalam analisis limbah cair dari industri kelapa

sawit (Tobing,1997).

Karakteristik fisik dan kimiawi limbah cair yang berasal dari setiap unit

proses tersebut tidak sama karena peralatan yang digunakan, jumlah dan volume

air pada setiap proses berbeda.

Reduksi limbah pada sumbernya merupakan upaya pertama yang

dilakukan dalam pengolahan limbah, karena bersifat mencegah atau mengurangi

terjadinya limbah yang keluar dari proses produksi. Di Indonesia, lebih dari 95%

pabrik kelapa sawit mengolah limbah cair tanpa melakukan reduksi pada

sumbernya terlebih dahulu (Poeloengan,2000).

2.4.1. Aplikasi Karakteristik Fisis

Berdasarkan sifat fisika suatu limbah mudah untuk diukur atau dianalisa.

Oleh karena itu, yang termasuk karakteristik fisika yang akan di observasi adalah

sebagai berikut :

a) Total solid

Total solid adalah total padatan yang merupakan indikator daya serap limbah

cair terhadap udara (oksigen). Kandungan padatan yang terdapat di dalam limbah

disebabkan oleh senyawa-senyawa organik maupun anorganik. Pemisahan

padatan dari suspensi karena pengendapan akibat gravitasi disebut sebagai

sedimentasi (Lubis,1992)


14

b) Bau

Limbah cair PKS mengeluarkan bau yang sangat tajam akibat pembusukan

bahan organik yang dikandungnya. Bau yang berasal dari asam-asam yang mudah

menguap merupakan gas-gas hasil fermentasi yang memberikan aroma spesifik,

seperti hidrogen sulfida yang diuraikan oleh bakteri anaerobik kemudian bakteri

anaerobik tersebut mereduksi sulfat menjadi sulfit. Bau ini dapat menyebabkan

rasa tidak nyaman serta mengganggu suasana lingkungan. Bau juga merupakan

petunjuk adanya pencemaran udara. Untuk menghindari terjadinya bau ini dapat

dilakukan dengan pengawasan pH limbah cair antara 7.2-7.4, dengan demikian

dapat dikurangi akumulasi asam-asam dan pembusukan bahan organik lainnya

(Tobing,1997).

c) Suhu

Kenaikan suhu akan mempengaruhi kalarutan oksigen dalam air yang

berakibat fatal bagi beberapa jenis ikan. Meskipun ikan dapat beradaptasi

terhadap perubahan suhu, namun perubahan yang cepat dan terjadi secara tiba-tiba

menyebabkan ikan tersebut akan mati. Suhu merupakan suatu indikator adanya

polutan yang memiliki temperatur tinggi, namun tidak bisa berdiri sendiri sebagai

parameter karena harus berkaitan dengan kondisi lain. Sebagai contoh, misalnya

suhu perairan yang dinaikkan dari 110C menjadi 220C mengakibatkan konsentrasi

oksigen terlarut turun daari 11,7 mg/l menjadi 0,7 mg/l (Mahida,1984).


15

d) Warna

Warna merupakan ciri kualitatif yang dapat dipakai untuk mengkaji kondisi

umum limbah cair. Air normal tidak berwarna, sehingga tampak bersih, bening,

dan jernih. Bila air tersebut warnanya berubah maka hal ini merupakan salah satu

indikasi bahwa air telah tercemar.

2.4.2. Aplikasi Karakteristik Kimiawi

Bahan kimia yang terdapat dalam air akan menentukan sifat air baik dalam

tingkat keracunan maupun bahaya yang ditimbulkan. Semakin besar konsentrasi

bahan pencemar dalam air maka semakin terbatas penggunaan air tersebut.

Karakteristik kimia terdiri dari kimia anorganik dan kimia organik. Secara umum

sifat air dipengaruhi oleh kedua kandungan bahan kimia tersebut.

Beberapa karakteristik kimia suatu limbah cair pabrik kelapa sawit adalah

sebagai berikut:

a. Keasaman Air (pH)

Keasaman air diukur dengan pH meter. Keasaman ditetapkan berdasarkan

tinggi rendahnya konsentrasi ion hidrogen dalam air. Air buangan yang

mempunyai pH tinggi atau rendah dapat membunuh mikroorganisme air yang

diperlukan. Air yang mempunyai pH rendah membuat air bersifat korosit terhadap

bahan kotruksi seperti besi.

Ditetapkannya parameter pH 6-9 bertujuan agar mikroorganisme dan biota

yang terdapat pada badan yang menerima tidak terganggu, serta diharapkan

dengan pH yang alkalis dapat menaikan pH badan penerima seperti sungai yang

umumnya digunakan sebagai tempat pembuangan. Oleh karena itu, keasaman

limbah segar yang pH 4 dinaikkan dengan penambahan alkali (Tobing,1997).

b. Alkalinitas


16

Tinggi rendahnya alkalinitas air ditentukan oleh senyawa karbonat,

bikarbonat, garam hidroksida, kalium, magnesium dan natrium dalam air.

Semakin tinggi kesadahan suatu air maka air tersebut semakin sulit membuih.

Penggunaan air ketel selalu diupayakan agar air yang dimaksud mempunyai

kesadahan rendah. Jika air mengandung zat tersebut dalam konsentrasi tinggi, hal

ini dapat menimbulkan terjadinya kerak pada dinding delam ketel maupun pada

pipa pendingin. Oleh sebab itu, untuk menurunkan kesadahan air dilakukan

pelunakan air. Pengukuran alkalinitas air adalah pengukuran kandungan ion

CaCO3, ion Ca, ion Mg, bikarbonat, karbonat dan lain-lain.

c. Biochemical Oxygen Demand (BOD)

Zat organik yang terdapat dalam air buangan terdiri dari unsur karbon,

hidrogen dan oksigen dengan unsur tambahan seperti nitrogen, belerang dan lain-

lain yang cenderung menyerap oksigen. Oksigen tersebut dipergunakan untuk

menguraikan senyawa organik. (Tobing,1997)

d. Chemical Oxygen Demand (COD)

Jumlah bahan organik di dalam limbah dapat diketahui lebih cepat dari uji

COD, yaitu berdasarkan reaksi kimia dari suatu bahan oksidan. Uji ini disebut

dengan uji COD, yaitu suatu uji yang menentukan jumlah oksigen yang

dibutuhkan oleh bahan oksidan, misalnya kalium dikromat, untuk mengoksidasi

bahan-bahan organik yang terdapat didalam air (Poeloengan,2000).


17

2.5 Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit

Pengolahan limbah di perkebunan pada dasarnya terdiri dari dua aspek,

yaitu penanganan dan pemamfaatan limbah cair. Penanganan limbah cair

ditujukan untuk mengurangi daya cemar limbah, sedangkan pemamfaatan limbah

cair ditujukan untuk mendapatkan nilai tambah dari limbah cair yang akan

dibuang. Dalam hal ini peranan pusat-pusat penelitian perkebunan menjadi amat

penting dalam hal penyediaan teknologi pengolahan limbah yang muktahir. Di

Indonesia, pengolahan perkebunan kelapa sawit dan karet menghasilkan limbah

yang jauh lebih besar dibandingkan dengan komuditas perkebunan lainnya seperti

kakao, kopi atau teh. Oleh karena itu, pengolahan limbah untuk komoditas ini

perlu mendapatkan perhatian yang lebih besar.

Proses pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit ini terdiri dari

perlakuan awal dan pengendalian pengutipan minyak (fat-pit). Penurunan suhu

limbah dari 700C-800C menjadi 400C-450

Selanjutnya limbah cair dialirkan ke kolam pengasaman. Air limbah di

dalam kolam ini akan mengalami asidifikasi, yaitu terjadinya kenaikan

konsentrasi asam-asam mudah menguap (volatile fatty acid) dari 1000 mg/l

menjadi 5000 mg/l sehingga air limbah yang mengandung bahan organik lebih

mudah mengalami biodegradasi dalam suasana anaerobik. Sebelum diolah di unit

C melalui menara atau bak pendingin.

Hampir seluruh buangan pabrik kelapa sawit mengandung bahan organik yang

dapat terdegradasi. Oleh karenanya pemilihan proses biologis harus sesuai dengan

karakteristik fisik dan kimia limbah yang akan diolah. Proses biologis dapat

mengurangi konsentrasi BOD limbah sampai 90%. Dekomposisi anaerobik

meliputi penguraian bahan organik majemuk menjadi asam-asam organik dan

selanjutnya diuraikan menjadi gas-gas dan air.


18

pengolahan limbah (UPL) anaerobik, limbah dinetralkan terlebih dahulu dengan

penambahan kapur tohor hingga mencapai pH antara 7,0-7,5 (Naibaho,1998)

Tahapan pengolahan limbah cair meliputi hal-hal berikut :

a) Pendinginan

Limbah cair yang telah dikutip minyaknya pada sludge pit mempunyai

karakteristik, yaitu bersifat asam dengan pH 4,0-4,5 dan memiliki suhu 700C-

800C. sebelum limbah dialirkan ke kolam pengasaman, suhunya perlu diturunkan

menjadi 400C-450

b) Pengasaman

C agar bakteri mesophilik dapat berkembang dengan baik.

Limbah akan mengalir ke kolam pengasaman setelah dari kolam pendingin

yang lebih berfungsi sebagai pra-kondisi bagi limbah sebelum masuk ke dalam

kolam anaerobik. Pada kolam ini limbah akan dirombak menjadi VFA (volatile

fatty acid)

c) Resirkulasi

Resirkulasi dilakukan dengan cara mengalirkan cairan dari kolam

anaerobik masuk ke kolam pengasaman yang bertujuan untuk menaikkan pH,

menambah nutrisi bakteri, dan membantu pendinginan.

d) Pembiakan Bakteri

Bakteri yang digunakan dalam proses anaerobik pada awalnya dipelihara

dalam suatu tempat yang bertujuan untuk memulai pembiakan bakteri. Di dalam

pembiakan awal perlu ditambahkan nutrisi yang akan dimamfaatkan sebagai

sumber energi dalam metabolisme bakteri seperti urea, pospat, dan limbah yang

telah diencerkan. Setelah bakteri menunjukkan perkembangan dengan indikasi

timbulnya gelembung-gelembung gas (biasanya 2-4 hari), bakteri tersebut

dimasukkan ke kolam pembiakan yang sebelumnya telah diisi dengan limbah dan

selanjutnya dialirkan ke kolam anaerobik.


19

e) Proses Anaerobik

Limbah akan mengalir ke kolam anaerobik setelah mengalami beberapa

proses dari kolam pengasaman. Karena pH kolam pengasaman masih rendah,

maka limbah harus dinetralkan dengan cara mencampurkannya dengan limbah

kaluaran dari kolam anaerobik dengan cara resirkulasi pada parit masukan kolam

anaerobik, bersamaan dengan ini bakteri dari kolam pembiakkan dialirkan ke

kolam anaerobik. Dalam kolam anaerobik, bakteri anaerobik yang aktif akan

membentuk asam organik dan CO2 selanjutnya, bakteri methane (methanogenic

bacterial) akan mengubah asam organik menjadi methane dan CO2

Bahan Organik + nutrisi

.

Proses fermentasi metana pada limbah cair dapat menghasilkan komponen

organik yang sangat beragam yang dapat dioksidasi oleh bakteri, karena bakteri

metana yang aktif juga sangat beragam dan saling berinteraksi. Asam volatil akan

dipecah menjadi asam lainnya dengan berat molekul yang lebih kecil dan asam

tersebut bertindak sebagai prekusor pembentukan metana.

Tahapan reaksi yang penting dalam fermentasi adalah reaksi asam asetat

yang juga dapat digunakan oleh bakteri metana. Reaksi selengkapnya adalah

sebagai berikut ini :

bakteri asam volatil + alkohol + H2↑ + CO2

Asam volatil + alkohol + H

↑

2 + CO2 + Nutrisi CH4↑ + CO2

f) Proses Fakultatif

↑

Proses yang terjadi pada kolam ini adalah proses penonaktifan bakteri

anaerobik dan prakondisi aerobik. Aktifitas ini dapat diketahui dengan indikasi

pada permukaan kolam tidak dijumpai scum (buih) dan cairan tampak kehijau-

hijauan. Limbah dipisahkan menjadi tiga lapisan, yaitu lapisan teratas sebagai


20

daerah aerobik, lapisan tengah sebagai daerah fakultatif, dan lapisan bawah

sebagai daerah anaerobik. Pada kedalaman 1-2 m terjadi proses fotosintesis oleh

algae, reaksinya sebagai berikut :

CO2 + H2O → O2

g) Proses Aerobik

+ karbohidrat

Di dalam kolam ini proses perombakan anaerobik masih tetap berjalan, yaitu

menyelesaikan proses-proses yang belum diselesaikan pada kolam anaerobik.

Pada bagian hulu kolam masih menunjukkan adanya gelembung-gelembung

udara yang keluar dari dalam air limbah sedangkan pada bagian hilir kolam

hampir tidak ada.

Pada kolam ini telah tumbuh algae dan mikroba heterotrop yang

membentuk floks. Hal ini merupakan proses penyediaan oksigen yang dibutuhkan

oleh mikroba dalam kolam. Metoda pengadaan oksigen dapat dilakukan secara

alami dan atau menggunakan aerator. Dalam proses aerasi untuk menambahakan

oksigen ke dalam air limbah ada beberapa alat bantu yang digunakan seperti

kompresor, nozzle, fan dan menara ( Erningpraja dan Fauzan,2005).

2.6 Beberapa Parameter Analisa Limbah Cair

a. Derajat Keasaman (pH)

Derajat keasaman mencirikan konsentrasi ion hidrogen dalam larutan.

Adanya karbonat, hidroksida dan bikarbonat menaikkan kebasaan limbah.

Sementara adanya asam-asam mineral bebas dan asam karbonat dapat menaikkan

derajat keasaman limbah. Derajat keasaman limbah cair dapat mempengaruhi

jenis dan susunan zat dalam perairan. Ditetapkannya parameter pH 6-9, memiliki


21

tujuan agar mikroorganisme dan biota yang terdapat pada badan penerima tidak

terganggu (Naibaho,1998).

b. Total Alkalinitas

Kapasitas air untuk menerika proton disebut alkalinitas. Alkalinitas air

tergantung pada konsentrasi HCO3-, CO3

-, dan OH- yang terdapat dalam air

limbah. Alkalinitas sangat penting dalam air limbah untuk menahan perubahan pH

dengan reaksi dapar yang disebabkan oleh HCO3-

c. Volatile Fatty Acid (VF A)

.

Total alkalinitas dapat ditentukan dengan cara mengetahui kapasitas air

untuk menetralkan tambahan asam tanpa penurunan nilai pH larutan. Sama halnya

dengan larutan buffer, alkalinitas merupakan buffer terhadap pengasaman

(Anonim,2005).

Volatile fatty acid adalah asam-asam yang mudah menguap pada suhu air

mendidih. Suatu kesulitan serius yang biasanya dialami dalam pembusukan

anaerobik adalah dihasilkannya asam-asam yang mudah menguap secara cepat

dan tiba-tiba. Bertambahnya asam-asam yang mudah menguap sebanyak beberapa

ratus ppm dapat berlangsung dalam waktu kurang dari 24 jam.

Prinsip yang dipakai dalam analisa penetapan volatile fatty acid adalah

memisahkan asam-asam yang mudah menguap melalui metode destilasi yang

kemudian direaksikan dengan larutan kalium hidroksida (Mahida,1984).

d. Kadar N-Total

Nitrogen adalah nutrien penting dalam sistem biologik. Dalam limbah cair,

nitrogen akan terdapat sebagai nitrogen organik dan nitrogen ammonia,

proporsinya tergantung pada degradasi bahan organik yang berlangsung. Dalam

sistem biologik, senyawa nitrogen organik dapat ditransformasi menjadi nitrogen

amonium dan dioksidasi menjadi nitrogen nitrit dan nitrat.


22

N organik N amonium N nitrit N nitrat

Oksidasi amonia menjadi nitrit dan nitrat disebut nitrifikasi dan

berlangsung di bawah kondisi aerobik. Definisi nitrifikasi yang lebih dasar adalah

konversi biologik senyawa nitrogen anorganik atau organik dari bentuk tereduksi

menjadi bentuk yang teroksidasi.

Kadar nitrogen harus selalu terkendali atau dibatasi jumlahnya pada

limbah karena akan mempengaruhi ketersediaan oksigen dalam suatu limbah

terutama pada limbah cair.

Pada limbah cair yang belum diolah, nitrogen dijumpai dalam bentuk

nitogen organik dan komponen ammonium. Nitrogen organik tersebut akan

diubah oleh aktivitas mikroba menjadi ion ammonium. Bila kondisi lingkungan

mendukung maka mikroba nitrifikasi akan mampu mengoksidasi ammonia (Jenie

dan Rahayu,1990).

e. Kadar Nitrogen Amoniakal

Pada umumnya limbah cair dari PKS terdiri dari suatu senyawa kompleks.

Hal ini menyebabkan produk akhir yang dapat dihasilkannya pun merupakan

beberapa jenis senyawa sederhana seperti amonia.

Sistem penanganan limbah juga diharapkan untuk penghilangan nitrogen

dalam bentuk amonia. Hal ini disebabkan karena amonia dapat menyebabkan

keadaan kekurangan oksigen pada air karena pada konversi amonia menjadi nitrat

membutuhkan 4,5 bagian oksigen untuk setiap bagian amonia. Dengan keadaan

tersebut yaitu bila terjadi perubahan amonia menjadi nitrat maka kadar oksigen

terlarut dalam cairan akan turun sehingga menyebabkan makhluk hidup, misalnya

ikan tidak dapat hidup.


23

Amonia akan mampu dioksidasi oleh mikroba melalui proses nitrifikasi,

mikroba tersebut bersifat autotropik yaitu mendapatkan energinya melalui proses

oksidasi dari ion ammonium menjadi nitrit. Reaksinya adalah sebagai berikut :

2NH4+ + 3 O2

bakteri 4H+ + 2NO2

- + 2H2

2NO

O

Reaksi ini membutuhkan 3,43 gram molekul oksigen untuk setiap gram molekul

amonia yang akan teroksidasi menjadi nitrit. Bakteri yang paling dikenal dan

paling penting dalam proses oksidasi amonia menjadi nitrit adalah Nitrosomonas.

Sedangkan nitrit dapat dioksidasi menjadi nitrat dengan reaksi sebagai berikut :

2- + 3 O2

bakteri 2NO3

-

Reaksi ini membutuhkan 1,14 gram molekul oksigen untuk setiap gram nitrit yang

dioksidasi menjadi nitrat. Bakteri yang paling penting pada proses oksidasi nitrit

menjadi nitrat adalah nitrobacter. Dan kedua reaksi tersebut dapat disimpulkan

bahwa untuk mengoksidasi 1 gram amonia menjadi nitrat dibutuhkan oksigen

sebanyak 4,57 gram. Pada bentuk cairan, amonia terdapat dalam dua bentuk yaitu

amonia bebas atau tidak terionisasi (NH3) dan dalam bentuk ion amonia ( NH4+).

(Jenie dan Rahayu,1990)


bab ii tinjauan pustaka 2.1. definisi dan pembagian limbah...

Documents